專用變頻器的供水裝置論文
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(jié)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(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。變頻調(diào)速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點,使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速,依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),在用水量的變化自動調(diào)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(shù)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(nèi)置的各種功能,對合理設計變頻調(diào)速恒壓供水設備,降低成本,保證產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)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(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性,引起國內(nèi)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(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。
目前該產(chǎn)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(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。
在短短的幾年內(nèi),調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程,早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設計簡易可靠,但由于單泵電機深度調(diào)速造成水泵、電機運行效率低,而多泵型產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)及微機技術(shù)有微機控制,因此可以使水泵運行的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%,從而大大降低能耗,節(jié)能率可達20%-40%。
目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)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:
這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算,輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)器,由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進行運算后,輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。
由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或PID回路調(diào)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(diào)制板,將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)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(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調(diào)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(diào)速恒壓給水控制設備中,PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
新型變頻調(diào)速供水設備:
針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設備的不足之處,國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)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(chǎn)品;富士公司的G11S/P11S系列產(chǎn)品;等等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi),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(nèi)部,這就省去了對可編程控制器存貯容內(nèi)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(diào)試非常容易,這不僅降低了生產(chǎn)成本,而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法,所以使水壓的調(diào)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(diào)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(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設備,降低了設備成本,提高了生產(chǎn)效率,節(jié)省了安裝調(diào)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(nèi)置供水專用PID調(diào)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(diào)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(guān)”和“先開后關(guān)”(適用泵容量不用場合)2種水泵關(guān)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(guān)”的順序關(guān)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?梢杂行У胤乐挂驗閭溆帽瞄L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(nèi)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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