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中图分类号: TU731.5 文献标识码: A
引言
变频调速系统是近年来新发展起来的技术手段,用以满足人们对于高品质的调速需求。供水系统也引入了变频技术,变频调速器的引入更好地解决了供水的自动化需求问题,并且由于其设备的投资较少并且其稳定的系统运行性能,深受用户的青睐。另外随着变频调速技术的发展变频器的占地面积也不大,并且还可以通过操控达到节水节电的效果。在理论认识上,变频器的引入优点颇多,但是实际操作以及应用时由于型号选择不当以及控制方式等问题,反而会费电费水,而达不到节能的目的。
1、普通的变频供水设备
循环软启动类型的变频供水设备是在现实应用中最为广泛的,整个系统组成较为简单,主要包括了水泵、变频柜、仪表、以及各种管路交错组成。这里需要提到的是,这种系统的水泵应当选取型号相同的二至四台为宜。下面就以三台作为例子进行详尽的分析。日常供水主要是使用一台水泵进行供水,但是当使用量增加,一台水泵的供水不足以满足水量的要求时,变频柜就会在将运行水泵转变成工频运行后开启第二台水泵。以此类推,当两台水泵共同运行也不能满足水量需求时则将第二台也转变成工频然后开启第三台。当水量使用减少时,再按照启动的顺序,将水泵依次停止,最后将第一台水泵恢复恒压。一次变频运行结束。另外由于供水系统在平时的供水中主要是使用一台水泵,因此会设定水泵的运行时间,依次保证水泵不会超负荷运转,这个时间的设定视实际情况而定。当超过了特定的时间变频柜就会停止水泵的运行,启动下一台,这个时间可以随时的根据需求进行调整,不仅可以保证系统的正常运行,同时也可以延长机械的使用寿命。双恒压的接口是变频控制器能够节能的特殊结构,双恒压的供水功能是实现节能的基础。这种变频式的供水系统应用于一些林区的供水,功率一般不会过大,由于适用的区域用水流量变换不大,所以一般采用循环水系统。
2、带小流量泵的循环软启动变频供水设备
当变频供水系统在小流量或零流量的情况下,比如在夜间用水低谷时,系统内的用水量很小,此时水泵在低流量下运行,会造成水泵效率大大降低,不能达到节能的目的,水泵功率越大用电越多。例如对300-1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统,生活主泵功率一般在15kW左右,系统的零流量频率f0一般为25-35Hz,故在夜间小流量时,采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题,一般可以采取4种方案:①变频主泵+工频辅泵;②变频主泵+工频辅泵+气压罐;③变频主泵+气压罐;④变频主泵+变频辅泵+气压罐。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜,该方案即在原变频主泵基础上,再配备1-2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水,一般选择小泵流量为3-6m3/h,居民区户数越多,流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5-3kW,小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制,程序采用模块化设计。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式,系统用水量减小时,主泵频率逐渐降低,当频率低于小流量频率时,PID调节器发出低频切换信号,延时后,系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大,小泵流量不能满足系统需要时,PID调节器发出满频信号,延时后,系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果,系统也可实现双恒压供水功能。
3、全流量高效变频供水设备
对比较大的林区用水,若单配主泵机组和小流量泵,因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大,当流量调节范围在QL-1/3Qm时,水泵的运行效率仍很低,导致水泵运行不经济,浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行,这就有必要再增加一种中流量水泵,流量可选为1/3Qm-1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状,从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段,更加节能。
变频柜控制核心由PLC和多功能PID调节仪构成,以三种泵配置为例系统也可实现双恒压供水功能,中泵和小泵变频时低恒压供水,主泵变频时高恒压供水。
4、深水井变频供水设备
目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛,主要是因为不需再建水塔,设备占地小,建设周期短,水质无二次污染,水泵软启动软停车,故障率低,大修周期延长,寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求),仍存在夜间小流量“费电”问题。一般潜水泵功率较大,小流量频率fL一般在 28Hz 以上。如30kW的潜水泵,小流量频率按30Hz计算,每天夜间近 6h 内约有 50kW·h 电能“浪费”,一年就是 18000kW·h,这还未计入白天小流量时的用电。
5、生活消防合用变频供水设备
对多层建筑,《建筑设计防火规范》GBJ16-87第8.1.2条规定“消防给水宜与生产、生活给水管道合用”。但对高层建筑,《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群),生活消防压力差别不大,若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施,在采用变频设备及电源可靠条件下,建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点:(1)生活消防泵组定时轮换运行,不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死,机组时刻处在工作状态。(2)生活泵组和消防泵组合用,基本节省一套消防泵,且便于设备管理和维护。(3)设备自动化程度高,供水稳定可靠,且水质无二次污染。(4)水泵软启动软停车,无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型,主泵流量按生活、消防两者最大的来选择,并留有1台备用泵,扬程一般按消防设计压力选择。
结束语
供水系统采用变频供水设备可改善供水水质,且自动化程度高,又是国家节能推广技术,但若选择使用不当,又会造成电能“浪费”,达不到预期目标。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑,在保证可靠供水前提下,充分发挥变频调速的节能潜力。
参考文献
[1] 蒙联光.变频调速“无负压”供水技术的应用[J]. 中国科技信息. 2010(14)
[2] 邵起超.变频调速技术在铁路供水中的应用[J]. 科技信息. 2008(27)
[3] 黄华灶.浅谈变频调速装置在水泵电机上的节电应用与控制方案[J]. 中国科技信息. 2008(18)
关键词:生活供水;变频技术;分析
生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质,且自动化程度高,又是国家节能推广技术,但若选择使用不当,又会造成电能“浪费”,因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑,在保证可靠供水前提下,充分发挥变频调速的节能潜力。
近几年来,随着微机应用技术在我国的发展,变频调速恒压供水装置在一些大型的宾馆、写字楼、综合楼等建筑中开始应用。这种装置,有着突出的节能特点,与同容量的普通水泵相比,日常运行的电费要少得多,且运行可靠,设备简单,占地少。这些优点,对于小区给水来说也是颇有吸引力的。
