变频恒压给水设备

变频恒压给水设备（精选9篇）

变频恒压给水设备 第1篇

关键词：变频恒压设备,铁路供水,水泵

1 变频恒压供水设备简述

变频恒压供水设备是利用水泵、空气压缩机、风机等设备的压力和流量控制特点研制的变频调速器,一般由水泵机组、控制柜、管路阀门及各种附件等组成。

在水泵机组中,设置一台为变频调速水泵,其余水泵设置为恒速水泵。设备启动后,水泵按照压力变送器控制恒定压力工作,使变频调速水泵自动调速恒压供水,即当供水量增大时,压力下降,设备的扬程和流量随着水泵机组的转速上升而增加,从而保持设备出口压力恒定:当供水量减少时,压力增大,设备的扬程和流量随着水泵机组的转速下降而降低,从而保持设备的出口压力恒定。当调速水泵最大供水能力达不到供水量时,恒速水泵自动加入并联供水。当供水量减小时,恒速水泵自动关闭,恢复到变频调速水泵供水。若供水设备配置有气压罐,当供水量较小或为零时,变频水泵自动停运,使气压罐运行供水。这样,在全流量范围内采用变频水泵的连续调节,使供水压力维持在一定值,当流量为零或较小时,采用气压罐来维持管网压力及少量用水。

通过变频恒压设备能较好地改善供水管网的运行工况,水泵机组的转速可根据管网瞬间压力变化和用户的水压要求自动调节,管网主干出口端压力始终保持在恒定值,使整个供水管网系统保持在最佳状态下运行和高效节能。

2 变频恒压供水设备作用机理

根据相似定律,水泵的转速与性能参数有以下关系:

式中:Q1,Q2为水泵调速前、后的出水流量;h1,h2为水泵调速前、后的扬程;N1,N2为水泵调速前、后的输出功率;n1,n2为水泵调速前、后的转速。

由以上函数关系可知,水泵机组的压力、流量、功率值与转速变化息息相关,当水泵在负荷不断变化的工况下,采用压力变送器保持压力调节水泵转速时,功率随转速比变化而变化,只要控制水泵的转速,就可达到控制水泵工况的目的。

对于一个供水系统而言,其供水管网特性曲线(Q-∑h曲线)是确定的,水泵的性能特性曲线(Q-H曲线)也是确定的,供水管网特性曲线(Q-Q-∑h曲线)和水泵性能特性曲线(Q-H曲线)的交汇点A1就是供水系统的一个工作点,如水泵节能情况分析。水泵在这个交汇点的流量为Q1,对应的扬程是h1,此时,水泵的理论能耗为Q1.h1,在供水系统中,工况点在每时每刻都是变化的。在工频供水状态下,当系统的用水量减少到Q2时,其工作点由A1移动到A2点对应的扬程是h2,这时水泵的理论能耗为Q2·h2,相对于A1点,此时h2>h1,(h2-h1,)Q2就是这一点相对于A1点的无效能耗,它是由无效扬程(h2-h1)造成的。采用变频调速恒压供水系统以后,随着系统流量的减少,要维持系统恒压,就必须降低水泵转速。在同样的条件下,当系统用水量减少到Q2时,水泵转速由n1降低到n2,其工作点由A1移动到A21点,此时能耗为Q2.h1,消除了无效能耗(h2-h1)Q2,由此实现节能(图1)。

由图1可看出,变频恒压供水设备是通过确定合理的系统扬程,相应调整水泵转速,从而达到供水系统的工况点灵活运行和调整,减少水泵过剩扬程及无效功耗,从而保证供水系统安全可靠性,达到节能目的。

3 变频恒压供水设备的特点

(1)变频恒压供水设备能自动保持恒定压力,并根据压力变送器传输信号备用泵自动启动,与传统供水方式比较,减少水龙头共振及管网破裂现象,供水安全可靠性得到提高。

(2)避免了传统供水方式中的水锤现象,延长了水泵的使用寿命,减少可能对水泵电机的冲击现象。

(3)运行可靠,保护功能齐全,具有过压、欠压、过热、过流等保护功能。

(4)可实现24h无人值守、全自动定时供水。控制系统可进行工变频转换,并具有显示和故障报警功能,保障了应急供水的可靠性。

(5)变频恒压供水设备水泵转速随着供水量的变化来调节,使水泵机组始终在高效区工作,当用水量为零时,水泵停止,设备休眠,增大流量后进行工作,比恒速水泵节电23%～55%,节电效果明显。

(6)整套供水设备只需水泵机组和一组控制柜,安装方便,占地面积少。

4 变频恒压供水设备的控制模式

4.1 出口恒压

通过维持出口压力一定值达到保证系统供水压力的目的,选择合适的压力采样点即可实现。但出口压力与控制点的压力有一定差距,水泵的节能效果一定程度上有限。一般供水管网系统因出口恒压的变送器信号可靠稳定、设置方便等优点,均采用此模式。

4.2 控制点恒压

供水管网系统通过维持控制点压力一定值,始终在最合理的工况点状态下工作,从而达到最大程度节约能源的效果。但是在实际供水系统中,压力控制点距离较远且分散,压力信号的可靠稳定性较差,且采集工作和传输较困难,从而导致供水系统控制点恒压较为困难且投资高。

5 变频恒压设备的适用条件

铁路给水所能源消耗主要在水泵运行上。在满足管网供水压力的前提下,提高水泵运行效率,使水泵达到较佳的运行工况,从而降低电耗。

目前,铁路给水普遍采用工频水泵,电接点压力表控制水塔水位供水,基本满足生产需求。但受控于水塔的标高,能耗高,水质也容易二次污染,该方式限制了供水区域和水质安全可靠性,不能满足铁路发展带来的更高压力、更大流量的需求。随着变频恒压设备更为广泛的应用,可以通过调整供水系统的工况点,调整水泵的转速,提高供水安全可靠性,以实现节能。

6 变频恒压技术应用的注意事项

(1)对供水管网系统来说,水泵转速的调整受配套电动机额定功率和本身机械特性的影响,在设备恒压条件下,为了保证水泵电机正常散热,在水泵流量不为零的情况下频率不应过低。

(2)变频恒压技术对电源可靠性要求高,一旦停电,整个管网系统就会停止供水。因此,在对供水安全可靠性要求较高或者电源不可靠的供水系统,电源应充分考虑。

(3)在实施给水自控过程中,变频恒压设备会产生大量干扰自动化控制系统的信号杂波,一定程度上容易影响其正常运行。因此,应考虑相应的信号隔离技术。

7 结束语

铁路供水系统采用变频恒压供水设备不仅可以达到自动化控制,改善水质,提高供水安全可靠性,实现节能,还具备施工工期短、施工方便,占地面积小等优点。在供水系统运行中保证管网供水压力,减少了水泵启停对管网的冲击,延长设备的运行寿命。因此,在铁路供水系统中,在系统流量变化相对稳定和保证供水安全可靠性的前提下,根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑,充分考虑变频恒压供水系统替代传统的水塔加压供水系统,无论是从工况点调整的机动灵活性还是节能方面,都有着其他供水系统不可比拟的优越性。

参考文献

[1]龙天佑,马丽娟.变频供水设备的应用与控制措施.城市建设理论研究[J].2013(30):176.

