一、回顧
一般規定城市管網的水壓只保證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。以前大多采用傳統的水塔、高位水箱,或氣壓罐式增壓設備,但它們都必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來“提升”水量,其結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,變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水設備以其節能、安全、高品質的供水質量等優點,使我國供水行業的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調速,依據用水量的變化自動調節系統的運行參數,在用水量的變化自動調節系統的運行參數,在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中得到了很大的發展。隨著電力電子技術的飛速發展,變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能,對合理設計變頻調速恒壓供水設備,降低成本,保證產品質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,不論是設備的投資,運行的經濟性,還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢,而且具有顯著的節能效果。恒壓供水調速系統的這些優越性,引起國內幾乎所有供水設備廠家的高度重視,并不斷投入開發、生產這一高新技術產品。
目前該產品正向著高可靠性、全數字化微機控制,多品種系列化的方向發展。追求高度智能化,系列標準化是未來供水設備適應城鎮建設成片開發`智能樓宇、網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。
在短短的幾年內,調速恒壓供水系統經歷了一個逐步完善的發展過程,早期的單泵調速恒壓系統逐漸為多泵系統所代替。雖然單泵產品系統設計簡易可靠,但由于單泵電機深度調速造成水泵、電機運行效率低,而多泵型產品投資更為節省,運行效率高,被實際證明是最優的系統設計,很快發展成為主導產品。
二、變頻控制恒壓供水控制方式
眾所周知,水泵消耗功率與轉速的三次方成正比。即N=KN3 N:為水泵消耗功率;n:為水泵運行時的轉速;K為比例系數。而水泵設計是按工頻運行時設計的,但供水時除高峰外,大部分時間流量較小,由于命名用了變頻技術及微機技術有微機控制,因此可以使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化,最終達到節能的目的。實踐證明,使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%,從而大大降低能耗,節能率可達20%-40%。
目前國內各廠家生產的供水設備電控柜,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現水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節。往往采用一臺泵固定于變頻狀態,其余泵均為工頻狀態的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩、工頻泵起動有沖擊、抗干擾能力較弱。但成本較低。
單片微機電路控制方式:
這類控制電路優于邏輯電路,但在應付不同管網、不同供水情況時調試較麻煩,追加功能時往往要對電路進行修改,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回路調節器和/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提供可變頻率的電源,實現電機的無級調速,從而使管網水壓連續變化。傳感器的任務是檢測管網水壓。壓力設定單元為系統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PID控制程序的計算,輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節器,由PID回路調節器在調節器內部進行運算后,輸入給變頻器一個轉速調節信號。
由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的,所以對可編程控制器來計時,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格很高,這無形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數字量輸出的可編程控制器,則要在可編程控制器的數字量輸出口另接一塊PWM調制板,將可編程控制器輸出的數字量信號轉變為控制器的成本沒有降低,還增加了連線和附加設備,降低了整套設備的可靠性。如果采用一個開關量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調節器,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,在變頻調速恒壓給水控制設備中,PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環節。
新型變頻調速供水設備:
針對傳統的變頻調供水設備的不足之處,國內外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新型產品,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系列產品;富士公司的G11S/P11S系列產品;等等。這些產品將PID調節器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內,形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內部,這就省去了對可編程控制器存貯容內部,這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程,而且PID參數的在線調試非常容易,這不僅降低了生產成本,而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節器采用了優化算法,所以使水壓的調節十分平滑,穩定。同時,為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值,可對該信號設置濾波時間常數,同時還可對反饋信號進行換算,使系統的調試非常簡單、方便。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略微高一點,但功能卻強很多,所以采用帶有內置PID功能的變頻器生產出的恒壓供水設備,降低了設備成本,提高了生產效率,節省了安裝調試時間。在滿足工藝要求的情況下應優先采用。
三、供水專用變頻器的功能
供水專用變頻器=普通變頻器+P