ZYGS變頻器在變頻生活給水設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
ZYGS變頻器在變頻生活給水設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
變頻生活給水設(shè)備概述
變頻生活給水設(shè)備控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場巨大的技術(shù)革命。目前變頻生活給水設(shè)備自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。
變頻生活給水設(shè)備控制方案
在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關(guān)系：
ΔP=KQ2；
式中K—為系數(shù)
設(shè)PL為壓力最不利點(diǎn)所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應(yīng)按下式關(guān)系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。
P=PL+ΔP=PL+ KQ2；
因此變頻生活給水設(shè)備供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。
典型的變頻生活給水設(shè)備自動恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號進(jìn)行比較運(yùn)算，得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，控制泵站投運(yùn)水泵的臺數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。
變頻生活給水設(shè)備系統(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：
3.1自動切換變頻/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)動一臺泵并實(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)到最大頻率時(shí)啟動一臺輔助泵工頻運(yùn)行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最小頻率時(shí)則停止最后啟動的輔助泵。由此控制增減工頻運(yùn)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(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的順序是泵1→泵2，當(dāng)變頻器輸出停止時(shí)，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(shí)變頻器啟動第一臺泵當(dāng)該泵達(dá)到最高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動下一臺泵變頻運(yùn)行，相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí)，先停止最先啟動的泵。
3.2 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(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。
3.3“休眠”功能
變頻生活給水設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(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td＜tn時(shí)變頻器繼續(xù)工作，當(dāng)td＞tn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，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)測試“休眠值”為10HZ。 “休眠確認(rèn)時(shí)間”td:20s “喚醒值”70%
3.4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：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(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。
變頻生活給水設(shè)備運(yùn)行特征
以三臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運(yùn)行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)供水量Q<1/3Qmax時(shí)（Qmax為三臺水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的最大流量），可編程控制器CPU根據(jù)根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1/3Qmax
當(dāng)外供水量減少至1/3Qmax
變頻生活給水設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
5.1經(jīng)濟(jì)效益分析
變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n 1三者的關(guān)系如下式： N1/Q1=（n 1/n）3 Q1/Q= n 1/n 式中Q—額定流量，Q1
5.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
5.2.1恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
5.2.2由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。
