變頻器在管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備恒壓供水上的應(yīng)用
變頻器在管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備恒壓供水上的應(yīng)用
1. 引言
對于大部分生活供水系統(tǒng)來說，日常供水隨著各個時段和各個季節(jié)的變化而有很大的起伏，一般在晚上黃金時段的用水需求量比較大，深夜由于客戶需求量大幅度減少，管網(wǎng)壓力急劇升高。對于傳統(tǒng)的水塔等方式供水，其維護(hù)困難。尤其是面對消費(fèi)供水等突發(fā)事件時，其反應(yīng)速度較慢，早已不能滿足恒壓供水的需求。使用變頻器對管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備供水系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，達(dá)到管網(wǎng)壓力基本穩(wěn)定，同時，通過變頻器內(nèi)部的智能控制功能，輪循供水電機(jī)運(yùn)作，達(dá)到設(shè)備的合理利用以及維護(hù)方便功能，同時當(dāng)管網(wǎng)壓力不正常，或者其他故障產(chǎn)生時，通過變頻器的遠(yuǎn)程報警功能及時通知維護(hù)人員，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。
2. 管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備系統(tǒng)基本組成
（1） 系統(tǒng)主控環(huán)節(jié)
系統(tǒng)整體的控制信號，包括壓力設(shè)定信號，工頻和變頻故障信號處理，水位故障檢測處理均由主控 PLC 或主控人機(jī)設(shè)定， 對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行信號進(jìn)行綜合，尤其是當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)的系統(tǒng)處理操作，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。
（2） 變頻器內(nèi)部控制環(huán)節(jié)
變頻器內(nèi)部控制，主要是指變頻器內(nèi)部 PID 功能模塊，內(nèi)部 PID 功能使現(xiàn)場工程師設(shè)置和調(diào)試方便，相對于原來的硬件 PID 板控制，省去了硬件維護(hù)需要，節(jié)省了成本。主控環(huán)節(jié)的壓力設(shè)定信號與系統(tǒng)壓力信號反饋形成閉環(huán)以維持管網(wǎng)恒定壓力。 PID 的特性可由參數(shù)選擇。
（3） 供水附件
供水附件為變頻器控制外部電機(jī)的中間控制機(jī)構(gòu)，變頻器供水附件為一個獨(dú)立的控制系統(tǒng)，只需要一根外接的電話線，就可與主控板連接，方便的遠(yuǎn)程控制，利用 485 通訊底層接口，無需外接電源，就可控制多達(dá) 5 個以上的繼電器，從而用來控制外接接觸器。接口簡單，使用方便。
（4） 電機(jī)控制環(huán)節(jié)
當(dāng)管網(wǎng)壓力的變化要求增加或減少工作水泵時，通過供水附件基板的中間繼電器，控制各個電機(jī)交流接觸器。基板輸出端口的狀態(tài)決定外部各個水泵的運(yùn)行狀態(tài)。
（5） 執(zhí)行環(huán)節(jié) 執(zhí)行環(huán)節(jié)為各水泵。
（6） 信號反饋環(huán)節(jié)
管網(wǎng)壓力的信號反饋，用于與設(shè)定環(huán)節(jié)形成 PID 控制閉環(huán)，對于大部分供水系統(tǒng)，由于壓力控制為一個大慣性環(huán)節(jié)，且其要求不太高，所以不必要使用微分環(huán)節(jié)。
下面對山東省濟(jì)南市某小區(qū)管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)，使用 C320 系列變頻器系統(tǒng)改造進(jìn)行分析，其框圖如下 :
3 ．管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備工作過程描述
