變頻恒壓補水系統的設計及應用

黃海

摘 要：文章舉例簡述了變頻恒壓補水系統在供暖系統中疑難問題的解決方案及實際使用效果，以實例總結其自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點。

關鍵詞：變頻器；通訊；傳感器

變頻恒壓補水系統是現代建筑中普遍采用的一種水處理系統。隨著變頻調速技術的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓補水系統的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統。恒壓補水是指在用戶端在任何時候用水量發(fā)生變化時，始終保持回水壓力不變，這樣既保證了供水能力，使系統管網壓力穩(wěn)定，又使供水質量大大提高。變頻恒壓補水系統利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統，使管網壓力保持恒定，代替了傳統的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點，在小區(qū)供水、工廠供水和供暖系統控制中得到廣泛應用，并取得了明顯的經濟效益。

1 恒壓補水策略

舉例某單位的的供熱系統恒壓補水設備共分2套，每套設備包括4KW補水泵2臺，分別為武警樓補水和生活水補水管道補充水源。要想保持供暖系統壓力的穩(wěn)定，補水系統的壓力穩(wěn)定是關鍵。中央控制器通過安裝在總出水管的遠傳壓力信號，調節(jié)水泵的轉數，始終保持對供熱系統恒壓補水，并達到節(jié)約電能的效果。當系統水膨脹時，通過電接點電力表控制電磁閥開啟，達到穩(wěn)定保護作用，從而實現全自動高效節(jié)能恒壓補水的目的。

每套供水系統采用2臺水泵機組并聯供水方式，選用施耐德ATV312系列變頻器，功率為5.5KW，內置PID控制。控制器選用施耐德Twido系列PLC，內置以太網接口。先進的自動控制技術和供熱補水系統相結合，具有自動補水、自動泄水和超壓報警等功能。具有自動泄水和超壓報警等功能，全部實現自動化控制，無需專人看管。使整個系統結構緊湊、安全可靠、工藝先進，技術領先、高效節(jié)能、運行可靠。

系統設有轉換開關，可選擇系統在自動、本地手動和遠程手動狀態(tài)下工作。

1.1 自動

當選擇自動狀態(tài)工作時，PLC首先利用變頻器起動一臺加壓泵，此時安裝管網上的傳感器將實測的管網壓力反饋進變頻器，與預先設定的給定壓力進行比較，通過變頻器內部PID運算，調節(jié)變頻器輸出頻率.在管網壓力與設定壓力產偏差大時，變頻器輸出頻率接近工頻而管網壓力仍達不到壓力設定值，PLC將啟動延時信號，延時后把當前工作的變頻泵由變頻切換到工頻下工作，并關斷變頻器，再將變頻器切換到另一臺泵，由變頻器起動該泵，這樣可根據壓力大小調節(jié)投入水泵臺數的方案。在全流量范圍內靠變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合，使供水壓力始終保持為設定值。

水泵的起停方式按照“先起先停”控制方式，同時在每次啟動設備時判斷啟動時間短的水泵優(yōu)先運行，這樣有助于水泵的保養(yǎng)。

1.2 本地手動

當選擇本地手動狀態(tài)時，可在現場控制柜通過按鈕控制2臺泵單獨在變頻或者工頻下運行與停止，這主要用于定期檢修臨時供水。

1.3 遠程手動

當選擇手動狀態(tài)時，可在上位機通過軟件控制2臺泵單獨在變頻或者工頻下運行與停止。

2 解決通訊距離問題

現今隨著自動化技術發(fā)展的需求在某些大型工業(yè)、企業(yè)或特定環(huán)境下會出現設備多、區(qū)域廣、線路長、設備分布不均勻的現象，工業(yè)現場信號采集設備多采用4-20mA的輸出方式，通訊距離在50米左右，工業(yè)數據變送器多采用RS232或RS485電氣協議，通訊距離也需要在200米以內，但要求把這些設備的信號直接傳到統一中控室實現遠程自動化監(jiān)控顯然是不現實的。

經過多方比較和測試，再實例中我們選用分布式結構，用施耐德PLC來接入信號采集設備，施耐德PLC具有以下優(yōu)勢：價格低廉、自帶以太網接口，自帶Modbus通信模塊，編程調試簡便。在實施的時候，將采集設備接入到PLC的模擬量模塊中，PLC經過計算或換算，將信號通過光纖以太網傳到中控室。對于數據變送器，我們選用摩莎公司的串口服務器來將RS232、485協議轉換成以太網協議。

3 故障保護策略

對水位過低、水壓上下限報警、變頻器故障等故障給出報警，并做出相應的故障處理。

3.1 欠水位故障

停止全部的電機運行，防止水泵空轉。當欠水位信號解除后，延時一段時間，自動起動系統。

3.2 壓力上下限報警

輸出報警信號，報警信號30s內未解除，則停止全部的電機運行。信號解除則自動起動系統。

如壓力到達設定需要泄水的壓力值，或是用于高限保護的壓力開關輸出報警信號時，系統停止水泵運行，同時啟動泄水電磁閥泄水。如果設備到達超高壓，系統將采用急停方式停機并產生報警信號，提示工作人員。

3.3 變頻器故障

變頻器故障報警也接入到控制器內，如果變頻器有故障報警后，系統產生報警信號，用于提示工作人員，同時系統會自動切換到水泵工頻運行方式進行補水，由于采用工頻方式，沒有了變頻器的調速和PID 調節(jié)，水壓無法恒定，系統的PID恒壓供水就不起作用，為了防止停開一臺水泵會產生壓力不足而增開一臺有會出現壓力過高而造成系統頻繁切換的情況，故采用延時方式，延時時間為20分鐘。