1 普通循环软启动变频供水设备
该类型设备在实际应用中较多,系统由水泵机组,循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器,PLC,多功能PCS-PID调节仪,低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2~3台,以3台泵为例,系统的工作情况如下:
平时1台泵变频供水,当1台泵供水不足时,先开的泵倒为工频运行,变频柜再软启动第2台泵,若流量还不够,第2台泵倒为工频运行,变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少,按启泵顺序依次停止工频泵,直到最后1台泵变频恒压供水。
另外系统具有定时换泵功能,若某台泵连续运行超过24h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定,可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间,延长整体泵组的寿命。为达到更好的节能目的,多功能PCS-PID调节仪设有双恒压接口,系统可实现双恒压供水功能。
该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统,水泵功率一般不超过7.5 kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合.如循环水系统。
2 带小流量泵的循环软启动变频供水设备
当变频供水系统在小流量或零流量的情况下,比如在夜间用水低谷时,系统内的用水量很小,此时水泵在低流量下运行,会造成水泵效率大大降低,不能达到节能的目的,水泵功率越大用电越多。例如对300~1 000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统,生活主泵功率一般在15 kW 左右,系统的零流量频率一般25~35 Hz,故在夜间小流量时,采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题,一般可以采取4种方案:①变频主泵+工频辅泵;②变频主泵+工频辅泵+气压罐;③ 变频主泵+气压罐;④变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜,该方案即在原变频主泵基础上,再配备1~2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水,一般选择小泵流量为3~6 m3/h,居民区户数越多,流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5~3 kW。小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。
变频柜采用PLC控制,程序采用模块化设计,系统控制流程见图1.平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式,系统用水量减小时,主泵频率逐渐降低,当频率低于小流量频率时,PCS-PID调节器发出低频切换信号,延时2min,系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大,小泵流量不能满足系统需要时,PCS-PID调节器发出满频信号,延时5min,系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果,系统也可实现双恒压供水功能。
以某单位住宅小区变频供水系统为例,生活主泵配QDG30-20×3立式多级泵2台,单台Q=30m3/h,H=60m,N=11kW,小泵配QDL4.8-8×6立式多级泵1台,Q=4.8m3/h,H=48m,N=1.5kW。在用水非高峰时,主泵运行小流量频率平均为30Hz,电流为6.5A,采用小泵时小流量频率平均为35Hz,电流为2.5A,按每天小流量运行时间15h计算,每年可节电3800kW・hc。
3 全流量高效变频供水设备
对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水,若单配主泵机组和小流量泵,因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大,当流量调节范围在QL~1/3QM时,水泵的运行效率仍很低,导致水泵运行不经济,浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行,这就有必要再增加一种中流量水泵,流量可选为1/3QM~1/2QM.特殊情况下还增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状,从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段,更加节能。
4 深水并变频供水设备
目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛,主要是因为不需再建水塔,设备占地小,建设周期短,水质无二次污染,水泵软启动软停车。故障率低,大修周期延长,寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求),仍存在夜间小流量“费电”问题。一般潜水泵功率较大,小流量频率fL一般在28Hz以上,如30kW的潜水泵,小流量频率按30Hz计算,每天夜间近6h内约有50kW・h电能“浪费”,一年就是18000kW・h!这还未计入白天小流量时的用电。
为解决小流量耗电问题,还增配1台Φ600~1200的囊式气压罐,一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率fL。变频柜控制核心仍为PLC和多功能PCS-PID调节仪,当系统用水量变小,运行频率降至小流量频率fL时,系统进入小流量变频稳压状态,同时PLC自动计算潜水泵启动次数,若小时启动次数D≥12次,系统则回到潜水泵变频恒压供水状态。
5 生活消防合用变频供水设备
对多层建筑,《建筑设计防火规范>GBJ16―87第8.1.2条规定“消防给水宜与生产、生活绐水管道合用”。但对高层建筑,《高层民用建筑设计防火规范)GB50045―95第7.4.1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群),生活消防压力差别不大.若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施,在采用变频设备及电源可靠条件下,建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点:
(1)生活消防泵组定时轮换运行.不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死,机组时刻处在工作状态。
(2)生活泵组和消防泵组合用,基本节省一套消防泵组,且便于设备管理和维护。
(3)设备自动化程度高.供水稳定可靠,且水质无二次污染。
(4)水泵软启动软停车.无冲击和超压危害。
系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型,主泵流量按生活、消防两者最大的来选择.并留有1台备用泵.扬程一般按消防设计压力选择。另外还应注意的有以下几点:
(1)应设消防接口,如有消防报警系统应设24 VDC无源启停接口.如为消防按钮开关控制,宜留交流200 V有源接口。
(2)直有消防时确保消防用水的技术措施,如在生活总管上安装电磁阀,消防时关闭生活用水。
(3)应设水位接口,消防低水位报警,并关闭生活用水。
(4)应有双恒压功能,即平时低恒压生活供水,消防时自动转入高恒压消防供水。
(5)消防时应限制退泵操作,以防止压力不稳。
参考文献:
Abstract: The paper introduces today's main frequency constant water supply system and makes the compassion and analysis.
