变频器在小流量恒压供水系统中的应用.docx

变频器在小流量恒压供水系统中的应用作 者：郑州大学李永刚郑州康达变频传动技术有限公司李新甫薛守立1 引言 传统的生活小区恒压供水系统中一般选用相当型号的水泵24台，采用循环软起动控制方式，即自动补泵、自动减泵、定时换泵，大多没有考虑小流量用水情况。若主泵功率较大(一般认为大于等于11kw)，会造成小流量供水时间内较大能量浪费的。一般住宅小区的供水规律性较一致，即用水高峰比较集中在早上、中午、晚上三个高峰时段约8h，而其余时间供水量较小，水泵负荷小。尽管采用变频器调速，由于存在调速泵在低频率下运行效率较低的问题，造成小流量供水时水泵耗能相对浪费的情况。通过增加12台小流量泵的方案来解决小流量供水问题。下面以某700户生活小区情况为例说明系统的设计和控制。2 系统设计根据经验，生活主泵选用isg80-200水泵2台，单台q=50m3/h，h=50m，p=15kw。另选用qdl16-40水泵1台，单台q=16m3/h，h=48 m，n=4kw。采用变频控制系统一套，由于主泵、小泵功率差别不太大，主变频器采用东芝vf-s11-4015pl变频器1台，东芝vf-s11变频器内置emi抗干扰滤波器，非常适合于生活小区使用，对外界电磁及无线电干扰极少。另外该变频器输出端子功能较多(可编程)具有58种，可根据使用者要求程序设定所需要功能。另外东芝vf-s11变频器为恒转矩、变转矩共用型变频器，较一般水泵风机型变频器有较大的过载特性，额定电流值相对较大，即便对潜水泵类负载一般无需放大选型，此外东芝vf-s11系列变频器适应较大的电压范围380v至500v(允许波动 -15%，+10%)，保护功能齐全(20多种)，并具有独特的失速防止自动节能、矢量控制功能等。控制核心采用西门子logo-1台，控制系统示意图如附图所示。附图 控制系统示意图3 控制功能3.1手动/自动模式切换一般情况下系统采用自动控制模式，即自动变频恒压供水模式，管网压力传感器采用yzt耐震远传压力表，三个输出端子分别接变频器cc、vib、pp端子，当采用420ma压力变送器时接变频器cc、via端口。可编程logo根据输入(i)信号的变化自动控制变频器及水泵电机的自动起停。当变频器或自动环节故障不能正常运行时，可用模式转换开关切换至手动运行模式，用变频柜面板的三台水泵的起停按扭分别起、停对应的水泵。3.2 自动补泵功能传统的补泵操作采用“循环软起动”控制模式，即当1号泵变频器达到设定的上限频率时(50hz)，1号泵切换为工频运行，再由变频器起动2号泵运行。目前对这种起动方式持异议较多，但随着变频技术发展，高性能变频器都具有自动跟踪及工频变频切换功能(东芝vf-s11变频器也有)，故这种“循环切换”对变频器还是安全的。由于一般生活小区水泵功率不大，补泵时采用直接工频起动方式更方便些，系统设计也简单，故对该系统采用工频直接起动的补泵方式。补泵信号来自vf-s11变频器的fla、flc端子(变频器出厂设定为故障跳闸信号)，该对端子功能由参数f132设置:f132=2(即频率上限ul)，当输出频率等于或大于频率上限ul时“on”。相关参数频率上限ul设置为50hz。当单台泵变频运行至50hz时，变频器fla、flc端子“on”，可编程logo接收该满频补泵信号，延时(30s)进行补泵操作，工频起动另外一台备用主泵。3.3 自动退泵功能对本系统供水若高峰时两台主泵一台工频一台变频同时运行，随着供水量逐渐减小，变频泵频率逐渐降低，当频率降至退泵频率时，系统进行退泵操作。退泵信号来自vf-s11变频器的p24、out端子，该对端子功能由参数f131设置:f131=8(即设定频率到达信号rchf)，当变频器输出频率等于或小于用f101f102设定的频率时，该对端子“on”。相关速度参数到达设定频率f101设定为1020hz，在系统调试时确定，速度到达检测频带f102设定为2.0hz。3.4 小流量控制模式小流量控制模式分“进入小泵”、“小泵运行”、“退出小泵”三种情况。当单台主泵变频运行时，随着用水量的逐渐减小，变频器频率逐渐降低，当频率降低至“小流量频率时”，可编程控制器检测到该信号便停止主泵(1m或2m)变频运行，切换至小泵(3m)变频恒压运行。小流量频率信号来自vf-s11变频器ry、rc“低速检测信号输出”端子，端子功能由参数f130设置:f131=5(即低速检测信号负逻辑lown)，当变频器输出频率等于或小于f100设定的频率时，该对端子“on”，系统便进入小流量供水模式。相关参数低速信号输出频率f100一般设定为2535hz，具体设定值在系统调试时确定。当小泵变频运行时，随着用水量的逐渐增大，变频器频率逐渐升高，当频率升至50hz时，变频器fla、flc端子发出满频信号，可编程logo接收此信号，延时(30s)便自动退出小泵变频运行模式，进入主泵变频恒压供水模式。3.5 其它功能系统还具有其它功能，如低水位保护功能，市政管网供水功能等。当贮水池水位低于下限水位时，系统自动停机，同时输出缺水报警信号，当水位恢复至一定水位时，系统自动恢复运行。本小区水源为市政自来水，系统设计为加压泵组与市政管网并网，控制系统监测市政管网水压，当管网压力满足要求时，加压系统切换至市政管网供水模式，当市政管网水压不能满足时，自动运行二次加压供水设备。4 程序设计及参数调试可编程控制器logo程序设计比较简单，这里不再详述。变频器主要参数设定见附表，具体应根据系统的设计而定。在调试过程中注意退泵频率、退泵延时、小流量频率、进入小泵延时。退出小泵延时等参数的设置，防止系统频繁进入补退泵和频繁进行小泵退出小泵的操作。pid参数的设定也比较关键，比例增益f362过大，压力调节快，易引起压力振荡，设定过小，反应迟钝。积分增益f363过大，反应退钝，设定过小，压力调节快，易振荡。一般微分增益设为零。出口压力设定由面板上下键设定，该设定值与系统压力设定值(mpa)没有严格数学关系，凭经验设定，一般面板设定值可先设为10，然后根据实际所需出口压力进行调整。5 结束语目前该系统已正式运行，系统设计的各项控制功能均运行正常，尤