ZYGS變頻器在變頻生活給水設備系統中的應用設計

變頻生活給水設備概述

      變頻生活給水設備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，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。

 

      隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類(lèi)型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)入90年代電力電子器件向著(zhù)大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現代電力電子器件與微計算機技術(shù)有機結合的交流變頻調速裝置，隨著(zhù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng )新和推廣應用，使得交流異步電動(dòng)機調速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技術(shù)革命。目前變頻生活給水設備自動(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，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。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。

 

變頻生活給水設備控制方案 

      在住宅小區水廠(chǎng)的管網(wǎng)系統中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶(hù)用水量決定的，泵站供水的壓力以滿(mǎn)足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著(zhù)如下關(guān)系：

ΔP=KQ2；

式中K—為系數

 

設PL為壓力最不利點(diǎn)所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關(guān)系供水，則可滿(mǎn)足用戶(hù)用水的要求壓力值，又有最佳的節能效果。

P=PL+ΔP=PL+ KQ2；

 

      因此變頻生活給水設備供水系統的設定壓力應該根據流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術(shù)稱(chēng)為變量恒壓供水，即供水系統最不利點(diǎn)的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續可調。

 

      典型的變頻生活給水設備自動(dòng)恒壓供水系統的結構框圖如圖1所示；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。

 

變頻生活給水設備系統功能

該系統選用FR-500日本三菱變頻器。該系統中具有功能：

3.1自動(dòng)切換變頻/工頻運行功能

變頻器提供三種不同的工作方式供用戶(hù)選擇：

方式0：基本工作方式。變頻器始終固定驅動(dòng)一臺泵并實(shí)時(shí)根據其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當變頻器的輸出頻率達到最大頻率時(shí)啟動(dòng)一臺輔助泵工頻運行、當變頻器的輸出頻率達到最小頻率時(shí)則停止最后啟動(dòng)的輔助泵。由此控制增減工頻運行泵的臺數。

方式1：交替方式，變頻器通常固定驅動(dòng)某臺泵，并實(shí)時(shí)根據其輸出頻率，使輔助泵工頻運行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動(dòng)的順序是泵1→泵2，當變頻器輸出停止時(shí)，下一次啟動(dòng)順序變?yōu)楸?→泵1。

方式2：直接方式。當啟信號輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)第一臺泵當該泵達到最高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運行，變頻器啟動(dòng)下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時(shí)，先停止最先啟動(dòng)的泵。

 

3.2 PID的調節功能

      由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過(guò)手持編程器)，設定給定壓力值，PID參數值，并通過(guò)PLC計算何以需切換泵的操作完成系統控制，系統參數在實(shí)際運行中調整，使系統控制響應趨于完整。

 

3.3“休眠”功能

      變頻生活給水設備系統運行時(shí)經(jīng)常會(huì )遇到用戶(hù)用水量較小或不用水(如夜晚)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)，變頻器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當水壓繼續升高時(shí)將停止1泵，當水壓下降到一定值時(shí)將先啟動(dòng)變頻器運轉2＃泵或3＃泵，當頻率到達一定值后將啟動(dòng)1＃泵調節2?；?＃泵的轉速。

“休眠值”變頻器輸出的下限頻率PR507設置。

“休眠確認時(shí)間”用參數PR506設置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間如小于休眠時(shí)間td時(shí)，即td＜tn時(shí)變頻器繼續工作，當td＞tn時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。

“喚醒值”由供水壓力下限啟動(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。

經(jīng)測試“休眠值”為10HZ。 “休眠確認時(shí)間”td:20s “喚醒值”70%

 

3.4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可選用西門(mén)子的S7-200計算機可以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。

 

變頻生活給水設備運行特征 

      以三臺水泵的恒壓供水系統為例，系統在自動(dòng)運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動(dòng)1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時(shí)（Qmax為三臺水泵全部工頻運行時(shí)的最大流量），可編程控制器CPU根據根據供水量的變化自動(dòng)調節1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1/3Qmax

