变频供水系统范文

时间:2023-11-20 21:36:07

变频供水系统

变频供水系统篇1

1电路结构

变频恒压供水系统一般由数台水泵驱动实现供水。这些水泵并不是同时工作的,而是根据用户用水量的多少和当前管网的水压由PLC自动地控制哪台水泵工作,哪台水泵暂时停止的。以3台水泵为例,控制水泵驱动电机的主电路如图2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工频运行分别由接触器KM1、KM3、KM5控制,其变频运行分别由接触器KM2、KM4、KM6来控制。控制同一台水泵电机的工频接触器和变频接触器(如控制水泵1的KM1和KM2)如果同时接通,将导致工频电源和变频器的输出端相连接,使变频器的逆变桥迅速损坏。所以,控制同一台水泵电机的工频与变频的接触器必须有可靠的互锁环节。另外,变频器的价格比一般的电气设备高,从节省投资的角度考虑,一般选择只用一台变频器拖动的方式。工频运行的水泵对水压起到“粗调”的作用,而精确控制压力的“细调”是由变频器来实现的。工频运行的水泵电机其能量消耗是确定的。系统实现节能的主要途径:系统能够根据用水情况,停掉一些工频运行的水泵,既避免了压力过高,又实现了节能;可以使某台水泵变频运行,变频降低转速具有很大的节能效果。

2控制原理与流程

供水压力是通过PLC控制各水泵的轮流工作实现“粗调”和变频器对单台水泵的“细调”来实现的。

2.1“粗调”的实现(1)加泵:当反馈的实际出水管网压力小于设定压力导致变频器的输出频率上升至上限频率时,如果实际出水管网压力仍低于设定压力一定范围一定时间,则当前泵切换为工频运行,重新启动另一台水泵变频运行。(2)减泵:当反馈的实际出水管网压力大于设定压力导致变频器的输出频率下降至下限频率时,如果实际压力仍高于设定压力一定范围一定时间,则停止变频泵的运行,并将正在工频运行的一台水泵变为变频运行。

2.2“细调”的实现水压闭环控制原理如图3所示。PID控制器既可以用PLC编程实现,也可以用变频器的内置PID算法实现。

2.3工-变频切换的控制流程以实际压力小于给定压力为例,PLC对某两台水泵之间工频和变频进行切换的逻辑关系(多台水泵可类推)如图4所示。

2.4休眠状态当系统处于单泵变频运行时,如果用水量急剧减小甚至为0时,变频器频率会降至频率下限以下,当这种情况持续一定时间时,系统停掉所有运行的水泵,仅由储气罐来保压。比如,在夜晚休息基本无用水需求时,系统进入休眠状态,将极大地节省电能消耗。处于休眠状态的控制系统当检测到管网压力降低一定范围时,退出休眠状态,恢复供水。

3不同供水方式的功耗对比

水泵的扬程特性与功率消耗关系如图5所示。水泵供水流量的调节可以通过两种途径实现:(1)水泵电机转速不变,改变出口阀门开度的阀门调节法(不用变频器使所有水泵均工频运行,用户阀门开度改变时流量改变即属于此法),如图5中的曲线①和②。关小阀门减小供水流量(流量Q1减小为Q2,水泵实际工作点由B点移动到E点),所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODEF的面积,面积有减小,但减小量很小。(2)出口阀门开度不变或全开,改变水泵电机转速的转速调节法,如图5中的曲线③和④。当水泵电机的转速从额定转速下降,同样使供水流量从Q1减小为Q2,水泵的实际工作点由B点移动到H点,其所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODHG的面积,面积减小量非常显著。相比与高层建筑而言,生产车间一般高度较低,需要的空载功率较小,可以提供较宽的电机调速范围,所以节电效果更为显著。某轧钢车间高压除鳞水泵应用变频改造前后的电能消耗对比如表1所示,可以看出变频改造后节省的电能和费用都相当可观。

4结语

随着资源和环境矛盾的日益突出,变频与计算机等高效和智能化技术在未来建设中必将获得越来越广泛的应用。

变频供水系统篇2

1引言

随着城镇化建设的不断发展,我国城市规模不断扩大,对相关的配套设施提出了更高的要求。供水行业是各项生产和生活用水的基本保障,不断优化和完善供水系统成为供水企业的重要研究课题。从目前情况分析,一些在运行的供水泵的自动化水平较低,供水效率也比较低,同时存在较大的能耗,在一些供水企业或者社区存在着水资源浪费现象,进一步造成了经济损失。而变频技术是一种高效调速技术,通过调整电流实现对电动机运行速度的调节,具有高频化、数控化、集成化的应用功能特点,在供水系统中能够发挥良好的节能降耗效果,有利于供水行业经济效益和社会效益的最大化。

2变频调速技术简介

2.1变频器

变频器根据需要将工频电源转为不同频率的交流电源,从而实现对电动机的变频调速。变频器的组成主要包括整流器、中间电路、逆变器以及周围的电路等几部分,如图1所示,其中整流器能够对电网中的交流电源进行整流,实现交流变直流,中间电路则是对整流器输出的电源进行平滑滤波,并传输给逆变器,逆变器作为变频器的核心部件,需要完成直流变交流的逆变工作,为电动机提供所需频率的交流电源[1]。目前,新型变频器都配置了通信接口,对各种检测到的信号和参数进行采集,实现上位机与变频器之间的通信功能,可以实现对输入信号的处理以及运行指令的下达,在需要高精度控制时,可将反馈信号反馈到变频器,构成闭环系统。以变频器为基础的变频技术在各个行业得到推广,充分发挥了其节能降耗、自动化控制、质量提高、减小维修、提高适应性等优势。

