摘要：用變頻器生產(chǎn)的恒壓供水設(shè)備，對(duì)于企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能降耗、提高設(shè)備技術(shù)含量、安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有很好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：變頻器;恒壓;供水系統(tǒng)

一、概述

日常的生活用水經(jīng)常隨時(shí)間而變化的，因季節(jié)、晝夜相差很大，因此用水和供水的不平衡集中表現(xiàn)在水壓上，即用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。保持供水壓力可以保持供、用水的平衡。以往采用水箱和水塔或氣罐加壓方法，往往容易造成水的二次污染、造成水質(zhì)不好。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在水塔自動(dòng)恒壓供水方面獲得了廣泛的應(yīng)用。

二、組成及工作原理

一般供水系統(tǒng)三臺(tái)泵組成，每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵為一臺(tái)小泵兩臺(tái)大泵組成，小泵為15KW大泵為30KW，三臺(tái)泵的協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要。系統(tǒng)組成如圖1所示

該系統(tǒng)由一臺(tái)PLC兩個(gè)變頻器。兩個(gè)變頻器。兩個(gè)壓力傳感器，控制柜及相關(guān)設(shè)備組成。利用一臺(tái)變頻器可以控制兩臺(tái)30KW水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，改造后，1#泵15KW始終處于工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，兩臺(tái)30KW水泵由變頻器的控制實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)轉(zhuǎn)。

1#泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)一般不能滿足白天的小用水量，因此白天供水時(shí)首先投入1#泵和2#泵，2#泵工作在變頻啟動(dòng)狀態(tài)，隨著壓力會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定，在用水量不大時(shí)，2#泵和1號(hào)泵同時(shí)工作可以滿足要求，如果用水量增大，2#泵會(huì)自動(dòng)切換到工頻狀態(tài)，并給PLC發(fā)出信號(hào)，繼而變頻啟動(dòng)3#泵30KW，此時(shí)1#，2#泵工作在工頻狀態(tài)，3#泵工作在變頻狀態(tài)。由于3#泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，從而保證系統(tǒng)的恒壓。一般而言，三臺(tái)泵同時(shí)投入是絕對(duì)能滿足要求的。控制系統(tǒng)硬件組成圖如圖2所示：

注：MC1、MC2互鎖，MC3、MC4互鎖，MC6用于切斷2#運(yùn)行，MC7用于切斷3#運(yùn)行

如果3#泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)壓力不能滿足要求的話，則該變頻器會(huì)自動(dòng)切除，退出工作，使3#泵處于工頻。該系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低，可靠性高。

三、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：

1、自動(dòng)切換變頻/工頻運(yùn)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(qū)動(dòng)一臺(tái)泵并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到大頻率時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)輔助泵工頻運(yùn)行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到小頻率時(shí)則停止后啟動(dòng)的輔助泵。由此控制增減工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。

方式1：交替方式，變頻器通常固定驅(qū)動(dòng)某臺(tái)泵，并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運(yùn)行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動(dòng)的順序是泵1→泵2，當(dāng)變頻器輸出停止時(shí)，下一次啟動(dòng)順序變?yōu)楸?→泵1。

方式2：直接方式。當(dāng)啟信號(hào)輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)臺(tái)泵當(dāng)該泵達(dá)到高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí)，先停止先啟動(dòng)的泵。

2、PID的調(diào)節(jié)功能

由壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過(guò)手持編程器)，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過(guò)PLC計(jì)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(shí)際運(yùn)行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。

3、“休眠”功能

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)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(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，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(dāng)水壓繼續(xù)升高時(shí)將停止1泵，當(dāng)水壓下降到一定值時(shí)將先啟動(dòng)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)2#泵或3#泵，當(dāng)頻率到達(dá)一定值后將啟動(dòng)1#泵調(diào)節(jié)2#或3#泵的轉(zhuǎn)速。

·“休眠值”變頻器輸出的下限頻率PR507設(shè)置。

·“休眠確認(rèn)時(shí)間”用參數(shù)PR506設(shè)置，當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間如小于休眠時(shí)間td時(shí)，即tdtn時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。

·“喚醒值”由供水壓力下限啟動(dòng)，當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。

經(jīng)測(cè)試“休眠值”為10HZ;“休眠確認(rèn)時(shí)間”td:20s;“喚醒值”70%

4、通訊功能

該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)可以與一套或多套系統(tǒng)進(jìn)行通訊，利用計(jì)算機(jī)同時(shí)可以監(jiān)測(cè)：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)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(dòng)/自動(dòng)操作，故障報(bào)警，運(yùn)行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示缺水保護(hù)等功能。

四、系統(tǒng)的節(jié)能分析

節(jié)能的功率可用下式表示：

Δp=p(0.4+0.6x-x3)

其中x=Q/Q0=N/N0;Q為實(shí)時(shí)水量;Q0為滿負(fù)荷的水量;P為滿負(fù)荷的功率;N0為額定功率;N為實(shí)時(shí)功率。這里通過(guò)運(yùn)行觀察，統(tǒng)計(jì)出三臺(tái)泵一天之內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間為：1#泵24小時(shí);2#泵大致運(yùn)行19小時(shí);3#泵僅運(yùn)行13小時(shí)。

如果按360天計(jì)算利用閥門來(lái)調(diào)節(jié)功率為：(30×2+15)×24×360=648000Kwh

利用停止泵運(yùn)轉(zhuǎn)方式為：[(15×24)+(30×10)+(30×13)]×360=475200Kw

利用變頻工作時(shí)：3#泵始終處在狀態(tài)為13小時(shí);2#泵變頻工作為7小時(shí)(3#泵不工作，2#泵工作時(shí)間)

如果水量調(diào)到80%時(shí)計(jì)算兩個(gè)泵節(jié)電量為：P×h=30×(0.4+0.6×0.8-0.83)×(13+7)×360=79488Kwh

這樣與第二項(xiàng)計(jì)算與變頻節(jié)能計(jì)算時(shí)比用閥的調(diào)節(jié)節(jié)能為：648000-475200+79488=252288Kwh;按每度電0.4元計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)：252288×0.4=100915.2元?？梢娒磕昕晒?jié)省電費(fèi)約10萬(wàn)元左右。

由此可見，變頻恒壓給水設(shè)備，既可以很好的滿足用水要求，又可以節(jié)約能源，同時(shí)還可以降低設(shè)備的運(yùn)行故障，是今后推廣和大力提倡的方向。