一、回顧
一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水,其余上部各層均須 “提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱,或氣壓罐式增壓設(shè)備,但它們都必須由水泵以高出實(shí)際用水高度的壓力來“提升”水量,其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。
自從通用變頻器問世以來,變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速,依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求,是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的功能也越來越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能,對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備,降低成本,保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。
新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比,不論是設(shè)備的投資,運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢(shì),而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性,引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視,并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。
目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制,多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化,系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)`智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。
在短短的幾年內(nèi),調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程,早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠,但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低,而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省,運(yùn)行效率高,被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。
二、變頻控制恒壓供水控制方式
眾所周知,水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即N=KN3 N:為水泵消耗功率;n:為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速;K為比例系數(shù)。而水泵設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)的,但供水時(shí)除高峰外,大部分時(shí)間流量較小,由于命名用了變頻技術(shù)及微機(jī)技術(shù)有微機(jī)控制,因此可以使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化,最終達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)踐證明,使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%,從而大大降低能耗,節(jié)能率可達(dá)20%-40%。
目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的供水設(shè)備電控柜,除采用落后繼電接觸器控制方式外,大致有以下四類:
邏輯電子電路控制方式:
這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺(tái)泵固定于變頻狀態(tài),其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)有沖擊、抗干擾能力較弱。但成本較低。
單片微機(jī)電路控制方式:
這類控制電路優(yōu)于邏輯電路,但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)調(diào)試較麻煩,追加功能時(shí)往往要對(duì)電路進(jìn)行修改,不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。
帶PID回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制方式:
該方式變頻器的作有是為電機(jī)提供可變頻率的電源,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速,從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓。壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控制器后,經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算,輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器,由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后,輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。
由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的,所以對(duì)可編程控制器來計(jì)時(shí),既要有模擬量輸入接口,又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高,這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器,則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口另接一塊PWM調(diào)制板,將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞯某杀緵]有降低,還增加了連線和附加設(shè)備,降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器,其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以,在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中,PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
新型變頻調(diào)速供水設(shè)備:
針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處,國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品,如華為的TD2100;施耐德公司的Altivar58泵切換卡;SANKEN的SAMCO-I系列;ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品;富士公司的G11S/P11S系列產(chǎn)品;等等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi),形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部,這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容內(nèi)部,這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì)PID算法的編程,而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易,這不僅降低了生產(chǎn)成本,而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法,所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑,穩(wěn)定。同時(shí),為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值,可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù),同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算,使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。這類變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略微高一點(diǎn),但功能卻強(qiáng)很多,所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備,降低了設(shè)備成本,提高了生產(chǎn)效率,節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。
三、供水專用變頻器的功能
供水專用變頻器=普通變頻器+P