恆壓供水自動控制系統

一、系統說明
基於PLC和變頻器的恆壓（或恆壓變流量） 供水技術，相對於傳統的技術而言具有節能 效益明顯、控制和保護功能完善、可實現機組 的軟啟動軟停機、輸入電壓範圍寬、電磁衝擊小、 泵機運行組合切換靈活方便等優越性，目前廣泛 應用於水廠送水泵站、二次加壓站、工業鍋爐給水、 小區和高樓供水、其它工業供水等領域。

變頻恆壓供水控制系統的基本原理：
變頻恆壓供水控制系統通過測到的管網壓力，經變頻器的內置PID調節器運算後，調節輸出頻率，實現管網的恆壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知PLC進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現象的產生，泵的啟停將聯動其出口閥門。
　　系統工作原理圖如下所示。假設整個系統由四台水泵，一台變頻器，一台PLC和一個壓力變送器及若干輔助部件構成。各部分功能如下：安裝於供水管道上的壓力變送器將管網壓力轉換成1—5伏的電信號；變頻調速器用於調節水泵轉速以調節流量；PLC用於邏輯切換。
此外，上述系統還配備了外圍輔助電路，以保障自動控制系統出現故障時可通過人工調節方式維持系統運行，保證連續生產。
二、設備選型說明
　　變頻恆壓供水系統主要由變頻控制櫃、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制櫃由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、等組成。
1.、供水系統選用原則
　　(1)．蓄水池容量應大於每小時最大供水量。
　　(2)．水泵揚程應大於實際供水高度。
　　(3)．水泵流量總和應大於實際最大供水量。
　　(4)．變頻控制櫃選型：
　　 用戶可根據供水量和供水高度確定水泵型號及台數，然後對控制櫃進行選型。
2.、變頻器
主要技術數據：
　※功率範圍：2.2-3000kW
　※電源電壓：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%；
　※電源頻率：48-63Hz
　※控制連接：2個可編程的模擬輸入（AI）；1個可編程的模擬輸出（AO）；
　5個可編程的數字輸入（DI）；2個可編程的數字輸出（DO）。
　※連續負載能力：150% In，每10分鐘允許1分鐘
　※保護特性：過流保護、I2t、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、短路保護、接地保護、欠壓緩衝、電機欠/過載保護、堵轉保護、串行通訊故障保護、AI信號丟失保護等。
　　外型結構緊湊，安裝方便。產品經過多種電氣安全規範認證，符合GE、UL及質量認證體系ISO9001和ISO4000
三、應用範圍
¯ 該系統既可用於生產、生活用水，亦可用於熱水供應，恆壓噴淋等系統。
¯ 可廣泛用於工業企業、生活、生產供水系統及企業自備並改造工程，自來水廠、 生活小區及消防供水系統。
¯ 可用於各種場合的恆壓、變壓、冷卻水和循環供水系統。　　
¯ 可用於熱水供應、采暖、空調、通風供水、供氣系統。　　　
¯ 可用於污水泵站、污水處理及污水提升系統。　　　
¯ 可用於農業排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統。　　　
¯ 可用於賓館、大型公共建築供水及消防系統。
2. 技術指標
¯ 節約能>45%　　
¯ 最大供水高度：200米
¯ 最大流量：1000立方米/小時　　
¯ 壓力波動：≤0.25兆帕　　
¯ 水泵電機功率：0.75KW-280Kw
四、節能及經濟效益分析
水泵屬於平方轉矩負載，其軸功率轉速、流量存在以下的關係公式：
Q^=（n^/n）×Q
H^=（n^/n）2×H
N ^=（n^/n）3×H
Q^、H^、 N ^、n^分別為調速後的流量、揚程、軸功率、轉速；
Q、H、N、n分別為水泵的額定流量、揚程、軸功率、轉速；
從以上三式可以看出，若假定泵機的轉速下降20%，則其軸功率消耗為：
N ^=（n^/n）3×N=0.512N
即可降低能耗近50%。
在實際運行中，如按比較保守的數字測算，以年平均節電30%計算，一台22KW的泵機應用變頻調速設備後可節電：
22×30%×24×365=57816KWh
按電費單價0.60元/KWh計算，年可節約電費
57816×0.60=34690萬元
若一套22KW的變頻調速系統裝置投資及配套的改造費按6.36萬元計算，則投資回收年限為：
6.36萬元/3.469萬元/年= 1.8年
即在不到二年的時間內即可通過節電產生經濟效益而收回投資。在此數據中尚不含漏損率下降、爆管率下降、搶修費用下降、爆管引起的停產等間接經濟效益和社會效益。
五、效果及結論
（1）在運行過程中，水泵的出水流量隨用水量大小而作自動調整，並可做到從多泵到單泵的平滑切換，改變以往階梯式調節；
（2）可以人為控制供水壓力、流量、功耗，並可將泵機運行調整在最高效區間；
（3）由於變頻器帶動電機水泵運轉時是從零電流緩慢啟動電機，對電機及水泵設備無衝擊損害，可延長這些設備的使用壽命；
（4）泵機的有效備份增加。在變頻調速系統運行時，工頻22KW泵機與變頻22KW泵機並聯運行可以替代單台45KW泵機，因此，在日常運行以及設備檢修時，互為備份的設備增加了；
（5）供水安全係數增加。供水的壓力可以人為設定，運行過程中自動跟蹤設定值，即使用水量突然降低，水泵的出口壓力也會自動隨即調低而避免爆管現象的發生；
（6）增加循環供水水量，提高供水質量。在節能的同時，可以消除欠壓供水，增加循環供水水量，並保證管網末梢的供水壓力；
（7）為企業設備上台階、管理上等級提供了及為有利的條件。

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