变频器在管网稳流给水设备恒压供水上的应用

1. 引言 

    对于大部分生活供水系统来说，日常供水随着各个时段和各个季节的变化而有很大的起伏，一般在晚上黄金时段的用水需求量比较大，深夜由于客户需求量大幅度减少，管网压力急剧升高。对于传统的水塔等方式供水，其维护困难。尤其是面对消费供水等突发事件时，其反应速度较慢，早已不能满足恒压供水的需求。使用变频器对管网稳流给水设备供水系统进行闭环控制，达到管网压力基本稳定，同时，通过变频器内部的智能控制功能，轮循供水电机运作，达到设备的合理利用以及维护方便功能，同时当管网压力不正常，或者其他故障产生时，通过变频器的远程报警功能及时通知维护人员，避免故障进一步扩大。 

2. 管网稳流给水设备系统基本组成 

（1） 系统主控环节 

    系统整体的控制信号，包括压力设定信号，工频和变频故障信号处理，水位故障检测处理均由主控 PLC 或主控人机设定， 对于整个系统的运行信号进行综合，尤其是当出现故障状态的系统处理操作，是整个系统的核心控制部分。 

（2） 变频器内部控制环节 

    变频器内部控制，主要是指变频器内部 PID 功能模块，内部 PID 功能使现场工程师设置和调试方便，相对于原来的硬件 PID 板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本。主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力。 PID 的特性可由参数选择。 

（3） 供水附件 

    供水附件为变频器控制外部电机的中间控制机构，变频器供水附件为一个独立的控制系统，只需要一根外接的电话线，就可与主控板连接，方便的远程控制，利用 485 通讯底层接口，无需外接电源，就可控制多达 5 个以上的继电器，从而用来控制外接接触器。接口简单，使用方便。 

（4） 电机控制环节 

    当管网压力的变化要求增加或减少工作水泵时，通过供水附件基板的中间继电器，控制各个电机交流接触器。基板输出端口的状态决定外部各个水泵的运行状态。 

（5） 执行环节 执行环节为各水泵。 

（6） 信号反馈环节 

    管网压力的信号反馈，用于与设定环节形成 PID 控制闭环，对于大部分供水系统，由于压力控制为一个大惯性环节，且其要求不太高，所以不需要使用微分环节。 

下面对山东省济南市某小区管网稳流给水设备恒压供水系统，使用 C320 系列变频器系统改造进行分析，其框图如下 : 

3 ．管网稳流给水设备工作过程描述 

    当变频器被投入自动运行时， 1# 泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与 PLC 管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到 高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通 1# 泵，使 1# 泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对 2# 泵进行变频控制。当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在设定的频率，压力的稳定和超调量可以通过 PI 参数的调整。当水需求量减少，管网压力逐渐升高，内部 PI 控制器输出频率降低，当变频器输出频率低至 0HZ ，而管网在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。 

4 ．管网稳流给水设备中通用变频器的使用 

    对于当前的恒压供水系统，配置了供水附件，其他需要设置的参数功能组包括： 1. 基本运行参数； 2. 模拟输入输出参数； 3.PID 控制参数组。供水系统与变频器相关接线如下图： 

    •  基本运行参数主要参数设定： 

    F0.0=0 选择 V/F 控制方式 

    F0.15=1 选择泵类负载 

    F0.4=0001 PLC 输出端子控制起停 

    •  PID 控制主要参数设定： 

    F8.0=0121 选择比例积分，单极性 PI 功能有效。 

    F8.1=0204 选择设定信号输入 VC2 ，反馈信号 CC ， 

    F8.3=0 ， F8.4=10 选择较小给定量 0V ，较大给定量 10V 。 

    F8.5=2 ， F8.6=10 选择反馈对应量。 

    F8.7=2 ， F8.8=10 设定 PI 控制器参数。 

    •  拟输入输出参数组： 

    F2.2=0 ， F2.3=10 设定通道 VC2 信号特性， 范围 0～10V 。 

    F2.4=4 ， F2.5=20 设定反馈通道 CC 信号特性，范围 4 － 20mA 。 

5 ．管网稳流给水设备改造中注意事项 

    •  正确设置设定和反馈对应曲线。 

    •  变频泵至工频控制时可直接切换，以免管网压力形成波动，工频泵至变频控制的切时间须适当设置，延长时间太短，水泵对变频器形成冲击电压和冲击电流，容易使变频器出现故障，延长时间过长使管网压力不稳定，从而易出现频繁切换动作。 

    •  当供水基板与主控制基板距离较远时（ 20m 以上），需提供附加电源以确保信号正确传输。 

    •  当管网稳流给水设备供水系统不需要处理消防等紧急状态下的供水问题时，可简化 PLC 控制功能。甚至只通过单变频器实现简易恒压供水。 

    •  适当使用变频器 的负载检测和切断自停机功能，方便远程水泵的控制。

管网稳流给水设备发展趋势:

　　随着电力技术的发展，无负压技术的日臻完善，以设备为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，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;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定 的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力， 终达到高度有效的运行目的。

