一頻一泵恆壓供水設備控制系統的製作方法

2023-06-03 16:02:51 3

專利名稱：一頻一泵恆壓供水設備控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於供水和控制技術領域，具體指一頻一泵恆壓供水設備控制系統。
背景技術：
隨著變頻技術的發展，利用變頻實現恆壓供水已成為城市供水的一種趨勢。在傳統的恆壓供水設備中，一臺變頻器控制多泵循環的恆壓供水系統，在電氣設計中十分流行。 其控制方式為一控二，一控三，…，一控η (η為水泵臺數)，簡稱一控多控制方式。具體指傳統恆壓供水設備控制系統裡面只包含一臺變頻器，而該控制系統所控制的水泵，視供水設備的供水規模、容量而定，通常有二臺、三臺或多臺水泵，每臺水泵有一臺電機。如圖1所示為一控三恆壓供水控制系統圖，以變頻控制「1號泵」開始，當供水需求增大時，「1號泵」到達額定頻率，水壓不足時，切換至工頻，變頻控制「2號泵」；當「2號泵」 到達額定頻率，水壓依舊不足時，切換至工頻，變頻控制「3號泵」;反之，當供水需求減少時， 則先從「1號泵」，然後「2號泵」依次退出工作，一次泵循環啟動、停止過程完成。實際生產運行中根據供水需求周而復始的進行這一過程。在一控多方案中，變頻器利用自身的調速特性，在作實現恆壓供水調節器的同時，兼作多臺泵的啟動器。其不足之處在於(1)對變頻器的影響由於變頻器兼作多臺泵的啟動器，在變頻器輸出接觸器與工頻輸出接觸器之間必然有一個切換過程，而通過整流、逆變的變頻輸出與工頻輸出在頻率、幅值以及相位都存在著一定的差異，所以目前在變頻器輸出與工頻輸出之間切換一般均採用異步切換的方式。以圖2中1號泵為例，在切換過程中必須是先斷開變頻接觸器ΚΜ1， 才可合上工頻接觸器ΚΜ2。可見，在異步切換中存在著一個變頻甩負荷，電機失電的暫態過程，而這個暫態過程不可避免的給變頻器和電機帶來一定的不利影響。從生產的角度要求對於恆壓供水系統，保證壓力的恆定是其最終的目的，而每天的用水負荷又是經常變化的， 因此變頻、工頻的切換也是頻繁的，這種長期作用勢必大大縮短變頻器的使用壽命。(2)切換對電機的影響在發生異步切換時，首先KMl斷開，此時的情況是定子開路，定子旋轉磁場消失；而轉子在慣性動能的作用下，繼續旋轉，在轉子電流衰減為零之前， 旋轉的轉子磁場在定子繞組中感生出感應電動勢，其大小與轉子電流有關，隨著轉子電流的衰減而消失。而轉子的動能則消耗在負載轉矩上，爾後ΚΜ2合上。在這一切換過程中，若轉子仍有剩餘動能將會反送到工頻電網，它以減小電機的啟動電流形式出現。這正是目前變頻器兼作啟動器的理論依據。而事實上，由於定子磁場能量以反電勢的形式出現，一旦提供放電通路，將會產生很大的瞬時電流，小放電則形成很大的反電勢，導致ΚΜ2合上後產生巨大的衝擊電流，最大可達額定電流的十倍以上。轉子動能減小的啟動電流與之相比微乎其微。(3)對管網的影響在電動機帶水泵負載時，切換發生瞬間，水泵在水壓作用下迅速停車，產生巨大的「水錘」效應，在水泵受損害的同時，因高水壓與定子反電勢疊加，電動機也將承受10倍額定電流以上的衝擊電流，常常使工頻斷路器IQF 3QF跳閘，導致切換失敗，甚至引起電動機損壞。由於上述系統設計的局限性，切換失敗的情況在工程實踐中經常發生。(4)對出水壓力的影響在工頻加、減泵時設備供水壓力無法平穩過渡。在工頻啟用的時候，對供水壓力造成衝擊。循環軟啟動方式時，供水壓力曲線呈負向脈衝；其它方式啟動時，供水壓力曲線呈正向脈衝。(5)如果變頻器故障實踐證明，即使當今世界是最先進的變頻器也難以保證不出故障。但是現在二次供水設備生產企業普遍要銷售該設備到很遠的城市，而往往並未對該型變頻器備有庫存，即使有庫存要將變頻器空運到故障現場也要較長時間，少則兩三天， 多則四五天，而這段時間故障現場普遍只能停水，影響了用水安全。