[2]葛晓霞.变频调速泵在水消防中的应用[J].工业用水与废水,2005,36(4):65-67.

[3]王群.变频调速技术在铁路生产中的应用[J].铁道劳动安全卫生与环保,2006,33(5):244-247.

变频恒压给水设备 第2篇

通德变频恒压供水设备

通德变频调速恒压供水设备是把变频技术,微机技术与电机控制技术相结合的新型的供水设备,这种变频调速恒压供水设备是取代高位水箱,水塔的理想产品,是对气压供水设备的发展和补充,变频调速恒压供水设备由可编程控制器,变频调速器,控制电路以及电机泵组成闭环供水控制系统,完全可以满足供水系统管网中的压力保持恒定,使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态,变频调速恒压供水设备有生活专用供水,生活消防两用供水和变频定压补水等系统.通德变频调速恒压供水设备适用范围;

变频调速恒压供水设备可用于生活供水,工业用水,特别要求恒压的生产用水,高层建筑,生活小区,军事设施的消防用水,旧有给水系统的改造,变频定压补水系统.变频调速恒压供水设备主要特点;

变频调速恒压供水设备采用微机控制,全自动运行,管理简单,使用方便,结构紧凑,占地面积小,投资省,安装方便，便于集中管理,功能齐全,通过面板操作实现用户所需的各种功能,变频调速恒压供水设备可以按所需压力,根据用水量的变化来调节电机泵的转速,使设备恒压供水,达到高效节能的目的,对多台电机泵均能可靠地实现软启动,大大延长了设备的使用寿命,根据流量的变化自动完成对多台水泵进行循环软启动运行和停止的全部过程,变频供水设备保护功能完备,工作泵与备用泵具有周期性运转,自动巡检和手动巡检功能.变频调速恒压供水设备控制器采用最新微电脑设计处理器设计制造配备液晶中文显示,参数显示设定一目了然,故障时可弹出服务电话,多达75个功能参数项,9种应用宏选择，能满足五台以下的所有运行程序,其主要特点有外部接线简单用户只需通过菜单设置,即可使控制器适用于不同的供水控制系统,无需改变复杂的外部接线.变频调速恒压供水设备优点;

变频恒压给水设备 第3篇

随着改革开放和经济的高速发展,变频调速已形成了一个巨大的市场。为适应社会经济和社会建设的高速发展,我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备,要么内外结合,国内的相关部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备,然后自己开发应用软件的办法,很好的为过内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法,适应了社会的需要。

1 变频调速恒压供水理论分析

1.1 供水压力和变频器输出频率的关系

在变频调速恒压供水系统中,供水压力是通过对变频器的输出频率的控制来实现的。确定供水压力和输出频率的关系是设计控制环节控制策略的基础,也是确定控制算法的理论依据。在变频调速运行时,电动机的压频比U/f(供电电压/供电电源频率)保持不变,即变频调速过程中,供电电压与供电电源频率成正比例变化,所以水泵的轴功率与供电电源频率成正比。

1.2 恒压控制的理论分析

恒压供水的控制对象属于工业过程控制的范畴,它以供水出口管网水压为控制目标,在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。恒压控制的目的就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。(如图1)

1.3 变频调速恒压供水系统的构成及工作原理

本文设计的恒压供水系统主要适用于城市高层住宅生活消防供水系统,我们以四台水泵(三台主泵和一台辅助小泵)为例,其原理框图如图2所示:整个系统的工作流程为:安装在用户端出水管上的压力传感器,将供水管网的压力信号转变为电信号,输入A/D转换器,转换后的数字信号进入到单片机,经过相应的运算处理后,与设定的压力信号进行比较,得出偏差值,再经过自适应模糊算法得出最佳的运行工况参数,并由D/A转换器将其转换为模拟信号,输出给变频器以控制变频器的输出频率,从而控制交流电动机的转速,以控制水泵的输出流量和压力,使供水管网的压力趋向于设定压力值,从而实现闭环控制的恒压供水。

如图2所示,我们可以看到变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。

2 变频调速恒压供水系统的重点硬件设计

2.1 单片机的选择

本文所设计的系统中采用的单片机为双列直插式封装,其型号为AT89S52 24PC0532。系统的硬件电路框图如图3。

2.2 液晶显示电路

在一般情况下,液晶器件的驱动需要两种不同的电源电压,一种是+5V(工作电压),一种是-10V(背景光对比度调节电压)。所以,使用液晶模块时,需要设计专门的液晶电源电路。液晶电源电路的作用就是将输入电压转换成这两种电压信号输出,为液晶显示模块提供工作电压。本系统采用MAX1677电压转换芯片,,使用起来非常方便。电路原理图如图4。

2.3 串口通信电路

串口通讯电路用来实现系统与上位PC机的通讯。单片机在供水系统中用在现场进行数据采集并实现现场控制。但是由于其数据存储容量和数据处理能力都较低,所以一般情况下都要将单片机采集的数据传送到PC机上,因此要完成单片机与PC机的数据通讯,必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。这里采用MAX232电平转换芯片。串口通讯电路如图5所示。

3. 系统的软件设计与系统调试

3.1 系统主程序设计

系统主程序在系统上电后首先要进行一系列的初始化工作,并使得串口通讯模块、A/D模块、D/A模块、LCD显示模块等与单片机的数据传输正常。系统程序运行框图如图6。

3.2 变频器调速控制流程

本文设计的变频调速恒压供水系统要根据检测到的输入信号的状态,由单片机控制系统按照系统的控制流程,通过变频器来控制水泵机组实现恒压供水的目的。该系统的控制流程如图7所示。

4 结论

变频调速恒压供水系统能极大地改善给水管网的供水环境,可以根据管网瞬间压力变化自动调节水泵电机的转速和多太水泵电机的投入和推出,使管网住干出口端保持在恒定的设定压力值,整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。

摘要：针对城市高层建筑和消防供水系统的实际情况,以单片机和变频器为主要单元组成变频调速恒压供水系统,采用自动控制原理实现对供水压力的连续监督和控制。在传统的变频调速方式之上大大地提高了调速系统的性能。通过该项目的研制和应用,不仅能够节约宝贵的水资源,降低生产成本,减少设备的维护;而且有效的提高了生产率,对于改善变频恒压供水的性能和节约能源具有很好的社会效益和经济效益。

