變頻供水解決實例

變頻供水即是通過智能型控制器控制變頻器的輸出頻率從而改變施加在水泵電機，三相定子上的交流電的頻率，而達到改變水泵電機轉速，調節供水流量與揚程的目的。其主要裝置為變頻器和智能型恒壓供水控制器。水泵的傳動較簡單，不像有些機械設備非要軟啟動不可，且調速范圍較窄。由于出現了風機、泵類專用的變頻器，變頻供水技術很快得到了大面積的推廣。從控制方式上，變頻供水也經歷了一個從模擬到數字，從單一到多元功能多樣化的發展過程。
　　北京蘭利東方科技有限公司早年即致力于變頻恒壓供水技術的開發，其CPS系列恒壓供水控制器，已廣泛應用于全國各大中小城市供水系統中。以下茲就CPS系列各種型號特點作些簡單介紹，以方便用戶選取合理的變頻供水解決方案。
1． 　　 CPS-10A型 為單泵固定變頻方式。此種型號專為一臺泵即能滿足供水要求設計，多用于潛水泵或單泵系統的控制。10A具備消防執行第二壓力、水位保護、變頻故障報警功能、消防模式下水位報警被屏蔽。必須注意的是，單泵系統中長軸深井泵比同等功率普通泵電流要大，選取變頻器時須以深井泵電流為準，并綜合考慮電機線纜長度。此單泵固定變頻無切換方式具有高度的可靠性。
2． 　　 CPS-20A1型 為單臺固定變速泵加2臺定速泵階梯投切方式，并配有附屬小泵。此種方式比起傳統的采用改變供水機組并列運行的臺數或截流措施來合理經濟得多。對供水機組來說，服務壓力的變化，機組水量可以不同，但額定揚程基本相同，小流量時，參加運行的機泵工作揚程會低于其額定揚程，效率降低，而截流乃是通過改變管道特性曲線的形狀來適應管網中流量的變化，如此便在水閥門的兩側產生了一個壓差ΔH與當時輸水量Q的乘積ΔH·Q便是出水閥門在調節時的能量損失，這一部份損失由電動機向電源索取。20A1這種配置可以很好解決這一問題。必須注意：此種方式中選定的調速泵必須是所有泵中容量最大者，否則容易造成系統壓力不穩定。定速泵與變速泵配合工作時效率下降值是有限制的，在一定的Q、H范圍內，定速泵與變速泵可以在同一揚程下協調工作。當管網中的壓力降低時定速泵以增加流量的方式與變速泵在同一揚程下工作；在用水量很小的情況下，20A1可自動將主泵關閉，將附屬小泵打開，附屬小泵為工頻工作方式，并可設置停泵壓力誤差。主泵投切的延時可以人為設定，附圖：


