變頻恒壓調速供水設備

一、產品簡介：     

           20世紀80年代以來，變頻調速二次供水技術以其供水壓力穩(wěn)定、衛(wèi)生、節(jié)能等優(yōu)勢逐步替代了水泵水

塔、水泵屋頂水箱及氣壓供水等供水方式，成為二次加壓供水的主要選擇之一。變頻調速給水設備是由可編程控制

器、變頻器、控制線路及水泵機組構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，使供水管網保持恒定壓力。該設備具有高效節(jié)能的優(yōu)

點，解決了傳統(tǒng)的高位水箱供水頂層用戶水壓不足及屋頂水箱水質二次水污染的問題，廣泛應用于工業(yè)與民用建

筑供水系統(tǒng)中。其供水范圍也由一幢建筑到多幢建筑，甚至擴大到小區(qū)數(shù)十幢建筑物。變頻控制技術由單片機

PLC微機控制發(fā)展到數(shù)字集成全變頻控制技術，得益于電子科技的發(fā)展，無論從控制精度、控制有效性等技術方

面，還是從經濟性、節(jié)能能力都有了很大的發(fā)展。計算機功能的日益強大，變頻技術的發(fā)展和成熟，使得變頻恒

壓供水廣泛應用于二次供水設備，成為二次供水技術的主力軍。

二、微機控制變頻調速供水的組成

           微機控制變頻調速供水設備主要由單片機、可編程控制器組成的微機變頻控制柜（含人機對話界面）、供

水電泵組、壓力傳感器、液位傳感器、氣壓罐、閥門以及管道等組成，再配置適量的不銹鋼水箱，便組成了微機

控制變頻調速供水泵站。微機控制變頻調速供水系統(tǒng)原理及設備實物

三、微機控制變頻調速供水的工作原理

         變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比關系（如下圖）

         通過改變電動機工作電源頻率，可以達到改變電機轉速的目的。

         變頻器是集成變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。

         微機控制變頻調速供水技術是利用單片機、可編程序控制器（PLC）為主控單元，進行自動控制變頻器和繼電器電路，通過變頻器改變供電頻率控制水泵電機轉速，實現(xiàn)電機的無級調速，使水泵轉速和流量可調節(jié)。傳感器的任務是檢測管網進出口水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PDI控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。

          1）目前，微機控制變頻調速供水技術根據(jù)其出口壓力值不同，分為恒壓變量和變壓變量兩種。

       （1）恒壓變流量控制方式：

         系統(tǒng)設定的給水壓力值為設計秒流量下水泵出水管處所需的壓力。在水泵出水管上安裝電觸點壓力表或壓力傳感器取樣，將反饋的壓力實際值與系統(tǒng)設定的給水壓力值進行比較，其差值輸入到控制單元的CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動

機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉速，從而達到供水管網壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。

       （2）變壓變流量控制方式：

         在供水管網末端安裝電觸點壓力表或壓力傳感器取樣，將反饋的壓力實際值與供水管網末端所需的供水壓力值進行比較，其差值輸人到控制單元的CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉速，從而使管網末端水壓保持恒定，而水泵出水管壓力則隨著供水量變化而發(fā)生變化。

          2）由于變壓變流量控制方式的實施存在較大難度，工程實際中常采用恒壓變量控制方式?，F(xiàn)以恒壓變量控制方式為例，說明微機控制變頻調速供水技術原理：

        （1）首先，通過人機交互界面，給微機（可編程控制器PLC)設定給水泵組的工作壓力，即用戶用水實際所需壓力。

        （2）當出水壓力傳感器檢測到水泵組出口端壓力不能滿足用戶最不利用水點所需壓力要求時，隨即反饋給可編程控器PLC,經可編程控制器PLC內部PID控制程序，根據(jù)反饋壓力信號與設定壓力信號之間的比對計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號，變頻控制當值工作水泵運，隨輸出頻率的升高電機轉速加快，

        （3）當出水壓力傳感器檢測到設備供水壓力達到系統(tǒng)設定壓力值時，電機轉速穩(wěn)定，系統(tǒng)達到初始平衡，工作水泵在大于設備最低做功頻率（≥25Hz)狀態(tài)下變頻運行；隨著系統(tǒng)用水量增大，出水壓力傳感器檢測到設備出口端壓力再次不能滿足用戶最不利用水點所需壓力要求，變頻器輸出頻率繼續(xù)升高，電機轉速加快，設備供水流量增加，保持供水壓力恒定。

