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摘 要 文章就变频恒流量控制在活性炭投加装置中的应用进行探讨。以城西水厂粉末活性炭投加装置为例，分析得出：采用恒流量控制方式投加，既可以改善工人的工作环境和劳动强度，也为企业带来了良好的社会效益和经济效益。
关键词 变频恒；活性炭；应用
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0152-01
盐城地处里下河地区，由于客水过境和上游工农业生产的影响，水源容易受到突发性和季节性污染。活性炭处理工艺是目前水体深度净化和预处理中的重要环节，为保证水质达标和供水安全，盐城城西水厂建立了粉末活性炭投加装置，采用变频调速恒流量控制、泵力湿式投加。
1 变频调速恒流量控制设计方案
1.1 变频调速恒流量控制系统原理
城西水厂粉末活性炭投加装置变频调速恒流量控制系统采用图1所示的设计方案。
图中变频器的作用是为水泵电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使水泵转速相应变化，炭液流量可调节；电磁流量计安装在输送管道中，任务是检测管道中炭液流量，同时将流量4mA-20mA信号送入PID 调节器，由PID调节器在调节器内部与设定值比对后进行运算，输出给变频器一个4mA-20mA转速调节信号，变频器根据转速调节信号控制电机转速，同时PID调节器也是瞬时流量的显示设备。流量设定值为需要投加流量的期望值。
恒流量控制系统实际上是一个单闭环系统，当投加装置工作时，输送管中流量达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用炭液池液位降低或管路有堵塞时，流量降低，流量计将这一信号送入PID调节器，PID调节器则送出一个流量增大的信号，使变频器的输出频率上升，水泵的转速提高，流量上升。反之，炭液池液位升高，水泵扬程降低，出液流量增加，流量计将这一信号送入PID调节器，PID调节器则送出一个流量减小的信号，使变频器的输出频率下降，水泵的转速降低，流量下降。在外部条件不断变化的情况下，通过系统的闭环控制，使输出流量自动保持在设定值，即恒流量控制。在变频调速恒流量控制设备中，流量信号的检测，PID控制信号的产生和输出就成为控制系统中的关键环节。
1.2 变频调速恒流量控制系统设备的选择
1）变频器选型。变频器类型的选择要根据负载的要求来进行，电机用变频器运行同采用工频电源相比，电机的效率、功率因数将降低，电流增加，对同一负载而言约增加10%。当电机极数大于4极时（如：8极、10极等），选择变频器容量要用电流来校核。泵类负载的转矩与转速成平方比，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型U/f变
频器。
变频器的过载能力较小，允许过载时间亦很短，但泵类负载除起动外无瞬时过载问题，变频器传动时最大轴功率基本上等于电动机的额定功率。当泵低速运行时，散热能力变差，但温升不会有太大变化，对于最大轴输出功率无影响。还要考虑变频器传给电动机是脉动电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此变频器的容量须留有适当的余量。
2）电磁流量计选型。一般工业用电磁流量计被测介质流速以2m/s-4m/s为宜，在特殊情况下，最低流速应不小于0.2m/s，最高应不大于8m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用，有利于提高测量精度。
在量程Q已确定的条件下，即可根据上述流速V的范围决定流量计口径D的大小，其值由下式计算：
Q=πD2V/4
Q：流量（m2/h）；D：管道内径；V：流
速（m/h）。
电磁流量计的量程Q应大于预计的最大流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。
安装条件：上游直管段大于10×DN，下游直管段大于5×DN
DN=传感器公称口径
流量计的实际最高工作压力必须小于电磁流量计的额定工作压力；根据测量目的、功能来合理选择相应的精度等级。
根据介质的腐蚀性来选择电磁流量计的电极材料，活性炭溶液可选择316。
根据介质的腐蚀性、磨损性、和温度来选择流量的内衬材料，活性炭溶液可选择聚四氟乙烯。
根据安装场合的要求及环境，来合理选择使用一体型电磁流量计还是分体型电磁流
量计。
在安装过程中要注意严格按要求对电磁流量计進行接地。
3）PID控制器。调节器适用于流量的精确测控，其要求如下：
直流电压、直流电流等信号自由输入，测量范围和显示分辨率自由设置。
模块化的输出结构，控制输出自由可选。
两路可编程的报警输出可实现上限、下限、上下限、双上限、双下限等报警方式，可自由选择绝对值报警或偏差值报警，并可设置仪表上电时免除报警。
通用的可编程直流电流输出模块，无论是用于控制输出还是变送输出，均可在0-10mA、0-20mA、4mA-20mA之间自由切换，并对输入输出信号进行隔离。