浅谈变频恒压供水系统中水泵选择 第4篇

目前，供水行业中经常用到无负压给水设备和变频恒压给水设备，以上两种设备的基本原理都是根据供水系统的压力变化（对应流量变化）。利用变频器调节执行单元（水泵、电机）的转速，达到恒压供水目的（f1：f2＝n1: n2= Q1: Q2=H12: H22。该系统中，执行单元是系统中主要工作消耗能源的设备及主要影响系统综合性能的设备之一。泵的选择合理与否则直接影响到系统的两个重要指标：

一、运行费用——耗电量及出水量。

二、使用维护成本——设备使用寿命，日常维护费用。

所以，在变频恒压供水系统中，水泵的选择至关重要。

变频恒压供水系统中水泵的选择必须考虑以下几方面：

1.流量、扬程，满足系统设计的供水要求，泵的基本参数合理与否是系统供水功能的基本保障。

2.水泵配电机的供电要求必须满足使用地供电情况。

3.尽量选择高效率水泵，由于变频恒压供水为不间断供水，运转时间长，水泵在该系统中又是主要耗能单元，高效率的水泵选择是系统节能理念的根本保证。4.性能曲线（Q－H线）选择较陡峭的水泵。

变频恒压供水主要是通过水泵转速的变化来调节因用水量变化带来的压力变化，使压力恒定、平稳，性能曲线陡峭的泵相对于性能曲线平稳的泵在转速、流量发生变化压力恒定时频率的调节幅度大，选择性能曲线陡峭的水泵在变频恒压给水系统中满足不同用水量的变化更加节能。

5.选择使用寿命相对长的水泵。水泵作为能量转换工作单元，本身就是易损坏，高维修保养的部份。高品质的水泵关系到整个系统的使用寿命，直接影响使用成本。6.选择维修维护简单的水泵

一般设备将交到物业公司管理，物业公司的维修技术力量不强，不方便维修或维修技术要求高的水泵会增加使用成本，特别是零部份互换性差的水泵更会增加日常的维护成本。

其它如：使用环境对防护等级及噪音要求等根据实际情况加以考虑。

以下为典型不能用于变频恒压供水系统中的水泵实例：

一、填料密封水泵

该类水泵启动转矩大，变频启动的启动转矩小，使用中经常会使变频器报故障，并且使用中密封耗能量大，也不节能。

二、屏蔽泵

1.该泵效率相对于单端面机械密封离心泵低，一般不会高于60%。

2.变频恒压供水系统流量是变化的，经常会出现长时间小流量供水，如夜间及其他供水各区，屏蔽泵在长时间小流量情况下运转，由于其效率低，会导致发热，使液体蒸发，而导致干转，从而损坏滑动轴承或过热后烧毁电机。

3.屏蔽泵为单级泵，性能曲线较为平坦，压力恒定，流量发生变化要求的转速变化不大，变频调节（频率变化）幅度很少，不节能。

4.屏蔽泵相对普通离心泵寿命短，一般机修人员不能解决，需要专业维修人员，一旦发生泄漏电机就会烧毁。

变频恒压供水系统设计 第5篇

目前,在建筑给水系统中常用的给水方式有直接给水方式、单设水箱的给水方式、设储水池和水泵的给水方式、水泵水箱联合给水方式、气压给水方式和变频恒压给水方式。而其中的变频恒压给水方式具有高效节能、用水压力恒定、延长设备使用寿命和功能齐全等优点,通过改变水泵电机转速的方式对供水量和压力进行调节,可以实现对供水的较精确控制。

1 设计原理框图

如图1所示,本设计采用闭环控制方式。压力检测点设置于水泵出口处,在检测点处设置压力传感器,将现场压力值经远传压力表返回到给定信号值处,经比较后,偏差信号通过PID调节器调节后送入变频器,变频器通过改变水泵电机的电压和频率值改变水泵转速,使检测点处压力值基本保持不变,进而达到恒压供水的目的。

2 设计方案

现拟设计一供水量在20 m3~30 m3之间,扬程在50 m~70 m之间,始终由单台泵供水,具有主备泵的变频恒压供水系统。

本设计拟采用OMRON CPM1A型的30点形式的PLC作为控制器,富士FRN11VG7S-4C型变频器作水泵电机的调速控制。

2.1 主电路及控制电路

设计如图2所示主电路图,图中M1,M2为带动水泵的电动机,采用低压断路器QF1控制进出线电源,QF2用于保护变频器,用KM1实现变频器的启停控制,QF3用于保护PID调节器,PID调节器将远传压力表采集的现场信号处理后送入变频器。电机M1和M2在变频情况下与变频器连接,通过KM2和KM4的控制实现启停,可通过一个万能转换开关K控制变频器的FWD和REV端子,实现电机正反转控制,变频器通过调节频率改变电机转速,实现变频恒压供水目的。工频情况下,电机M1和M2分别通过QF4和QF5与工频电源直接连接,通过KM3和KM5实现启停控制。低压短路器可实现对电机的短路和欠电压保护等功能;热继电器FR1和FR2起过载保护作用。

本设计有自动和手动两种模式控制,其中手动模式用于在工频交流电下测试水泵电机的完好性。

如图3所示,在控制电路中,PLC根据相应口的输入信号控制输出信号,实现自动控制水泵的启停、变频/工频运行、运行指示、故障报警等。

1)自动模式:通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为自动模式,自动模式下,按下变频器启停按钮SB1后启动变频器,按下启动按钮SB2后水泵电机即可接入变频器变频运行,实现变频恒压供水。可通过主备泵切换旋钮SA2切换主泵和备泵。

2)手动模式:通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为手动模式,手动模式下,分别通过1号泵启动按钮SB4和停止按钮SB5控制1号泵的启停;通过2号泵启动按钮SB6和停止按钮SB7控制2号泵的启停,将水泵电机接入工频电网下运行,用于测试水泵电机性能。

3)故障自投:自动模式下,两水泵分别为主泵和备泵。若运行时主泵发生故障,立即切断相应电机电源,备用电机解除备用状态,延时30 s,自投。

4)各种指示及报警:HL1为变频器正常工作指示灯,HL2,HL4分别为2台水泵变频情况下正常工作指示灯,HL3,HL5分别为2台水泵工频情况下正常工作指示灯,HL6和HL7分别为2台水泵故障指示灯,HL8为变频器故障指示灯,HA为故障警铃。

