專利名稱：一頻一泵恒壓供水設(shè)備控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供水和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體指一頻一泵恒壓供水設(shè)備控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，利用變頻實(shí)現(xiàn)恒壓供水已成為城市供水的一種趨勢。在傳統(tǒng)的恒壓供水設(shè)備中，一臺變頻器控制多泵循環(huán)的恒壓供水系統(tǒng)，在電氣設(shè)計(jì)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(shù))，簡稱一控多控制方式。具體指傳統(tǒng)恒壓供水設(shè)備控制系統(tǒng)里面只包含一臺變頻器，而該控制系統(tǒng)所控制的水泵，視供水設(shè)備的供水規(guī)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(jī)。如圖1所示為一控三恒壓供水控制系統(tǒng)圖，以變頻控制“1號泵”開始，當(dāng)供水需求增大時(shí)，“1號泵”到達(dá)額定頻率，水壓不足時(shí)，切換至工頻，變頻控制“2號泵”；當(dāng)“2號泵” 到達(dá)額定頻率，水壓依舊不足時(shí)，切換至工頻，變頻控制“3號泵”;反之，當(dāng)供水需求減少時(shí)， 則先從“1號泵”，然后“2號泵”依次退出工作，一次泵循環(huán)啟動、停止過程完成。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中根據(jù)供水需求周而復(fù)始的進(jìn)行這一過程。在一控多方案中，變頻器利用自身的調(diào)速特性，在作實(shí)現(xiàn)恒壓供水調(diào)節(jié)器的同時(shí)，兼作多臺泵的啟動器。其不足之處在于(1)對變頻器的影響由于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(gè)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采用異步切換的方式。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?？梢姡诋惒角袚Q中存在著一個(gè)變頻甩負(fù)荷，電機(jī)失電的暫態(tài)過程，而這個(gè)暫態(tài)過程不可避免的給變頻器和電機(jī)帶來一定的不利影響。從生產(chǎn)的角度要求對于恒壓供水系統(tǒng)，保證壓力的恒定是其最終的目的，而每天的用水負(fù)荷又是經(jīng)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(jī)的影響在發(fā)生異步切換時(shí)，首先KMl斷開，此時(shí)的情況是定子開路，定子旋轉(zhuǎn)磁場消失；而轉(zhuǎn)子在慣性動能的作用下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子電流衰減為零之前， 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場在定子繞組中感生出感應(yīng)電動勢，其大小與轉(zhuǎn)子電流有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)子電流的衰減而消失。而轉(zhuǎn)子的動能則消耗在負(fù)載轉(zhuǎn)矩上，爾后ΚΜ2合上。在這一切換過程中，若轉(zhuǎn)子仍有剩余動能將會反送到工頻電網(wǎng)，它以減小電機(jī)的啟動電流形式出現(xiàn)。這正是目前變頻器兼作啟動器的理論依據(jù)。而事實(shí)上，由于定子磁場能量以反電勢的形式出現(xiàn)，一旦提供放電通路，將會產(chǎn)生很大的瞬時(shí)電流，小放電則形成很大的反電勢，導(dǎo)致ΚΜ2合上后產(chǎn)生巨大的沖擊電流，最大可達(dá)額定電流的十倍以上。轉(zhuǎn)子動能減小的啟動電流與之相比微乎其微。(3)對管網(wǎng)的影響在電動機(jī)帶水泵負(fù)載時(shí)，切換發(fā)生瞬間，水泵在水壓作用下迅速停車，產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，在水泵受損害的同時(shí)，因高水壓與定子反電勢疊加，電動機(jī)也將承受10倍額定電流以上的沖擊電流，常常使工頻斷路器IQF 3QF跳閘，導(dǎo)致切換失敗，甚至引起電動機(jī)損壞。由于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性，切換失敗的情況在工程實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生。(4)對出水壓力的影響在工頻加、減泵時(shí)設(shè)備供水壓力無法平穩(wěn)過渡。在工頻啟用的時(shí)候，對供水壓力造成沖擊。循環(huán)軟啟動方式時(shí)，供水壓力曲線呈負(fù)向脈沖；其它方式啟動時(shí)，供水壓力曲線呈正向脈沖。(5)如果變頻器故障實(shí)踐證明，即使當(dāng)今世界是最先進(jìn)的變頻器也難以保證不出故障。但是現(xiàn)在二次供水設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)普遍要銷售該設(shè)備到很遠(yuǎn)的城市，而往往并未對該型變頻器備有庫存，即使有庫存要將變頻器空運(yùn)到故障現(xiàn)場也要較長時(shí)間，少則兩三天， 多則四五天，而這段時(shí)間故障現(xiàn)場普遍只能停水，影響了用水安全。