变频器在恒压供水系统中的应用

摘要：用变频器生产的恒压供水设备，对于企业提高经济效益、节能降耗、提高设备技术含量、安全、稳定运行具有很好的促进作用。

关键词：变频器;恒压;供水系统

一、概述

日常的生活用水经常随时间而变化的，因季节、昼夜相差很大，因此用水和供水的不平衡集中表现在水压上，即用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。保持供水压力可以保持供、用水的平衡。以往采用水箱和水塔或气罐加压方法，往往容易造成水的二次污染、造成水质不好。由于电力电子技术的发展，变频调速技术在水塔自动恒压供水方面获得了广泛的应用。

二、组成及工作原理

一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为15KW大泵为30KW，三台泵的协调工作以满足供水需要。系统组成如图1所示

该系统由一台PLC两个变频器。两个变频器。两个压力传感器，控制柜及相关设备组成。利用一台变频器可以控制两台30KW水泵的运转，改造后，1#泵15KW始终处于工频运转，两台30KW水泵由变频器的控制实现变工况运转。

1#泵工频运转一般不能满足白天的最小用水量，因此白天供水时首先投入1#泵和2#泵，2#泵工作在变频启动状态，随着压力会自动调节频率的高低以保持压力的恒定，在用水量不大时，2#泵和1号泵同时工作可以满足要求，如果用水量增大，2#泵会自动切换到工频状态，并给PLC发出信号，继而变频启动3#泵30KW，此时1#，2#泵工作在工频状态，3#泵工作在变频状态。由于3#泵的自动调节功能，从而保证系统的恒压。一般而言，三台泵同时投入是绝对能满足要求的。控制系统硬件组成图如图2所示：

注：MC1、MC2互锁，MC3、MC4互锁，MC6用于切断2#运行，MC7用于切断3#运行

如果3#泵工频运转压力不能满足要求的话，则该变频器会自动切除，退出工作，使3#泵处于工频。该系统组成简单，系统成本低，可靠性高。

三、系统功能

该系统选用FR-500日本三菱变频器。

该系统中具有功能：

1、自动切换变频/工频运行功能

变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：

方式0：基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。

方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。

方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。

2、PID的调节功能

由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。

3、“休眠”功能

系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2#、3#泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3#泵，当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3#泵的转速。

·“休眠值”变频器输出的下限频率PR507设置。

·“休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td<tn时变频器继续工作，当td>tn时变频器将进入休眠状态。</tn时变频器继续工作，当td>

·“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。

经测试“休眠值”为10HZ;“休眠确认时间”td:20s;“唤醒值”70%

4、通讯功能

该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。

此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。

四、系统的节能分析

节能的功率可用下式表示：

Δp=p(0.4+0.6x-x3)

其中x=Q/Q0=N/N0;Q为实时水量;Q0为满负荷的水量;P为满负荷的功率;N0为额定功率;N为实时功率。这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为：1#泵24小时;2#泵大致运行19小时;3#泵仅运行13小时。

如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(30×2+15)×24×360=648000Kwh

利用停止泵运转方式为：[(15×24)+(30×10)+(30×13)]×360=475200Kw

利用变频工作时：3#泵始终处在状态为13小时;2#泵变频工作为7小时(3#泵不工作，2#泵工作时间)

如果水量调到80%时计算两个泵节电量为：P×h=30×(0.4+0.6×0.8-0.83)×(13+7)×360=79488Kwh

这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为：648000-475200+79488=252288Kwh;按每度电0.4元计算，每年可节省电费：252288×0.4=100915.2元。可见每年可节省电费约10万元左右。

由此可见，变频恒压给水设备，既可以很好的满足用水要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，是今后推广和大力提倡的方向。