变频供水设备范文1
关键字：变频供水设备循环软启动深水井生活消防合用
1.引言
随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活及高层建筑生活消防供水系统。
2.变频供水设备的使用现状
2.1普通循环软启动变频供水设备
该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC(或变频控制器)，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2～4台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵转为工频运行，变频柜再软启动第2台泵，若流量还不够，第2台泵转为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过设定切换时间(一般设为1--2天)，变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。为达到更好的节能目的，多功能变频控制器设有双恒压接口，系统可实现双恒压供水功能。该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7.5kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合，如循环水系统。
2.2带小流量泵的循环软启动变频供水设备
当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300～1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15kW左右，系统的零流量频率f0一般为25～35Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：①变频主泵+工频辅泵；②变频主泵+工频辅泵+气压罐；③变频主泵+气压罐；④变频主泵+变频辅泵+气压罐。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1～2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3～6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5～3kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计，系统控制流程见图1。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PID调节器发出低频切换信号，延时后，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PID调节器发出满频信号，延时后，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。以杭州某住宅小区变频供水系统为例，生活主泵配QDG30?20×3立式多级泵2台，单台Q=30m3/h，H=60m，N=11kW，小泵配QDL4.8-8×6立式多级泵1台，Q=4.8m3/h，H=48m，N=1.5kW。在用水非高峰时，主泵运行小流量频率平均为30Hz，电流为6.5A，采用小泵时小流量频率平均为35Hz，电流为2.5A，按每天小流量运行时间15h计算，每年可节电3800kW•h。
2.3全流量高效变频供水设备
对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL～1/3Qm时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3Qm～1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。变频柜控制核心由PLC和多功能PID调节仪构成。系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。
2.4深水井变频供水设备
目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜间小流量"费电"问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率fL一般在28Hz以上。如30kW的潜水泵，小流量频率按30Hz计算，每天夜间近6h内约有50kW•h电能"浪费"，一年就是18000kW•h!这还未计入白天小流量时的用电。为解决小流量耗电问题，可增配1台直径600～1200的囊式气压罐，一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率fL。变频柜控制核心仍为PLC和多功能PID调节仪，当系统用水量变小，运行频率降至小流量频率fL时，系统进入小流量变频稳压状态，同时PLC自动计算潜水泵启动次数，若小时启动次数D≥12次，系统则回到潜水泵变频恒压供水状态。
2.5生活消防合用变频供水设备
