專用變頻器在變頻恒壓供水裝置中的應用
專用變頻器在變頻恒壓供水裝置中的應用
一,、回顧
一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須“提升”水壓才能滿足用水要求,。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔,、高位水箱，或氣壓罐式增壓設備,，但它們都必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來“提升”水量,，其結果增大了水泵的軸功率和能量損耗,。
自從通用變頻器問世以來，變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用,。變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用,。變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全,、高品質的供水質量等優(yōu)點,，使我國供水行業(yè)的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速,，依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),，在用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,，是當今最先進,、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應用中得到了很大的發(fā)展,。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展,，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能,，對合理設計變頻調速恒壓供水設備,，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義,。
新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比,，不論是設備的投資，運行的經濟性,，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性,、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢,，而且具有顯著的節(jié)能效果,。恒壓供水調速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內幾乎所有供水設備廠家的高度重視,，并不斷投入開發(fā),、生產這一高新技術產品。
目前該產品正向著高可靠性,、全數(shù)字化微機控制,，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化,，系列標準化是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)`智能樓宇,、網(wǎng)絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。
在短短的幾年內,，調速恒壓供水系統(tǒng)經歷了一個逐步完善的發(fā)展過程,，早期的單泵調速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產品系統(tǒng)設計簡易可靠,，但由于單泵電機深度調速造成水泵,、電機運行效率低，而多泵型產品投資更為節(jié)省,，運行效率高,，被實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設計，很快發(fā)展成為主導產品,。
二,、變頻控制恒壓供水控制方式
眾所周知，水泵消耗功率與轉速的三次方成正比,。即N=KN3N：為水泵消耗功率,；n：為水泵運行時的轉速；K為比例系數(shù),。而水泵設計是按工頻運行時設計的,，但供水時除高峰外，大部分時間流量較小,，由于命名用了變頻技術及微機技術有微機控制,，因此可以使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化，最終達到節(jié)能的目的,。實踐證明,，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗,，節(jié)能率可達20%-40%.
目前國內各廠家生產的供水設備電控柜,，除采用落后繼電接觸器控制方式外，大致有以下四類：
邏輯電子電路控制方式：
這類制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動,、全流量變頻調節(jié),。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式,。因此控制精度較低,、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩,、工頻泵起動有沖擊,、抗干擾能力較弱。但成本較低,。
單片微機電路控制方式：
這類控制電路優(yōu)于邏輯電路,，但在應付不同管網(wǎng)、不同供水情況時調試較麻煩,，追加功能時往往要對電路進行修改,，不靈活也不方便,。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。
帶PID回路調節(jié)器和/或可編程序控制器（PLC）的控制方式：
該方式變頻器的作有是為電機提供可變頻率的電源,，實現(xiàn)電機的無級調速,，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網(wǎng)水壓,。壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值,。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算,，輸出給變頻器一個轉速控制信號,。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器在調節(jié)器內部進行運算后,，輸入給變頻器一個轉速調節(jié)信號,。
由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來計時,，既要有模擬量輸入接口,，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高,，這無形中就增加了供水設備的成本,。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口另接一塊PWM調制板,，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉變?yōu)榭刂破鞯某杀緵]有降低,，還增加了連線和附加設備，降低了整套設備的可靠性,。如果采用一個開關量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調節(jié)器,，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以,，在變頻調速恒壓給水控制設備中,，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環(huán)節(jié)。
新型變頻調速供水設備：
針對傳統(tǒng)的變頻調供水設備的不足之處,，國內外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新型產品,，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡,；SANKEN的SAMCO-I系列,；ABB公司的ACS600、ACS400系列產品,；富士公司的G11S/P11S系列產品,；等等。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內,，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器,。由于PID運算在變頻器內部,，這就省去了對可編程控制器存貯容內部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程,，而且PID參數(shù)的在線調試非常容易,，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率,。由于變頻器內部自帶的PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調節(jié)十分平滑,，穩(wěn)定,。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確,、不失值,，可對該信號設置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算,，使系統(tǒng)的調試非常簡單,、方便。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略微高一點,，但功能卻強很多,，所以采用帶有內置PID功能的變頻器生產出的恒壓供水設備，降低了設備成本,，提高了生產效率,，節(jié)省了安裝調試時間。在滿足工藝要求的情況下應優(yōu)先采用,。
三,、供水專用變頻器的功能
供水專用變頻器=普通變頻器+PLC，是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng),。內置供水專用PID調節(jié)器,，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng),。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調節(jié)器輸入口,，而壓力設定既可以使用變頻器的鍵盤設定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入,。每日可設定多段壓力運行,，以適應供水壓力的需要。也可設定指定日供水壓力的需要,。也可設定指定日供水壓力控制,。面板可以直接顯示壓力反饋值（Mpa）。
系統(tǒng)供水有兩種基本運行方式：變頻泵固定方式和變泵循環(huán)方式,。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵,，可選擇“先開先關”和“先開后關”（適用泵容量不用場合）2種水泵關閉順序,。變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺泵，系統(tǒng)以“先開先關”的順序關泵,。靈活配置常規(guī)泵,、消防泵、排污泵,、休眼泵,，便于實現(xiàn)供水泵房全面自動化。工作泵與備用泵不固死,，可自動定時輪換,。可以有效地防止因為備用泵長期不用時發(fā)生的銹死現(xiàn)象,，提高了設備的綜合利用率,，降低了維護費用。工作小時自動累計功能,，方便節(jié)能分析和設備狀況維護,。夜間供水量急劇減少時，可方便指定每日休眼工作的起始/停止時刻,，并可設定休眼時的壓力給定值,。休眼期間，只有休眼水泵工作,，變頻器只監(jiān)測管網(wǎng)壓力,，當壓力低于設定壓力時，系統(tǒng)自動喚醒,。變頻泵投入工作,，當壓力高于設定值時，系統(tǒng)再次進入休眠狀態(tài),，只有休眠水泵運行,。這樣，能最大限度地節(jié)水節(jié)電功效,。具有零星停機功能,，在用戶不用水的情況下會自動停機。故障泵退出功能,，水泵出現(xiàn)損壞時,，讓故障泵自動退出工作。有消防信號外部輸入接口,，當有火警或消防信號到來時,，系統(tǒng)能自動世換到消防模式，有多種消防工作模式可選，主要根據(jù)消防和生活管網(wǎng)是否共用,，以及進水池是否共用等條件來進行選擇,。另有消防泵自動巡檢功能，定時巡檢周期可設定,。
利用通訊功能,，可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。便于樓宇自動化和管理,。
另外還有一些功能,，如排污泵控制功能、進水池液位檢測及控制,、管網(wǎng)超壓/欠壓保護功能,、溫差及壓差控制、故障自動電話撥號（當供水系統(tǒng)或變頻器發(fā)生故障時,，通過內置的RS232C串行通訊接口，與外接的MODEM設備進行信號連接,，自動啟動預先設定的電話號碼和信息,，及時通知設備維護人員進行相應處理，可以方便地實現(xiàn)泵房無人職守運行）,。
由此可見,，供水專用變頻器具有強大的功能，能滿足供水系統(tǒng)的各種控制方案,。若加上小型PLD,，就可以滿足更復雜的工藝要求。
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