变频器内置PID功能在造纸厂消防系统中的应用

屈细红

摘要：造纸厂是一级防火单位，在目前的造纸消防系统中，很多利用变频器调速以使供水设备恒压。本文介绍了带有内置PID功能的变频器。根据造纸厂消防系统中水管压力变化，利用变频器内置PID功能，自动调节变频器的输出频率而使水泵中的电机转速发生变化，通过调节水泵的供水能力，保持管网水压力恒定，确保消防系统供水压力稳定可靠。此变频器适用于造纸等一级消防单位消防系统。

关键词：变频器； PID；压力；恒压供水

中图分类号：TP2

文献标识码：A

DOI：1011980/jissn0254508X201802009

隨着国家对于消防安全要求的提高以及工厂规模的不断增大，消防泵的作用越来越大。在试验消防水泵、火灾初期喷水量不大的情况下，水泵全速运行容易造成超压事故甚至爆管，因此利用变频器的PID功能调控消防系统压力，可增加消防系统的安全性。现在造纸单位消防系统中，很多利用变频器调速以使供水设备恒压，采用了带有模拟量输入输出的可编程控制器，这样可在一定程度上提升消防系统的安全性。然而这会使设备成本升高，增加调试困难。随着电力电子技术的发展，带有内置PID功能的变频器可以替代原有的可编程控制器，不仅可以降低供水设备成本、提高生产效率且运行安全可靠。本文对该变频器进行介绍。

1消防系统配置

造纸单位是一级防火单位，消防安全至关重要。某造纸单位消防系统配置了2台功率为160 kW消防水泵及2台75 kW稳压水泵，均采用VACON变频器控制消防系统，现场设置情况如图1所示。

在试验消防水泵或火灾初期喷水量不大的情况下，水泵全速运行容易造成超压事故甚至爆管。因此宜启用2台160 kW消防泵，利用变频器内部PID功能调节管道压力，现场设有操作按钮箱，电气控制柜上有手动和自动两种控制模式，手动有本柜手动和现场控制箱上手动控制两种模式。无论手动还是自动模式都可以启动或停止水泵运行。水泵运行速度通过管道上压力传感器输出的电信号值与变频器内部的PID值来调节，消防系统除了在控制柜和现场按钮箱上能控制消防水泵的启停外，还能在值班室控制消防水泵启停，如遇上火灾等紧急情况时，拍下标有火警消防按钮（XF），则变频器立即转变为工频全速运行（50 Hz），并以最高的运转速率确保最大水泵供水能力。

在正常情况下，特别是消防水管独立设置时，消防用水量极少，为了防止在低频下2台160 kW消防水泵频繁启停，本设计采用2台75 kW稳压水泵来控制消防水泵的启停。稳压水泵也有自动和手动两种控制模式，手动模式即根据需要人为需求启停水泵，在正常情况下2台恒压水泵均设置为自动模式，即根据水管压力自动启动稳压水泵。现场安装有接点式压力表，压力表可根据需要设置两个不同的压力值，即稳压压力值和超高压力保护值。某单位设定稳压压力值为07 MPa（绿色表针）及超高压压力保护值09 MPa（红色表针），即当水管实际总压力低于07 MPa时，自动启动稳压水泵（自动启动一台或二台）来补充水管压力，当水管总压力高于07 MPa时，稳压泵会自动停止运行。当接点式压力表绿色表针设置失效时，超高压压力会进行工作，当实际压力高于09 MPa时，稳压水泵自动停止运行，超高压力开始起到保护作用，变频器参数设置如表1所示。根据表1可知：160 kW大泵设定压力为065 MPa，即管道压力低于065 MPa时，2台160 kW消防水泵才启动，这样有效避免了在正常情况下用水量少时，2台160 kW消防水泵长期低频运行的不利情况。

2消防系统电气控制原理及参数设置

21消防系统电气控制原理

图2为某造纸单位消防系统160 kW水泵电气控制原理图，当图2电路中断路器QF1合上后，如在本地手动模式下，合上SB2按钮或者在现场操作箱上合上SB4按钮，或者换至自动模式，KA1接触器均得电吸合，电机将启动运行，此时电磁阀DCF1因未得电处在常开状态，电磁阀DCF2也因未得电，处在常闭状态，压力传感器能检测到管网的供水实际压力，检测到的压力作为控制流量变化的参考变量，并将压力信号转换为电信号送至变频器。当用水量减少，

