台达变频器在农村给水设备控制系统中的应用

1、引 言

     在送水工程中，为了维持农村给水设备恒压供水而又节能，除了不用大桶槽或虚耗能源的节流阀而能维持恒压，还必须防止泵浦急速开停循环而导致压力涌浪。采用变频器是个好的解决方法，但在控制上需要技巧。一般变频器由外部PLC或PID控制器接受运转指令，整合调整有一定难度并且比较耗时。台达 VFD-F水泵专用变频器使用内建泵浦控制逻辑，大幅简化了农村给水设备送水系统的变速控制。

 

2、农村给水设备变频调速特性

按照电机理论，电机转速公式为：

式中：P为电动机的极对数，S为转差率，f为供电电源频率，n为电动机的实际转速。从公式可以看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可平滑地调节电机转速，从而可以连续方便地改变风机的风量。风机是泵类负载，属平方转矩负载，其转速n、流量Q、压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n, H∝n2, P∝n3，即流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比。由上述分析可知，通过改变电动机转速就可方便地改变风机的风量，保证空气燃料比的优化；通过改变电动机转速，可以有效保证系统期望的工况，降低系统的电动损耗。在监控系统中使用变频调速技术（变频器）有以下优点：

　　（1）可方便地实现电机软起动、自由停车。电机均通过变频器或软起动从0—50HZ作缓慢加速起动，减少了机泵因突然高速起动所带来的影响，减少了直接起动时起动电流对电网的冲击；

　　（2）可提高功率因数，改善电动机电源质量，保证电动机的功率与实际负荷相匹配，达到系统节能运行的目的；

　　（3）可消除机泵的喘振现象，使机泵运行处于最佳工况状态；

　　（4）可方便地实现自动控制，使被调节量得到更平稳的调节，增强了系统的稳定性和可靠性。

　　 

使用变频调速技术不仅调节方便，而且节能效果也是很明显的，设电动机额定功率为PN，额定转速为nN, 转速为n时实际输出功率为P，则节能（用功率表示）△P可以表示为：

　　如取n/nN=2/3，则△P=0.67PN , 即节能效果在理想情况下可达到67%，可见只要采用变频调速技术，用变频调速其节能效果是很显著的。

 

3、农村给水设备基于变频调速的恒压供水控制系统

      农村给水设备基于变频调速的恒压供水控制系统如图1所示。在图1控制系统中，压力及流量是泵浦控制的两个重要参数。VFD-F可借助压力或流量传感器回传的电压或电流信号持续跟踪压力及流量，泵浦按预先设定的运转方式工作或停止,可大幅度节电并延长马达及泵浦的使用寿命。控制多台泵浦为了提高流量，可使用一台以上泵浦组成控制系统，VFD-F可使用内建Relay（或选购Relay卡）控制额外泵浦在需要时的起动或停止，以维持恒压。VFD-F变频器参数的特别设置，可防止扰人的开开停停，提供泵浦之间平顺的转移及维持压力在容许的误差范围。VFD-F可控制任何以马达驱动的泵浦，内建最小速度设定点可符合深井泵马达制造厂家的最低速度要求。由于VFD-F变频器可使用V/F曲线，设定提供低速能达到100%的额定转矩，提供正排量泵浦低转速时所需的转矩，使用者不必加大变频器与马达容量，使用Line-shaft透平泵浦时可消除危险转速。

　　

4、结束语

     农村给水设备泵浦控制系统在各种类型的水站和供配水站有广泛的应用，文中讨论的只是最简单的应用情况。由于台达VFD-F变频器是系列产品，有广泛的适应性，欢迎对产品感兴趣的用户与我们合作。

 

农村供水设备介绍

      中赢供水设备厂在有塔供水设备基础上开发了农村供水设备，该设备充分利用自来水管网的原有压力能源，在同样供水需求的情况下，可以选用功率相对较小的水泵及控制设备，同时在夜间小流量用水的情况下利用自来水水压直接供水而无需起动水泵。相比较于传统的带水池的供水设备可节约大量的电能运行成本及投资成本。

　   传统的供水设备厂.家采用农村供水，利用密封罐体，使局部增压达到供水目的，其工作过程是水泵启动，将水通过止回阀注入罐体，从而使罐体内压力增大，当压力达到所设定压力上限时，压力自动控制器自动关闭水泵，使水泵停止运行。由于供水罐体内压力高于供水管网压力，所以能自动降压供水，当压力减小到设定压力下限时，自动控制水泵启动，自动向供水罐内注水，如此往复，恒信农村供水设备在原有的农村供水的基础上大胆创新，融合世界上先进的宾馆增压技术，PID调节技术，改传统的农村供水为宾馆增压供水。取代原先必须有的气压罐。并且对水泵采用宾馆增压调速，根据用水量的变化来调节水泵的转速，不仅可以节省大量的能源，而且降低了水泵运行躁声，廷长了水泵的使用寿命。

 

农村给水设备系统设计特点

      中赢公司是专业生产农村供水设备的研制生产厂.家，我们有一支高素质的技术人员队伍，我们的控制系统无论是性能、外观、可靠性都是国内一流水平。

1为了提高控制系统的可靠性，我们对控制线路和软件专门进行了可靠性设计，比如可编程控制器PLC的输入、输出端子，都采取继电器隔离措施，如果利用控制器PLC的输出端直接启动接触器，因接触器线圈的电感量比较大，长时间运行容易烧毁PLC触点，因控制器PLC中编制有控制程序，如果因故障需要更换则比较困难。采取对控制器PLC的输入、输出继电器隔离措施，可以提高PLC的可靠性，因控制器PLC是整个控制部分的核心，提高PLC的可靠对提高整机可靠性具有十分重要的意义。

2 、在配有供水视窗(触摸屏)控制系统的设备中，触摸屏和宾馆增压器之间通讯采取了光电隔离措施，以保证各电器运行安全通讯可靠。

3 、在配有远程语音报警系统设备中，当设备出现故障停机时，设备自动拨通预存的电话号码，通知设备管理人员进行及时维修以不影响用户用水。

4 、在大中型控制系统中，设备控制通常采用的循环软启动存在着严重的缺陷，在水泵从宾馆增压到工频的转换中，会产生致命的电气和机械冲击，导致危害电路和管网安全，我公司研制的无冲击转换技术，可以做到无冲击软起、软停避免机械及电气冲击，此项技术在大中型设备中应用十分重要。

5、在大型设备供水压力要求波动比较大的设备中，可以做变压变量方式供水，控制系统根据开启的工频泵数量及宾馆增压器输出频率，估算设备流量，对设备出口压力进行补偿，以达到进一步节能的目的

6、中赢公司根据客户需要可以有线监控和无线监控系统，将设备运行状态传输到监控中心进行实时的监视，监控中心也可以对设备的运行进行实时的控制。

7、我公司做的大型水厂监控系统，采用SCAD控制系统，集中检测，分散控制，系统具有较高的灵活性和可靠性。

8、我公司成功的将高压宾馆增压应用于自来水厂项目也取得很好的社会效益。

 

农村给水设备系统特点

1、节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行;

2、 节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象;

3、 运行可靠：由宾馆增压器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到宾馆增压的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。

4、 联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5、 控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。

6、 自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。