變頻器在恒壓供水改造方案中的應(yīng)用
一.恒壓供水改造設(shè)備概述
由水泵的工作原理可知:水泵的流量與水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,水泵的揚(yáng)程與水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速的平方成正比,水泵的軸功率等于流量與揚(yáng)程的乘積,故水泵的軸功率與水泵(電機(jī))的轉(zhuǎn)速的三次方成正比(即水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比)。
恒壓供水改造設(shè)備在設(shè)計時是按現(xiàn)場最大供水需求(及最大工況)來考慮的,供水水泵的運(yùn)行工況也相同,即按單機(jī)的最大供水需求量來考慮的;在實際使用中有很多時間水泵都需要根據(jù)實際工況進(jìn)行調(diào)節(jié),傳統(tǒng)的做法是用開停補(bǔ)(減)泵及開關(guān)閥門的方式進(jìn)行調(diào)節(jié),用開停補(bǔ)(減)泵會有啟動沖動電流,開關(guān)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)增大了系統(tǒng)的節(jié)流損失,且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的,調(diào)節(jié)速度緩慢,減少損失的能力很有限也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài),對于供水系統(tǒng)超壓爆管這類故障幾乎無能為力。
而通過在供水水泵加裝變頻調(diào)速器裝置,則可以一勞永逸的解決好這個問題,可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制,可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定,并可通過變頻節(jié)能收回投資。變頻節(jié)能的效果是十分顯著的,特別是調(diào)節(jié)范圍大的系統(tǒng)及設(shè)備,通過上表及圖一可以直觀的看出在流量變化時只要對轉(zhuǎn)速(頻率)稍作改變就會使水泵軸功率有更大程度上的改變,就因有此特點(diǎn)使得變頻調(diào)速方式成為一種趨勢,并且不斷深入的應(yīng)用于各行業(yè)及各種調(diào)速領(lǐng)域。
(1) 系統(tǒng)控制
整個系統(tǒng)控制信號,包括壓力設(shè)定信號,工頻和變頻故障信號處理,水位故障檢測處理均由主控PLC或監(jiān)控電腦設(shè)定,上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過中央電腦監(jiān)控系統(tǒng)(工控機(jī))完成對工藝流程參數(shù)的檢測、各機(jī)組的協(xié)調(diào)控制以及數(shù)據(jù)的處理、分析等任務(wù),下位機(jī)PLC主要完成數(shù)據(jù)采集,現(xiàn)場設(shè)備的控制及連鎖等功能。 對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行信號進(jìn)行綜合,尤其是當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)時的系統(tǒng)處理操作,是整個系統(tǒng)的核心控制部分。
(2) 變頻器內(nèi)部控制
變頻器內(nèi)部控制及功能,主要是指變頻器內(nèi)部PID功能模塊,內(nèi)部PID功能使現(xiàn)場技術(shù)員設(shè)置和調(diào)試方便,相對于原來的硬件PID板控制,省去了硬件維護(hù)需要,節(jié)省了成本。主控環(huán)節(jié)的壓力設(shè)定信號與系統(tǒng)壓力信號反饋形成閉環(huán)以維持管網(wǎng)恒定壓力(簡稱閉環(huán)控制)。變頻器還具有休眠功能,內(nèi)置RS485或RS232通訊接口,采用聯(lián)機(jī)控制。
(3) 電機(jī)控制
本方案的控制方式將按恒壓供水系統(tǒng)的通用自動功能進(jìn)行設(shè)計。
恒壓供水改造設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)是在保留原有工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝的,風(fēng)機(jī)水泵型變頻器本身就還具有工頻、變頻轉(zhuǎn)換功能,恒壓供水改造設(shè)備變頻節(jié)能系統(tǒng)的聯(lián)動控制功能與原工頻系統(tǒng)的聯(lián)動控制功能相同,變頻節(jié)能系統(tǒng)與原工頻系統(tǒng)之間要設(shè)置聯(lián)鎖以確保系統(tǒng)工作安全。