关键词:变频恒压供水控制系统;主要类型;比较;分析
Key words: frequency constant water supply system;main types;comparison;analysis
中图分类号:TV73 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)27-0236-01
在我国,节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右,消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中,风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电40%左右,即可以节约全国发电量的1/5。由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人。节电节水,不仅潜力巨大,而且意义深远。
近十年来,变频技术的应用在我国有很大的发展,并取得了良好的效果。可以说,变频技术已为大多数用户所接受。但是,不能不指出,我国在变频技术的应用方面,与发达国家的水平尚有很大差距。目前,我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右,而工业发达国家已达60%~70%;日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10%,而我国则远远落后于这个数字;在日本,空调器的70%采用了变频调速,而我国才刚刚起步。从这个现实出发,变频技术尚有很大的发展空间,我们应该锲而不舍地做好推广应用工作。
变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点,更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入,使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点,因此人们才有可能按照实际要求,自行构成一个适用和可靠的调速系统。
变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,使我国供水行业的技术装备水平从20世纪90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能,对合理设计变频调速恒压供水设备,降低成本,保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
变频恒压供水控制系统主要有:
①带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统。在该系统中,变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源,实现电动机的无级调速,从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压;压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值;压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后,经可编程控制器内部PID控制程序的计算,输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器,由后者进行运算后,输给变频器一个转速控制信号。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的,所以对可编程控制器来讲,既要有模拟量输入接口,又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高,这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器,则要在可编程控制器的数字量输出口端另接一块PWM调制板,将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样,可编程控制器的成本没有降低,还增加了连线和附加设备,降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器,其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以,在变频调速恒压给水控制设备中,PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
②新型变频调速供水设备。针对传统的变频调供水设备的不足之处,国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品,如华为的TD2100,施耐德公司的Altivar58泵切换卡,SANKEN的SAMCO-I系列,ABB公司的ACS600、ACS400系列,富士公司的G11S/P11S系列等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内,形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部,这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程,而且PID参数的在线调试非常容易,这不仅降低了生产成本,而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法,所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时,为了保证水压反馈信号值的准确、不失值,可对该信号设置滤波时间常数,同时还可对反馈信号进行换算,使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略高一点,但功能却强很多,所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备,降低了设备成本,提高了生产效率,节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。
