AI儀表在軟化水裝置供水系統中的應用

一、概述

隨著(zhù)現代電力控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調速為代表的應用技術(shù)日趨成熟和普及。在現代企業(yè)的生產(chǎn)中，變頻調速供水技術(shù)以其節能、安全、供水品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水系統可以實(shí)現水泵、電動(dòng)機無(wú)級調速，依據用水量的變化（實(shí)際為供水管網(wǎng)上的壓力變化）自動(dòng)調節系統的運行參數，當用水量發(fā)生變化時(shí)仍保持水壓恒定以滿(mǎn)足用水要求，是目前先進(jìn)、合理的節能型供水系統，是企業(yè)降低能耗、節約成本的有效途徑，也是連續性流程工藝生產(chǎn)的重要保證。某大型煉化企業(yè)由于工藝生產(chǎn)的連續性和復雜性，裝置生產(chǎn)用水要求硬度低，水壓穩定且不間斷，但由于受到環(huán)境的制約，水資源匱乏，水質(zhì)硬度較高，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)用水要求。因此，該廠(chǎng)設置軟化水裝置，對水質(zhì)進(jìn)行軟化處理，并設計應用變頻調速技術(shù)，由AI智能調節器、智能繼電器、變頻器、多臺供水泵交替工頻/變頻自動(dòng)切換運行，最終實(shí)現了恒壓供水、生產(chǎn)順暢、降低能耗的目的。

二、AI儀表選型

在本系統中儀表的作用是輸出信號調節變頻器頻率的大小，因為壓力是快速變化的物理量，對儀表的整體性能有很高的要求，所以選用宇電AI-808型人工智能調節器，具體型號為AI-808AI4X3L2L2。

AI智能調節器具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運用模糊法進(jìn)行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化。其具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。

三、系統控制原理和工作過(guò)程

本系統采用1控3方式，即1臺變頻器控制3臺水泵。工作時(shí)，管道上的壓力由傳感器測量，并將壓力信號轉換成標準電流信號，作為反饋信號輸入AI調節器，經(jīng)過(guò)內部PID調節處理后產(chǎn)生輸出信號到變頻器控制泵轉速，由智能繼電器執行邏輯控制，保證供水壓力恒定。根據需要將該系統設計成三種運行狀態(tài)：手動(dòng)開(kāi)停工頻運行、變頻自動(dòng)恒壓閉環(huán)運行、手動(dòng)變頻運行。

（1）其他硬件介紹： LOGO！230RL為西門(mén)子通用邏輯控制模塊。它具有體積小、編程簡(jiǎn)單、功能強大的特點(diǎn)。230RL可提供12點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入，8點(diǎn)繼電器輸出的端子接口。每個(gè)繼電器輸出端口的最大電流可達8A。LOGO！230RL模塊具有很強的邏輯控制和運算功能，這些功能以功能塊的方式應用?；竟δ軌K有與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非、或非及異或門(mén)。同時(shí)還提供特殊功能塊，如接通延時(shí)、斷開(kāi)延時(shí)、脈沖繼電器、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、加減計數器等。因此，它既可以作為PLC，又可以作為智能繼電器以實(shí)現復雜的邏輯繼電控制。

Simovert MasterDriver VC 變頻器是西門(mén)子新一代矢量控制變頻器，采用全數字技術(shù)控制，交流傳動(dòng)采用IGBT電壓源變頻裝置，具有很高的變頻范圍。Simovert MasterDriver VC提供標準功能，如手動(dòng)/自動(dòng)設定，自動(dòng)重起動(dòng)功能等。通過(guò)操作面板對系統不同級別的參數進(jìn)行設置實(shí)現豐富的功能。變頻器面板還有手動(dòng)電位器旋鈕，直接控制變頻器的輸出。該變頻器被廣泛應用于現場(chǎng)自動(dòng)控制，使傳動(dòng)系統的工作效率和可靠性得以提高。

（2）控制原理：一般情況下水泵轉速按工頻運行時(shí)速設計，運行時(shí)供水量基本固定不變。根據水泵消耗功率與轉速的關(guān)系式N=Kn3（其中N為水泵消耗功率，n為水泵運行時(shí)的轉速，K為比例系數），采用恒轉矩調速方式，連續改變電機的驅動(dòng)電流頻率，可以平滑改變其轉速，從而達到改變水泵消耗功率的目的。實(shí)際生產(chǎn)中軟化水需求量隨裝置生產(chǎn)變化時(shí)，其管道上的水壓也隨之改變，可通過(guò)壓力傳感器測出實(shí)時(shí)變化量送入調節器作為壓力反饋信號，與工藝設定壓力信號進(jìn)行比較后，經(jīng)調節器內部PID計算調節輸出到變頻器控制水泵轉速，實(shí)現閉環(huán)控制管網(wǎng)壓力恒定。

（3）工作過(guò)程

正常情況下，系統為主泵變頻閉環(huán)工作。當供水壓力低于工藝設定值，且單臺泵無(wú)法滿(mǎn)足工作需要時(shí)，由LOGO！230RL自動(dòng)起動(dòng)輔助泵工頻運行，主泵仍變頻運行；若供水壓力高于工藝設定值，輔助泵變頻工作，主泵停止運行，以此達到閉環(huán)恒壓供水控制。當變頻系統出現故障時(shí)，可以自動(dòng)停止運行該系統，同時(shí)投用備用工頻泵。其控制系統圖為：

圖中L為交流電抗器，P為壓力變送器，AI為調節器。系統運行方式包括工頻手動(dòng)運行和變頻運行兩種，其中工頻手動(dòng)運行適用于變頻器檢修期，而變頻運行適用于正常工作狀態(tài)，兩種運行方式由切換開(kāi)關(guān)SA1及LOGO！230RL控制。變頻運行方式的兩種工作狀態(tài)：

變頻自動(dòng)恒壓閉環(huán)控制：將切換開(kāi)關(guān)SA2置于“閉環(huán)”位置，系統控制變頻器循環(huán)啟停M2泵、M3泵，壓力變送器P將管道壓力轉化為標準4～20mA電信號送至調節器，作為調節器壓力反饋信號與儀表的壓力設定值進(jìn)行比較后，經(jīng)儀表PID運算輸出控制信號，控制水泵轉速。當變頻系統出現故障時(shí)，可以自動(dòng)停止運行該系統，同時(shí)投用備用工頻泵M1。當SA1置于“自動(dòng)”，SA2置于“閉環(huán)”側時(shí)，系統處于變頻自動(dòng)恒壓閉環(huán)控制運行。LOGO！230RL輸出端Q1輸出接通，中間繼電器KM4吸合，經(jīng)延時(shí)后LOGO！230RL 的Q8輸出接通，變頻器投入運行。此時(shí)M2泵在變頻器控制下維持恒壓閉環(huán)控制，系統在設定壓力下工作。當單泵供水壓力不能滿(mǎn)足壓力要求，即壓力反饋信號持續低于設定值一段時(shí)間（由AI儀表下限報警給出信號，LOGO！230RL計時(shí)），LOGO！230RL自動(dòng)將M3泵接通變頻器，此M3泵在儀表控制下進(jìn)行閉環(huán)控制。如果M2泵在工頻，M3泵變頻同時(shí)工作一段時(shí)間后，如實(shí)際壓力超出設定壓力，M3泵持續降低轉速至控制下限仍無(wú)法達到設定值。則LOGO！230RL控制自動(dòng)斷開(kāi)M2泵工頻工作，由M3泵持續變頻工作。順序起停M2泵和M3泵在工頻和變頻運行狀態(tài)，從而閉環(huán)控制輸水壓力，保持供水恒壓。