供水能力大于用水需求时，水压上升，经压力传感器反馈的电信号变大，变频器内部设定的目标值与反馈值的偏差值变小，该比较信号经变频器内部PID处理后的频率给定信号变小，变频器输出频率下降，消防水泵转速下降，供水能力下降，直到压力值等于目标值，供水能力与用水需求之间达到平衡时，即实现恒压供水。反之当用水量增加，供水能力小于用水需求时，水压下降，经压力传感器反馈的电信号变小，变频器内部设定的目标值与反馈值的偏差值变大，该比较信号经变频器内部PID处理后的频率给定

值信号变大，变频器输出频率增加，消防水泵转速加大，供水能力提升，直到压力值等于目标值，供水能力与用水需求之间达到平衡时，即又实现恒压供水。

当发生紧急情况时，按下值班室XF按钮，继电器KA4得电，常开电磁阀DCF1得电关闭，常闭电磁阀DCF2得电打开，这样传感器检测到的压力始终趋近于0，经压力传感器反馈的电信号变小，趋近于最低值，变频器内部设定的目标值与反馈值一直处于最大偏差，该比较信号经变频器内部PID处理后的频率给定值信号一直处于最大值，变频器以最大频率（50 Hz）输出，消防水泵以工频速率运行。如按下XF按钮，则恢复之前的运行模式。消防水泵管道实际压力显示在AT仪表盘上。2台75 kW稳压水泵的电气控制，利用压力继电器信号作为变频器的启停控制信号，因电机功率小，速度可选用固定频率设置即可。

22变频器电路原理图及参数设置

VACON变频器内置PID功能电路原理图如图3所示。

图3中VACON变频器端子+24V和DIN1接KA1继电器的一对常开触点，常开触点闭合可以启动变频器运行，常开触点打开可以停止变频器运行，R01是变频器运行反馈信号，R02是变频器故障信号，AI2+和+24V 接来自管道上压力传感器线。

VACON变频器在菜单M6下的S62中选择PID应用宏。变频器参数设置见表1。

系统中，采用0～1 MPa的压力传感器，管道压力要求稳定在065 MPa，则065 MPa 对应的百分数为65%，故在VACON变频器M3菜单参数P34设置为65%。将VACON变频器内部菜单M2下参数P211，P212，P213，P214，P215，P216，P217，P218，P219，P2110，按照表1数据设置。VOCON变频器M2菜单下参数P2111将PID控制器参考信号源设置为1=模拟电流输入。VACON变频器M2菜单下P226、P2223， P2224， P238， P239按照表1数据设置完成。

3结语

根据消防系统中水管内压力变化，变频器自动调节输出频率而使水泵中电机转速发生变化，并且通过内部PID的调节，保持管网水压力恒定，不仅高效节能，且对管网的冲击小，运行平稳。另外，造纸单位为消防重点单位，设计好消防系统的电气控制，对造纸单位消防安全非常重要。

参考文献

[1]VACON NX inverter “ALL IN ONE” application handbook[S].UD01188 2009.

VACON NX变频器“ALL IN ONE”应用手册[S]. UD01188 2009.

[2]Jiang Ping. A Reconstruction of the Inverter Switch Circuit Power frequency[J]， Electrical World， 2017， 58（8）： 50.

姜平. 变频器工频切换电路改造实例[J]， 电世界， 2017， 58（8）： 50.

[3]Liu Xin， Li Pengfei. The machine PLC and upper unit configuration software in the application of the constant pressure water supply system[J]. Electric Drive Automation， 2016， 38（4）： 29.

刘鑫， 李鹏飞. 下位机PLC和上位机组态软件在恒压供水系统中的应用[J].电气传动自动化， 2016， 38（4）： 29.

[4]Zhang Wenxiu. The electrical control system of water supply and saving electricity[J]， The Age of Electricity， 1995（8）： 24.

张文修. 供水的電气控制与节电[J].电气时代， 1995（8）： 24.CPP

（责任编辑：吴博士）