3． 　 CPS-20B1 為三臺可循環軟啟動控制方式。此方式為多泵變頻供水提供了較好的解決方案，每臺水泵均可由變頻器平滑軟啟動，無沖擊電流。泵可交替投入運行，大大延長了水泵的壽命。多泵循環還可降低工程造價，避免單泵變頻深度調速。在多泵調速的實際測定中，水泵若由于工況點不在運行效率范圍內，可以用改變水泵轉速的方法使工況點移動而進入推薦的效率范圍，從而提高了整機的運行效率。20B1還提供了小流量的小泵工作方式，且小泵變頻、工頻可選，在極端壓力變化下，建議使用CCPS（即變壓變量）控制方式，即流量補償功能，可保持最不利點壓力穩定。
4． 　 CPS-20C1 功能強大，可控制6臺主泵+1臺附屬小泵，所有泵均可設定為變頻或工頻工作方式，具備循環軟起動、自補償切換、水泵切換壓差設定、六段定時開關機、變量泵定時換泵、內外部流量補償、傳感器定標、故障自診斷、水位保護、手動調試等功能。不僅如此，20C1的卓越性還表現在消防方式上，為消防系統供水的解決方案首選。在消防模式上，20C1提供了四種方式供用戶選擇，除基本的執行第二壓力設定外，消防泵的工作方式可設定為工頻運行，工頻巡檢；工頻運行，變頻巡檢；變頻運行，變頻巡檢，如此靈活的配置可以解決用戶多方面的要求，舉個簡單例子，假如用戶既想將消防系統中的穩壓泵的變頻器適量配置，又不想在平時消防泵巡檢時對管網沖擊太大，那么變頻巡檢，工頻運行這種模式便很好地解決了這個問題。該模式下您可以用一個小的變頻器來拖動一臺大的消防泵，這樣便可以節約大量用于購買大功率變頻器的資金，安全的情況下，變頻器與消防泵的功率比可達到1:2，此時，被拖動負載在低頻下運行。
　　總之，了解了CPS各種型號控制器的特點，就可以靈活地配置，最終確定合理的供水方案。當然，優秀的水系統是由多方面購成的，并非都能依靠控制器來解決。例如為了抑制水錘就必須采用減震床、減震閥。系統發生振蕩，還需分析管路設計是否合理，是否有氣壓罐，管路內是否有空氣等等。采用電機結合，相互配合的原則，特別是在水泵選型方面，更要充分考慮實際分流情況，如果選型合理，則分流能夠充發揮變頻節能的優點且系統運行穩定、安全、可靠。
以下為北京某軍區消防變頻供水應用實例：

應用實例一：
　　該樓共計十一層，泵房位于地上一層，為消防專用供水系統。要求平時由穩壓泵穩壓，一旦火災發生，消防泵立即工頻投入使用，但消防泵的巡檢為變頻方式以減小沖擊。

　　據此選配：選用CPS-20C1消防專用控制器DB型，變頻器選用帶轉矩限制ACS-600、7.5KW，兩臺穩壓DL泵，7.5KW、揚程53米，兩臺消防DL泵18.5KW、揚程70米。

　　運行情況：設定穩壓泵穩定壓力4.5kg，消防壓力6.5kg。因一臺穩壓泵流量已滿足，故設置為兩泵交替運行，穩壓誤差設定為0.1kg，即穩壓范圍為4.4~4.6kg之間。現場實際運行水壓穩定，管網密封性甚好，為進一步節能降耗，打開控制器附屬小泵，但小泵負載實際為空載。正常情況下，穩壓泵在4.4~4.6kg之間穩壓，當壓力達到4.6kg時，經過延時，穩壓泵停機。隨著壓力逐漸下降，當低于穩壓值時，控制器小泵打開，這樣又經延時，虛擬小泵關掉，穩壓主泵又開始投入運行，如此循環，消防泵的巡檢時間設置為360小時，即每隔15天，7.5KW變頻器即拖動18.5KW消防泵低頻運轉，頻率約為20HZ，系統運行情況穩定。


應用實例二：

1． 實例說明
　　一生活住宅小區，最高樓層為6層，生活消防共用供水系統，該系統共有四臺水泵，配置為三大一小。三臺主泵均為15KW，一臺小泵供水流量供水之用，功率為4KW。壓力傳感為電阻式遠傳壓力表，量程為1Mpa。

2． 控制器的選型
　　根據控制器的性能和特點，采用CPS-20C1-S標準型控制器即可。三臺主泵采用變頻循環軟啟動，使用控制器的三臺主泵控制點。附屬小泵因其功率小，可直接用工頻啟動，起到小流量供水的作用，以節約電能。六層樓的高度，考慮到最高層的壓力要求，需設置3kg/cm2的壓力值。

