ZYGS變頻器在變頻生活給水設備系統(tǒng)中的應用設計
ZYGS變頻器在變頻生活給水設備系統(tǒng)中的應用設計
變頻生活給水設備概述
變頻生活給水設備控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調速裝置與可編程控制器（PLC）構成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。
隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發(fā)生一場巨大的技術革命。目前變頻生活給水設備自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)、控制點的實時監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網，實現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調度、管理、監(jiān)控及經濟運行的手段。
變頻生活給水設備控制方案
在住宅小區(qū)水廠的管網系統(tǒng)中，由于管網是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網中壓力最不利點的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關系：
ΔP=KQ2；
式中K—為系數(shù)
設PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。
P=PL+ΔP=PL+ KQ2；
因此變頻生活給水設備供水系統(tǒng)的設定壓力應該根據(jù)流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調。
典型的變頻生活給水設備自動恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經CPU運算處理后與設定的信號進行比較運算，得出最佳的運行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變量泵的運行工況，并實現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質量。
變頻生活給水設備系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)選用FR-500日本三菱變頻器。該系統(tǒng)中具有功能：
3.1自動切換變頻/工頻運行功能
變頻器提供三種不同的工作方式供用戶選擇：
方式0：基本工作方式。變頻器始終固定驅動一臺泵并實時根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當變頻器的輸出頻率達到最大頻率時啟動一臺輔助泵工頻運行、當變頻器的輸出頻率達到最小頻率時則停止最后啟動的輔助泵。由此控制增減工頻運行泵的臺數(shù)。
方式1：交替方式，變頻器通常固定驅動某臺泵，并實時根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動的順序是泵1→泵2，當變頻器輸出停止時，下一次啟動順序變?yōu)楸?→泵1。
方式2：直接方式。當啟信號輸入時變頻器啟動第一臺泵當該泵達到最高頻率時，變頻器將該泵切換到工頻運行，變頻器啟動下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時，先停止最先啟動的泵。
3.2 PID的調節(jié)功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過手持編程器)，設定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過PLC計算何以需切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在實際運行中調整，使系統(tǒng)控制響應趨于完整。
3.3“休眠”功能
變頻生活給水設備系統(tǒng)運行時經常會遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專用設置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于其下限時，變頻器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當水壓繼續(xù)升高時將停止1泵，當水壓下降到一定值時將先啟動變頻器運轉2＃泵或3＃泵，當頻率到達一定值后將啟動1＃泵調節(jié)2?；?＃泵的轉速。
“休眠值”變頻器輸出的下限頻率PR507設置。
“休眠確認時間”用參數(shù)PR506設置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時間如小于休眠時間td時，即td＜tn時變頻器繼續(xù)工作，當td＞tn時變頻器將進入休眠狀態(tài)。
“喚醒值”由供水壓力下限啟動，當供水壓力低于下限值時由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。
經測試“休眠值”為10HZ。 “休眠確認時間”td:20s “喚醒值”70%
3.4通訊功能
