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变频器在船舶恒压供水系统的应用


20 0 4年 l   2月

舰 船工 程研 究 

20 0 4年 第 4期 ( 第 1 7期) 总 0  

变频 器在船舶恒压供水系统 的应用 
郑  炜 

( 中科 技 大 学 , 北 武 汉 4 0 7 ) 华 湖 3 04 
摘 要 :介 绍 了 船舶 中 变 频

器 控 制 恒 压 供 水 的 控 制 策 略 , MIR M S E 4 0变 频 器 为 例 分 析 了 典 型  以 C O AT R3
的恒 压供 水 系 统 控 制方 案 。  

关 键 词 : 压 供 水 ;变频 控制 ; 舶  恒 船
中图 分 类 号 : 6 4 7 U 7 .  文 献 标 识 码 :  A 文章 编 号 :0 9 2 0 ) 4— 8一 3 2 1 (0 4 0 0 o 

App i a i n o   o v r e  n s p S wa e   u l   l to   fc n e t r i   hi     t r s pp y c wih c nsa   e s e s s e   t   o t ntpr s ur   y t m
Zh n   i e g We  Ab ta t s r c :Th s p p r i r d c s ma ie wae   u p y wi   o sa tprs u e c n r lmeh d i  a e  nto u e   rn   t rs p l  t c n tn  e s r  o to  to   h f rs i s, a y i h   o r lwa   fwae   u p y wih c n tn   e s r  y tm  y usng M I o   h p An lsst e c nto  y o  t rs p l  t  o sa tprs u e s se b   i   -   CROMAS TER43   o v  ̄e . 0cn e r   Ke   y wor :wae   u py c n t n  r s u e;c n r lpoiy;s i  ds t rs p l  o sa tp e s r o to  lc hp

1 概  

述 

用 电动 机变 频 调 速装 置 构成 控 制 , 行优 化控  进
制 泵 组 的调 速 运行 , 自动 调整 泵 组 的运 行 台  并

随着 船舶新 技 术 的大 量应 用 , 导致 大 量 高 

数 , 成供 水压力 的 闭环控制 , 管 网流量变 化  完 在 时达 到稳定 供水 压力 和节约 电能 的 目的 。系统  是将 供 水 总管 的 出水 压力 作 为 控制 目标 , 系统  设 定 的给水 压力 值与 反馈 的总管 压力 实际值进  行 比较 , 差 值输 入 C U运 算 处 理后 , 出控  其 P 发
制指 令 , 制 泵 电动 机 的投 运 台数 和 运行 变 量  控

技 术新设 备 的采 用 ( 如 大 功 率 变频 器 、 例 电子  柜 和推进 电 机 等 ) 这 些 设 备 都 有 一 个 共 同特  ,
点 就 是功 率 大 发热 量 也大 , 因此 冷 却 问题也 就  逐 步 显现 出来 , 一般 这 些装 置 对 冷 却水 的 压力  流量 都有 较 为严 格 的 要求 , 当冷 却水 总 管 的  而 流量变 化较 大时 以前常 规使用 的继 电器加 压力  传感器 的控 制方式 就难 以满 足新 的要求 。 同时 
传统平 台 系统 的水 消 防系统 等也有 一个 改进 的  需求。  

泵 电动 机 的转 速 , 而使 供 水 总管 压 力稳 定 在  从
设 定 的压力 值上 。  

2 控 制 方 案 
典型 的 自动恒压 供水 系统具 有控 制水 泵 出   口总管压力 恒定 、 流量供 水功 能 , 变 系统通 过安  装 在 出水 总管 上 的 压力 传 感器 , 时 将 压力 信  实
号转 换 为 电信 号 , 入 至变 频 调速 装 置 的输 入  输

随着 电力 电子 技术 的发展 以及 电力 电子 器  件 的理论 研 究 和 制造 工 艺水 平 的不 断 提高 , 电  力 电子 器件 在容 量 、 压、 耐 特性 和类 型等 方面 得  到 了很 大 的发展 。作为 应用 现代 电力 电子器 件 

与微 计 算 机 技 术 有 机结 合 的交 流 变频 调速 装 
置, 随着 产 品 的开 发创新 和 推广应用 , 得 自动  使 恒压供水 系统 的设 计成 为可 能 。   恒压供 水控 制 系统 的基 本 控 制 思路 是 : 采 

模块 , 信号 经 运算 处 理后 与设定 的信 号进 行 比 
较运算 , 出最 佳 的运行工 况参 数 , 得 由变频 器的  输 出模 块 控制 变 频 器 的频 率设 定 值 , 控制 泵 站 
投 运水 泵 的 台数 及变 量 泵 的运 行 工况 , 实 现  并

第 4期 

郑炜: 交频器在 船舶 恒压供 水 系统 的应用  

3  3

对每 台水泵 根据 C U指令 实施 启 动、 换及 变  P 切 频运 行 。系统 可 根据用 户用 水 量 的变化 ,自动  确定 泵 组 的水 泵 的循 环运 行 , 以提 高 系统 的稳 
定性 及供 水的质 量 。  

