摘 要：本文通过对特殊变频给水系统的设计和调试过程进行阐述，详细介绍了系统功能策划、器件选择、设计过程和调试方法，对同类型项目的实施具有很好的借鉴和参考意义。
关键词：给水系统 变频 设计 调试
中图分类号：S611 文献标识码： A
1、引言
2、电控系统功能策划
通过对现场的勘察和查阅有关资料，此控制系统必须具备的功能有：
消防系统和给水系统共用蓄水池，蓄水池必须预留一定的消防水量，低于此水位时，停止生活供水并报警。
具备手动和自动运转切换功能，方便调试、维修和系统检查。
需要水泵组间的自动切换功能。使水泵组自动轮流工作。
使每个泵组内的3台泵轮流运转，均匀磨损，避免某些泵长时间停用导致固结。
供水时采用变频供水。
消防信号被激活时，该组内的水泵全部切换到工频运转。
3、系统功能设计过程
3.1 系统数量的确定
虽然一个电控系统可以做到管理6台水泵，但是考虑到当地严酷的自然环境和当地市场的配件保障能力以及使用单位的维护能力，仍然设计成两台独立的电控系统，相互备用，提高系统的可靠性。
3.2 变频系统设计
目前，主流变频系统的控制运行方式见下表
经对比资料，采用PLC作为主控站，对各种输入信号进行逻辑判断功能并作出相应的运转调整，以实现对系统进行不间断的监测、动作调整、故障报警、故障复位等功能。
压力信号采集设备选择：系统的压力值采集、显示和设定，如果通过PLC来进行的话，不仅需要采用人机界面装置和数模转换模块，也使得PLC的程序设计变得复杂，现场调试工作量很大。经过甄选，采用型数字化调节仪，具备压力信号的采集、数码显示和系统压力的设定功能，还具备给变频器输出运转频率信号的功能。
变频器的选择：本系统与一般的变频供水系统不同，系统内存在两种不同功率的水泵，还要求两种水泵都参与变频运行。我们知道，变频调速系统（VVVF）电动机运行时，加在电机上的电压是随着频率的变化而变化的，并维持电机的主磁通保持恒定在接近饱和区，以得到最高的转矩和电气效率。如果参数与电机不对应，轻者造成电机运行效率低，发热严重。严重的将会导致电机不能运转，甚至可能烧毁电机。这就要求变频器必须能储存两个以上的电机参数，运转时自动根据泵的不同，调用不同的运行参数。经过多次与多个国际品牌变频器厂家进行沟通，大多数变频器都不具备这样的功能。最后询到“FRENIC MULTI”系列变频器，此款变频器能够储存并调用2个不同功率的电机参数进行精确运转。
3.4 机组间自动切换功能设计
3.5 机组内自动切换功能设计
考虑到在实际运行中，系统大部分时间段内的流量都很小，将会出现一直都是小泵在运行而大泵不运行，可能会发生大泵长时间不运转导致生锈腐蚀的现象。所以，在PLC程序设计时，设成每个运行周期开始时，均是从大泵开始运转，且两台大泵轮换运行。
3.6 调试功能
为方便系统调试、维护、测试和应急运转，需要设计有手动运转模式。系统在手动模式下，两个机组可以独立运行，相互不牵制。
4、系统详细设计过程
4.1 信号采集：
模拟信号有：有压力信号和频率给定信号两种，均为0～20mA电流信号。
数字信号有：手动自动模式信号、消防信号、水位信号、安全信号（变频器故障、变频器使能）、系统压力低、系统压力高、变频器工频到达、变频器低频到达、电机故障等。这些信号都由PLC采集并处理。变频开始信号、变频接触器吸合信号作为安全信号输入到变频器的多功能输入点上，安全回路逻辑满足要求之后，变频器才能开始动作。
4.2 系统变频动作控制设计：
1、系统启动时，启动大泵变频工作，系统自动检测压力，并跟踪设定的压力值运行。
2、加泵运行：当大泵的频率达到上限且系统还是出现低压报警时，经延时，大泵转变为工频运行，启动小泵变频运行。若用水量继续增大，压力仍然达不到要求时，小泵亦工频运转。
3、平时供水时只有一台小泵和一台大泵参加工作，另一台大泵作为备用泵，处于轮换备用状态。
4、减泵控制顺序：若系统内是两台泵在运行，当用水量减少，小泵频率低于下限且系统没有出现低压报警时，经延时，小泵停止工作；大泵转变为变频运行。若流量继续减小，大泵频率下限时，经延时大泵停止，小泵开始变频运行。
5、大泵自动轮换功能：如果一台大泵累计运行一段时间，自动停止，另外一台大泵泵开始运行。
6、当消防信号激活时，系统自动停止变频。由消防信号控制，三台泵同时工频运转。
4.3 变频运行安全控制设计：
1、电气安全联锁：每台水泵的工频接触器和变频接触器相互联锁。
2、安全控制：通过变频器的多功能输入端子，输入一个强制停止信号，此信号被激活时，变频器处于被强制停止的状态。
3、变频器“使能”信号：共有两个，一个是PLC给变频器输出一个“使能”信号，另一个是变频运转的电机接触器吸合后发来的信号，没有这两个信号，变频器即使收到频率信号，也不能运转，处于强制停止状态。
4.3 系统节能控制设计：
利用管网容积和300L的气压罐进行调节，当小泵频率低于频率下限时，经延时后小泵停止运行。在停机期间，由气压罐的调节容积来补充管道的漏损及少量用水。随着水量的消耗，系统出现低压报警时，小泵再次以变频方式启动。
根据水泵转速与扬程的关系公式：=2
n0―水泵工频标准转速，2940rpm；
因此，可以在变频器中将截止频率设定为25HZ，若变频器的输出频率低于此值时，变频器自动停止输出，以节约能耗。
5、现场调试
5.1 系统工作压力的确定：
5.2 数字调节仪设定：
确认压力传感器的量程并输入数字调节仪。观察压力显示值应与压力表显示相同。同时，将系统工作压力和偏离报警值输入数字调节仪。
5.3 变频器设定：
将电源参数、电机参数、限制频率等参数输入变频器，同时，根据各个多功能端子的接线情况和定义功能，调整相关参数。
5.4 系统PID参数设定：
检查系统在大流量和小流量的工况下，应反应迅速，动作准确而不发生震荡，保证系统压力的基本恒定；否则，需调整PID的参数直至合格。
5.5 气压罐压力设定：
气压罐的出厂充气压力为0.4Mpa，在本系统的工作条件下无法发挥作用。根据《给水排水设计规范》的有关规定，气压罐的工作压力比定为0.75，则初始充气压力应为（（0.22+0.1）×0.75-0.1）=0.14Mpa。
5 结语
本系统于2012年8月安装调试完毕并投入运行，克服了原系统的一系列弊病，两年多来运行平稳，各项功能均符合要求。通过本系统的设计、调试等过程活动的总结，我单位归纳出类似机电一体化控制系统的设计方法和过程控制措施：即在设计前认真研究策划系统的各项功能需求，了解项目的具体条件；过程中进行针对性的功能策划、统筹设计、优化方案，调试过程精益求精。并借助此方法顺利地解决了安哥拉、苏丹等项目的变频供水，洁净手术室DDC自动化控制等项目的实施。同时，也为业界同行提供了一个很好的借鉴经验。
