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[图文]变频供水解决实例 |
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| 变频供水解决实例 |
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作者：佚名 文章来源：网络 点击数： 更新时间：2009-5-31 8:29:54  |
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变频供水即是通过智能型控制器控制变频器的输出频率从而改变施加在水泵电机，三相定子上的交流电的频率，而达到改变水泵电机转速，调节供水流量与扬程的目的。其主要装置为变频器和智能型恒压供水控制器。水泵的传动较简单，不像有些机械设备非要软启动不可，且调速范围较窄。由于出现了风机、泵类专用的变频器，变频供水技术很快得到了大面积的推广。从控制方式上，变频供水也经历了一个从模拟到数字，从单一到多元功能多样化的发展过程。
北京兰利东方科技有限公司早年即致力于变频恒压供水技术的开发，其CPS系列恒压供水控制器，已广泛应用于全国各大中小城市供水系统中。以下兹就CPS系列各种型号特点作些简单介绍，以方便用户选取合理的变频供水解决方案。
1． CPS-10A型 为单泵固定变频方式。此种型号专为一台泵即能满足供水要求设计，多用于潜水泵或单泵系统的控制。10A具备消防执行第二压力、水位保护、变频故障报警功能、消防模式下水位报警被屏蔽。必须注意的是，单泵系统中长轴深井泵比同等功率普通泵电流要大，选取变频器时须以深井泵电流为准，并综合考虑电机线缆长度。此单泵固定变频无切换方式具有高度的可靠性。
2． CPS-20A1型 为单台固定变速泵加2台定速泵阶梯投切方式，并配有附属小泵。此种方式比起传统的采用改变供水机组并列运行的台数或截流措施来合理经济得多。对供水机组来说，服务压力的变化，机组水量可以不同，但额定扬程基本相同，小流量时，参加运行的机泵工作扬程会低于其额定扬程，效率降低，而截流乃是通过改变管道特性曲线的形状来适应管网中流量的变化，如此便在水阀门的两侧产生了一个压差ΔH与当时输水量Q的乘积ΔH·Q便是出水阀门在调节时的能量损失，这一部份损失由电动机向电源索取。20A1这种配置可以很好解决这一问题。必须注意：此种方式中选定的调速泵必须是所有泵中容量最大者，否则容易造成系统压力不稳定。定速泵与变速泵配合工作时效率下降值是有限制的，在一定的Q、H范围内，定速泵与变速泵可以在同一扬程下协调工作。当管网中的压力降低时定速泵以增加流量的方式与变速泵在同一扬程下工作；在用水量很小的情况下，20A1可自动将主泵关闭，将附属小泵打开，附属小泵为工频工作方式，并可设置停泵压力误差。主泵投切的延时可以人为设定，附图： 
3． CPS-20B1 为三台可循环软启动控制方式。此方式为多泵变频供水提供了较好的解决方案，每台水泵均可由变频器平滑软启动，无冲击电流。泵可交替投入运行，大大延长了水泵的寿命。多泵循环还可降低工程造价，避免单泵变频深度调速。在多泵调速的实际测定中，水泵若由于工况点不在运行效率范围内，可以用改变水泵转速的方法使工况点移动而进入推荐的效率范围，从而提高了整机的运行效率。20B1还提供了小流量的小泵工作方式，且小泵变频、工频可选，在极端压力变化下，建议使用CCPS（即变压变量）控制方式，即流量补偿功能，可保持最不利点压力稳定。
4． CPS-20C1 功能强大，可控制6台主泵+1台附属小泵，所有泵均可设定为变频或工频工作方式，具备循环软起动、自补偿切换、水泵切换压差设定、六段定时开关机、变量泵定时换泵、内外部流量补偿、传感器定标、故障自诊断、水位保护、手动调试等功能。不仅如此，20C1的卓越性还表现在消防方式上，为消防系统供水的解决方案首选。在消防模式上，20C1提供了四种方式供用户选择，除基本的执行第二压力设定外，消防泵的工作方式可设定为工频运行，工频巡检；工频运行，变频巡检；变频运行，变频巡检，如此灵活的配置可以解决用户多方面的要求，举个简单例子，假如用户既想将消防系统中的稳压泵的变频器适量配置，又不想在平时消防泵巡检时对管网冲击太大，那么变频巡检，工频运行这种模式便很好地解决了这个问题。该模式下您可以用一个小的变频器来拖动一台大的消防泵，这样便可以节约大量用于购买大功率变频器的资金，安全的情况下，变频器与消防泵的功率比可达到1:2，此时，被拖动负载在低频下运行。
