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

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)三臺泵組成，每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵為一臺小泵兩臺大泵組成，小泵為15KW大泵為30KW，三臺泵的協(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PLC兩個變頻器。兩個變頻器。兩個壓力傳感器，控制柜及相關(guān)設(shè)備組成。利用一臺變頻器可以控制兩臺30KW水泵的運轉(zhuǎn)，改造后，1#泵15KW始終處于工頻運轉(zhuǎn)，兩臺30KW水泵由變頻器的控制實現(xiàn)變工況運轉(zhuǎn)。

1#泵工頻運轉(zhuǎn)一般不能滿足白天的小用水量，因此白天供水時首先投入1#泵和2#泵，2#泵工作在變頻啟動狀態(tài)，隨著壓力會自動調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定，在用水量不大時，2#泵和1號泵同時工作可以滿足要求，如果用水量增大，2#泵會自動切換到工頻狀態(tài)，并給PLC發(fā)出信號，繼而變頻啟動3#泵30KW，此時1#，2#泵工作在工頻狀態(tài)，3#泵工作在變頻狀態(tài)。由于3#泵的自動調(diào)節(jié)功能，從而保證系統(tǒng)的恒壓。一般而言，三臺泵同時投入是絕對能滿足要求的?？刂葡到y(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#運行，MC7用于切斷3#運行

如果3#泵工頻運轉(zhuǎn)壓力不能滿足要求的話，則該變頻器會自動切除，退出工作，使3#泵處于工頻。該系統(tǒng)組成簡單，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(qū)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(dāng)變頻器的輸出頻率達到大頻率時啟動一臺輔助泵工頻運行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達到小頻率時則停止后啟動的輔助泵。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(qū)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(dāng)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(dāng)啟信號輸入時變頻器啟動臺泵當(dāng)該泵達到高頻率時，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(dāng)泵停止條件成立時，先停止先啟動的泵。

2、PID的調(diào)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(shè)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(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。

3、“休眠”功能

系統(tǒng)運行時經(jīng)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(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，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)升高時將停止1泵，當(dāng)水壓下降到一定值時將先啟動變頻器運轉(zhuǎn)2#泵或3#泵，當(dāng)頻率到達一定值后將啟動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。

·“休眠確認時間”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間如小于休眠時間td時，即tdtn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(dāng)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(jīng)測試“休眠值”為10HZ;“休眠確認時間”td:20s;“喚醒值”70%

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(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/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。

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為實時水量;Q0為滿負荷的水量;P為滿負荷的功率;N0為額定功率;N為實時功率。這里通過運行觀察，統(tǒng)計出三臺泵一天之內(nèi)的運行時間為：1#泵24小時;2#泵大致運行19小時;3#泵僅運行13小時。

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

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

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

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

這樣與第二項計算與變頻節(jié)能計算時比用閥的調(diào)節(jié)節(jié)能為：648000-475200+79488=252288Kwh;按每度電0.4元計算，每年可節(jié)省電費：252288×0.4=100915.2元。可見每年可節(jié)省電費約10萬元左右。

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，同時還可以降低設(shè)備的運行故障，是今后推廣和大力提倡的方向。