ZYGS变频器在变频生活给水设备系统中的应用设计

变频生活给水设备概述

      变频生活给水设备控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

 

      随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前变频生活给水设备自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

 

变频生活给水设备控制方案 

      在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：

ΔP=KQ2；

式中K—为系数

 

设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳的节能效果。

P=PL+ΔP=PL+ KQ2；

 

      因此变频生活给水设备供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。

 

      典型的变频生活给水设备自动恒压供水系统的结构框图如图1所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器（PLC）的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。

 

变频生活给水设备系统功能

该系统选用FR-500日本三菱变频器。该系统中具有功能：

3.1自动切换变频/工频运行功能

变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：

方式0：基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。

方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。

方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。

 

3.2 PID的调节功能

      由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。

 

3.3“休眠”功能

      变频生活给水设备系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2＃泵或3＃泵，当频率到达一定值后将启动1＃泵调节2＃或3＃泵的转速。

“休眠值”变频器输出的下限频率PR507设置。

“休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td＜tn时变频器继续工作，当td＞tn时变频器将进入休眠状态。

“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。

经测试“休眠值”为10HZ。 “休眠确认时间”td:20s “唤醒值”70%

 

3.4通讯功能

      该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。

 

此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。

 

变频生活给水设备运行特征 

      以三台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时（Qmax为三台水泵全部工频运行时的最大流量），可编程控制器CPU根据根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1/3Qmax

 

      当外供水量减少至1/3Qmax

 

变频生活给水设备系统经济效益分析及系统优点

5.1经济效益分析

      变量泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n 1三者的关系如下式： N1/Q1=（n 1/n）3 Q1/Q= n 1/n 式中Q—额定流量，Q1

 

5.2系统优点 

      5.2.1恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

       5.2.2由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。

       5.2.3因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

       5.2.4水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

      5.2.5由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

 

变频生活给水设备产品概述

      变频生活给水设备就是直接利用市政管网的压力。直接供水。一般适用于市政管网压力稍高的地区或水厂附近压力较高的范围内。缺点就是水量、水压不能保证。但是全自动变频供水设备原理对于规模较小的管网这种供水方案的经济性能很好。不需要任何其他设备或措施。

    变频生活给水设备将市政管网的水引至屋顶水箱。然后靠水箱与用水器具的高差。重力供水。克服了水压水量的不稳定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱体积较大。因此这种方式不提倡，水箱、管网联合型 平时水量水压足够时。直接由市政网供水。超压时。多余水进入屋顶水箱。当压力或水量不足时。水箱靠重力自动向用户供水。物理结构上就是正常的直接供水的主干管伸顶接入水箱。并由水箱设一出水管。该方案减小了水箱的体积。并使水不需要都进入水箱停留这一步骤。

      卫生可靠性增加。但是问题就是如果长时间的稳压供水（现在的市政管网可以办到的）。水箱中的水的停留时间反而大大增加。更容易受污染。而且。所有使用水箱的系统中水箱 都必须放在建筑的最高处。在某些场合会影响建筑的美观。甚至建筑的结构设计。

    变频生活给水设备由于水箱的不安全因素。所以用密封可靠的气压罐代替。而且。气压罐不需要高位摆放。不影响建筑美观与结构承重。近几年很受欢迎。但是气压罐系统需要水泵和自动控制系统得配合。使得成本有所增加。不过。近年其市场价格已经让很多用户能够选择。气压罐系统的原理就是利用水泵将水加压送进建筑内部管网。当压力过大时。水进入气压罐。达到一定压力时。水泵停车或减速；当压力小于规定值时。气压罐向外输水并同时启动水泵或加速（变频水泵）。

 

变频生活给水设备原理

1、变频生活给水设备高效节能

　　该设备能根据用户的实际用水量和使用压力自动检测，调节电动机的转速(耗电量)，使设备始终处于高效率的工作状态。

2、变频生活给水设备供水管网压力稳定

　　设备由微机构成自动闭环控制，能在0.5秒内使变化的压力恢复正常，压力调节精度为设定值的±5%。

3、占地小、投资少，安装工期短。

　　该设备与其他老式供水设备相比节约占地3~16倍，比建水塔节约投资15%~60%。设备体积小，组装、安装调试方便，运输及安装工期短。

4、变频生活给水设备保护功能全，运行安全可靠，操作方便

      设备主机采用进口变频调速器，自身具有欠压、过压、过流、过载、短路、过热、失速防止等保护功能，无故障运用达10万小时以上。设备配电控制部分，采用智能化控制原理，操作方便实用，设备工作状况一目了然，便于非专业人员很快熟练掌握。

5、变频生活给水设备供水功能全，保险系数高

　　设备局部出现故障时，能启用应急功能继续供水。该设备可与市政供水网自动并网运行，并具有双变频功能，即能满足生活生产用水的正常压力和流量，有能在出现火情时自动转换为高压大流量供水，可一机多用。

6、变频生活给水设备适用范围

　　变频生活给水设备供水压力0.15~2.0MP，供水高度10－200米，单套设备每小时供水量10~50000m3/h，可用于大、中、小型自来水的配套改造；可用于企事业单位、住宅区、农村的生产、生活、办公用水。

