變頻器在智能建筑中管網(wǎng)疊壓給水設備的應用分析

     隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現代控制理論的不斷進(jìn)步，又因為變頻器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動(dòng)機的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節省能源，而且通過(guò)發(fā)揮其理想的控制特性，設備使用性能可以大幅提高。在智能建筑中，生活恒壓給水在節能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文介紹了西門(mén)子變頻器在在智能建筑中管網(wǎng)疊壓給水方面的應用，對變頻器的設計和使用特點(diǎn)做了詳細闡述。

一，管網(wǎng)疊壓給水設備概述

    在智能建筑日益增多的今天，供水問(wèn)題成為業(yè)主比較關(guān)心的問(wèn)題，所以管網(wǎng)疊壓給水設備自動(dòng)供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設中往往需要建設一個(gè)二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現恒壓自動(dòng)供水。一般情況下，管網(wǎng)疊壓給水設備自動(dòng)控制系統通過(guò)壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉換成模擬信號進(jìn)行變頻控制。這樣管網(wǎng)疊壓給水設備直接取代水塔、高位水箱及傳統的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開(kāi)辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調速運行的節能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節省40％。與可編程控制器結合使用，可實(shí)現循環(huán)變頻，電機軟啟動(dòng)，具有欠壓保護、過(guò)壓保護、短路保護、過(guò)流保護功能，工作穩定可靠，大大延長(cháng)了設備的使用壽命。

    管網(wǎng)疊壓給水設備系統為可編程控制的變頻水壓控制系統。系統采用可編程控制器（PLC），可實(shí)現手動(dòng)開(kāi)環(huán)調節、自動(dòng)閉環(huán)調節、遠方控制及本地控制。每臺電機設置單獨的控制面板，具有水壓顯示、頻率顯示、工作狀態(tài)顯示功能，變頻器故障、可編程控制器故障，可實(shí)現聲光報警。變頻調速器采用西門(mén)子公司產(chǎn)品，可實(shí)現電機的平滑調節，變頻調速器加裝交流電抗器及直流電抗器，確保變頻調速器電源側諧波分量小于5%。

二，變頻控制管網(wǎng)疊壓給水設備分析

    大家知道，水泵消耗功率與轉速的三次方成正比。即N=KN3

    N：為水泵消耗功率；n：為水泵運行時(shí)的轉速；K為比例系數。而水泵設計是按工頻運行時(shí)設計的，但供水時(shí)除高峰外，大部分時(shí)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速隨流量的變化而變化， 終將達到節能的目的。實(shí)踐證明，使用變頻設備可使水泵運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%。

    變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實(shí)現電機的無(wú)級調速，從而使管網(wǎng)水壓連續變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓。壓力設定單元為系統提供滿(mǎn)足用戶(hù)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)可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個(gè)轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節器，由PID回路調節器在調節器內部進(jìn)行運算后，輸入給變頻器一個(gè)轉速調節信號。

    由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的，所以對可編程控制器來(lái)計時(shí)，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(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數字量輸出口另接一塊PWM調制板，將可編程控制器輸出的數字量信號轉變?yōu)榭刂破鞯某杀緵](méi)有降低，還增加了連線(xiàn)和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調節器，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(gè)關(guān)鍵環(huán)節。

三，管網(wǎng)疊壓給水設備變頻器選用原則

    變頻器是中贏(yíng)公司推出的用于風(fēng)機、水泵等設備調速節能運行的專(zhuān)用變頻器。其主要特點(diǎn)是：

    ⑴變頻器安裝調試容易，維護和運行費用低。由于變頻器的特定功能使其產(chǎn)品的成本降至較小，價(jià)格便宜，降低了整套系統的成本。

    ⑵變頻器能夠準確地跟隨設定點(diǎn)，可使系統有更好的性能。

    ⑶內置PID調節采用了標準比例、積分、微分控制的閉環(huán)過(guò)程控制，并為反饋傳感器提供了標準電源。

    ⑷在運行噪聲的控制方面采用了自動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化，從而降低電機運行時(shí)的噪聲。