 

      當外供水量減少至1/3Qmax

 

變頻生活給水設備系統經(jīng)濟效益分析及系統優(yōu)點(diǎn)

5.1經(jīng)濟效益分析

      變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關(guān)系如下式： N1/Q1=（n 1/n）3 Q1/Q= n 1/n 式中Q—額定流量，Q1

 

5.2系統優(yōu)點(diǎn) 

      5.2.1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。

       5.2.2由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，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。

       5.2.3因實(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。

       5.2.4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。

      5.2.5由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過(guò)程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過(guò)程中可節約可觀(guān)的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。由于其節電效果明顯，所以系統具有收回投資快，而長(cháng)期受益，其產(chǎn)生的社會(huì )效益也是非常巨大。

 

變頻生活給水設備產(chǎn)品概述

      變頻生活給水設備就是直接利用市政管網(wǎng)的壓力。直接供水。一般適用于市政管網(wǎng)壓力稍高的地區或水廠(chǎng)附近壓力較高的范圍內。缺點(diǎn)就是水量、水壓不能保證。但是全自動(dòng)變頻供水設備原理對于規模較小的管網(wǎng)這種供水方案的經(jīng)濟性能很好。不需要任何其他設備或措施。

    變頻生活給水設備將市政管網(wǎng)的水引至屋頂水箱。然后靠水箱與用水器具的高差。重力供水?？朔怂畨核康牟环€定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱體積較大。因此這種方式不提倡，水箱、管網(wǎng)聯(lián)合型 平時(shí)水量水壓足夠時(shí)。直接由市政網(wǎng)供水。超壓時(shí)。多余水進(jìn)入屋頂水箱。當壓力或水量不足時(shí)。水箱靠重力自動(dòng)向用戶(hù)供水。物理結構上就是正常的直接供水的主干管伸頂接入水箱。并由水箱設一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進(jìn)入水箱停留這一步驟。

      衛生可靠性增加。但是問(wèn)題就是如果長(cháng)時(shí)間的穩壓供水（現在的市政管網(wǎng)可以辦到的）。水箱中的水的停留時(shí)間反而大大增加。更容易受污染。而且。所有使用水箱的系統中水箱 都必須放在建筑的最高處。在某些場(chǎng)合會(huì )影響建筑的美觀(guān)。甚至建筑的結構設計。

    變頻生活給水設備由于水箱的不安全因素。所以用密封可靠的氣壓罐代替。而且。氣壓罐不需要高位擺放。不影響建筑美觀(guān)與結構承重。近幾年很受歡迎。但是氣壓罐系統需要水泵和自動(dòng)控制系統得配合。使得成本有所增加。不過(guò)。近年其市場(chǎng)價(jià)格已經(jīng)讓很多用戶(hù)能夠選擇。氣壓罐系統的原理就是利用水泵將水加壓送進(jìn)建筑內部管網(wǎng)。當壓力過(guò)大時(shí)。水進(jìn)入氣壓罐。達到一定壓力時(shí)。水泵停車(chē)或減速；當壓力小于規定值時(shí)。氣壓罐向外輸水并同時(shí)啟動(dòng)水泵或加速（變頻水泵）。

 

變頻生活給水設備原理

1、變頻生活給水設備高效節能

　　該設備能根據用戶(hù)的實(shí)際用水量和使用壓力自動(dòng)檢測，調節電動(dòng)機的轉速(耗電量)，使設備始終處于高效率的工作狀態(tài)。

2、變頻生活給水設備供水管網(wǎng)壓力穩定

　　設備由微機構成自動(dòng)閉環(huán)控制，能在0.5秒內使變化的壓力恢復正常，壓力調節精度為設定值的±5%。

3、占地小、投資少，安裝工期短。

　　該設備與其他老式供水設備相比節約占地3~16倍，比建水塔節約投資15%~60%。設備體積小，組裝、安裝調試方便，運輸及安裝工期短。

4、變頻生活給水設備保護功能全，運行安全可靠，操作方便

      設備主機采用進(jìn)口變頻調速器，自身具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、過(guò)熱、失速防止等保護功能，無(wú)故障運用達10萬(wàn)小時(shí)以上。設備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實(shí)用，設備工作狀況一目了然，便于非專(zhuān)業(yè)人員很快熟練掌握。