該系統(tǒng)具有計算機的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS232或485接口PLC可選用西門子的S7-200計算機可以與一套或多套系統(tǒng)進行通訊，利用計算機同時可以監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數(shù)。
此外該系統(tǒng)還具有手動/自動操作，故障報警，運行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示缺水保護等功能。
變頻生活給水設備運行特征
以三臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時（Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程控制器CPU根據(jù)根據(jù)供水量的變化自動調節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1/3Qmax
當外供水量減少至1/3Qmax
變頻生活給水設備系統(tǒng)經濟效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點
5.1經濟效益分析
變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式： N1/Q1=（n 1/n）3 Q1/Q= n 1/n 式中Q—額定流量，Q1
5.2系統(tǒng)優(yōu)點
5.2.1恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節(jié)水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
5.2.2由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。
5.2.3因實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。
5.2.4水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。
5.2.5由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。
變頻生活給水設備產品概述
變頻生活給水設備就是直接利用市政管網的壓力。直接供水。一般適用于市政管網壓力稍高的地區(qū)或水廠附近壓力較高的范圍內。缺點就是水量、水壓不能保證。但是全自動變頻供水設備原理對于規(guī)模較小的管網這種供水方案的經濟性能很好。不需要任何其他設備或措施。
變頻生活給水設備將市政管網的水引至屋頂水箱。然后靠水箱與用水器具的高差。重力供水?？朔怂畨核康牟环€(wěn)定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱體積較大。因此這種方式不提倡，水箱、管網聯(lián)合型 平時水量水壓足夠時。直接由市政網供水。超壓時。多余水進入屋頂水箱。當壓力或水量不足時。水箱靠重力自動向用戶供水。物理結構上就是正常的直接供水的主干管伸頂接入水箱。并由水箱設一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進入水箱停留這一步驟。
衛(wèi)生可靠性增加。但是問題就是如果長時間的穩(wěn)壓供水（現(xiàn)在的市政管網可以辦到的）。水箱中的水的停留時間反而大大增加。更容易受污染。而且。所有使用水箱的系統(tǒng)中水箱 都必須放在建筑的最高處。在某些場合會影響建筑的美觀。甚至建筑的結構設計。
變頻生活給水設備由于水箱的不安全因素。所以用密封可靠的氣壓罐代替。而且。氣壓罐不需要高位擺放。不影響建筑美觀與結構承重。近幾年很受歡迎。但是氣壓罐系統(tǒng)需要水泵和自動控制系統(tǒng)得配合。使得成本有所增加。不過。近年其市場價格已經讓很多用戶能夠選擇。氣壓罐系統(tǒng)的原理就是利用水泵將水加壓送進建筑內部管網。當壓力過大時。水進入氣壓罐。達到一定壓力時。水泵停車或減速；當壓力小于規(guī)定值時。氣壓罐向外輸水并同時啟動水泵或加速（變頻水泵）。
變頻生活給水設備原理
1、變頻生活給水設備高效節(jié)能
該設備能根據(jù)用戶的實際用水量和使用壓力自動檢測，調節(jié)電動機的轉速(耗電量)，使設備始終處于高效率的工作狀態(tài)。
2、變頻生活給水設備供水管網壓力穩(wěn)定
設備由微機構成自動閉環(huán)控制，能在0.5秒內使變化的壓力恢復正常，壓力調節(jié)精度為設定值的±5%。
3、占地小、投資少，安裝工期短。
該設備與其他老式供水設備相比節(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)約投資15%~60%。設備體積小，組裝、安裝調試方便，運輸及安裝工期短。
4、變頻生活給水設備保護功能全，運行安全可靠，操作方便
設備主機采用進口變頻調速器，自身具有欠壓、過壓、過流、過載、短路、過熱、失速防止等保護功能，無故障運用達10萬小時以上。設備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實用，設備工作狀況一目了然，便于非專業(yè)人員很快熟練掌握。
5、變頻生活給水設備供水功能全，保險系數(shù)高
設備局部出現(xiàn)故障時，能啟用應急功能繼續(xù)供水。該設備可與市政供水網自動并網運行，并具有雙變頻功能，即能滿足生活生產用水的正常壓力和流量，有能在出現(xiàn)火情時自動轉換為高壓大流量供水，可一機多用。