PLC的I/O分配表设计如表1所示。

2.2 梯形图

梯形图设计如图4所示。通过图4,可实现变频器和水泵电机的启停、自动和手动模式选择、主备泵选择、故障信号处理等功能。

3 操作使用说明

本系统以VVVF变频器、PLC和PID调节器为中心控制器件,组成闭环调节系统,控制水泵的运行,保证用户水压恒定。一共设置2台水泵,1台为工作泵,另1台为备用泵,两泵的工作状态可以在任意时刻进行切换。让2台电动机分时工作,并且在工作泵出现故障时,备用泵能在短暂延时后自行启动。

3.1 主要技术指标

1)额定电压和频率:380 V/220 V;50 Hz;2)备用泵投入工作延时时间:30 s。

3.2 安装调试方法

1)在安装前检查性能,合上低压断路器开关,变频器、PLC和PID调节器电源指示灯亮。2)选择手动模式,水泵电机在工频电压下运行,检测电机是否完好。3)切换为自动模式,按下相应按钮启动变频器和工作水泵,相应指示灯亮,变频器根据远传压力表所检测的现场水压信号调节输出频率,控制水泵电机的转速,实现变频恒压供水。检查运行情况,若一切正常运行,再设置人为故障,此时警铃报警。然后检查另一水泵能否经过30 s延时后自投。4)在1台泵工作若干小时后进行主/备泵切换,看切换能否正常进行,若能自动切换,则说明设计成功。

3.3 使用方法

1)手动和自动模式切换:旋钮SA1为自动和手动模式切换旋钮,若不进行操作,默认自动模式。2)主泵和备泵切换:旋钮SA为主泵和备泵切换旋钮,若不进行操作,默认1号泵为主泵,2号泵为备泵。3)手动启停:按钮SB5和SB6可分别实现手动控制1号泵启动和停止,按钮SB7和SB8可分别实现控制2号泵的启动和停止。4)各种指示灯及警铃:指示灯HL1为变频器的工作指示灯;HL2,HL4分别为1号泵和2号泵的变频运行状态下的工作指示灯;HL3,HL5分别为1号泵和2号泵的工频运行状态下的工作指示灯;指示灯HL6和HL7分别为1号泵和2号泵的故障指示灯;指示灯HL8为变频器频率越限故障指示灯;警铃HA为1号泵和2号泵的故障报警指示。

3.4 远程监控

操作人员可在控制室对控制系统试下远程监测与控制,人机界面友好,系统工作稳定、安全、高效、经济,可实现建筑设备的自动化控制和管理。

4 结语

在选择供水方式时,应考虑如市政供水的水压、水量情况、建筑物的规模、当地供电可靠性及用户要求等方面的因素。兼顾各个方面来看,目前,变频恒压供水是一个较为经济合理、技术运行可靠且安全的供水方式,适合大力推广。

摘要：根据变频恒压供水系统设计原理,介绍了该供水系统的设计方案,从技术指标、安装调试、使用方法、远程监控等环节,阐述了变频恒压供水系统的操作要点,实现了节能、经济、高效的供水目标。

关键词：供水系统,变频器,水泵,电压

参考文献

[1]秦春莺.高层建筑给水设计探讨[J].山西建筑,2005,31(1):98-99.

[2]张承慧,崔纳新,李珂.交流电机变频调速及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

变频恒压供水控制系统 第6篇

变频恒压供水系统在工业和生活中有很广阔的应用前景, 除了具有明显的节能效果外, 还具有操作方便、容易、维护量小的特点, 变频器的软启动功能也减少了对电网的冲击, 使设备运行方式更趋于合理, 设备的自动化水平得到提高。

变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点, 广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速, 依据用水量的变化自动调节系统的运行参数, 在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求, 是当今最先进、合理的节能型供水系统。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比, 不论是设备的投资, 运行的经济性, 还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势, 而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化, 是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

二、系统主要性能与特点

(1) 可实现恒压变量、双恒压变量等控制方式, 多种启停控制方式, 定压精度≤±1%;

(2) 变频器对电机进行软启软停, 减少设备损耗, 延长电机寿命;

(3) 具有自动、手动及异地操作功能;

(4) 智能化控制, 可任意修改参数指令 (如压力设定值、控制顺序、控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等) ;

(5) 具有完善的电气安全保护措施, 对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。

三、变频恒压供水控制系统设计

变频器恒压供水系统简介

恒压供水是指用户端不管用水量大小, 总保持管网中水压基本恒定, 这样, 既可满足各部位的用户对水的需求, 又不使电动机空转, 造成电能的浪费。为实现上述目标, 需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号, 调节水泵转速, 从而达到控制管网中水压恒定的目的。

该系统主要由3台水泵、1台变频器、DHC8300控制器及线性压力传感器等组成。其中控制器PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。DHC8300控制器控制各台水泵的运行状态如工频运行、变频运行、停止) , 从而控制水泵的运行台数, 在大范围上控制供水的流量;PID调节器控制变频器对变频泵进行速度调节, 在小范围上控制供水的流量。水泵的速度调节采用变频调速技术, 利用变频器对水泵进行速度控制, 采用“一变多定”的控制方式, 并根据PID调节器输出电流信号驱动变频水泵。

主电路设计

该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M 3, 其中M 1的功率为1 5 k W, M 2为15kW, M3为15kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节, 实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态, 当变频泵达到水泵额定转速后, 如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时, 系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态, 并指示下一台泵为变频泵。主电路如电器原理图所示。

右图为变频供水原理图

变频器恒压供水系统主电路

其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行, KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行, DHC8300控制器控制变频器的工作。选用英威腾公司最新的CHF高性能通用变频器。

英威腾CHF系列通用型变频器主要有以下功能及特性:

1. 输入特性

(1) 输入电压范围:3 8 0 V/2 2 0 V±15%

(2) 输入频率范围47~63Hz

(3) 输出电压范围0~额定输入电压

(4) 输出频率范围0~400Hz

2. 外围接口特性

(1) 可编程数字输入:4路开关量输入, 1路高速脉冲输入

(2) 可编程模拟量输入:AI1:0~10V输入, AI2:0~10V或0~20mA输入

(3) 可编程开路集电极输出:1路输出 (开路集电极输出或高速脉冲输出)

(4) 继电器输出:2路输出

(5) 模拟量输出:1路输出 (0/4~20mA或0~10V

3. 技术性能特性

(1) 控制方式:V/F控制

(2) 过载能力:150%额定电流60 S;180%额定电流10S

(3) 调速比:1:1 0 0

(4) 载波频率:0.5~15.0KHz

4. 功能特性

(1) 频率控制方式:数字设定、模拟量设定、脉冲频率设定、串行通讯设定、多段速及简易PLC设定、PID设定等, 可实现设定的组合和方式切换。

(2) PID控制功能

(3) 长度、时间控制功能

(4) 瞬间停电不停机功能

(5) 转速跟踪再启动功能

控制电路设计

如电气原理图所示, 其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行, KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行, DHC8300控制器控制变频器的工作。HL0~HL6为指示灯, 其中HL0为电源指示灯, HL2、HL4、HL6分别指示M1~M3的工频运行, HL1、HL3、HL5分别指示M1~M3的变频运行。

