ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
時間：2013/4/29 來源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
變頻水泵可以采用水位、壓力、變頻調(diào)速等多種控制方式，滿足不同用戶的需求，防止蓄水池二次污染、運(yùn)行時不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓、充分利用市政管網(wǎng)壓力等諸多優(yōu)點(diǎn)使得無負(fù)壓給水設(shè)備成為新一代具代表性的環(huán)保節(jié)能供水設(shè)備，深受廣大用的好評。
變頻給水泵停泵控制好方法是：
當(dāng)用水流量小于一臺泵的額定流量時，同一臺泵恒壓供水。按離心泵理論，在相似工況下，水泵的水力功率與三次方轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)用水流量接近為零（但恒壓）時，泵轉(zhuǎn)速低，其功率也小。對于常用的離心泵而言，變頻水泵在零流量下消耗的功率約為相同大小恒速泵額定功率的1/4或更小（與水泵的Q、H外特性、恒壓值等有關(guān)），但變頻泵長期在零流量下運(yùn)轉(zhuǎn)并白白消耗能量終究是一個缺點(diǎn)，當(dāng)泵的功率較大時，此缺點(diǎn)更為突出。
為了使變頻水泵在不用水時能夠停泵，以便節(jié)能，減少泵的磨損，現(xiàn)在國外變頻器（具有多泵并聯(lián)恒壓供水控制功能）采用這樣的一種控制方案：當(dāng)變頻泵轉(zhuǎn)速（頻率）降低至接近零流量閾值時，變頻器發(fā)出一個指令，使變頻泵停泵休息。管網(wǎng)系統(tǒng)中接有一個小氣壓罐，當(dāng)變頻泵停泵后，由氣壓罐維持供水；當(dāng)供水壓力降低至某一設(shè)定值時，變頻器接受此壓力信息，使變頻水泵啟動并恢復(fù)恒壓供水。在實(shí)際供水中，并不希望當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速降低至零流量閾值就立即停泵，而是經(jīng)過一定時間，經(jīng)判斷并確認(rèn)沒有用水后才停水泵。為此，可在電腦控制程序中設(shè)置判斷程序，以達(dá)到此目的。具體方法：當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速（頻率）降低至零流量閾值并持續(xù)T時間（T為判斷時間，可按需設(shè)定）電腦才發(fā)出停變頻水泵的指令，使變頻水泵自停，此功能稱為變頻水泵自動睡眠功能。在停泵期間，如有人用水并引起管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)下降至開泵壓力（壓力值可按需設(shè)定）時，電腦接受此壓力信息，下達(dá)指令使變頻泵自動啟動并恢復(fù)恒壓供水，此功能稱為變頻泵自動喚醒功能。
據(jù)了解，國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)變頻給水設(shè)備的廠家為了使變頻給水機(jī)在小流量供水時能更好地節(jié)約電能和不用水時停泵，在給水系統(tǒng)中設(shè)置了一個小氣壓罐和一個小工頻泵。
筆者認(rèn)為，采用小工頻泵和小氣壓罐的方案存在問題較多，不如采用變頻泵自動睡眠和自動喚醒方案。我公司研制生產(chǎn)的智能型變頻給水設(shè)備已成功應(yīng)用了變頻泵自動睡眠和自動喚醒方案，經(jīng)試驗(yàn)和交付用戶使用證明十分成功。
當(dāng)變頻水泵的功率很大，例如一臺水泵的功率為120kW，在接近零流量供水時，變頻水泵實(shí)際的耗能約1/4×120=30kW。此時，當(dāng)小流量用水時，變頻大泵會消耗相當(dāng)多的電能。從節(jié)能考慮，在小流量用水時宜由小泵供水。為了節(jié)能可就用一臺變頻小泵。其控制系統(tǒng)就這樣設(shè)計(jì)：
（1）小流量用水時，求出大泵在恒壓小流量供水時的頻率，設(shè)為（Hz）Qmin。
（2）大泵在恒壓小流量供水時，當(dāng)Hz≤（Hz）Qmin，則變頻器的一個輸出繼電器（可編程的）工作，向?qū)Ｓ肞LC發(fā)出一個信息。
（3）PLC接受上述信息后：
（a）控制變頻器停止工作；
（b）變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行切換操作：首先使變頻大泵交流接觸器脫開，然后使小功率（如30kW）小泵接入；
（c）在變頻器輸出側(cè)切換好后，重新啟動變頻器，恢復(fù)恒壓變量供水。
（4）由變頻器帶動小泵（如30kW）進(jìn)行小流量恒壓供水，此時小泵具有自動睡眠與自動喚醒功能，具有小流量供水的佳節(jié)能效果。
（5）當(dāng)用水流量增加，變頻器的輸出頻率上升，當(dāng)Hz=（Hz）Qmin，變頻器的一個可編程輸出繼電器工作。整個供水系統(tǒng)的工作（2）、（3）所述，水機(jī)仍由小泵變頻恒壓供水不變。
（6）當(dāng)用水流量繼續(xù)增大，變頻器的輸出頻率繼續(xù)上升，當(dāng)Hz=（Hz）Qmin+ΔQ變頻器的另一個可編程輸出繼電器工作，并向?qū)Ｓ肞LC發(fā)出一個信息。
（7）PLC接受上述信息后
（a）控制變頻器停止工作；
（b）變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行以下切換操作：先使小泵的變頻交流接觸器脫開，然后使120kW大泵接入變頻；
（c）在變頻器輸出側(cè)切換好后，重新啟動變頻器，恢復(fù)恒壓變量供水。
（8）由變頻器帶動120kW大泵進(jìn)行小流量恒壓供水，例如由3臺大泵并聯(lián)，則大供水功率可達(dá)120×3=360kW。
3.ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
變頻水泵的自動睡眠和自動喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏（泵和風(fēng)機(jī)控制）的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動睡眠時，水泵自停，完全不消耗電能，具有佳的節(jié)能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統(tǒng)中設(shè)有一個小氣壓罐，在變頻泵自動睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時，變頻水泵自動喚醒，恢復(fù)恒壓供水。
利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備：
（1）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設(shè)備。
當(dāng)用水流量小于一臺泵的額定流量時，由變頻泵B1變頻恒壓變量供水；當(dāng)用水流量大于一臺泵在工頻情況下的額定流量時，工頻泵B21自動投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水（當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時，則每投入一臺工頻泵，恒壓值上升一個臺階ΔP，ΔP可按需設(shè)定）。