3． 控制柜的設計及配線
　　在選定好控制器的類型之后，則要進行控制柜的設計及具體的配線工作。這一步工作在整個工程系統項目之中非常重要。

在設計之中，主要注意以下幾個環節：

A． 確定控制器的端子的使用
　　在本例中，共使用三臺主泵和一臺小泵，而且主泵為變頻循環軟起動控制，小泵為工頻直接起動，所以上排端子之中，使用B1R、D1R、B2R、D2R、B3R、D3R和XBR以及報警輸出常開端子（Ta，Tc）。在下排端子之中，使用了控制器的運行信號（RUN/STOP），水位信號（LA1、LA2），消防信號（FA），給變頻器的控制信號及變頻器的故障反饋信號（RUN、EMG、COM、VRC、GND、BG、GND），壓力采集信號（SV、P1、GND）。因本例中，不使用壓力變送器（使用遠傳壓力表），也不用流量補償功能，所以C0、C1、C2、Q1均不用。
控制器與變頻器相連接的控制信號共有7個端子，包括控制器輸出5個，即變頻器的運行信號（RUN），變頻器的滑行停止信號（EMG），這兩者的公共端（COM），和一對模擬電壓輸出端子（VRC、GND），用來控制變頻器的頻率；還有一對輸入端子，是由變頻器輸出，由控制器接收變頻器的故障信號（BG、GND）。本例之中，選用富士P9S變頻器，與上述7個端子相對應的變頻器端子依次為RUN、BX、COM、12、11、30A、30C。具體設計請參考附件的參考設計圖。
B． 具體配線及注意事項
　　在確定系統的配置及控制器的端子使用情況之后，要進行控制柜的具體配線工作。以下就具體接線時應注意的事項進行說明：
a． 控制器的主機和面板之間的通訊線要和電源線分開走線。因為通訊線傳輸的是弱電控制信號，很容易受外界干擾。電源線的波動極易對弱電產生干擾，輕則干擾控制器的正常運行，重則損壞機器。所以，通訊線和電源線應分開布線。比較好的做法是不要將通訊電纜和控制線電源線捆扎在一起，而是單獨走線。
b． 控制器和變頻器的控制信號線采用屏蔽線，根據只能將屏蔽線的屏蔽層一端接地的原則，將其在變頻器的一端接地。
c． 選用接觸器時，對于大功率的系統，請選用帶有線圈吸收回路的接觸器。對于本例中的小功率系統，最好也在在接觸器線圈的兩側裝上阻容吸收回路。
4． 參數設定及現場調試
　　在確定系統的接線工作正確無誤后，可進入系統的調試階段。關于控制器的操作方法和控制器的16項設定參數及其所代表的意義，請參閱控制器的說明書，在此不再贅述。

控制器的調試一般分為以下幾個過程：
A． 參數設定
　　接通電源，斷開控制器端子“RUN/STOP”和端子“GND”的連線，使控制器處于停止狀態，將控制器的主機上的主機開關設定窗打開，以便進行控制器的水泵及參數的設定。
　　首先，進行水泵設定。將主機開關設定窗內的鍵盤鎖定開關K3打開，即將小窗口內的黑色開關K3撥到UNLOCK的位置（向上）。現在由鍵盤操作即可進行水泵及參數設定。用操作面板將參數設定狀態調至水泵設定狀態，然后將P1、P2、P3及小泵P7設定為開啟狀態，其余水泵均設定為“OFF”狀態。
　　主泵及小泵的工作方式是通過主機開關設定窗內紅色撥碼開關K1設定的。當相對應的開關撥到“ON”時（即上方），主泵設定為工頻直接起動（或降壓起動）。當相對應的開關撥“OFF”時（即下方），主泵設定為變頻循環起動控制方式。小泵的設定與主泵的設定方式正好相反，請用戶注意（對于小泵，開關撥到“ON”時為變頻工作方式，開關撥到“OFF”時為工頻工作方式）。我們將K1的1、2、3、及7位均撥到“OFF”狀態。至此，水泵的狀態就設定好了。