总之，了解了CPS各种型号控制器的特点，就可以灵活地配置，最终确定合理的供水方案。当然，优秀的水系统是由多方面购成的，并非都能依靠控制器来解决。例如为了抑制水锤就必须采用减震床、减震阀。系统发生振荡，还需分析管路设计是否合理，是否有气压罐，管路内是否有空气等等。采用电机结合，相互配合的原则，特别是在水泵选型方面，更要充分考虑实际分流情况，如果选型合理，则分流能够充发挥变频节能的优点且系统运行稳定、安全、可靠。
以下为北京某军区消防变频供水应用实例：
应用实例一：
该楼共计十一层，泵房位于地上一层，为消防专用供水系统。要求平时由稳压泵稳压，一旦火灾发生，消防泵立即工频投入使用，但消防泵的巡检为变频方式以减小冲击。
据此选配：选用CPS-20C1消防专用控制器DB型，变频器选用带转矩限制ACS-600、7.5KW，两台稳压DL泵，7.5KW、扬程53米，两台消防DL泵18.5KW、扬程70米。
运行情况：设定稳压泵稳定压力4.5kg，消防压力6.5kg。因一台稳压泵流量已满足，故设置为两泵交替运行，稳压误差设定为0.1kg，即稳压范围为4.4~4.6kg之间。现场实际运行水压稳定，管网密封性甚好，为进一步节能降耗，打开控制器附属小泵，但小泵负载实际为空载。正常情况下，稳压泵在4.4~4.6kg之间稳压，当压力达到4.6kg时，经过延时，稳压泵停机。随着压力逐渐下降，当低于稳压值时，控制器小泵打开，这样又经延时，虚拟小泵关掉，稳压主泵又开始投入运行，如此循环，消防泵的巡检时间设置为360小时，即每隔15天，7.5KW变频器即拖动18.5KW消防泵低频运转，频率约为20HZ，系统运行情况稳定。
应用实例二：
1． 实例说明
一生活住宅小区，最高楼层为6层，生活消防共用供水系统，该系统共有四台水泵，配置为三大一小。三台主泵均为15KW，一台小泵供水流量供水之用，功率为4KW。压力传感为电阻式远传压力表，量程为1Mpa。
2． 控制器的选型
根据控制器的性能和特点，采用CPS-20C1-S标准型控制器即可。三台主泵采用变频循环软启动，使用控制器的三台主泵控制点。附属小泵因其功率小，可直接用工频启动，起到小流量供水的作用，以节约电能。六层楼的高度，考虑到最高层的压力要求，需设置3kg/cm2的压力值。
3． 控制柜的设计及配线
在选定好控制器的类型之后，则要进行控制柜的设计及具体的配线工作。这一步工作在整个工程系统项目之中非常重要。
在设计之中，主要注意以下几个环节：
A． 确定控制器的端子的使用
在本例中，共使用三台主泵和一台小泵，而且主泵为变频循环软起动控制，小泵为工频直接起动，所以上排端子之中，使用B1R、D1R、B2R、D2R、B3R、D3R和XBR以及报警输出常开端子（Ta，Tc）。在下排端子之中，使用了控制器的运行信号（RUN/STOP），水位信号（LA1、LA2），消防信号（FA），给变频器的控制信号及变频器的故障反馈信号（RUN、EMG、COM、VRC、GND、BG、GND），压力采集信号（SV、P1、GND）。因本例中，不使用压力变送器（使用远传压力表），也不用流量补偿功能，所以C0、C1、C2、Q1均不用。
控制器与变频器相连接的控制信号共有7个端子，包括控制器输出5个，即变频器的运行信号（RUN），变频器的滑行停止信号（EMG），这两者的公共端（COM），和一对模拟电压输出端子（VRC、GND），用来控制变频器的频率；还有一对输入端子，是由变频器输出，由控制器接收变频器的故障信号（BG、GND）。本例之中，选用富士P9S变频器，与上述7个端子相对应的变频器端子依次为RUN、BX、COM、12、11、30A、30C。具体设计请参考附件的参考设计图。
B． 具体配线及注意事项
在确定系统的配置及控制器的端子使用情况之后，要进行控制柜的具体配线工作。以下就具体接线时应注意的事项进行说明：
a． 控制器的主机和面板之间的通讯线要和电源线分开走线。因为通讯线传输的是弱电控制信号，很容易受外界干扰。电源线的波动极易对弱电产生干扰，轻则干扰控制器的正常运行，重则损坏机器。所以，通讯线和电源线应分开布线。比较好的做法是不要将通讯电缆和控制线电源线捆扎在一起，而是单独走线。
b． 控制器和变频器的控制信号线采用屏蔽线，根据只能将屏蔽线的屏蔽层一端接地的原则，将其在变频器的一端接地。
c． 选用接触器时，对于大功率的系统，请选用带有线圈吸收回路的接触器。对于本例中的小功率系统，最好也在在接触器线圈的两侧装上阻容吸收回路。
4． 参数设定及现场调试
在确定系统的接线工作正确无误后，可进入系统的调试阶段。关于控制器的操作方法和控制器的16项设定参数及其所代表的意义，请参阅控制器的说明书，在此不再赘述。
控制器的调试一般分为以下几个过程：
A． 参数设定
