ABB智能型變頻供水設備的應用

變頻水泵可以采用水位、壓力、變頻調速等多種控制方式，滿足不同用戶的需求，防止蓄水池二次污染、運行時不對市政管網產生負壓、充分利用市政管網壓力等諸多優點使得無負壓給水設備成為新一代具代表性的環保節能供水設備，深受廣大用的好評。
　　
　　變頻給水泵停泵控制方法是：
　　
　　當用水流量小于一臺泵的額定流量時，同一臺泵恒壓供水。按離心泵理論，在相似工況下，水泵的水力功率與三次方轉速成正比。當用水流量接近為零（但恒壓）時，泵轉速低，其功率也小。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），但變頻泵長期在零流量下運轉并白白消耗能量終究是一個缺點，當泵的功率較大時，此缺點更為突出。
　　
　　為了使變頻水泵在不用水時能夠停泵，以便節能，減少泵的磨損，現在國外變頻器（具有多泵并聯恒壓供水控制功能）采用這樣的一種控制方案：當變頻泵轉速（頻率）降低至接近零流量閾值時，變頻器發出一個指令，使變頻泵停泵休息。管網系統中接有一個小氣壓罐，當變頻泵停泵后，由氣壓罐維持供水；當供水壓力降低至某一設定值時，變頻器接受此壓力信息，使變頻水泵啟動并恢復恒壓供水。在實際供水中，并不希望當變頻水泵轉速降低至零流量閾值就立即停泵，而是經過一定時間，經判斷并確認沒有用水后才停水泵。為此，可在電腦控制程序中設置判斷程序，以達到此目的。具體方法：當變頻水泵轉速（頻率）降低至零流量閾值并持續T時間（T為判斷時間，可按需設定）電腦才發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睡眠功能。在停泵期間，如有人用水并引起管網壓力下降，當下降至開泵壓力（壓力值可按需設定）時，電腦接受此壓力信息，下達指令使變頻泵自動啟動并恢復恒壓供水，此功能稱為變頻泵自動喚醒功能。
　　
　　據了解，國內大多數生產變頻給水設備的廠家為了使變頻給水機在小流量供水時能更好地節約電能和不用水時停泵，在給水系統中設置了一個小氣壓罐和一個小工頻泵。
　　
　　筆者認為，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睡眠和自動喚醒方案。我公司研制生產的智能型變頻給水設備已成功應用了變頻泵自動睡眠和自動喚醒方案，經試驗和交付用戶使用證明十分成功。
　　
　　當變頻水泵的功率很大，例如一臺水泵的功率為120kW，在接近零流量供水時，變頻水泵實際的耗能約1/4×120=30kW。此時，當小流量用水時，變頻大泵會消耗相當多的電能。從節能考慮，在小流量用水時宜由小泵供水。為了節能可就用一臺變頻小泵。其控制系統就這樣設計：
　　
　　（1）小流量用水時，求出大泵在恒壓小流量供水時的頻率，設為（Hz）Qmin。
　　
　　（2）大泵在恒壓小流量供水時，當Hz≤（Hz）Qmin，則變頻器的一個輸出繼電器（可編程的）工作，向PLC發出一個信息。
　　
　　（3）PLC接受上述信息后：
　　
　　（a）控制變頻器停止工作；
　　
　　（b）變頻器停止后在其輸出側進行切換操作：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；
　　
　　（c）在變頻器輸出側切換好后，重新啟動變頻器，恢復恒壓變量供水。
　　
　　（4）由變頻器帶動小泵（如30kW）進行小流量恒壓供水，此時小泵具有自動睡眠與自動喚醒功能，具有小流量供水的佳節能效果。
　　
　　（5）當用水流量增加，變頻器的輸出頻率上升，當Hz=（Hz）Qmin，變頻器的一個可編程輸出繼電器工作。整個供水系統的工作（2）、（3）所述，水機仍由小泵變頻恒壓供水不變。
　　
　　（6）當用水流量繼續增大，變頻器的輸出頻率繼續上升，當Hz=（Hz）Qmin+ΔQ變頻器的另一個可編程輸出繼電器工作，并向PLC發出一個信息。
　　
　　（7）PLC接受上述信息后
　　
　　（a）控制變頻器停止工作；
　　
　　（b）變頻器停止后在其輸出側進行以下切換操作：先使小泵的變頻交流接觸器脫開，然后使120kW大泵接入變頻；
　　
　　（c）在變頻器輸出側切換好后，重新啟動變頻器，恢復恒壓變量供水。
　　
　　（8）由變頻器帶動120kW大泵進行小流量恒壓供水，例如由3臺大泵并聯，則大供水功率可達120×3=360kW。
　　
　　3.ABB智能型變頻供水設備的應用
　　
　　變頻水泵的自動睡眠和自動喚醒控制方案已經在具有PFC宏（泵和風機控制）的ABB變頻器上應用。在自動睡眠時，水泵自停，*不消耗電能，具有佳的節能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統中設有一個小氣壓罐，在變頻泵自動睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當氣壓罐壓力降低至某一設定值時，變頻水泵自動喚醒，恢復恒壓供水。
　　
　　利用ABB變頻器的上述功能可以設計成以下系列的智能型變頻給水設備：
　　
