一、變頻調(diào)速的特點及分析
用戶用水量一般是動態(tài)的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低;用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。
恒壓供水控制系統(tǒng)對于用戶是非常重要的。恒壓供水設(shè)備是集消防和生活、生產(chǎn)用水的特點，研制生產(chǎn)的具有國外先進水平的新一代產(chǎn)品，采用微型計算機可編程控制技術(shù)，根據(jù)供水管網(wǎng)和水源的多種情況，由微型計算機控制調(diào)節(jié)各種復(fù)雜的工作，實現(xiàn)了智能化供水。在生產(chǎn)生活供水時，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響(influence)生活質(zhì)量，嚴重時會影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用恒壓供水控制系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益(Economic performance)和社會效益。
隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備(shèbèi)，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命;可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率的運行目的。
二、恒壓供水控制系統(tǒng)的變頻應(yīng)用方式
通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵(water pump)配用一臺變頻器(Variable-frequency Drive);其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過(tōng guò)PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制(control)程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，我公司開發(fā)BC2100系列恒壓供水控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達的系統(tǒng)。
三、PID控制原理
根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度;在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。
要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理(guǎn lǐ)上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進行控制(control)，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。
四、恒壓供水控制系統(tǒng)變頻控制原理
用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著(可根據(jù)具體情況計算出來)。其優(yōu)點是：
1、 起動平衡，起動電流(Electron flow)可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊;
2、 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命;
3、 可以消除起動和停機時的水錘(又稱水擊)效應(yīng);
一般地說，當由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應(yīng)等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩臺水泵(water pump)全速供水量相差很多時。
可考慮(consider)適當減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。無塔供水設(shè)備是集消防和生活、生產(chǎn)用水的特點，研制生產(chǎn)的具有國外先進水平的新一代產(chǎn)品，采用微型計算機可編程控制技術(shù)，根據(jù)供水管網(wǎng)和水源的多種情況，由微型計算機控制調(diào)節(jié)各種復(fù)雜的工作，實現(xiàn)了智能化供水。
雖然水泵(water pump)在低速運行時，電動機的工作電流(Electron flow)較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導(dǎo)致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻(frequency conversion)器(Variable-frequency Drive)內(nèi)的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。
在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動機的額定頻率為變頻(frequency conversion)器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況(Condition)下，升、降速時間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響(influence)由PID調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應(yīng)過程(guò chéng)。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時，只要在預(yù)置時設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時間將自動失效。
五、恒壓供水控制系統(tǒng)特點
1、 節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行;
2、 節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵(water pump)出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象;
3、 運行可靠：由變頻(frequency conversion)器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。
4、 聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流(Electron flow)、工作頻率(frequency)、管網(wǎng)壓力及流量等。并且可以累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析(Analyse)統(tǒng)計。
5、 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇(xuanze)工作方式。
6、 自我保護功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。二次供水設(shè)備是否按規(guī)定建設(shè)、設(shè)計及建設(shè)的優(yōu)劣直接關(guān)系到二次供水水質(zhì)、水壓和供水安全，與人民群眾正常穩(wěn)定的生活密切相關(guān)。二次供水設(shè)施主要為彌補市政供水管線壓力不足，保證居住、生活在高層人群用水而設(shè)立的。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作控制手動系統(tǒng)，以保護供水。
六、恒壓供水控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍(fàn wéi)
1、 自來水廠、加壓泵房
2、 居民生活區(qū)、賓館及其它建筑
3、 企業(yè)生產(chǎn)用水
4、 鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)
5、 農(nóng)田灌溉系統(tǒng)
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