變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)依據(jù)用水量的變化，通過變頻控制系統(tǒng)可以保證全天恒定的水壓，以滿足人們不同時(shí)段的需求。是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。文中從變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成、工作原理和特點(diǎn)介紹闡述了變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻器;變頻恒壓供水控制器;plc

1.恒壓供水系統(tǒng)及變頻技術(shù)分析

變頻恒壓供水系統(tǒng)是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網(wǎng)的出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的，可以根據(jù)需求調(diào)整壓力值。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。

近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，其顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。變頻恒壓供水系統(tǒng)對水泵電機(jī)實(shí)行無級調(diào)速，依據(jù)用水量及水壓變化通過微機(jī)檢測、運(yùn)算，自動(dòng)改變水泵轉(zhuǎn)速保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前最先進(jìn)，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有優(yōu)勢。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)中水泵只能以額定的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅不能保證高峰期人們用水的需求而且會(huì)造成能源浪費(fèi)。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。

2.變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成和工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成：變頻器，恒壓供水控制器，plc，水泵機(jī)組和控制系統(tǒng)組成。

2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)硬件的功能介紹

變頻器：變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。（三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：N=60f/p（1-s），f為電源頻率，p為極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率）變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

恒壓供水控制器 ：變頻恒壓供水控制器，壓力測量精度高，產(chǎn)品和變頻器配套使用可以滿足，一拖一、一用一備、 一拖二、 一拖三、 一拖四等各種工作模式， 也可以設(shè)定時(shí)間進(jìn)行供水。 控制器廣泛用于居民小區(qū)、 石油、化工、消防、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、供水等領(lǐng)域。

plc：可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態(tài)進(jìn)行檢測、并對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學(xué)、工作可靠性高、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。

水泵機(jī)組：在電動(dòng)機(jī)和管道組成一體的供水系統(tǒng)中，根據(jù)控制器檢測到的壓力值來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)供水的壓力。通常在供水系統(tǒng)中設(shè)置多臺(tái)水泵（2臺(tái)為例），供水量大時(shí)開啟兩臺(tái)，供水量小時(shí)開啟一臺(tái)。水泵組中的水泵統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，以滿足供水需要。

2.2 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)以管網(wǎng)水壓 （或用戶用水流量）為設(shè)定參數(shù)，通過微機(jī)控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) （PID），使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大;用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)減小，這樣就保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求。

自動(dòng)控制中，由plc控制電機(jī)的工頻和變頻運(yùn)行（2臺(tái)為例），控制系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化有一臺(tái)水泵變頻調(diào)整運(yùn)行，當(dāng)用水量增加時(shí)管道系統(tǒng)內(nèi)壓力下降，這時(shí)壓力傳感器把檢測到的信號傳送給微機(jī)控制單元，通過微機(jī)運(yùn)行判斷，發(fā)出指令到變頻器，控制水泵電機(jī)，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)2#泵并進(jìn)入變頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止;當(dāng)用水量下降水壓增高時(shí)，變頻器輸出頻率降到啟動(dòng)頻率而水壓仍高于設(shè)定值，停止該水泵的運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值;當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行變頻器輸出頻率降至啟動(dòng)頻率時(shí)，則將此泵停止運(yùn)行，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。

3 變頻器恒壓供水的特點(diǎn)

（1）高效節(jié)能。與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水能節(jié)能30%-60%。

（2）占地面積小，投入少，效率高。

（3）配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠，可實(shí)現(xiàn)無人值守。

（4）運(yùn)行可靠。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，消除啟動(dòng)電流大的沖擊，減輕了機(jī)械啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對電機(jī)的機(jī)械損傷，延長了電機(jī)和泵的使用壽命。

（5）系統(tǒng)可以按照需求來設(shè)定壓力，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，從而達(dá)到了節(jié)水節(jié)電節(jié)省人力的節(jié)能目的。

（6）由于能對水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，并可消除水錘效應(yīng)（水錘效應(yīng)：直接起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，液體動(dòng)能的急劇變大，導(dǎo)致對管網(wǎng)的極大沖擊，有很大破壞力）。

作者簡介：

靳園園，男，1990.01月生，漢，河南省沁陽市人，專科，助理工程師，研究方向：電力拖動(dòng)與自動(dòng)化控制。