 

变频生活给水设备特点

1.投资省无需修建水池或水箱，也不需设置大型气压罐，节省了一大笔投资，而且由于能充分利用自来水管网依次依次供水压力加压泵选型可以减少，设备投资减少。

2.卫生无污染供水系统从自来水管网至用户水龙头为全封闭结构。污染物不会进入系统，水体不与空气直接接触，过滤部件采用食品级不绣钢制作，无二次污染机会，环保卫生。

3.变频生活给水设备节能效果显著设备直接与自来水管串接，在自来水厂一次供水管网压力的基础、上叠加所需的压力，差多少，补多少，能充分利用管网的余压，用水低峰期，设备甚至不需要运行，节能效果显著，与传统给水设备比，节能达30%-90%

4.变频生活给水设备节约水资源 不用定期清洗，不浪费水资源和人力资源。节约维护费用。

5.占地面积小，不需要建造蓄水池或水箱不需要配置大型气压罐，大大节约了系统占地面积，可以利用节约的土地提高地产利用率，符合国家节约土地的要求。

6.运行费用底，由于加压泵的选型较小，而且可采用多泵关联供水，在用水低峰直接利用城市依次供水压力供水，不需启泵，因此，设备运行过程中能耗非常底，降低了运行费用。

7.供水量不足时不会停止供水。

8.安装简便，变频生活给水设备到现场，只需连接进出水管，施工周期短，安装简单。

9.设备管理维护简便 用于设备有一条公共供水管路与用户管网直接相通，在听电时加压泵虽停止工作，但自来水厂一次供水压力仍可维持供水。

10.变频生活给水设备原理为微机全自动控制变频调速运行，停电设备自动停机，来电自动开机，完撒谎能够的鼓掌检测，诊断技术和报警提醒似的设备的管理维护异常简便由于不会产生污染，因此无需麻烦的清洗工作。

11.变频生活给水设备供水泵优良，整机性能好。设备采用多级全不绣钢加压泵，泵壳，叶轮及主要配件均采用食品级不绣钢才智冲压或铸造，流通光滑，高效节能，与转平稳，噪音极底，整机性能优异，是理想的绿色环保节能型给水设备。

 

变频生活给水设备主要功能

1、全自动完成多台水泵机组软启动，变频到工频运行以及停止的全部操作过程。

2、根据用水量的变化，变成多台泵组的启动和停止。

3、变频生活给水设备有压力设定值和实际压力值的LED显示功能。

4、设备有LED频率指示，变频异常指示，电机故障工况显示。

5、保护功能：具有欠压保护、过压保护、过载保护、短路保护、失速防止、烧损防止等功能。

 

变频生活给水设备特点：

       变频生活给水设备是由水泵，下水池（或水井），全自动智能数控供水控制柜组成的供水系统。

1、 高效节能：本设备对泵组进行出口恒压变量控制，进一步扩展了水泵的调速范围，节电最高可达50%，供水压力恒定，其调节精度可达设定值的上下0.01MP，系统漏溢少，可节水10%。由于采用水泵出口压力控制，系统用水量任意变化，故能使供水管网的服务压力恒定，保证供水质量。

2、 变频生活给水设备自动化程序高，设备运行寿命长，全机工作采用全自动智能数控变频控制，操作方便，工作程序由微机控制。对机组均能进行软起动，对电器和机械无冲击，大大延长设备的电器和机械的寿命。

3、 功能齐全，可追加各种附加功能，如小流量停机，小流量切换，水池无水停机，水池有水时，自动开机。市网压力升高能够满足用水量时自动停机进入休眠状态。但管网有一定的压力但又低，而不能到达最高层时，自动再起动水泵运行。定时起、停，定时切换。本设备另具有变频自动、手动多种操作运行方式。在任何状况下，设备均能可靠地投入运行，确保供水系统不断水。

4、 有完善的保护、自检、故障判断的功能及故障排除的对策，保护功能齐全，有缺相、欠压、过压、过载、短路、过热、失速等保护功能。

5、 抗干扰能力强，本设备有抗干扰及自动复位电路，可在各种场合下可靠运行。

6、 无高塔、无屋顶水箱，节省占地面积。体积小，重量轻，土建费用少；安装方便，工期短，工期短，噪音小，有二次污染。停电时可维护自然供水高度

 

变频生活给水设备工作条件

  1.输送介质：冷热清洁、非易燃易爆并不含固体颗粒或纤维的液体。

  2.液体温度：常温型 -15 o C 至 +70 o C 热水型 +70 o C 至 +120 o C

  3.周围环境：无水滴、蒸汽，无漂浮性尘埃及金属微粒场所。无日光照射，高温及严重落尘场所。无腐蚀、易燃性气体及液体场所。

  4.无震动、保养检查容易之场所。

  5.环境温度：最高 +45 o C 且通风良好。

 

变频生活给水设备应用范围：

  1、 自来水厂、加压泵房

  2、 居民生活区、宾馆及其它建筑

  3、 企业生产用水

  4、 锅炉循环水设备

  5、 农田灌溉设备