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由于電機控制技術(shù)和可編程程序控制器的應(yīng)用靈活方便,在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用。采用PLC作為中心控制單元,利用變頻器與PID結(jié)合,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力,達到恒壓供水的目的,提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果。

2、控制系統(tǒng)可手動/自動運行;

3、多臺泵自動切換運行;

4、系統(tǒng)睡眠與喚醒,當(dāng)外界停止用水時,系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài),直至有用水需求時自動喚醒;

5、在線調(diào)整PID參數(shù);

6、泵組及線路保護檢測報警,信號顯示等。

供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時,就用兩種方式,其一是所有水泵配用一臺控制器;其二是每臺水泵配用一臺控制器。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,改變電動機轉(zhuǎn)速,最終達到管網(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。

一般的供水系統(tǒng),由于供水量及可靠性的要求,都采用多臺泵并聯(lián)運行的方式。這樣也有利于當(dāng)供水量在大范圍內(nèi)變化時,通過水泵的臺數(shù)調(diào)節(jié)實現(xiàn)經(jīng)濟運行,但是僅用臺數(shù)調(diào)節(jié),不能保證恒壓供水,且其運行效率也不高。水泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量,運行的經(jīng)濟性最好。但對于容量較大的供水系統(tǒng),若采用全容量轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),投資太大,也無必要。所以對于多臺水泵的供水系統(tǒng),用一臺調(diào)速泵即可實現(xiàn)全容量范圍的恒壓供水,其它的泵只要定速運行。即用臺數(shù)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)共同保證供水量變化范圍內(nèi)的恒壓供水。

系統(tǒng)中的調(diào)速泵一般用變頻器拖動。變頻器除了通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)恒壓供水外,也可通過切換控制用作其它泵的軟起動設(shè)備。

變頻恒壓供水成為供水行業(yè)的一個主流,是保證供水管網(wǎng)在恒壓狀態(tài)的重要手段。現(xiàn)代變頻器完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能,為電機的同步運行,遠距離集中控制和在線監(jiān)控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏,可以使控制更加形象、直觀,操作更加簡單、方便。

組合應(yīng)用PLC、觸摸屏及變頻器,采用通信方式對變頻器進行控制來實現(xiàn)變頻恒壓供水。

系統(tǒng)組成

一、恒壓供水控制器及系統(tǒng)組成

變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水源、離心泵(主泵+休眠泵)、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器(主泵+休眠泵)、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化,及時將信號(4-20mA或0-10V)反饋PID調(diào)節(jié)器,PID調(diào)節(jié)器對比設(shè)定控制壓力進行運算后給出相應(yīng)的變頻指令,改變水泵的運行或轉(zhuǎn)速,使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。

二、恒壓供水控制器參數(shù)選取

1、合理選取壓力控制參數(shù),實現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水。這個目的的實現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取,通常管網(wǎng)壓力控制點的選擇有兩個:一個就是管網(wǎng)最不利點壓力恒壓控制,另一個就是泵出口壓力恒壓控制。選擇管網(wǎng)最不利點的最小水頭為壓力控制參數(shù),形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng),使得水泵的轉(zhuǎn)速與PID調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配,可以達到最大節(jié)能效果,而且實現(xiàn)了恒壓供水的目的。

2、變頻器在投入運行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量的大小,在啟動和停止電機時所需的時間不相同,設(shè)定時間過短會導(dǎo)致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護;設(shè)定時間過長會導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢,反應(yīng)遲滯,應(yīng)變能力差,系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。

為了變頻器不跳閘保護,現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長,它所帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋,但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負(fù)載性質(zhì)不同,測試出負(fù)載的允許最短加減速時間,進行設(shè)定。對于水泵電機,加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。

控制原理

1、交流電機變頻調(diào)速原理

交流電機轉(zhuǎn)速特性:n=60f(1-s)/p,其中n 為電機轉(zhuǎn)速,f為交流電頻率,s 為轉(zhuǎn)差率,p為極對數(shù)。

電機選定之后s 、p則為定值,電機轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比,使用變頻器來改變交流電頻率,即可實現(xiàn)對電機變頻無級調(diào)速。

2、根據(jù)離心泵的負(fù)載工作原理可知:

流量與轉(zhuǎn)速成正比:Q∝N

轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比:T∝N2

功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比:P∝N3

而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低,在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率,由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時,系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:

P變=N3P額=Q3P額

采用出口閥控制流量的方式,電機在工頻運行時,系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:P閥=(0.4+0.6Q)P額

其中,P為功率

N為轉(zhuǎn)速

Q為流量

例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的60%,則采用變頻調(diào)速時P變=Q3P額=0.216P額,而采用閥門控制時P閥=(0.4+0.6Q)P額=0.76P額,節(jié)電=(P閥-P變)/P閥*100%=71.6%。

由此可見從理論計算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著,而且在實際運行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。

而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量的約1/6-1/8時,系統(tǒng)自動停止主泵,啟動小功率的休眠泵工作,保證系統(tǒng)小流量供水,解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題,從運行控制上進一步節(jié)能。

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),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。

工作原理

用恒壓供水控制器來實現(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:

1、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;

2、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;

3、可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng);

一般地說,當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動機時,只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時控制兩臺電動機時,原則上變頻器的配用電動機容量應(yīng)等于兩臺電動機的容量之和。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的額定電流,導(dǎo)致電動機過熱。因此,電動機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升,變頻器內(nèi)的電子熱保護功能是難以起到保護作用的,所以應(yīng)采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。

在主要功能預(yù)置方面,最高頻率應(yīng)以電動機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。

2、衛(wèi)生節(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;系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后,用戶的水全部由管道直接供給,取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施,避免了用水的"二次污染",取消了水池定期清理的工作。

3、運行可靠:變頻恒壓供水控制器實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化,從而可以保證用戶任何時候的用水壓力,不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況由變頻器實現(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。

4、控制靈活:分段供水,定時供水,手動選擇工作方式。

5、自我保護功能完善:新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護等