图中SA1为手动/自动控制转换开关, 实际压力值及压力设定值都通过DHC8300控制器显示及设置, SB1为1#水泵手动启动开关, SB2为1#水泵手动停止开关, SB3为2#水泵手动启动开关, SB4为2#水泵手动停止开关, SB5为3#水泵手动启动开关, SB6为3#水泵手动停止开关。

DHC-8300系列微机供水控制器特点

DHC-8300系列微机供水控制器由于具有功能强大、可靠性高、简单易用等特点, 多年以来备受广大用户的信赖。其功能更加强大, 可靠性更高, 电源适用范围更宽, 体积小巧, 重量减轻。本控制器和变频器组合在一起, 即可构成民用、工业、消防等行业适用的微机控制变频调速恒压供水系统。

DHC-8300系列微机供水控制器功能

一至三泵工作可编程设定。

工作泵全软启动, 以先起先停为原则。

无加泵需要时可定时换泵工作。

可设定上限保护压力。

可接受 (0~5V) 或 (4~20mA) 输入。

可补偿传感器误差。

远传人工控制起停功能。

锅炉补水时, 采用动静压方式。

设定压力和实时压力显示。

变频器频率显示和实时压力显示。

具有变频器故障、远传表故障或欠压超时和水位报警指示。

具有实时时钟 (带电池) 功能。

可编程每日6段高低压供水及开关机。

具有两种节能模式, 休眠功能和带附属小泵功能。

可编程工作期限。

完善的密码功能。

PID闭环调节原理及电路

如电气原理图所示, DHC8300控制器通过“+5V”“IN1”“GND”3个接线端子接受压力传感器送来的压力信号, 自动调整变频器的频率给定输入以及M1、M2、M3的变频工频切换, 从而控制变频器的输出电压, 进而控制变频泵的转速, 实现变频泵水流量的稳定控制。

结束语

变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛, 它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式, 不仅节能效果显著, 还可以极大地改善系统的工作性能, 并能延长系统的使用寿命, 具有良好的技术、经济效益, 拥有更广阔的应用前景。

摘要：本文介绍一种变频调速恒压供水系统, 该系统可根据管网瞬间压力变化, 自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出, 使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值, 并满足用户的流量需求, 使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。

关键词：变频调速,恒压供水系统

参考文献

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[2]王耀德.变频器及相关电机的技术发展[J].电工技术.1999

[3]陈伯时.运动控制系统[M].机械工业出版社.2003

[4]张春霞.变频调速及PLC技术在恒压供水系统中的应用[J].矿业快报.2004

基于单变频器变频调速恒压供水系统 第7篇

随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能越来越强,可以充分利用变频器内置的各种功能,不需外配价格昂贵的PLC控制器和PID调节器,功能强大且成本较低[4,5]。该变频调速恒压供水控制电路通过设置指令代码,可方便灵活地实现PLC、PID等控制系统的功能,简化了电路结构,提高了系统的可靠性。由于价格优势明显且工作可靠,变频调速恒压供水设备在小区二次供水及高层建筑消防供水系统中得到了广泛应用[6,7]。

1 变频调速技术分析

1.1 变频调速原理

供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子的供电频率进行调速的。异步电动机的转差率、同步转速和转速的计算公式分别为:

S=1-(n/n0) (1)

n0=60f/P (2)

n=60f(1-s)P (3)

式中 S——异步电动机的转差率;

n0 ——异步电动机的同步转速;

n ——异步电动机转子转速;

f ——异步电动机的定子电源频率;

P ——磁极对数。

由式(2)、(3)可知,当磁极对数不变时,电动机转速n与定子的电源频率f的变化成正比,因此只要连续改变电源频率f的数值,就可以连续平滑地调节同步转速n0的数值,从而改变转子的转速。可见变频调速是交流异步电动机比较合理的调速方法,在水泵电机的调速中应用广泛。

1.2 水泵调速节能原理

水泵扬程流量特性曲线如图1所示。

用阀门控制时,当流量要求从Q减小至Q1,必须关小阀门,这时阀门的磨擦阻力变大,阻力曲线从R移到R′,扬程则从H0上升至H1,运行工况点从A点移到B点。

用调速控制时,当流量要求从Q减小至Q1,由于阻力曲线R不变,泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80,运行工况点则从A点移到C点,扬程从H0下降到H2。

根据离心泵的特性曲线公式:

P=QHr/102η (4)

式中 P——水泵使用工况轴功率,kW;

Q ——使用工况点的水流量,m3/s;

H ——使用工况点的扬程,m;

r ——输出介质单位体积重量,kg/m3;

η ——使用工况点的泵效率,%。

可以求出运行在B点泵的轴功率和C点泵的轴功率,即:

PB=Q1H1r/102η (5)

PC=Q1H2r/102η (6)

式(5)减式(6)得:

ΔP=PB-PC=Q1(H1-H2)r/102η (7)

也就是说,如果用调速控制代替阀门控制时,有ΔP功率被节省下来了,这就是水泵调速节能原理。

又由式(3)可知,均匀改变电动机定子绕组的电源频率f,就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机速度变慢,轴功率就相应减少,电动机输入功率也随之减少,这就是水泵变频调速的节能作用。依靠变频调速可以达到节能的目的,同时变频器与其它设备的配合可以实现对城市供水的恒压控制。这样不但可以节能,而且对供水系统的稳定、安全运行也有着重要的意义。

2 供水控制系统设计

2.1 系统总体设计

图2是变频调速恒压供水系统图,该系统主要包括2台55kW水泵、2台6kW辅助水泵、1台11kW补水泵、1台变频器、1个远传压力表、1个电极压力表和1个智能数显仪。整个恒压供水系统由进水和供水两部分组成。

进水部分由智能数显仪、补水泵和液位传感器组成。在智能数显仪中分别设定高低液位档,当液位传感器反馈的信号低于设定的液位下限值时补水泵启动,向蓄水池供水,直到达到设定的液位上限值时补水泵停止,只有当液位低于设定下限时补水泵才能再次启动。

供水部分由2台55kW水泵、2台6kW辅助水泵、1台变频器、1个远传压力表和1个电极压力表组成,其中变频器、压力传感器、2台55kW水泵组成闭环反馈控制系统。水泵出口处的压力信号通过远传压力表进行数据采样,并将压力信号转换为标准的直流4～20mA信号作为压力负反馈输出,并送至变频器内部进行PID运算处理,使变频器的输出频率改变,进而对水泵的转速进行调节,当用水量较小时,使两台大泵停止运行,变频器处于休眠模式,通过设定电极压力表,在水压低于一定值时启动两台辅助泵,当用水量增大时,变频器被激活,主泵再次启动,辅助小泵停止运行。