③供水专用变频器。供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起,是集供水管控一体化的系统,内置供水专用PID调节器,只需加一只压力传感器,即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口,而压力设定既可使用变频器的键盘设定,也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行,以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值(MPa)。
系统供水有两种基本运行方式:变频泵固定方式和变频泵循环方式。变频泵固定方式最多可以控制七台泵,可选择“先开先关”和“先开后关”(适用泵容量不同场合)两种水泵关闭顺序;变频泵循环方式最多可以控制四台泵,系统以“先开先关”的顺序关泵。
供水系统采用变频供水技术可改善供水水质,且自动化程度高,又是国家节能推广技术,但若选择使用不当,又会造成电能“浪费”,因此设计人员在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑,在保证可靠供水前提下,充分发挥变频调速的节能潜力。
参考文献:
【关键词】自动化水泵;供水系统;分析
当前工业自动化进程正在不断加快,变频调速技术已经深入到各个行业,如机械、化工等。变频技术的优越性同样受到供水行业的关注,近年来,在工业与生活等供水系统中,变频技术正在发挥着重要作用。与变频控制系统相比,工频技术在实践应用中弊端较多,如使用寿命短、电能浪费严重等,特别是工频控制设备易磨损,缩短了工频系统的使用寿命,系统的整个控制能力也在不断下降,当磨损到达一定程度,只能依靠控制阀门和启停电动机实现调控压力,系统功率较低,并且会产生噪声污染[1]。本系统是一种新型的水泵供水系统,变频器、PLC、中央控制系统是该系统主要组成部分,并且自动化程度高,解决了传统供水系统的操作难度大、占地面积广的难题。该系统依托于变频技术,能够使水泵运行速度与流量保持一致,实现了节能减排。总之,变频调速技术能够改善供水系统供水流程,对提高供水系统运行效率具有重要意义。
1控制原理问题
水泵供水自动化系统是一种闭控制装置,依托PLC、变频器等设备能够合理控制水泵运行,确保供水压力平稳。当管网压力变大时,系统会自动调节水泵运行速度壁并控制流量,以稳定供水压力。水泵供水自动化系统控制水泵转速主要依靠调节频率实现,该系统中的压力变送器能够对管网的出水压力进行检测并将检测的压力参数传输至PID控制器,经PID控制器计算,会得出合适的频率,然后由系统自动进行调节。PLC内置控制方式的核心是PID[2]。Δp是预先设定的压力与给水连接管压力变送器之间的差值,也是控制系统进行控制的主要依据。当Δp≠0,PID模块就开始计算Δp,在设定的调节规律内对PLC输出值进行转变,进而使变频器输出频率改变,确保连接管给水压力保持在合理范围内。当Δp=0时,PID模块不会计算Δp,变频器输出频率不会发生变化,水泵电机就能够保持平稳旋转状态,在PID调节规律下,静态不断缩小且系统条件时间会显著缩短。应当注意的是,变频器输出值在50Hz以下时,会产生电流冲击,在切换电网时,应确保变频器输出值在正常范围内。如果出现变频器输出值50Hz,但供水仍然不足时,则应立即采用工频代替变频,避免对供水产生影响。
2自动化水泵供水系统设计
2.1控制系统问题
2.1.1手动控制模式
手动控制模式是指由人工控制设备开启、停止,此种控制模式需将选择开关安装于设备的控制箱,另外,还可以设置手动或自动选择的变频器操作面板。手动控制模式要求操作人员对水泵运转情况进行具体分析,根据实际情况利用变频器对水泵运行效率进行设置。一般情况下,当某台水泵运转时间超过24h,则应手动切换至其他水泵。另外,手动控制模式还能够对自动化供水设备进行检测或故障维修。
2.1.2 PLC控制模式
经济实用、高效节能是对水泵供水系统的要求,利用变频器调节供水运行系统,可以实现水泵供水系统自动化运行,有益于节能减排。PLC控制模式是自动化水泵供水控制系统的核心。在PLC控制模式中,PLC、压力变送器、PID智能调节器是其主要组成部分,在PLC控制模式是自动化水泵供水控制系统中进行数据采集、设备控制的主要部分。压力变送器、PID等产生的4-20毫安的AI信号和DI信号也由PLC接收。PLC在启动水泵前,会综合分析水泵累计运行时间和运行状况,优先开启运行时间短、运行状态好的水泵,以避免水泵运行时间过长或长时间不运行而产生的问题[3]。另外,PLC还会累计和计算系统反馈过来相关数据,如流量、时间等。PLC能够自动控制水泵,并在中央控制层的指令下更改控制策略。,为了便于值班人员了解水泵具体运行情况和,一般PLC会配设一台触摸屏,借助触摸屏直值班人员还能随时修改PLC的各项参数,使之满足水泵运行需求。
2.1.3中央控制系统
中央控制系统主要用于对自动化水泵控制系统进行宏观调度,设备控制画面、设备开关是其主要组成部分。另外,中央控制系统还可以对变频器的输出、频率、压力进行远程设置。中央控制系统还担负着统计系统数据信息,分析不同工艺参数数值,优化系统运行状态、提升系统运行效益的职能。在中央控制器的显示屏幕上,可以清晰显示出系统各设备的运行状态、变化参数和故障信息。如果系统运行出现问题,中央控制器还可以报警信号。
2.3硬软件的配置问题
