ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用

    變頻水泵可以采用水位、壓力、變頻調(diào)速等多種控制方式，滿足不同用戶的需求，防止蓄水池二次污染、運(yùn)行時(shí)不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓、充分利用市政管網(wǎng)壓力等諸多優(yōu)點(diǎn)使得無負(fù)壓給水設(shè)備成為新一代具代表性的環(huán)保節(jié)能供水設(shè)備，深受廣大用的好評。
　　
　　變頻給水泵停泵控制最好方法是：
　　
　　當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí)，同一臺(tái)泵恒壓供水。按離心泵理論，在相似工況下，水泵的水力功率與三次方轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)用水流量接近為零（但恒壓）時(shí)，泵轉(zhuǎn)速最低，其功率也最小。對于常用的離心泵而言，變頻水泵在零流量下消耗的功率約為相同大小恒速泵額定功率的1/4或更小（與水泵的Q、H外特性、恒壓值等有關(guān)），但變頻泵長期在零流量下運(yùn)轉(zhuǎn)并白白消耗能量終究是一個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)泵的功率較大時(shí)，此缺點(diǎn)更為突出。
　　
　　為了使變頻水泵在不用水時(shí)能夠停泵，以便節(jié)能，減少泵的磨損，現(xiàn)在國外變頻器（具有多泵并聯(lián)恒壓供水控制功能）采用這樣的一種控制方案：當(dāng)變頻泵轉(zhuǎn)速（頻率）降低至接近零流量閾值時(shí)，變頻器發(fā)出一個(gè)指令，使變頻泵停泵休息。管網(wǎng)系統(tǒng)中接有一個(gè)小氣壓罐，當(dāng)變頻泵停泵后，由氣壓罐維持供水；當(dāng)供水壓力降低至某一設(shè)定值時(shí)，變頻器接受此壓力信息，使變頻水泵啟動(dòng)并恢復(fù)恒壓供水。在實(shí)際供水中，并不希望當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速降低至零流量閾值就立即停泵，而是經(jīng)過一定時(shí)間，經(jīng)判斷并確認(rèn)沒有用水后才停水泵。為此，可在電腦控制程序中設(shè)置判斷程序，以達(dá)到此目的。具體方法：當(dāng)變頻水泵轉(zhuǎn)速（頻率）降低至零流量閾值并持續(xù)T時(shí)間（T為判斷時(shí)間，可按需設(shè)定）電腦才發(fā)出停變頻水泵的指令，使變頻水泵自停，此功能稱為變頻水泵自動(dòng)睡眠功能。在停泵期間，如有人用水并引起管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)下降至開泵壓力（壓力值可按需設(shè)定）時(shí)，電腦接受此壓力信息，下達(dá)指令使變頻泵自動(dòng)啟動(dòng)并恢復(fù)恒壓供水，此功能稱為變頻泵自動(dòng)喚醒功能。
　　
　　據(jù)了解，國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)變頻給水設(shè)備的廠家為了使變頻給水機(jī)在小流量供水時(shí)能更好地節(jié)約電能和不用水時(shí)停泵，在給水系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)小氣壓罐和一個(gè)小工頻泵。
　　
　　筆者認(rèn)為，采用小工頻泵和小氣壓罐的方案存在問題較多，不如采用變頻泵自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒方案。我公司研制生產(chǎn)的智能型變頻給水設(shè)備已成功應(yīng)用了變頻泵自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒方案，經(jīng)試驗(yàn)和交付用戶使用證明十分成功。
　　
　　當(dāng)變頻水泵的功率很大，例如一臺(tái)水泵的功率為120kW，在接近零流量供水時(shí)，變頻水泵實(shí)際的耗能約1/4×120=30kW。此時(shí)，當(dāng)小流量用水時(shí)，變頻大泵會(huì)消耗相當(dāng)多的電能。從節(jié)能考慮，在小流量用水時(shí)宜由小泵供水。為了節(jié)能可就用一臺(tái)變頻小泵。其控制系統(tǒng)就這樣設(shè)計(jì)：
　　
　?。?）小流量用水時(shí)，求出大泵在恒壓小流量供水時(shí)的頻率，設(shè)為（Hz）Qmin。
　　
　　（2）大泵在恒壓小流量供水時(shí)，當(dāng)Hz≤（Hz）Qmin，則變頻器的一個(gè)輸出繼電器（可編程的）工作，向?qū)Ｓ肞LC發(fā)出一個(gè)信息。
　　
　?。?）PLC接受上述信息后：
　　
　?。╝）控制變頻器停止工作；
　　
　?。╞）變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行切換操作：首先使變頻大泵交流接觸器脫開，然后使小功率（如30kW）小泵接入；
　　
　?。╟）在變頻器輸出側(cè)切換好后，重新啟動(dòng)變頻器，恢復(fù)恒壓變量供水。
　　
　?。?）由變頻器帶動(dòng)小泵（如30kW）進(jìn)行小流量恒壓供水，此時(shí)小泵具有自動(dòng)睡眠與自動(dòng)喚醒功能，具有小流量供水的最佳節(jié)能效果。
　　