當(dāng)變頻器被投入自動運(yùn)行時， 1# 泵電機(jī)接觸器首先被控制導(dǎo)通，變頻器輸出頻率上升，同時管網(wǎng)壓力信號逐漸增加，出水管網(wǎng)的壓力信號與 PLC 管網(wǎng)壓力設(shè)定信號負(fù)反饋閉環(huán)，當(dāng)電機(jī)頻率上升到較高頻率，而管網(wǎng)壓力達(dá)不到設(shè)定要求時，變頻器立即控制工頻接通 1# 泵，使 1# 泵全速投入運(yùn)行，同時變頻器經(jīng)過時間延遲，對 2# 泵進(jìn)行變頻控制。當(dāng)管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力基本平衡時，變頻器控制當(dāng)前變頻電機(jī)維持在一定的頻率，壓力的穩(wěn)定和超調(diào)量可以通過 PI 參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)水需求量減少，管網(wǎng)壓力逐漸升高，內(nèi)部 PI 控制器輸出頻率降低，當(dāng)變頻器輸出頻率低至 0HZ ，而管網(wǎng)在一設(shè)定時間內(nèi)還高于設(shè)定壓力，變頻器切斷當(dāng)前變頻控制泵，轉(zhuǎn)而控制下一個原工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉(zhuǎn)換過程中，逐漸輪換使用水泵，使每個水泵的利用率均等，增加系統(tǒng)可靠性。
4 ．管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備中通用變頻器的使用
對于當(dāng)前的恒壓供水系統(tǒng)，配置了供水附件，其他需要設(shè)置的參數(shù)功能組包括： 1. 基本運(yùn)行參數(shù)； 2. 模擬輸入輸出參數(shù)； 3.PID 控制參數(shù)組。供水系統(tǒng)與變頻器相關(guān)接線如下圖：
? 基本運(yùn)行參數(shù)主要參數(shù)設(shè)定：
F0.0=0 選擇 V/F 控制方式
F0.15=1 選擇泵類負(fù)載
F0.4=0001 PLC 輸出端子控制起停
? PID 控制主要參數(shù)設(shè)定：
F8.0=0121 選擇比例積分，單極性 PI 功能有效。
F8.1=0204 選擇設(shè)定信號輸入 VC2 ，反饋信號 CC ，
F8.3=0 ， F8.4=10 選擇較小給定量 0V ，較大給定量 10V 。
F8.5=2 ， F8.6=10 選擇反饋對應(yīng)量。
F8.7=2 ， F8.8=10 設(shè)定 PI 控制器參數(shù)。
? 擬輸入輸出參數(shù)組：
F2.2=0 ， F2.3=10 設(shè)定通道 VC2 信號特性， 范圍 0～10V 。
F2.4=4 ， F2.5=20 設(shè)定反饋通道 CC 信號特性，范圍 4 － 20mA 。
5 ．管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備改造中注意事項
? 正確設(shè)置設(shè)定和反饋對應(yīng)曲線。
? 變頻泵至工頻控制時可直接切換，以免管網(wǎng)壓力形成波動，工頻泵至變頻控制的切時間 須適當(dāng)設(shè)置，延時太短，水泵對變頻器形成沖擊電壓和沖擊電流，容易使變頻器出現(xiàn)故障，延時過長使管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，從而易出現(xiàn)頻繁切換動作。
? 當(dāng)供水基板與主控制基板距離較遠(yuǎn)時（ 20m 以上），需提供附加電源以確保信號正確傳輸。
? 當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備供水系統(tǒng)不需要處理消防等緊急狀態(tài)下的供水問題時，可簡化 PLC 控制功能。甚至只通過單變頻器實(shí)現(xiàn)簡易恒壓供水。
? 適當(dāng)使用變頻器特別的負(fù)載檢測和切斷自停機(jī)功能，方便遠(yuǎn)程水泵的控制。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備發(fā)展趨勢:
隨著電力技術(shù)的發(fā)展，無負(fù)壓技術(shù)的日臻完善，以設(shè)備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(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， 終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)部分為智能控制系統(tǒng)(變頻型)和調(diào)節(jié)罐的真空消除。智能控制系統(tǒng)核心部分采用西門子可編程控制器，程序軟件的編制及設(shè)計由 專業(yè)技術(shù)工程人員充分根據(jù)水泵的運(yùn)作特點(diǎn)在多年工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上精心編制而成，設(shè)備具有界面直觀，操作簡便可靠，性能穩(wěn)定，高智能化等諸多特點(diǎn)。調(diào)節(jié)罐的真空消除也是該項目的關(guān)鍵技術(shù)，管網(wǎng)疊加的實(shí)現(xiàn) 全部依靠罐上真空消除器在罐內(nèi)水被抽空時及時消除罐內(nèi)真空，從而達(dá)到罐內(nèi)外壓力平穩(wěn)，由此不對市政管網(wǎng)造成負(fù)壓影響，不影響其它市政管道用戶的正常用水。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備的適用范圍