2.2变频技术

变频技术的基本原理就是通过调整电源的频率实现对电动机转速的控制。交流电动机主要包括同步电动机和异步电动机,其转速表达式为:n=60fp(1-s);其中s=n0-nn0,式中n表示转子速度,n0表示电机同步转速,s表示转差率,f表示电源频率,p表示电机极对数,通过公式我们可以发现,电源频率、极对数、转差率三个方面的改变可以实现电机的转速改变,其中变频调速是最稳定和简单的调速技术,这就需要发挥变频器的变频技术,实现对电动机的调速。在水泵等设备中,变频器主要采用VVVF控制方式,即保持电压和频率的比例系数不变,即改变电源频率的同时,对输出电压进行有效控制,从而保障电动机的磁通不变,这种变频调速技术叫作恒U/f控制。

3变频技术在供水系统中的应用

3.1水泵调速方案的选择

供水系统中的水泵运行过程中,输出扬程H和电机转速的平方形成正比例关系,在水流量为零的情况下,供水管道内部也要保持一定的水压。供水系统中的水流量随着用户用水量而产生变化,具有一定的随机性,因此,针对水泵电机主要通过控制水压实现供水控制。水泵也是一种减转矩负载,转矩与转速的平方成比例,转速降低,转矩也会减小,因此变频器可以通过SF模式实现对水泵转矩的调节。供水系统往往应用变频技术实现恒压控制,在这个过程中要求水压连续可调,可以通过PID调节器建立压力闭环控制结构,但是在保持电机动静态品质方面存在不足。这时候还可以采用内环为速度闭环的SF控制系统,改善恒压供水系统的整体性能[2]。

3.2变频恒压供水系统设计

基于变频技术的恒压供水系统结构如图2所示,应用PID调节器和变频器形成一个闭环控制系统,对系统的动态响应进行优化和改善,进一步提高供水系统的控制准确度。在变频恒压供水系统中,SF变频器调速控制系统为一种内环控制,在系统运行过程中,首先要启动主泵,供水管网中的水压需要达到设定数值,同时变频器的输出稳定在特定范围。当用户的用水量增加时,管道内的水压就会降低,压力变送器采集该信号,并传送给比较器,比较器将该压力数值与给定的压力数值做比较,将差值输入到PID控制器,经PID处理的数值再传入SF控制变频器,作为转差给定值,进而调整电动机的转速,实现对管道水压的调节,使其回复给定数值,系统稳定持续运行。在用水量增加过多的情况下,主泵的供水量难以实现闭环控制效果,则需要启动备用泵,如果用水量减少,也可以实现备用泵的自动切除。因此,在供水系统中应用变频器可以根据水压信号实现双位控制,进而保证供水质量。

4变频技术在供水系统中的应用效益

利用变频技术对供水系统进行全流量恒压控制,能够取得良好的运行效益,主要包括以下几点:第一,高效节能,变频恒压供水系统可以根据水压设定值,在水压发生变化时对水泵转速进行自动调节,从而保障供水效率,进一步减少电能损失;第二,供水压力稳定,系统采用的是闭环控制方式,能够根据系统水压和压力设定值差值进行自动调节,使得系统压力保持恒定,流量连续可调;第三,PID调节功能实现自动运行,通过压力传感器反馈的信号,进行相应的调节,并利用PLC技术进行压力值和PID相关参数的设定,通过PLC运算功能实现相关数据分析和处理,并且程序可以根据用户需求灵活调整;第四,“休眠”功能,系统运行时经常遇到用户用水量较小或不用水的情况,为了节能,系统具备可以使水泵具有暂停工作的“休眠”功能,当变频器频率输出低于下限时,变频器停止工作,当变频器频率达到设定启动值后启动水泵运行;第五,延长电机、水泵使用寿命,各泵均为软启动,消除了全压启动时的冲击电流,延长了设备的使用寿命,采用各泵循环软启动,促使各泵不会因长久不用而生锈或频繁使用而磨损[3]。

5结语

总而言之,变频技术是一种高新节能调速技术,应用在供水系统中,表现出良好的调速性能和节能效果,并且控制操作安全可靠,还能够根据用水量实时调节供水系统。各大水厂或供水企业需要根据具体区域的供水需求,积极应用变频技术实现供水系统控制功能的优化和完善,同时要做好变频器的维护和保养,使得变频技术能够在供水行业发挥更大的应用价值。

【参考文献】

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变频供水系统篇3

【关键词】变频器;恒压供水;PLC

1 供水系统分析及变频器的特点

人们在生活和工农业生产中离不开水,水是生命存活的必备资源,是关系到人类幸福指数的核心物质。随着社会的发展,人口数量不断增加,城市人口逐年提高,住宅楼向高层化、集中化进展,人均日用水量也在急剧增加,使得在用水高峰期供水压力不足,高层的建筑上不去水,而低峰期则压力过高,又造成能源浪费。而压力过高也存在着安全隐患,易造成爆管事故,同时影响正常供水和居民用水,给居民生活带来不便。