对多层建筑，《建筑设计防火规范》GBJ16-87第8.1.2条规定"消防给水宜与生产、生活给水管道合用"。但对高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.1条规定"室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置"。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群)，生活消防压力差别不大，若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点： (1)生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。 (2)生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵,且便于设备管理和维护。(3)设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。(4)水泵软启动软停车，无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有1台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。
3.结论
(1)生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能"浪费"，达不到预期目标。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。
变频供水设备范文2
关键词：无负压，变频供水设备
中图分类号： TU731.5 文献标识码： A 文章编号：
引言 在北京自从非典后无负压成套供水设备应用渐多，逐渐占据了一定市场比例，近年来关于建筑给水选用无负压还是变频供水一直存在争论，两种方案都有各自的优点与不足，以下结合本人在工作中碰到的实际案例进行讨论。
一、 无负压供水技术的工作原理：
无负压供水设备采用微机控制变频调速实现恒压供水，其中的负压补偿系统克服了对管网的不良影响，无负压供水设备设定某一压力值，启动流量控制器调节市政进口压力，避免产生负压。自来水管网的水进入稳流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水，当自来水管网压力不能满足要求时，系统压力信号由远传压力表反馈给变频控制器，水泵运行，并根据用水量的大小自动调节转速恒压供水。水泵供水时，若自来水管网水量大于水泵流量时，系统保持正常供水，用水高峰时，若自来水管网水量小于水泵流量时，稳流罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了自来水管网不产生负压，用水高峰过去后，系统恢复到正常供水状态。当自来水管网停水或用水高峰时间过长造成稳流罐液位不断下降，液位探测器信号发出报警信号反馈给变频控制器，水泵自动停机，以保护水泵机组。负压解除后，系统自动恢复正常运行。夜间小流量供水且自来水管网压力不能满足要求时，稳流罐可以贮存并释放能量，避免了水泵频繁启动。
无负压供水具有以下优点：首先，节能，无负压设备有效地利用了市政自来水原有的压力，节能效果显著；其次，安全卫生，无负压成套设备采用全密闭设计，杜绝了自来水与空气接触，无二次污染；第三，节省机房占地面积，因为不需要水箱且所有设备集中在一个安装底板上，无负压成套设备所需安装空间大幅减少；第四，节省管理维护费用，不需定期清洗水箱，水质检测费用减少。
无负压供水同时存在以下不足：首先，它的供水可靠性不高，它缺少蓄水水箱，稳流罐体积小，市政供水一有故障，整个设备将瘫痪建筑物处于停水状态。其次，由于直接从市政管网抽水，尽管可以解决负压问题，但必须取得主管部门批准。这是因为抽水时可能产生的负压会干扰水力工况，影响周围用水，甚至造成管网破坏。无负压供水技术由于有其自身的局限性，在下列条件下仍无法正常使用：①城市给水管网经常性停水的区域；②城市给水管网可利用水头过低的区域；③城市给水管网供水波动过大的区域；④使用无负压给水设备后，对周边现有（或规划）用户用水会造成严重影响的区域；⑤供水保证率要求高，不允许停水的用户；⑥凡可能对市政管网造成回流污染危害的行业，如医院、制药、化工等。
以下用北京海淀区三环附近的一个项目为例，分析比较无负压与变频供水设备的选用过程：
工程概况：总建筑面积9万平米，地下三层、地上四层，地上20米、地下15米，2-4层为写字楼，1层、负一层为商场，负二、负三层为车库、设备用房及配套用房，屋面有大面积的屋顶绿化。
生活水水源为市政自来水，附近市政管网压力稳定、主管管径DN600，供水管径DN200，压力不小于2.0kg。为便于管理，甲方要求，1层及地下为市政自来水直供，2-4层选用无负压或变频供水设备供水，流量为10 m3/h。给水机房位于负三层。下表为选用无负压或变频供水设备各项对比表。
变频供水设备 无负压供水设备 二者对比情况
供水方式 使用水箱，市政自来水过来后全部放入水箱中，通过水泵加压后供给用户 设备与自来水管道直接串接加压供水，可充分利用自来水原有的压力。
占地面积 4X3X2.5水箱及泵组、紫外线消毒器等共需80 m2。 20 m2。 无水箱且所有设备集中在一个安装底板上节省60m2，腾出的空间可以做为库房或停车位。
水泵选型 扬程48m，流量10 m3/h，功率5.5KW两台（一用一备） 扬程28m，10 m3/h，功率2.2KW两台（一用一备）
供水质量 市政管道中的水源本来已经是经过消毒处理的，全部放入水池或水箱中再次加压，这样就增加了一次水源的污染；各种杂物极易进入水池或水箱中，严重污染水源。 设备跟市政管网直接串接，经过消毒处理自来水经过设备加压后直接供给用户跟空气没有任何接触，密封连接，水源没有任何污染，水质质量好，用户可以喝到符合卫生标准的饮用水。 /
节水情况 经常出现跑、冒、滴、漏的现象； 2、每年的清洗、消毒会浪费大量的水资源。 全封闭结构，杜绝了跑、冒、滴、漏，清洗等浪费水资源的现象。 /
前期投入 450000元 500000元 无负压比变频前期投入高：50000元
节能情况 办公区水泵的扬程是48m，流量10 m3/h，功率是5.5KW（一用一备）。每年用电金额为：1台泵*5.5千瓦*12小时*365天*1元/度电=24090元