(1) 適用地域范圍：適用于城市管網(wǎng)壓力較充足的地區(qū)加壓給水;
(2) 適用工程類型：工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水、自來水廠的大型給水中間加壓泵站;
(3) 適用工程部位：給水二次加壓系統(tǒng);
(4) 其它適用范圍：新建、改建、擴(kuò)建住宅樓，辦公樓、賓館、飯店等公共建筑生活用水;
(5) 使用單位類型：設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備多段壓力供水模式：
語音報警系統(tǒng) 設(shè)備可增設(shè)遠(yuǎn)程語音報警主要功能，當(dāng)設(shè)備控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)觸發(fā)報警撥號系統(tǒng)撥打預(yù)先設(shè)置好的固定電話或者手機(jī)號碼，語音通知管理人員設(shè)備有故障需要及時檢修，以免影響正常用戶用水。此控制主要功能需要占用一條電話線以便撥號。
·低層自來水壓力不能滿足要求的消防用水。
水泵是管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備的基礎(chǔ)，是顯現(xiàn)其供水能力的根本保證，為配套的水泵是通用的，可以是各種流量、揚(yáng)程式合適的泵類。按照流量、揚(yáng)程式的需要產(chǎn)品可以1~4或更多的水泵并聯(lián)運(yùn)行，水泵機(jī)組與另外一套增壓穩(wěn)壓電源壓設(shè)備(水流量泵組)作為在小流量范圍內(nèi)與主泵切換運(yùn)行，以提供效率，進(jìn)一步降低能源。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備研發(fā)背景：
水——是人類生命之源。“改善飲用水質(zhì)量，保障水質(zhì)安全”是關(guān)系到人民群眾的身體健康和生命安全的大事，而研究開發(fā)環(huán)保型供水設(shè)備已成當(dāng)務(wù)之急，傳統(tǒng)的二次加壓供水方式，由于水池、水箱造成的二次污染已直接影響了供水水質(zhì)安全，甚至產(chǎn)生了嚴(yán)重的水質(zhì)污染事故。為了解決傳統(tǒng)生活供水系統(tǒng)中，設(shè)備二次供水過程中的污染問題和水泵的直接接入自來水管網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)壓問題，中贏供水創(chuàng)新研制開發(fā)了新一代“管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備”。該產(chǎn)品不但解決了地下水池的二次污染問題，還可以和純凈水設(shè)備配套，直接作為飲用水的增壓設(shè)備，可以在任何一個需要管網(wǎng)增壓的供水系統(tǒng)中使用。是供水領(lǐng)域新一代節(jié)能穩(wěn)定環(huán)保的產(chǎn)品
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備品牌：
目前，我國的海洋環(huán)境，總的來看，基本上還是處于良好狀態(tài)。但在某些沿岸的海灣、河口及局部海域，如大連灣、遼河口、錦州灣、渤海灣、萊州灣和膠州灣等，環(huán)境污染比較嚴(yán)重;某些海洋水產(chǎn)資源衰落，漁獲量減少，少數(shù)珍貴海產(chǎn)品受損，一些海洋水產(chǎn)資源質(zhì)量受到影響;部分灘涂荒廢，濱海環(huán)境遭到損害。就海區(qū)而言，渤海沿岸污染較嚴(yán)重，東海和黃海次之，喃海污染較輕。
