CN205276388U - 一种变频恒压供水系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变频恒压供水系统，包括恒压控制器、变频器、水泵、压力传感器；所述变频器接受恒压控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给恒压控制器，再通过PID运算调节变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。该变频恒压供水系统可以实现节电20%-40%，配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠；可消除水锤效应，而且可以减少电机的磨损和平均扭矩，从而减少维修费用和提高水泵寿命；减少了原有供水方式的二次污染，可以通过远程控制，可以实现无人值守，节省人力物力。
Description
技术领域
本实用新型涉及供水设备远程控制技术领域，尤其是一种变频恒压供水智能远程控制器。
背景技术
随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理的水平高低。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启停电机控制、水塔二次供水调节的方式，前者产生大量的能耗，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。且由于二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而变频调速的运行十分稳定可靠，没有频繁的启停现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。
当前，变频恒压供水技术中采用变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节即多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）实现；有的采用单片机及相应的软件实现。这两种控制方案，从可靠性方面讲，PLC优于单片机；从经济性方面看，单片机优于PLC。在变频与工频电源的切换技术上，多数采用主电路串接软启动器的方法进行降压启动，也有采用切换时封锁变频器的控制脉冲，使变频器的输出为零，切换到工频电源上。这两种方法中，采用主电路串接软启动器的方法进行降压启动容易实现，软启动器一般为成品部件，但设备投资较大；后者采用切换时封锁变频器的控制脉冲设备投资少，但是频率波动大，易引起水管管网压力不稳定。
当前的变频器多为通用型且单机控制即一台变频器拖动一台电机，功能主要限定在频率控制、正反转控制、制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在中、大容量的变频恒压供水系统中，为了满足供水量大小需求不同时，保证水管管网压力恒定，需在变频器外部提供压力闭环调节；多天水泵的循环控制需外部提供逻辑控制；在变频与工频电源的切换技术上，大多采用主电路串接软启动器降压启动的方法。八十年代中期进入中国市场的日本Samco供水，推出了独有的恒压供水基板。它将PID调节器和PLC等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只需要搭载配套的恒压供水单元，便可以直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机泵的供水系统。该设备简化了电路结构和实际工作量，提高了系统的可靠性，降低了成本。国内如艾默生和森兰变频器等也推出恒压供水专用变频器，无需外接PLC和PID控制器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起停、定时循环。但是操作不具有数据通信功能，只能只适用于小容量，控制要求不高的供水场合。
变频供水系统目前正向集成化、维护操作简单化方向发展。在国内外，专门针对供水的系统集成化越来越高，很多专用恒压供水控制器集成PLC或PID。同时维护操作越来越简单。目前，在美国、日本、法国等地的有些城市已基本实现了供水系统的计算机优化，把变频供水与计算机直接调度管理结合起来，通过网络可以实现采用智能手机、电脑查看和控制变频恒压供水系统的运转。
发明内容
本实用新型的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种可以实现节电20%-40%，配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠；可消除水锤效应，而且可以减少电机的磨损和平均扭矩，从而减少维修费用和提高水泵寿命；减少了原有供水方式的二次污染，可以通过远程控制，可以实现无人值守，节省人力物力的一种变频恒压供水系统。
为实现上述发明目的，提出了如下技术方案：
一种变频恒压供水系统，包括恒压控制器、变频器、水泵、压力传感器；所述变频器接受恒压控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给恒压控制器，再通过PID运算调节变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。
所述变频恒压供水系统的工作过程：压力传感器将管道中的水压值变换成电流信号（4~20mA）或远传压力表信号（1~5V），送入恒压控制器，经与压力设定值比较、PID运算，去控制变频器的输出频率大小，从而控制电机的转速。通过恒压控制器控制四台水泵在工频电网与变频输出之间切换，改变4台水泵的运转状态和转速，实现与设定压力值为基准的恒压供水自动调节闭环控制系统。
所述变频恒压供水系统由一个变频器控制四个水泵；当系统启动后第一台水泵以变频从0Hz开始运行，到50Hz后若压力仍小于设定压力则切换至工频运行，同时变频启动下一台水泵从0Hz开始运行；若运行到50Hz后还未达到设定压力值则又切换到工频运行，同时启动下一台水泵；如压力超过设定值则系统则会降频或减泵，以此到达压力恒定在设定值。无用水时压力达到设定值后，系统会自动进入休眠状态，当有人用水时系统会自动苏醒。
所述变频恒压供水系统由一台变频器控制一台水泵工作，所述变频器为ACI变频器；系统包括ACI变频器、水泵、压力传感器；所述ACI变频器接受对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给ACI变频器，再通过改变ACI变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。ACI变频器本身具有PID调节功能，在一拖一的情况下也可以不选用外置恒压控制器，调节更加平稳。
