变频恒压供水控制系统的改造设计

某生活小区原供水系统依靠阀门实现水量控制，水泵在额定状态下运行，机械磨损较大，使用成本高。通过采用GE300和变频器组合的控制系统改造，完成系统的软硬件设计及参数设置，能自动控制水泵投入的台数和电机转速，达到恒压供水目的。运行结果表明，该系统具有压力恒定，机械损耗小，节能效果显著等优点。

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近几年，随着电力电子技术的迅速发展，变频调速系统的性能优势越来越明显，成本也相应降低，传统的供水控制系统正逐步被变频系统取代。
以某高层的生活小区为例，小区内的用水量波动较大，原供水方式是把地下深井抽出的水输送到专门的蓄水池，再通过水泵对小区高楼层进行加压供水，水泵电机采用自耦降压启动，工频运行，水泵的出口阀采用全开阀、半开阀及开停泵控制方法，长期处在工频额定状态下的水泵用电成本高，机械磨损和设备故障增加，寿命缩短，因此，有必要对供水控制系统进行升级改造。
综合控制性能和成本的考虑，目前微机给水控制器（GE300）和变频器构成的控制系统开始推广应用，该系统能优化控制水泵的调速运行，自动调整水泵的运行台数，实现供水压力恒定功能。
本文介绍由GE300和变频器构成的恒压供水控制系统的改造设计方案，通过完成控制系统框图、设备的选型、软硬件设计及参数设置，最终完成供水控制系统的升级改造。
1 恒压供水控制系统改造方案
小区内用水量的大小变化频繁，为了保证管网内水压恒定，将对两台水泵进行变频调速控制，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数。变频恒压供水控制系统改造设计框图如图1所示，主要由微机给水控制器（GE300）、变频器、控制柜及远传压力传感器等部件组成恒压供水控制系统， GE300和变频器为恒压供水控制系统的核心，控制方式由转换开关进行切换，选择手动或自动，水泵电机采取“先开先停”原则进行控制。
若选择在自动控制方式下运行时，压力传感器实时检测管道的压力值，经过变换为标准4～20mA连续电流信号送到GE300 ，并与设定的压力值进行比较运算，依据偏差情况进行模糊控制运算后，由GE300的输出模块输出逻辑控制指令，控制水泵的运行台数，同时根据指令变频器控制每台水泵进行软启动或变频运行。

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图1 变频恒压供水控制系统方案框图
2 主要硬件器件
2.1 GE300
GE300是控制系统的核心，主要功能是接收检测数据信号进行自动运算并发出相应的控制指令。 GE300外围端口接线如图2所示，数字输出端子R1～R8能输出3A/250V(AC)或5A/30V(DC)电信号,直接驱动工频运行和变频运行的接触器线圈。
通过压力传感器实时检测管道的压力信号转换为0～2.5V或4～20mA信号输入到GE300的IN与GND端子，与设定的压力值比较；CT1～CT4 与CM2是光耦高阻输入端，严禁接入电源信号。当变频器出现故障时，可选择自动转入工频运行，同时保护及报警功能齐全，在变频器故障、远传压力表断线、短路故障、欠压超时及低水位时，具有报警指示功能。

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图2 GE300外围端口接线
2.2 变频器
根据负载的性质和水泵电机的功率大小，选择正弦系列G、P合一型的SINE303-011G/015P变频器[4] ，该变频器属于开环矢量控制型，采用TI公司最新款高性能32位电机控制专用数据处理器TMS320F2810 ，高速、准确完成复杂的控制算法，精度达到0.01Hz ，频率在0.5～600Hz范围可调，能承受180%电机额定转矩的冲击负载。