水泵扬程高，功率大，耗能大，设备运行费用高，使用不经济。 办公区水泵扬程为28m，10 m3/h，功率2.2KW（一用一备）。每年用电金额为：1台泵*2.2千瓦*8小时*365天*1元/度电=6424元
水泵的选型小，扬程低，功率小，耗能小，运行时间短，设备运行费用低，节能效果明显著. 节省17666元
安装情况 设备使用水箱，工程量大，施工、安装麻烦，工期长，设备占地面积大。 成套设备出厂，到现场后，用户的自来水进水管和出水管直接与设备对接即可，安装简单，施工周期短，占地面积小。 /
节省清洗费用
传统变频水箱要求每年清洗两次，清洗费用每次按4000元算，则两次清洗费用为8000 元。变频供水设备还存在跑、冒、滴、漏、渗水等现象。 成套设备为全封闭结构，跟空气完全隔绝，采用食品级不锈钢材质，并杜绝了跑、冒、滴、漏、渗、等浪费水资源的现象，节省了清洗费用。 节省8000元
节省
检
测
费
用 变频水箱每年次进行清洗后都需进行水质检测，一个进水口，一个水箱，一个末端，共3个点，按1500元/点计，则检测费用为1500元×3=4500元，如按卫生局要求每年清洗两次的话，则验水费用为9000元；水箱需用紫外消毒器，每年需要更换消毒灯管等费用约1000元左右。 无负压设备每两年检测一次，一次检测三个出水点，检测费用为1500元/个＊3个=4500元，每年只需2250元；且无负压供水设备无需使用紫外消毒器.节省更换费用。
节省7750元
综上所述：无负压供水设备的前期投入比变频供水设备高：50000元；
无负压供水设备比变频供水设备每年可节省费用：17666+8000+7750＝33416元
这仅是一年的费用，无负压设备的生命周期为15—20年
综上所述，在建筑给水中选用无负压还是变频供水设备需要视实际情况而定，不仅要考虑建筑物本身的建筑特点、功能需要还要考虑周边的现有市政条件、主管部门意见、城市规划发展可能带来的变化等等，如条件满足可优先选用无负压设备，在选择前要进行详细的技术经济分析才能得到满意的结果。
参考文献
[1] 刘昱,王倩.对建筑给排水设计过程中出现问题和解决策略的研究[J].管理与财富,2009(9):47～48.
变频供水设备范文3
关键词： 变频供水 节能消防变频
1 前言
近几年来，随着微机应用技术在我国的发展，变频调速恒压供水装置在一些大型的宾馆、写字楼、综合楼等建筑中开始应用。这种装置，有着突出的节能特点，与同容量的普通水泵相比，日常运行的电费要少得多，且运行可靠，设备简单，占地少。这些优点，对于小区给水来说也是颇有吸引力的。以下结合我们多年来的实践经验，对几种变频供水设备的应用及其控制方法进行介绍，并分析探讨变频供水设备的优化完善，供同行及用户在设计，改造，选型时参考。
2普通循环软启动变频供水设备
该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组，循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC，多功能PCS-PID调节仪，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2~3台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：
平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵倒为工频运行，变频柜再软启动第2台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。
另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过24h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。为达到更好的节能目的，多功能PCS-PID调节仪设有双恒压接口，系统可实现双恒压供水功能。
该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7．5 kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合．如循环水系统。
3 带小流量泵的循环软启动变频供水设备
当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300～1 000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15 kW 左右，系统的零流量频率一般25～35 Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：①变频主泵+工频辅泵；②变频主泵+工频辅泵+气压罐；③ 变频主泵+气压罐；④变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1～2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3～6 m3／h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1．5～3 kW。小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。
变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计，系统控制流程见图1.平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PCS-PID调节器发出低频切换信号，延时2min，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PCS-PID调节器发出满频信号，延时5min，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。