社会的发展也伴随着科技的创新,居民用水面临的上述问题能够得到很好的解决。为此,设计出变频器恒压供水方式。恒压供水,是供水系统保持供水压力恒定,使供水和用水之间保持平衡,即用水量多时供水量多,用水量少时供水量也少。这样就满足了在不同用水量状况时总能保持供水管网中的水压基本恒定,满足终端用水客户的需求。

变频技术是应交流电动机无级调速的需要而诞生的,变频器是把电网提供的工频(50赫兹)交流电变换成输出频率连续可调的交流电,以实现交流电动机平滑变速运行的设备。(三相异步电动机转速公式为:n=60f/p(1-s),f即为电源频率P为电机极对数 s代表转差率)交流电动机变频调速技术是一项广泛应用的节能技术,它可以实现设备的软起动和软停止,降低对电网的冲击,同时也降低了设备的故障率,大幅减少了电能的消耗,同时减少了机械磨损,确保系统安全稳定、长周期运行。

2 变频恒压供水系统的硬件组成及控制原理

变频恒压供水系统是由压力传感器、变频器、可编程序控制器(PLC)、水泵机组及若干辅助部件构成的闭环控制系统。

2.1 硬件的功能

压力传感器 压力传感器是将测得的压力信号转换成电信号的器件。是使用最为广泛的一种传感器,应用于各种工业自控环境中。压力传感器的精度直接影响系统的控制质量。变频供水系统中的压力传感器一般采用电阻式传感器或压力变送器,压力传感器的输出信号传递到变频器。

可编程序控制器(Programmable Logic Controller),也称为可编程逻辑控制器,简写为PLC。 是整个恒压供水系统的核心控制部件。PLC是以微处理器为基础,综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它使用可编写程序的存储器来存储指令,实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能。PLC的工作原理也就是通过对外部输入的状态进行检测、并对输入的数据进行运算和处理后,再输出控制量。它具有编程简单易学、工作可靠性高、安装维护方便等特点。

变频器 是一种将电网供电频率50Hz的交流电转换成输出频率连续可调的交流电的电气设备,是输出频率可调的电源。因为异步电动机的转速公式为n=60f/P(1-s),从中可以看出,改变电动机供电电源的频率f,可以实现电动机的无级调速。在恒压供水系统中变频器接收来自传感器采集的压力信号,通过变频器内部自带的采样程序及PID闭环程序与用户设定的压力构成闭环, 对终端设备电机(水泵)进行控制,以达到水泵恒压力供水的要求。供水系统中可以一台变频器控制多台电动机(水泵)即水泵组的运行,也可以每台变频器只控制一台电动机(水泵)运行。

水泵组 把电动机和水泵连成一体,通过调节电动机的转速来控制水泵水量和水压的变化,是恒压供水系统的执行机构。恒压供水系统中通常设置多台水泵(3台为例),供水量大时开启3台,供水量小时开1台或2台。每台水泵的出水管均有手动阀,以供维修和调节水量之用。水泵组中的水泵统一协调工作,以满足供水需要。

2.2 变频器恒压供水系统的控制原理

压力传感器检测管网压力,将压力信号转换为标准电信号送进变频器的模拟量输入端,与设定的压力值进行比较,并通过变频器内置的PID运算将结果转换为频率调节信号,以调整水泵电动机的电源频率,进而实现控制水泵转速,调节了供水系统的供水量,达到恒压供水的目的。

自动运行时,由PLC控制电动机的工频运行和变频运行继电器,依据条件进行增泵升压和减泵降压控制。每次运行先启动1#泵,当用水量增高水压下降,变频器输出频率增加至工频时,水压仍低于设定值,由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行,同时启动2#泵并进入变频运行,系统恢复对水压的闭环调节,直到水压达到设定值为止;如果用水量继续增加,当2#泵加速运行变频器输出频率达到工频时,水压仍低于设定值,由PLC控制切换至工频电网恒速运行,同时3#水泵启动变频运行,系统对水压闭环调节,直到水压达到设定值为止;当用水量下降水压增高时,变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值,停止该水泵的运行,系统恢复对水压的闭环调节,使压力重新达到设定值;当用水量继续下降,每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时,则将此泵停止运行,直到剩下最后一台变频泵运行为止。

系统还设置了手动运行模式,该模式主要用于系统出错或是变频器的故障检修。

3 变频器恒压供水的优势

1)采用变频器恒压供水系统,实现了真正意义上的无人值守全自动供水控制;

2)电动机启动电流从零逐渐增加到额定电流,启动时间相应延长,对电网没有较大的冲击;

3)系统实现了软启动,消除启动电流大的冲击,减轻了机械启动转矩对电机的机械损伤,延长了电机和泵的使用寿命;

4)可以消除启动和停机时的水锤效应;

5)系统可以按照需求来设定压力,系统根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵运行台数,使设备运行在高效节能的最佳状态,从而达到了节水节电节省人力的节能目的。

【参考文献】

[1]张威.PLC与变频器项目教程[M].机械工业出版社.

[2]张娟,吕志香.变频器应用与维护项目教程[M].化工工业出版社.

[3]肖朋生.变频器及其控制技术[M].机械工业出版社.

