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恒压供水控制器

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时间:2016-12-13 10:37:55

恒压供水控制器

恒压供水控制器是指专业用于恒压供水的水泵变频控制器。恒压供水控制器可使供水系统运行平稳可靠,实现真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行,保证各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳,消除启动大电流冲击,降低泵的平均转速,从而可延长泵的使用寿命,可以消除启动和停机时的水锤效应。
中文名
恒压供水控制器
主要功能
维持水压恒定
使用方式
供水量大时多台泵全开
系统组成
水源、离心泵
 

恒压供水控制器基本介绍

编辑
随着电机控制技术和可编程控制器的飞速发展,以及其应用面广、功能强大、使用方便,已经成为当代工业自动化的主要装置之一,在工业生产领域得到广泛使用,在其它领域(如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。
由于电机控制技术和可编程程序控制器的应用灵活方便,在恒压供水系统中亦得到广泛的应用。采用PLC作为中心控制单元,利用变频器与PID结合,根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力,达到恒压供水的目的,提高了系统的工作稳定性,得到了良好的控制效果以及明显的节能效果。

恒压供水控制器主要功能

1、维持水压恒定;
2、控制系统可手动/自动运行;
3、多台泵自动切换运行;
4、系统睡眠与唤醒,当外界停止用水时,系统处于睡眠状态,直至有用水需求时自动唤醒;
5、在线调整PID参数;
6、泵组及线路保护检测报警,信号显示等。
 

恒压供水控制器使用方式

通常在同一路供水系统中,设置多台常用泵,供水量大时多台泵全开,
供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时,就用两种方式,其一是所有水泵配用一台控制器;其二是每台水泵配用一台控制器。后种方法根据压力反馈信号,通过PID运算自动调整变频器输出频率,改变电动机转速,最终达到管网恒压的目的,就一个闭环回路,较简单,但成本高。前种方法成本低,性能不比后种差,但控制程序较复杂,是未来的发展方向。
一般的供水系统,由于供水量及可靠性的要求,都采用多台泵并联运行的方式。这样也有利于当供水量在大范围内变化时,通过水泵的台数调节实现经济运行,但是仅用台数调节,不能保证恒压供水,且其运行效率也不高。水泵采用转速调节流量,运行的经济性最好。但对于容量较大的供水系统,若采用全容量转速调节,投资太大,也无必要。所以对于多台水泵的供水系统,用一台调速泵即可实现全容量范围的恒压供水,其它的泵只要定速运行。即用台数调节和转速调节共同保证供水量变化范围内的恒压供水。
系统中的调速泵一般用变频器拖动。变频器除了通过调节水泵转速实现恒压供水外,也可通过切换控制用作其它泵的软起动设备。

恒压供水控制器模式与组成

在工业现场控制领域,可编程控制器(PLC)一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大,水厂运行自动化水平不断提高,PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用,使得PLC的应用更加灵活,同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得PLC的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流,是保证供水管网在恒压状态的重要手段。现代变频器完善的网络通信功能,为电机的同步运行,远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏,可以使控制更加形象、直观,操作更加简单、方便。
组合应用PLC、触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。 

恒压供水控制器系统组成

1、恒压供水控制器及系统组成
变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵(主泵+休眠泵)、压力传感器、PID调节器、变频器(主泵+休眠泵)、管网组成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化,及时将信号(4-20mA或0-10V)反馈PID调节器,PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令,改变水泵的运行或转速,使得管网的水压与控制压力一致。
2、恒压供水控制器参数选取
(1)合理选取压力控制参数,实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取,通常管网压力控制点的选择有两个:一个就是管网最不利点压力恒压控制,另一个就是泵出口压力恒压控制。选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数,形成闭环压力自控系统,使得水泵的转速与PID调节器设定压力相匹配,可以达到最大节能效果,而且实现了恒压供水的目的。
(2)变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小,在启动和停止电机时所需的时间不相同,设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护;设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢,反应迟滞,应变能力差,系统易处在短期不稳定状态中。
为了变频器不跳闸保护,现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长,它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖,但是变频器达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同,测试出负载的允许最短加减速时间,进行设定。对于水泵电机,加减速时间的选择在0.2-20秒之间。 

