變頻器在變頻恒壓供水設備方面的應用
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變頻器在變頻恒壓供水設備方面的應用
一、變頻調速的特點(diǎn)及分析
用戶(hù)用水量一般是動(dòng)態(tài)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)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。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(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。
恒壓供水系統對于用戶(hù)是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時(shí)，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴重時(shí)會(huì )影響生存安全，如發(fā)生火災時(shí)，若供水壓力不足或或無(wú)水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區域采用恒壓供水系統，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
隨著(zhù)電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調速技術(shù)的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動(dòng)平穩，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?，從而避免了起?dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵和閥門(mén)等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現節水、節電、節省人力，終達到高效率的運行目的。
二、恒壓供水的變頻應用方式
通常在同一路供水系統中，設置多臺常用泵，供水量大時(shí)多臺泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺或兩臺。在采用變頻調速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，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。后種方法根據壓力反饋信號，通過(guò)PID運算自動(dòng)調整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機轉速，終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來(lái)的發(fā)展方向，我公司開(kāi)發(fā)BC2100系列恒壓供水控制系統就可實(shí)現一變頻器控制任意數馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動(dòng)多馬達的系統。
三、PID控制原理
根據反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統。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。但被控制的系統特點(diǎn)是非線(xiàn)性、大慣性的系統，現在控制和PID相結合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精度。這通過(guò)PLC加智能儀表可時(shí)現該算法，同時(shí)對PLC的編程來(lái)時(shí)現泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。
要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據反饋定理在管網(wǎng)系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統管道長(cháng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統是一個(gè)大滯后系統，不易直接采用PID調節器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來(lái)實(shí)現對控制系統調節作用。
四、變頻控制原理
用變頻調速來(lái)實(shí)現恒壓供水，與用調節閥門(mén)來(lái)實(shí)現恒壓供水相比，節能效果十分顯著(zhù)（可根據具體情況計算出來(lái)）。其優(yōu)點(diǎn)是：
1、 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?，從而避免了起?dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；
2、 由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵和閥門(mén)等的使用壽命；
3、 可以消除起動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應；
一般地說(shuō)，當由一臺變頻器控制一臺電動(dòng)機時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機容量與實(shí)際電動(dòng)機容量相符即可。當一臺變頻器同時(shí)控制兩臺電動(dòng)機時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機容量應等于兩臺電動(dòng)機的容量之和。但如在高峰負載時(shí)的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時(shí)，
用戶(hù)用水量一般是動(dòng)態(tài)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)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。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(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。
恒壓供水系統對于用戶(hù)是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時(shí)，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴重時(shí)會(huì )影響生存安全，如發(fā)生火災時(shí)，若供水壓力不足或或無(wú)水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區域采用恒壓供水系統，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
隨著(zhù)電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調速技術(shù)的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動(dòng)平穩，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?，從而避免了起?dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵和閥門(mén)等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現節水、節電、節省人力，終達到高效率的運行目的。
二、恒壓供水的變頻應用方式
通常在同一路供水系統中，設置多臺常用泵，供水量大時(shí)多臺泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺或兩臺。在采用變頻調速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，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。后種方法根據壓力反饋信號，通過(guò)PID運算自動(dòng)調整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機轉速，終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來(lái)的發(fā)展方向，我公司開(kāi)發(fā)BC2100系列恒壓供水控制系統就可實(shí)現一變頻器控制任意數馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動(dòng)多馬達的系統。
三、PID控制原理
根據反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統。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。但被控制的系統特點(diǎn)是非線(xiàn)性、大慣性的系統，現在控制和PID相結合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精度。這通過(guò)PLC加智能儀表可時(shí)現該算法，同時(shí)對PLC的編程來(lái)時(shí)現泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。
要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據反饋定理在管網(wǎng)系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統管道長(cháng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統是一個(gè)大滯后系統，不易直接采用PID調節器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來(lái)實(shí)現對控制系統調節作用。
四、變頻控制原理
用變頻調速來(lái)實(shí)現恒壓供水，與用調節閥門(mén)來(lái)實(shí)現恒壓供水相比，節能效果十分顯著(zhù)（可根據具體情況計算出來(lái)）。其優(yōu)點(diǎn)是：
1、 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?，從而避免了起?dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；
2、 由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵和閥門(mén)等的使用壽命；
3、 可以消除起動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應；
一般地說(shuō)，當由一臺變頻器控制一臺電動(dòng)機時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機容量與實(shí)際電動(dòng)機容量相符即可。當一臺變頻器同時(shí)控制兩臺電動(dòng)機時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機容量應等于兩臺電動(dòng)機的容量之和。但如在高峰負載時(shí)的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時(shí)，
可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。
雖然水泵在低速運行時(shí)，電動(dòng)機的工作電流較小。但是，當用戶(hù)的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過(guò)電動(dòng)機的額定電流，導致電動(dòng)機過(guò)熱。因此，電動(dòng)機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機的熱保護。
在主要功能預置方面，高頻率應以電動(dòng)機的額定頻率為變頻器的高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調節器的情況下，升、降速時(shí)間應盡量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定的動(dòng)態(tài)響應過(guò)程。如變頻器本身具有PID調節功能時(shí)，只要在預置時(shí)設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效。
五、恒壓供水系統特點(diǎn)
1、 節電：優(yōu)化的節能控制軟件，使水泵實(shí)現大限度地節能運行；
2、 節水：根據實(shí)際用水情況設定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象；
3、 運行可靠：由變頻器實(shí)現泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現由工頻到變頻的無(wú)沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。
4、 聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監控各個(gè)站點(diǎn)，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報表，以便分析統計。
5、 控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。
6、 自我保護功能完善：如某臺泵出現故障，主動(dòng)向上位機發(fā)出報警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統出現故障，用戶(hù)可以直接操作手動(dòng)系統，以保護供水。
六、系統應用范圍
1、 自來(lái)水廠(chǎng)、加壓泵房
2、 居民生活區、賓館及其它建筑
3、 企業(yè)生產(chǎn)用水
4、 鍋爐循環(huán)水系統
5、 農田灌溉系統
雖然水泵在低速運行時(shí)，電動(dòng)機的工作電流較小。但是，當用戶(hù)的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過(guò)電動(dòng)機的額定電流，導致電動(dòng)機過(guò)熱。因此，電動(dòng)機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機的熱保護。
在主要功能預置方面，高頻率應以電動(dòng)機的額定頻率為變頻器的高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調節器的情況下，升、降速時(shí)間應盡量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定的動(dòng)態(tài)響應過(guò)程。如變頻器本身具有PID調節功能時(shí)，只要在預置時(shí)設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效。
五、恒壓供水系統特點(diǎn)
1、 節電：優(yōu)化的節能控制軟件，使水泵實(shí)現大限度地節能運行；
2、 節水：根據實(shí)際用水情況設定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象；
3、 運行可靠：由變頻器實(shí)現泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現由工頻到變頻的無(wú)沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。
4、 聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監控各個(gè)站點(diǎn)，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報表，以便分析統計。
5、 控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。
6、 自我保護功能完善：如某臺泵出現故障，主動(dòng)向上位機發(fā)出報警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統出現故障，用戶(hù)可以直接操作手動(dòng)系統，以保護供水。
六、系統應用范圍
1、 自來(lái)水廠(chǎng)、加壓泵房
2、 居民生活區、賓館及其它建筑
3、 企業(yè)生產(chǎn)用水
4、 鍋爐循環(huán)水系統
5、 農田灌溉系統
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