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種采用一頻一泵控制技術(shù)的恒壓供水設(shè)備控制系統(tǒng)，它具有軟啟軟停、供水壓力穩(wěn)定、節(jié)約用電等諸多優(yōu)點(diǎn)，提高了二次供水設(shè)備的可靠性，更好地保證用戶的用水安全。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為本發(fā)明提出的恒壓供水設(shè)備控制方法，是采用一頻一泵控制方式，即一臺水泵搭配一臺變頻器，具體指，恒壓供水設(shè)備的配套水泵有幾臺，本控制系統(tǒng)就為其配置幾臺變頻器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。本控制系統(tǒng)包括控制柜體、源水水位感應(yīng)開關(guān)、出水電接點(diǎn)壓力表、 出水壓力傳感儀表，控制柜體上設(shè)有變頻器、控制單元、人機(jī)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(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊連接出水壓力傳感儀表，對出水壓力信號進(jìn)行采樣，反饋給控制單元進(jìn)行PID計(jì)算；D/A轉(zhuǎn)換模塊連接變頻器模擬量輸入端子，用于將控制單元進(jìn)行PID計(jì)算后的信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，并以此控制變頻器的運(yùn)行頻率，以達(dá)到控制水泵轉(zhuǎn)速的目的。出水壓力傳感儀表3可以是遠(yuǎn)傳壓力表，也可以是壓力變送器。上述控制單元還可根據(jù)反饋壓力信號與目標(biāo)壓力進(jìn)行PID運(yùn)算，結(jié)果用于控制水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。上述控制單元還可計(jì)算反饋壓力信號上升和下降的速率，并以此判斷出水端流量大小，配合水泵運(yùn)行頻率，可作為增加運(yùn)行水泵臺數(shù)或減少運(yùn)行水泵臺數(shù)的依據(jù)。在多臺水泵并列運(yùn)行時(shí)，各水泵均以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的，有實(shí)踐數(shù)據(jù)證明，在多臺水泵以同頻率同轉(zhuǎn)速(簡稱同頻同速)并列運(yùn)行最節(jié)能。還可據(jù)此判斷出水端流量是為零， 在出水端流量接近零時(shí)，自動停止最后一臺水泵，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，避免不必要的浪費(fèi)。上述人機(jī)界面與微電腦控制器相連接，設(shè)置、調(diào)節(jié)參數(shù)，監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)，達(dá)到人機(jī)交互的目的，其中人機(jī)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(yīng)開關(guān)，用于判斷源水是否正常，如果停水則停機(jī)，如果來水則開機(jī)，達(dá)到源水缺水保護(hù)的目的；連接出水電接點(diǎn)壓力表，用于判斷出水是否正常，如果壓力超高則停機(jī)，如果壓力正常則恢復(fù)開機(jī)，達(dá)到壓力超高保護(hù)的目的；本發(fā)明的有益效果1、與一控多控制系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)所控制的水泵采用同頻同速的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，更節(jié)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(shí)的沖擊電流， 消除水錘現(xiàn)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(shè)備的正常運(yùn)行，有效地保證了供水設(shè)備的供水安全。4、系統(tǒng)因用水量增加、減少而自動加、減水泵時(shí)，出水壓力波動范圍< 0. 03MPa。5、因去掉了接觸器中間繼電器等大量二次回路器件、線路，系統(tǒng)簡單可靠。6、變頻器相對傳統(tǒng)的熱繼器而言，保護(hù)功能更豐富、更有效。
圖1為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。圖3為本發(fā)明模擬量輸入輸出框圖。圖中標(biāo)號1為源水水位感應(yīng)開關(guān)，2為水泵，3為出水壓力傳感儀表，4為出水電接點(diǎn)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(jī)界面， 8為微電腦控制器，9為A/D轉(zhuǎn)換模塊，10為D/A轉(zhuǎn)換模塊，11為源水接口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖2所示，本發(fā)明一種采用一頻一泵控制技術(shù)的恒壓供水設(shè)備控制系統(tǒng)，設(shè)有控制柜體、源水水位感應(yīng)開關(guān)1、出水電接點(diǎn)壓力表2、出水壓力傳感儀表3，控制柜體上設(shè)有變頻器5、控制單元6、人機(jī)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(jī)。