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臺達變頻器在農村給水設備控制系統中的應用

1、引 言

     在送水工程中，為了維持農村給水設備恒壓供水而又節能，除了不用大桶槽或虛耗能源的節流閥而能維持恒壓，還必須防止泵浦急速開停循環而導致壓力涌浪。采用變頻器是個好的解決方法，但在控制上需要技巧。一般變頻器由外部PLC或PID控制器接受運轉指令，整合調整有一定難度并且比較耗時。臺達 VFD-F水泵專用變頻器使用內建泵浦控制邏輯，大幅簡化了農村給水設備送水系統的變速控制。

 

2、農村給水設備變頻調速特性

按照電機理論，電機轉速公式為：

式中：P為電動機的極對數，S為轉差率，f為供電電源頻率，n為電動機的實際轉速。從公式可以看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可平滑地調節電機轉速，從而可以連續方便地改變風機的風量。風機是泵類負載，屬平方轉矩負載，其轉速n、流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n, H∝n2, P∝n3，即流量與轉速成正比，壓力與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。由上述分析可知，通過改變電動機轉速就可方便地改變風機的風量，保證空氣燃料比的優化；通過改變電動機轉速，可以有效保證系統期望的工況，降低系統的電動損耗。在監控系統中使用變頻調速技術（變頻器）有以下優點：

　　（1）可方便地實現電機軟起動、自由停車。電機均通過變頻器或軟起動從0—50HZ作緩慢加速起動，減少了機泵因突然高速起動所帶來的影響，減少了直接起動時起動電流對電網的沖擊；

　　（2）可提高功率因數，改善電動機電源質量，保證電動機的功率與實際負荷相匹配，達到系統節能運行的目的；

　　（3）可消除機泵的喘振現象，使機泵運行處于最佳工況狀態；

　　（4）可方便地實現自動控制，使被調節量得到更平穩的調節，增強了系統的穩定性和可靠性。

　　 

使用變頻調速技術不僅調節方便，而且節能效果也是很明顯的，設電動機額定功率為PN，額定轉速為nN, 轉速為n時實際輸出功率為P，則節能（用功率表示）△P可以表示為：

　　如取n/nN=2/3，則△P=0.67PN , 即節能效果在理想情況下可達到67%，可見只要采用變頻調速技術，用變頻調速其節能效果是很顯著的。

 

3、農村給水設備基于變頻調速的恒壓供水控制系統

      農村給水設備基于變頻調速的恒壓供水控制系統如圖1所示。在圖1控制系統中，壓力及流量是泵浦控制的兩個重要參數。VFD-F可借助壓力或流量傳感器回傳的電壓或電流信號持續跟蹤壓力及流量，泵浦按預先設定的運轉方式工作或停止,可大幅度節電并延長馬達及泵浦的使用壽命。控制多臺泵浦為了提高流量，可使用一臺以上泵浦組成控制系統，VFD-F可使用內建Relay（或選購Relay卡）控制額外泵浦在需要時的起動或停止，以維持恒壓。VFD-F變頻器參數的特別設置，可防止擾人的開開停停，提供泵浦之間平順的轉移及維持壓力在容許的誤差范圍。VFD-F可控制任何以馬達驅動的泵浦，內建最小速度設定點可符合深井泵馬達制造廠家的最低速度要求。由于VFD-F變頻器可使用V/F曲線，設定提供低速能達到100%的額定轉矩，提供正排量泵浦低轉速時所需的轉矩，使用者不必加大變頻器與馬達容量，使用Line-shaft透平泵浦時可消除危險轉速。

　　

4、結束語

     農村給水設備泵浦控制系統在各種類型的水站和供配水站有廣泛的應用，文中討論的只是最簡單的應用情況。由于臺達VFD-F變頻器是系列產品，有廣泛的適應性，歡迎對產品感興趣的用戶與我們合作。

 

