浅谈变频调速恒压供水系统.doc

(水质自动监测系统) 姓 名 院（系） 专业班级 学 号 指导教师 2015年5月浅谈变频调速恒压供水系统摘要：水是生命之源，是人类赖以生存的基本保障。但是，一直以来人们对于水资源的保护观念淡薄，特别是在供水调度阶段，缺乏精细化管理，对水资源和电能的浪费都非常严重。随着社会发展和科学技术的不断进步，供水系统的安全可靠性和提高供水质量越来越受到人们的关注，传统的定频供水方式已经很难满足人们生产和生活的需求。因此，供水厂亟需改变传统的落后管理方式，设计出一套能够自动根据用水需求调节供水量，保持管网供水压力恒定的自动供水系统。从而解决人工手动控制系统对供水管网压力变化响应不及时，资源浪费严重，存在安全隐患等诸多问题，提高供水系统的自动化水平，减少设备维护和人员的投入，降低水厂的供水成本。本文阐明了变频调速恒压供水的原理，然后对整个供水系统的组成及其特点、发展现状、控制方式及工作流程进行说明。关键词：变频调速 恒压供水 原理1. 变频恒压供水的研究现状 直流发电机的电动机不仅维护保养费用昂贵，而且操作不便。因此，需要性能优异的异步电动机调速驱动方式。异步电动机的转速调节方法有很多种，但由于每种方法都存在缺陷，很难在大范围内得到应用。70 年后，随着电力电子技术、微处理器技术、微电子技术的不断发展，诞生了晶体管变频器。这是一种能够克服之前调速方式的诸多缺点、大幅提升调速性能的变频器，具备优越的调速性能，因此得到了广泛的应用。至 80 年代末，运用变频器驱动交流电机已经发展成为一项较为成熟的技术。此时的交流变频器通过内部的二极管来整流电路，将工频交流转变为直流，然后由 IGBT 模块将直流逆变为交流电源，用这个电源拖动电机，可以实现在负荷变化的条件下，自动调节电机的运行频率，从而达到调速效果。 从 90 年代初期开始，变频调速技术已经可以实现连续的、平稳的调速，它的一系列突出的优点使得变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。随着变频调速技术的日益成熟，为实现变频恒压供水提供了可靠的技术条件。利用变频器、传感器、PLC 等器件的有机结合，构成控制系统，实现了在供水管网中用量发生变化时，出口压力保持不变的恒压供水方式。其配置日趋合理，逐步取代了水塔、高位水箱、压力罐等传统供水模式，成为供水系统的换代产品。与过去传统的水塔、高位水箱以及压力罐供水模式相比，变频恒压供水方式无论是系统的可靠性、稳定性，还是设备投资、运行的经济性等方面，优势都非常明显，特别是节能效果突出。因此国内外很多供水设备厂家都对变频恒压供水系统给予了高度的重视，并加大力度不断投入开发、生产这一高新技术产品。随着变频恒压供水技术的不断应用创新，势必给人们的生活带来了极大的方便，也为企业带来了巨大的经济效益，并同时得到了科技工作者、企业家与广大民众的认可。将来的趋势必定是取代传统的供水方式，成为供水系统的主流。2. 变频恒压供水系统的构成 变频调速恒压供水系统一般由信号检测、控制器、变频器、执行机构、电控设备和报警装置等组成,。 ( 1) 信号检测。信号检测包括水压信号检测和液位信号检测。水压信号检测反映的是用户管网的水压值, 它是恒压供水控制的主要反馈信号。液位信号检测反映水泵的进水水源是否充足, 信号有效时控制系统要对系统实施保护控制, 以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。 ( 2) 控制器。控制器是整个供水控制系统的核心。控制器根据变送器检测到的压力和液位信号进行分析, 通过变频调速器和接触器对执行机构( 水泵) 进行控制。 ( 3) 变频器。在供水控制系统中, 变频器根据控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率, 完成对调速泵的转速控制。 ( 4) 执行机构。执行机构由一组水泵组成, 它们用于将水送入用户管网。水泵分为两种类型: 调速泵和平衡泵。调速泵由变频调速器控制据用水量的变化改变电机的转速, 以维持管网的水压恒定。平衡泵只在工频状态下运行, 速度恒定, 此泵主要工作在夜间用水量很少的情况下,用以维持管网压力。 ( 5) 电控设备。电控设备由继电器、接触器、转换开关等电气元件组成。在供水系统中用于控制器完成对水泵的变频工频切换和手动自动切换等。 ( 6) 报警装置。为了保证供水系统的正常运行, 设计了水位、压力上下限等报警装置。3. 变频恒压供水系统的应用及特点 变频恒压供水系统可以用于居民小区、企业、医院、机场等场所的生活用水的控制,也可以用于各类型的自来水厂、增压泵站,供热和空调循环用水系统、工业锅炉补水系统化工、制冷空调和其他工业及民用领域。目前变频恒压供水和以往的传统供水系统相比具有以下特点: ( 1) 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。 ( 2) 节能。