消防給水設(shè)備中變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究

盧玉書

【摘 要】文章時環(huán)保、節(jié)能、自動補(bǔ)壓型給水設(shè)備作了介紹。從消防科研的實踐出發(fā)，闡述了變頻調(diào)速技術(shù)在消防給水設(shè)備中，以單片機(jī)電路控制方式為例，介紹了其工作原理。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速技術(shù) 消防給水設(shè)備

【中圖分類號】F426【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0064-01

l 傳統(tǒng)水泵控制技術(shù)的劣勢

在傳統(tǒng)的水泵控制方式中，靠調(diào)節(jié)出口或人口閘閥方式來進(jìn)行，人為增加管網(wǎng)阻力達(dá)到變化流量和壓力的目的。因此，在控制過程中，流程阻力損失相應(yīng)增加，而此時水泵的特性曲線不變，葉片轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)輸入功率并無減少，而是白白地?fù)p失在調(diào)節(jié)過程中。經(jīng)測算，當(dāng)水泵的流量由100%降到50%時，若分別采用調(diào)節(jié)出口和入口閥門的方式，則電機(jī)的輸入功率分別為額定功率的84%和60%，而水泵的軸功率僅為12.5%，即損失功率分別為71.5%和47.5%。這說明不采用先進(jìn)的控制措施，即使水泵的設(shè)計效率為100%，其實際的運行效率可能只有百分之十幾或更低。傳統(tǒng)的控制方式，造成水泵長期處于高速、滿負(fù)荷狀態(tài)下運行，因此維護(hù)工作量大，設(shè)備壽命低，并且運行現(xiàn)場噪聲大，影響環(huán)境。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的原理

變頻調(diào)速技術(shù)（vaiahle vaiahle firequency technology）是一項綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系，即均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻事，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。

眾所周知，水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P為水泵消耗功率；n為水泵運行時的轉(zhuǎn)速；K為比例系數(shù)。變頻調(diào)速和智能控制技術(shù)，可以使水泵運行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，最終達(dá)到節(jié)能的目的。用閥門控制水泵流量時，部分有功功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。如果采用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行控制，就避免了消耗在閥門的有功功率。這樣，在轉(zhuǎn)運同樣流量的情況下，僅需要輸入較低的功率，獲得節(jié)能效果。實踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗。

3 變頻調(diào)速技術(shù)用于消防給水系統(tǒng)的控制方式

（l）繼電接觸器控制方式

這是最簡單的一類控制方式。根據(jù)工藝或外界條件的變化，依靠傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)，采用繼電接觸器來控制水泵電動機(jī)運轉(zhuǎn)，達(dá)到調(diào)速目的。

（2）邏輯電子電路控制方式

這類控制電路往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。控制方式較為先進(jìn)，但難以實現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調(diào)試較麻煩，且工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，但系統(tǒng)成本較低。系統(tǒng)工作原理為：當(dāng)消防管網(wǎng)壓力降至某一規(guī)定值（低限值）時，由壓力傳感器發(fā)出信號自動開啟穩(wěn)壓泵對管網(wǎng)補(bǔ)水加壓，當(dāng)壓力升至另一規(guī)定值（高限值）時自動停泵。根據(jù)需要系統(tǒng)可設(shè)置消防中心聯(lián)動接口，當(dāng)消防中心發(fā)出火警信號或按動消火栓按鈕，電控柜自動開啟消防主泵進(jìn)行滅火。

（3）單片機(jī)電路控制方式

這類控制電路優(yōu)于邏輯電子電路，但在不同管網(wǎng)、不同供水情況時調(diào)試較麻煩。因系統(tǒng)程序預(yù)先固化于芯片中，需要追加功能時，就要對電路進(jìn)行修改，重新刷新設(shè)置程序，不靈活也不方便，控制電路的可靠性和抗干擾能力也不高。

系統(tǒng)通過高性能單片機(jī)控制變頻調(diào)速器拖動多臺水泵，逐臺變頻調(diào)速啟動，實現(xiàn)全自動恒壓供水。變頻穩(wěn)壓泵由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制運行。平時無火警時，由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓，使系統(tǒng)隨時能夠滿足消防給水要求。當(dāng)管網(wǎng)充水穩(wěn)壓到設(shè)定恒壓，穩(wěn)壓泵流量趨近于零并維持一段時間（時間通過程序可控制）后，變頻穩(wěn)壓泵自動停泵，進(jìn)入等待狀態(tài)，由貯能罐維持穩(wěn)壓。當(dāng)管網(wǎng)壓力下降至某一設(shè)定的壓力值時，變頻穩(wěn)壓泵自動啟動恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓。當(dāng)系統(tǒng)接收到火災(zāi)信號后，由單片機(jī)控制主消防泵（可以根據(jù)需要為一臺或數(shù)臺）依次工頻啟動，以提供額定的消防流量和壓力。在主消防泵已投入運行的情況下，如管網(wǎng)壓力不足，由單片機(jī)控制備用消防泵自動投入，以滿足消防用水流量要求。通過與消防控制中心聯(lián)網(wǎng)，可按設(shè)計程序進(jìn)行自動或手動巡檢，從而實現(xiàn)消防聯(lián)動控制功能。

（4）變頻器內(nèi)部集成控制方式

此種控制方式將PID、PLC的功能都以集成方式綜合到變頻器內(nèi)，形成了面向控制和應(yīng)用的新型變頻器。由于PID運算預(yù)先固化在變頻器內(nèi)部，省去對PLC的設(shè)計和對PID的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易。內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以水壓調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，能夠降低設(shè)備成本，并節(jié)省安裝調(diào)試時間。

此外，針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，有些產(chǎn)品設(shè)計采用了變頻調(diào)速和智能控制技術(shù)，因此多電平直接高壓變頻器、模糊控制器等器件得到了應(yīng)甩。如利用多電平直接高壓變頻器，可以實現(xiàn)高質(zhì)量的功率輸入和輸出、高功率因數(shù)和不間斷運行。采用模糊控制器會最大限度地適應(yīng)被控對象的復(fù)雜性，達(dá)到控制精度高、響應(yīng)快、控制規(guī)律簡單的目的。

4 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于消防給水系統(tǒng)

（1）有消防信號外部輸人接口。當(dāng)有火警或火災(zāi)信號到來時，系統(tǒng)能自動切換到火災(zāi)狀態(tài)；

（2）設(shè)計有系統(tǒng)自動巡檢功能，定時巡檢周期可根據(jù)需要設(shè)定；

（3）便于靈活配置常規(guī)泵、消防泵及其他功能泵，便于實現(xiàn)供水泵房全面自動化；

（4）工作泵與備用泵不固定，可自動定時輪換，有效地防止因為備用泵長期不用時發(fā)生的銹死現(xiàn)象；

（5）故障自動電話撥號功能。當(dāng)供水系統(tǒng)或變頻器發(fā)生故障時，通過內(nèi)置串行通訊接口，與外接MODEM設(shè)備進(jìn)行信號連接，自動啟動預(yù)先設(shè)定的電話號碼和信息，及時通知設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理，可以方便地實現(xiàn)泵房無人值守運行；

（6）可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，便于實現(xiàn)樓宇自動化管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 金傳偉.毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用《電子技術(shù)應(yīng)用》，2000；9

[2] 扈匯絢.采用變頻技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能降耗資源與環(huán)境產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2002；10

[3] 李勇偉.專用變頻器在恒壓供水裝置中的應(yīng)用中國新型建筑材料網(wǎng)，2002；10