ABB变频器ACS510恒压供水

ABB 变频器 ACS510 的一拖三循环软启动在恒压供水中的应用

1 无负压供水的工作原理

1.       1 本方案能够实现的功能

2.       2 SPFC 应用宏参数设置

3.       3 无负压供水控制电路与主电路接线图

4.       ABB 变频器 ACS510 的一拖三循环软启动在恒压供水中的应用

ABB 变频器 ACS510 的循环软启动功能实现一台变频器拖动三台电

动机的无负压供水系统， 无需使用额外的 PLC， 并且每台电动机都实现软启动与循环工作。

ABB 循环软启动 无负压供水

ACS510 传动应用于广泛的工业领域， 适用各类型负载。 ACS510 还针对风机、 水泵应用做了 特别的优化， 典型的应用包括恒压供水， 冷却风机，

地铁和隧道通风机等。

大型的水泵在直接接到电网的方式下启动， 启动转矩和电流都比较大， 对电网以及对电机的轴都有很大的冲击， 因此需要软启动的方式来改善这个问题；

大型的供水网往往需要几个水泵协同工作来供水， 而实际应用中用户用水量是变化的， 这时就需要对水泵以一定的方式与手段进行实时的开关控制与速度调节； 在实际的应用中很可能会出现一个泵或几个泵持续的运转而另外的一个或几个泵一直处于停止状态， 从而加快了 设备的老化以及不均衡， 这就需要以一种合理的方式来对几个泵的运行时间进行分配， 使其能够均分供水任务。

针对以上的三个问题， 本文提出一种合理可行的基于 ABB 的 ACS510 型变频器的一拖三循环软启动无负压供水方案。 ACS510 传动应用于广泛的工业领域，适用各类型负载。 ACS510 还针对风机、 水泵应用做了 特别的优化， 典型的应用包括恒压供水， 冷却风机等。 本文提出的方案应用了 其中的循环软启动宏，可以实现三个泵的软启动， 大大减少对电网和轴的冲击， 实现实时调控的无负压供水， 以及三个泵的循环切换。

1 无负压供水的工作原理

ABB 变频器的无负压供水主要是通过 PID 调节器实现的， 在 PID 控制模式中， 变频器根据比较给定值（设定值） 和实际值（反馈值）， 通过自动的调节输出频率来调节水泵的转速以及下一个水泵的开合， 使水泵通过转速或并网的机组的变化来维持供水压力的稳定。 本文的反馈值是由安放于供水输出管道的远程压力感应装置实时的测量提供的。

1. 1 本方案能够实现的功能

1） 控制室可以无人值守， 实现全自动， 同时可以手动回路作为应急备用。

2） 3 台泵循环软启动， 不用 PLC 控制， 以降低成本。

3） 1 台泵出现故障时， 能切换掉， 以保证系统能继续工作。

4） 3 台泵轮换运行， 保证各泵运行时间相等， 防止泵体久置生锈。

5） 没有用水时让变频器进入睡眠状态， 达到节能的目的， 同时保证系统能根据用水量随时自动跟踪启动。

1. 2 SPFC 宏的主要控制特点为

1） 当电机 1 频率到达上限设定频率时， 如果压力没有达到给定要求， 电机脱离传动单元， 经过一段时间延迟后， 直接接入电网运行；

2） 电机 2 连接到传动单元， 2 号电机速度根据 PID 的给定值和实际值的运算结果逐步增加， 直到满足泵的实际工况；

3） 电机 3 使用同样的步骤进行启动；

4） 停止电机的过程如同标准 PFC 控制（停止辅助电机， 并继续调节正在控制的电机速度）；

5） 设置电机的启动顺序可以分为平均运行时间和继电器顺序（参考参数 8127）。

一拖三循环软启动的参数设置

2 SPFC 应用宏参数设置

本方案应用了 ACS510 中提供的用于泵和风机的循环软启动控制宏（spfc），其中有很多参数是系统默认的缺省设置， 这是为了 方便参数设置， 可以根据个人的需要进行改动。 下面表 1 是详细的一拖三循环软启动设置参数表。