动值 ” 供 水 压 力 下 限 启 动 , 节 能 方 式 下 , 由 即   PD控制 器 继续产 生误差 ( 2 7 ) 一旦这 一误  I P2 3 , 差达 到重 新 起 动 电动 机 的设 定 值 ( 2 9 ) 变  P32 ,
频器 即沿斜 坡 函数 曲线再 次 起 动 电动 机 , 达  并

3 功  能   
此 处 以 M C O MA T R 4 0变 频 器 为 例  IR   SE  3 进 行分 析 。  

到 PD控 制器计 算 出的设 定值 。 I  

3 4 通 信 功能  .
MIR MA T R 3 c O s E 4 0变 频 器 具 有 计 算 机 的  通信 功能 , 变频 器均提供 有 4 5串行 通信 接 口, 8   在 单一 的 R 4 5链路 最 多 可 以连 接 3 S8 0台变 频  器 , 是链 路 中需 要 有 一 个 主控 制 器 ( 站 )  但 主 , 而各个 变 频 器 则 是 从 属 的 控 制 对 象 ( 站 )   从 。 利用 串行 口通 信 可 以方便 地 完 成 以下 任 务 : 设  置 和修 改 变频 器 的参 数 ; 续对 变 频 器 的特 性  连 进行监 测 和控 制 。此 外 该 变 频 器还 具 有 手 动/   自动操作 , 障报 警 , 行状 态 、 流 、 压 、 故 运 电 电 频  率状 态显示 等 功能 。  

3 1 变 频 器 自动 变 频 和 分 级 控 制 功 能  .
变 频器提供 不 同的工作 方式供 用产 选择 :   ? 方式 l基 本 工作 方 式。 变 频 器 始终 固  : 定 驱动 一 台泵 并实 时根据 压力信 号控制 频率输 
出 。 变电机 的运行 。 改  

? 方式 2 变频 器 始终 固定 驱 动一 台泵 并  : 实时根 据 其 输 出频 率 , 制其 他 辅 助 泵 启 停 。 控   即当变 频器 的输 出频 率达 到最 大频率 时启动 一  台辅 助泵 工 频运 行 、 当变频 器 的输 出频 率达 到  最小频 率时则 停止最后 启 动 的辅 助泵 。 由此 控 
制增减 工频运 行泵 的台数 。  

3 2 P D的调 节 功 能  .  I
由总管 上 的压 力 传 感 器 反 馈 的水 压 信 号 
( 2  4~ 0mA) 接 送 入 变 频器 的 A D 口, 定  直 / 设

给定 压力值及 PD参 数值 , I 并通 过 C U计算 何  P 以需 切换 泵 的操 作 完成 系统 控 制 , 系统 参 数 在  实际运 行 中调 整 , 系统控 制响应 趋 于完整 。 使  

3 3 “ 能 ” 能  .  节 功
系统运行 时可 能会遇 到用水 量较小 或不 用 

图 1 变 频 控 制 不 意 图 

4 MIR M S E 4 O变 频 器控 制    C O A T R3
水 泵 运 行情 况 
变频 器需要 对多 台水 泵进行 电动 机分 级控 

水 ( 消防系统 ) 如 的情 况 , 了节 能和延 长设 备  为 的寿命 , 系统 可 以设 置使水 泵暂停 工作 的功 能 ,  
当变 频 器频 率输 出低 于其 下 限时 , 变频 器 停 止  工作, 水泵 停止 ( 于暂停状 态 )  处 。 “ 能设 定值 ” 频器 输 出 的下 限频 率 由 节 变  
P 3 0设 置 。 29  

制 时 , 频 器是 利 用其 继 电器输 出触点 来 控 制  变 多台 电动机 的起 动 和停止 , PD控 制 信 号 作  在 I 用时 , 最多 可 以控 制另外 三 台水泵 的运行 , 即整 
个 系统 包括 一 台由变频 器直 接控制 的水泵 和三 

“ 节能确 认 时间 ” 参数 P 3 1设 置 , 用 29 当变  频器 的输 出频 率低 于 节 能设 定值 的时 间 , 如小  于节 能确认 时 间 t , t<t l时 即 l时变频 器 继续  工作 , t>t 变频 器 立 即沿 斜 坡 函数 曲线  当 l时

台辅助 水泵 。各 台辅助 水泵 可 以通 过接 触器 或  起 动 器 投入 运行 , 接触 器 和起 动 器 接通 和 断 开 
由变频 器 的输 出继 电器进 行控 制 。  

降速停 车 , 进 入 节 能 方 式 运 行 。 “ 能 再 起  并 节

当变频器 运行在 最 大频率 ( 转第 4 下 4页 )  

舰船 工程研 究 

第 4期 

4 小  结   
首 台套研 制 完成 后 , 们 在 某 型 船 上 进 行  我 了实船 安装 、 试 、 验 , 调 试 各项 指 标 均 达 到 了研  制 要 求 , 过 三年 多 的实 船使 用 证 明该 装 置 效  经
果 较好 。本 文具 有 较 强 的针 对 性 , 形 成 的 研  所

然 趋 势 。 希 望 有 关 部 门 采 取 措 施 促 进 该 项 目产 

品 的推 广应 用 , 将 有较 大 的 市场 前 景及 社 会  必
效应 。  

参考 文献 
[ ] 船 舶 设 计 实 用 手 册 . 防 工业 出 版 社 ,0 2 1  1  国 2 0 .2 [ ] 船 舶 材 料 手 册 . 防 工 业 出 版社 ,9 9 1 2  国 18 .  [ ] 钢 质 海 船 入 级 与 建 造 规 范 .人 民 交 通 出 版 社 , 3   
2 01 9 0 . 