采用先進(jìn)的微機(jī)控制變頻調(diào)速技術(shù)，通過壓力傳感器，將用水量的變化信號變成電子信號，依據(jù)用水量的需求，自動對水泵進(jìn)行投切和轉(zhuǎn)速調(diào)整，使供水壓力自動維持在設(shè)定的壓力值。供水質(zhì)量高，節(jié)能效果明顯，高度自動化，可實(shí)現(xiàn)無人值守。長沙中贏供水設(shè)備有限公司生產(chǎn)的管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備是一種高校節(jié)能的給水方式，深得廣大用戶的青睞。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備是在傳統(tǒng)變頻恒壓供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型供水方式，它不是水泵、管件閥門、罐體和控制柜的簡單組合，而是集機(jī)械、電子、信息、自控技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品。隨著無負(fù)壓供水概念發(fā)展的深入，越來越多的科研單位及生產(chǎn)企業(yè)對無負(fù)壓技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并取得了比較豐碩的成果。在國內(nèi)無負(fù)壓技術(shù)根據(jù)市場上現(xiàn)有無負(fù)壓的給水設(shè)備工作原理進(jìn)行分析，主要由變頻調(diào)速水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、預(yù)壓自平衡器、控制柜、過濾器、倒流防止器等設(shè)備組成。根據(jù)其實(shí)現(xiàn)無負(fù)壓功能原理的不同，大體可以分為以下幾種形式：
中贏管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備核心優(yōu)勢
節(jié)能程序
通過編程建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控與測量現(xiàn)場供水時的壓力、流量、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、電流、管徑大小，水泵性能等，將一系列監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿㈦娔X處理器中，通過中贏研發(fā)人員自主編程與設(shè)計的20種數(shù)學(xué)方法計算工作狀況來達(dá)到較好的運(yùn)行工況，可適應(yīng)于瞬間多變的流量狀況。
效率提升技術(shù)
采用中贏專利設(shè)計技術(shù)小流量補(bǔ)償裝置補(bǔ)償主泵效率低點(diǎn)流量，如果用水端用水量極小，采用中贏穩(wěn)壓裝置穩(wěn)壓補(bǔ)水，小流量補(bǔ)償裝置關(guān)閉，當(dāng)超過一定用水流量時，小流量補(bǔ)償裝置又再次投入使用，程序配合小流量補(bǔ)償裝置持續(xù)小流量供水。當(dāng)用戶端用水量加大，小流量補(bǔ)償裝置無法滿足供水流量時，啟動主泵開始變頻，此時的主泵是運(yùn)行在高效點(diǎn)，如果管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備一臺主泵能滿足供水要求，小流量補(bǔ)償裝置停止供水。用戶端用水量繼續(xù)加大，主泵上升到上限頻率后，仍不能滿足供水，主泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，小流量補(bǔ)償裝置再次進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償此時一臺泵供水不足，當(dāng)小流量補(bǔ)償裝置達(dá)到滿值，啟動另一臺主泵開始變頻，小流量補(bǔ)償裝置停止供水。
小流量補(bǔ)償裝置的投入使用能提升兩段設(shè)備的運(yùn)行效率，所以在很大程度上起到了節(jié)能的效果。而且小流量補(bǔ)償裝置的投入與退出使供水量曲線與用戶用水量曲線能夠較好的重合，管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備真正達(dá)到了用多少供多少的理想狀態(tài)，對于解決恒壓供水穩(wěn)定性有了技術(shù)性的突破。
什么是偽無負(fù)壓？
1)首先這不是真正的管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備，而是有負(fù)壓的，與真正無負(fù)壓產(chǎn)品在概念上有本質(zhì)的區(qū)別，他們無負(fù)壓的概念就是自來水的進(jìn)水壓力只要保證零及零以上就叫無負(fù)壓，而真正無負(fù)壓的概念是自來水的進(jìn)水壓力動壓不變，如果動壓降低則為有負(fù)壓;
2)在排氣閥進(jìn)氣時，罐里壓力必然變?yōu)榱悖@時不能利用自來水的壓力，所以此類設(shè)備水泵揚(yáng)程的選擇要比真正無負(fù)壓設(shè)備的揚(yáng)程高，因此總功率大，能耗大;若其選擇設(shè)備時考慮利用了自來水壓力,那在高峰期用水時必然導(dǎo)致上不去水.