PLC是进行输入信号采集、稳定水泵压力的重要设备,是自动化水泵供水系统的关键,因此,选择合理的软件与硬件对自动化水泵供水系统的稳定运行至关重要[4]。PLC生产厂家众多,应根据供水具体情况,综合考虑设备质量,选择合适的PLC设备。本次研究中的PLC设备为西门子公司设计制造,为管网压力设备选择提供方便,有利于日后信号传输至变频器。水泵供水系统扩展模式选择具备4个模拟输入(AI)和1个模拟输入(AO)的EM235模拟量,水泵是一种组转矩与转速成正比的负载,公式是TL=T0+KTNL2,负载转矩:TL;比例系数:KT;水泵转速:NL;空载转矩:T0。由于在低速运行下,供水系统TL较低,因此变频器应选择专用型或节能型。本次研究中选择的变频器为西门子MM440变型器,该种变型器质量过硬、性能高、动态性能较好,能够满足低速高转矩要求。另外,由于压力变化易影响电路器件的电阻值,加配了远程压力传感器与滑动触电装置。供水系统的软件主程序安装于主程序内,如生成水泵控制信号等。在供水系统故障和报警模块中,采用了变频器的短路、过载等功能,以避免因短路、过载等因素影响供水系统运行。在初始化程序中,根据具体供水需求,调整变频器的供水压力值、上限值、下限值等。根据设定值与被控制对象的实际值之间的偏差,利用PID计算控制器的输出量,利用PID抑制系统闭环扰动。
3结语
水泵供水系统应用自动化技术是时代的要求,也符合其发展趋势。与传统水泵工频技术相比,PLC变频调速控制系统优点众多,稳定可靠、经济效益好,符合当下节能减排要求,也改善了水泵供水工频技术在实践应用中的弊端,应用价值高,值得广泛推广。
参考文献:
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发展前景,以推广无负压变频恒压供水的应用,充分发辉其高效节能供水的优点。
关键词:无负压;供水系统;基础;前景
1.无负压变频恒压供水的定义
随着我国社会主义现代化建设事业的持续发展,给排水设备也在不断提高,从过去老式的水泵加屋顶水箱到现在的变频供水。近年来又一新型的供水设备出现———无负压变频恒压供水,它是在变频恒压供水设备上发展起来的,主要由无负压调节罐、水泵、气压罐、智能控制系统等组成。在采用独特的预压平衡技术、负压反馈技术、真空抑制技术及信号采集分析处理技术的基础上,无负压变频恒压供水以完全和空气隔绝、外界管网不受影响为前提,利用原有自来水管网压力进行高效节能供水的一种二次加压方式。
2.无负压变频恒压供水的特点
无负压变频恒压供水系统是在传统恒压供水系统的基础上发展起来的一种新型供水方式,其主要特征是取消了泵前的水池或水箱,水泵直接从市政供水管网上吸水,通过先进的自动控制系统对泵前和泵后压力进行调节。无负压供水系统具有以下优点:
1) 清洁卫生:由于取消了泵前的水池或水箱,实现了全封闭供水,根本上杜绝了自来水在水池或水箱中滞留时与空气接触而产生的水质污染。
2) 节能高效:可直接利用市政管网余压,实现叠压供水,不但节约大量的运行成本,而且降低水泵的装机容量。
3) 结构紧凑:由于取消了泵前的水池和水箱,可以通过提高防护等级实现供水系统室外安装,取消水泵房,增加建筑物的有效使用面积。尽管无负压变频恒压供水有它自身的优点(节能、卫生等) ,但也存在以下不足:
1) 它的供水可靠性不高。由于它缺少蓄水池,市政供水一有故障,整个设备瘫痪,将处于停水状态。
2) 由于它是一种新型的设备,技术不成熟,均还有待进一步完善。
3) 由于它是从市政管网中直接抽水,尽管可以解决负压问题,但必须取得主管部门批准。
4) 更为关键的一点是整个行业现无标准可依、可行。如果无条件地允许无负压设备接入管网,有可能使管网超过承受能力,也有可能使劣质产品乘机充斥市场,给用户用水和管网安全带来隐患,再者,不制定一个科学、合理的准用条件,也不利于行业有序、规范的发展。
3.无负压变频恒压供水的应用
无负压变频恒压供水本身是一种供水设备,一般可以应用如下:
1) 适用于任何自来水压力不足地区的加压给水。
2) 新建改建扩建的住宅小区、写字楼、综合楼生活用水。
3) 自来水厂的给水中间加压泵站。
4) 工矿企业的生活、生产用水等。
5) 各种循环水系统。
然而,由于该设备的技术特点,应用上也存在局限性。当用户最大用水量大于自来水管网最小进水量时,既有可能出现求大于供的情况时就不允许采用无负压供水设备,还有可能对市政管网造成污染时不能应用该设备。具体体现在以下场所:
1) 城市给水管网经常性停水的区域;2) 城市给水管网可资利用水头过低的区域;3) 城市给水管网供水Q , H 波动过大的区域;4) 使用管网(无负压) 给水设备后,对周边现有(或规划) 用户用水会造成严重影响的区域;5) 供水保证率要求高,不允许停水的用户;6) 凡可能对市政管网造成回流污染危害的相关行业,如医院、化工等。
根据无负压供水设备的特点,在应用该设备时应注意如下几个问题:
1) 在具体工程项目中,无负压给水设备直接从市政供水管网上抽水,设置前必须征得地方自来水公司的同意;
2) 作为设计单位应该核算无负压给水设备引水管的管径和抽取水量,以避免因引水管通过水量经常性小于用户设计水量而带来的设备故障的产生;
3) 房地产开发公司等使用单位检查产品制造商的产品应由铜、不锈钢或者耐腐蚀的塑料及复合材质组成,并取得地方卫生行政部门颁发的卫生许可证。
4.无负压变频恒压供水的发展前景
逐步推广二次供水无负压供水设备,以减少用水单位供水管网中间的诸多环节,解决二次供水污染源。鉴于传统二次加压供水方式的种种弊端,采用无负压供水方式势在必行。
特别在2003 年“非典”期间,人们对二次供水污染的严重性有了清醒的认识,无负压供水设备具有的彻底解决二次供水污染等优点,终于引起世人的关注。加之这种设备在节能、节水、节地、节省建设资金等方面具有显著优势,成为取代水池、水箱等传统二次供水设施的首选设备。无论是设计单位,还是房地产开发商,在讨论设置增压给水设备时首先想到的是无负压给水设备,不少国家机关、高档宾馆、大专院校和高级住宅区此后在改造或新建工程时,也都指定使用无负压供水设备,从而导致市场需求骤然升温。而给排水设备制造商也看到了这个市场需求,争相早日生产参与竞争,有些让人感觉遍地开花之势。然而,由于缺少标准、监管缺位,在利益的驱动下,很多原本生产水泵、水箱的供水设备企业纷纷转产无负压设备,目前国内大多无负压设备的生产企业都是由水泵、水箱厂演变而来的。一些厂家利用人们对无负压技术的知识匮乏和信任心理,将许多落后的技术改头换面地贴上了“无负压”名牌以欺骗用户,如有的设备采用进气排气原理,有的采用管道泵抽水原理,有的采用囊式气压罐原理,有的采用水泵叠压原理,有的厂家还把传统的水池供水模式小型化后,以“无负压产品”的名义推向市场。众多假冒“无负压供水设备”厂家的跟进,把“无负压”由一种先进的供水方式变成了概念炒作,不但扰乱了市场秩序,还在葬送这项利国利民产品的前途的同时,为城镇供水带来巨大的安全隐患。
