AI儀表在軟化水裝置供水系統中的應用

一、概述

隨著現代電力控制技術的發展，以變頻調速為代表的應用技術日趨成熟和普及。在現代企業的生產中，變頻調速供水技術以其節能、安全、供水品質高等優點，得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水系統可以實現水泵、電動機無級調速，依據用水量的變化（實際為供水管網上的壓力變化）自動調節系統的運行參數，當用水量發生變化時仍保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前先進、合理的節能型供水系統，是企業降低能耗、節約成本的有效途徑，也是連續性流程工藝生產的重要保證。某大型煉化企業由于工藝生產的連續性和復雜性，裝置生產用水要求硬度低，水壓穩定且不間斷，但由于受到環境的制約，水資源匱乏，水質硬度較高，不能滿足生產用水要求。因此，該廠設置軟化水裝置，對水質進行軟化處理，并設計應用變頻調速技術，由AI智能調節器、智能繼電器、變頻器、多臺供水泵交替工頻/變頻自動切換運行，最終實現了恒壓供水、生產順暢、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控制算法。在誤差大時，運用模糊法進行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。其具有無超調、高精度、參數確定簡單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點，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，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，經過內部PID調節處理后產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：手動開停工頻運行、變頻自動恒壓閉環運行、手動變頻運行。

（1）其他硬件介紹： LOGO！230RL為西門子通用邏輯控制模塊。它具有體積小、編程簡單、功能強大的特點。230RL可提供12點開關量輸入，8點繼電器輸出的端子接口。每個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。基本功能塊有與門、或門、非門、與非、或非及異或門。同時還提供特殊功能塊，如接通延時、斷開延時、脈沖繼電器、時鐘脈沖發生器、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現復雜的邏輯繼電控制。

Simovert MasterDriver VC 變頻器是西門子新一代矢量控制變頻器，采用全數字技術控制，交流傳動采用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/自動設定，自動重起動功能等。通過操作面板對系統不同級別的參數進行設置實現豐富的功能。變頻器面板還有手動電位器旋鈕，直接控制變頻器的輸出。該變頻器被廣泛應用于現場自動控制，使傳動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速設計，運行時供水量基本固定不變。根據水泵消耗功率與轉速的關系式N=Kn3（其中N為水泵消耗功率，n為水泵運行時的轉速，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。實際生產中軟化水需求量隨裝置生產變化時，其管道上的水壓也隨之改變，可通過壓力傳感器測出實時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行比較后，經調節器內部PID計算調節輸出到變頻器控制水泵轉速，實現閉環控制管網壓力恒定。

（3）工作過程

正常情況下，系統為主泵變頻閉環工作。當供水壓力低于工藝設定值，且單臺泵無法滿足工作需要時，由LOGO！230RL自動起動輔助泵工頻運行，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，以此達到閉環恒壓供水控制。當變頻系統出現故障時，可以自動停止運行該系統，同時投用備用工頻泵。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運行和變頻運行兩種，其中工頻手動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，兩種運行方式由切換開關SA1及LOGO！230RL控制。變頻運行方式的兩種工作狀態：

變頻自動恒壓閉環控制：將切換開關SA2置于“閉環”位置，系統控制變頻器循環啟停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行比較后，經儀表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，可以自動停止運行該系統，同時投用備用工頻泵M1。當SA1置于“自動”，SA2置于“閉環”側時，系統處于變頻自動恒壓閉環控制運行。LOGO！230RL輸出端Q1輸出接通，中間繼電器KM4吸合，經延時后LOGO！230RL 的Q8輸出接通，變頻器投入運行。此時M2泵在變頻器控制下維持恒壓閉環控制，系統在設定壓力下工作。當單泵供水壓力不能滿足壓力要求，即壓力反饋信號持續低于設定值一段時間（由AI儀表下限報警給出信號，LOGO！230RL計時），LOGO！230RL自動將M3泵接通變頻器，此M3泵在儀表控制下進行閉環控制。如果M2泵在工頻，M3泵變頻同時工作一段時間后，如實際壓力超出設定壓力，M3泵持續降低轉速至控制下限仍無法達到設定值。則LOGO！230RL控制自動斷開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，從而閉環控制輸水壓力，保持供水恒壓。