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| 變頻器在恒壓供水上的應用 |
| 作者：admin 日期：2015/7/24 16:06:33 人氣： |
恒壓供水控制系統的基本控制策略是：采用電動(dòng)機調速裝置與可編程控制器（PLC）構成控制系統，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動(dòng)調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達到穩定供水壓力和節約電能的目的。系統的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機的投運臺數和運行變量泵電動(dòng)機的轉速，從而達到壓力穩定在設定的壓力值上。
目前自動(dòng)恒壓供水系統應用的電動(dòng)機調速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統的控制裝置采用PLC控制器或專(zhuān)用的供水控制系統。因PLC不僅可實(shí)現泵組、閥門(mén)的邏輯控制，并可完成系統的數字PID調節功能，可對系統中的各種運行參數、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監控，并完成系統運行工況的CRT畫(huà)面顯示、故障報警及打印報表等功能，所以在一些高標準控制系統中被廣泛使用。在市政供水管網(wǎng)中：自動(dòng)恒壓供水系統具有標準的通訊接口，可與城市供水系統的上位機聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現城區供水系統的優(yōu)化控制，為城市供水系統提供了現代化的調度、管理、監控及經(jīng)濟運行的手段。隨著(zhù)城市建設規模的不斷擴大和生活水平的提高，加上居住小區推行一戶(hù)一表供水以后，對市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來(lái)越高，各種分散或集中加壓設施也逐漸增多。在這些加壓設施中，采用調節水池加上變頻調速恒壓供水系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)系統）變量供水方式已顯現出極大的優(yōu)越性�，F特結合設計應用體會(huì )闡述如下：
一、系統基本情況
系統由變頻器、數字調節器、可編程序控制器（PLC）、傳感器、水泵電機及相關(guān)電氣控制設備集成而成，是一種具有變頻調速和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機電一體化智能設備。
系統具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能。系統通過(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經(jīng)CPU運算處理后與設定的信號進(jìn)行比較運算，得出最佳的運行工況參數，由系統的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數及變量泵的運行工況，并實(shí)現對每臺水泵根據CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運行。系統可根據用戶(hù)用水量的變化，自動(dòng)確定泵組的水泵的循環(huán)運行，以提高系統的穩定性及供水的質(zhì)量。
二、系統控制功能
1.水泵起停由PLC控制，可具備全循環(huán)軟起動(dòng)功能；
2.具有自動(dòng)、手動(dòng)切換和手動(dòng)操作裝置，不使用控制柜時(shí)，可用手工操作使水泵直接在工頻下運行；
3.定時(shí)輪換功能：控制水泵（包括備用泵）周期性自動(dòng)交換使用，使水泵壽命基本一致；
4.前端貯水池缺水后停泵保護，有故障顯示功能；
5.供水系統中一般還設有一臺小泵或氣壓罐，是為了適應小流量情況下（如夜間）的使用，系統能自動(dòng)切換并控制（可選功能）；
6.具有自動(dòng)用工頻起動(dòng)消防泵功能，或者自動(dòng)變頻以適應消防供水要求；
7.缺相、漏電、過(guò)載、瞬時(shí)斷電保護等電氣保護功能。
三、常用功能介紹
1.PID的調節功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20mA或0-5V)直接送入PLC的輸入口，輸入信號同設定的壓力值，通過(guò)PID比較計算后，確定需切換泵的數量和變頻泵的運行頻率，系統參數在實(shí)際運行中不斷，使系統壓力始終穩定在設定的范圍內。
2.休眠功能