5.2.3因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了人力。
5.2.4水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動機(jī)啟動時(shí)的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時(shí)也避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。
5.2.5由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大。
變頻生活給水設(shè)備產(chǎn)品概述
變頻生活給水設(shè)備就是直接利用市政管網(wǎng)的壓力。直接供水。一般適用于市政管網(wǎng)壓力稍高的地區(qū)或水廠附近壓力較高的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)就是水量、水壓不能保證。但是全自動變頻供水設(shè)備原理對于規(guī)模較小的管網(wǎng)這種供水方案的經(jīng)濟(jì)性能很好。不需要任何其他設(shè)備或措施。
變頻生活給水設(shè)備將市政管網(wǎng)的水引至屋頂水箱。然后靠水箱與用水器具的高差。重力供水。克服了水壓水量的不穩(wěn)定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱體積較大。因此這種方式不提倡，水箱、管網(wǎng)聯(lián)合型 平時(shí)水量水壓足夠時(shí)。直接由市政網(wǎng)供水。超壓時(shí)。多余水進(jìn)入屋頂水箱。當(dāng)壓力或水量不足時(shí)。水箱靠重力自動向用戶供水。物理結(jié)構(gòu)上就是正常的直接供水的主干管伸頂接入水箱。并由水箱設(shè)一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進(jìn)入水箱停留這一步驟。
衛(wèi)生可靠性增加。但是問題就是如果長時(shí)間的穩(wěn)壓供水（現(xiàn)在的市政管網(wǎng)可以辦到的）。水箱中的水的停留時(shí)間反而大大增加。更容易受污染。而且。所有使用水箱的系統(tǒng)中水箱 都必須放在建筑的最高處。在某些場合會影響建筑的美觀。甚至建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
變頻生活給水設(shè)備由于水箱的不安全因素。所以用密封可靠的氣壓罐代替。而且。氣壓罐不需要高位擺放。不影響建筑美觀與結(jié)構(gòu)承重。近幾年很受歡迎。但是氣壓罐系統(tǒng)需要水泵和自動控制系統(tǒng)得配合。使得成本有所增加。不過。近年其市場價(jià)格已經(jīng)讓很多用戶能夠選擇。氣壓罐系統(tǒng)的原理就是利用水泵將水加壓送進(jìn)建筑內(nèi)部管網(wǎng)。當(dāng)壓力過大時(shí)。水進(jìn)入氣壓罐。達(dá)到一定壓力時(shí)。水泵停車或減速；當(dāng)壓力小于規(guī)定值時(shí)。氣壓罐向外輸水并同時(shí)啟動水泵或加速（變頻水泵）。
變頻生活給水設(shè)備原理
1、變頻生活給水設(shè)備高效節(jié)能
該設(shè)備能根據(jù)用戶的實(shí)際用水量和使用壓力自動檢測，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速(耗電量)，使設(shè)備始終處于高效率的工作狀態(tài)。
2、變頻生活給水設(shè)備供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定
設(shè)備由微機(jī)構(gòu)成自動閉環(huán)控制，能在0.5秒內(nèi)使變化的壓力恢復(fù)正常，壓力調(diào)節(jié)精度為設(shè)定值的±5%。
3、占地小、投資少，安裝工期短。
該設(shè)備與其他老式供水設(shè)備相比節(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)約投資15%~60%。設(shè)備體積小，組裝、安裝調(diào)試方便，運(yùn)輸及安裝工期短。
4、變頻生活給水設(shè)備保護(hù)功能全，運(yùn)行安全可靠，操作方便
設(shè)備主機(jī)采用進(jìn)口變頻調(diào)速器，自身具有欠壓、過壓、過流、過載、短路、過熱、失速防止等保護(hù)功能，無故障運(yùn)用達(dá)10萬小時(shí)以上。設(shè)備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實(shí)用，設(shè)備工作狀況一目了然，便于非專業(yè)人員很快熟練掌握。
5、變頻生活給水設(shè)備供水功能全，保險(xiǎn)系數(shù)高
設(shè)備局部出現(xiàn)故障時(shí)，能啟用應(yīng)急功能繼續(xù)供水。該設(shè)備可與市政供水網(wǎng)自動并網(wǎng)運(yùn)行，并具有雙變頻功能，即能滿足生活生產(chǎn)用水的正常壓力和流量，有能在出現(xiàn)火情時(shí)自動轉(zhuǎn)換為高壓大流量供水，可一機(jī)多用。
6、變頻生活給水設(shè)備適用范圍
變頻生活給水設(shè)備供水壓力0.15~2.0MP，供水高度10－200米，單套設(shè)備每小時(shí)供水量10~50000m3/h，可用于大、中、小型自來水的配套改造；可用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)、農(nóng)村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。
變頻生活給水設(shè)備特點(diǎn)
1.投資省無需修建水池或水箱，也不需設(shè)置大型氣壓罐，節(jié)省了一大筆投資，而且由于能充分利用自來水管網(wǎng)依次依次供水壓力加壓泵選型可以減少，設(shè)備投資減少。
2.衛(wèi)生無污染供水系統(tǒng)從自來水管網(wǎng)至用戶水龍頭為全封閉結(jié)構(gòu)。污染物不會進(jìn)入系統(tǒng)，水體不與空氣直接接觸，過濾部件采用食品級不繡鋼制作，無二次污染機(jī)會，環(huán)保衛(wèi)生。