        （4）當系統(tǒng)流量超過工作水泵額定流量工作點后，單臺水泵運行不能維持系統(tǒng)設定的目標壓力，需啟動第二臺工作水泵。系統(tǒng)按設定程序，將第一臺變頻運轉的水泵自動切換到工頻運行，而變頻器自動切換到下一臺水泵啟動，設備進入多工作泵并聯(lián)運行工況。如此順序變化，設備在工變頻交替狀態(tài)下運行。

        （5）當系統(tǒng)用水量減少設備出口壓力升高，PLC設定程序控制變頻器降低頻率，水泵降速運行。當降到水泵最低運行頻率時，自動減少投入運行的工作泵臺數(shù)，或退出多工作

泵并聯(lián)變頻運行狀態(tài)，回到一臺水泵額定流量范圍內的變頻運行工況。

        （5）  休眠狀態(tài)，當系統(tǒng)用水量進一步減少，壓力需求低于工作泵最低工作頻率時，即降至休眠頻率（參數(shù)預先設定），變頻器進入休眠狀態(tài)，工作泵停轉，啟動小流量輔泵（當設備中配置有時）或此時供水由氣壓水罐穩(wěn)壓供水。

        （6） 設備按設定程序隨時監(jiān)視出水壓力傳感器變化，當出口壓力低于系統(tǒng)所設定的喚醒壓力值（參數(shù)預先設定，一般為設備出口壓力設定值的90%~95%)時，工作泵重新啟動運行并重復上述工作程序。

          微機控制變頻調速供水的原理歸納為就是利用系統(tǒng)的檢測單元和微處理單元，通過改變電源頻率來達到改變電源電壓的目的，滿足供水壓力的實際需要，進而達到調速、恒壓、節(jié)能的目的。

四、微機控制變頻調速供水設備的特點

微機控制變頻調速供水設備的主要特點有：

1)智能化程度高

              控制核心可編程控制器（PLC)集計算機的簡單功能及靈活、通用性于一體，響應快、精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高，較傳統(tǒng)的單片機與繼電器所組成的控制系統(tǒng)具有壽命長、故障率低等特點，智能控制功能大大提高，確保系統(tǒng)在復雜的工況下長期無故障運行。

2)設備高效節(jié)能

             采用變頻技術，可以按需要設定供水壓力，根據(jù)管網實際用水量來變頻調節(jié)水泵轉速，準確的配置適合的輸出功率，確保水泵始終在高效率區(qū)運行。

3)恒壓效果穩(wěn)定

             系統(tǒng)采用PID閉環(huán)調節(jié)，采用變頻進行軟件啟動，避免了電流沖擊，直接反應在供水壓力的恒壓控制，壓力控制精度達士0.01MPa,恒定的壓力避免了對設備管網的沖擊，大大延長了水泵、電機以及管路閥門的使用壽命。

4)定時換泵功能

             對于多臺水泵系統(tǒng)，根據(jù)管網用水量多少來決定投入運行水泵的臺數(shù)，多臺水泵的運行循環(huán)變頻啟停，工作機會均等，避免某臺水泵長期運行而磨損嚴重，而其他水泵長期不使用造成生銹，有效延長每臺水泵使用壽命。

5)保護機制齊全

             具有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、液位、干轉、水浸以及雷電等各種保護功能，在異常情況下能進行故障信號報警、自檢、故障判斷等。

6)可定制化程度高

             PLC功能豐富，運行可靠、管理方便，具有通信接口可與其他設備實現(xiàn)聯(lián)動，便于將各種參數(shù)傳至上位計算機，使運行實時遠程監(jiān)控，還可以大數(shù)據(jù)采集、分析，有助于改進提高設備性能。

7)小流量保壓功能

            用水低谷時段，工作泵退出運行，設備按設定程序指令配置的小流量輔泵或氣壓罐代替工作泵輔助運行，可有效避免主工作泵頻繁啟動，保證系統(tǒng)供水平穩(wěn)，降低設備整機運行能耗，同時，隔膜式氣壓水罐可緩沖水錘壓力波動。

