ABB变频器在变频稳压给水设备控制系统的应用

 

变频稳压给水设备系统的构成及原理

      变频稳压给水设备控制系统通过测到的管网压力，经变频器的内置PID调节器运算后，调节输出频率，实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC进行变频泵逻辑切换。为防止水锤现象的产生，泵的启停将联动其出口阀门。

 

变频稳压给水设备选型说明

      变频稳压给水设备供水系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成。变频控制柜由断路器、变频器、接触器、中间继电器、PLC等组成。

1. 供水系统选用原则

(1)蓄水池容量应大于每小时最大供水量。

(2)水泵扬程应大于实际供水高度。

(3)水泵流量总和应大于实际最大供水量。

(4)变频控制柜选型：

用户可根据供水量和供水高度确定水泵型号及台数，然后对控制柜进行选型。

2. 变频器

      根据工艺要求，建议配用ABB ACS600系列变频器。ACS 600系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性完整的保护功能以及灵活的编程能力，较高的可靠性和较小的体积。

 

变频稳压给水设备主要技术数据：

·功率范围：2.2-3000kW

·电源电压：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%；

·电源频率：48-63Hz

·控制连接：2个可编程的模拟输入（AI）；1个可编程的模拟输出（AO）；5个可编程的数字输入（DI）；2个可编程的数字输出（DO）。

·连续负载能力：150% In，每10分钟允许1分钟

·串行通讯能力：标准的RS—485接口可使变频器方便地与计算机连接。

·保护特性：过流保护、I2t、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、欠压缓冲、电机欠/过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、AI信号丢失保护等。

外型结构紧凑，安装方便。产品经过多种电气安全规范认证，符合GE、UL及质量认证体系ISO9001和ISO4001等。

      ABB变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。

      ACS600变频器内置PID、PFC、预磁通等八种应用宏，只需选择需要的应用宏，相应的所有参数都自动设置，输入输出端子也将自动配置，这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间，减少出错。

3. 可编程序控制器

      PLC建议采用西门子S7-200型。SIMATIC S7-200 可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时，可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。

      多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。

 

变频稳压给水设备应用范围

1. 该系统既可用于生产、生活用水，亦可用于热水供应，恒压喷淋等系统。

a. 可广泛用于工业企业、生活、生产供水系统及企业自备并改造工程，自来水厂、生活小区及消防供水系统。

b. 可用于各种场合的恒压、变压、冷却水和循环供水系统。

c. 可用于污水泵站、污水处理及污水提升系统。

d. 可用于农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统。

e. 可用于宾馆、大型公共建筑供水及消防系统。

2. 技术指标

a．最大供水高度：200米

b．最大流量：1000立方米/小时

c．压力波动：≤0.25兆帕

d．水泵电机功率：0.75KW-280KW

 

变频稳压给水设备概述

      长沙中赢供水设备有限公司建厂以来一直从事变频稳压给水设备的研制，开发和生产。专业生产经营变频稳压给水设备，恒压供水设备，无塔供水设备，管网叠压供水设备，变频调速供水设备，不锈钢无负压变频稳压给水设备，无负压供水设备，自来水供水设备。

   　该变频稳压给水设备突出优点是，不需建造水塔，投资小、占地少，采用水气自动调节、自动运转、并能与自来水自动并网，停电后仍可供水，调试后数年不需看管。比建造水塔节约投资70％，比建造高位水箱节约投资60％，大大节约土建投资，广泛用于企事业单位、住宅区及农村的生产、生活、办公用水。供水户在20--20000户。日供水量在20—50000m3，供水高度达150米，即50层楼房。

　　使用我公司变频稳压给水设备，只需在锅炉房或地下室，挤出一点地方即可安装，有自来水的单位，使用该设备可以调节高峰用水量，增加水压，能在高峰用水时，满足大面积用水和高楼层用水。没自来水的单位、工厂或农村，只需用该设备接通水源即可得到同水塔一样的效果，使您满意的用上自来水，我公司生产的设备为一体型设备，保证现场施工5天安装完毕。欢迎广大用户到公司看样订货。

 

变频稳压给水设备特点

   ■　采用微机控制、压力分级控制及手动控制等三种不同控制方式，确保设备的可靠性。

   ■　能够实现电机软启动，大大减少启动负荷和压力波动，实现恒压供水，节能效果显著。

   ■　采用高可靠性管路附件及电器无触点控制方式，大大提高了设备使用寿命。

   ■　系统配备小型缓冲压力调节罐，大大减轻管网的水锤现象。还配备小流量定压泵，起小流量范围内的供水及保证消防系统常备压的作用。

   ■　设有断相、过压、过流、过载、失速及无水等各种保护功能及故障显示和报警装置。

   ■　设备占地面积和高度较小，灵活机动，安装调试方便，省工省时，节省投资。

 

变频稳压给水设备适用范围：

   ● 生产用水：供水量1～1300m3/h

   ● 生活用水：可供1～120000户居民用水

   ● 消防用水：可用于1～3类建筑物的消防用水

 

变频稳压给水设备变频应用方式

　 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。在采用变频稳压给水设备进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。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，我公司开发NKL-A系列变频稳压给水设备系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。

 

变频稳压给水设备变频控制原理

     用变频调速来实现恒压供水，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：

   a、 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；

   b、 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；

   c、 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。

 

变频稳压给水设备PID控制原理

　 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，现在控制和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。

　 变频稳压给水设备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。