变频供水系统篇4

关键词:恒压供水;PLC控制;变频调速

中图分类号:TU976.4 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 08-0000-02

在高层建筑用户中,随着不同时间段,用户的用水量也在发生这变化。当用户用水量大的时刻,很容易引起供水量的不足,导致缺水的状况;到了夜间用户大多处于休息时刻,又引发供水过多的现象。因此,用水与供水市场无法达到平衡,这个不平衡就反映在供水压力上:用水大于供水,则压力低;用水小于供水,则压力大。供水压力保持了恒定,就能达到供水与用水的恒定,也就可以保障居民在不同时段用水变化时都确保用水稳定,安全,也能达到节能的效果。

一、高层恒压建筑的供水方式

过去住宅建筑供水总体可以分为两种:1.水塔水箱供水,将水输送到高层水塔,依靠自流的方式供给客户,使用这种方式下用户用水无法达到用水恒压的保证,并且高位水箱容易引发水质的二次污染,水塔占地面积大,投资成本高。2.气压罐供水,市政供水输送到气压罐,液体在气压罐内其他的压力的作用下传送给用户,这种方式的缺点是:水压的波动受气压罐上限和下限的约束,电机启动频繁,容易损坏设备。

变频调速恒压供水式的主要优点是:首先不存在水质的二次污染问题;解决了占地大,投资成本高的问题;一整套完整的闭环系统运行下,根据采集到的不同信号,进行判断,计算后,由PLC的控制下控制变频器动作,保证出水压力的恒定;电机的软启动,能够延长设备的使用寿命;具有高效地节能性;稳定安全的供水,满足用户在不同时间段的用水需求。

二、变频调速恒压供水系统的组成和工作原理

变频调速恒压给水体统示意图如图1所示。系统由一台PLC,一台变频器,压力传感器和水泵机组等组成。系统中包含三台电机,分别为M1,M2,M3,接触器KM1,KM3,KM5,分别控制M1,M2,M3工频运行,接触器KM2,KM4,KM6分别控制M1,M2,M3变频运行。在水泵出口母管处装设压力变送器和液面传感器,将压力信号送入PLC,PLC将接收到的信号进行比较,计算,并发出指令对变频器进行控制。如果检测得网管压力大于设定值,则系统不启动,当网管压力小于设定值时,系统启动。变频器带一号泵软启动,此时1#泵处于变频调速运行状态,变频器根据收到的信号随时调整水泵的转速。当1#水泵达到额定的转速仍不能满足水压值要求时,则该水泵自动切换到工频下运行,变频器则控制2#水泵,使之软启动并运行。以此类推,直到管网压力满足压力设定要求。在用水高峰过后,由于投入多台水泵而使管网压力超过设定值,系统根据先投先停的原则,一次停止1#水泵,2#水泵。先投先停的原则下可以实现对多台水泵的平均使用,有利于延长水泵的使用寿命。对于所有泵的起停控制,完全有管网压力决定。系统中包括有过载保护,欠压和失压保护,PE接地保护。

三、变频供水系统主要流程

在PLC控制系统中,变频器通过连接PLC对水泵电机出厂时压力点处设置的压力变送器为反馈信号,进行系统的闭环控制,同时为了配合突然情况改变的供水情况,可以人工手动频率控制。本次设计的主要流程是在系统正常,进入自动运行根据采集信号的判断,有PLC控制变频器进行水泵机组的增减水泵台数,控制运行水泵的工频,变频变化,系统发生问题则发出警报。

四、总结

我国的高层建筑供水方式越来越朝着高效节能、自动化高,稳定可靠的方向发展。变频调速技术凭借着显著的节能效果和稳定可靠的控制方式,在高层居民生活用水的恒压供水系统中广泛的使用。其优越性主要表现在:首先拥有明显的节能特性;二是在开、停机时使用软启动,减小了启动电流对电网的冲击,消除了水锤效应和供水水压对管网系统的冲击;最后减小水泵、电机自身的机械冲击损耗,延长设备使用时间,保障居民的稳定用水。

这套变频恒压供水系统是基于PLC和变频器,集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。系统运行时可靠的提高了供水系统的稳定性,同时系统具有良好的节能性,这在能源日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计该系统,在提高居民生活用水,保障社会和谐稳定发展具有重要的意义。

参考文献:

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[14]陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计,2007

[15]田庆才.变频器在恒压供水系统中的应用

[16]赵军华.基于通用变频器控制的恒压供水系统设计.2007

[作者简介]

贾传圣,男,江苏师范大学,教授

变频供水系统篇5

【关键词】双变频器;多泵;恒压供水

1.前言

糖厂的供水系统一般由若干台扬程相近的水泵组成,调节流量和水压的传统方法是,按需求的水压和流量用人工控制水泵运行的台数去控制。如压榨量为7000吨/日的糖厂,水泵的配置方案有多种,其中一种可行的方案是三台160kW和一台90kKW的水泵组成。系统运行时,传统的方法是,根据现场水压和流量情况由工人来决定投入水泵的数量和功率。若用水量大,水压低时,则增加投入运行的水泵;用水量少,水压高时,则切除投入运行的水泵。

2.变频恒压供水的控制方案选择

由于用水量随生产过程不同而变化,采用手动控制已很难满足生产要求,为使供水的水压恒定,最常见的办法是采用变频恒压供水系统,即通过管网上的压力变送器,将压力信号送到变频或PLC,构成压力闭环控制系统,管网水压由变频器调节控制。

