ABB智能型变频供水设备的应用

    变频水泵可以采用水位、压力、变频调速等多种控制方式，满足不同用户的需求，防止蓄水池二次污染、运行时不对市政管网产生负压、充分利用市政管网压力等诸多优点使得无负压给水设备成为新一代具代表性的环保节能供水设备，深受广大用的好评。
　　
　　变频给水泵停泵控制最好方法是：
　　
　　当用水流量小于一台泵的额定流量时，同一台泵恒压供水。按离心泵理论，在相似工况下，水泵的水力功率与三次方转速成正比。当用水流量接近为零（但恒压）时，泵转速最低，其功率也最小。对于常用的离心泵而言，变频水泵在零流量下消耗的功率约为相同大小恒速泵额定功率的1/4或更小（与水泵的Q、H外特性、恒压值等有关），但变频泵长期在零流量下运转并白白消耗能量终究是一个缺点，当泵的功率较大时，此缺点更为突出。
　　
　　为了使变频水泵在不用水时能够停泵，以便节能，减少泵的磨损，现在国外变频器（具有多泵并联恒压供水控制功能）采用这样的一种控制方案：当变频泵转速（频率）降低至接近零流量阈值时，变频器发出一个指令，使变频泵停泵休息。管网系统中接有一个小气压罐，当变频泵停泵后，由气压罐维持供水；当供水压力降低至某一设定值时，变频器接受此压力信息，使变频水泵启动并恢复恒压供水。在实际供水中，并不希望当变频水泵转速降低至零流量阈值就立即停泵，而是经过一定时间，经判断并确认没有用水后才停水泵。为此，可在电脑控制程序中设置判断程序，以达到此目的。具体方法：当变频水泵转速（频率）降低至零流量阈值并持续T时间（T为判断时间，可按需设定）电脑才发出停变频水泵的指令，使变频水泵自停，此功能称为变频水泵自动睡眠功能。在停泵期间，如有人用水并引起管网压力下降，当下降至开泵压力（压力值可按需设定）时，电脑接受此压力信息，下达指令使变频泵自动启动并恢复恒压供水，此功能称为变频泵自动唤醒功能。
　　
　　据了解，国内大多数生产变频给水设备的厂家为了使变频给水机在小流量供水时能更好地节约电能和不用水时停泵，在给水系统中设置了一个小气压罐和一个小工频泵。
　　
　　笔者认为，采用小工频泵和小气压罐的方案存在问题较多，不如采用变频泵自动睡眠和自动唤醒方案。我公司研制生产的智能型变频给水设备已成功应用了变频泵自动睡眠和自动唤醒方案，经试验和交付用户使用证明十分成功。
　　
　　当变频水泵的功率很大，例如一台水泵的功率为120kW，在接近零流量供水时，变频水泵实际的耗能约1/4×120=30kW。此时，当小流量用水时，变频大泵会消耗相当多的电能。从节能考虑，在小流量用水时宜由小泵供水。为了节能可就用一台变频小泵。其控制系统就这样设计：
　　
　　（1）小流量用水时，求出大泵在恒压小流量供水时的频率，设为（Hz）Qmin。
　　
　　（2）大泵在恒压小流量供水时，当Hz≤（Hz）Qmin，则变频器的一个输出继电器（可编程的）工作，向专用PLC发出一个信息。
　　
　　（3）PLC接受上述信息后：
　　
　　（a）控制变频器停止工作；
　　
　　（b）变频器停止后在其输出侧进行切换操作：首先使变频大泵交流接触器脱开，然后使小功率（如30kW）小泵接入；
　　
　　（c）在变频器输出侧切换好后，重新启动变频器，恢复恒压变量供水。
　　
　　（4）由变频器带动小泵（如30kW）进行小流量恒压供水，此时小泵具有自动睡眠与自动唤醒功能，具有小流量供水的最佳节能效果。
　　
　　（5）当用水流量增加，变频器的输出频率上升，当Hz=（Hz）Qmin，变频器的一个可编程输出继电器工作。整个供水系统的工作（2）、（3）所述，水机仍由小泵变频恒压供水不变。
　　
　　（6）当用水流量继续增大，变频器的输出频率继续上升，当Hz=（Hz）Qmin+ΔQ变频器的另一个可编程输出继电器工作，并向专用PLC发出一个信息。
　　
　　（7）PLC接受上述信息后
　　
　　（a）控制变频器停止工作；
　　
　　（b）变频器停止后在其输出侧进行以下切换操作：先使小泵的变频交流接触器脱开，然后使120kW大泵接入变频；
　　
　　（c）在变频器输出侧切换好后，重新启动变频器，恢复恒压变量供水。
　　
　　（8）由变频器带动120kW大泵进行小流量恒压供水，例如由3台大泵并联，则最大供水功率可达120×3=360kW。
　　
　　3.ABB智能型变频供水设备的应用
　　
　　变频水泵的自动睡眠和自动唤醒控制方案已经在具有PFC宏（泵和风机控制）的ABB变频器上应用。在自动睡眠时，水泵自停，完全不消耗电能，具有最佳的节能效果。在停泵期间，为了维持供水，系统中设有一个小气压罐，在变频泵自动睡眠期间，由小气压罐维持供水。当气压罐压力降低至某一设定值时，变频水泵自动唤醒，恢复恒压供水。
　　
　　利用ABB变频器的上述功能可以设计成以下系列的智能型变频给水设备：
　　