6、變頻生活給水設備適用范圍
變頻生活給水設備供水壓力0.15~2.0MP，供水高度10－200米，單套設備每小時供水量10~50000m3/h，可用于大、中、小型自來水的配套改造；可用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)、農村的生產、生活、辦公用水。
變頻生活給水設備特點
1.投資省無需修建水池或水箱，也不需設置大型氣壓罐，節(jié)省了一大筆投資，而且由于能充分利用自來水管網依次依次供水壓力加壓泵選型可以減少，設備投資減少。
2.衛(wèi)生無污染供水系統(tǒng)從自來水管網至用戶水龍頭為全封閉結構。污染物不會進入系統(tǒng)，水體不與空氣直接接觸，過濾部件采用食品級不繡鋼制作，無二次污染機會，環(huán)保衛(wèi)生。
3.變頻生活給水設備節(jié)能效果顯著設備直接與自來水管串接，在自來水廠一次供水管網壓力的基礎、上疊加所需的壓力，差多少，補多少，能充分利用管網的余壓，用水低峰期，設備甚至不需要運行，節(jié)能效果顯著，與傳統(tǒng)給水設備比，節(jié)能達30%-90%
4.變頻生活給水設備節(jié)約水資源 不用定期清洗，不浪費水資源和人力資源。節(jié)約維護費用。
5.占地面積小，不需要建造蓄水池或水箱不需要配置大型氣壓罐，大大節(jié)約了系統(tǒng)占地面積，可以利用節(jié)約的土地提高地產利用率，符合國家節(jié)約土地的要求。
6.運行費用底，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關聯(lián)供水，在用水低峰直接利用城市依次供水壓力供水，不需啟泵，因此，設備運行過程中能耗非常底，降低了運行費用。
7.供水量不足時不會停止供水。
8.安裝簡便，變頻生活給水設備到現(xiàn)場，只需連接進出水管，施工周期短，安裝簡單。
9.設備管理維護簡便 用于設備有一條公共供水管路與用戶管網直接相通，在聽電時加壓泵雖停止工作，但自來水廠一次供水壓力仍可維持供水。
10.變頻生活給水設備原理為微機全自動控制變頻調速運行，停電設備自動停機，來電自動開機，完撒謊能夠的鼓掌檢測，診斷技術和報警提醒似的設備的管理維護異常簡便由于不會產生污染，因此無需麻煩的清洗工作。
11.變頻生活給水設備供水泵優(yōu)良，整機性能好。設備采用多級全不繡鋼加壓泵，泵殼，葉輪及主要配件均采用食品級不繡鋼才智沖壓或鑄造，流通光滑，高效節(jié)能，與轉平穩(wěn)，噪音極底，整機性能優(yōu)異，是理想的綠色環(huán)保節(jié)能型給水設備。
變頻生活給水設備主要功能
1、全自動完成多臺水泵機組軟啟動，變頻到工頻運行以及停止的全部操作過程。
2、根據(jù)用水量的變化，變成多臺泵組的啟動和停止。
3、變頻生活給水設備有壓力設定值和實際壓力值的LED顯示功能。
4、設備有LED頻率指示，變頻異常指示，電機故障工況顯示。
5、保護功能：具有欠壓保護、過壓保護、過載保護、短路保護、失速防止、燒損防止等功能。
變頻生活給水設備特點：
變頻生活給水設備是由水泵，下水池（或水井），全自動智能數(shù)控供水控制柜組成的供水系統(tǒng)。
1、 高效節(jié)能：本設備對泵組進行出口恒壓變量控制，進一步擴展了水泵的調速范圍，節(jié)電最高可達50%，供水壓力恒定，其調節(jié)精度可達設定值的上下0.01MP，系統(tǒng)漏溢少，可節(jié)水10%。由于采用水泵出口壓力控制，系統(tǒng)用水量任意變化，故能使供水管網的服務壓力恒定，保證供水質量。
2、 變頻生活給水設備自動化程序高，設備運行壽命長，全機工作采用全自動智能數(shù)控變頻控制，操作方便，工作程序由微機控制。對機組均能進行軟起動，對電器和機械無沖擊，大大延長設備的電器和機械的壽命。
3、 功能齊全，可追加各種附加功能，如小流量停機，小流量切換，水池無水停機，水池有水時，自動開機。市網壓力升高能夠滿足用水量時自動停機進入休眠狀態(tài)。但管網有一定的壓力但又低，而不能到達最高層時，自動再起動水泵運行。定時起、停，定時切換。本設備另具有變頻自動、手動多種操作運行方式。在任何狀況下，設備均能可靠地投入運行，確保供水系統(tǒng)不斷水。
4、 有完善的保護、自檢、故障判斷的功能及故障排除的對策，保護功能齊全，有缺相、欠壓、過壓、過載、短路、過熱、失速等保護功能。
5、 抗干擾能力強，本設備有抗干擾及自動復位電路，可在各種場合下可靠運行。
6、 無高塔、無屋頂水箱，節(jié)省占地面積。體積小，重量輕，土建費用少；安裝方便，工期短，工期短，噪音小，有二次污染。停電時可維護自然供水高度
變頻生活給水設備工作條件
1.輸送介質：冷熱清潔、非易燃易爆并不含固體顆粒或纖維的液體。
2.液體溫度：常溫型 -15 o C 至 +70 o C 熱水型 +70 o C 至 +120 o C
3.周圍環(huán)境：無水滴、蒸汽，無漂浮性塵埃及金屬微粒場所。無日光照射，高溫及嚴重落塵場所。無腐蝕、易燃性氣體及液體場所。
4.無震動、保養(yǎng)檢查容易之場所。
5.環(huán)境溫度：最高 +45 o C 且通風良好。
變頻生活給水設備應用范圍：
1、 自來水廠、加壓泵房
2、 居民生活區(qū)、賓館及其它建筑
3、 企業(yè)生產用水
4、 鍋爐循環(huán)水設備
5、 農田灌溉設備
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