發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種採用一頻一泵控制技術的恆壓供水設備控制系統，它具有軟啟軟停、供水壓力穩定、節約用電等諸多優點，提高了二次供水設備的可靠性，更好地保證用戶的用水安全。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為本發明提出的恆壓供水設備控制方法，是採用一頻一泵控制方式，即一臺水泵搭配一臺變頻器，具體指，恆壓供水設備的配套水泵有幾臺，本控制系統就為其配置幾臺變頻器，其結構如圖1所示。本控制系統包括控制櫃體、源水水位感應開關、出水電接點壓力表、 出水壓力傳感儀表，控制櫃體上設有變頻器、控制單元、人機界面。上述控制單元包括微電腦控制器，其中微電腦控制器可以是PLC。上述控制單元包括A/D、D/A轉換模塊，A/D轉換模塊連接出水壓力傳感儀表，對出水壓力信號進行採樣，反饋給控制單元進行PID計算；D/A轉換模塊連接變頻器模擬量輸入端子，用於將控制單元進行PID計算後的信號轉換成模擬量信號，並以此控制變頻器的運行頻率，以達到控制水泵轉速的目的。出水壓力傳感儀表3可以是遠傳壓力表，也可以是壓力變送器。上述控制單元還可根據反饋壓力信號與目標壓力進行PID運算，結果用於控制水泵轉速，達到恆壓供水的目的。上述控制單元還可計算反饋壓力信號上升和下降的速率，並以此判斷出水端流量大小，配合水泵運行頻率，可作為增加運行水泵臺數或減少運行水泵臺數的依據。在多臺水泵並列運行時，各水泵均以相同的轉速運行，以達到節能的目的，有實踐數據證明，在多臺水泵以同頻率同轉速(簡稱同頻同速)並列運行最節能。還可據此判斷出水端流量是為零， 在出水端流量接近零時，自動停止最後一臺水泵，系統進入休眠狀態，避免不必要的浪費。上述人機界面與微電腦控制器相連接，設置、調節參數，監控運行數據，達到人機互動的目的，其中人機界面可以是文本顯示器。上述微電腦控制器連接源水水位感應開關，用於判斷源水是否正常，如果停水則停機，如果來水則開機，達到源水缺水保護的目的；連接出水電接點壓力表，用於判斷出水是否正常，如果壓力超高則停機，如果壓力正常則恢復開機，達到壓力超高保護的目的；本發明的有益效果1、與一控多控制系統相比，本系統所控制的水泵採用同頻同速的方式運轉，更節能。
2、因每臺水泵均有固定的專用變頻器控制，軟啟軟停，消除了啟動時的衝擊電流， 消除水錘現象。3、因有多臺變頻器，無論任何一臺水泵、變頻器故障均不影響供水設備的正常運行，有效地保證了供水設備的供水安全。4、系統因用水量增加、減少而自動加、減水泵時，出水壓力波動範圍< 0. 03MPa。5、因去掉了接觸器中間繼電器等大量二次迴路器件、線路，系統簡單可靠。6、變頻器相對傳統的熱繼器而言，保護功能更豐富、更有效。


