恆壓供水控制器

恆壓供水控制器是指專業用於恆壓供水的水泵變頻控制器。恆壓供水控制器可使供水系統運行平穩可靠，實現真正意義上的無人職守的全自動循環倒泵、變頻運行，保證各台水泵運行效率的最優和設備的穩定運轉啟動平穩，消除啟動大電流衝擊，降低泵的平均轉速，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應。

基本介紹

• 中文名：恆壓供水控制器
• 主要功能：維持水壓恆定
• 使用方式：供水量大時多台泵全開
• 系統組成：水源、離心泵

基本介紹

隨著電機控制技術和可程式控制器的飛速發展，以及其套用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業自動化的主要裝置之一，在工業生產領域得到廣泛使用，在其它領域（如民用和家庭自動化）的套用也得到了迅速的發展。

由於電機控制技術和可程式程式控制器的套用靈活方便，在恆壓供水系統中亦得到廣泛的套用。採用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID結合，根據系統狀態可快速調整供水系統的工作壓力，達到恆壓供水的目的，提高了系統的工作穩定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節能效果。

主要功能

1、維持水壓恆定；
2、控制系統可手動/自動運行；
3、多台泵自動切換運行；
4、系統睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統處於睡眠狀態，直至有用水需求時自動喚醒；
5、線上調整PID參數；
6、泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。

使用方式

通常在同一路供水系統中，設定多台常用泵，供水量大時多台泵全開，

供水量小時開一台或兩台。在採用變頻調速進行恆壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一台控制器；其二是每台水泵配用一台控制器。後種方法根據壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恆壓的目的，就一個閉環迴路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比後種差，但控制程式較複雜，是未來的發展方向。

一般的供水系統，由於供水量及可靠性的要求，都採用多台泵並聯運行的方式。這樣也有利於當供水量在大範圍內變化時，通過水泵的台數調節實現經濟運行，但是僅用台數調節，不能保證恆壓供水，且其運行效率也不高。水泵採用轉速調節流量，運行的經濟性最好。但對於容量較大的供水系統，若採用全容量轉速調節，投資太大，也無必要。所以對於多台水泵的供水系統，用一台調速泵即可實現全容量範圍的恆壓供水，其它的泵只要定速運行。即用台數調節和轉速調節共同保證供水量變化範圍內的恆壓供水。

系統中的調速泵一般用變頻器拖動。變頻器除了通過調節水泵轉速實現恆壓供水外，也可通過切換控制用作其它泵的軟起動設備。

模式與組成

在工業現場控制領域，可程式控制器（PLC）一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業的投資力度加大，水廠運行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業套用逐步增多。觸控螢幕與PLC配套使用，使得PLC的套用更加靈活，同時可以設定參數、顯示數據、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的套用可視化。

變頻恆壓供水成為供水行業的一個主流，是保證供水管網在恆壓狀態的重要手段。現代變頻器完善的網路通信功能，為電機的同步運行，遠距離集中控制和線上監控等提供了必要的支持。通過與PLC連線的觸控螢幕，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡單、方便。

組合套用PLC、觸控螢幕及變頻器，採用通信方式對變頻器進行控制來實現變頻恆壓供水。

系統組成

1、恆壓供水控制器及系統組成

變頻恆壓供水系統通常是由水源、離心泵（主泵+休眠泵）、壓力感測器、PID調節器、變頻器（主泵+休眠泵）、管網組成。工作流程是利用設定在管網上的壓力感測器將管網系統內因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋PID調節器，PID調節器對比設定控制壓力進行運算後給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉速，使得管網的水壓與控制壓力一致。

2、恆壓供水控制器參數選取

（1）合理選取壓力控制參數，實現系統低能耗恆壓供水。這個目的的實現關鍵就在於壓力控制參數的選取，通常管網壓力控制點的選擇有兩個：一個就是管網最不利點壓力恆壓控制，另一個就是泵出口壓力恆壓控制。選擇管網最不利點的最小水頭為壓力控制參數，形成閉環壓力自控系統，使得水泵的轉速與PID調節器設定壓力相匹配，可以達到最大節能效果，而且實現了恆壓供水的目的。