當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時，變頻泵B1的轉(zhuǎn)速自動下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零（接近的程度由調(diào)試者確定）時，變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時間（T值可設(shè)定，改變）時，變頻水泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時，變頻水泵自動啟動（喚醒）以維持恒壓供水。
具有恒壓（準(zhǔn)恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個可編程輸出繼電器可帶動一臺工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時，可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
（2）YLD-BP-X系列智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
B0為變頻穩(wěn)壓泵，由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
B1、B2、B3為工頻消防泵，由PLC控制平時由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時，穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時間T（T可設(shè)定），變頻穩(wěn)壓泵自動停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩(wěn)壓；當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時，變頻穩(wěn)壓泵自動啟動恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓（自動喚醒）。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的，停歇的時間很長，沒必要設(shè)置備用泵，以降低造價。
當(dāng)接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（第一臺）工頻啟動，投入消防。其他各臺消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動投入或自動退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下，如管網(wǎng)壓力不足（低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的低消防壓力），則由PLC控制，下一臺消防泵（包括備用泵）自動投入以提供充足的消防流量。
消防結(jié)束，PLC可以接受人工指令，停止消防（所有消防泵停泵）。
3.ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
變頻水泵的自動睡眠和自動喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏（泵和風(fēng)機(jī)控制）的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動睡眠時，水泵自停，完全不消耗電能，具有佳的節(jié)能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統(tǒng)中設(shè)有一個小氣壓罐，在變頻泵自動睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時，變頻泵自動喚醒，恢復(fù)恒壓供水。
利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備：
（1）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設(shè)備。
當(dāng)用水流量小于一臺泵的額定流量時，由變頻水泵B1變頻恒壓變量供水；當(dāng)用水流量大于一臺泵在工頻情況下的額定流量時，工頻泵B21自動投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水（當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時，則每投入一臺工頻泵，恒壓值上升一個臺階ΔP，ΔP可按需設(shè)定）。
當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時，變頻供水泵B1的轉(zhuǎn)速自動下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零（接近的程度由調(diào)試者確定）時，變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時間（T值可設(shè)定，改變）時，變頻泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時，變頻泵自動啟動（喚醒）以維持恒壓供水。
具有恒壓（準(zhǔn)恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個可編程輸出繼電器可帶動一臺工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時，可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
（2）YLD-BP-X系列智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
B0為變頻穩(wěn)壓泵，由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
B1、B2、B3為工頻消防泵，由PLC控制平時由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時，穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時間T（T可設(shè)定），變頻穩(wěn)壓泵自動停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩(wěn)壓；當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時，變頻穩(wěn)壓泵自動啟動恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓（自動喚醒）。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的，停歇的時間很長，沒必要設(shè)置備用泵，以降低造價。
當(dāng)接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（第一臺）工頻啟動，投入消防。其他各臺消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動投入或自動退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下，如管網(wǎng)壓力不足（低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的低消防壓力），則由PLC控制，下一臺消防泵（包括備用泵）自動投入以提供充足的消防流量。
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