    ⑸變頻器針對風(fēng)機、水泵節能運行的需要，設置了能量?jì)?yōu)化控制程序，為在運行中搜尋較小能量消耗點(diǎn)，自動(dòng)升高和降低電機電壓。當電機達到穩定點(diǎn)的速度（即加速過(guò)程結束時(shí)）時(shí)通用變頻器即在這個(gè)速度下運行，而變頻器此時(shí)開(kāi)始分析電機的功率消耗。然后開(kāi)始微小地升高或降低變頻器的輸出電壓來(lái)搜索較好頻率，即較低的功率消耗。如果變頻器檢測出在升高電機電壓時(shí)，功率消耗增加了，則變頻器的控制策略（能量?jì)?yōu)化控制程序）就開(kāi)始降低電機電壓，以搜索較低的功率消耗水平，如果檢測出在降低電機電壓時(shí)，功率消耗增加，則升高電機電壓。這樣就可搜尋到效率較高，功率消耗較小點(diǎn)并在此處運行。用這種優(yōu)化節能程序（典型）可節約2%～5%的額定容量的電能。

    ⑹在選擇變頻器時(shí)，不能用它驅動(dòng)額定功率比它大或者額定功率不足其一半的電機，否則會(huì )影響變頻器的性能甚至造成損壞。

四,管網(wǎng)疊壓給水設備控制系統詳解

    為了保持供水系統水壓的基本恒定，需要變頻器根據給定的壓力信號與管網(wǎng)水壓的反饋信號進(jìn)行比較，以調節水泵的轉速，達到供水、水壓恒定的目的。

    當管網(wǎng)疊壓給水設備系統處于自動(dòng)調節狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)控制指示燈亮，系統進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。系統由管網(wǎng)水壓傳感器作為系統的反饋信號，反饋信號采用4-20mA電流信號，恒壓值的設定可在可編程控制器（PLC）中人為設定，通過(guò)使用變頻器內部的PID控制功能，啟動(dòng)水泵作變頻調節運行，并達到恒定的壓力值，開(kāi)成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。若設定恒壓值為Y0，過(guò)程壓力值為Yi，當用水量增加Yi＜Y0時(shí)，則變頻器輸出頻率上升，轉速提高，供水量增大，仍達到恒定的設定壓力值，從而開(kāi)成一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，實(shí)現系統的自動(dòng)控制功能。

    管網(wǎng)疊壓給水設備系統也可進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)環(huán)調節運行。如管網(wǎng)水壓傳感器出現故障時(shí)，人為將手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，系統處于手動(dòng)調節狀態(tài)，手動(dòng)控制指示燈亮，可在控制面板實(shí)現頻率（液位）手動(dòng)設定，并變頻啟動(dòng)水泵。如所需水壓值低于實(shí)際水壓值時(shí)，可人為調整變頻調速器的輸出頻率，達到所需的恒壓值。

六,管網(wǎng)疊壓給水設備結語(yǔ)

    在智能建筑中管網(wǎng)疊壓給水設備供水方式與過(guò)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，還是系統的穩定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著(zhù)的節能效果。恒壓供水調速系統的這些優(yōu)越性，引起國內幾乎所有供水設備廠(chǎng)家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。在給水系統中，用水管式傳感器檢測水泵輸出管網(wǎng)壓力，在現場(chǎng)控制器與設定值比較，比較后去控制變頻器的輸出頻率，達到控制水泵轉速的目的。如給水管網(wǎng)用戶(hù)用水量增多，管網(wǎng)壓力減少，控制器控制變頻器輸出頻率增加，水泵轉速隨著(zhù)增加，增加供水量以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。如給水管網(wǎng)用戶(hù)用水量減少，管網(wǎng)壓力增大，控制器控制變頻器輸出頻率降低，水泵轉速隨著(zhù)減少，減少供水量，從而達到節能的目的。