为了规范市场,应该出台一个合乎市场准则的行业标准。但就目前情况来看,标准的制作主要有以下几个问题:
1) 在国外,无负压给水设备只作为增压水泵中的一种,所以目前还没有一个现行的国际标准作为参考。
2) 可参考的技术论文、研究报告、实验报告、准用条件、应用总结等资料不够充分或尚有异议。
3) 检测方法和手段不完备。
4) 产品品种单一。
任何事物只有经历从无到有的过程,才会进步成熟并逐步完善起来。目前,有关无负压给水设备的中华人民共和国城镇建设行业标准正在专家的支持和制造商的参与下开展编制工作,预计不久的将来将与大家见面,这将对无负压给水设备的“遍地开花”和“无序与无约束条件”的状况起到很好的规范作用,在市政管理、设计、用户及制造商的共同努力下,使无负压给水设备的使用更科学、合理、环保、节能,造福于广大人民群众。
参考文献
关键词:恒压供水 变频调速 变频器 PLC
一、系统总体方案的设计
1.供水控制系统的结构
供水控制系统的设计主要包括两方面:一方面是机械结构的设计;另一方面是PLC和变频器电气控制方面的设计。
(1)主要组成部分。①压力传感器:作为系统的控制输入量,能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。②控制器:是整个控制系统的核心,通过对外界输入状态进行检测,输出控制量;对外界输入的数据进行运算处理后,输出相应的控制量。例如单片机、可编程逻辑控制器、计算机等。本系统采用西门子的SIMATIC S7-200系列。CPU226具有24个输入点和16个输出点,共40个I/O点。③变频器:作为核心控制器的后续控制单元,对终端设备进行控制,最终达到控制要求。本系统主要采用全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专用MM430型变频器。功率范围7.5kW至250kW。具有高度可靠性和灵活性。④水泵:供水系统的执行机构,通过变频器控制电动机的转速,最后达到控制水泵流量大小的要求。
(2)电气控制系统。电气控制系统主要包括操作面板、电气控制柜等单元。在该系统中需要检测较多的数字输入量,并且还要检测模拟量的输入,然后根据设定的程序进行数据处理,供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统水处理设备运转的监视及控制、故障及异常状况的报警等。电气控制系统安装在电气控制柜中,包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。
2.恒压供水系统的工作原理
变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标,在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数,也可以是一个时间分段函数,在每一个时段内是一个常数。所以,在某个特定时段内,恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。
二、恒压供水系统电路设计
1.恒压供水系统主电路设计
系统包括Ml、M2、M3三台水泵电动机,功率分别为45kW、22kW、22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现恒压控制,具有变频和工频两种运行状态。其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行,KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3工频运行,FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电动机过载保护用的热继电器;QS1、QS2、QS3和QS4分别为变频器和三台泵电动机主电路的隔离开关;FU为主电路的熔断器;变频器是风机水泵负载专用变频器MM430。
2.恒压供水系统控制电路设计
控制电路的设计包括继电控制电路及PLC控制电路。继电控制电路图设计SA为手动/自动转换开关,SA拨在1的位置为手动控制状态,拨在2的状态为自动控制状态。手动运行时,可用按钮SB1~SB8控制三台泵的启/停和电磁阀YV2的通/断;自动运行时,系统在PLC程序控制下运行。其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行,KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3工频运行。HL1~HL6为指示灯,其中HLl、HL3和HL5分别指示Ml~M3的工频运行,HL2、HL4、HL6分别指示Ml~M3的变频运行。HL7、HL8分别水位的上下限指示灯,KA为报警电铃。KA1为生活消防转换接触器。HL9为自动运行状态电源指示灯。HL10为报警指示灯。KA2为变频器复位接触器。
三、其他辅助设备的选用和系统电路的设计
关键词:超高层写字楼;重力供水;变频供水;叠压供水;供水方案
Abstract: water supply scheme selection diversity, flexibility, each have its advantages and disadvantages, to a tall office buildings the drinking water design as an example, the group of variable frequency pump water supply and the overlying water supply, water pump water tank joint gravity water supply, alternatives, choose excellent water supply scheme.