采用RS485串行通讯，方便与第三方后台监控软件组成集散控制
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系统。
完善的自检保护功能，能对程序跑飞、EEPROM出错、A/D出错、冷端补偿出错、超量程、输出模块状态等进行监控，发生错误时根据错误性质自动选择修正错误或及时给出提示并关闭输出，确保系统安全。
2 系统设备参数设置
2.1 变频器参数设置
变频器参数设置如下：最大频率50Hz，最小0Hz，基本频率50Hz；额定电压380V，总加速时间15s，减速时间15s，电动机平滑起动；电子热保护1.05，转矩限制1.5；第一频率指令来源设定：由外部端子ACI输入模拟信号DC4-20mA控制；运转指令来源设定： 由外部端子操作，键盘STOP键有效；其余功能为变频器出厂设定。
2.2 调节器参数设定
确定P、I参数时，可先不考虑管道的影响（管网波动，水流变化的滞后），忽略起动最初影响，忽略流量测量的滞后环节，当PI参数计算取得后，在实际调试过程中，应根据所带负载进行调整，可先使泵空载运行，改变给定值，如果系统稳定，再使水泵带载运行调整，使系统稳定并有一定的灵敏度。流量调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：P=40%-100%，T=6s-60s，D=0。
3 设备运行效果分析
1）采用变频调速恒流量投加，实现远程控制,系统操作简便，改善了工人的工作环境和劳动强度。
2）系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，变频器的加、减速可根据工艺要求调节，控制精度高。
3）水泵电机为软启动，且转速普遍下降，减少了电机轴承的磨损及启动时电机突然加速造成系统的喘振和对管道的冲击，同时因水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的磨损。
4 结论
城西水厂粉末活性炭投加装置采用恒流量控制方式投加，实现远程控制，系统控制精度高，操作简便，改善了工人的工作环境和劳动强度。采用闭环控制，参数超调波动范围小，变频器的加、减速可根据工艺要求调节，降低了电能和活性炭的消耗，为企业取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]陈伯时.拖动自动控制系统[J].
[2]王松,张晓冬,赵辉.变频器内置PID功能在恒压供水设备中的应用[J].
[3]陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计[J].
关键词 变频恒；活性炭；应用
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0152-01
盐城地处里下河地区，由于客水过境和上游工农业生产的影响，水源容易受到突发性和季节性污染。活性炭处理工艺是目前水体深度净化和预处理中的重要环节，为保证水质达标和供水安全，盐城城西水厂建立了粉末活性炭投加装置，采用变频调速恒流量控制、泵力湿式投加。
1 变频调速恒流量控制设计方案
1.1 变频调速恒流量控制系统原理
城西水厂粉末活性炭投加装置变频调速恒流量控制系统采用图1所示的设计方案。
图中变频器的作用是为水泵电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使水泵转速相应变化，炭液流量可调节；电磁流量计安装在输送管道中，任务是检测管道中炭液流量，同时将流量4mA-20mA信号送入PID 调节器，由PID调节器在调节器内部与设定值比对后进行运算，输出给变频器一个4mA-20mA转速调节信号，变频器根据转速调节信号控制电机转速，同时PID调节器也是瞬时流量的显示设备。流量设定值为需要投加流量的期望值。
恒流量控制系统实际上是一个单闭环系统，当投加装置工作时，输送管中流量达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用炭液池液位降低或管路有堵塞时，流量降低，流量计将这一信号送入PID调节器，PID调节器则送出一个流量增大的信号，使变频器的输出频率上升，水泵的转速提高，流量上升。反之，炭液池液位升高，水泵扬程降低，出液流量增加，流量计将这一信号送入PID调节器，PID调节器则送出一个流量减小的信号，使变频器的输出频率下降，水泵的转速降低，流量下降。在外部条件不断变化的情况下，通过系统的闭环控制，使输出流量自动保持在设定值，即恒流量控制。在变频调速恒流量控制设备中，流量信号的检测，PID控制信号的产生和输出就成为控制系统中的关键环节。
1.2 变频调速恒流量控制系统设备的选择
1）变频器选型。变频器类型的选择要根据负载的要求来进行，电机用变频器运行同采用工频电源相比，电机的效率、功率因数将降低，电流增加，对同一负载而言约增加10%。当电机极数大于4极时（如：8极、10极等），选择变频器容量要用电流来校核。泵类负载的转矩与转速成平方比，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型U/f变