以某单位住宅小区变频供水系统为例，生活主泵配QDG30-20×3立式多级泵2台，单台Q=30m3/h，H=60m，N=11kW，小泵配QDL4.8-8×6立式多级泵1台，Q=4.8m3/h，H=48m，N=1.5kW。在用水非高峰时，主泵运行小流量频率平均为30Hz，电流为6.5A，采用小泵时小流量频率平均为35Hz，电流为2.5A，按每天小流量运行时间15h计算，每年可节电3800kW・hc
4全流量高效变频供水设备
对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL～1/3QM时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3QM～1/2QM.特殊情况下还增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。
5 深水并变频供水设备
目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车。故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜间小流量“费电”问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率fL一般在28Hz以上，如30kW的潜水泵，小流量频率按30Hz计算，每天夜间近6h内约有50kW・h电能“浪费”，一年就是18000kW・h！这还未计入白天小流量时的用电。
为解决小流量耗电问题，还增配1台Φ600～1200的囊式气压罐，一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率fL。变频柜控制核心仍为PLC和多功能PCS-PID调节仪，当系统用水量变小，运行频率降至小流量频率fL时，系统进入小流量变频稳压状态，同时PLC自动计算潜水泵启动次数，若小时启动次数D≥12次，系统则回到潜水泵变频恒压供水状态。
6 生活消防合用变频供水设备
对多层建筑，《建筑设计防火规范>GBJ16―87第8．1．2条规定“消防给水宜与生产、生活绐水管道合用”。但对高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范)GB50045―95第7．4．1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群)，生活消防压力差别不大．若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点：
(1)生活消防泵组定时轮换运行．不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。
(2)生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵组，且便于设备管理和维护。
(3)设备自动化程度高．供水稳定可靠，且水质无二次污染。
(4)水泵软启动软停车．无冲击和超压危害。
系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择．并留有1台备用泵．扬程一般按消防设计压力选择。另外还应注意的有以下几点：
(1)应设消防接口，如有消防报警系统应设24 VDC无源启停接口．如为消防按钮开关控制，宜留交流200 V有源接口。
(2)直有消防时确保消防用水的技术措施，如在生活总管上安装电磁阀，消防时关闭生活用水。
(3)应设水位接口，消防低水位报警，并关闭生活用水。
(4)应有双恒压功能，即平时低恒压生活供水，消防时自动转入高恒压消防供水。
(5)消防时应限制退泵操作．以防止压力不稳。
7变频供水设备的优化及探讨
7.1计算机远程管理GPRS无线抄表系统
变频供水系统设计配套有计算机远程抄表功能，设在泵房现场的采集系统将水箱、水池液位、管网压力、供水流量及用电量的实时数据通过无线数据终端传送到监控管理中心计算机，分别以组态动画和报表形式直观显示出来；并自动统计日、月、年累计供水量、用电量及每吨水耗电量；
7.2计算机远程管理GPRS无线水质安全监测系统（PH值、浑浊度）
系统设计配套浊度（NTU）在线监测设备，对水源浊度和PH值数据进行实时监测，如因水箱、水池污染或市政水源浊度和PH值预超出标准要求时，现场设备及监控中心计算机立即报警。此时，由计算机程序自动远程遥控或提醒值班人员在合适的时间内点击鼠标执行水箱清洗程序(饮用水浊度值应
7.3智能无线RTU终端柜（服务器）
7.3.1支持双频GSM/GPRS
7.3.2透明数据传输与协议转换：内嵌完整的TCP/IP协议栈，提供RS-232/485接口，提供透明传输；
7.3.3支持数据中心动态域名或IP地址访问；
7.3.4数据终端支持永远在线、空闲下线、空闲掉电三种工作方式；
7.3.5支持短信和打电话唤醒功能；
7.3.6支持断线自动重连功能；
7.3.7支持本地和远程图形界面配置与维护；
7.3.8带有电源、连接状态、运行情况指示灯；
7.3.9多重软硬件可靠设计，看门狗技术使设备安全运行；
7.4变频供水系统GPRS无线远程计算机管理调度中心
7.4.1系统设计配套的GPRS无线远程计算机管理调度中心，预设在“风情港・世纪广场”物业办公室。实现对系统运行全面监测，真正做到机房无人值守，便能掌握整个系统工作状态，并可进行计算机操作远程维护；
7.4.2设有系统监控专用计算机，数据报表打印机。在计算机上以逼真直观的动态画面，显示系统运行状况，如水质数据、供水流量 、压力、水箱液位、泵组启停状态、电压、电流、电量、变频频率、故障报警等信息。使贵方物业管理部门能更早、更快的了解设备运行状态，得到及时维护保养和维修服务，更加强调了饮水安全卫生及和设备运行安全稳定性。