恒压供水控制器控制原理

1、交流电机变频调速原理
交流电机转速特性:n=60f(1-s)/p,其中n 为电机转速,f为交流电频率,s 为转差率,p为极对数。
电机选定之后s 、p则为定值,电机转速n和交流电频率f 成正比,使用变频器来改变交流电频率,即可实现对电机变频无级调速。
2、根据离心泵的负载工作原理可知:
流量与转速成正比:Q∝N
转矩与转速的平方成正比:T∝N2
功率与转速的三次方成正比:P∝N3
而且变频调速自身的能量损耗极低,在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率,由此可知在使用变频调速技术供水时,系统中流量变化与功率的关系:
P变=N3P额=Q3P额
采用出口阀控制流量的方式,电机在工频运行时,系统中流量变化与功率的关系:P阀=(0.4+0.6Q)P额
其中,P为功率
N为转速
Q为流量
例如设定当前流量为水泵额定流量的60%,则采用变频调速时P变=Q3P额=0.216P额,而采用阀门控制时P阀=(0.4+0.6Q)P额=0.76P额,节电=(P阀-P变)/P阀*100%=71.6%。
由此可见从理论计算结果可以看到节能效果非常显著,而且在实际运行中小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压、无污染等明显优势。
流量%
100%
90%
80%
70%
60%
50%
节电率%
0%
22.5%
41.8%
61.5%
71.6%
82.1%
而且新型的小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时,系统自动停止主泵,启动小功率的休眠泵工作,保证系统小流量供水,解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题,从运行控制上进一步节能。
根据反馈原理:要想维持一个物理量不变或基本不变,就应该引这个物理量与恒值比较,形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定,因此就必须引入水压反馈值与给定值比较,从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统,在控制和PID相结合的方法,在压力波动较大时使用模糊控制,以加快响应速度;在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可时现该算法,同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明,使用这种方法是可行的,而且造价也不高。
要想维持供水网的压力不变,根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件,由于供水系统管道长、管径大,管网的充压都较慢,故系统是一个大滞后系统,不易直接采用PID调节器进行控制,而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

恒压供水控制器工作原理

用恒压供水控制器来实现恒压供水,与用调节阀门来实现恒压供水相比,节能效果十分显著(可根据具体情况计算出来)。其优点是:
1、 起动平衡,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击;
2、 由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等的使用寿命;
3、 可以消除起动和停机时的水锤效应;
一般地说,当由一台变频器控制一台电动机时,只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时,原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时,可考虑适当减小变频器的容量,但应注意留有足够的容量。
虽然水泵在低速运行时,电动机的工作电流较小。但是,当用户的用水量变化频繁时,电动机将处于频繁的升、降速状态,而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流,导致电动机过热。因此,电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升,变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的,所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。
在主要功能预置方面,最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下,升、降速时间应尽量设定得短一些,以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时,只要在预置时设定PID功能有效,则所设定的升速和降速时间将自动失效。

恒压供水控制器特点

1、 节电:变频恒压供水控制器的最显著优点就是节约电能,节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看,流量越小,节能量越大。优化的节能控制软件,使水泵实现最大限度地节能运行;
2、 卫生节水:根据实际用水情况设定管网压力,自动控制水泵出水量,减少了水的跑、漏现象;系统实行闭环供水后,用户的水全部由管道直接供给,取消了水塔、天面水池、气压罐等设施,避免了用水的“二次污染”,取消了水池定期清理的工作。
3、 运行可靠:变频恒压供水控制器实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化,从而可以保证用户任何时候的用水压力,不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况由变频器实现泵的软起动,使水泵实现由工频到变频的无冲击切换,防止管网冲击、避免管网压力超限,管道破裂。
4、 控制灵活:分段供水,定时供水,手动选择工作方式。
5、 自我保护功能完善:新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护等 [4]
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