(4)系統(tǒng)執(zhí)行控制
用壓力傳感器對供水系統(tǒng)母管(供水管道)出口的水壓進(jìn)行采樣,轉(zhuǎn)換成電量信號后送至PID控制器,控制器將該信號與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出一類比信號(一般為4—20MA、0—10V)給變頻器,變頻器根據(jù)該類比信號決定其輸出頻率,改變水泵轉(zhuǎn)速并調(diào)節(jié)供水壓力(供水量)以達(dá)到恒壓供水的目的。
(5)PLC硬件設(shè)計
PLC選用中贏公司系列產(chǎn)品,水泵M1、M2、M3、M4、可變頻運(yùn)行,也可工頻運(yùn)行,需要PLC的四個輸出信號控制,變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷全由PLC的一個輸出信號控制,變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC的一個輸入點(diǎn),設(shè)定水壓的上、下限壓力值,當(dāng)管網(wǎng)壓力處于上、下限位置時,傳感器分別輸出頻率檢測信號進(jìn)入PLC的兩個輸入點(diǎn),與變頻器一起實現(xiàn)。保證管網(wǎng)的壓力平穩(wěn)。
三.恒壓供水改造設(shè)備壓力的保障
供水系統(tǒng)的恒壓供水改造設(shè)備系統(tǒng)在實際使用中要考慮水泵的轉(zhuǎn)速與揚(yáng)程的平方成正比的關(guān)系,以及水泵的轉(zhuǎn)速與管損平方成正比的關(guān)系;在水泵的揚(yáng)程隨轉(zhuǎn)速的降低而降低的同時管道損失也在降低,因此,系統(tǒng)對水泵揚(yáng)程的實際需求一樣要降低;而通過設(shè)定變頻器下限頻率的方法又可保證系統(tǒng)對水泵揚(yáng)程的最低需求。供水壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)量可以通過PID參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)供水需求量減少時,管道壓力逐漸升高,內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器輸出頻率降低,當(dāng)變頻器輸出頻率低至0HZ時,而管道在一設(shè)定時間內(nèi)還高于設(shè)定壓力,變頻器切斷當(dāng)前變頻控制泵,轉(zhuǎn)而控制下一個原工頻控制泵,變頻器在水泵控制轉(zhuǎn)換過程中,逐漸輪換使用水泵,使每個水泵的利用率均等,增加系統(tǒng)、管道壓力的穩(wěn)定性和可靠性。
四.變頻器在恒壓供水改造設(shè)備的特點(diǎn)
1.穩(wěn)定整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行,抗干擾能力強(qiáng);
2.實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動,延長了設(shè)備的使用壽命,避免了對電網(wǎng)的沖擊;
3.內(nèi)置PID功能,可接受多種給定、反遺信號;
4.具有節(jié)電、市電和停止三位鎖定開關(guān),便于轉(zhuǎn)換及管理;
5.保護(hù)功能完善,可遠(yuǎn)程控制;
6.操作簡單,具有鍵盤鎖定功能,防止誤操作;
7.超靜音優(yōu)化設(shè)計,降低電機(jī)噪聲;
8.高效節(jié)能,投資回收快,環(huán)保效果顯著,可實現(xiàn)節(jié)電20%~40%。
五.結(jié)語
變頻器的高性能和完善的功能,使其在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,其中變頻調(diào)速整置在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時其節(jié)能效果對于單臺設(shè)備可做到10~60%,在風(fēng)機(jī)水泵這類設(shè)備上的應(yīng)用節(jié)能效果對于單臺設(shè)備可做到10~50%,在未受到其它因素的影響的情況下一般可取上限或根據(jù)壓力、流量來調(diào)節(jié)頻率,這些節(jié)能效果平均值是由實際數(shù)據(jù)再進(jìn)行一些簡單的投資回收率的計算可知:變頻節(jié)能裝置的投資加收期一般為4~15個月。