频器。
变频器的过载能力较小，允许过载时间亦很短，但泵类负载除起动外无瞬时过载问题，变频器传动时最大轴功率基本上等于电动机的额定功率。当泵低速运行时，散热能力变差，但温升不会有太大变化，对于最大轴输出功率无影响。还要考虑变频器传给电动机是脉动电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此变频器的容量须留有适当的余量。
2）电磁流量计选型。一般工业用电磁流量计被测介质流速以2m/s-4m/s为宜，在特殊情况下，最低流速应不小于0.2m/s，最高应不大于8m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用，有利于提高测量精度。
在量程Q已确定的条件下，即可根据上述流速V的范围决定流量计口径D的大小，其值由下式计算：
Q=πD2V/4
Q：流量（m2/h）；D：管道内径；V：流
速（m/h）。
电磁流量计的量程Q应大于预计的最大流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。
安装条件：上游直管段大于10×DN，下游直管段大于5×DN
DN=传感器公称口径
流量计的实际最高工作压力必须小于电磁流量计的额定工作压力；根据测量目的、功能来合理选择相应的精度等级。
根据介质的腐蚀性来选择电磁流量计的电极材料，活性炭溶液可选择316。
根据介质的腐蚀性、磨损性、和温度来选择流量的内衬材料，活性炭溶液可选择聚四氟乙烯。
根据安装场合的要求及环境，来合理选择使用一体型电磁流量计还是分体型电磁流
量计。
在安装过程中要注意严格按要求对电磁流量计進行接地。
3）PID控制器。调节器适用于流量的精确测控，其要求如下：
直流电压、直流电流等信号自由输入，测量范围和显示分辨率自由设置。
模块化的输出结构，控制输出自由可选。
两路可编程的报警输出可实现上限、下限、上下限、双上限、双下限等报警方式，可自由选择绝对值报警或偏差值报警，并可设置仪表上电时免除报警。
通用的可编程直流电流输出模块，无论是用于控制输出还是变送输出，均可在0-10mA、0-20mA、4mA-20mA之间自由切换，并对输入输出信号进行隔离。
采用RS485串行通讯，方便与第三方后台监控软件组成集散控制
（下转第145页）
（上接第152页）
系统。
完善的自检保护功能，能对程序跑飞、EEPROM出错、A/D出错、冷端补偿出错、超量程、输出模块状态等进行监控，发生错误时根据错误性质自动选择修正错误或及时给出提示并关闭输出，确保系统安全。
2 系统设备参数设置
2.1 变频器参数设置
变频器参数设置如下：最大频率50Hz，最小0Hz，基本频率50Hz；额定电压380V，总加速时间15s，减速时间15s，电动机平滑起动；电子热保护1.05，转矩限制1.5；第一频率指令来源设定：由外部端子ACI输入模拟信号DC4-20mA控制；运转指令来源设定： 由外部端子操作，键盘STOP键有效；其余功能为变频器出厂设定。
2.2 调节器参数设定
确定P、I参数时，可先不考虑管道的影响（管网波动，水流变化的滞后），忽略起动最初影响，忽略流量测量的滞后环节，当PI参数计算取得后，在实际调试过程中，应根据所带负载进行调整，可先使泵空载运行，改变给定值，如果系统稳定，再使水泵带载运行调整，使系统稳定并有一定的灵敏度。流量调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：P=40%-100%，T=6s-60s，D=0。
3 设备运行效果分析
1）采用变频调速恒流量投加，实现远程控制,系统操作简便，改善了工人的工作环境和劳动强度。
2）系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，变频器的加、减速可根据工艺要求调节，控制精度高。
3）水泵电机为软启动，且转速普遍下降，减少了电机轴承的磨损及启动时电机突然加速造成系统的喘振和对管道的冲击，同时因水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的磨损。
4 结论
城西水厂粉末活性炭投加装置采用恒流量控制方式投加，实现远程控制，系统控制精度高，操作简便，改善了工人的工作环境和劳动强度。采用闭环控制，参数超调波动范围小，变频器的加、减速可根据工艺要求调节，降低了电能和活性炭的消耗，为企业取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]陈伯时.拖动自动控制系统[J].
[2]王松,张晓冬,赵辉.变频器内置PID功能在恒压供水设备中的应用[J].
[3]陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计[J].