表 1

代码 中文名称 设置值 备注

9901 语言 0=英语

9902 应用宏 15=SPFC 控制宏

9905 电机额定电压 见电机铭牌

9906 电机额定电流 见电机铭牌

9907 电机额定频率 见电机铭牌

9908 电机额定转速 见电机铭牌

9909 电机额定功率 见电机铭牌

1002 外部 2 命令 6=DI1,2 变频器启动命令

1003 转向 1=正转

1102 外部 1/外部 2 选择 7=外部 2

1106 给定值 2 选择 19 电位器给定

1107 给定 2 最小值 0

1108 给定 2 最大值 100%

1301 AI1 低限 0% 0V

1302 AI1 高限 100% 10V

1304 AI2 低限 0% 0V

1305 AI2 高限 100% 10V

1401 继电器输出 1 31=PFC 控制

1402 继电器输出 2 31=PFC 控制

1403 继电器输出 3 31=PFC 控制

1503 AO1 赋值高限 52HZ

1601 运行允许 6=DI1,2

2007 最小频率 0HZ

2008 最大频率 52HZ

2202 加速时间 1 15S 依实际情况设定

2203 减速时间 1 15S 依实际情况设定

4001 增益 2． 5 依实际情况调整

4002 积分时间 3S 依实际情况调整

4003 微分时间 0S 依实际情况调整

4010 给定值选择 19,内部

4022 睡眠选择 [7]内部

4023 睡眠频率 40Hz

4024 睡眠延长时间 50.0s

4025 唤醒偏差 5.0%

4027 PID 参数组选择

0=SET1-使用 PID 参数

组 1

8109 启动频率 1 50HZ 现场调整

8110 启动频率 2 50HZ 现场调整

8112 停止频率 1 15HZ 现场调整

8113 停止频率 2 15HZ 现场调整

8115 辅机启动延时 5S

8116 辅机停止延时 20S

8117 辅机数量 2

8118 自动切换间隔 12h 现场调整

8119 自动切换范围 50% 现场调整

8120 内部锁定 1

8122 PFC 启动延时 0． 5S

8123 PFC 使能 2

8124 加速时间 10S

8125 减速时间 10S

8127 电机数量 3

3 无负压供水控制电路与主电路接线图

1 拖 3 控制电路和主回路电路图如图 1、 2 所示, 变频器在 SPFC 功能下运行时， 3 泵恒压供水系统的主回路硬件配置有变频器， 接触器， 熔断开关等，根据需要选配 OREL-01（ACS510 继电器扩展选件）。

故障

变频 工频

控制电路图（1）

主电路图（2）

4 系统的工作逻辑

三泵控制原理图如图 2 所示， 如果最终用户在使用过程中， 没有特殊的要求，基本上按照图（2） 就可以实现三泵的 SPFC 功能。 从图 2 中， 可以看到的有变频器 ACS510 的继电器与 DI 口， 三位开关， 以及继电器线包与常开常闭触点等元件。 结合变频器主回路图， 控制回路图， 系统的工作逻辑如下所述。

1） DI 信号闭合， 传动单元启动， RO1（继电器 1） 闭合， 接触器 1km 也吸合。此时调制被禁止。

2） 传动单元经历一段 PFC 启动延时（参数 8122）。 此时调制仍被禁止， 因为传动单元需要等待所有接触器稳定。

3） 允许调制， M1 变频起动， 调制从零速启动。

4） 如果实际压力小于给定压力， 就准备将 M2 投入。 于是， 当输出频率 fout 超过启动频率 1 Hz 时， 辅机启动延时（参数 8115）。 当辅机启动延时完后， 传动单元自由停车， RO1 打开， 1km 也断开。

5） 传动单元等待 PFC 启动延时（参数 8122）。

然后， 传动单元闭合 RO2， 3km 闭合。 传动单元连接到新的被控制电机上。 此时调制仍被禁止。 传动单元等待 PFC 启动延时（参数 8122）。 此时调制仍被禁止，因为传动单元需要等待所有的交流接触器稳定。 然后， 传动单元闭合 RO1， K1. 1吸合， 将 M1 直接切换到电网上（ 恒速运行）， 此时调制允许， 传动单元从零速启动连接在 RO2 的电机 M2。

6）如果实际压力小于给定压力， 就准备将 M3 投入。 于是， 输出频率 fout 超过启动频率 1 Hz 时， 辅机启动延时（参数 8115） 启动。 当辅机启动延时完后，传动单元自由停车， RO2 断开， 因此 3km 断开。 因为 RO1 处于吸合状态， 所以2km 自保持， M1 继续保持工频运行（在设计外围电路时， 此处不能忽略）。

7） 传动单元等待 PFC 启动延时（参数 8122）。

传动单元闭合 RO3， 5km 闭合。 传动单元连接到新的被控制电机 M3 上。 此时调制仍被禁止。

8） 传动单元等待 PFC 启动延时（参数 8122）。

此时调制仍被禁止， 因为传动单元需要等待所有的交流接触器稳定。 然后， 传动单元闭合 RO2， 4km 吸合， M2 直接切换到电网上（恒速运行）。

9） 此时调制允许， 传动单元从零速启动连接在 RO3 的电机 M3。

10） 此时 M1， M2 工频运行， M3 变频运行， 如果实际压力高于给定压力， 于是输出频率 fout 低于停止频率 1 Hz 时， 辅机停止延时（参数 8116） 启动。 当辅机启动延时完成后， RO1 断开， 这时 2km 掉电， M1 停止工频运行。

11） 此时 M2 工频运行， M3 变频运行， 如果此时实际压力仍高于给定压力， 于是输出频率 fout 低于停止频率 1 Hz 时， 辅机停止延时（参数 8116） 启动。 当辅机启动延时完后， RO2 断开， 这时 4km 掉电， M2 停止工频运行。

12） 如果此时压力又不够， 于是 RO3 断开， K3 断开变频运行。 RO1 闭合， 1km吸合， M1 变频运行。

RO3 闭合， 6km 吸合， M3 工频运行（注意： 辅机的切换顺序可以通过参数 8128来设置）。

13） 接下来的逻辑依上所述类推。 即使辅机数量在 4-6 台， 逻辑也类似于上面所述。

5 变频器 ACS510 的控制板

ACS510 的控制板 I/O 控制连接示意图如图 3 所示。

接线控制板（3）

ACS510 的 SPFC（循环软启动控制） 功能在恒压供水系统的使用中越来越广泛， 因为它内部强大的逻辑功能大大降低了 用户的工作量。 此外， 因为无须使用外部 PLC， 降低了 用户的一次投资成本。 同时因为电网直接快速的投切到已经运行中的电机上， 相比较电网直接投切到静止的电机， 启动冲击电流就大大地减小了。