變頻恒壓補水系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

黃海

摘 要：文章舉例簡述了變頻恒壓補水系統(tǒng)在供暖系統(tǒng)中疑難問題的解決方案及實際使用效果，以實例總結(jié)其自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：變頻器；通訊；傳感器

變頻恒壓補水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓補水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。恒壓補水是指在用戶端在任何時候用水量發(fā)生變化時，始終保持回水壓力不變，這樣既保證了供水能力，使系統(tǒng)管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，又使供水質(zhì)量大大提高。變頻恒壓補水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點，在小區(qū)供水、工廠供水和供暖系統(tǒng)控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟效益。

1 恒壓補水策略

舉例某單位的的供熱系統(tǒng)恒壓補水設(shè)備共分2套，每套設(shè)備包括4KW補水泵2臺，分別為武警樓補水和生活水補水管道補充水源。要想保持供暖系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，補水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定是關(guān)鍵。中央控制器通過安裝在總出水管的遠傳壓力信號，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)數(shù)，始終保持對供熱系統(tǒng)恒壓補水，并達到節(jié)約電能的效果。當(dāng)系統(tǒng)水膨脹時，通過電接點電力表控制電磁閥開啟，達到穩(wěn)定保護作用，從而實現(xiàn)全自動高效節(jié)能恒壓補水的目的。

每套供水系統(tǒng)采用2臺水泵機組并聯(lián)供水方式，選用施耐德ATV312系列變頻器，功率為5.5KW，內(nèi)置PID控制?？刂破鬟x用施耐德Twido系列PLC，內(nèi)置以太網(wǎng)接口。先進的自動控制技術(shù)和供熱補水系統(tǒng)相結(jié)合，具有自動補水、自動泄水和超壓報警等功能。具有自動泄水和超壓報警等功能，全部實現(xiàn)自動化控制，無需專人看管。使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、工藝先進，技術(shù)領(lǐng)先、高效節(jié)能、運行可靠。

系統(tǒng)設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，可選擇系統(tǒng)在自動、本地手動和遠程手動狀態(tài)下工作。

1.1 自動

當(dāng)選擇自動狀態(tài)工作時，PLC首先利用變頻器起動一臺加壓泵，此時安裝管網(wǎng)上的傳感器將實測的管網(wǎng)壓力反饋進變頻器，與預(yù)先設(shè)定的給定壓力進行比較，通過變頻器內(nèi)部PID運算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率.在管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力產(chǎn)偏差大時，變頻器輸出頻率接近工頻而管網(wǎng)壓力仍達不到壓力設(shè)定值，PLC將啟動延時信號，延時后把當(dāng)前工作的變頻泵由變頻切換到工頻下工作，并關(guān)斷變頻器，再將變頻器切換到另一臺泵，由變頻器起動該泵，這樣可根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)投入水泵臺數(shù)的方案。在全流量范圍內(nèi)靠變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，使供水壓力始終保持為設(shè)定值。

水泵的起停方式按照“先起先停”控制方式，同時在每次啟動設(shè)備時判斷啟動時間短的水泵優(yōu)先運行，這樣有助于水泵的保養(yǎng)。

1.2 本地手動

當(dāng)選擇本地手動狀態(tài)時，可在現(xiàn)場控制柜通過按鈕控制2臺泵單獨在變頻或者工頻下運行與停止，這主要用于定期檢修臨時供水。

1.3 遠程手動

當(dāng)選擇手動狀態(tài)時，可在上位機通過軟件控制2臺泵單獨在變頻或者工頻下運行與停止。

2 解決通訊距離問題

現(xiàn)今隨著自動化技術(shù)發(fā)展的需求在某些大型工業(yè)、企業(yè)或特定環(huán)境下會出現(xiàn)設(shè)備多、區(qū)域廣、線路長、設(shè)備分布不均勻的現(xiàn)象，工業(yè)現(xiàn)場信號采集設(shè)備多采用4-20mA的輸出方式，通訊距離在50米左右，工業(yè)數(shù)據(jù)變送器多采用RS232或RS485電氣協(xié)議，通訊距離也需要在200米以內(nèi)，但要求把這些設(shè)備的信號直接傳到統(tǒng)一中控室實現(xiàn)遠程自動化監(jiān)控顯然是不現(xiàn)實的。

經(jīng)過多方比較和測試，再實例中我們選用分布式結(jié)構(gòu)，用施耐德PLC來接入信號采集設(shè)備，施耐德PLC具有以下優(yōu)勢：價格低廉、自帶以太網(wǎng)接口，自帶Modbus通信模塊，編程調(diào)試簡便。在實施的時候，將采集設(shè)備接入到PLC的模擬量模塊中，PLC經(jīng)過計算或換算，將信號通過光纖以太網(wǎng)傳到中控室。對于數(shù)據(jù)變送器，我們選用摩莎公司的串口服務(wù)器來將RS232、485協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議。

3 故障保護策略

對水位過低、水壓上下限報警、變頻器故障等故障給出報警，并做出相應(yīng)的故障處理。

3.1 欠水位故障

停止全部的電機運行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)欠水位信號解除后，延時一段時間，自動起動系統(tǒng)。

3.2 壓力上下限報警

輸出報警信號，報警信號30s內(nèi)未解除，則停止全部的電機運行。信號解除則自動起動系統(tǒng)。

如壓力到達設(shè)定需要泄水的壓力值，或是用于高限保護的壓力開關(guān)輸出報警信號時，系統(tǒng)停止水泵運行，同時啟動泄水電磁閥泄水。如果設(shè)備到達超高壓，系統(tǒng)將采用急停方式停機并產(chǎn)生報警信號，提示工作人員。

3.3 變頻器故障

變頻器故障報警也接入到控制器內(nèi)，如果變頻器有故障報警后，系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號，用于提示工作人員，同時系統(tǒng)會自動切換到水泵工頻運行方式進行補水，由于采用工頻方式，沒有了變頻器的調(diào)速和PID 調(diào)節(jié)，水壓無法恒定，系統(tǒng)的PID恒壓供水就不起作用，為了防止停開一臺水泵會產(chǎn)生壓力不足而增開一臺有會出現(xiàn)壓力過高而造成系統(tǒng)頻繁切換的情況，故采用延時方式，延時時間為20分鐘。