（2）變頻器在投入運行後的調試是保證系統達到最佳運行狀態的必要手段。變頻器根據負載的轉動慣量的大小，在啟動和停止電機時所需的時間不相同，設定時間過短會導致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護；設定時間過長會導致變頻器在調速運行時使系統變得調節緩慢，反應遲滯，應變能力差，系統易處在短期不穩定狀態中。

為了變頻器不跳閘保護，現場使用當中的許多變頻器加減速時間的設定過長，它所帶來的問題很容易被設備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態。所以現場使用時要根據所驅動的負載性質不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。對於水泵電機，加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。

控制原理

1、交流電機變頻調速原理

交流電機轉速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機轉速，f為交流電頻率，s 為轉差率，p為極對數。

電機選定之後s 、p則為定值，電機轉速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實現對電機變頻無級調速。

2、根據離心泵的負載工作原理可知：

流量與轉速成正比：Q∝N

轉矩與轉速的平方成正比：T∝N2

功率與轉速的三次方成正比：P∝N3

而且變頻調速自身的能量損耗極低，在各種轉速下變頻器輸入功率幾乎等於電機軸功率，由此可知在使用變頻調速技術供水時，系統中流量變化與功率的關係：

P變=N3P額=Q3P額

採用出口閥控制流量的方式，電機在工頻運行時，系統中流量變化與功率的關係：P閥=（0.4+0.6Q）P額

其中，P為功率

N為轉速

Q為流量

例如設定當前流量為水泵額定流量的60%，則採用變頻調速時P變=Q3P額=0.216P額，而採用閥門控制時P閥=（0.4+0.6Q）P額=0.76P額，節電=（P閥-P變）/P閥*100%=71.6%。

由此可見從理論計算結果可以看到節能效果非常顯著，而且在實際運行中小區變頻恆壓供水技術比傳統的加壓供水系統還有自動控制恆壓、無污染等明顯優勢。

流量%	100%	90%	80%	70%	60%	50%
節電率%	0%	22.5%	41.8%	61.5%	71.6%	82.1%

而且新型的小區變頻恆壓供水系統能自動地控制一至多台主泵和一台休眠泵的運行。在管網用水量減少到單台主泵流量的約1/6-1/8時，系統自動停止主泵，啟動小功率的休眠泵工作，保證系統小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節能。

根據反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恆值比較，形成閉環系統。我們要想保持水壓的恆定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環系統。但被控制的系統特點是非線性、大慣性的系統，在控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快回響速度；在壓力範圍較小時採用PID來保持靜態精度。這通過PLC加智慧型儀表可時現該算法，同時對PLC的編程來時現泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由於供水系統管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統是一個大滯後系統，不易直接採用PID調節器進行控制，而採用PLC參與控制的方式來實現對控制系統調節作用。

工作原理

用恆壓供水控制器來實現恆壓供水，與用調節閥門來實現恆壓供水相比，節能效果十分顯著（可根據具體情況計算出來）。其優點是：

1、 起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的衝擊；

2、 由於泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；

3、 可以消除起動和停機時的水錘效應；

一般地說，當由一台變頻器控制一台電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一台變頻器同時控制兩台電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等於兩台電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩台水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。

雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處於頻繁的升、降速狀態，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對於這種由於頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應採用熱繼電器來進行電動機的熱保護。

在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在採用PID調節器的情況下，升、降速時間應儘量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定的動態回響過程。如變頻器本身具有PID調節功能時，只要在預置時設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時間將自動失效。

特點

1、 節電：變頻恆壓供水控制器的最顯著優點就是節約電能，節能量通常在10-40%。從單台水泵的節能來看，流量越小，節能量越大。最佳化的節能控制軟體，使水泵實現最大限度地節能運行；

2、 衛生節水：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；系統實行閉環供水後，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

3、 運行可靠：變頻恆壓供水控制器實現了系統供水壓力穩定而流量可在大範圍內連續變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況由變頻器實現泵的軟起動，使水泵實現由工頻到變頻的無衝擊切換，防止管網衝擊、避免管網壓力超限，管道破裂。

4、 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。

5、 自我保護功能完善：新型的小區變頻恆壓供水系統具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護等