对于多泵情况,有不同的控制方案,一种是“单变频带多泵”,该方案的特点是一个变频控制回路加四个电机直接起动回路共同控制四台水泵的投切,四台水泵中的任一台都可变频控制启动,保证永远有一台水泵在变频运行,这样不论用水量如何改变都可保持水压基本恒定。该方案初期设备投资较小,性价比高,但不足之处在于无备用系统,对变频的可靠性依赖过高,变频故障时只能停产维修,且变频器运行并切换到工频的过程中会造成管网短时失压。

另有一种控制方案,是“变频加软起带多泵”,该方案的特点是一台水泵一直连接在变频器上,其它水泵连接在软启动器上,水泵不需要在变频与工频之间切换,没有切换过程中的失压现象。软起回路由变频器输出信号控制启停。当变频器故障时,可用软起动器手动控制水泵的启停,保证供水不致中断。由于每台电机都有起动器,所以不需要再做备用系统,但初期投资较大,性价比低,且变频器故障时,只能通过软启动手动控制水泵的投切来调节水压,水泵只能运行在工频状态,无法达到水压调节的要求。

鉴于以上两种方案的优缺点,本文提出了一种基于PLC的双变频带多泵的供水系统,既满足了供水稳定的需要,又可减少设备初期投资,且维护和检修相对方便。

3.双变频带多泵具体方案分析

3.1“双变频带多泵”系统图

3.2控制简介

该方案由两个变频控制回路加四个电机直接起动回路共同控制四台水泵的投切。系统设置转换开关,可选择任意一个变频回路作为主用回路,另一变频回路为备用回路。主用变频回路连接到第一台水泵,控制其启动运行,当水压不够需要加泵时,变频器停止运行,自由停车,并输出信号到PLC,由PLC控制连接在第一台水泵的直接启动回路,利用水泵的惯性将第一台水泵切换到工频运行状态。切换后,变频连接到第二台泵,控制该泵起动并运行。照此方法,可用变频起动所有水泵。当水压过高,需要减泵时,由PLC发出信号切除工频运行状态的水泵。如果主用变频回路出现故障,系统自动切除该回路,并将备用变频回路投入运行,保证系统的安全性与稳定性。

3.3切换过程

因变频器的输出端不能连接电源,也不能在运行中带载分断,切换过程应按以下的程序进行。供水系统投入运行,当变频输出频率达到50Hz,并运行60秒后管网水压未达到给定值,此时,该台水泵需切换到工频运行,首先关闭该台水泵的电动阀,然后变频器自由停车,水泵电机惯性运转。考虑到电机中的残留电压,不能将电机立即切换到工频,而是要延时一段时间,等到电机中的残余电压下降到较小值,与电源电压不同相时造成的切换电流冲击较小时,才可切换。延时时间具体要看电机参数,一般在1秒内,根据现场实际调试,160kW水泵电机的切换时间约为0.6秒。关阀停车后,水泵电机基本上处于空载运转,到0.6秒时电机的转速下降不多,使切换时电流冲击较小。切换完成后,再打开对应电动阀。此时已停车的变频器切换到另外的水泵上起动并运行,再开该电机的电动阀,切换过程完成。

3.4控制系统的实现和注意事项

双变频带多泵恒压供水系统主要通过PLC控制实现,其输入信号有:水压模拟量反馈信号,各控制回路故障信号,电动阀开关信号及1KM1、1KM2、2KM1、2KM2、3KM1、3KM2、4KM1、4KM2、5KM、6KM状态信号。根据供水压力的要求,系统顺序控制各台水泵的运行状况,通过调节变频回路水泵的水量,达到恒压供水的要求。

变频器的输出端不能连接电源,且电机同时只能有一路控制,因此1KM1和1KM2、2KM1和2KM2、3KM1和3KM2、4KM1和4KM2、5KM和6KM之间要加联锁,这样才能保证系统安全可靠的工作。

采用变频供水方式要注意谐波的影响,过热保护整定值要根据实际情况整定,确保水泵安全可靠运行。变频自由停车时,电机残余电压的衰减时间一般为1~2秒,切换延时不是越长越好,延时短,残余电压高,速度降落少;延时长,残余电压低,速度降落大。选择延时需二者兼顾,以求得最小的冲击电流。如果要使切换过程无电流冲击,需采用同步切换方式,加入一些控制手段和控制元件即可实现,但要考虑经济上是否合算。

由于水泵的流量较大,为避免“水锤”效应,投入水泵应遵循“先开机,后开阀”;切除水泵应遵循“先关阀,后停机”的操作程序。若是小功率的水泵,因水泵的出水侧装有普通止回阀,其本上能自动保证以上的操作程序。

4.结束语

变频供水系统篇6

关键词:变频器 恒压供水系统 工作原理

l 引言

恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统,进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力,系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较,其差值输入CPU运算处理后,发出控制指令,控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

随着电力电子技术的发展,电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置,随着产品的开发创新和推广应用,使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术,而系统的控制装置采用PI 控制器,因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制,并可完成系统的数字PID调节功能,可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控,并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口,可与城市供水系统的上位机联网,实现城区供水系统的优化控制,为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

2 组成及工作原理

一般供水系统三台泵组成,每台泵的出水管均装有手动阀,以供维修和调节水量之用,三台泵为一台小泵两台大泵组成,小泵为1 5kW大泵为30kw,三台泵的协调工作以满足供水需要。系统组成如图1所示。