8 结语
变频供水设备范文4
关键词：PLC；变频恒压；供水系统
中图分类号：TU99 文献标识码：A
PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果以及明显的节能效果。某水厂工程规模为24万吨/日，目前为12万吨/日。供水泵房安装卧式离心泵6台，其中4台250kW、380V水泵，2台315kW、380V水泵，每台泵出口装有一个电动蝶阀。出厂主水管装有压力传感器。供水管网安装压力测量装置，通过无线数传设备传至中控室。
1 变频恒压供水技术
变频恒压供水系统；它主要有PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制线路以及泵组组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。目前恒压供水调速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。
在短短的几年内，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程。早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。虽然单泵产品系统设计简易可靠，但单泵电动机深度调速造成水泵、电动机运行效率低，而多泵型产品的投资更为节省，运行效率也高，被实际证明是最优的系统设计，因此很快发展成为主导产品。
2 变频恒压供水控制方式
2.1 带PID回路调节器和/或PLC的控制方式
在该方式中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入PLC或PID回路调节器经计算后，输给变频器一个频率控制信号。
由于变频器的频率控制信号是由PLC或PID回路调节器给出的，所以对PLC来讲，就要有模拟量输入/输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的PLC价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的PLC，则要在其数字量输出口端另接一块PWM调制板，将PLC输出的数字量信号转变为模拟量。这样，PLC的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的PLC和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的PLC差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
2.2 新型变频调速供水设备
针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切换卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。这些产品将PID调节器以及简易PLC的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对PLC存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失真，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，在满足工艺要求的情况下应优先采用。
2.3 供水专用变频器
供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值（MPa）。
系统供水有两种基本运行方式：变频泵固定方式和变频泵循环方式，固定方式可选择"先开先关"和"先开后关"两种水泵关闭顺序，循环方式以"先开先关"的顺序关泵。
3 水厂变频恒压供水控制系统
3.1 系统结构
系统主要由ABB公司的PLC控制器、变频器，施耐德公司的软起动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。
水厂二级泵系统有250kW水泵电机4台，315kW水泵电机2台，系统采用一台变频器控制多台水泵以循环方式工作，6台电机均可设置在变频方式下工作。中心控制器为PLC，以设定压力和反馈压力为控制目标，以PID为控制算法组成闭环控制系统。
系统实时采集水网参数、电网参数、电机温度、设备运行状态，达到优化运行、可靠保护、确保供水、节约电耗。以清水池水位、出口总管网水压为控制目标，以供水时间、季节为参考值，合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水压、节电供水之目的。
系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好运转，达到延长电机使用寿命的目的。
系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机正常运转工况。配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。
3.2 系统功能
水厂变频恒压供水控制系统是通过主水管网压力传感器测到的管网压力，经PLC的PID运算后，将控制信号送至变频器，调节变频器的输出频率，实现管网的恒压供水。为防止水锤现象的产生，泵的起停将联动其出口阀门。控制系统参见图2。
供水系统可实现以下功能：
（1）全自动平稳切换，恒压控制
①自动投切泵
泵的自动投切只有在PLC全自动控制方式下才能实现。变频器输出频率上、下限设为50Hz、30Hz。当变频器频率升至50Hz或降至30Hz，管网压力仍不能满足要求时，PLC将执行投/切泵程序。