5、變頻生活給水設備供水功能全，保險系數高

　　設備局部出現故障時(shí)，能啟用應急功能繼續供水。該設備可與市政供水網(wǎng)自動(dòng)并網(wǎng)運行，并具有雙變頻功能，即能滿(mǎn)足生活生產(chǎn)用水的正常壓力和流量，有能在出現火情時(shí)自動(dòng)轉換為高壓大流量供水，可一機多用。

6、變頻生活給水設備適用范圍

　　變頻生活給水設備供水壓力0.15~2.0MP，供水高度10－200米，單套設備每小時(shí)供水量10~50000m3/h，可用于大、中、小型自來(lái)水的配套改造；可用于企事業(yè)單位、住宅區、農村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。

 

變頻生活給水設備特點(diǎn)

1.投資省無(wú)需修建水池或水箱，也不需設置大型氣壓罐，節省了一大筆投資，而且由于能充分利用自來(lái)水管網(wǎng)依次依次供水壓力加壓泵選型可以減少，設備投資減少。

2.衛生無(wú)污染供水系統從自來(lái)水管網(wǎng)至用戶(hù)水龍頭為全封閉結構。污染物不會(huì )進(jìn)入系統，水體不與空氣直接接觸，過(guò)濾部件采用食品級不繡鋼制作，無(wú)二次污染機會(huì )，環(huán)保衛生。

3.變頻生活給水設備節能效果顯著(zhù)設備直接與自來(lái)水管串接，在自來(lái)水廠(chǎng)一次供水管網(wǎng)壓力的基礎、上疊加所需的壓力，差多少，補多少，能充分利用管網(wǎng)的余壓，用水低峰期，設備甚至不需要運行，節能效果顯著(zhù)，與傳統給水設備比，節能達30%-90%

4.變頻生活給水設備節約水資源 不用定期清洗，不浪費水資源和人力資源。節約維護費用。

5.占地面積小，不需要建造蓄水池或水箱不需要配置大型氣壓罐，大大節約了系統占地面積，可以利用節約的土地提高地產(chǎn)利用率，符合國家節約土地的要求。

6.運行費用底，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關(guān)聯(lián)供水，在用水低峰直接利用城市依次供水壓力供水，不需啟泵，因此，設備運行過(guò)程中能耗非常底，降低了運行費用。

7.供水量不足時(shí)不會(huì )停止供水。

8.安裝簡(jiǎn)便，變頻生活給水設備到現場(chǎng)，只需連接進(jìn)出水管，施工周期短，安裝簡(jiǎn)單。

9.設備管理維護簡(jiǎn)便 用于設備有一條公共供水管路與用戶(hù)管網(wǎng)直接相通，在聽(tīng)電時(shí)加壓泵雖停止工作，但自來(lái)水廠(chǎng)一次供水壓力仍可維持供水。

10.變頻生活給水設備原理為微機全自動(dòng)控制變頻調速運行，停電設備自動(dòng)停機，來(lái)電自動(dòng)開(kāi)機，完撒謊能夠的鼓掌檢測，診斷技術(shù)和報警提醒似的設備的管理維護異常簡(jiǎn)便由于不會(huì )產(chǎn)生污染，因此無(wú)需麻煩的清洗工作。

11.變頻生活給水設備供水泵優(yōu)良，整機性能好。設備采用多級全不繡鋼加壓泵，泵殼，葉輪及主要配件均采用食品級不繡鋼才智沖壓或鑄造，流通光滑，高效節能，與轉平穩，噪音極底，整機性能優(yōu)異，是理想的綠色環(huán)保節能型給水設備。