　　（1）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設備。
　　
　　當用水流量小于一臺泵的額定流量時，由變頻泵B1變頻恒壓變量供水；當用水流量大于一臺泵在工頻情況下的額定流量時，工頻泵B21自動投入與變頻泵B1并聯恒壓變量供水（當準變壓變量供水時，則每投入一臺工頻泵，恒壓值上升一個臺階ΔP，ΔP可按需設定）。
　　
　　當用水流量進一步減少時，變頻泵B1的轉速自動下降以維持恒壓供水。當用水流量接近于零（接近的程度由調試者確定）時，變頻泵以接近零流量的低速運行。當低速運行T時間（T值可設定，改變）時，變頻水泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當氣壓罐壓力降至某一設定值時，變頻水泵自動啟動（喚醒）以維持恒壓供水。
　　
　　具有恒壓（準恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個可編程輸出繼電器可帶動一臺工頻泵。當工頻泵的數量多于可編程輸出繼電器的數目時，可用ND10模塊進行擴展。
　　
　　（2）YLD-BP-X系列智能型變頻穩壓工頻消防給水設備。
　　
　　B0為變頻穩壓泵，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控制平時由變頻穩壓泵向消防管網充水穩壓使之處于準備消防狀態。當管網穩壓至設定壓力時，穩壓泵的流量接近于零并維持時間T（T可設定），變頻穩壓泵自動停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩壓；當消防管網的壓力下降至某一設定值時，變頻穩壓泵自動啟動恢復恒壓穩壓（自動喚醒）。變頻穩壓是間歇工作的，停歇的時間很長，沒必要設置備用泵，以降低造價。
　　
　　當接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（*臺）工頻啟動，投入消防。其他各臺消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網上的電接點壓力表控制自動投入或自動退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運行的條件下，如管網壓力不足（低于電接點壓力表設定的低消防壓力），則由PLC控制，下一臺消防泵（包括備用泵）自動投入以提供充足的消防流量。
　　
　　消防結束，PLC可以接受人工指令，停止消防（所有消防泵停泵）。
　　
　　3.ABB智能型變頻供水設備的應用
　　
　　變頻水泵的自動睡眠和自動喚醒控制方案已經在具有PFC宏（泵和風機控制）的ABB變頻器上應用。在自動睡眠時，水泵自停，*不消耗電能，具有佳的節能效果。在停泵期間，為了維持供水，系統中設有一個小氣壓罐，在變頻泵自動睡眠期間，由小氣壓罐維持供水。當氣壓罐壓力降低至某一設定值時，變頻泵自動喚醒，恢復恒壓供水。
　　
　　利用ABB變頻器的上述功能可以設計成以下系列的智能型變頻給水設備：
　　
　　（1）YLD-BP-S系列智能型生活變頻給水設備。
　　
　　當用水流量小于一臺泵的額定流量時，由變頻水泵B1變頻恒壓變量供水；當用水流量大于一臺泵在工頻情況下的額定流量時，工頻泵B21自動投入與變頻泵B1并聯恒壓變量供水（當準變壓變量供水時，則每投入一臺工頻泵，恒壓值上升一個臺階ΔP，ΔP可按需設定）。
　　
　　當用水流量進一步減少時，變頻供水泵B1的轉速自動下降以維持恒壓供水。當用水流量接近于零（接近的程度由調試者確定）時，變頻泵以接近零流量的低速運行。當低速運行T時間（T值可設定，改變）時，變頻泵自停（睡眠），由氣壓罐維持供水；當氣壓罐壓力降至某一設定值時，變頻泵自動啟動（喚醒）以維持恒壓供水。
　　
　　具有恒壓（準恒壓）供水控制功能的ABB變頻器（具有PFC應用宏的ABB變頻器）具有以上控制功能。該變頻器的一個可編程輸出繼電器可帶動一臺工頻泵。當工頻泵的數量多于可編程輸出繼電器的數目時，可用ND10模塊進行擴展。
　　
　　（2）YLD-BP-X系列智能型變頻穩壓工頻消防給水設備。
　　
　　B0為變頻穩壓泵，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控制平時由變頻穩壓泵向消防管網充水穩壓使之處于準備消防狀態。當管網穩壓至設定壓力時，穩壓泵的流量接近于零并維持時間T（T可設定），變頻穩壓泵自動停泵（睡眠）休息，由氣壓罐維持穩壓；當消防管網的壓力下降至某一設定值時，變頻穩壓泵自動啟動恢復恒壓穩壓（自動喚醒）。變頻穩壓是間歇工作的，停歇的時間很長，沒必要設置備用泵，以降低造價。
　　
　　當接到消防信號后，由PLC控制主消防泵（*臺）工頻啟動，投入消防。其他各臺消防泵（含消防備用泵）由裝在消防管網上的電接點壓力表控制自動投入或自動退出。具體控制方式如下：在主消防泵已投入運行的條件下，如管網壓力不足（低于電接點壓力表設定的低消防壓力），則由PLC控制，下一臺消防泵（包括備用泵）自動投入以提供充足的消防流量。