圖1為傳統控制系統結構圖示。圖2為本發明的結構圖示。圖3為本發明模擬量輸入輸出框圖。圖中標號1為源水水位感應開關，2為水泵，3為出水壓力傳感儀表，4為出水電接點壓力表，5a為1#變頻器，5b為2#變頻器，5c為3#變頻器，6為控制單元，7為人機界面， 8為微電腦控制器，9為A/D轉換模塊，10為D/A轉換模塊，11為源水接口。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。如圖2所示，本發明一種採用一頻一泵控制技術的恆壓供水設備控制系統，設有控制櫃體、源水水位感應開關1、出水電接點壓力表2、出水壓力傳感儀表3，控制櫃體上設有變頻器5、控制單元6、人機界面7。控制單元6包括微電腦控制器8，其中微電腦控制器可以是PLC，也可以是單片機。控制單元6包括A/D轉換模塊9、D/A轉換模塊10，A/D轉換模塊9連接出水壓力傳感儀表3，對出水壓力信號進行採樣，微電腦控制器8讀取A/D轉換模塊9的壓力數據作為壓力反饋信號，與設定的目標壓力值進行PID運算，經PID運算後的數據通過D/A轉換模塊10轉換成0 IOV模擬量信號，傳輸到與之相連的變頻器，並以此控制水泵的轉速，達到恆壓供水的目的。出水壓力傳感儀表3可以是遠傳壓力表，也可以是壓力變送器。D/A轉換模塊10的輸出端連接到變頻器5的0 IOV輸入端，用於將微電腦控制器8輸出的離散量數據轉換成0 IOV模擬量電壓信號，變頻器5依據0 IOV電壓信號輸出相應的頻率控制水泵轉速，D/A轉換模塊10的數量與變頻器5的數量相同，即每臺變頻器均對應配置一個D/A轉換模塊。控制單元6還可計算反饋壓力信號上升和下降的速率，並以此判斷出水端流量大小，配合水泵運行頻率，可作為增加運行水泵臺數或減少運行水泵臺數的依據。在多臺水泵並列運行時，各水泵均以相同的轉速運行，以達到節能的目的，有實踐數據證明，在多臺水泵以同頻率同轉速(簡稱同頻同速)並列運行最節能。還可據此判斷出水端流量是否為零， 在出水端流量接近零時，自動停止最後一臺水泵，系統進入休眠狀態，避免不必要的浪費。人機界面7與微電腦控制器8相連接，設置、調節參數，監控運行數據，達到人機互動的目的，其中人機界面可以是文本顯示器，也可是觸控螢幕。微電腦控制器8連接源水水位感應開關1，用於判斷源水是否正常，如果停水則停機，如果來水則開機，以達到源水缺水時，系統自動停機保護的目的。源水水位感應開關1 在不同的使用環境可以選用不同的水位探測設備。如源水接口 11接穩流罐，則源水水位感應開關可以是電接點壓力表；如源水接口 11接水箱，則源水水位感應開關可以是電纜浮球開關。微電腦控制器8連接出水電接點壓力表2，用於判斷出水是否正常，如果壓力超高則停機，如果壓力正常則恢復開機，達到出水壓力超高時，系統自動停機保護的目的。下面結合實施例說明這種控制系統的控制方法，如圖3所示首先根據實際情況設定目標壓力值，睡眠頻率值。出水壓力傳感儀表3實時跟蹤出水管網壓力狀態，將出口壓力轉換成4 20mA 電流信號，經A/D轉換模塊9將模擬電流信號轉換成數字量並送入微電腦控制器8，經微電腦控制器8內部PID運算，得出一調節參量，並將該參量送入D/A轉換模塊10，經數模轉換後得出0 IOV模擬量電壓信號傳送至變頻器，通過變頻器輸出頻率的變化進而控制水泵的轉速，當用水量增加時轉速提高，當用水量減少時轉速降低，時刻保證用戶的用水壓力恆定。在無人用水或用水量很小時，變頻器會輸出一個較低的頻率，如果輸出頻率小於睡眠頻率值，延時一定時間後，微電腦控制器8會發出停止指令控制變頻器停止輸出，水泵停止運行轉，系統進入睡眠節能狀態。