浅谈玉华宫酒店变频恒压供水系统.doc

2013年电工技师评审论文浅谈玉华宫酒店变频恒压供水系统张 华摘 要：由于酒店的改造扩建，对一些基础设施如电话、网络、电视、供排水还有污水净化处理等进行了必要的更新换代，酒店供水系统的建设就是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到酒店的正常运营和盈利。本着对供水质量和供水系统可靠性的要求，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出的高性能、高节能、能适应客流量变化的变频恒压供水系统就成为酒店的首选目标。本文首先介绍了酒店使用变频供水的原因，接着讲了变频恒压供水系统构成及工作原理，其后对变频器使用的注意事项和变频器的维护也做了一些说明，不足之处，还请提出宝贵意见。关键词：变频 PID 恒压供水目 录摘 要 第1页前 言 第3页一、酒店使用变频恒压供水的原因第3页二、酒店变频恒压供水系统构成及工作原理 第4页1.变频供水系统的构成 第4页2.工作原理 第6页三、变频器使用的注意事项 第8页1.工作温度 第8页2.环境湿度 第8页3.腐蚀性气体 第9页4.振动和冲击 第9页5.防止电磁波干扰 第9页6.防止输入端过电压 第9页7.变频器的接地 第9页8.变频器的防雷 第9页四、变频器的维护 第10页1.日常维护和检查 第10页2.日常检查项目 第10页3.定期检查项目 第11页4.零部件的更换 第11页结束语 第12页参考文献 第13页作者简介 第13页前 言随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。一、 酒店使用变频恒压供水的原因 玉华宫酒店位于陕西省铜川市西北郊玉华镇玉华宫景区中，风景秀丽，景色宜人，但正是因为酒店地处山区，市水管网就无法接入，酒店的前身玉华山庄就一直使用的是地下水源，采用的是高水位自压式供水。2010年酒店扩建时，考虑到房间增加，建筑高度增加，用水量增大但深井供水量有限于是决定采用变频恒压供水系统 ，该系统可取代高水位水箱、水塔等设施及阀门调节等措施，提高供水自动化程度及饮用水质量，防止二次污染，是一种理想的现代化供水设备。其具有以下优点：（1）变频给水设备具有最佳的节能效果，优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；（2）节水效果好，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）运行可靠性高，由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂；（4）控制灵活，分段供水，定时供水，灵活多样的选择工作方式；（5）使用方便，变频恒压供水设备全自动运行，提高效率节省人力成本；（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，以保持供水。综上所述，对于用水流量经常变化的场合，采用调节水泵转速供水，可以做到无节流损耗，其节能效果大大优于其它供水方式，是一种公认的、十分有效的节能措施。二、酒店变频恒压供水系统构成及工作原理。1.变频供水系统的构成酒店的供水系统是由两部分构成，一是深井供至蓄水池的深井供水系统，二是由蓄水池供至全酒店的生活用水的变频恒压供水系统。本文着重讲述的就是变频恒压供水系统，其由四台水泵，一台带有内置PID控制系统的ABB变频调速器，和一个压力传感器及若干辅助部件构成。四台水泵中每台泵的进出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，四台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，采用的是电阻式传感器接于变频器10V及取样端；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。见图2-1 图2-2本系统是由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。(1)执行机构执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入酒店管网，图2-1中的四个水泵都有二种工作模式:调速模式:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，可以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。恒速模式:水泵运行在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。(2)信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括出水水压信号和报警信号:水压信号:它反映的是酒店管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常,该信号为开关量信号。(3)控制系统供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括内置PID功能的ABB变频器和电控设备两个部分。内置PID功能的ABB变频器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。该变频器将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合在一起，由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，其采用了优化算法，直接对系统中的压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行转速控制。电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。(4)人机界面人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。 (5)报警装置作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，和保护动作控制，以免造成不必要的损失。2.工作原理合上空气开关，供水系统投入运行。根据客房入住情况转换大泵、小泵，转换1、2号（小泵）或3、4号（大泵）变频，系统进入全自动运行状态，PID中程序首先接通KM0，并起动变频器。（图2-3）根据压力设定值(根据管网压力要求设定)与压力实际值(来自于压力传感器)的偏差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给PID，PID则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起动第2台泵。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PID会启动第二台工频，此时变频快速降到25Hz ,再根据压力反馈是否增加频率。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。