恒压变频供水设备原理(变频恒压供水系统的构成)

Posted 2023-05-26

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恒压变频供水设备原理(变频恒压供水系统的构成)

从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。

1、执行机构

执行机构是由一组水泵组成，他们用于将水供入管网，图3.3中的4个水泵分为三种类型:

调速泵：是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。

快速泵：水泵运行只在工频状态，速度恒定，它们用以在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。当水泵采用循环的控制方式时，M1、M2、M3既可以做调速泵，也可以作为恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式时，M1、M2、M3中只有一台可以调速泵，其余两台作为恒速泵。

附属小泵：它只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很小的情况下（例如：夜间）对管网用水量进行少量的补充。系统中使用附属小泵的原因在于变频泵暂时无法在实际使用中实现其恒压供水，尤其是夜间和管网有小流泄压现象时会出现超压或断流。

在变频调速恒压供水系统中，这样构成水泵组有下几个原因：

（1）用几个小功率的水泵代替一台大功率的水泵，使水泵选型容易，同时这种结构更适合于大功率的供水系统。

（2）供水系统的增容和减容容易，不需要更换水泵，只要再增加恒速水泵即可。

（3）以小功率的变频器代替大功率的变频调速器，以降低系统投入成本，增加系统运行可靠性。

（4）附属小泵的加入，使系统在用水量很低时（如：夜间）可以停止所有的主水泵，用小水泵进行补水，降低系统的运行噪音。

（5）在用水量不太大时，系统中不是所有的水泵在运行，这样可以提高水泵的运行寿命，同时降低系统的功耗，达到节能的目的。

对于多泵并联的母管制供水系统，既要保证恒压供水，又要实现经济调度，一般均采用如下的设计原则：多泵并联，大小泵结合，调速泵保证管网压力，水泵台数的增减保证流量，小泵实现小流量保压。

具体方案如下：

（1）一般不用一台大泵，宁可用多台小泵，这样有利于经济调度。

（2）调速泵为主泵，流量最大，扬程要比其他水泵高出30%-50%,有利于扩大调速效果，只能在超过实际压力的富裕扬程内调节流量，大大的制约其调节范围。

（3）定速泵的选择可以采用相同扬程，不同流量的泵，这样也有利于经济调度。

（4）为了进行小流量的保压（例如深夜），系统中有一台小流量的泵。

（5）调速泵采用变频器调速，一备一用的固定拖动不进行切换操作。水泵检修时可采用冷切换方式暂时切换到其他泵上做调速运行。

（6）其他泵可采用一台软启动器或用PLC实现循环软启动操作。

变频器与工频电网之间的相互切换问题，使用冷切换是最简单、最安全的切换方式，但是它只能用于可以分为异步切换和同步切换两种方式。目前流行的多泵恒压供水系统变频循环软启动控制方案都采用异步切换的方式，因此就不可避免地会产生过大的电流冲击和机械转矩冲击，导致供电系统的保护跳闸和设备的损坏，也不可避免地会引起供水系统的压力和流量的扰动。

2信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括来水出水水压信号、液位信号和报警信号：

（1）水压信号：它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。

此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测。检测结果可以送给PLC，作为数字量输入，在来水不足和出水超压（电接点压力表控制）时控制水泵的起动与停止。

（2）液位信号：它反映水泵的进水水源是否充足，信号有效时，控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵没水空抽而损坏电机和水泵。此信号来自在安装于水源处的液位传感器或电接点压力表。

（3）报警信号：它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，是否有溢流现象（地下室用），该信号为开关量信号。

3控制系统

供水控制系统已被安装在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。

（1）供水控制器：它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构（即水泵）进行控制。
（2）变频器：它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有两种工作方式;

变频循环式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，

将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。

变频固定式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择。

(3)电控设备：它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换及就地/远控等工作。

4人机界面

人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。

5通讯接口

通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以喝组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换：同时通过通讯接口，还可以讲现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等。

6报警装置

作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，房子因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行检测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。