小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)

謝駿　張鋒

【摘 要】 變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，就可以實現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水當中，變頻泵的流量是變化的，當變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。本文主要探討小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)

【關鍵詞】 高層住宅；變頻供水系統(tǒng)；恒壓；PLC

在這種變頻供水系統(tǒng)中，當供水流量少于變頻泵在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調(diào)速供水，當用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。當變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接供電（不通過變頻器供電）。變頻器則另外啟動一臺并聯(lián)泵投入工作。隨用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動投入[1]。這就是循環(huán)軟啟動投入方式。當用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關泵超出，關泵超出的順序按先投入先關泵超出的原則由變頻控制器單板計算機控制。

1 關于變頻調(diào)速給水的基本原理

目前，變頻調(diào)速生活給水在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因是：

①變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在設計階段可以降低對供水壓力計算準確度的要求，因為隨時可以方便地改變供水壓力。但在選泵時應注意，泵的揚程宜大一些，因為變頻調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應太小，因為水泵不允許在低揚程大流量下長期超負荷工作，否則應加大變頻器和水泵電機的容量，以防止發(fā)生過載[2]。

②目前，變頻器技術已很成熟，在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術和物質(zhì)基礎。變頻器已在國民經(jīng)濟各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合，即可實現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因為建筑供水的應用廣泛，有些變頻器設計生產(chǎn)廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好，使用方便的優(yōu)點。

2 小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)的構(gòu)成

當有若干臺水泵同時供水時，由于在不同時間（白天和黑夜）、不同季節(jié)（冬季和夏季），用水流量的變化是很大的，為了節(jié)約能源和保護設備，本著多用多開、少用少開的原則，進行切換。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動確定運行泵的臺數(shù)，在設定的范圍內(nèi)，同一時刻只有一臺泵由變頻器控制。當定時輪換間隔時間設定在0.05～100.00之間，則穩(wěn)定運行相應時間后，變頻器將按“先開先關”的原則輪換控制泵的運行，以保證每臺泵能得到均等的運行機會和時間，防止部分泵因長期不用而銹死。泵運行到上限或下限后，到達增加泵或減少泵的判斷時間，變頻器將按“先停先開” 的原則加減泵控制，以保證每臺泵都能有機會運行，防止部分泵因長期不用而銹死[4]。

恒壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是采用可編程控制器（PLC）與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行.并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù).完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量，自動補償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設定值，既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、PLC、泵組電機（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設定）、壓力傳感器和交流接觸器等部分組成，如圖1所示。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管道的出水壓力，變頻器設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值送人變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器進行運算處理后，由PLC發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變頻泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。恒壓控制是由變頻器內(nèi)置PID功能實現(xiàn)的，系統(tǒng)根據(jù)用水流量的變化調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電動機軟啟動裝置.限制電動機的啟動電流。壓力傳感器的作用是檢測管網(wǎng)水壓，安裝在供水系統(tǒng)總出水管上。變頻器和PLC的應用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動，消除了對電網(wǎng)、電氣設備和機械設備的沖擊，延長機電沒備的使用壽命。

3 小高層、高層住宅多泵循環(huán)變頻供水的實現(xiàn)方法

圖2是三臺水泵循環(huán)恒壓變頻控制電路。M1、M2、M3是電動機，P1、P2、P3是水泵。KM1、KM3、KM5控制水泵變頻運行，KM2、KM4、KM6控制水泵工頻運行。變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。一般的供水設備控制1～3臺水泵，1～2臺工作，1臺備用。在這些水泵中，一般只有一臺變頻泵。當供水設備供電開始工作時，先啟動變頻泵，管網(wǎng)水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入PLC或PID回路調(diào)節(jié)器，PLC或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個較用水量增加前大的信號，使變頻器的輸出頻率上升.水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值，仍不能使管網(wǎng)水壓達到設定值時，PLC或PID回路調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當用水量減少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，則發(fā)出減少一臺工頻電動機的命令[5]。

多泵并聯(lián)恒壓供水，在設計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變（因工況不變），并使之處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因為采用多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)采用具有自動睡眠功能的變頻器，當用水流量接近于零，變頻泵能自動睡眠停泵，從而可以做到不用水時自動停泵而沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。

結(jié)論

目前，高層樓水箱（池）的消毒問題還有待解決，必須引起足夠的重視。尤其是到夏季，南方諸多城市天氣悶熱、潮濕，細菌繁殖特別快，水質(zhì)極易污染。因此，要加強消毒，隨時監(jiān)測水質(zhì)情況，保證人民飲用合格的水。為了解決高層樓二次供水污染的難題，科技工作者經(jīng)過不懈的努力，研制出“恒壓變頻調(diào)速供水設備”，使用該設備可取代水塔、高位水箱及氣壓供水設備。

參考文獻

[1] 胡盤峰，陳慧敏.基于PLC的新型變頻恒壓供水系統(tǒng)設計[J]. 機械工程與自動化，2011（02）：121-122

[2] 高殿明，辛艷東.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設計[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2012（02）：56-57

[3] 趙水英，孫旭霞.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)新方法[J].計算機系統(tǒng)應用，2012（03）：130-132

[4] 徐爽.恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方式分析[J].機電信息，2012（06）：87-88

[5] 楊偉新，張曉森，徐彥鐸，方偉國. 基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計[J].機械研究與應用，2012（02）：120-122