　　（1）YLD-BP-S系列智能型生活变频给水设备。
　　
　　当用水流量小于一台泵的额定流量时，由变频泵B1变频恒压变量供水；当用水流量大于一台泵在工频情况下的额定流量时，工频泵B21自动投入与变频泵B1并联恒压变量供水（当准变压变量供水时，则每投入一台工频泵，恒压值上升一个台阶ΔP，ΔP可按需设定）。
　　
　　当用水流量进一步减少时，变频泵B1的转速自动下降以维持恒压供水。当用水流量接近于零（接近的程度由调试者确定）时，变频泵以接近零流量的低速运行。当低速运行T时间（T值可设定，改变）时，变频水泵自停（睡眠），由气压罐维持供水；当气压罐压力降至某一设定值时，变频水泵自动启动（唤醒）以维持恒压供水。
　　
　　具有恒压（准恒压）供水控制功能的ABB变频器（具有PFC应用宏的ABB变频器）具有以上控制功能。该变频器的一个可编程输出继电器可带动一台工频泵。当工频泵的数量多于可编程输出继电器的数目时，可用ND10模块进行扩展。
　　
　　（2）YLD-BP-X系列智能型变频稳压工频消防给水设备。
　　
　　B0为变频稳压泵，由具有恒压供水控制功能的变频器控制
　　
　　B1、B2、B3为工频消防泵，由PLC控制平时由变频稳压泵向消防管网充水稳压使之处于准备消防状态。当管网稳压至设定压力时，稳压泵的流量接近于零并维持时间T（T可设定），变频稳压泵自动停泵（睡眠）休息，由气压罐维持稳压；当消防管网的压力下降至某一设定值时，变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压（自动唤醒）。变频稳压是间歇工作的，停歇的时间很长，没必要设置备用泵，以降低造价。
　　
　　当接到消防信号后，由PLC控制主消防泵（第一台）工频启动，投入消防。其他各台消防泵（含消防备用泵）由装在消防管网上的电接点压力表控制自动投入或自动退出。具体控制方式如下：在主消防泵已投入运行的条件下，如管网压力不足（低于电接点压力表设定的最低消防压力），则由PLC控制，下一台消防泵（包括备用泵）自动投入以提供充足的消防流量。
　　
　　消防结束，PLC可以接受人工指令，停止消防（所有消防泵停泵）。
　　
　　3.ABB智能型变频供水设备的应用
　　
　　变频水泵的自动睡眠和自动唤醒控制方案已经在具有PFC宏（泵和风机控制）的ABB变频器上应用。在自动睡眠时，水泵自停，完全不消耗电能，具有最佳的节能效果。在停泵期间，为了维持供水，系统中设有一个小气压罐，在变频泵自动睡眠期间，由小气压罐维持供水。当气压罐压力降低至某一设定值时，变频泵自动唤醒，恢复恒压供水。
　　
　　利用ABB变频器的上述功能可以设计成以下系列的智能型变频给水设备：
　　
　　（1）YLD-BP-S系列智能型生活变频给水设备。
　　
　　当用水流量小于一台泵的额定流量时，由变频水泵B1变频恒压变量供水；当用水流量大于一台泵在工频情况下的额定流量时，工频泵B21自动投入与变频泵B1并联恒压变量供水（当准变压变量供水时，则每投入一台工频泵，恒压值上升一个台阶ΔP，ΔP可按需设定）。
　　
　　当用水流量进一步减少时，变频供水泵B1的转速自动下降以维持恒压供水。当用水流量接近于零（接近的程度由调试者确定）时，变频泵以接近零流量的低速运行。当低速运行T时间（T值可设定，改变）时，变频泵自停（睡眠），由气压罐维持供水；当气压罐压力降至某一设定值时，变频泵自动启动（唤醒）以维持恒压供水。
　　
　　具有恒压（准恒压）供水控制功能的ABB变频器（具有PFC应用宏的ABB变频器）具有以上控制功能。该变频器的一个可编程输出继电器可带动一台工频泵。当工频泵的数量多于可编程输出继电器的数目时，可用ND10模块进行扩展。
　　
　　（2）YLD-BP-X系列智能型变频稳压工频消防给水设备。
　　
　　B0为变频稳压泵，由具有恒压供水控制功能的变频器控制
　　
　　B1、B2、B3为工频消防泵，由PLC控制平时由变频稳压泵向消防管网充水稳压使之处于准备消防状态。当管网稳压至设定压力时，稳压泵的流量接近于零并维持时间T（T可设定），变频稳压泵自动停泵（睡眠）休息，由气压罐维持稳压；当消防管网的压力下降至某一设定值时，变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压（自动唤醒）。变频稳压是间歇工作的，停歇的时间很长，没必要设置备用泵，以降低造价。
　　
　　当接到消防信号后，由PLC控制主消防泵（第一台）工频启动，投入消防。其他各台消防泵（含消防备用泵）由装在消防管网上的电接点压力表控制自动投入或自动退出。具体控制方式如下：在主消防泵已投入运行的条件下，如管网压力不足（低于电接点压力表设定的最低消防压力），则由PLC控制，下一台消防泵（包括备用泵）自动投入以提供充足的消防流量。