控制單元6包括A/D轉(zhuǎn)換模塊9、D/A轉(zhuǎn)換模塊10，A/D轉(zhuǎn)換模塊9連接出水壓力傳感儀表3，對出水壓力信號進(jìn)行采樣，微電腦控制器8讀取A/D轉(zhuǎn)換模塊9的壓力數(shù)據(jù)作為壓力反饋信號，與設(shè)定的目標(biāo)壓力值進(jìn)行PID運(yùn)算，經(jīng)PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換模塊10轉(zhuǎn)換成0 IOV模擬量信號，傳輸?shù)脚c之相連的變頻器，并以此控制水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。出水壓力傳感儀表3可以是遠(yuǎn)傳壓力表，也可以是壓力變送器。D/A轉(zhuǎn)換模塊10的輸出端連接到變頻器5的0 IOV輸入端，用于將微電腦控制器8輸出的離散量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0 IOV模擬量電壓信號，變頻器5依據(jù)0 IOV電壓信號輸出相應(yīng)的頻率控制水泵轉(zhuǎn)速，D/A轉(zhuǎn)換模塊10的數(shù)量與變頻器5的數(shù)量相同，即每臺變頻器均對應(yīng)配置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊?？刂茊卧?還可計(jì)算反饋壓力信號上升和下降的速率，并以此判斷出水端流量大小，配合水泵運(yùn)行頻率，可作為增加運(yùn)行水泵臺數(shù)或減少運(yùn)行水泵臺數(shù)的依據(jù)。在多臺水泵并列運(yùn)行時(shí)，各水泵均以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的，有實(shí)踐數(shù)據(jù)證明，在多臺水泵以同頻率同轉(zhuǎn)速(簡稱同頻同速)并列運(yùn)行最節(jié)能。還可據(jù)此判斷出水端流量是否為零， 在出水端流量接近零時(shí)，自動停止最后一臺水泵，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，避免不必要的浪費(fèi)。人機(jī)界面7與微電腦控制器8相連接，設(shè)置、調(diào)節(jié)參數(shù)，監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)，達(dá)到人機(jī)交互的目的，其中人機(jī)界面可以是文本顯示器，也可是觸摸屏。微電腦控制器8連接源水水位感應(yīng)開關(guān)1，用于判斷源水是否正常，如果停水則停機(jī)，如果來水則開機(jī)，以達(dá)到源水缺水時(shí)，系統(tǒng)自動停機(jī)保護(hù)的目的。源水水位感應(yīng)開關(guān)1 在不同的使用環(huán)境可以選用不同的水位探測設(shè)備。如源水接口 11接穩(wěn)流罐，則源水水位感應(yīng)開關(guān)可以是電接點(diǎn)壓力表；如源水接口 11接水箱，則源水水位感應(yīng)開關(guān)可以是電纜浮球開關(guān)。微電腦控制器8連接出水電接點(diǎn)壓力表2，用于判斷出水是否正常，如果壓力超高則停機(jī)，如果壓力正常則恢復(fù)開機(jī)，達(dá)到出水壓力超高時(shí)，系統(tǒng)自動停機(jī)保護(hù)的目的。下面結(jié)合實(shí)施例說明這種控制系統(tǒng)的控制方法，如圖3所示首先根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定目標(biāo)壓力值，睡眠頻率值。出水壓力傳感儀表3實(shí)時(shí)跟蹤出水管網(wǎng)壓力狀態(tài)，將出口壓力轉(zhuǎn)換成4 20mA 電流信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊9將模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入微電腦控制器8，經(jīng)微電腦控制器8內(nèi)部PID運(yùn)算，得出一調(diào)節(jié)參量，并將該參量送入D/A轉(zhuǎn)換模塊10，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得出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(jìn)而控制水泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)用水量增加時(shí)轉(zhuǎn)速提高，當(dāng)用水量減少時(shí)轉(zhuǎn)速降低，時(shí)刻保證用戶的用水壓力恒定。在無人用水或用水量很小時(shí)，變頻器會輸出一個(gè)較低的頻率，如果輸出頻率小于睡眠頻率值，延時(shí)一定時(shí)間后，微電腦控制器8會發(fā)出停止指令控制變頻器停止輸出，水泵停止運(yùn)行轉(zhuǎn)，系統(tǒng)進(jìn)入睡眠節(jié)能狀態(tài)。在此期間如果用水量加大，輸出頻率大于睡眠頻率值，微電腦控制器8會中止睡眠計(jì)時(shí)，等待下一次睡眠時(shí)機(jī)。