Keywords: tall office buildings; Gravity water supply; Frequency conversion water supply; The overlying water supply; Water supply scheme
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
1 确定供水方案的原则
系统稳定性强, 安全可靠,运行费用低,维护管理方便,节能。
目前大多数项目供水方案为变频供水与水泵水箱联合重力供水两种,对于超高层办公楼,因其用水的特殊情况,选用水泵水箱联合重力供水方案在超高层办公楼供水系统中有其独特的优点,在建和已经建好正在使用的超高层写字楼供水系统中,此方案比较常见,物业管理反应良好。
2 工程概况
某办公楼,地下一二三层为设备房及车库,共33层,层高4.2米,其中十五,二十三层为避难层,兼做设备层,其它层均为办公楼层,总高约160米。
方案一:变频调速泵组供水:系统共为地下三层至二层为1区,由市政直接供水,三层至十层为2区,十一至十八层为3区,十九层至二十六层为4区,二十七层至顶层为5区,地下三层生活泵房共设四组变频调速泵组分别供给2区,3区,4区,5区,扬程流量分别按规范要求取值。
方案二:采用叠压供水设备,供水所需水压由变频水泵叠加市政给水管网水压系统共为地下三层至二层为1区,由市政直接供水,三层至十层为2区,十一至十八层为3区,十九层至二十六层为4区,二十七层至顶层为5区,地下三层生活泵房共设四组变频调速泵组直接从市政自来水管网抽水,充分利用市政自来水管网压力,分别供给2区,3区,4区,5区,水泵流量取值按方案一,扬程为方案一扬程减去市政稳定水压。
方案三:水泵水箱联合重力供水方案:十五,二十三层为避难层,在十五,二十三层避难层,屋顶机房层各设重力供水生活水箱,水箱容量按规范要求计算容量,材质为不锈钢材质,分为容量基本相等的两个,十五层重力供水生活水箱由地下三层工频转输水泵供水,二十三层重力供水生活水箱由十五层避难层工频转输泵组从十五层避难层生活水箱抽水供给,屋顶层重力供水生活水箱由二十三层避难层工频转输泵组从二十三层避难层生活水箱抽水供给,三层至十一层供水由十五层重力供水生活水箱重力供水,超压楼层设减压阀组;十二层至二十层供水由二十三层避难层重力供水,超压楼层设减压阀组;二十一至三十层供水由屋顶层重力供水,超压楼层设减压阀组;三十一层至三十三层由屋顶层变频调速泵组联合气压罐供水,水泵扬程流量按规范要求计算,选型。
方案一:变频调速泵组供水;方案二:采用叠压供水设备;方案三:水泵水箱联合重力供水这三种生活供水方案各有其优缺点,在不同的供水场所各具优势,对于超高层写字楼,毫无疑问:方案一:变频调速泵组供水,虽然其也是比较通用,流行的比较好的一种供水方案,但对于超高层写字供水方案,其不足之处明显。
方案二:采用叠压供水设备,基本上在整个系统上同方案一:变频调速泵组供水,优点是充分利用市政自来水压头,地下室设备间面积有所减小,但这种方案首选的征得当地自来水管理公司许可,允许其直接从市政自来水管网抽水,而且当市政自来水管网水压较低时,其运行受到一定限制,其在建和已建的项目上运用此方案相对于方案一:变频调速泵组供水并不多见。
方案三:水泵水箱联合重力供水稳定性好,节能效果明显,系统设备运行维护方便,供水压力稳定,并有一定量的储水,满足超高层写字楼用水安全性高的要求,当临时因设备故障等原因临时停电时,系统可维持一定时间内的用水量要求,为广大超高层写字楼业主所首选的一个重要因素,例如,深圳超高层写字楼华润大厦,沈阳超高层写字楼华润大厦,成都超高层写字楼华润大厦均采用方案三:水泵水箱联合重力供水,此供水系统通过我们去考察,华润物业部门反映良好。
结语:为不同条件的建筑设计生活用水方案,应以系统稳定性强, 安全可靠,运行费用低,维护管理方便,节能,等为基础,从工程多方面考虑,充分站在使用者的角色上考虑,由于本项目为大概160m的高层写字楼,综合多方面考虑,方案三:水泵水箱联合重力供水方案为最佳选择方案。
参考文献:
[1]建筑给排水设计规范,09版.
关键词:变频器供水行业应用
引言
一般城市管网的水压无法完全满足所有用水居民的用水需求,绝大部分用户须通过提升水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔,高位水箱等等增压设备,它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力提升水量,其结果大大增加了能量损耗。
一、新、旧泵的测试
例如,我公司对6sh-655kw成套机电设备做如下测试:
75KW三垦变频器直拖旧泵测试数据表:
75KW三垦变频器直拖新泵测试数据表
由上述测试结果可得老式供水方式被全新变频供水方式取代具有多项优点:
1.1变频供水能灵活控制供水压力。
1.2采用变频供水节电效果明显。
1.3当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒,这意味着在不足0.5秒的时间里,水的流量从零猛增到额定流量,在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击,压力过高会爆管而过低导致管子的瘪塌。直接停机同样会引起压力冲击。从上表测试结果可见使用变频器调速后,可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程,合理控制供水压力减少管道冲击,最大限度保护管网,管件,同时也提高电机水泵的使用寿命。从上述测试还可以看出泵老化时严重影响出水量供水压力,维护维修不及时泵效率会大幅降低。
二、变频器的节能效果
