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高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備是基于可編程控制器的新型設(shè)備

時間:2018-08-16 11:41來源:未知 作者:saintbox 點擊:

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高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備是基于可編程控制器的新型設(shè)備
 

引言
      隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng),一般應(yīng)用在多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。變頻供水設(shè)備是一種直接與市政管網(wǎng)相連,而不會對市政管網(wǎng)產(chǎn)生影響的成套供水設(shè)備。該設(shè)備在ZBH變頻恒壓的基礎(chǔ)上,將市政管網(wǎng)壓力和提升水泵的壓力進行疊加,使生活供水更加節(jié)能和環(huán)保,是傳統(tǒng)二次供水理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。然而,由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備(如水泵),在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實踐中,往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng),是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中,根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的,該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題,既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢,同時有效的節(jié)省(spare)了資金。
 
1 高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備介紹
      高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備主要是由PL
  C、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜裝飾面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解(Find out)和控制系統(tǒng)(system)的運行。
      通過(tōng guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較,得出一調(diào)節(jié)參數(shù),送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;當用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載(load)變化時,輸入電機的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
 
      同時高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備配備的時間控制器和PID控制器,使其具有定時換泵運行功能(即鐘控功能,由時間控制器實現(xiàn))和雙工作壓力設(shè)定功能(PID控制器和時間控制器實現(xiàn))。此外,系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能,尤其是硬件/軟件備用水泵功能,充分保證了水泵的及時維護修理和系統(tǒng)的正常供水。
正常情況(無泵檢修)時,各泵的運行順序為1#,2#,3#,4#。
 
2 高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備工作原理
2.1 運行方式
      該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式:
⑴. 手動運行
      按下按鈕啟動或停止水泵(water pump),可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。
⑵. 自動運行
      合上自動開關(guān)后,1#泵馬達通電,變頻器輸出頻率從0Hz上升,同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標準信號,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較,將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,如壓力不夠,則頻率上升到50Hz,1#泵由變頻切換為工頻,啟2#變頻,變頻器逐漸上升頻率至給定值,加泵依次類推;如用水量減小,從先啟的泵開始減,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。恒壓供水設(shè)備廣泛用于企業(yè)單位、住宅區(qū)及農(nóng)村的生產(chǎn)、生活、辦公供水。適用于供水戶在5000戶以內(nèi),日供水量在3000m3以內(nèi)場所,供水高度達100米以上。
      若有電源瞬時停電的情況,則系統(tǒng)停機;待電源恢復(fù)正常后,系統(tǒng)自動恢復(fù)運行,然后按自動運行方式啟動1#泵變頻,直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。
      變頻(frequency conversion)自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能,系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程(guò chéng)。
 
2.2 故障(fault)處理(chǔ lǐ)
2.2.1 故障報警
      當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況(Condition)時,系統(tǒng)(system)皆能發(fā)出聲響報警信號;特別是當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時,系統(tǒng)還會自動停機,并發(fā)出聲響報警信號,通知維修人員前來維修。變頻供水設(shè)備對于用水流量經(jīng)常變化的場合,采用調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速供水,可以做到無節(jié)流損耗,其節(jié)能效果大大優(yōu)于其它供水方式,是一種公認的、十分有效的節(jié)能措施。此外,變頻器故障時,系統(tǒng)自動停機,此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。
2.2.2 水泵檢修
      為維護和檢修水泵,要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下,在一段時間間隔內(nèi)使某一臺水泵停運,系統(tǒng)設(shè)有水泵強制備用功能(硬件備用),可隨意備用某一臺水泵,同時不影響系統(tǒng)正常運行;為了使水泵進行輪休,系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能(鐘控功能,由時間控制器實現(xiàn)),工作泵與備用N泵具有周期定時切換功能,周期間隔由時間控制器設(shè)定:1小時每次~96小時每次連續(xù)可調(diào)。
 
3 高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備PLC控制系統(tǒng)(system)
      該高區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備采用的是歐姆龍可編程序控制器SYSMAC CPM2A系列,I/O點數(shù)為60點,PLC編程采用OMRON CX-Programmer,它是Omron PLC的32位視窗軟件支持工具,提供完整的編程環(huán)境,可進行離線編程和在線連接和調(diào)試,并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比,該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障(fault)的報警等,而電機轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器(Variable-frequency Drive)來控制。
      泵組的切換示意圖如圖2。開始時,若硬件、軟件皆無備用(兩者同時有效時硬件優(yōu)先),1#泵變頻(frequency conversion)啟動,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率(frequency)上升,如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間(避免由于干擾而引起誤動作)后,1#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,2#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則依次啟動3#、4#泵,泵的切換過程同上;若開始時1#泵備用,則直接啟2#變頻,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間后,2#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,3#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則啟動4#泵,泵的切換過程同上;若1#、2#泵都備用,則直接啟3#變頻,具體泵的切換過程與上述類同。
 
      同樣,若3臺泵(假設(shè)為1#、2#和3#)運行時,3#泵變頻運行降到0Hz,此時水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使1#泵停止,變頻器頻率從0Hz迅速上升,若此后水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使2#泵停止。這樣的切換過程,有效地減少泵的頻繁(frequency)啟停,同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前,由變頻器迅速調(diào)節(jié),使水壓平穩(wěn)過渡,從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生。
      以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時,通常是采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進,但其容易引起泵組的頻繁啟停,從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中,直接停工頻泵,同時由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換,使水壓過渡平穩(wěn),有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象,提高了供水品質(zhì)。
 
4 注意的地方
要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行,有幾個參數(shù)需特別注意:
⑴. 變頻(frequency conversion)轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間TMC
      設(shè)置TMC是為了確保在加泵時,泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中,同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器,同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊,所以在允許范圍(fàn wéi)內(nèi)TMC必須盡可能的小。
⑵. 上下限頻率(frequency)持續(xù)時間TH和TL 
      變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高,本系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達到上限(下限)、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵(減泵),這個判斷的時間就是TH(TL)。如果設(shè)定值過大,系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng);如果設(shè)定值過小,管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作;兩種情況(Condition)下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。
 
5 結(jié)束語
      在供水系統(tǒng)中采用變頻(frequency conversion)調(diào)速運行方式,系統(tǒng)可根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速或加減泵,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值,以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資,并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài),實現(xiàn)恒壓供水;減泵時采用“先啟先停”的切換方式,相對于“先啟后!狈绞,更能確保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命(lifetime);同時針對所用四臺泵均已使用多年、需要定期進行檢修的實際情況,增加了硬件/軟件備用功能,有效延長了設(shè)備的使用壽命;壓力閉環(huán)控制,系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定,大大提高了供水品質(zhì);變頻器故障后仍能保障不間斷供水,同時實現(xiàn)故障消除后自啟動,具有一定的先進性。目前該系統(tǒng)已投入使用,效果明顯。

 
 
 
 
 

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