      管网稳流给水设备关键技术部分为智能控制系统(变频型)和调节罐的真空消除。智能控制系统核心部分采用西门子可编程控制器，程序软件的编制及设计由 专业技术工程人员充分根据水泵的运作特点在多年工程经验基础上精心编制而成，设备具有界面直观，操作简便可靠，性能稳定，高智能化等诸多特点。调节罐的真空消除也是该项目的关键技术，管网叠加的实现 全依靠罐上真空消除器在罐内水被抽空时及时消除罐内真空，从而达到罐内外压力平稳，由此不对市政管网造成负压影响，不影响其它市政管道用户的正常用水。

管网稳流给水设备的适用范围

　　(1) 适用地域范围：适用于城市管网压力较充足的地区加压给水;

　　(2) 适用工程类型：工矿企业的生产、生活用水、自来水厂的大型给水中间加压泵站;

　　(3) 适用工程部位：给水二次加压系统;

　　(4) 其它适用范围：新建、改建、扩建住宅楼，办公楼、宾馆、饭店等公共建筑生活用水;

　　(5) 使用单位类型：设计单位、施工单位、监理单位。

管网稳流给水设备多段压力供水模式：

      语音报警系统 设备可增设远程语音报警主要功能，当设备控制系统出现故障时，系统触发报警拨号系统拨打预先设置好的固定电话或者手机号码，语音通知管理人员设备有故障需要及时检修，以免影响正常用户用水。此控制主要功能需要占用一条电话线以便拨号。

　　·低层自来水压力不能满足要求的消防用水。

　　水泵是管网稳流给水设备的基础，是显现其供水能力的根本保证，为配套的水泵是通用的，可以是各种流量、扬程式合适的泵类。按照流量、扬程式的需要产品可以1~4或更多的水泵并联运行，水泵机组与另外一套增压稳压电源压设备(水流量泵组)作为在小流量范围内与主泵切换运行，以提供效率，进一步降低能源。

管网稳流给水设备研发背景：

      水——是人类生命之源。“改善饮用水质量，保障水质达标”是关系到人民群众的身体健康和生命平安的大事，而研究开发环保型供水设备已成当务之急，传统的二次加压供水方式，由于水池、水箱造成的二次污染已直接影响了供水水质达标，甚至产生了严重的水质污染事故。为了解决传统生活供水系统中，设备二次供水过程中的污染问题和水泵的直接接入自来水管网产生的负压问题，中赢供水创新研制开发了新一代“管网稳流给水设备”。该产品不但解决了地下水池的二次污染问题，还可以和纯净水设备配套，直接作为饮用水的增压设备，可以在任何一个需要管网增压的供水系统中使用。是供水领域新一代节能稳定环保的产品

管网稳流给水设备品牌：

　　目前，我国的海洋环境，总的来看，基本上还是处于良好状态。但在某些沿岸的海湾、河口及局部海域，如大连湾、辽河口、锦州湾、渤海湾、莱州湾和胶州湾等，环境污染比较严重;某些海洋水产资源衰落，渔获量减少，少数珍贵海产品受损，一些海洋水产资源质量受到影响;部分滩涂荒废，滨海环境遭到损害。就海区而言，渤海沿岸污染较严重，东海和黄海次之，喃海污染较轻。

　　采用 先进的微机控制变频调速技术，通过压力传感器，将用水量的变化信号变成电子信号，依据用水量的需求，自动对水泵进行投切和转速调整，使供水压力自动维持在设定的压力值。供水质量高，节能效果明显，高度自动化，可实现无人值守。长沙中赢供水设备有限公司生产的管网稳流给水设备是一种高校节能的给水方式，深得广大用户的青睐。

      管网稳流给水设备是在传统变频恒压供水系统的基础上发展起来的一种新型供水方式，它不是水泵、管件阀门、罐体和控制柜的简单组合，而是集机械、电子、信息、自控技术为一体的高科技产品。随着无负压供水概念发展的深入，越来越多的科研单位及生产企业对无负压技术进行了深入的研究，并取得了比较丰硕的成果。在国内无负压技术根据市场上现有无负压的给水设备工作原理进行分析，主要由变频调速水泵机组、稳流补偿器、真空抑制器、压力和流量传感器、预压自平衡器、控制柜、过滤器、倒流防止器等设备组成。根据其实现无负压功能原理的不同，大体可以分为以下几种形式：

中赢管网稳流给水设备核心优势

节能程序

      通过编程建立动态数据库，监控与测量现场供水时的压力、流量、水泵运转转速、电流、管径大小，水泵性能等，将一系列监控的数据传输到微电脑处理器中，通过中赢研发人员自主编程与设计的20种数学方法计算工作状况来达到较佳运行工况，可适应于瞬间多变的流量状况。

