變頻調(diào)速供水設(shè)備（變頻調(diào)速供水設(shè)備）

設(shè)備概述

變頻調(diào)速供水設(shè)備在運行時通過變頻調(diào)速器控制水泵電機(jī)的速度，通過速度的變化保持水壓恒定，當(dāng)管網(wǎng)實際水壓低于設(shè)定水壓時，變頻調(diào)速器會按順序循環(huán)軟啟動相應(yīng)臺數(shù)的水泵來滿足水壓恒定，當(dāng)管網(wǎng)實際水壓高于設(shè)定水壓時，變頻調(diào)速器按相反順序切掉相應(yīng)的水泵電機(jī)。

設(shè)備定義

采用較多的有可控硅串級調(diào)速，液力耦合調(diào)速、電磁調(diào)速和變頻調(diào)速等技術(shù)。

三、變頻調(diào)速供水設(shè)備的組成

1）、主工作泵：常用單級或多級臥式或立式清水離心泵。

2）、小泵和小氣壓罐：在小流量甚至零流量持續(xù)時間較長，為更節(jié)電時設(shè)置。

3）、變頻控制柜：變頻控制柜是變頻調(diào)速給水設(shè)備的核心部分，一般由供貨廠家按水泵功率配套供應(yīng)。

4）、附件：主要包括連接管道，以及閥門、止回閥、安全閥（有小氣壓罐時）、壓力表、壓力繼電器和底座等。一般組裝式設(shè)備由廠家組裝好供貨。

工作原理

變頻調(diào)速供水設(shè)備的變頻調(diào)速供水設(shè)備投入使用，自來水管網(wǎng)的水進(jìn)入穩(wěn)流流罐，罐內(nèi)空氣從真空消除器排出，待水充滿后，真空消除器自動關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力能夠滿足用水要求時，系統(tǒng)由旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力不能滿足用水要求時，系統(tǒng)壓力信號由遠(yuǎn)傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運行，并根據(jù)用水量的大小自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒壓供水，若運轉(zhuǎn)水泵達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速時，則啟動另一臺水泵變頻運轉(zhuǎn)。

水泵供水時，若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網(wǎng)水量小于小泵流量量，穩(wěn)流罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍然能正常供水，此時，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐，罐內(nèi)真空遭到破壞，確保了自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，用水高峰過后，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。當(dāng)自來水管網(wǎng)停水，造成穩(wěn)流罐液位不斷下降，液位探測器將信號反饋給變頻控制器，水泵自動停機(jī)，以保護(hù)水泵機(jī)組。夜間小流量供水且自來水管網(wǎng)壓力不能滿足要求時，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動。

設(shè)備分類

1）、按供水方式分：

（1）恒壓變量供水系統(tǒng)：水泵的出口壓力始終保持一個恒定值，設(shè)備的供水量可隨用戶用水量的需求而變化。

（2）變壓變量供水系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制壓力檢測點設(shè)在用戶給水系統(tǒng)的末端，用此測定壓力來控制水泵運行的轉(zhuǎn)速，此時水泵的出口壓力是變化的，用戶的用水量也是變化的。

2）、按控制方式分：

（1）微機(jī)控制型：控制核心由單片機(jī)組成。

（2）PC控制型：控制核心由可編程序控制器組成。

3）、按水泵臺數(shù)分：

（1）單臺式：控制一臺水泵調(diào)速運行，另一臺泵備用，兩臺交替使用。

（2）多臺并聯(lián)式：控制一臺水泵變頻調(diào)速運行，多臺工頻運行。

還可按結(jié)構(gòu)形式和系統(tǒng)用途等方面分類。

技術(shù)條件

1）、電源可靠，應(yīng)為雙電源或雙回路供電方式。具有電源適應(yīng)性，設(shè)備輸入電壓波動和控制器輸入電壓波動不超過額定電壓±10%時，應(yīng)能正常工作。

2)、設(shè)備應(yīng)具有自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和軟啟動的功能。定壓給水時，設(shè)定壓力與實際壓力差不得超過0.01MPa；變壓給水時，給水系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按管道工作特性曲線改變。

3)、設(shè)備應(yīng)具有水池水位“報警”及水泵控制功能，超過最高水位時“報警”，降至最低水位時“報警”及停機(jī)，恢復(fù)到啟泵水位時，自動啟動。

