小高層、高層住宅變頻供水系統

謝駿　張鋒

【摘 要】 變頻恒壓供水節能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優良的節能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯的供水模式。由多泵并聯恒壓變頻供水理論可知多泵并聯恒壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，就可以實現恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水當中，變頻泵的流量是變化的，當變頻泵是各并聯泵中最大，即可保證恒壓供水。本文主要探討小高層、高層住宅變頻供水系統

【關鍵詞】 高層住宅；變頻供水系統；恒壓；PLC

在這種變頻供水系統中，當供水流量少于變頻泵在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調速供水，當用水流量增大，變頻泵的轉速升高。當變頻泵的轉速升高到工頻轉速，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網直接供電（不通過變頻器供電）。變頻器則另外啟動一臺并聯泵投入工作。隨用水流量增大，其余各并聯泵均按上述相同的方式軟啟動投入[1]。這就是循環軟啟動投入方式。當用水流量減少，各并聯工頻泵按次序關泵超出，關泵超出的順序按先投入先關泵超出的原則由變頻控制器單板計算機控制。

1 關于變頻調速給水的基本原理

目前，變頻調速生活給水在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因是：

①變頻調速給水的供水壓力可調，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在設計階段可以降低對供水壓力計算準確度的要求，因為隨時可以方便地改變供水壓力。但在選泵時應注意，泵的揚程宜大一些，因為變頻調速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應太小，因為水泵不允許在低揚程大流量下長期超負荷工作，否則應加大變頻器和水泵電機的容量，以防止發生過載[2]。

②目前，變頻器技術已很成熟，在市場上有很多國內外品牌的變頻器，這為變頻調速供水提供了充分的技術和物質基礎。變頻器已在國民經濟各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合，即可實現多泵并聯恒壓供水。因為建筑供水的應用廣泛，有些變頻器設計生產廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好，使用方便的優點。

2 小高層、高層住宅變頻供水系統的構成

當有若干臺水泵同時供水時，由于在不同時間（白天和黑夜）、不同季節（冬季和夏季），用水流量的變化是很大的，為了節約能源和保護設備，本著多用多開、少用少開的原則，進行切換。變頻器能根據壓力閉環控制要求自動確定運行泵的臺數，在設定的范圍內，同一時刻只有一臺泵由變頻器控制。當定時輪換間隔時間設定在0.05～100.00之間，則穩定運行相應時間后，變頻器將按“先開先關”的原則輪換控制泵的運行，以保證每臺泵能得到均等的運行機會和時間，防止部分泵因長期不用而銹死。泵運行到上限或下限后，到達增加泵或減少泵的判斷時間，變頻器將按“先停先開” 的原則加減泵控制，以保證每臺泵都能有機會運行，防止部分泵因長期不用而銹死[4]。

恒壓供水系統的基本控制策略是采用可編程控制器（PLC）與變頻調速裝置構成控制系統，進行優化控制泵組的調速運行.并自動調整泵組的運行臺數.完成供水壓力的閉環控制，即根據實際設定水壓自動調節水泵電機的轉速和水泵的數量，自動補償用水量的變化，以保證供水管網的壓力保持在設定值，既可以滿足生產供水要求，還可節約電能，使系統處于可靠工作狀態，實現恒壓供水。變頻調速恒壓供水系統由變頻器、PLC、泵組電機（水泵數量可以根據需要設定）、壓力傳感器和交流接觸器等部分組成，如圖1所示。系統的控制目標是泵站總管道的出水壓力，變頻器設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值送人變頻器內置的PID調節器進行運算處理后，由PLC發出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變頻泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。恒壓控制是由變頻器內置PID功能實現的，系統根據用水流量的變化調節變頻器的輸出頻率，從而使管網水壓連續變化，同時變頻器還可作為電動機軟啟動裝置.限制電動機的啟動電流。壓力傳感器的作用是檢測管網水壓，安裝在供水系統總出水管上。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便。水泵電機實現變頻軟啟動，消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊，延長機電沒備的使用壽命。

3 小高層、高層住宅多泵循環變頻供水的實現方法

圖2是三臺水泵循環恒壓變頻控制電路。M1、M2、M3是電動機，P1、P2、P3是水泵。KM1、KM3、KM5控制水泵變頻運行，KM2、KM4、KM6控制水泵工頻運行。變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現電動機的無級調速，從而使管網水壓連續變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統提供滿足用戶需要的水壓期望值。一般的供水設備控制1～3臺水泵，1～2臺工作，1臺備用。在這些水泵中，一般只有一臺變頻泵。當供水設備供電開始工作時，先啟動變頻泵，管網水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩定在一定的數值上。而當用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入PLC或PID回路調節器，PLC或PID回路調節器則送出一個較用水量增加前大的信號，使變頻器的輸出頻率上升.水泵的轉速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值，仍不能使管網水壓達到設定值時，PLC或PID回路調節器就發出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當用水量減少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，則發出減少一臺工頻電動機的命令[5]。

多泵并聯恒壓供水，在設計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變（因工況不變），并使之處于高效率區工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因為采用多泵并聯恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯變頻恒壓供水系統的能耗，改善節能狀況。多泵并聯恒壓供水系統采用具有自動睡眠功能的變頻器，當用水流量接近于零，變頻泵能自動睡眠停泵，從而可以做到不用水時自動停泵而沒有能量損耗，具有最佳的節能效果。

結論

目前，高層樓水箱（池）的消毒問題還有待解決，必須引起足夠的重視。尤其是到夏季，南方諸多城市天氣悶熱、潮濕，細菌繁殖特別快，水質極易污染。因此，要加強消毒，隨時監測水質情況，保證人民飲用合格的水。為了解決高層樓二次供水污染的難題，科技工作者經過不懈的努力，研制出“恒壓變頻調速供水設備”，使用該設備可取代水塔、高位水箱及氣壓供水設備。

參考文獻

[1] 胡盤峰，陳慧敏.基于PLC的新型變頻恒壓供水系統設計[J]. 機械工程與自動化，2011（02）：121-122

[2] 高殿明，辛艷東.基于PLC的變頻調速恒壓供水系統設計[J]. 科技創新與應用，2012（02）：56-57

[3] 趙水英，孫旭霞.變頻調速恒壓供水系統新方法[J].計算機系統應用，2012（03）：130-132

[4] 徐爽.恒壓供水系統變頻控制方式分析[J].機電信息，2012（06）：87-88

[5] 楊偉新，張曉森，徐彥鐸，方偉國. 基于PLC的恒壓供水系統設計[J].機械研究與應用，2012（02）：120-122