效率提升技术

      采用中赢专利设计技术小流量补偿装置补偿主泵效率低点流量，如果用水端用水量极小，采用中赢稳压装置稳压补水，小流量补偿装置关闭，当超过设定用水流量时，小流量补偿装置又再次投入使用，程序配合小流量补偿装置持续小流量供水。当用户端用水量加大，小流量补偿装置无法满足供水流量时，启动主泵开始变频，此时的主泵是运行在高度有效点，如果管网稳流给水设备一台主泵能满足供水要求，小流量补偿装置停止供水。用户端用水量继续加大，主泵上升到上限频率后，仍不能满足供水，主泵工频运转，小流量补偿装置再次进行补偿，补偿此时一台泵供水不足，当小流量补偿装置达到满值，启动另一台主泵开始变频，小流量补偿装置停止供水。

      小流量补偿装置的投入使用能提升两段设备的运行效率，所以在很大程度上起到了节能的效果。而且小流量补偿装置的投入与退出使供水量曲线与用户用水量曲线能够 重合，管网稳流给水设备真正达到了用多少供多少的理想状态，对于解决恒压供水稳定性有了技术性的突破。

什么是伪无负压？

　　1)首先这不是真正的管网稳流给水设备，而是有负压的，与真正无负压产品在概念上有本质的区别，他们无负压的概念就是自来水的进水压力只要保证零及零以上就叫无负压，而真正无负压的概念是自来水的进水压力动压不变，如果动压降低则为有负压;

　　2)在排气阀进气时，罐里压力必然变为零，这时不能利用自来水的压力，所以此类设备水泵扬程的选择要比真正无负压设备的扬程高，因此总功率大，能耗大;若其选择设备时考虑利用了自来水压力,那在高峰期用水时必然导致上不去水.

　　3)管网稳流给水设备一工作必然就有负压产生，从而在罐内形成真空，排气阀打开进入空气，真空消除了但罐内的压力立刻变为零，从而导致自来水进水压力骤降，在这种情况下要么停泵，造成用户断水，要么直供区的压力降低，导致不能正常用水或停水;

　　4)在排气阀打开储水罐内进入空气时，会造成二次污染，这与传统的水池(箱)供水一样在本质上是一样的;

　　5)在有负压的状态下设备如果一直工作，除了会影响裕本项目直供区的供水，久而久之必然还会影响周围其他用水点的用水，还会造成污水倒灌，影响水质，甚至会导致市政管网的爆裂，造成“水灾”。

管网稳流给水设备运行可靠

      对自来水管网无影响，设备利用调节罐无负压自动调节，管网增压供水时不会对原管网产生负压，不影响其它用户的正常用水。

       投资节约，无需修建蓄水池或水箱，节省了土建投资，无需从零加压，因此设备选型较，设备投资减少，水质无二次污染。不需要净化设备，节省投资，可充分利用自来水管网的压力，能耗小，节省日常的用电开支，没用水池，水箱，节省定期清洗消毒的费用。设备电气配置灵活，电气控制部分既可采用变频恒(变 )压控制，也可采用压力 (BZG 气压型)直接控制。

a。环境温度，5~50℃，相对湿度，≤90%，无凝露。

b。周围空气无腐蚀性气体，水蒸汽，粉尘等明显污染。

c。安装场所的较大海拔高度 1000m。

管网稳流给水设备的执行标准：

　　1)、标准《微机控制系统 》JG/T 3009-93《生活饮用水输配水设备及防护产品原材料的安，，，全性评价标准》GB/T 17219–1998《液体泵带频率转换器的泵设备保证和兼容性试验》EN12483-1999

      2)、工程标准《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242-2002《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003.

管网稳流给水设备的安装使用：

1、将循环水缸放于水箱或水池底部中间，并连接吸水管;

2、将电控柜安装在干燥通风处，有防水、防雨措施;

3、连接循环水缸与控制柜之间的电缆和输气管;

4、接通220V电源，设备开始工作;

5、当液位低于液位开关限定的水位时，潜水泵及高压电源暂停工作，当液位升设定高度时，电控柜会自动启动;

6、如须清理维护水箱、水池时，先切断电控柜主电源;

7、设备出厂前循环水缸体与智能自控柜连接部分、气管、潜水泵、电源线提供长度各10米，如特殊情况，请提前告之。

管网稳流给水设备可采用以下形式：

　　1无高位水箱、下行上给直接供水;

　　2有高位水箱、上行下给重力供水。

　　3确定管网叠压的形式、型号和规格时，

管网稳流给水设备应考虑以下因素：

　　1系统形式; 2系统设计压力： 3系统设计流量; 4设备设备安装条件; 5工作水泵的数量、性能及运行方式; 6当地电力供应情况; 7用户对供水的特殊要求。

　　吸水管应独立接自室外市政管网，市政管网有环网时，宜从环网接入。市政给水管网的管径，不宜小于标准的规定，且不得小于50mm。 市政给水管网管径吸水管管径 100 ≤40 150 ≤50 200 ≤80 300 ≤100 5.1.6水泵的吸水管管径宜比市政给水管网小两级或两级以上，或不大于市政给水管网管径的l/3.