　　（5）當(dāng)用水流量增加，變頻器的輸出頻率上升，當(dāng)Hz=（Hz）Qmin，變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器工作。整個(gè)供水系統(tǒng)的工作（2）、（3）所述，水機(jī)仍由小泵變頻恒壓供水不變。
　　
　?。?）當(dāng)用水流量繼續(xù)增大，變頻器的輸出頻率繼續(xù)上升，當(dāng)Hz=（Hz）Qmin+ΔQ變頻器的另一個(gè)可編程輸出繼電器工作，并向?qū)Ｓ肞LC發(fā)出一個(gè)信息。
　　
　?。?）PLC接受上述信息后
　　
　　（a）控制變頻器停止工作；
　　
　?。╞）變頻器停止后在其輸出側(cè)進(jìn)行以下切換操作：先使小泵的變頻交流接觸器脫開，然后使120kW大泵接入變頻；
　　
　?。╟）在變頻器輸出側(cè)切換好后，重新啟動(dòng)變頻器，恢復(fù)恒壓變量供水。
　　
　?。?）由變頻器帶動(dòng)120kW大泵進(jìn)行小流量恒壓供水，例如由3臺(tái)大泵并聯(lián)，則最大供水功率可達(dá)120×3=360kW。
　　
　　3.ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
　　
　　變頻水泵的自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏（泵和風(fēng)機(jī)控制）的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動(dòng)睡眠時(shí)，水泵自停，完全不消耗電能，具有最佳的節(jié)能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)小氣壓罐，在變頻泵自動(dòng)睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時(shí)，變頻水泵自動(dòng)喚醒，恢復(fù)恒壓供水。
　　
　　利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備：
　　
　?。?）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設(shè)備。
　　
　　當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí)，由變頻泵B1變頻恒壓變量供水；當(dāng)用水流量大于一臺(tái)泵在工頻情況下的額定流量時(shí)，工頻泵B21自動(dòng)投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水（當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時(shí)，則每投入一臺(tái)工頻泵，恒壓值上升一個(gè)臺(tái)階ΔP，ΔP可按需設(shè)定）。
　　
　　當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時(shí)，變頻泵B1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零（接近的程度由調(diào)試者確定）時(shí)，變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時(shí)間（T值可設(shè)定，改變）時(shí)，變頻水泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時(shí)，變頻水泵自動(dòng)啟動(dòng)（喚醒）以維持恒壓供水。
　　
　　具有恒壓（準(zhǔn)恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器可帶動(dòng)一臺(tái)工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時(shí)，可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
　　
　?。?）YLD-BP-X系列智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
　　
　　B0為變頻穩(wěn)壓泵，由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
　　
　　B1、B2、B3為工頻消防泵，由PLC控制平時(shí)由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時(shí)，穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時(shí)間T（T可設(shè)定），變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩(wěn)壓；當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時(shí)，變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓（自動(dòng)喚醒）。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的，停歇的時(shí)間很長，沒必要設(shè)置備用泵，以降低造價(jià)。
　　