農村供水設備介紹

      中贏供水設備廠在有塔供水設備基礎上開發了農村供水設備，該設備充分利用自來水管網的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對較小的水泵及控制設備，同時在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動水泵。相比較于傳統的帶水池的供水設備可節約大量的電能運行成本及投資成本。

　   傳統的供水設備廠.家采用農村供水，利用密封罐體，使局部增壓達到供水目的，其工作過程是水泵啟動，將水通過止回閥注入罐體，從而使罐體內壓力增大，當壓力達到所設定壓力上限時，壓力自動控制器自動關閉水泵，使水泵停止運行。由于供水罐體內壓力高于供水管網壓力，所以能自動降壓供水，當壓力減小到設定壓力下限時，自動控制水泵啟動，自動向供水罐內注水，如此往復，恒信農村供水設備在原有的農村供水的基礎上大膽創新，融合世界上先進的賓館增壓技術，PID調節技術，改傳統的農村供水為賓館增壓供水。取代原先必須有的氣壓罐。并且對水泵采用賓館增壓調速，根據用水量的變化來調節水泵的轉速，不僅可以節省大量的能源，而且降低了水泵運行躁聲，廷長了水泵的使用壽命。

 

農村給水設備系統設計特點

      中贏公司是專業生產農村供水設備的研制生產廠.家，我們有一支高素質的技術人員隊伍，我們的控制系統無論是性能、外觀、可靠性都是國內一流水平。

1為了提高控制系統的可靠性，我們對控制線路和軟件專門進行了可靠性設計，比如可編程控制器PLC的輸入、輸出端子，都采取繼電器隔離措施，如果利用控制器PLC的輸出端直接啟動接觸器，因接觸器線圈的電感量比較大，長時間運行容易燒毀PLC觸點，因控制器PLC中編制有控制程序，如果因故障需要更換則比較困難。采取對控制器PLC的輸入、輸出繼電器隔離措施，可以提高PLC的可靠性，因控制器PLC是整個控制部分的核心，提高PLC的可靠對提高整機可靠性具有十分重要的意義。

2 、在配有供水視窗(觸摸屏)控制系統的設備中，觸摸屏和賓館增壓器之間通訊采取了光電隔離措施，以保證各電器運行安全通訊可靠。

3 、在配有遠程語音報警系統設備中，當設備出現故障停機時，設備自動撥通預存的電話號碼，通知設備管理人員進行及時維修以不影響用戶用水。

4 、在大中型控制系統中，設備控制通常采用的循環軟啟動存在著嚴重的缺陷，在水泵從賓館增壓到工頻的轉換中，會產生致命的電氣和機械沖擊，導致危害電路和管網安全，我公司研制的無沖擊轉換技術，可以做到無沖擊軟起、軟停避免機械及電氣沖擊，此項技術在大中型設備中應用十分重要。

5、在大型設備供水壓力要求波動比較大的設備中，可以做變壓變量方式供水，控制系統根據開啟的工頻泵數量及賓館增壓器輸出頻率，估算設備流量，對設備出口壓力進行補償，以達到進一步節能的目的

6、中贏公司根據客戶需要可以有線監控和無線監控系統，將設備運行狀態傳輸到監控中心進行實時的監視，監控中心也可以對設備的運行進行實時的控制。

7、我公司做的大型水廠監控系統，采用SCAD控制系統，集中檢測，分散控制，系統具有較高的靈活性和可靠性。

8、我公司成功的將高壓賓館增壓應用于自來水廠項目也取得很好的社會效益。

 

農村給水設備系統特點

1、節電：優化的節能控制軟件，使水泵實現最大限度地節能運行;

2、 節水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象;

3、 運行可靠：由賓館增壓器實現泵的軟起動，使水泵實現由工頻到賓館增壓的無沖擊切換，防止管網沖擊、避免管網壓力超限，管道破裂。

4、 聯網功能：采用全中文工控組態軟件，實時監控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統計。

5、 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。

6、 自我保護功能完善：如某臺泵出現故障，主動向上位機發出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統出現故障，用戶可以直接操作手動系統，以保護供水。