王家松，汪曉?
（中山市供水總公司，廣東中山528403）

　　摘要：介紹了在某污水提升泵站采用的一種非線性反饋?zhàn)冾l調(diào)速系 統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，節(jié)電效果顯著等特點(diǎn)。?
　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；非線性；自動(dòng)控制；污水泵站?
　　中圖分類號(hào)：TU99225
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)07-0040-02

　　污水加壓泵站設(shè)置四臺(tái)AS潛水排污泵，電機(jī)功率均為85kW，電壓380V。原設(shè)計(jì)中選用了一套KF—90K—308型高性能大功率變頻器，對(duì)其中一臺(tái)水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻調(diào)速。它根據(jù)污水池的水位，通過改變排污泵電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率來調(diào)整排污泵的轉(zhuǎn)速，從而控制排水量，因而變頻必須受到水位反饋信號(hào)的控制，以構(gòu)成水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。?
　　常用的閉環(huán)控制方案是采用線性反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)恒液位自動(dòng)控制，但 是存在以下不足：①成本高，這是由于線性液位(壓力)傳感器及調(diào)節(jié)器價(jià)格昂貴；②可靠性低，由于線性液位(壓力)傳感器必須沉入水底且與水充分接觸才能測量到水的高度(或壓力)，因此傳感器的測量孔被泥沙堵塞而容易產(chǎn)生測量誤差，致使被控水位偏離期望值；③現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜，被控對(duì)象的非線性和大慣性因素給調(diào)節(jié)器的參數(shù)配置帶來了困難，有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。總之,對(duì)于這樣一個(gè)非線性、大慣性過程采用線性反饋控制是不合理的，在經(jīng)濟(jì)上不合算，在性能上不優(yōu)越，而且調(diào)試不方便。
　　現(xiàn)介紹該污水提升泵站所設(shè)計(jì)的一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、成本低廉的 非線性反饋?zhàn)冾l調(diào)速系統(tǒng)，成功地克服了線性反饋控制存在的問題。在該系統(tǒng)中，采用日本生產(chǎn)的變頻器控制泵電動(dòng)機(jī)，通過一套液位傳感器構(gòu)成非線性反饋控制系統(tǒng)，將水位控制在極限環(huán)內(nèi)。?
　　在污水池內(nèi)安裝一套液位傳感器，它可以測量4個(gè)液位(如圖1)。?

　　常運(yùn)行時(shí)水位將在2SL和3SL之間波動(dòng)，當(dāng)有大擾動(dòng)時(shí)1SL或4SL實(shí)現(xiàn)運(yùn)行頻率自整定和水位 報(bào)警功能，該液位傳感輸出信號(hào)被輸送到電氣控制單元，實(shí)現(xiàn)繼電器型非線性反饋特性，并與變頻器控制端子相結(jié)合，形成非線性反饋四級(jí)水位控制系統(tǒng)(見圖2)。

　　所采用高性能大功率變頻器的主電路中采用了帶有驅(qū)動(dòng)電路和電流保護(hù)、溫度保護(hù)等電路的 電力半導(dǎo)體開關(guān)器件IPM(智能化功率模塊)，而在基礎(chǔ)控制電路中則采用了高速32位的RISC( 精簡指令微處理器)來作為CPU，并采用了超密度的LSI(大規(guī)模集成電路)，其主要特點(diǎn)是： 調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高、效率高，功率因數(shù)高，輸出電流波小，輸入側(cè)對(duì)電網(wǎng)污染小，參數(shù)設(shè)置方便、保護(hù)功能齊全；有過壓、欠壓、過流、過載、短路、過熱、電源缺相等保護(hù)功能；具有故障自診斷功能。另外該變頻器還具有多速設(shè)置功能，而且各級(jí)速度均可任意設(shè)置。?

1 工作原理

　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理可知，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n₀與電源頻率f₁成正比，所以改變了f₁就改變了n₀而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。從流體力學(xué)知道，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比：?
? n′=n(f′/f)? 　　　(1)?
? Q′=Q(n′/n)²?　　　(2)?
? N′=N(n′/n)³?　　　(3)?
　　根據(jù)工藝提供的水位(該水位以城市的最大、最小污水量，涵洞的深度、容積，排污泵流量 等因素而確定)，分別用1SP、2SP、3SP和4SP表示設(shè)定的四級(jí)速度，與之對(duì)應(yīng)的頻率值分別是368z(40%Pe)、422z(60%Pe)、464z(80%Pe)和50z(100%Pe)。水位及變頻器運(yùn)行頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

　　該控制系統(tǒng)工作原理描述如下：在正常情況下，水位在2SL和3SL限定的極限環(huán)內(nèi)波動(dòng)，變頻器的輸出頻率在422_Hz。當(dāng)污水水位增加到超過高水位時(shí)，變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)至輸出頻率為46.4_Hz。若高水位持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)限T₁仍然未下降回落到正常的極限環(huán)內(nèi)，則自動(dòng)投入一號(hào)工作泵，此后若高水位仍持續(xù)不下(經(jīng)T₂時(shí)限)，系統(tǒng)便自動(dòng)投入二號(hào)工作泵。若水位繼續(xù)增長達(dá)到超高水位，變頻器輸出頻率自動(dòng)調(diào)整到50_Hz，并發(fā)出 超高水位報(bào)警信號(hào)。當(dāng)水位回落并脫離超高水位，變頻器輸出頻率自動(dòng)下調(diào)，控制水位在正常極限環(huán)內(nèi)。若水位繼續(xù)下降偏離正常工作環(huán)時(shí)，變頻器輸出頻率下調(diào)至368_Hz，同時(shí)二號(hào)工作泵退出 運(yùn)行。若低水位持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)限T₃，一號(hào)工作泵相繼退出。如果出現(xiàn)超低水位， 變頻器泵也退出運(yùn)行并發(fā)出超低水位報(bào)警信號(hào)。當(dāng)水位擾動(dòng)消失，水位恢復(fù)到正常極限環(huán)內(nèi) 時(shí)，報(bào)警信號(hào)自動(dòng)切除。該控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：
　?、龠m合于數(shù)學(xué)模型不清楚或大慣性、非線性被控過程的控制。
　?、诮Y(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，傳感器及控制單元分別采用浮球液位控制器和繼電器組成，易于實(shí)現(xiàn)。
　?、劭煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)，浮球控制器不受污水中雜物的影響，也不受腐蝕，所有輸入 、輸出信號(hào)不易受干擾。
　?、芫哂酗@著的節(jié)電效果。?
　?、菥哂袇?shù)自整定功能。?
　　本設(shè)計(jì)將先進(jìn)的變頻技術(shù)應(yīng)用于污水提升自動(dòng)控制領(lǐng)域，符合城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步 發(fā)展規(guī)劃，是建設(shè)部及國家計(jì)委節(jié)能辦推廣項(xiàng)目。

　　2 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果?

　　系統(tǒng)已于1998年5月投入實(shí)際運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果證明，該系統(tǒng)使用方便、安全可靠、功率因數(shù)高、已超前運(yùn)行，具有十分顯著的節(jié)電效果。根據(jù)系統(tǒng)在手動(dòng)控制方式下的運(yùn)行記錄，變頻器工作在368_Hz的時(shí)間是8h、工作在422_Hz的時(shí)間是75h，工作在50_{H z}的時(shí)間是75h、停機(jī)的時(shí)間是1h。該系統(tǒng)盡管一次性投資較大，但由于節(jié)電效果十分顯著(每年可節(jié)電約200000kW·h)，一年之內(nèi)便可收回投資。
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收稿日期：2000-02-15