 

變頻生活給水設備主要功能

1、全自動(dòng)完成多臺水泵機組軟啟動(dòng)，變頻到工頻運行以及停止的全部操作過(guò)程。

2、根據用水量的變化，變成多臺泵組的啟動(dòng)和停止。

3、變頻生活給水設備有壓力設定值和實(shí)際壓力值的LED顯示功能。

4、設備有LED頻率指示，變頻異常指示，電機故障工況顯示。

5、保護功能：具有欠壓保護、過(guò)壓保護、過(guò)載保護、短路保護、失速防止、燒損防止等功能。

 

變頻生活給水設備特點(diǎn)：

       變頻生活給水設備是由水泵，下水池（或水井），全自動(dòng)智能數控供水控制柜組成的供水系統。

1、 高效節能：本設備對泵組進(jìn)行出口恒壓變量控制，進(jìn)一步擴展了水泵的調速范圍，節電最高可達50%，供水壓力恒定，其調節精度可達設定值的上下0.01MP，系統漏溢少，可節水10%。由于采用水泵出口壓力控制，系統用水量任意變化，故能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力恒定，保證供水質(zhì)量。

2、 變頻生活給水設備自動(dòng)化程序高，設備運行壽命長(cháng)，全機工作采用全自動(dòng)智能數控變頻控制，操作方便，工作程序由微機控制。對機組均能進(jìn)行軟起動(dòng)，對電器和機械無(wú)沖擊，大大延長(cháng)設備的電器和機械的壽命。

3、 功能齊全，可追加各種附加功能，如小流量停機，小流量切換，水池無(wú)水停機，水池有水時(shí)，自動(dòng)開(kāi)機。市網(wǎng)壓力升高能夠滿(mǎn)足用水量時(shí)自動(dòng)停機進(jìn)入休眠狀態(tài)。但管網(wǎng)有一定的壓力但又低，而不能到達最高層時(shí)，自動(dòng)再起動(dòng)水泵運行。定時(shí)起、停，定時(shí)切換。本設備另具有變頻自動(dòng)、手動(dòng)多種操作運行方式。在任何狀況下，設備均能可靠地投入運行，確保供水系統不斷水。

4、 有完善的保護、自檢、故障判斷的功能及故障排除的對策，保護功能齊全，有缺相、欠壓、過(guò)壓、過(guò)載、短路、過(guò)熱、失速等保護功能。

5、 抗干擾能力強，本設備有抗干擾及自動(dòng)復位電路，可在各種場(chǎng)合下可靠運行。

6、 無(wú)高塔、無(wú)屋頂水箱，節省占地面積。體積小，重量輕，土建費用少；安裝方便，工期短，工期短，噪音小，有二次污染。停電時(shí)可維護自然供水高度

 

變頻生活給水設備工作條件

  1.輸送介質(zhì)：冷熱清潔、非易燃易爆并不含固體顆?；蚶w維的液體。

  2.液體溫度：常溫型 -15 o C 至 +70 o C 熱水型 +70 o C 至 +120 o C

  3.周?chē)h(huán)境：無(wú)水滴、蒸汽，無(wú)漂浮性塵埃及金屬微粒場(chǎng)所。無(wú)日光照射，高溫及嚴重落塵場(chǎng)所。無(wú)腐蝕、易燃性氣體及液體場(chǎng)所。

  4.無(wú)震動(dòng)、保養檢查容易之場(chǎng)所。

  5.環(huán)境溫度：最高 +45 o C 且通風(fēng)良好。

 

變頻生活給水設備應用范圍：

  1、 自來(lái)水廠(chǎng)、加壓泵房

  2、 居民生活區、賓館及其它建筑

  3、 企業(yè)生產(chǎn)用水

  4、 鍋爐循環(huán)水設備

  5、 農田灌溉設備