图1 供水系统组成框图

该系统由一台PI_CfD两台变频器、两个压力传感器、控制柜及相关设备组成。利用一台变频器可以控制两台30kWTJ

1#泵工频运转一般不能满足最小用水量,因此供水时首先投入1#泵和2#泵,2#泵工作在变频启动状态,随着压力会自动调节频率的高低以保持压力的恒定,在用水量不大时,2舟泵和1号泵同时工作可以满足要求,如果用水量增大,2#泵会自动切换到工频状态,并给PLC发出信号,继而变频启动3#泵30kW ,此时1#,2样泵工作在工频状态,3#泵工作在变频状态。由于3#泵的自动调节功能,从而保证系统的恒压。一般而言,三台泵同时投入是绝对能满足要求的。控制系统硬件组成图如图2所示。

注:M C1、MC2互锁,M C3、MC4互锁,MC6用于切断2#运行,MC7用于切断3舟运行。

如果3#泵工频运转压力不能满足要求的话,则该变频器会自动切除,退出工作,使3样泵处于工频。该系统组成简单,系统成本低,可靠性高。

3 系统功能

该系统选用FR一500日本三菱变频器。该系统中具有以下功能。

3.1自动切换变频/工频运行功能

变频器提供三种不同的工作方式供用户选择:

(1)方式0:基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率,控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。

(2)方式1:交替方式。变频器通常固定驱动某台泵,并实时根据其输出频率,使辅助泵工频运行,此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1一泵2,当变频器输出停止时,下一次启动顺序变为泵2_+泵1。

(3)方式2:直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时,变频器将该泵切换到工频运行,变频器启动下一台泵变频运行,相反当泵停止条件成立时,先停止最先启动的泵。

3.2 PID的调节功能

由压力传感器反馈的水压信号(4―20mA或一5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器),设定给定压力值,PID参数值,并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制,系统参数在实际运行中调整,使系统控制响应趋于完整。

3.3“休眠”功能

系统运行时经常会遇到用水量较小或不用水(如夜晚)情况,为了节能,该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能,当变频器频率输出低于其下限时,变频器停止工作,2#、3#泵不工作,水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵,当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3样泵,当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3并泵的转速。“休眠值”变频器输出的下限频率PR 507设置。“休眠确认时间”用参数PR506设置,当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时,即tdtn时变频器将进入休眠状态。“唤醒值”由供水压力下限启动,当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。经测试“休眠值”为l 0 H Z; “休眠确认时间”td:20 S: “唤醒值”7O% 。

3.4通讯功能

该系统具有计算机的通讯功能,PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7―200计算机可以与一套或多套系统进行通讯,利用计算机同时可以监测:电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。此外该系统还具有手动/自动操作,故障报警,运行状态,电流,电压、频率状态显示缺水保护等功能。

4 系统的节能分析

节能的功率可用下式表示:p=p(0.4+0.6x―x3)其中x=Q/QO=N/N0:Q为实时水量:QO为满负荷的水量;P为满负荷的功率:NO为额定功率;N为实时功率。这里通过运行观察,统计出三台泵一天之内的运行时间为:1#泵24小时;2#泵大致运行19/J\时:3#泵仅运行13/J\时。如果按360天计算利用阀门来调节功率为:(30×2+15)×24×360=648000kWh;利用停止泵运转方式为:[(1 5×24)+(30×1 0)+(3 0×1 3)】×3 60=378000kW:利用变频工作时:3样泵始终处在状态为13d\时:2#泵变频工作为7小时(3群泵不工作,2#泵工作时间);如果水量调N8o%时计算两个泵节电量为:P×h=30X(0.4+0.6×0.8―0.83)×(13+7)X360=10800kWh:这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为:648000―475200+79488=280800kWh;按每度电0.4元计算,每年可节省电费:280800×O.4=1 12320元。可见每年可节省电费约10万元左右。

5 结束语

(1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率,而达到调节水泵转速改变水泵出口压力,比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式,具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

(2)由于变量泵工作在变频工况, 在其出口流量小于额定流量时,泵转速降低,减少了轴承的磨损和发热,延长泵和电动机的机械使用寿命。

(3)因实现恒压自动控制,不需要操作人员频繁操作,降低了人员的劳动强度,节省了人力。

(4)水泵电动机采用软启动方式,按设定的加速时间加速,避免电动机启动时的电流冲击,对电网电压造成波动的影响,同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

(5)由于变量泵工作在变频工作状态,在其运行过程中其转速是由外供水量决定的,故系统在运行过程中可节约可观的电能,其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显,所以系统具有收回投资快,而长期受益,其产生的社会效益也是非常巨大。

变频供水系统篇7

关键词 恒压供水 变频调速 PLC

中图分类号:TP273 文献标识码:A

1设计内容

变频调速是一种新兴的技术,将变频调速技术用于供水控制系统中,具有高效节能、水压恒定等优点。通过控制系统的设计,初步掌握交流变频调速控制系统设计的方法。

2设计资料及要求

一楼宇供水系统,正常供水量为30m3/小时,最大供水量40m3/小时,扬程24米。采用变频调速技术组成一闭环调节系统,控制水泵的运行,保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时,水泵电动机速度发生变化,改变流量,以保证水压恒定。设计要求:设二台水泵。一台工作,一台备用。正常工作时,始终由一台水泵供水。当工作泵出现故障时,备用泵自投。二台泵可以互换。给定压力可调。压力控制点设在水泵出口处。具有自动、手动工作方式,各种保护、报警置。