4)、設(shè)備應(yīng)有觀察設(shè)定壓力和實際壓力顯示、水泵供電頻率顯示以及觀察故障顯示的窗口。

5)、設(shè)備應(yīng)有對各類故障進(jìn)行自檢、報警，對可恢復(fù)的故障應(yīng)能自動或手動消警，恢復(fù)正常運行。

6)、設(shè)備應(yīng)有過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱等的保護(hù)功能。

7)、設(shè)備的環(huán)境要求：

(1) 溫度：5～40℃。

(2) 相對濕度：溫度20℃時，不大于90%。

(3) 海拔高度：不應(yīng)超過1000m。

(4) 設(shè)備安裝的地點，應(yīng)無導(dǎo)電或爆炸性塵埃，無腐蝕金屬或破壞絕緣的氣體或蒸汽。

破壞絕緣的氣體或蒸汽。

8)、電控柜的設(shè)置要求：

(1) 柜底應(yīng)高出地面0.1m。

(2) 柜頂距屋頂（板頂）的距離不小于1.0m。

(3) 柜后壁距墻面應(yīng)有0.8m 的通道。

9)、管路系統(tǒng)應(yīng)在最低處設(shè)泄水裝置。

10）、要選用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，選擇整機(jī)經(jīng)過鑒定（評估）型式檢驗的產(chǎn)品。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

1）、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

《微機(jī)控制變頻調(diào)速給水設(shè)備》JG/T 3009-93

《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 17219–1998

《液體泵 帶頻率轉(zhuǎn)換器的泵設(shè)備 保證和兼容性試驗 》EN12483-1999

2）、工程標(biāo)準(zhǔn)

《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50242-2002

《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》 GB 50015-2003

變頻調(diào)速供水設(shè)備

主要性能

6臺主泵（或3臺）+1臺附屬小泵：均可設(shè)置成變頻或工頻工作方式；數(shù)字模糊控制：壓力采用數(shù)字模糊控制，智能調(diào)節(jié)，系統(tǒng)響應(yīng)快，精度高，穩(wěn)定性好，PID參數(shù)調(diào)試；循環(huán)軟啟動：采用自補(bǔ)償技術(shù)，系統(tǒng)電氣機(jī)械沖擊小，同時切換時的壓力波動小；定時開關(guān)機(jī)控制：實時時鐘（每月誤差不超1分），資料可掉電保持，設(shè)定多達(dá)六段，每天開關(guān)機(jī)時間進(jìn)行定時控制；定時換泵功能：對多泵系統(tǒng)使各泵平均工作時間相同；流量補(bǔ)償功能：實現(xiàn)變壓變量控制，補(bǔ)償方式可選內(nèi)部補(bǔ)償和外接流量計，補(bǔ)償量可調(diào)；定量泵、變量泵自動巡檢功能；手動調(diào)試功能；第二壓力（消防壓力）水位信號接口；故障自診斷功能；數(shù)字面板操作：面板可顯示壓力、頻率、時間、各泵的工作狀態(tài)等。

變頻調(diào)速器的優(yōu)點：

節(jié)能效果明顯，可達(dá)25%以上；降低維修費用；提高供水品質(zhì)；實現(xiàn)無人值班，減輕工人勞動強(qiáng)度。

特點分析

用戶用水的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。變頻供水方式可保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

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，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(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；可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運行目的。

恒壓供水的變頻應(yīng)用方式

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，我公司的恒壓供水控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達(dá)的系統(tǒng)。

PID控制原理

根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。

變頻控制原理

用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計算出來）。其優(yōu)點是：

起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(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的使用壽命；可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)；

一般地說，當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動機(jī)時，只需使變頻器的配用電動機(jī)容量與實際電動機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時控制兩臺電動機(jī)時，原則上變頻器的配用電動機(jī)容量應(yīng)等于兩臺電動機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。

雖然水泵在低速運行時，電動機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時，電動機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動機(jī)過熱。因此，電動機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來進(jìn)行電動機(jī)的熱保護(hù)。

在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時，只要在預(yù)置時設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時間將自動失效。

恒壓供水系統(tǒng)特點

節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。自我保護(hù)功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機(jī)發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護(hù)供水。

應(yīng)用范圍

自來水廠、加壓泵房 居民生活區(qū)、賓館及其它建筑 企業(yè)生產(chǎn)用水 鍋爐循環(huán)水系統(tǒng) 農(nóng)田灌溉系統(tǒng)