变频恒压供水系统的技术改进措施

2010-12-31徐作华

中国新技术新产品 2010年8期

徐作华

（长春职业技术学院，吉林长春 130033）

变频恒压供水已成为供水行业发展的主流趋势，其供水控制的技术水平也在日益提高，是目前最先进、合理的节能型供水系统，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果，长期运行经济效益可观。

国外该项技术已相当成熟，其使用已有一定规模，但是国内有些变频恒压供水系统还存在某些技术问题，例如我校所用的DHC-8200供水控制器恒压变频供水系统，存在供水控制器的参数设置不当，使供水系统不能正常循环工作；时钟控制失灵，不能软起、复位；直接启动跳闸，需要停总闸（复位）后重启，不能正常使用，更不能真正达到高效节能的效果。基于此，我们对变频恒压供水系统进行了系统的研究和技术改进，取得了一点效果。

1 防护措施

设置水锤消除器、空气缸、缓闭阀和补气阀，同时对突然停电时的电泵轴采取刹车装置。对电气控制方面，采用循环供水系统时，要求换泵时间不能过长，且要设置合适的加减速时间，使供水流速变化尽可能平稳。

2 供水控制器的选择

目前恒压供水系统出现了由PLC+变频器+交流异步电动机+离心式水泵+压力传感器构成的系统。随着PLC在各行业的广泛应用,以PLC作为供水控制器能更好地满足供水系统的控制要求。

以S7-200系列的PLC为例,由它作供水控制器的恒压供水系统有以下优点：

2.1 简化系统，提高系统的可靠性

PLC除了能采集压力表传来的模拟量信号，还可采集变频器模拟量输出端口输出的频率信号，这两类信号能同时被CPU224CN主机采集并同时作为是否休眠情况的判断依据，如当压力高而变频器反馈频率很低时，直接利用设定在PLC中的基准压力和最低频率值与所采集到的信号相比较即可，不必象某些专用供水控制器那样要有外围附件来接通第二压力控制端，即简化了系统，也提高了系统的可靠性。

2.2 优化水泵机组的功能

PLC利用其自身的定时器和计数器能准确地对工作泵的启停次数，运行时间，运行频率进行记录，并以此为计算依据，做出让哪个泵再工作的决定，真正达到优化水泵机组的功能。

2.3 控制功能更加完善

由于S7-200PLC提供了很多对开关量输入输出端子，可以使系统。如利用其开关量输入输出端子设置多段速控制功能，监测变频器和继电器控制板的工作状态等。

2.4 自动化程度最高，维护方便

以PLC为控制器的恒压供水系统运行稳定，利用PLC的编程功能可灵活的提供几种供水控制方案，自动化程度最高，维护方便，且便于推广。

PLC的运算速度快且能准确地保证供水压力的稳定，利用PLC为供水控制器应该是今后的发展方向。

3 水泵的调速方法

水泵的调速方法有很多。变频调速因无附加传动设备，减少了能耗和维修费用，自动化程度高，能很方便地组成功能较先进的电气自动化系统等优势，所以应用较为广泛。

变频调速技术的一个重要优点是：可以实现水泵的“软启动”，水泵从低频电压开始运转，由低速逐渐升速，直至达到预定工况要求。水泵软启对电网的干扰小，没有冲击电流，适合于多台水泵之间频繁的切换操作。

4 泵组组合及工作方式选择

目前很常见的方式是“一拖X”供水系统，即以多台水泵构成恒压供水系统时，只对其中一台泵进行变频调速，其余泵则恒速工频运行。这种方式效率会降低一些，但能够提供全流量范围的调节，投资最省。西门子ABB带有风机水泵应用宏的ACS600变频器和430变频器，不用另加控制器，利用变频器的开关量输出信号就可以实现。

泵组应采取小流量工频泵加同型号较大的两个变频泵。工作方式选为较大泵循环工作，小流量工频泵不停工作。同型号的两个较大泵互为备用，其流量选为（1/3-2/3）最大用水量，平时一台泵变频能满足日常供水，高峰时一台工频，另一台变频，泵组仍处于高效段。当一台较大泵出现故障时，由另一台较大泵仍能保证日常用水需求，即使在用水高峰也不会有大范围的停水，提高了供水的可靠性。

5 变频与工频切换方法

循环变频供水系统中，当供水压力不够时，变频运行的较大泵需切换到工频，再由变频器软启动另一台工频泵。

目前由变频向工频切换形式有两种：有冷切换和热切换。最简单、最安全的切换形式是冷切换，是在变频器停车或停电时进行的切换，用于可以间断工作的负载；热切换是在变频器运行中进行带电切换，热切换又分为软切换和硬切换，软切换是真正的带电平稳切换。

在冷切换中采取下述实现变频与工频的切换措施：在硬件控制回路上，通过互锁和顺序控制保证变频回路接触器与工频回路接触器之间不能同时接通，在软件程序中设计变频回路接触器与工频回路接触器互锁程序段，避免了变频器和工频电源同时接通造成事故的可能，提高供电及供水的可靠性。

在冷切换中采取下述实现近似的软启动控制措施：当压力不够一台变频泵要切换到工频时，为使切换电流最小可采取如下措施：PLC检测到压力不够时，先发出命令信号给变频器，使变频器停止输出，再控制变频回路接触器断开，这主要是防止损坏变频器中的逆变管；当电机脱离变频器后转速下降到40 HZ左右时，PLC控制将其接入工频电源回路，这主要是避免产生全压静止启动电机，减少启动电流，减少对电网和管路的冲击；然后PLC再控制变频器按已设定的加速曲线软启动下一台电动机，并在PLC控制下按设定压力调速运行。

通过以上措施，加上小泵不停的工频运行，系统水压恒定，流量平稳，供水可靠。

另外，我们在以下方面也取得了一些进展：

供水控制器即变频器的参数设置，能可靠实现供水系统软起、复位、循环工作；时钟控制，变频器在不同的时间段内可按不同的压力运行，定时启、停，最大限度的节水节电；保护功能的完善：故障时自动停止故障回路工作并报警，同时自动启动备用泵等功能；系统自检、故障判断、故障记忆、故障显示；为节能和保证恒压增设休眠功能或增设附属小泵。