2.2 变频器选择与参数设定

变频器选用ABB公司的ACS510,该变频调速恒压供水控制电路通过设置指令代码,可方便灵活地实现PLC、PID等控制系统的功能,同时提供多种应用宏,可方便实现各种控制应用,本次设计选用SPFC控制宏,该控制宏具有以下几方面优势:

a. 一般普通水泵和风机降一级选用变频器,潜水泵同级选用变频器.而选用SPFC控制宏可省掉专用恒压基板或控制器,减少设备故障率,降低设备投资。

b. 具有自动定时切换电机、自动睡眠和自动唤醒功能。定期切换工作电机,实现循环软启动,切换时间可调;可自由选择睡眠和唤醒功能,睡眠和唤醒频率值可依现场情况任意设定。

c. 控制精度高、启动特性卓越。选择电机辨识而启用直接转矩(DTC)控制时,控制精度可达标称速度的0.1%～0.5%,电机启动转矩可达额定值的200%。

3 系统工作过程

当供水系统用水量增加时,管网压力开始下降,控制系统根据压力下降的程度,适时地提高调速泵的转速,及时增加供水量,保持管网压力不变。如果水泵已经转到它的最高速,管网压力继续下降使压力信号达到下限,而且1号变频运行泵的频率信号达到上限时,控制系统便将1号泵切换成工频运行,同时投入2号泵变频运行,2台水泵、1台工频、1台变频运行来满足管网的供水需求。水泵切换控制顺序如下所示(↑表示上升,↑↑表示上升加快;↓表示下降,↓↓表示下降加快):

用水需求↑—管路水压↓—PID输出↑—变频器输出频率↑—1号水泵电机变频运行转速↑—供水流量↑—管路水压趋于稳定。

用水需求↑↑—管路水压↓↓—PID输出↑↑—压力信号达到下限且1号变频运行泵的频率信号达到上限—1号泵工频运行,2号泵变频运行—供水流量↑—管路水压趋于稳定。

反之,当用水量减少,管网压力开始上升,根据这一变化,系统自动地降低调速泵的转速,减少供水量,保持管网压力稳定。水泵切换控制顺序如下所示:

用水需求↓—管路水压↑—PID输出↓—变频器输出频率↓—信号达到下限—2号泵停止运行,1号泵变频运行—供水流量管路水压趋于稳定。用水需求↓↓—管路水压↑↑—PID输出↓↓—压力信号达到上限而且1号变频运行泵的频率信号达到下限—1号泵进入睡眠模式,两台辅助泵启动—管路水压趋于稳定。

4 系统功能及设定

系统充分应用变频器的完善功能,采用闭环控制,具有过电流、缺相、接地等报警功能,减少了运行中不必要的报警停运。系统控制方便、线路简单、安全可靠,可长时间地免维护运行。用户设定的压力值既可以使用变频器的键盘以数字量的形式设定,也可以采用一只电位器以模拟量(0～10V)的形式送入变频器的控制输入端子2、3和4。变频器控制面板接线如图3所示。这样,通过变频器的控制面板,在变频器的PID选项中选择合适的PID参数,设置好变频器的各种参数,经现场调试校正,设备便可正常运行。

5 结论

5.1 整个系统由水压传感器反馈信号与水压设定值在控制器内形成闭环,根据压力与流量优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,实现了不论用水量如何改变都可保持管网压力基本恒定,达到了稳压、节能的目的。

5.2 两台主水泵可实现定时倒泵功能,以保证两台泵工况均匀,有利于延长水泵的使用寿命.实现了各台水泵运行时间基本相同。

5.3 实现了用变频器对电机进行软启软停,减少了设备损耗,延长了电机寿命,同时消除了水泵启动和停止时的水锤。

综上所述,变频恒压供水方式自动化程度高、占地小、投资省、安全、节能,是值得推广的一种新方法。

参考文献

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[2]康会峰,黄新春,王元.基于DSP的变频恒压供水模糊控制系统应用[J].电机与控制应用,2010,37(5):16~20.

[3]于进,陈巨星,钱锋.基于PIC16F877A的变频恒压供水控制器设计[J].自动化仪表,2009,30(3):55~58.

[4]李焦明.变频恒压供水循环软起动控制系统的设计与调试[J].化工自动化及仪表,2009,36(4):84~87.

[5]蔡旭庆.硝基苯二次水恒压供水系统的改造[J].化工自动化及仪表,2002,29(2):59~61.

[6]刘名军.变频恒压供水简易控制系统的应用[J].电机与控制应用,2006,33(6):56~58.

恒压供水系统变频控制方式分析 第8篇

烟草生产企业的行业特点决定了一切以保证生产环境的工艺要求为前提,对公用设备的运行情况要求相对较高,既要合乎要求又要保持稳定。现以共母管多水泵的恒压供水系统的单台变频器带多台水泵和多台变频器带多台水泵的2种控制方式为例,并从节能、剩磁、运行和维护等方面分析哪种控制方式更能有效保证系统的正常运转。

1 变频节能分析

以最简单的情况分析,即系统中有2台泵,其中一台是变频调速运行,而另外一台是工频运行的情况。

工频泵的工作特性是不变的,而变频调速泵的工作特性随转速变化而变化。只有当调速泵的出口压力高于逆止阀关断压力时调速泵才可能出水,进而影响整个系统的等效流量一压力关系,否则调速泵的逆止阀被迫关闭,系统的流量一压力关系只能由工频泵单独决定。图1显示了各泵单独工作的流量一压力关系曲线,图2显示了各泵联合工作的等效流量一压力关系曲线(其中P曲线是单台水泵在工频运行下的机械特性曲线,P1曲线是2台水泵均在工频运行下的机械特性曲线)。

当调速泵转速降低,工作特性变化为图1中的Pa2曲线时,工频泵的工作特性是P曲线,两泵联合的等效工作特性如图2中的P2曲线,它与系统管阻曲线C的交点L是其新的工作点,此时两台泵工作压力相等,且等于图1中的压力线L的压力,它与图2中L点的压力相等,流量则等于压力线L在各自工作特性上的自然分配,两泵流量之和等于系统总流量。

由此可见,这时工频泵的工作压力低于自然管阻点(即图1中P曲线与C曲线的交点),因此,流量比不调速时增加了,而调速泵的工作压力高于自然管阻点(即图1中Pa2曲线与C曲线的交点),流量比单泵变频调速时低,两个因素联合作用后,系统总流量的下降大致与单泵调速时流量下降的绝对值相当,水泵设计时一般在自然管阻点附近效率最高,而这时工频泵和调速泵的工作点都略偏离了自然管阻点,效率有所降低,然而影响不大。