　　然后進行系統參數設定。將數據設事實上狀態調至修改控制器參數的狀態。首先進行控制器的傳感器調零工作。接好壓力表，根據壓力表的量程將參數代碼03設定好（例如對于1Mpa的表，代碼03設定為10.0kg/cm2），代碼04調為零。此時系統沒有運行，壓力表的指針應該指在“零”上，如果不顯零，請想辦法泄掉系統壓力，使壓力表指示為零。因為壓力表有起始電阻，控制器將顯示一個壓力值，此時高速代碼04（傳感器調零）的值，調整到壓力顯示剛好為零。請注意不要調整過頭。

最后依次修改系統的參數：
　　第一壓力為3.00kg/cm2（代碼01），第二壓力（消防壓力，代碼02）不變，控制器給變頻器的模擬控制信號的范圍（代碼05）調至10V；變頻器的輸出功率（代碼06）為15KW，變頻器的加減速時間（代碼07）為15秒，頻率下限（代碼08）為25HZ（后面還要再次調整），定時換泵時間（代碼09）為24小時，為了防止控制器頻繁啟動小泵，將附屬小泵停止壓力誤差（代碼11）調至0.6公斤；因系統中不需加流量補償，也不需消防泵巡檢，所以代碼10、12均設定為OFF。

B． 系統的手動運行調試
　　在參數都設定完成之后，進行手動運行調試（變頻運行）。撥動控制柜上的轉換開關，使系統處于自動運行狀態，斷開控制器端了“RUN/STOP”和端子“GND”的連線，使控制嚦嚦處于停止狀態，用手按下減少鍵（“V”鍵），持續5秒鐘后，系統則進入手動調試狀態。此時，控制器面板的下排數字顯示左邊部分閃爍，并有相應的水泵的編號及其狀態。用戶可通過“SET/MON”鍵控制相應水泵的啟動及停止（變頻運行），并用增加鍵（“^”鍵）及減少鍵（“V”鍵）控制變頻器的運行頻率。逐一檢查變頻器和各臺水泵是否能正常運轉，以及水泵轉動方向是否正確，如果不正確，請調整水泵的轉動方向。同時不要試驗水泵在工頻起動狀態下轉動方向是否正確。一般情況下，用戶可以用以下方法調整：
a． 先調整水泵在變頻狀態下運行的轉動方向，依次檢查，如果某臺泵轉動方向不正確，可以倒換此泵的相序。按下功能鍵（“FUNC”鍵）可退出手動運行調試狀態。
b． 每臺泵在變頻狀態下運行的轉動方向都正確后，再撥動控制柜上的轉換開關，將系統轉換到手動狀態，用工頻手動按鈕起動水泵。如果泵的轉動方向不對，可以倒換總電源進線的相序。然后依次檢查每臺泵的運轉方向，至此，如果控制柜設計及配線正確，泵的轉動方向都應該正確。
c． 恢復控制器端子“RUN/STOP”和端子“GND”的連線。
關于控制器的運行狀態指示燈所表示的含義，請讀者參考控制器的說明書。
C． 下限頻率的調整
　　以上的步驟都完成后，撥動控制柜上的轉換開關，將系統轉換到自動運行狀態，關閉水泵出水總管的閥門，模擬小流量供水狀態。此時，系統的流量接近于零。當系統達到穩態，壓力恒定在設定值，通過控制器面板觀察控制器顯示的頻率值。此頻率值就是系統運行的下限頻率。重新設定下限頻率值（功能代碼08），一般可以設得稍大，例如控制器顯示26HZ，可以將功能代碼08設為27HZ。
D． 系統的自動運行
　　當以上的調試工作完成之后，系統便可進入自動運行狀態，觀察系統運行狀況。運行中到達穩態時，如果壓力表的指示和控制器的顯示不一致，可調整代碼03（傳感器量程），使二者一致。請注意傳感器調零（代碼04）一旦調好后就不要再更改了，壓力顯示不一致時可調整代碼03（傳感器量程）。至此，所有調試工作都已完成，系統可以進入自動運行狀態正常工作了。
　　當現場調試完成，系統正常運行以后，再將鍵盤鎖定開關撥到LOCK狀態（下方），以免數據受到干擾或被人無意修改。