当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器频率升至50Hz也不能保证管网的水压时，控制器的压力下限信号与变频器的上限信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍不能达到管网的压力要求时，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。
当用水量减小时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效（即输出频率为30Hz），这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，每台泵的电机累计运行时间可显示。
②起动程序
先检测清水池的水位和水泵真空度，如果水位达到起泵水位，水泵真空度已形成，则起动起泵程序，起动水泵。若水泵真空度不足，则先起动真空泵抽真空，如果真空度形成，同时清水池的水位也达到起泵水位，则可以开阀，起动水泵。如果抽真空失败或清水池的水位低于低水位，则关闭真空泵（只有抽真空失败时），停止起泵并报警。
③投泵程序
当变频器升至50Hz，而管网压力仍低于压力设定值时，PLC将开始计时，在规定时间内，若管网压力达到设定压力值，则PLC放弃计时，继续变频调压；若管网压力仍低于设定压力值，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。
④切泵程序
当变频器降至30Hz，而管网压力仍高于压力设定值时，PLC将开始计时，在规定时间内，若管网压力降低至设定压力值，则PLC放弃计时，继续变频调压；若管网压力仍高于设定压力值，PLC将切除恒压泵，同时变频器频率将升高，以满足管网压力要求；若管网压力仍高于压力设定值，PLC将会依次切除恒压泵，直至管网压力达到设定值。
⑤投切顺序
泵的投切将遵循"先投先切、先切先投"的切换控制方式。即水泵在切换时，PLC根据其运行状况，将其自动排列至运行队列或待运行队列中，在下次切换时，PLC将根据其排列顺序，自动投切水泵。当水泵出现故障时，PLC自动将其从切换队列中退出，以便维修人员对其进行维修，而系统仍在全自动控制方式下运行，实现变频恒压变流量供水。
⑥停泵程序
停泵时，先将出水阀门关闭，然后停泵。
（2）半自动运行
当PLC出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。
（3）手动当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，6台泵可分别以手动工频方式运行。
结语
综上所述，采用PLC 和变频器结合，系统运行平稳可靠，实现了真正意义上的无人值守的全自动循环切换水泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳，消除了启动大电流冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应。
参考文献
变频供水设备范文5
关键词：叠压 自动控制 供水 PLC 变频
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2010)011-007-02
1 概述
随着经济社会的不断发展，居民住宅中高层建筑所占的比例也越来越大。受城市供水管网压力所限，居民供水中采用二次加压供水的用户也越来越多。传统的二次加压供水方式是将管网中的自来水储存到水池或水箱，然后再通过加压设备把水供给用户。这种供水方式需定期对供水设施进行清洗，且需进行二次消毒处理。一旦管理不善极易造成水质污染，影响安全供水。为克服以上缺点，目前传统的二次供水方式已逐渐被一种新型的供水方式一叠压供水(又称无负压供水)所取代。这种供水方式由一套叠压供水设备来实现。该设备由水泵机组、稳流补偿器、防倒流装置、控制柜、阀门、管路等组成，采用全封闭的结构，直接与供水管网连接，充分利用管网余压，节能效果显著，同时彻底杜绝了生活用水的二次污染问题，因此是一种真正意义的节能、环保型设备，具有极广泛的应用前景。
2 控制方案
叠压供水从功能上讲仍属变频恒压供水。其运行方式必须满足无人值守、连续、安全、可靠的要求。为此，一套性能稳定、调节灵活的自控系统必不可少。目前，针对恒压供水的自控方案主要有两种：(1)采用多功能专用变频器；(2)PLC+变频器方式。其中第一种方式集成了变频器和PLC的功能，具备一拖多、循环变频功能。由于它是一体化的控制设备，所以它还具有安装方便、投资省、抗干扰能力强等优点。但它也存在功能不够灵活、适应性不强的缺点。后一种方案以其功能强、适应范围广等优点仍居变频自控的主导地位。笔者开发的这款自控系统即采用此方案。
2.1 主电路
主电路采用一台变频器分别控制2-4台水泵(根据实际需要可选)，水泵均为双主回路(变频、工频)的驱动方式。由于变频器的价格比其它电气设备相对较高，对于叠压供水系统一般都配置多台水泵。从节约投资的角度考虑，本案采用“一拖多”的控制方式。
2.2 控制系统
控制系统由压力变送器、PLC、触摸屏组成。压力变送器用来测量进水和出水压力。PLC根据供水管压力、变频器的输出频率来控制水泵的投入和退出。变频器的输出频率则由PLC经过PID运算后的DA输出来控制。
PLC和触摸屏完成整个系统逻辑控制和人机交互。
3 自控系统的硬件配置
控制系统的硬件主要包括PLC、变频器、触摸屏、压力变送器等组成。
3.1 PLC
西门子$7-200系列小型PLC以其紧凑的结构、灵活的配置、低廉的成本以及功能强大的指令集成为各种小型控制任务理想的解决方案。控制系统共包括开关量输出9个，开关量输入7个，模拟量输入2个，模拟量输出1个。
