ABB ACS510 的SPFC 功能在多泵恒压供水系统中的实现

0 引言

北京ABB 电气传动系统有限公司，作为全球传动行业的龙头企业，其产品广泛地用于各行各业之中。ACS510 作为其中的一款产品，广泛地用于工业领域，还针对风机、水泵应用做了特别的优化，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，铁路和隧道通风机等。

ACS510 系列产品功率范围从0.75~132 kW。

不仅性能稳定，质量可靠，而且功能强大，它的SPFC(循环软启动控制)功能很方便实现恒压供水系统，无须使用额外的PLC。

1 ABB ACS510变频器特点简介

1)完美匹配风机水泵：

(1)增强的PFC 应用最多可控制7(1+6)台水泵，能切换更多的泵;

(2)SPFC 循环软启功能可依次调节每个泵，最多可拖动6台水泵，无须使用额外的PLC;

(3)多点U/f 曲线自由定义5 段U/f 曲线，可灵活广泛的应用;

(4)超越模式应用于隧道风机的火灾模式等紧急情况下;

(5)PID调节器有两个独立的内置PID控制器，PID1 和PID2。

2)更经济：

(1)直觉特性噪音最优化，当传动温度降低时增加开关频率;可控的冷却风机，仅在需要时启动;可随机分布开关频率，从而降低噪音，极大改善了电机噪音，降低了传动噪音并提高功效;

(2)连接性简单安装，可并排安装，容易连接电缆，通过多种I/O 连接和即插式可选件方便地连接到现场总线系统上;减少安装时间，节约安装空间，可靠的电缆连接。

3)更环保：

(1)EMC 适用于第一及第二环境的RFI 滤波器为标配，不需要额外的外部滤波器;

(2)电抗器变感电抗器，根据不同的负载匹配电感量，因此能抑制和减少谐波，降低总谐波。

2 SPFC功能概述

SPFC 功能，又称循环软启动功能，内置在ACS510 变频器中。该功能不同于PFC 功能之处在于，SPFC 功能每次启动新电机的时候，都是用变频器来启动的，而变频器刚刚拖动过的电机，将投切到工频上。

下面以1 台ACS510 变频器拖动3 台水泵为例，介绍SPFC 功能在恒压供水系统中的实现。

2.1 系统要求

1)控制室无人值守，要求全自动，同时要求设计手动回路作为应急备用。

2)3 台泵循环软启动，要求不用PLC 控制，以降低成本。

3)1 台泵出现故障时，能切换掉，保证系统能继续工作。

4)3 台泵轮换运行，保证各泵运行时间相等，防止泵体久置生锈。

5)没有用水时让变频器进入睡眠状态，达到节能的目的，但要保证系统能根据用水量随时自动跟踪启动。

2.2 三泵控制主回路电路图

1拖3 控制的主回路电路图如图1 所示。

变频器在SPFC 功能下运行时，3 泵恒压供水系统的主回路硬件配置有变频器，接触器，熔断开关等，根据需要选配OREL-01(ACS510 继电器扩展选件)。

SPFC 宏的主要控制特点为：

1)当电机1 频率到达上限设定频率时，如果压力没有达到给定要求，电机脱离传动单元，经过一段时间延迟后，直接接入电网运行;

2)电机2 连接到传动单元，2 号电机速度根据PID 的给定值和实际值的运算结果逐步增加，直到满足泵的实际工况;

3)电机3 使用同样的步骤进行启动;

4)停止电机的过程如同标准PFC 控制(停止辅助电机，并继续调节正在控制的电机速度);

5)设置电机的启动顺序可以分为平均运行时间和继电器顺序(参考参数8127)。

2.3 系统的工作逻辑

三泵控制原理图如图2 所示，变频器工作逻辑时序图如图3 所示。如果最终用户在使用过程中，没有特殊的要求，基本上按照图(2)就可以实现三泵的SPFC功能。从图2、图3中，可以看到的有变频器ACS510 的继电器与DI 口，三位开关S1，S2，S3，以及继电器线包与常开常闭触点等元件。结合变频器主回路图，控制回路图，逻辑时序图，系统的工作逻辑如下所述。