究 成果 经 实船使 用证 明 , 该装 置实 用性 强 、 格  价 低 、 靠性 高 , 可 有较 好 的阻水 进气 效 果 , 决 了 解  
进水 问题 , 虑 了 防火 因 素 , 加 了船 舶 安 全 , 考 增   受 到用 户 好评 ; 采 用 的研 究 技 术 和试 验 方法  所 具 有较 强 的 实用 性 和参 考 价值 , 可供 有关 人员  参 考和借 鉴 。并且 现有 的气水分 离装 置可 和整  个 船舶 的探 测 、 警 、 报 灭火 系 统 一 体化 设 计 , 可 
以达 到一 旦 机舱 失 火 马上 自动关 闭进 出 口, 灭 

[ ] 铝合 金 及其 加工 手册.中南 工 业大 学 出版 社 , 4   
】 9.   98 6

收 稿 日期 :2 0 0 0 4— 8—1  2 作 者 简 介 :许 士 华 ( 9 2一) 男 , 程师  17 , 工

火 系统 自动 启 动 , 将 是 船舶 自动 化设 计 的 必  这
( 上接 第 3 3页 )  

中 国 舰 船研 究设 计 中 心 

机 电源 频 率 , 达到 调 节水 泵 转 速改 变 水泵 出 而   口压力 , 比靠 调 节 阀 门的 控制 水泵 出 口压力 的  方 式 , 有降 低 管道 阻 力 大大 减 少 截流 损失 的  具
效能。  

时, 一旦 PD反馈 信号要 求达 到更 高 的速度 时 , I   变频器 通过 继 电器 的输 出触点 接通 Ml M3中 —  


台电动 机 ( 时若 开通 分 级 循 环 功 能 , 频  此 变

器将按 照各 台 电动机 运行 时 间计 数 器 ( 2 8 ) P 3 0 
的记 数值 来 确 定 开 启 运行 小 时 数 最 少 的 电 动 

2 由于变 量泵 工 作 在 变频 工 况 , 其 出 口 ) 在  
流 量小 于额定 流量 时 , 转速 降低 , 少 了轴 承  泵 减

机 ) 同时 , 了保 持 被控 的 变 量 尽可 能 恒 定 不  , 为 变 , 频 器 的输 出频 率必 须沿 斜 坡 函数 曲线 降  变 低 至最 小频 率 。因此 , 在分 级过 程 中 , I PD控 制  器 必须 暂停工 作 。   当变频器 运行 在最 小 频 率 时 , 旦 PD 反  一 I 馈 信 号要 求 进 一步 降 低速 度 时 , 频器 通 过 继  变 电器 的输 出触点 断开 M1 一M3中的一 台电动 机  ( 时若 开 通 分 级 循 环 功 能 , 频 器 将 按 照 各  此 变 台 电动机 运行 时间计 数 器 ( 2 8 ) P 3 0 的记 数 值 来  确定 退 出分级 控 制 时 , 计入 小 时 数最 多 的 电 动  机 断开 ) 同时 , 了保 持被 控 的变 量尽 可 能 恒  , 为 定不 变 , 频 器 的输 出频 率 必 须 沿斜 坡 函数 曲  变 线 上升 至最 高 频 率 。 同时 , 分级 过 程 中 , I  在 PD 控制器 必须 暂停 工作 。  

的磨 损和 发 热 , 长泵 和 电动机 的 机 械使 用 寿  延
命。  

3 )水泵 电动 机采用 软启 动方 式 , 按设 定 的 
加 速时 间加速 , 避免 电动 机启 动时 的电 流冲击 ,   对 电 网 电压 造成 波 动 的影 响 , 同时 也避 免 了 电  动机 突然 加速 造成泵 系统 的 喘振 。  

4 )由于 变量泵 工作 在变 频工作 状 态 , 在其  运行 过 程 中 其转 速是 由外 供 水 量决 定 的 , 系  故
统在 运行 过程 中可节 约可 观 的电能 。   参考 文献 
[ ] M co at  3  . 9  W 风 机 泵 类 专 用 型 变  1 irM s r 075~ 0k e4
频 器 

5 采用变频优点 
1 )恒 压供 水技 术 因采 用 变 频 器 改 变 电动 

收稿 日期 :2 0 0 2   0 4— 7— 6

作者简介 :郑炜 (9 l , , 17 一) 男 高级工程师 
华 中科 技 大 学 硕 士 研 究 生 


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