当调速泵转速进一步降低,工作特性变化为Pa3曲线时,工频泵仍然在P曲线工作,两泵联合工作特性为P3曲线,交点M是其新的工作点。这时两泵各自的工作点分别是各自工作特性与压力线M的交点,并且工频泵和调速泵的工作点都更为偏离自然管阻点,效率的降低也更加明显。

当调速泵工作特性进一步降低变化为Pa4曲线时,两泵联合工作特性为P4曲线,交点N是其新的工作点。这时两泵各自的工作点分别是各自工作特性与压力线N的交点,且工频泵和调速泵的工作点都严重偏离自然管阻点,效率的降低也更严重了。

综上所述,可以得出结论,多泵系统中用一台泵作变频调速,其余泵在工频运行的方式下,节能效果不如多泵同时调速的节能效果好,原因是工作点偏移造成的机械效率降低。

另外,在一台泵调速时,转速下降使系统总流量下降,系统管损降低,系统的压力因此下降,导致工频泵流量增加,因此调速泵的流量降低更加明显。实验证明,当系统流量降低到92%时,工频泵流量增加到106%,变频调速泵流量则降低为78%;当系统流量降低到83%时,工频泵流量增加到112%,变频调速泵流量则降低为54%;当系统流量降低到70%时,工频泵流量增加到120%,变频调速泵流量则降低为20%。显然,如果再降低调速泵转速,调速泵将不再出水。

图2的K2、K3、K4分别是调速泵不同转速下的出水点,压力高于此点则逆止阀关闭,调速泵不能出水,由工频泵单独出水。调速泵的工作曲线Pa4在单泵系统中大约还能够有40%的流量,而在多泵系统中则只有20%左右的流量,这就是说,调速泵出水点对应的转速提高了,减少了变频泵调速范围。

水泵不出水时的空转,仍然要消耗电能,但没有有效的机械能输出,电能全部在空转摩擦中转换为热能。这种情况不仅浪费能量,而且空转发热严重时泵内的液体会产生高温甚至沸腾,损坏泵体的轴承、水封等机械部件。因此,在系统运行中使用全变频调速为最佳。

2 电机剩磁问题

用一台变频器调节多台泵的方案缺点是切换控制复杂、切换顺序不能出错,否则变频器很可能会受到损坏。从图3循环软启动电路图可以看出,每台水泵有2个接触器,一个用于工频运行,一个用于变频运行。当变频器输出频率达到上限,系统压力仍然不足时,要将变频器运行的泵切换到工频运行,同时变频器连接到下一台泵进行启动。以一号泵运行时输出频率达到上限的切换动作顺序依次为:变频器自由停车一延时断开一号泵变频回路接触器一延时接通一号泵工频接触器一接通二号泵变频回路接触器一延时接通变频器运行指令。

此时,第一个延时的目的是躲过电机剩磁时间,以保证接触器断开时已经没有负载电流,因为变频器是储能(下转第138页)元件,当接触器断开后,变频器还要进行放电,因此就要求接触器要延时一段时间才能闭合,否则就会出现剩磁问题,烧坏变频器或者其他电器元件;第二个延时的目的是保证变频回路接触器已经可靠断开才接通工频接触器,避免变频和工频回路瞬间连通;第三个延时的目的是保证二号泵已经可靠连接在变频回路上再启动变频器。

因此当变频需要切换到工频时,存在剩磁的问题,不能立即切换。需要等电机停转后,方能工频启动,否则会造成事故,由此还会造成供水管网的压力不稳定。

3 系统运行和维护的问题

如果系统采用一台变频器带多台水泵,这样变频器就会频繁的启停来满足系统压力的要求,这不利于变频器的使用寿命,而且,当变频器出现故障时,整个系统将会停止,不利于正常生产,也不利于工人的正常维护。采用多个接触器进行切换,这样接触器也处在频繁启停状态,降低了接触器的使用寿命,这就要求要经常的更换设备,额外增加了维护成本。

4 结语

由上所述可知,一台变频器控制多台水泵的方式存在,将会因只有一台调速泵而降低效率,因电机剩磁而容易出现管网压力不稳定,因频繁启停变频器而容易产生故障、降低设备使用寿命等问题,因此,在资金允许的条件下,针对多水泵恒压供水系统的设计,采用一对一变频控制的方法更加稳定节能。

参考文献

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糖厂变频恒压供水控制系统设计 第9篇

1 糖厂用水现状

糖厂是用水耗能大户。我国甘蔗糖厂的节能减排工作近年来有了较大进步,但相比澳洲等国外糖厂的先进水平还有相当大的差距,同时国内不同企业之间,由于管理不同也有较大差别。食糖制造工业节能的潜力巨大。糖厂节能是一个系统工程,它包括企业管理、生产工艺和装备技术水平,在我国,节能也是考核糖厂企业水平的重要指标。

糖厂在制糖生产过程中的用水节能情况在整个生产流程中都能体现。具体表现为糖厂压榨过程需加热水进行混合,以提高榨出率,但是目前供水没有精确计量,用水偏多。煮糖过程中进行高压水洗锅时用水量大,国内先进糖厂能够比较好地控制煮糖用水量,而普通糖厂煮糖用水量大而且不计量,不加控制。在澄清过程中吸滤机洗水量也偏大。此外,糖厂生产中有很多气雾冒出,说明蒸发汁汽利用不好,煮糖时较多使用一效汁汽,绝大部分糖厂用汽方案粗放,没有很好地利用后效汁汽,浪费了大量水汽。冷凝器用水上,由于在末效蒸发罐进入冷凝器的汁汽量很大,所以导致大幅度地增加了冷凝器用水量。汽凝水管路压力不稳定导致排除不畅通,对蒸发、加热与煮糖过程中的汽凝水热能的回收利用不充分甚至直接排放,蒸发罐之间串汽现象相当普遍,损失大量生产用水。

2 变频恒压供水节能的原理

随着变频调速技术的成熟,促进了变频恒压供水技术的发展。国外大型的工业控制企业的恒压供水系统已经非常成熟,恒压的控制技术已经采用先进的方法。我们国内经过学习快速掌握了相关技术,比如在设计时采用“一拖一”或“一拖二”的方式,即一台变频器带一台水泵机组的方式。现在,国内成熟的方案是专用或通用变频器结合PLC或PID调节器实现恒压供水,在小容量、控制要求不高的变频供水领域,采用国产变频器的优势明显,主要以低廉的成本优势占领了相当一部分小容量变频恒压供水市场。对于大功率、大容量供水系统,还是采用国外大品牌的成套设备。糖厂的变频恒压供水系统变频器电机功率为135～320 kW,电网电压通常为380 V。主要由供水水泵、交流异步电动机、阀门和管路等组成。