系统用变频器进行调速, 节能效果显著。同时, 优化的节能控制软件, 使水泵实现最大限度的节能运行。 ( 3) 运行可靠。由变频器实现泵的软启动, 启动电流可以从零到电机额定电流。减少了启动电流对电网的冲击, 也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击, 延长了设备的使用寿命。 ( 4) 联网功能。采用全中文工控组态软件, 具有远程和就地控制的功能和数据通信接口, 能与控制信号或控制软件相连, 实时监控各个站点,对供水的相关数据进行实时传送, 以便显示和监控以及报表打印等。 ( 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。如某台水泵出现故障, 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。如果自控系统出现故障, 操作人员可以直接手动操作系统, 保证供水。4. 变频恒压供水系统工作原理 在给水系统中，用户用水量的变化反映在水压上，表现为管网水压的波动。因此，调节水泵工况，保证用户用水水压的稳定，就可以保证用户用水。变频调速恒压给水系统可以通过自动控制实现上诉调节。它由电机泵组、压力传感器、控制器、变频器以及自动切换装置等组成，以水压为控制参数。水泵启动后，压力传感器向控制器提供控制点的压力值H。当H低于控制器设定的压力值H0，应该提高水泵转速，控制器向变频调速器发送提高电源频率的指令；当H高于H0时，则应该降低水泵转速，控制器向变频器发送降低频率的控制信号。当某台水泵的转速达到规定的上限时，自动启动新的水泵投入运行；反之，则自动减少运行水泵的台数。通过调节水泵工作电源频率的方式，改变水泵的转速，从而改变了水泵的工况，构成闭环反馈控制，自动调节水泵转速以及工作水泵台数，实现恒压变量供水。5. 系统控制方式说明 假定 1 号水泵首先投入运行，由变频器控制开始变频运行。开始时，管网处于欠压状态，变频器调节水泵频率逐渐增加，其转速也随之逐步加快，出水量增大使得管网压力升高。倘若此时为用水高峰期，用水量很大，水泵频率达到频率上限后，管网水压仍低于压力设定值低限，经过一定时间的延时后，系统自动将 1 号泵由变频运行状态切换为工频运行，同时变频启动 2 号水泵，随着水泵转速的加快，系统管网压力随之增加。若压力达到设定压力范围，则变频器的 PID 控制器根据压力信号反馈值控制输出频率，使水泵的转速随供水压力的变化而改变，保持管网压力的恒定。如果 2 号水泵频率达到频率上限后，管网供水压力仍低于压力设定范围，达到延时时间后，先切除变频运行的 2 号水泵，再将其切换成工频运行，同时将 3 号水泵变频启动，并根据水压反馈信号进行有效的 PID 调节，直至水压稳定在设定范围内。假设 3 台水泵都在投入运行中，其中 1 号和 2 号水泵为工频运行状态，3 号水泵为变频运行状态。在用水低峰期，用水量减少，由于供水管网积水蓄压，如果不做出有效调节，管网压力会逐渐升高，超出压力的设定范围，此时，遵循“先投先停”的控制原则，系统通过 PID 的调节作用，使 3 号水泵的运行频率逐渐降低，转速变慢，管网压力也会随之下降。当频率下降到下限值时，如果管网压力仍然没有下降到设定范围内时，则系统根据“先投先停”的控制原则，将运行在工频状态下的 1 号水泵停止运行，同时将处于变频运行状态的 3 号水泵的频率迅速升至工频，再通过压力反馈信号进行 PID 调节，若频率再次调整到下限频率后，管网压力仍高于设定范围值，则将工频运行的 2 号水泵也切除后，同样将 3 号水泵的频率迅速升至工频，此时，仅保留 3 号水泵变频运行，继续通过 PID 调节管网压力，逐渐使其稳定在设定范围内。6. 结束语 由于变频调速恒压供水系统具有良好的节能效果,而且管理方便,又可以减少水质的二次污染,因此广泛应用于供水量随时间变化而变化的供水加压系统。随着自动化控制技术和电子技术的发展,变频器和控制系统成套设备的功能必将越来越强大,性价比越来越高,变频调速恒压供水技术在供水行业中的应用将会越来越普遍。参 考 文 献1 毛立波, 崔建国.国内外供水系统优化管理状况J .科技情报开发与经济, 2005, 15( 12) :142- 143.2 葛芸萍, 何瑞.变频技术在恒压供水中的应用 J .自动化与仪器仪表, 2008( 3) :33- 34.3 李素玲,刘军营.恒压供水自动浏控系统的设计与实现J.中国给水排水,2004,20(3):74一76.4 朱玉堂 .变频恒压供水系统的研究开发与应用 D浙江大学，200515(4):22-455 蒋艺，杨俊生.变频调速器在供水系统中的应用J. 山东冶金，2007, 21(5): 49-506郁汉琪.基于专家 PID 调节的变频调速恒压供水系统的研究J. 电气传动自动化，1998,l(20): 65-687 崔金贵.变频调速恒压供水系统在建筑给水应用的理论探讨J. 兰州铁道学院学报，2000,19(l): 7