变频器节能效果实际工作中更可观。例如,我公司有一水厂,水厂原供水方案为280KW机电系统一工一变两套系统向市区管网以0.18Mpa压力供水,工频供水系统为控制供水压力要采用勒阀门的方法。去年经技术改造改为两套供水系统均用变频器供水,严禁勒阀门通过变频器调频来控制供水压力。改变供水方法后该水厂当月电费较前月少近五万元,当年公司电费较上年减少近六十万元,可见使用变频器供水节能效果很明显,长期使用变频器经济效益可观。
变频调速恒压供水系统,经历了逐步完善的过程。综合早期的单泵恒压供水系统与近几年来被行业内人士普遍使用的多泵恒压调速供水系统诸多供水方式来看,我认为最优的恒压供水系统应为单泵直拖恒压供水系统。
三、各种供水方式比较
例如,我单位现使用以下几种供水方式(以富士变频器为例):
3.1变频器直拖电机变压(变流量)供水:优点:接线简单,使用电器件少,完全启用变频器自身功能运行稳定,节电效果较明显,维修率较低。缺点:只能变压(流量)运行,节能空间有剩余。
3.2多泵运行方式:控制回路用PLC(可编程控制器)设计以三泵为例:优点:可控制实现恒压(恒流量)供水。缺点:只有一台泵变频调速运行,其余各泵均工频运行,节能一般,部分能量未被挖掘出来。维修工作量较大,运行稳定性较好。:
【关键词】二次供水;无负压供水系统;改造方案;措施;经济性
随着城市的建设发展,高层住宅越建越多,二次供水设施成为保证住户用水不可缺少的一部分。传统的二次供水设施多采用变频恒压供水方式将水池(箱)内的水输送到用户管网。但随着时间的推移,部分居民住宅二次供水设备因日益陈旧、老化问题凸显, 造成供水不足、水质二次污染,严重影响着居民的生活和用水安全[1]。随着现代生活对饮用水水质等要求的不断提高,更突显了城市居民住宅二次供水设施更新改造工作的重要性和紧迫性。
考虑到传统的二次供水设施易产生二次污染问题,无负压供水系统(又称管网叠压供水系统)在传统变频恒压供水系统的基础上逐渐发展起来。作为一种新型供水方式,与传统的变频供水形式相比,具有卫生、节能、省地、节省初期基建投资,安装简便、运行维护简单且成本低的特点[2]。在市政管网供水条件允许时,可代替传统的变频恒压供水设施,在居民住宅楼二次供水设施更新改造时推广采用。
1 项目概况
以北京西城区某20层居民住宅楼为例,建筑高度60m。地下一层为人防,一层至二十层为住户。二次供水设施设在地下一层水泵房内,采用变频恒压供水方式,且设备已投入使用14年。经北京市卫生局卫生监督所的检查,不符合二次供水设施卫生规范的要求。其原因如下:第一、水箱外壁有锈蚀、水箱材料老旧并已在饮用水管理规定中被淘汰禁用;第二、水箱间内有污水管通过,规范不允许;第三、水箱间内墙、地面及顶棚破旧,条件较差。第四、变频水泵为铸铁材质,对水质有污染,且已过时淘汰。
因水箱间内的改造空间有限,若将老旧的水箱、水泵机组进行更换,并对泵房内的墙面及顶棚进行装饰处理,施工难度较大且断水时间长。结合无负压供水设备的特点,卫生监督所建议将现有老旧的变频供水系统改为无负压供水系统,以确保用户能喝到符合卫生标准的饮用水。
基于上述改造需要,本项目于2014年第三季度改造实施完毕,成功由变频供水形式改造为无负压供水形式,安装切换较方便。目前已投入使用且满足用户对水质、水量及水压的使用需求。截止到发稿,二次供水卫生许可证正在办理过程中。
2项目给水方案的选取
2.1 水源
本工程的水源为市政自来水管网,从市政供水管至连接设备管的管径为DN100,市政管网供水压力为0.25~0.30Mpa,管网水力条件较稳定。住宅楼内生活给水系统与消防给水系统相独立设置。
2.2 用户用水情况
本建筑物最大日用水量为115m3/ d,最大小时用水量11m3/ h。最不利供水点标高60m。五到二十层为加压区,其中5~13层用户为中区,14~20层用户为高区。加压区共计128户,其中一厨一卫112户,一厨二卫16户。卫生器具给水总当量为551,最大用水时给水当量平均出流概率约为2.0%。
2.3 原给水系统的布置
本工程给水系统原设计方案为:一到四层住户由市政管网直接供水;五至二十层采用水箱+变频水泵的供水方式。原DN100市政给水管从地下一层基础外墙进入泵房内,后分为三路。一端连接低区供水管(DN70),一端通过DN100供水管进生活水箱,另一端接消防供水系统。生活水箱内储存的水接变频加压泵及气压罐,为用水管网的中区及高区进行供水。
生活水箱、变频水泵及气压罐均设于地下一层泵房内。生活水箱容积为37m3, 变频供水设备共设2台主泵(1 用1 备) 及1台副泵,主泵流量为30m3/ h,扬程为90m;功率为15KW;副泵流量为11m3/ h,扬程为90m,功率为5.5KW。
2.4改造方案
本着改善原二次供水现状,力求卫生、节能、省地及便于后期运行维护的原则,将五层到二十层用户改为用无负压设备叠压供水,一层到四层仍采用市政管网直接供水的形式。改造时拆除原生活水箱、水箱基础及水泵机组,在原水箱位置处新建生活水泵房间,在其内改装为一套无负压变频给水设备,新水泵间与原生活泵房环境隔离开。
其中,无负压设备进水端连接原生活水箱DN100进水管,出水口直接与中区、高区的用户管网干管进行连接,安装切换时较方便。无负压设备选用的型号为:威派格80ZWG2型智能管网叠压供水设备,水泵共设两台(一用一备)。根据用户用水情况,选取的水泵流量为25m3/h,扬程为68m,功率为7.5KW,无负压罐体型号GW600-80。设备具有防负压及防倒流功能,符合国家行业标准CJ/T303-2008的规定。
改造后的泵房生活给水布置图如下:
3主要措施及安装要求
(1)设备采用一体式槽钢联合底座,基础配有减震器,设预制水泵砼基础及控制柜砼基础。
(2)设备前后连接的管道采用钢塑复合管材,进出水管路上每3-4米做减震吊架,同时安装饶性接头,以防止震动传播。
(3)设备与市政供水管连接处依次设置阀门、过滤器、倒流防止器、取样口及压力表;设备出水口端应依次设置取样口、压力表及阀门。
(4)为保证泵房内通风良好,安装通风设备以保持水泵间内干燥。控制柜安装位置严禁出现滴、漏、溅、积水等现象,其上方严禁有管道通过。控制柜基础高度保持在20cm以上。