供水系统运行是以扬程特性与管阻特性两者来进行说明。管阻特性反映的是克服泵系统中的水位、压力差和水在管路中流动的阻力,是水泵能量的变化规律曲线;扬程特性则反映水泵电动机在不同转速条件下供水系统的扬程与消耗水量之间的关系(H-Q)。供水系统节能原理如图1所示。图1中曲线N,与NN表示扬程特性曲线,说明阀门开度不变时,扬程与流量呈反比关系,当流量Q大时,扬程H会变小,反之亦然。曲线R1和R1为管阻特性,说明在水泵电动机转速恒定时,阀门开度越小,则扬程越高,反之亦然。这2个特性参数的曲线交点就是我们需要找到的动态平衡。

动态平衡对于供水系统来说意义非凡,高效稳定是恒压的具体表现,即保证供水系统的入水量与用水量平衡。实现的方法是用阀门控制或者水泵变速等来完成供水系统管网中水的流量控制。

恒压供水的目的是为了满足用水户对水流量的需求。用水是一种动态的,管网中水压的大小与供水流量和用水需求是存在一定的平衡关系的,即将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较,当管网压力不足时,变频器增大输出频率,水泵转速加快,供水量增加,迫使管网压力上升。反之,水泵转速减慢,供水量减小,管网压力下降,保持恒压供水。

当供水系统中阀门全开时,管阻曲线是R1,与额定转速下水泵的扬程曲线NN相交于D点,此时的功耗为四边形H0DQN0;如果通过调节阀门进行减小流量,则管阻曲线为R1',交点移动到A处,则对于的功耗面积为四边形H1AQ10。而如果是变频调速使水泵的转速下降,则扬程曲线为N1,在同样的流量时交点变为C点,则其功耗面积为H3CQ10,明显少了很大的一块面积,即节约的功耗面积为H1ACH3。

3 变频恒压供水控制系统设计

3.1 控制方案

由PLC、变频器和压力传感器组成闭环的控制系统,控制方案的原理图如图2所示。这种控制方式不仅成熟、稳定、可靠,而且非常灵活方便。PLC有良好的通信接口,可以扩展或与上层控制系统进行数据交换,便于系统监控和集成控制。变频器和PLC都具有PID控制功能,可以非常方便地采用此功能实现PID控制。PLC和变频器的可靠性、稳定性大大提升了其使用场合,并且不受到供水系统容量大小、扩容等的限制。

3.2 系统控制策略

恒压供水系统的主要工作方式为利用PLC使变频器驱动一台水泵或多台水泵,以达到管网水压恒定的目的,此外还需要实现启动、切换等控制。本文论述一个单台变频器控制2台水泵的方案。控制策略示意图如图3所示。

控制系统的工作原理如下:根据系统用水量的变化,系统的2台水泵按1→2-3→4→1的工作状态顺序运行,实现正常供水。状态1表示水量不多时,只需要A泵在变频器控制下运行就满足要求了,不需要B泵一起工作。当用水量增加,A泵变频器输出到最高都不能满足要求时,PLC通过控制转换,将A泵从变频器电源转换到工频为50 Hz的普通交流电源,而B泵采用变频控制。2台泵同时运行是可以满足用水高峰要求上限的。

当系统的用水量减少时,B泵变频转速减慢,若减至下限转速时,则由PLC控制转换,将A泵停运,B泵继续变频运行。

当用水量再次增加,B泵变频转速超出上限时,则PLC通过控制转换,将B泵切换为工频运行,而A泵由变频器控制。若用水量又减少,变频器输出频率若减至设定频率时,系统自动切换,回到第一种运行状态。如此循环工作,满足系统用水的需要。

对于控制系统,应选用变频器或者PLC内部的PID功能进行控制。按照“先启动先停止,后启动后停止”的原则运行,使水泵能循环运行,通过PLC的编程,使各台水泵的运行概率相同,避免出现某台水泵经常工作,而其他水泵经常停歇,甚至受潮和生锈的情况。

4 变频器选项与参数

采用带有PID控制功能的变频器是本控制系统的基本要求。除了考虑常见的管网压力的反馈信号以外,可能还需对取水池的液位控制信号、总阀门的开启信号等进行处理,这些控制信号可以反馈给控制核心PLC进行数据处理,主要利用变频器本身的PID功能控制压力恒定,PLC与变频器共同完成水泵电动机的启动停止和泵口阀门的启闭。在控制量上,除了要满足现有的“一拖二”控制系统功能,还需要有适当的余量,目前至少有8个模拟量(包括压力量、液位量、流量,水质信号),8个开关量需要处理(包括电机、阀门状态、报警信号等),考虑到以后的扩展需要,设计要求PLC系统的模拟输入/输出在12点以上,开关量输入/输出在10点以上。

变频器的控制参数设定是恒压供水控制系统的核心。这些参数的设定,需要先通过实际运行情况的分析与实验得出预设值。反馈采样周期即PLC取样周期需要因为长时间观察记录才能确定。启动频率一般选定为5 Hz,也可以根据以前试用过的软启动器设定的启动频率来确定。对于电机变频/工频切换延时时间,初始设置为30 s,这是根据第一水厂电机情况确定的安全切换时间。但预设值只是参考,各种控制参数只有在调试运行中不断加以修正、完善,才能达到最佳的控制效果。

5 小结

变频系统的采用,使供水系统复杂性增加,相对于传统供水系统,使用PLC和变频器及其控制系统必定会增加电气维护难度和强度。根据糖厂的要求,本控制系统属于“一拖二”的闭环变频调速系统,且变频器带动的水泵电机可实现无级调速和软启动、软停止。这可以减少系统波动现象减轻对电源电网的冲击,并可通过通信总线实现就地和远程控制。

需要注意的是,在工频方式运行下,系统带有降压启动装置,避免了电网冲击的影响,可延长水泵电机的使用寿命。启动时,电动机与电动阀门同时开启,停止时先关闭电动阀门,电动机延时停止,防止水锤现象,延长水泵的使用寿命。

摘要：制糖企业的生产生活必须大量用水,因此糖厂基本都建在江河旁边或者水源充足的地方,长期以来在工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,自动化程度低。近年来,随着糖厂不断地扩大产能和进行技术升级,对供水提出了更高的要求。原有的供水系统普遍存在的大滞后、非线性和大惯性的缺点,而变频恒压供水控制系统能够很好地解决这些问题,具有供水安全、节约能源、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势,能够为糖厂带来明显的经济效益。

关键词：恒压供水,变频调速,糖厂

参考文献

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