根据PLC控制系统所需点数，参照西门子$7-200系列PLC的选型目录及市场价格，选用主机型号为CPU224 XP，该型号PLC集成了14路数字量输入、lO路数字量输出、2路模拟量输入、1路模拟量输出。完全满足本产品的需要。
3.2 变频器
本系统中的另一关键设备是变频器。恒压供水是使用变频器的调速功能通过调节水泵的转速来实现。为节省投资，一般只配备一台变频器，其中一台泵用变频器驱动，其它泵仍然用工频电源驱动。综合品牌、价格、质量等因素，本系统选用ABB公司的ACS510-01变频器。ACS510系列变频器作为高品质的变频调速设备广泛应用于工业控制领域，特别适合于风机、水泵传动。它内置丰富的应用宏，典型应用就包含了恒压供水等。
3.3 触摸屏
为方便调试及操作控制，本系统的人机界面(HMI)采用西门子的MP277-8TOUCH型触摸屏。MP277是一款基于图形操作界面的终端设备，利用它可以对机器和设备完成各种控制和监视任务。MP277还具有开发简便、调试时间短、存储空间大、性能高等特点。因此极适合于本系统的控制要求。
4 软件设计及功能
本系统软件设计包括PLC软件设计和触摸屏软件设计。
4.1 PLC软件设计
(1)开发平台
本系统采用西门子$7-200 PLC，开发平台为STEP 7-Micro／WIN编程软件。STEP7-Micro／WIN是运行于微软视窗操作系统下的可视化的集成开发环境。它为用户开发、编辑、和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。
(2)软件功能
PLC的软件设计是本系统的核心，它的功能概括起来就是根据系统设定的供水压力自动控制工频运行水泵的台数，并根据PID算法自动调节变频器的输出频率，进而通过调整变频运行的水泵的转速来减少压力偏差，以达到保持压力恒定的目的。具体过程是：1)加泵：系统初始上电，延时自动启动一台泵变频运行。若压力在规定时间内没有达到给定值，且变频器的输出频率又达到了上限频率，则将当前变频泵变为工频运行，同时按先停先开的原则，将另一台待用泵投入变频运行，以此类推，直到所有泵都投入运行。2)减泵：系统在运行过程中，若压力持续高于给定压力一定时间，且变频器的输出频率低于下限频率，则自动停止一台最先运行的工频泵。以此类推，直到只剩下一台变频泵在运行。3)换泵：若在一定周期内，系统没有加泵或减泵，为避免某台泵长期运行，则自动执行换泵程序，即先停一台最先投入运行的泵，再开一台待用泵。本系统除完成以上加泵、减泵、换泵功能外，还具有欠压、过压保护、低水位保护，变频器故障保护及告警等功能。
4.2 触摸屏软件设计
(1)开发平台
MP277系列触摸屏是西门子公司人机界面的升级换代产品。它采用更加先进的内部处理器和更大的内部存储器，增加了PROFINET以太网和USB接口，使用WinCC Flexible作为组态编程软件。该软件功能强大、界面更加人性化，显著提高了编程人员的工作效率。目前的最新版本是WinCCFlexible2008，本系统就是采用该版本开发的。
(2)软件功能
依赖于WinCC Flexible组态软件的支持，人机界面软件的开发难度己大大降低。WinCC Flexible作为西门子新一代操作面板开发平台，具备了数据输入、存储、处理、分析和输出等基本功能，并为用户提供了丰富的数据表现形式，如动画、曲线、图表等。在充分了解使用部门的需求后，结合实际情况，进行了软件开发工作，并在实际应用中，根据应户的意见，不断地对系统进行更新和维护，大大提高了该系统的实用性。具体实现的功能有：
1)输入输出：使用动画和图表实时显示水泵的运行状态和参数。通过图形化的按钮、开关、文本框等实现对设备的各种操作及参数输入。
2)动态曲线：实时显示进水和出水压力曲线。方便用户查看系统的控制性能。
3)故障报警：对系统能对各种故障如低水位、欠压、超压、变频器故障及时发出报警信号，并能记录报警发生的种类及时间，方便用户查找故障原因。
4)系统管理：高效的口令验证及权限设定，使系统具有较高的安全性。
变频供水设备范文6
[关键词]变频调速；恒压供水；多泵并联；PLC可编程控制
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0245-02
1 引言
给水系统是建筑发展的重要基础设施，是国家建设、社会文明进步、人民生活不可缺少的，无法替代的物质基础。随着社会的发展进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面，在工业用水、锅炉定压供热和恒压补水喷淋、消防供水系统中，通常采用传统的水塔或高位水箱供水方式、气压罐供水方式和泵组分时供水方式；其主要缺点：占地面积大，基建投资较多， 维护困难，随着社会的发展，这种给水设计系统已不能满足高层建筑、工业、消防用水的高水压、大流量快速供水需求。另一方面，由于供水量的随机性，采用传统方法难以保证供水的实时性，且水泵的选取往往是按最大供水量来确定，而高峰用水时间较短，这样水泵在很长一段时间内有较大余量，不仅水泵效率低，供水压力不稳，而且造成大量电力浪费。其已经远远不能满足生活、生产的需要，随着电力电子及计算机技术的发展，变频调速恒压变量供水系统由于具备造价低、施工简单、节能效果显著、全自动控制、无二次污染的优点；而PLC可编程控制其性能稳定、成本低廉、功能强大、编程方便，且变频调速控制设计基于PLC的多泵并联推移软启动变频调速恒压供水控制系统。
2 系统设计原理
系统采用3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块，输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行运算[1]，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频状态运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将最先工频运行的泵停止，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