系統(tǒng)睡眠后，如果有人用水，出水壓力傳感儀表3所跟蹤的出水管網(wǎng)壓力會降低， 當(dāng)壓力低于用戶所需壓力時(shí)，控制單元6自動控制變頻器啟動，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速提高，直到管網(wǎng)壓力上升到用戶所需壓力，并通過PID運(yùn)算進(jìn)行恒壓供水。微電腦控制器8會根據(jù)出水壓力傳感儀表3所跟蹤的出水管網(wǎng)壓力和水泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率及臺數(shù)判斷用水量大小，在用水量較小時(shí)，水泵加工作，用水量增加，水泵加的轉(zhuǎn)速也隨之增加，如達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速仍無法滿足用戶用水要求時(shí)，微電腦控制器8會通過變頻器b 啟動水泵2a，此時(shí)變頻器b的輸出頻率上升，變頻器a的輸出頻率在PID運(yùn)算控制下會自動下降，直到二者輸出頻率相等，此時(shí)水泵加和水泵2b工作在同頻同速模式。如果用水量繼續(xù)增加至2臺水泵同時(shí)工作仍無法滿足用戶用水需求時(shí)，微電腦控制器8會通過變頻器c 啟動水泵2c，3臺水泵并列運(yùn)轉(zhuǎn)的工作模式同2臺水泵，也是工作在同頻同速模式。反之， 當(dāng)用水量減少時(shí)，微電腦控制器8根據(jù)需要減少運(yùn)轉(zhuǎn)水泵臺數(shù)。實(shí)踐證明，在多泵并列運(yùn)行時(shí)，同頻同速工作模式和傳統(tǒng)的一控多控制方式相比具有明顯的節(jié)能效果。
權(quán)利要求
1.一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)運(yùn)行及控制變頻器輸出頻率的控制單元、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)及監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)的人機(jī)界面、控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器以及與控制單元相連的用于采集外部反饋信息的傳感儀表組，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)為被控泵組中的每臺水泵均搭配一臺變頻器，并采用同頻同速控制技術(shù)控制進(jìn)行恒壓供水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括微電腦控制器，用于對輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和存儲，并輸出；A/D轉(zhuǎn)換模塊，連接出水壓力傳感儀表，用于對出水壓力信號進(jìn)行采樣，然后將壓力數(shù)據(jù)反饋給微電腦控制器；D/A轉(zhuǎn)換模塊，連接變頻器模擬量輸入端子，用于將控制單元進(jìn)行PID計(jì)算后的信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，并以此控制變頻器的運(yùn)行頻率，以控制水泵轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于，變頻器可以有多臺，其臺數(shù)與被控泵組的臺數(shù)相同，每臺水泵均有一臺與之匹配的變頻器，與之相對應(yīng)， 連接變頻器的D/A轉(zhuǎn)換模塊也有多組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于，在多臺水泵并列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其控制方式是采用同頻同速的控制模式，此時(shí)，每臺運(yùn)行的水泵轉(zhuǎn)速相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1述的一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的用于采集外部反饋信息的傳感儀表組包括出水壓力傳感儀表，用于測量泵組供水壓力值；出水電接點(diǎn)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(hù)的依據(jù)；源水水位感應(yīng)開關(guān)，測量源水水位，作為控制單元判斷源水無水的依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一頻一泵恒壓供水控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)運(yùn)行及控制變頻器輸出頻率的控制單元(6)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)及監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)的人機(jī)界面(7)、控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器(5a、5b、5c)以及與控制單元相連的用于采集外部反饋信息的傳感儀表組(1、3、4)，所述的控制系統(tǒng)為被控泵組中的每臺水泵(2a、2b、2c)均搭配一臺變頻器，并采用同頻同速控制技術(shù)控制進(jìn)行恒壓供水。
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(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者楊勇 申請人:重慶成峰二次供水設(shè)備有限責(zé)任公司