恒壓供水變頻器

1、維持水壓恒定；

2、控制系統(tǒng)可手動/自動運(yùn)行；

3、多臺泵自動切換運(yùn)行；

4、系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時(shí)自動喚醒；

5、在線調(diào)整PID參數(shù)；

6、泵組及線路保護(hù)檢測報(bào)警，信號顯示等。

在工業(yè)現(xiàn)場控制領(lǐng)域，可編程控制器（PLC）一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業(yè)的投資力度加大，水廠運(yùn)行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業(yè)應(yīng)用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應(yīng)用更加靈活，同時(shí)可以設(shè)置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的應(yīng)用可視化。

變頻恒壓供水成為供水行業(yè)的一個(gè)主流，是保證供水管網(wǎng)在恒壓狀態(tài)的重要手段。現(xiàn)代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，為電機(jī)的同步運(yùn)行，遠(yuǎn)距離集中控制和在線監(jiān)控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡單、方便。

組合應(yīng)用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時(shí)多臺泵全開，供水量小時(shí)開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運(yùn)算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向。

一般的供水系統(tǒng)，由于供水量及可靠性的要求，都采用多臺泵并聯(lián)運(yùn)行的方式。這樣也有利于當(dāng)供水量在大范圍內(nèi)變化時(shí)，通過水泵的臺數(shù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，但是僅用臺數(shù)調(diào)節(jié)，不能保證恒壓供水，且其運(yùn)行效率也不高。水泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最好。但對于容量較大的供水系統(tǒng)，若采用全容量轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，投資太大，也無必要。所以對于多臺水泵的供水系統(tǒng)，用一臺調(diào)速泵即可實(shí)現(xiàn)全容量范圍的恒壓供水，其它的泵只要定速運(yùn)行。即用臺數(shù)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)共同保證供水量變化范圍內(nèi)的恒壓供水。

系統(tǒng)中的調(diào)速泵一般用變頻器拖動。變頻器除了通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水外，也可通過切換控制用作其它泵的軟起動設(shè)備。

隨著變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制器的飛速發(fā)展，以及其應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用，在其它領(lǐng)域（如民用和家庭自動化）的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。

由于變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器的應(yīng)用靈活方便，在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用。采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果。

1、 節(jié)電：變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行；

2、 衛(wèi)生節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

3、 運(yùn)行可靠：變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。

4、 控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動選擇工作方式。

5、 自我保護(hù)功能完善：新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過載、失速保護(hù)等

1、調(diào)速原理

交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為交流電頻率，s 為轉(zhuǎn)差率，p為極對數(shù)。

電機(jī)選定之后s 、p則為定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)變頻無級調(diào)速。

2、根據(jù)離心泵的負(fù)載工作原理可知：

流量與轉(zhuǎn)速成正比：Q∝N

轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：T∝N2

功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：P∝N3

而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機(jī)軸功率，由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：

P變=N3P額=Q3P額

采用出口閥控制流量的方式，電機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：P閥=（0.4 0.6Q）P額

其中，P為功率

N為轉(zhuǎn)速

Q為流量

例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的60%，則采用變頻調(diào)速時(shí)P變=Q3P額=0.216P額，而采用閥門控制時(shí)P閥=（0.4 0.6Q）P額=0.76P額，節(jié)電=（P閥-P變）/P閥*100%=71.6%。

由此可見從理論計(jì)算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著，而且在實(shí)際運(yùn)行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。

而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運(yùn)行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量的約1/6-1/8時(shí)，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動小功率的休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費(fèi)問題，從運(yùn)行控制上進(jìn)一步節(jié)能。

根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對PLC的編程來時(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。

要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。