8)優(yōu)越的人機交互界面

            大屏幕觸摸屏實現(xiàn)人機對話，參數(shù)設置窗口化，在人機界面上可靈活、方便地設定工作壓力、頻率下限、休眠頻率、增減泵頻率等參數(shù)，而且所有的故障都由系統(tǒng)進行監(jiān)測、監(jiān)控并記錄，能準確指導用戶進行排除?？傊C控制變頻調速供水設備的最大特點是因需而供、節(jié)能明顯、供水恒壓、可靠性高，具有對設備管網保護、調節(jié)峰值用水、降低二次污染等特點。

（如下圖是廣州番禺中建項目某工地臨時用水、采用的是微機控制變頻調速供水設備）

五、新型數(shù)字集成全變頻控制供水設備簡介：

          微機控制變頻調速供水核心是變頻器驅動水泵電機，根據(jù)用水壓力變化自動調節(jié)水泵運行頻率，反饋到水泵電機為電機的轉速，從而實現(xiàn)變頻恒壓供水。微機控制變頻調速供水設備基本采用PLC(可編程控制器）十變頻器十繼電器電路組成的電氣控制柜來實現(xiàn)泵組的變頻調速與運行控制，水泵的啟動停止均需要通過繼電器二次控制回路以機械式的觸點切換來實現(xiàn)，安全可靠性有待提高；所有泵機共用一臺通用變頻器，通過頻繁的交替切換變頻器實現(xiàn)多臺水泵交替變頻啟停，兩臺或以上水泵行時只能實現(xiàn)某一臺泵變頻調速運行，其他工作泵工頻運行，水泵有不在效率區(qū)運行、偏離效率區(qū)運行現(xiàn)象普遍，節(jié)能效果有限，甚至更加耗能；變頻控制與泵組通常設置在泵房，受環(huán)境因素如濕度、凝露水、粉塵等對設備的電氣控制影響較大，故頻繁易發(fā)，同時由于各類應用場合不同，其控制核心PLC需要根據(jù)實際工況需求進行人工二次編程，以達到實際運行控制要求，標準化程度不高，非專業(yè)人員不具備操作能力，使用不便捷。數(shù)字集成全變頻控制供水技術，是二次供水領域應用變頻調速恒壓供水設備在變頻和控制技術研發(fā)進程中的最新成果，該技術將變頻調速、PID(比例、積分、微分）控制技術以及水泵運行控制所用到的其他功能集成于一體，實現(xiàn)了水泵變頻調速與自動控制一體化，通過大規(guī)模集成電路技術的應用將各功能模塊化封裝在一個防護等級達到IP55的殼體內，并且能夠與水泵標準電機直接安裝，也可以安裝在設備電氣控制室內。數(shù)字集成全變頻控制供水設備中每臺水泵均獨立配置一臺數(shù)字集成水泵專用變頻控制器，不單獨另設變頻控制柜，各變頻控制器通過CAN總線技術相互通信、聯(lián)動控制和協(xié)調工作，實現(xiàn)多臺工作泵效率分攤均衡運行，可以直接通過變頻控制器上的顯示屏進行人機對話實現(xiàn)泵組運行所有參數(shù)的設定與調整，不需要二次編程。數(shù)字集成全變頻控制供水設備具有安全可靠、高效節(jié)能、便捷人性化等顯著特征。

       （1）數(shù)字集成全變頻控制供水設備的工作原理

         數(shù)字集成全變頻控制恒壓供水設備中的每臺水泵獨立配置一個具有變頻調速和控制功能的數(shù)字集成水泵專用變頻控制器。系統(tǒng)通過出水口端的壓力傳感器檢測當前的出水口壓力值，將檢測值與數(shù)字集成變頻控制器的系統(tǒng)設定目標值進行比較，確定變頻驅動水泵運行的臺數(shù)和運行頻率，當兩臺或以上工作泵同時運行時，系統(tǒng)通過數(shù)字集成變頻控制器內部的CAN總線實現(xiàn)互相通信，自動分配運行比率，實現(xiàn)兩臺或以上水泵組運行比率一致，并根據(jù)實際用水需求的增加或減少，系統(tǒng)自動對多臺水泵同步升頻或降頻，確保系統(tǒng)運行期間處于全變頻運行狀態(tài)，避免工頻泵運行狀態(tài)和水泵偏離效率區(qū)運行現(xiàn)象的存在，確保供水壓力恒定。反之，當不需要多臺泵并聯(lián)同步同頻率運行時，系統(tǒng)自動依次減泵，直到整機進入停機休眠狀態(tài)。