3系统的工作原理

变频恒压供水系统主要是由PLC、变频器、PID调节器、压力传感器、动力控制线路、2台水泵以及各种电气控制元件等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯、按钮、转换开关来了解系统运行状况和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器,把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器,经运算与给定压力参数进行比较,得出一调节参数,送给变频器,由变频器控制水泵的转速,调节系统供水量,使供水系统管网中的压力保持在给定压力上。当供水负载变化时,输入电机的电压和频率也随之变化,这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。通过PLC实现变频器的启停、故障报警和备用泵自投。在手动状态下,不再使用变频器,直接手动启停水泵。

控制电路的总开关为SB0,按下SB0按钮,这时常闭触点0000断开,整个控制电路复位,所有控制方式都需要重新选择。

工作方式选择:分别闭合总电源开关QF1,控制电路电源开关QF2,变频器电源开关QF3,手动控制方式与自动控制方式处于互锁状态。若要选择手动操作方式按下点动按钮SB1,这时常开触点0001闭合并自锁,同时无法选择自动控制方式;若选择自动控制方式则不按下点动按钮,这时变频器会启动,会看到L1灯亮表明变频器开始工作。

手动启停水泵:分别闭合总电源开关QF1,控制电路电源开关QF2,变频器电源开关QF3 ,按下SB1开关,此时触电0001被接通,并自锁,同时切除自动状态的功能,选择手动工作方式。按下SB2启动1号泵工作,触点0002被接通,辅助继电器1002导通并自锁,启动1号泵工频工作。按下SB3手动停止1号泵,常闭触点0003断开,切断辅助继电器1002,1号泵停止工作。2号泵同理。

主用泵选择:如选择1号泵为主用泵,则将其选择开关SB6按下,此时触点0006被接通,内部辅助触电1004导通,选择1号泵为主用泵,2号泵为备用泵。如选择2号泵为主用泵,则将其选择开关SB7按下,此时触点0007被接通,内部辅助触电1005导通并自锁,选择2号泵为主用泵。

自动状态:按下启动按钮SB8,触点0008接通,PLC内部触电1000被接通并自锁,此时如果选择1号泵为主用泵则0502触电被接通,1号泵正常工作,2号泵为备用泵;按下自动停止按钮SB10,则PLC内部常闭触点0010被断开,内部触电1000被断开,此时可断开0502和0504输出继电器,可使整个系统停止运行。

水泵热继电器故障:输入端子FR1动作,接通触点0011,经过5s延时,使输出继电器0506接通,点亮L6,同时切断1号泵,2号泵自投。2号泵同理。

液位压力过低:输入端子30A动作,接通触点0013,经过5s延时,使输出继电器0508接通,点亮L8,蜂鸣器发出声音,同时变频器停止工作。

4操作使用说明书

手动启动:分别闭合总电源开关QF1,1号泵电源开关QF4,控制电路电源开关QF2,按下SB1选择手动工作方式。按下SB2启动1号泵工作,按下SB4启动2号泵工作。

手动停车:按下SB3停止1号泵工作,按下SB5停止2号泵工作。

自动方式:分别闭合总电源开关QF1,控制电路电源开关QF2,变频器电源开关QF3 ,不按下SB1时默认为自动工作方式,如选择1号泵为主用泵,则按下SB6。如选择2号泵为主用泵,则按下SB7。

自动启动:按下启动按钮SB8,则系统可自动工作。

自动停止:按下自动停止按钮SB10,则可使整个系统停止运行,变频器自动关闭。如长时间不用最好切断电源QF1、QF2、QF3。

变频供水系统篇8

关键词:恒压;变频;供水系统

现代电力应用中,对我国的国标电力50Hz的频率进行改变从而实现的交流电控制手段被称为变频技术,整个技术的核心元件是变频器装置。通过变频器可以对我国50Hz的交流电进行频率改变,以此来实现电机转速的调节变化,即通过变频器的运用将国标50Hz的交流电变化为频率在30Hz到130Hz之间的浮动变化。同时,电压的应用范围也扩大至142v到270V之间,从而实现负载的合理利用,并达到一定降低功耗、减小损耗、延长设备的使用寿命的效果。

下面一起来认识一下基本解决台站职工生活用水问题的变频恒压供水系统。

1 系统的组成

系统组成如图1所示。

由图1可以看出:1台最新性能PID变频控制柜、1个3吨的储水箱、1个压力罐、1个压力表和2台水泵并联组成了尖端加压供7k系统。系统设计可以自动运行来保证用户的恒压不定量用水需求,同时保证整个供水管网压力始终稳定,系统始终处在一个相对高效节能的环境下,运用变频器的目的是自动调节水泵的运行速度并调动单台或者多台的水泵参与系统的运行或者停止,从而使得整个供水系统始终保持在一个较为理想的恒压环境下,操作简单。