3 系统设计方案
图1为系统设计方案图，变频恒压供水控制系统[2]主要由PLC控制器、PID调节器、变频器、压力变送器、水位变送器、交流接触器设备及3台15KW水泵机组系统构成，在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器、液位变送器以及变频器[3]输出的4-20mA信号，作为控制系统自动运行的条件，PID调节器环节接收检测的压力信号并将检测的压力信号与设定的压力信号经过PID运算后，通过控制变频器的频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，构成以设定压力为基准的压力闭环系统；系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行数据进行传输。该系统缺水、断相保护功能，在软件和硬件上实现互锁功能，保证正常供水，且可以无人值守。
4 给水系统恒压控制设计
流量是供水系统的基本控制对象，而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制；因考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与供水能力（流量QG表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间的平衡情况相关。
若：供水能力Qc>用水需求Qu，则压力P上升；
若：供水能力Qc
若：供水能力Qc=用水需求Qu，则压力P不变。
流体压力P的变化反映了供水能力与用水需求Qu之间的矛盾。选择压力控制来调节管道流量的大小说明通过恒压供水就能保证供水能力和用水流量处于平衡状态，这样能满足系统所需的用水流量；系统需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定来实现的控制方法[4]。
4.1阀门控制法
转速保持不变，通过调节阀门的开度大小来调节流量。实质是水泵本身的供水能力不变，通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应系统对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
4.2转速控制法
阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。实质是通过改变水泵的供水能力来适应系统对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。
5 主电路控制系统设计
图2为给水系统主电路控制图，三台驱动供水泵组电动机机分别为M1、M2、M3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制电机M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制电机M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机的过载保护的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器；通用变频器为MM420。
6 系统后续研究
6.1 提高PLC可编程控制故障报警设想
在给水系统自动控制设计中具备3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示灯不亮，说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
6.2 变频调速对给水系统安全性作用
（1）消除了水锤效应，减少了对水泵及管道系统的冲击，可大大延长水泵及管道系统的寿命。
（2）降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减小轴承的磨损，使水泵的工作寿命将大大延长。
（3）避免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命。
（4）减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高自身系统的可靠性。
6.3 PLC可编程控制多泵并联首起动
水泵的并联首起动：初始化程序后，根据水泵控制主令开关，确定水泵首起：若P1泵允许，则确定1号泵为首起；若1号泵不允许，而2号泵允许，则确定2号泵为首起泵；若1、2号泵均不允许，而3好泵允许运行，则确定3号泵为首起泵。
7 结束语
给水系统采用变频调速来实现恒压供水其优点是：启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门的使用寿命；可以消除启动和停机时的水锤效应；大大降低了污染。在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命。
参考文献
[1] 周万珍，高鸿斌. PLC分析与设计应用.电子工业出版社.1997：120-141
[2] 张全庄.PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用.2004：10.235-243
[3] 戴广平.电动机变频器与电力拖动[M].中国石化出版社.1999：89-106
[4] 邵裕森.过程控制工程.机械工业出版社.2002：129-131