系統運行時(shí)經(jīng)常會(huì )遇到用戶(hù)用水量較小或不用水(如夜晚)的情況，為了節能，該系統專(zhuān)用設置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，主泵停止工作(處于休眠狀態(tài))，休眠水泵啟動(dòng)，進(jìn)行補水。 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率和“休眠確認時(shí)間”可通過(guò)變頻器參數設置。當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器繼續工作，當變頻器的輸出頻率高于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)�！皢拘阎怠庇晒┧畨毫ο孪迒�(dòng)，當供水壓力低于下限值時(shí)由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。
2.通訊功能
該系統具有計算機的通訊功能，PLC、變頻器均提供有RS232或485接口，PLC可選用計算機與一套或多套系統進(jìn)行通訊，利用計算機同時(shí)可以監測：電流、電壓、頻率、轉速、壓力等，也可以控制變頻器的各類(lèi)參數。此外該系統還具有手動(dòng)/自動(dòng)操作，故障報警，運行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示、缺水保護等功能。
四、工程應用
在工程設計中，首先應該確定要對哪些水泵進(jìn)行變頻控制，以便在PLC上預先進(jìn)行程序設定。因為居住小區供水時(shí)變化系數較大，因此，在變頻控制泵的選擇上，一般應分以下幾種情況來(lái)考慮：
1.用水量隨時(shí)間變化較小時(shí)：每天24h連續供水，且用水低時(shí)工作泵的最大流量仍較大，這時(shí)可選用同型號同規格水泵，根據高峰用水量選取一用一備或多用一備方案，對全部水泵進(jìn)行變頻控制。
2.小區規模較大時(shí)：可采用恒速泵與變頻調速泵聯(lián)合工作方式供水，這時(shí)對恒速水泵采用軟起動(dòng)器來(lái)對其進(jìn)行起、�？刂�，整個(gè)控制系統采用“變頻 + 軟起動(dòng)固定控制”的模式，在PLC上減少控制點(diǎn)數，這無(wú)論從技術(shù)上、經(jīng)濟上、還是運行維護上來(lái)看，綜合效果都會(huì )更佳。
3. 生活、消防泵合用的供水方式：某些安裝了消防泵的小區，因設備長(cháng)期備而不用，可靠性會(huì )降低，既增加了工程投資，資源利用率也低，這時(shí)可以使生活、消防泵合用。電氣控制應該做到：在PLC上預先設定生活、消防兩種工作壓力值，平時(shí)作生活正常供水，設備運行在低水壓狀態(tài)，當發(fā)生火災時(shí)，系統自動(dòng)把水壓切換到消防高壓狀態(tài)，管路上有能保證消防狀態(tài)需要的壓力、流量的裝置。為考慮到選泵的經(jīng)濟合理，這種方式一般是在高低水壓值相差不大的情況下采用。
五、經(jīng)濟效益分析
由前面變頻節能原理我們知道：泵的功率P1、供水量Q1與泵轉速n1，三者的關(guān)系如下式：
P1/P=(n1/n)3 Q1/Q=n1/n
式中：Q—額定流量，Q1—實(shí)際流量，P—額定流量的軸功率，P1—實(shí)際流量的軸功率，n—水泵的額定轉速，n1—水泵的實(shí)際轉速
因額定流量Q=100%時(shí)，n=100%，P=100%;若n1=90%n時(shí)Q1=90%Q，P1=72.9%P，即可節電27.1%;若n1=80%n時(shí)Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節電48.8%。
在實(shí)際中絕大部分系統中泵的選擇均是按每天實(shí)際需求的最高峰來(lái)設計，一般選型的流量富裕在5％－15％之間。經(jīng)過(guò)變頻系統改造后，加上休眠小泵的使用，節能20％以上非常容易達到。由于其節電效果明顯，所以系統收回投資快，能長(cháng)期受益，且產(chǎn)生的社會(huì )效益也是非常巨大。
六、系統的其它優(yōu)點(diǎn)
變頻恒壓供水系統同其它供水方式相比較，除了具有顯著(zhù)的節能效果外，還有以下顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢：
1.恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門(mén)的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
2.由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(cháng)泵和電動(dòng)機的機械使用壽命。
3.水泵電動(dòng)機采用軟啟動(dòng)方式，按設定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機突然加速造成泵系統的喘振。徹底消除水錘現象。
4.實(shí)現恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強度，節省了人力。
七、恒壓供水使用的領(lǐng)域
1.自來(lái)水供水、生活小區及消防供水系統，亦可用于熱水供應、恒壓噴淋等系統。 |
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