1.1 恒压供水变频控制柜

恒压供水变频控制柜主要由蓝智(LANZ)变频恒压供水控制器和深圳市英威腾电气股份有限公司生产的变频控制器组成。一体化主板式结构、除液晶显示弹性镀金插针外无任何多余线路插针或排线连接,适用EN,ANSI,UL,ASTM,ISTA国际运输及仪器设备运行震动标准。整板设计,故障点少、电气结构性能更稳定。线路板全面三防(防潮、防盐雾、防霉)处理,以此来保证电子线路的元器件始终保持在干燥稳定的环境下,以免受到侵蚀,提升设备的稳定性和安全系数。

变频控制柜是整个系统的核心。其主要功能及功能参数表如下:

(1)主要功能。整机简约设计,操作方便,内容丰富。在面板上可以任意手动、自动控制任何一台泵。工频、变频运行双色灯区别指示。

全液晶中文参数显示,数据清晰可见,有故障系统自动发生声光报警,并提供设备供应商联系方式。便捷的故障查询功能:可保存10条故障信息,方便了解控制器系统的运行情况。具备时间、日期和密码设定功能。选用模糊控制手段,对系统参数进行合理优化,整个系统容易上手,设备反应快,精细化程度高,切换泵时对管网压力冲击小。系统有定时换泵功能,从而避免水泵长时间运行,科学分配泵组运行时间,提高水泵寿命。

超高压力、无水、压力信号、防爆压力等自动检测功能,避免爆管和设备损坏,安全稳定。

故障自动检测屏蔽功能,系统判断出某一台水泵无法工作的条件下,可以自动跳过该水泵,对其余的水泵根据需要开机。

可以根据实际的用水需求相应调节系统压力,压力调节精度达到小于+0.01MPa。

反馈信号全部采用光电隔离,抗干扰功能更强大。

完善的变频器和电机电路保护系统,有效地实现了系统自动运行。

系统内所有的水泵互为主备,并自检故障水泵,可按新的需要组合控制。

(2)功能参数表,如表1所示。

1.2 储水箱

该5立方储水箱采用不锈钢材质,有1个自来水进水口、1个方便清洗水箱或对水箱进行维修时的排水口、1个浮球阀和1个磁浮子式液位计。

(1)浮球阀是由曲臂和浮球等部件组成的阀门,可用来自动控制水塔或水池的液面。具有保养简单,灵活耐用,液位控制准确度高,水位不受水压干扰且开闭紧密不漏水等特点;(2)液位计是物位仪表的一种。用来测量容器中液体介质的高低。

1主1副2台水泵均采用台州新界机电有限公司生产型号为Y68022三相异步电动机。额定功率1.1kW、额定电压380V.额定电流2.51A、频率50Hz、额定转速2800r/min、重量仅为12kg。

1.3 压力罐设备

所谓压力罐,即通过对密闭罐体内的空气进行增减压来维持贮水量变化时罐体相同的水压,因此也可以称之为气压给水设备。压力罐是整个系统的重要元件,连接水泵和供水管网,开启水泵后,水泵一边向系统内用户供水,一边向压力罐供水,压力罐水位的不断上涨使得罐内气体不断被压缩,管网压力也随之增加。当压力增长到系统预先设计的数值时,罐体顶部的压力气表接通触点,系统发出信号,水泵供电电路断开,停止工作。当管网用户用水量持续增大,在压缩气体作用下,储水罐内的水被不断压入管网系统,随着压力罐水位降低,罐体体压力也在不断减小。当压力进一步缩减至压力数值下限时,电接点压力表发出指令,水泵导通,开始工作。一般情况下,整个系统处于无人值守状态即可,系统依照用水量变化,自行调节水泵的导通和断开状态,从而保证系统压力降低时水泵可向管网供水。我台设计系统选用的压力罐为隔膜式压力罐。

1.4 远传压力表

远传压力表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。因为在电阻远传压力表内部设置一滑线电阻式发送器,故可把被测值以电量传至远离测量的二次仪表上,以实现集中检测和远距离控制。

2 系统的特点

2.1 有效地杜绝了水压不足的问题

稳压变频装置的运用使得所有的用水设备都能保持水压的始终恒定。密闭的系统环境,从根本上杜绝了传统屋顶水箱密封性差的缺陷。取代传统的屋顶水箱供水方式,消除了水污染的源头。相应地降低了建筑成本,提高了建筑物屋顶等方位的利用率。取消传统的屋顶水箱,使建筑受力减小,使得建筑物的建筑成本降低。

2.2 节约电能,缩小占地面积

采用变频技术,水泵根据实际用水需求自动调节转速,提高了设备的效率,并且系统不需要庞大的屋顶水箱和远距离传输管线,施工量和施工期都大为缩减。

2.3 全自动化控制系统

系统全部实现自主研发,菜单多样性,可以根据实际用水量实现水压的精确控制。专用自主开发,具有多样化功能,能够提供尖端水准的精密控制。

3 实际使用中存在的问题

系统的设计理念为:当水压达到设定压力后,水泵停止工作,进入休眠状态;当压力下降到唤醒压力时,启动水泵工作。

商丘骨干发射台台站主楼为3层,而变频供水系统安装在室外空阔的地方,系统的出水口距离主楼约50米。

系统安装初期,3楼用水明显感觉水流忽大忽小,水压不稳。后经过与厂家沟通,通过在1楼放水做实验发现:如果一直用水,则电机一直高速运转,水压相对恒定。通过多次微调变频控制器的设定压力、休眠频率、休眠延时、唤醒压力、变转工延时、工转变延时等关键参数,水压逐渐趋于平稳。

4 结语

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