接通电源，断开控制器端子“RUN/STOP”和端子“GND”的连线，使控制器处于停止状态，将控制器的主机上的主机开关设定窗打开，以便进行控制器的水泵及参数的设定。
首先，进行水泵设定。将主机开关设定窗内的键盘锁定开关K3打开，即将小窗口内的黑色开关K3拨到UNLOCK的位置（向上）。现在由键盘操作即可进行水泵及参数设定。用操作面板将参数设定状态调至水泵设定状态，然后将P1、P2、P3及小泵P7设定为开启状态，其余水泵均设定为“OFF”状态。
主泵及小泵的工作方式是通过主机开关设定窗内红色拨码开关K1设定的。当相对应的开关拨到“ON”时（即上方），主泵设定为工频直接起动（或降压起动）。当相对应的开关拨“OFF”时（即下方），主泵设定为变频循环起动控制方式。小泵的设定与主泵的设定方式正好相反，请用户注意（对于小泵，开关拨到“ON”时为变频工作方式，开关拨到“OFF”时为工频工作方式）。我们将K1的1、2、3、及7位均拨到“OFF”状态。至此，水泵的状态就设定好了。
然后进行系统参数设定。将数据设事实上状态调至修改控制器参数的状态。首先进行控制器的传感器调零工作。接好压力表，根据压力表的量程将参数代码03设定好（例如对于1Mpa的表，代码03设定为10.0kg/cm2），代码04调为零。此时系统没有运行，压力表的指针应该指在“零”上，如果不显零，请想办法泄掉系统压力，使压力表指示为零。因为压力表有起始电阻，控制器将显示一个压力值，此时高速代码04（传感器调零）的值，调整到压力显示刚好为零。请注意不要调整过头。
最后依次修改系统的参数：
第一压力为3.00kg/cm2（代码01），第二压力（消防压力，代码02）不变，控制器给变频器的模拟控制信号的范围（代码05）调至10V；变频器的输出功率（代码06）为15KW，变频器的加减速时间（代码07）为15秒，频率下限（代码08）为25HZ（后面还要再次调整），定时换泵时间（代码09）为24小时，为了防止控制器频繁启动小泵，将附属小泵停止压力误差（代码11）调至0.6公斤；因系统中不需加流量补偿，也不需消防泵巡检，所以代码10、12均设定为OFF。
B． 系统的手动运行调试
在参数都设定完成之后，进行手动运行调试（变频运行）。拨动控制柜上的转换开关，使系统处于自动运行状态，断开控制器端了“RUN/STOP”和端子“GND”的连线，使控制呖呖处于停止状态，用手按下减少键（“V”键），持续5秒钟后，系统则进入手动调试状态。此时，控制器面板的下排数字显示左边部分闪烁，并有相应的水泵的编号及其状态。用户可通过“SET/MON”键控制相应水泵的启动及停止（变频运行），并用增加键（“^”键）及减少键（“V”键）控制变频器的运行频率。逐一检查变频器和各台水泵是否能正常运转，以及水泵转动方向是否正确，如果不正确，请调整水泵的转动方向。同时不要试验水泵在工频起动状态下转动方向是否正确。一般情况下，用户可以用以下方法调整：
a． 先调整水泵在变频状态下运行的转动方向，依次检查，如果某台泵转动方向不正确，可以倒换此泵的相序。按下功能键（“FUNC”键）可退出手动运行调试状态。
b． 每台泵在变频状态下运行的转动方向都正确后，再拨动控制柜上的转换开关，将系统转换到手动状态，用工频手动按钮起动水泵。如果泵的转动方向不对，可以倒换总电源进线的相序。然后依次检查每台泵的运转方向，至此，如果控制柜设计及配线正确，泵的转动方向都应该正确。
c． 恢复控制器端子“RUN/STOP”和端子“GND”的连线。
关于控制器的运行状态指示灯所表示的含义，请读者参考控制器的说明书。
C． 下限频率的调整
以上的步骤都完成后，拨动控制柜上的转换开关，将系统转换到自动运行状态，关闭水泵出水总管的阀门，模拟小流量供水状态。此时，系统的流量接近于零。当系统达到稳态，压力恒定在设定值，通过控制器面板观察控制器显示的频率值。此频率值就是系统运行的下限频率。重新设定下限频率值（功能代码08），一般可以设得稍大，例如控制器显示26HZ，可以将功能代码08设为27HZ。
D． 系统的自动运行
当以上的调试工作完成之后，系统便可进入自动运行状态，观察系统运行状况。运行中到达稳态时，如果压力表的指示和控制器的显示不一致，可调整代码03（传感器量程），使二者一致。请注意传感器调零（代码04）一旦调好后就不要再更改了，压力显示不一致时可调整代码03（传感器量程）。至此，所有调试工作都已完成，系统可以进入自动运行状态正常工作了。
当现场调试完成，系统正常运行以后，再将键盘锁定开关拨到LOCK状态（下方），以免数据受到干扰或被人无意修改。
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