　　當(dāng)接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（第一臺(tái)）工頻啟動(dòng)，投入消防。其他各臺(tái)消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動(dòng)投入或自動(dòng)退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下，如管網(wǎng)壓力不足（低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的最低消防壓力），則由PLC控制，下一臺(tái)消防泵（包括備用泵）自動(dòng)投入以提供充足的消防流量。
　　
　　消防結(jié)束，PLC可以接受人工指令，停止消防（所有消防泵停泵）。
　　
　　3.ABB智能型變頻供水設(shè)備的應(yīng)用
　　
　　變頻水泵的自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒控制方案已經(jīng)在具有PFC宏（泵和風(fēng)機(jī)控制）的ABB變頻器上應(yīng)用。在自動(dòng)睡眠時(shí)，水泵自停，完全不消耗電能，具有最佳的節(jié)能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)小氣壓罐，在變頻泵自動(dòng)睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當(dāng)氣壓罐壓力降低至某一設(shè)定值時(shí)，變頻泵自動(dòng)喚醒，恢復(fù)恒壓供水。
　　
　　利用ABB變頻器的上述功能可以設(shè)計(jì)成以下系列的智能型變頻給水設(shè)備：
　　
　?。?）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設(shè)備。
　　
　　當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí)，由變頻水泵B1變頻恒壓變量供水；當(dāng)用水流量大于一臺(tái)泵在工頻情況下的額定流量時(shí)，工頻泵B21自動(dòng)投入與變頻泵B1并聯(lián)恒壓變量供水（當(dāng)準(zhǔn)變壓變量供水時(shí)，則每投入一臺(tái)工頻泵，恒壓值上升一個(gè)臺(tái)階ΔP，ΔP可按需設(shè)定）。
　　
　　當(dāng)用水流量進(jìn)一步減少時(shí)，變頻供水泵B1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降以維持恒壓供水。當(dāng)用水流量接近于零（接近的程度由調(diào)試者確定）時(shí)，變頻泵以接近零流量的低速運(yùn)行。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行T時(shí)間（T值可設(shè)定，改變）時(shí)，變頻泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當(dāng)氣壓罐壓力降至某一設(shè)定值時(shí)，變頻泵自動(dòng)啟動(dòng)（喚醒）以維持恒壓供水。
　　
　　具有恒壓（準(zhǔn)恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應(yīng)用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個(gè)可編程輸出繼電器可帶動(dòng)一臺(tái)工頻泵。當(dāng)工頻泵的數(shù)量多于可編程輸出繼電器的數(shù)目時(shí)，可用ND10模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
　　
　?。?）YLD-BP-X系列智能型變頻穩(wěn)壓工頻消防給水設(shè)備。
　　
　　B0為變頻穩(wěn)壓泵，由具有恒壓供水控制功能的變頻器控制
　　
　　B1、B2、B3為工頻消防泵，由PLC控制平時(shí)由變頻穩(wěn)壓泵向消防管網(wǎng)充水穩(wěn)壓使之處于準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)管網(wǎng)穩(wěn)壓至設(shè)定壓力時(shí)，穩(wěn)壓泵的流量接近于零并維持時(shí)間T（T可設(shè)定），變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩(wěn)壓；當(dāng)消防管網(wǎng)的壓力下降至某一設(shè)定值時(shí)，變頻穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)恒壓穩(wěn)壓（自動(dòng)喚醒）。變頻穩(wěn)壓是間歇工作的，停歇的時(shí)間很長，沒必要設(shè)置備用泵，以降低造價(jià)。
　　
　　當(dāng)接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（第一臺(tái)）工頻啟動(dòng)，投入消防。其他各臺(tái)消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網(wǎng)上的電接點(diǎn)壓力表控制自動(dòng)投入或自動(dòng)退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運(yùn)行的條件下，如管網(wǎng)壓力不足（低于電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的最低消防壓力），則由PLC控制，下一臺(tái)消防泵（包括備用泵）自動(dòng)投入以提供充足的消防流量。