1)DI 信号闭合，传动单元启动，RO1(继电器1)闭合，接触器K1 也吸合。此时调制被禁止。

2)传动单元经历一段PFC 启动延时(参数8122)。此时调制仍被禁止，因为传动单元需要等待所有接触器稳定。

3)允许调制，M1变频起动，调制从零速启动。

4)如果实际压力小于给定压力，就准备将M2投入。于是，当输出频率fout 超过启动频率1 Hz时，辅机启动延时(参数8115)。当辅机启动延时完后，传动单元自由停车，RO1打开，K1也断开。

5)传动单元等待PFC 启动延时(参数8122)。

然后，传动单元闭合RO2，K2 闭合。传动单元连接到新的被控制电机上。此时调制仍被禁止。传动单元等待PFC 启动延时(参数8122)。此时调制仍被禁止，因为传动单元需要等待所有的交流接触器稳定。然后，传动单元闭合RO1，K1.1吸合，将M1 直接切换到电网上( 恒速运行)，此时调制允许，传动单元从零速启动连接在RO2 的电机M2。

6)如果实际压力小于给定压力，就准备将M3投入。于是，输出频率fout 超过启动频率1 Hz 时，辅机启动延时(参数8115)启动。当辅机启动延时完后，传动单元自由停车，RO2断开，因此K2 断开。因为RO1 处于吸合状态，所以K1.1自保持，M1继续保持工频运行(在设计外围电路时，此处不能忽略)。

7)传动单元等待PFC 启动延时(参数8122)。

传动单元闭合RO3，K3 闭合。传动单元连接到新的被控制电机M3上。此时调制仍被禁止。

8)传动单元等待PFC 启动延时(参数8122)。

此时调制仍被禁止，因为传动单元需要等待所有的交流接触器稳定。然后，传动单元闭合RO2，K2.1吸合，M2直接切换到电网上(恒速运行)。

9)此时调制允许，传动单元从零速启动连接在RO3 的电机M3。

10)此时M1，M2 工频运行，M3 变频运行，如果实际压力高于给定压力，于是输出频率fout 低于停止频率1 Hz 时，辅机停止延时(参数8116)启动。当辅机启动延时完成后，RO1 断开，这时K1.1 掉电，M1停止工频运行。

11)此时M2 工频运行，M3 变频运行，如果此时实际压力仍高于给定压力，于是输出频率fout 低于停止频率1 Hz时，辅机停止延时(参数8116)启动。当辅机启动延时完后，RO2断开，这时K2.1 掉电，M2停止工频运行。

12)如果此时压力又不够，于是RO3 断开，K3断开变频运行。RO1闭合，K1吸合，M1 变频运行。

RO3 闭合，K3.1 吸合，M3 工频运行(注意：辅机的切换顺序可以通过参数8128 来设置)。

13)接下来的逻辑依上所述类推。即使辅机数量在4-6 台，逻辑也类似于上面所述。

2.4 变频器ACS510的控制板

ACS510 的控制板I/O 控制连接示意图如图4所示。

2.5 主要参数设置

9902 SPFC 宏(应用宏)

1001 DI1(手动启动)

1002 DI6(自动启动)

1102 DI2(EXT1/EXT2切换)

1103 AI1(手动给定信号)

1106 PIDOUT1(自动给定源)

1401 PFC

1402 PFC

1403 PFC

1601 使能

2007 25 Hz(频率低限值)

2008 52 Hz(频率高限值)

4010 19(内部设定)

4011 根据压力需要设定

4022 7(睡眠选择信号)

4023 40(睡眠频率)

4024，4025，4026 根据需要设定

8117 2(两台辅机)

8127 3(三台电机)

8120 DI3(内部锁定)

8122 根据需要设定

8128 平均运行时间(辅助电机启动顺序)

参考三泵控制原理及配置，用户可以根据实际的需要配置更多的外部辅助设备，并且最好在出厂前把逻辑调试好，继电器的切换完全是由变频器根据水压的变化自动做出的动作。

3 结语

ACS510 的SPFC(循环软启动控制)功能在恒压供水系统的使用中越来越广泛，因为它内部强大的逻辑功能大大降低了用户的工作量。此外，因为无须使用外部PLC，降低了用户的一次投资成本。同时因为电网直接快速的投切到已经运行中的电机上，相比较电网直接投切到静止的电机，启动冲击电流就大大地减小了。