3)管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備一工作必然就有負(fù)壓產(chǎn)生，從而在罐內(nèi)形成真空，排氣閥打開進(jìn)入空氣，真空消除了但罐內(nèi)的壓力立刻變?yōu)榱悖瑥亩鴮?dǎo)致自來水進(jìn)水壓力驟降，在這種情況下要么停泵，造成用戶斷水，要么直供區(qū)的壓力降低，導(dǎo)致不能正常用水或停水;
4)在排氣閥打開儲水罐內(nèi)進(jìn)入空氣時，會造成二次污染，這與傳統(tǒng)的水池(箱)供水一樣在本質(zhì)上是一樣的;
5)在有負(fù)壓的狀態(tài)下設(shè)備如果一直工作，除了會影響裕本項目直供區(qū)的供水，久而久之必然還會影響周圍其他用水點(diǎn)的用水，還會造成污水倒灌，影響水質(zhì)，甚至?xí)?dǎo)致市政管網(wǎng)的爆裂，造成“水災(zāi)”。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備運(yùn)行可靠
對自來水管網(wǎng)無影響，設(shè)備利用調(diào)節(jié)罐無負(fù)壓自動調(diào)節(jié)，管網(wǎng)增壓供水時不會對原管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓，不影響其它用戶的正常用水。
投資節(jié)約，無需修建蓄水池或水箱，節(jié)省了土建投資，無需從零加壓，因此設(shè)備選型較，設(shè)備投資減少，水質(zhì)無二次污染。不需要凈化設(shè)備，節(jié)省投資，可充分利用自來水管網(wǎng)的壓力，能耗小，節(jié)省日常的用電開支，沒用水池，水箱，節(jié)省定期清洗消毒的費(fèi)用。設(shè)備電氣配置靈活，電氣控制部分既可采用變頻恒(變 )壓控制，也可采用壓力 (BZG 氣壓型)直接控制。
a。環(huán)境溫度，5~50℃，相對濕度，≤90%，無凝露。
b。周圍空氣無腐蝕性氣體，水蒸汽，粉塵等明顯污染。
c。安裝場所的 海拔高度 1000m內(nèi)。
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：
1)、標(biāo)準(zhǔn)《微機(jī)控制系統(tǒng) 》JG/T 3009-93《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)產(chǎn)品原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.
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備的安裝使用：
1、將循環(huán)水缸放于水箱或水池底部中間，并連接吸水管;
2、將電控柜安裝在干燥通風(fēng)處，有防水、防雨措施;
3、連接循環(huán)水缸與控制柜之間的電纜和輸氣管;
4、接通220V電源，設(shè)備開始工作;
5、當(dāng)液位低于液位開關(guān)限定的水位時，潛水泵及高壓電源暫停工作，當(dāng)液位升至一定高度時，電控柜會自動啟動;
6、如須清理維護(hù)水箱、水池時，先切斷電控柜主電源;
7、設(shè)備出廠前循環(huán)水缸體與智能自控柜連接部分、氣管、潛水泵、電源線提供長度各10米，如特別情況，請?zhí)崆案嬷?/span>
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備可采用以下形式：
1無高位水箱、下行上給直接供水;
2有高位水箱、上行下給重力供水。
3確定管網(wǎng)疊壓的形式、型號和規(guī)格時，
管網(wǎng)穩(wěn)流給水設(shè)備應(yīng)考慮以下因素：
1系統(tǒng)形式; 2系統(tǒng)設(shè)計壓力： 3系統(tǒng)設(shè)計流量; 4設(shè)備設(shè)備安裝條件; 5工作水泵的數(shù)量、性能及運(yùn)行方式; 6當(dāng)?shù)仉娏?yīng)情況; 7用戶對供水的特別要求。
吸水管應(yīng)獨(dú)立接自室外市政管網(wǎng)，市政管網(wǎng)有環(huán)網(wǎng)時，宜從環(huán)網(wǎng)接入。市政給水管網(wǎng)的管徑，不宜小于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，且不得小于50mm。 市政給水管網(wǎng)管徑吸水管管徑 100 ≤40 150 ≤50 200 ≤80 300 ≤100 5.1.6水泵的吸水管管徑宜比市政給水管網(wǎng)小兩級或兩級以上，或不大于市政給水管網(wǎng)管徑的l/3.
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