水位控制通常用于控制水箱的充水或排水。水位控制用于单泵,也可用于2~3个并联泵。水位控制一个特殊的软件特性就是通过随意改变用户预设的水平面高度,而防止沉淀物附着在水箱的内壁上,同时快速启动冲刷效应而使管道清洁,并且使水泵运行在效率曲线的合适点,从而降低能量消耗。
水位控制模式的控制逻辑如图8所示。关键问题是要尽可能使泵运行在效率速度下(例如45 Hz)。
如果水位变化,需要更大流量,那么就需要投切更多的泵保持在效率速度下运行。本例中有3台泵。启动水位和效率速度对所有用户都是可调的,从而满足系统的特殊需要。当所有水泵都运行在效率速度下时,水箱水位达到高位1(参数可调)。
图(8)水位控制模式的控制逻辑
采用水位控制模式控制水箱的充水或排水,根据计算,能节省大约20%的能量。
3 其他优越性
3.1 多泵冗余
对于传统的PFC(一台变频器拖动多台水泵)的运行模式,如果变频器故障,就会影响整个系统的正常运行。而IPC技术拥有多泵冗余特点,因此它能设定故障运行和降低检修时间,链接控制并联变频器。
故障的变频器在500 ms 内就能切除,而其他部分不受影响继续工作。在冗余系统中,如果一台变频器故障,仅会影响系统的整体性能,并不会造成系统停机;并且冗余接线支持传感器信号的丢失。因此100%的系统冗余就保证了高使用率和系统的无风险运行。
3.2 反堵塞功能
反堵塞功能能使变频器完成对水泵的预防性维护,并在堵塞时清洗泵。反堵塞示意图如图9所示。
触发参数由用户定义,可以有三种不同的触发条件:
1)如果电流超过设定极限就启动反转;
2)定时反转;
3)通过DI信号启动反转。
图(9)反堵塞示意图
3.3 水泵的优先控制
水泵的优先控制功能均衡了泵的运行时间,有助于改善系统的保养计划,从而提高水泵的运行效率接近最高效率点。
3.4 流量计算
如图(10)所示,通过测量水泵输入侧和输出侧的水压,或仅仅根据变频器的运行数据,就可以计算出流量。这种计算是基于泵特性曲线h-q 和P-q,以及泵输入输出直径,还有压力传感器的高度差而得到的。所以将传动作为一个流量计,从而取代了在流量数据不作为计价目的的场合应用的流量计,使得无传感器流量测量成为可能,并且设置安全参数能限制机械压力。
4 应用举例
这里介绍两个应用:多泵应用和水位控制应用。
4.1 多泵应用
该应用适用于泵站,这种配置支持变频器冗余。
变频器相互间的通讯通过NDBU-95 的DDCS 实现的,如图11所示。也可不使用NDBU-95选件,而是直接通过光纤的环形链路连接起来,由外部PLC 控制起/停与给定。控制方式请参考2.1的描述。
4.2 水位控制应用
该应用适用于控制1~8 台水泵充盈或排空水池的应用,如图12所示。溢出开关与水位传感器分别连接到DI/AI 口,任何一台变频器都可以设置为主机,主/从机的起动/ 停止水位都可以预设。控制方式请参考2.2的描述。
5 结语
综上所述,IPC 技术给泵的系统控制带来了更高的能量效率以及实用性。
在45 Hz的效率速度下,同50 Hz的额定速度运行比较,能节省大约19% 的能量,而水泵的生命周期成本大约节省16%, 这些数字都超过了投资成本和维护成本。
实用性的好处包括两个方面。一方面是保证系统100%的冗余特性。另一方面IPC软件有反堵塞功能以及泵优先级控制,以确保水泵的免故障运行。
因此,在当前大力倡导节能减排的政策引导下,ABB变频器的IPC技术在并行泵上的应用,尤其在大功率并行泵上的应用,值得广泛地推广。
图(11)多泵宏控制示意图