在此期間如果用水量加大，輸出頻率大於睡眠頻率值，微電腦控制器8會中止睡眠計時，等待下一次睡眠時機。系統睡眠後，如果有人用水，出水壓力傳感儀表3所跟蹤的出水管網壓力會降低， 當壓力低於用戶所需壓力時，控制單元6自動控制變頻器啟動，調節水泵轉速提高，直到管網壓力上升到用戶所需壓力，並通過PID運算進行恆壓供水。微電腦控制器8會根據出水壓力傳感儀表3所跟蹤的出水管網壓力和水泵運轉頻率及臺數判斷用水量大小，在用水量較小時，水泵加工作，用水量增加，水泵加的轉速也隨之增加，如達到水泵額定轉速仍無法滿足用戶用水要求時，微電腦控制器8會通過變頻器b 啟動水泵2a，此時變頻器b的輸出頻率上升，變頻器a的輸出頻率在PID運算控制下會自動下降，直到二者輸出頻率相等，此時水泵加和水泵2b工作在同頻同速模式。如果用水量繼續增加至2臺水泵同時工作仍無法滿足用戶用水需求時，微電腦控制器8會通過變頻器c 啟動水泵2c，3臺水泵並列運轉的工作模式同2臺水泵，也是工作在同頻同速模式。反之， 當用水量減少時，微電腦控制器8根據需要減少運轉水泵臺數。實踐證明，在多泵並列運行時，同頻同速工作模式和傳統的一控多控制方式相比具有明顯的節能效果。
權利要求
1.一頻一泵恆壓供水控制系統，包括控制系統運行及控制變頻器輸出頻率的控制單元、設置系統參數及監控運行數據的人機界面、控制水泵電機轉速的變頻器以及與控制單元相連的用於採集外部反饋信息的傳感儀表組，其特徵在於，所述的控制系統為被控泵組中的每臺水泵均搭配一臺變頻器，並採用同頻同速控制技術控制進行恆壓供水。
2.根據權利要求1所述的一頻一泵恆壓供水控制系統，其特徵在於，所述控制單元包括微電腦控制器，用於對輸入信息進行運算和存儲，並輸出；A/D轉換模塊，連接出水壓力傳感儀表，用於對出水壓力信號進行採樣，然後將壓力數據反饋給微電腦控制器；D/A轉換模塊，連接變頻器模擬量輸入端子，用於將控制單元進行PID計算後的信號轉換成模擬量信號，並以此控制變頻器的運行頻率，以控制水泵轉速。
3.根據權利要求1或2所述的一頻一泵恆壓供水控制系統，其特徵在於，變頻器可以有多臺，其臺數與被控泵組的臺數相同，每臺水泵均有一臺與之匹配的變頻器，與之相對應， 連接變頻器的D/A轉換模塊也有多組。
4.根據權利要求1所述的一頻一泵恆壓供水控制系統，其特徵在於，在多臺水泵並列運轉時其控制方式是採用同頻同速的控制模式，此時，每臺運行的水泵轉速相同。
5.根據權利要求1述的一頻一泵恆壓供水控制系統，其特徵在於，所述的用於採集外部反饋信息的傳感儀表組包括出水壓力傳感儀表，用於測量泵組供水壓力值；出水電接點壓力表，測量供水壓力高限，作為控制單元判斷出水壓力超高保護的依據；源水水位感應開關，測量源水水位，作為控制單元判斷源水無水的依據。
全文摘要
本發明公開了一種一頻一泵恆壓供水控制系統，包括控制系統運行及控制變頻器輸出頻率的控制單元(6)、設置系統參數及監控運行數據的人機界面(7)、控制水泵電機轉速的變頻器(5a、5b、5c)以及與控制單元相連的用於採集外部反饋信息的傳感儀表組(1、3、4)，所述的控制系統為被控泵組中的每臺水泵(2a、2b、2c)均搭配一臺變頻器，並採用同頻同速控制技術控制進行恆壓供水。
文檔編號E03B7/07GK102465547SQ20101053564
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者楊勇 申請人:重慶成峰二次供水設備有限責任公司