3.變頻生活給水設(shè)備節(jié)能效果顯著設(shè)備直接與自來水管串接，在自來水廠一次供水管網(wǎng)壓力的基礎(chǔ)、上疊加所需的壓力，差多少，補(bǔ)多少，能充分利用管網(wǎng)的余壓，用水低峰期，設(shè)備甚至不需要運(yùn)行，節(jié)能效果顯著，與傳統(tǒng)給水設(shè)備比，節(jié)能達(dá)30%-90%
4.變頻生活給水設(shè)備節(jié)約水資源 不用定期清洗，不浪費(fèi)水資源和人力資源。節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。
5.占地面積小，不需要建造蓄水池或水箱不需要配置大型氣壓罐，大大節(jié)約了系統(tǒng)占地面積，可以利用節(jié)約的土地提高地產(chǎn)利用率，符合國家節(jié)約土地的要求。
6.運(yùn)行費(fèi)用底，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關(guān)聯(lián)供水，在用水低峰直接利用城市依次供水壓力供水，不需啟泵，因此，設(shè)備運(yùn)行過程中能耗非常底，降低了運(yùn)行費(fèi)用。
7.供水量不足時(shí)不會停止供水。
8.安裝簡便，變頻生活給水設(shè)備到現(xiàn)場，只需連接進(jìn)出水管，施工周期短，安裝簡單。
9.設(shè)備管理維護(hù)簡便 用于設(shè)備有一條公共供水管路與用戶管網(wǎng)直接相通，在聽電時(shí)加壓泵雖停止工作，但自來水廠一次供水壓力仍可維持供水。
10.變頻生活給水設(shè)備原理為微機(jī)全自動控制變頻調(diào)速運(yùn)行，停電設(shè)備自動停機(jī)，來電自動開機(jī)，完撒謊能夠的鼓掌檢測，診斷技術(shù)和報(bào)警提醒似的設(shè)備的管理維護(hù)異常簡便由于不會產(chǎn)生污染，因此無需麻煩的清洗工作。
11.變頻生活給水設(shè)備供水泵優(yōu)良，整機(jī)性能好。設(shè)備采用多級全不繡鋼加壓泵，泵殼，葉輪及主要配件均采用食品級不繡鋼才智沖壓或鑄造，流通光滑，高效節(jié)能，與轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音極底，整機(jī)性能優(yōu)異，是理想的綠色環(huán)保節(jié)能型給水設(shè)備。
變頻生活給水設(shè)備主要功能
1、全自動完成多臺水泵機(jī)組軟啟動，變頻到工頻運(yùn)行以及停止的全部操作過程。
2、根據(jù)用水量的變化，變成多臺泵組的啟動和停止。
3、變頻生活給水設(shè)備有壓力設(shè)定值和實(shí)際壓力值的LED顯示功能。
4、設(shè)備有LED頻率指示，變頻異常指示，電機(jī)故障工況顯示。
5、保護(hù)功能：具有欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)、失速防止、燒損防止等功能。
變頻生活給水設(shè)備特點(diǎn)：
變頻生活給水設(shè)備是由水泵，下水池（或水井），全自動智能數(shù)控供水控制柜組成的供水系統(tǒng)。
1、 高效節(jié)能：本設(shè)備對泵組進(jìn)行出口恒壓變量控制，進(jìn)一步擴(kuò)展了水泵的調(diào)速范圍，節(jié)電最高可達(dá)50%，供水壓力恒定，其調(diào)節(jié)精度可達(dá)設(shè)定值的上下0.01MP，系統(tǒng)漏溢少，可節(jié)水10%。由于采用水泵出口壓力控制，系統(tǒng)用水量任意變化，故能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力恒定，保證供水質(zhì)量。
2、 變頻生活給水設(shè)備自動化程序高，設(shè)備運(yùn)行壽命長，全機(jī)工作采用全自動智能數(shù)控變頻控制，操作方便，工作程序由微機(jī)控制。對機(jī)組均能進(jìn)行軟起動，對電器和機(jī)械無沖擊，大大延長設(shè)備的電器和機(jī)械的壽命。
3、 功能齊全，可追加各種附加功能，如小流量停機(jī)，小流量切換，水池?zé)o水停機(jī)，水池有水時(shí)，自動開機(jī)。市網(wǎng)壓力升高能夠滿足用水量時(shí)自動停機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)。但管網(wǎng)有一定的壓力但又低，而不能到達(dá)最高層時(shí)，自動再起動水泵運(yùn)行。定時(shí)起、停，定時(shí)切換。本設(shè)備另具有變頻自動、手動多種操作運(yùn)行方式。在任何狀況下，設(shè)備均能可靠地投入運(yùn)行，確保供水系統(tǒng)不斷水。
4、 有完善的保護(hù)、自檢、故障判斷的功能及故障排除的對策，保護(hù)功能齊全，有缺相、欠壓、過壓、過載、短路、過熱、失速等保護(hù)功能。
5、 抗干擾能力強(qiáng)，本設(shè)備有抗干擾及自動復(fù)位電路，可在各種場合下可靠運(yùn)行。
6、 無高塔、無屋頂水箱，節(jié)省占地面積。體積小，重量輕，土建費(fèi)用少；安裝方便，工期短，工期短，噪音小，有二次污染。停電時(shí)可維護(hù)自然供水高度
變頻生活給水設(shè)備工作條件
1.輸送介質(zhì)：冷熱清潔、非易燃易爆并不含固體顆粒或纖維的液體。
2.液體溫度：常溫型 -15 o C 至 +70 o C 熱水型 +70 o C 至 +120 o C
3.周圍環(huán)境：無水滴、蒸汽，無漂浮性塵埃及金屬微粒場所。無日光照射，高溫及嚴(yán)重落塵場所。無腐蝕、易燃性氣體及液體場所。
4.無震動、保養(yǎng)檢查容易之場所。
5.環(huán)境溫度：最高 +45 o C 且通風(fēng)良好。
變頻生活給水設(shè)備應(yīng)用范圍：
1、 自來水廠、加壓泵房
2、 居民生活區(qū)、賓館及其它建筑
3、 企業(yè)生產(chǎn)用水
4、 鍋爐循環(huán)水設(shè)備
5、 農(nóng)田灌溉設(shè)備
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