專用變頻器的供水裝置論文
專用變頻器的供水裝置論文
一、回顧
一般規定城市管網的水壓只保證6層以下樓房的用水，其餘上部各層均須“提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統的水塔、高位水箱，或氣壓罐式增壓裝置，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。變頻調速恆壓供水裝置以其節能、安全、高品質的供水質量等優點，使我國供水行業的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恆壓供水調速系統實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的執行引數，在用水量的變化自動調節系統的執行引數，在用水量發生變化時保持水壓恆定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中得到了很大的發展。隨著電力電子技術的飛速發展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內建的各種功能，對合理設計變頻調速恆壓供水裝置，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，不論是裝置的投資，執行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢，而且具有顯著的節能效果。恆壓供水調速系統的這些優越性，引起國內幾乎所有供水裝置廠家的高度重視，並不斷投入開發、生產這一高新技術產品。
目前該產品正向著高可靠性、全數字化微機控制，多品種系列化的方向發展。追求高度智慧化，系列標準化是未來供水裝置適應城鎮建設成片開發`智慧樓宇、網路供水排程和整體規劃要求的必然趨勢。
在短短的幾年內，調速恆壓供水系統經歷了一個逐步完善的發展過程，早期的單泵調速恆壓系統逐漸為多泵系統所代替。雖然單泵產品系統設計簡易可靠，但由於單泵電機深度調速造成水泵、電機執行效率低，而多泵型產品投資更為節省，執行效率高，被實際證明是最優的系統設計，很快發展成為主導產品。
二、變頻控制恆壓供水控制方式
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：為水泵執行時的轉速；K為比例係數。而水泵設計是按工頻執行時設計的，但供水時除高峰外，大部分時間流量較小，由於命名用了變頻技術及微機技術有微機控制，因此可以使水泵執行的轉速隨流量的變化而變化，最終達到節能的目的。實踐證明，使用變頻裝置可使水泵執行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節能率可達20%-40%。
目前國內各廠家生產的供水裝置電控櫃，除採用落後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水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節。往往採用一臺泵固定於變頻狀態，其餘泵均為工頻狀態的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、除錯較麻煩、工頻泵起動有衝擊、抗干擾能力較弱。但成本較低。
單片微機電路控制方式：
這類控制電路優於邏輯電路，但在應付不同管網、不同供水情況時除錯較麻煩，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迴路調節器和/或可編程式控制器（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，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化。感測器的任務是檢測管網水壓。壓力設定單元為系統提供滿足使用者需要的水壓期望值。壓力設定訊號和壓力反饋訊號在輸入可程式設計控制器後，經可程式設計控制器內部PID控制程式的計算，輸出給變頻器一個轉速控制訊號。還有一種辦法是將壓力設定訊號和壓力反饋訊號送入PID迴路調節器，由PID迴路調節器在調節器內部進行運算後，輸入給變頻器一個轉速調節訊號。
由於變頻器的轉速控制訊號是由可程式設計控制器或PID迴路調節器給出的，所以對可程式設計控制器來計時，既要有模擬量輸入介面，又要有模擬量輸出介面。由於帶模擬量輸入/輸出介面的可程式設計控制器價格很高，這無形中就增加了供水裝置的成本。若採用帶有模擬量輸入/數字量輸出的可程式設計控制器，則要在可程式設計控制器的數字量輸出口另接一塊PWM調製板，將可程式設計控制器輸出的數字量訊號轉變為控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加裝置，降低了整套裝置的可靠性。如果採用一個開關量輸入/輸出的可程式設計控制器和一個PID迴路調節器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可程式設計控制器差不多。所以，在變頻調速恆壓給水控制裝置中，PID控制訊號的產生和輸出就成為降低給水裝置成本的一個關鍵環節。
新型變頻調速供水裝置：
針對傳統的變頻調供水裝置的不足之處，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調節器以及簡易可程式設計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。由於PID運算在變頻器內部，這就省去了對可程式設計控制器存貯容內部，這就省去了對可程式設計控制器存貯容量的要求和對PID演算法的程式設計，而且PID引數的線上除錯非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由於變頻器內部自帶的PID調節器採用了最佳化演算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋訊號值的準確、不失值，可對該訊號設定濾波時間常數，同時還可對反饋訊號進行換算，使系統的除錯非常簡單、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，所以採用帶有內建PID功能的變頻器生產出的恆壓供水裝置，降低了裝置成本，提高了生產效率，節省了安裝除錯時間。在滿足工藝要求的情況下應優先採用。
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。內建供水專用PID調節器，只需加一隻壓力感測器，即可方便地組成供水閉環控制系統。感測器反饋的水壓訊號直接送入變頻器自帶的PID調節器輸入口，而壓力設定既可以使用變頻器的鍵盤設定，也可以採用一隻電位器以模擬量的形式送入。每日可設定多段壓力執行，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）。
系統供水有兩種基本執行方式：變頻泵固定方式和變泵迴圈方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵，可選擇“先開先關”和“先開後關”（適用泵容量不用場合）2種水泵關閉順序。變頻泵迴圈方式最多可以控制4臺泵，系統以“先開先關”的順序關泵。靈活配置常規泵、消防泵、排汙泵、休眼泵，便於實現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生的鏽死現象，提高了裝置的綜合利用率，降低了維護費用。工作小時自動累計功能，方便節能分析和裝置狀況維護。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，並可設定休眼時的壓力給定值。休眼期間，只有休眼水泵工作，變頻器只監測管網壓力，當壓力低於設定壓力時，系統自動喚醒。變頻泵投入工作，當壓力高於設定值時，系統再次進入休眠狀態，只有休眠水泵執行。這樣，能最大限度地節水節電功效。具有零星停機功能，在使用者不用水的情況下會自動停機。故障泵退出功能，水泵出現損壞時，讓故障泵自動退出工作。有消防訊號外部輸入介面，當有火警或消防訊號到來時，系統能自動世換到消防模式，有多種消防工作模式可選，主要根據消防和生活管網是否共用，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，定時巡檢週期可設定。
利用通訊功能，可實現聯網控制。便於樓宇自動化和管理。
另外還有一些功能，如排汙泵控制功能、進水池液位檢測及控制、管網超壓/欠壓保護功能、溫差及壓差控制、故障自動電話撥號（當供水系統或變頻器發生故障時，透過內建的RS232C序列通訊介面，與外接的MODEM裝置進行訊號連線，自動啟動預先設定的電話號碼和資訊，及時通知裝置維護人員進行相應處理，可以方便地實現泵房無人職守執行）。
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。