升压控制：系统工作时，每台水泵处于三种状态之一，即工频电网拖动状态、变频器拖动调速状态和停止状态.系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1，启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1处在调速运行状态.当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速;反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速.当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PID控制启动第二台水泵M2工频，此时变频快速降到25Hz ,再根据压力反馈对水压进行调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，变频器输出频率长时间达到工频，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。这时就要转换为大泵变频M3或M4。降压控制：当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频的水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。 手动控制，合上空气开关，大小泵转换为小泵，1、2号变频转换关，按1号按钮M1工频启动，按2号按钮M2工频启动。大小泵转换为大泵，3、4号变频转换关，按3号按钮M3工频启动，按4号按钮M4工频启动,该方式仅供自动故障时使用。三、变频器使用的注意事项 使用变频器时要重点注意以下几个方面：1.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响 ，产品一般要求为055，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 2.环境湿度。湿度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。 3.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能 ，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结构，并进行换气。 4.振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。5.防止电磁波干扰。变频器在工作中，由于整流和变频，周围会产生很多的干扰电磁波。这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。6.防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护。但是，如果输入端高电压作用时间过长，会使变频器输入损坏。因此，在实际使用中，要核实变频器的输入电压是单相还是三相以及变频器使用的额定电压。特别是电源电压极不稳定时，要设置稳压设备，否则会造成严重后果。7.变频器的接地。变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E（G）接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共同接地。信号输入线的屏蔽层应接至E（G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动， 使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。8.变频器的防雷。在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。 在雷电活跃地区，这一问题尤为重要。如果电源是架空进线，应在进线处装设变频专用避雷器（选件），或按规范要求在离变频器20 m远处预埋钢管作专用接地保护。如果电源是电缆引入的，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问题。四、变频器的维护变频器是一种精密的电子装置，虽然在制造过程中，制造商进行了可靠性设计，但是如果使用不当，仍可能发生故障或出现运行不佳等情况，因此日常维护和检查是必不可少的。1.日常维护和检查由于长期使用以及温度、湿度、振动、粉尘等环境的影响，再好的变频器其性能都会有一些变化。如果使用合理、维护得当，则能延长使用寿命，并且能减少因突然故障造成的生产损失。变频器的日常维护与定期检查要注意以下几个方面：（1）操作者必须熟悉变频器的基本原理、功能特点、指标等，并具有变频器运行经验；（2）操作前必须切断电源，注意主电路电容器是否充分放电，确认放电完成后才可以继续下一步作业；（3）测量仪表的选择应符合制造商的要求。2.日常检查项目（1）安装地点的环境是否有异常；（2）冷却系统是否正常；（3）变频器、电动机、变压器、电抗器等是否过热、变色或有异味；（4）变频器和电动机是否有异常振动以及异常声音；（5）主电路电压是否三相平衡，电压是否正常，控制电路电压是否正常；（6）导线连接是否牢固可靠；（7）滤波电容器是否有异味；（8）各种显示是否正常。变频器运行过程中，可以从设备外部目视检查运行状况有无异常，通常检查如下：（1）技术数据是否满足要求；（2）周围环境是否符合要求；（3）触摸面板有无异常情况；（4）有无异常声音、异常振动、异常气味；（5）有无过热的迹象。3.定期检查项目定期检查的重点应放在变频器运行时无法检查的部位，主要包括：（1）清扫空气过滤器，同时检查冷却系统是否正常；（2）检查有关紧固件是否松动，并进行必要的紧固；（3）导体绝缘物是否有腐蚀、过热的痕迹、变色或破损；（4）检查绝缘电阻阻值是否在正常范围内，注意不要使用绝缘电阻表测试控制电路的绝缘电阻；（5）检查及更换冷却风扇、滤波电容器、接触器等部件；（6）检查端子排是否有损伤，继电器触点是否粗糙；（7）确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作实验，确认保护、显示回路有无异常；（8）确认变频器在单体运行时的输出电压的平衡度。一般的定期检查应1 年进行一次，绝缘电阻检查可以3年进行一次。需作定期检查时，待变频器停止运行后，切断电源，打开机壳后进行。但必须注意，即使切断了电源，主电路直流部分滤波电容器放电也需要时间，须待充电指示灯熄灭后，用万用表等确认直流电压已降到安全电压（DC 25V）以下，然后进行检查。4.零部件的更换变频器由多种部件组装而成，某些部件经长期使用后性能降低、劣化，这是故障发生的主要原因。为了安全生产，某些部件必须及时更换。（1）更换冷却风扇。以额定温度，在额定负载运行时，冷却风扇的寿命约为 60000 小时。温度每降低10 ，其寿命就会增加一倍。冷却风机损坏的前兆是风机轴承噪音升高，或尽管散热器已清扫但散热器温度仍然逐渐升高。在出现这些前兆时，应及时更换冷却风扇。（2）更换滤波电容器。中间直流回路使用的是大容量电解电容器，由于受脉冲电流等因素的影响，其性能会逐渐劣化。电容的使用寿命约为35,000 90,000 小时，实