      （2）數(shù)字集成全變頻控制供水設備的特點

         數(shù)字集成全變頻控制供水設備，是給水技術領域從控制和全變頻制角度著手的最新創(chuàng)新成果，由其組成的供水設備中每臺水泵一對一配置有一臺獨立專用變頻控制器，各臺水泵上的變頻控制器通過CAN總線路技術實現(xiàn)相互通信，能夠根據(jù)用水需求的變化自動調節(jié)變頻運行比率，實現(xiàn)多臺水泵同時、同步均衡分攤運行，實現(xiàn)了水泵機組始終處于變頻狀態(tài)運行，避免水泵不在效率區(qū)運行，供水壓力穩(wěn)定，相比傳統(tǒng)變頻調速供水設備節(jié)約運行能耗。同時，由于數(shù)字集成全變頻控制泵組中，水泵與與變頻控制實現(xiàn)100%有備用，數(shù)字集成變頻控制器被封裝在IP55防護等級的殼體內，支持多傳感器信號輸入，提升了供水設備的安全可靠性。其主要技術特點如下：

        1）集成式水泵專用功率電路

        集成式水泵專用功率電路為半導體電路，其核心是IGBT功率逆變器，整個IGBT功率電路集成在一個PCB印刷電路板上。動力電源直接通過功率電路連接端子輸入，通過功率電路的逆變輸出給水泵電機。集成式功率電路主要是為了實現(xiàn)水泵控制電路的數(shù)字化、標準化和通用化，使得水泵電氣控制不再依賴機械式繼電器元器件，實現(xiàn)水泵變頻控制無觸點切換，提高工作可靠性。

       IGBT集成式水泵專用功率電路實現(xiàn)二次供水水泵變頻驅動電路的數(shù)字化、小型化、標準化。解決了二次供水設備控制元器件多、控制柜體積大的問題。解決了傳統(tǒng)二次供水設備回路線路復雜，使用繼電器觸點切換水泵運行或停止故障率高、安全隱患多的問題。解決了頻繁啟停時元器件壽命短的問題，半導體器代替繼電器電路，因繼電器電路故障停泵停水的概率降低80%。

       2）集成式PID控制器的創(chuàng)新應用

       由CPU、存儲單元等組成的數(shù)字電路，集成在PCB印刷電路板上。PID控制器將水泵運行所涉及的各種指令、參數(shù)等控制程序全部標準化集成一體并存儲在PID控制器上。針對不同的水泵、水泵電機功率、應用場合需求等變量情況，通過控制器開放的P（比例）、I（積分）、D（微分）參數(shù)調節(jié)，實現(xiàn)水泵變頻運行控制的需要。解決了主控制單元的標準化，不再另設可編程控制器PLC，不再需要二次編程。

       集成式PID控制器實現(xiàn)了二次供水設備水泵控制系統(tǒng)控制程序的標準化和控制器的標準化。解決了傳統(tǒng)變頻二次供水設備需要專業(yè)人員根據(jù)供水設備應用工況的不同二次編程、標準化程度低的問題。不論是罐式疊壓供水設備、箱式疊壓供水設備、恒壓變頻供水設備，還是暖通空調循環(huán)水泵均可自由組合配置。解決了維護和維修或功能擴展時依賴弱電工程師更改PLC控制程序的問題，降低了對操作使用人員的專業(yè)技術需求。

       3）系統(tǒng)模塊化（水泵專用變頻控制器）

       數(shù)字集成水泵專用變頻控制器將集成式功率電路、集成式PID控制器、散熱、輸入輸出端子等功能組件設計成即插件形式的模塊，各模塊以即插件的形式組合在一起，并封裝在一個防護登記達到IP55的殼體內。同時，通過鋁合金散熱結構設計，將功率電路運行過程中發(fā)生的熱量導出，自然冷卻，水泵電機負載大溫升高時通過外置軸流風扇降溫。整個變頻控制器可以安裝在任何形式的標準水泵電機外殼上，也可以安裝在設備泵房的控制室或柜體內。實現(xiàn)控制系統(tǒng)模塊化、小型化，提高水泵控制電路IP防護等級，便于安裝和使用。

 （如下圖是廣州呼吸中心的工程案例項目、采用的是數(shù)字集成全變頻控制供水設備）         

六、更多產品案例展示

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江門市某開發(fā)商樓盤項目

中山中央廣場二次供水項目安裝現(xiàn)場