所述恒压控制器包括中央处理器、电源电路、按键显示电路、复位电路、时钟电路、通信电路、模拟量输入电路、继电器输出电路以及保护输入电路；所述电源电路通过整流、滤波、逆变对普通交流输入电压进行处理获得恒压控制器工作电源；所述通信电路用于控制信号的输入输出；所述模拟量输入电路用于压力信号的传输；所述继电器输出电路用于连接工频变频继电器输出。
所述继电器输出电路是8路工频变频控制继电器输出，用于一台变频器控制四台水泵的控制方式；所述保护输入电路是1路故障继电器输出，用于外部故障报警，和4路水泵过载保护检测开关量输入，用于接热继电器的保护输出信号；1路水位检测开关量输入；所述模拟量输入电路是两路模拟量输入AI（4~20mA）/VI（1-5V），用于压力信号检测；2路外部启停控制开关量输入；通信电路包括RS485通讯接口，连接变频器，控制变频器的运行；RJ45网络接口，连接网络，远程控制。变频恒压供水智能远程控制器、变频器、PC、无线网络终端、控制柜、供水管网和水泵设备组成一套变频恒压智能远程控制管理系统。可以通过智能手机、平板电脑、PC机查看供水系统的运行转态，也可以控制供水系统的启停、设定压力值、修改参数等，这样极大减少用人成本和解决故障的时间。
该实用新型的有益效果：
本实用新型的变频恒压供水系统具有以下优点：1、高效节能；2、恒压供水（实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况）；3、安全卫生；系统实现闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理工作；4、自动运行、管理简便；功能完善，自动控制，自动启停，泵房可以不用设岗位，可以远程控制，只需定期检查、保养；5、延长设备寿命、保护电网稳定；使用变频器后，水泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了水泵故障率，而且主泵轮换控制运行，保证各泵均衡运转不锈四，延长了水泵使用寿命。变频器的无极调速运行，实现了水泵软启动，避免电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，并能消除水泵的水锤效应；6、占地、投资少。
附图说明
图1是变频恒压供水系统主电路连接图；
图2是变频恒压供水系统控制框图
图3是智能控制器原理框图；
图4是智能控制器接线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一种变频恒压供水系统作进一步详尽描述：
如图1所示，一种变频恒压供水系统，包括恒压控制器、变频器、水泵、压力传感器；所述变频器接受恒压控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给恒压控制器，再通过PID运算调节变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。
如图2所示，所述变频恒压供水系统的工作过程：压力传感器将管道中的水压值变换成电流信号（4~20mA）或远传压力表信号（1~5V），送入恒压控制器，经与压力设定值比较、PID运算，去控制变频器的输出频率大小，从而控制电机的转速。通过恒压控制器控制四台水泵在工频电网与变频输出之间切换，改变4台水泵的运转状态和转速，实现与设定压力值为基准的恒压供水自动调节闭环控制系统。
所述变频恒压供水系统由一个变频器控制四个水泵；当系统启动后第一台水泵以变频从0Hz开始运行，到50Hz后若压力仍小于设定压力则切换至工频运行，同时变频启动下一台水泵从0Hz开始运行；若运行到50Hz后还未达到设定压力值则又切换到工频运行，同时启动下一台水泵；如压力超过设定值则系统则会降频或减泵，以此到达压力恒定在设定值。无用水时压力达到设定值后，系统会自动进入休眠状态，当有人用水时系统会自动苏醒。
恒压控制器一拖四循环变频工作过程：系统开始工作时，先由变频器起动设定的泵号2（如：b1.02=2）运行，变频跑满频率后，持续T1（增泵延时b1.04）时间，压力仍然低于增泵压力（b1.03）时，则停止2号泵变频(自由停车)，同时断开I2继电器，延时T2（变转工延时b1.07）将2号泵切换成工频运行（即闭合C2继电器），接着延时T3（工转变延时b1.08）时间，变频器起动3号泵（即闭合I3继电器，根据PID控制设定频率给变频器从0Hz开始运行启动），供水系统处于“1工1变”的运行状态。
当3#泵又运行到满频率，延时T1（增泵延时）压力仍低于增泵压力时，则停止3号泵变频(自由停车)，同时断开I2继电器，延时T2（变转工延时）将3号泵切换成工频运行（即闭合C2继电器），接着延时T3（工转变延时）变频器起动4号泵（即闭合I4继电器，根据PID控制设定频率给变频器从0Hz开始运行启动），使供水系统处于“2工1变”的运行状态。
当4#泵又运行到满频率，延时T1（增泵延时），压力仍低于增泵压力时，则停止4号泵变频(自由停车)，同时断开I2继电器，延时T2（变转工延时）将4号泵切换成工频运行（即闭合C2继电器），接着延时T3（工转变延时）变频器起动1号泵（即闭合I1继电器，根据PID控制设定频率给变频器从0Hz开始运行启动），使供水系统处于“3工1变”的运行状态。
若变频器的工作频率已经降到减泵频率（b1.05），持续T4（减泵延时b1.06）时间，频率还低于减泵频率，则切除2号泵工频（即断开C2继电器），使供水系统处于“2工1变”的运行状态。
若变频器的工作频率仍然低于减泵频率时，则延时T4（减泵延时）切除3号泵工频（断开C3继电器），使供水系统处于“1工1变”的运行状态。
若变频器的工作频率仍然低于减泵频率时，则延时T4（减泵延时）切除4号泵工频（断开C4继电器），使供水系统处于“1变”的运行状态。此时只有变频器直接带动一台泵变频运行，使供水管网的压力保持恒定。
无人用水时，变频器工作频率降到睡眠下限频率，则延时T5（睡眠延时b0.09），停止变频运行输出，变频器进入睡眠状态。
当出水侧压力：P（实际压力值）<b0.01(设定压力值)-b0.12（苏醒偏差值），变频器再启动。
以上过程周期循环。
所述变频恒压供水系统由一台变频器控制一台水泵工作，所述变频器为ACI变频器；系统包括ACI变频器、水泵、压力传感器；所述ACI变频器接受对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给ACI变频器，再通过改变ACI变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。ACI变频器本身具有PID调节功能，在一拖一的情况下也可以不选用外置恒压控制器，调节更加平稳。
如图3、4所示，所述恒压控制器包括中央处理器、电源电路、按键显示电路、复位电路、时钟电路、通信电路、模拟量输入电路、继电器输出电路以及保护输入电路；所述电源电路通过整流、滤波、逆变对普通交流输入电压进行处理获得恒压控制器工作电源；所述通信电路用于控制信号的输入输出；所述模拟量输入电路用于压力信号的传输；所述继电器输出电路用于连接工频变频继电器输出。
所述继电器输出电路是8路工频变频控制继电器输出，用于一台变频器控制四台水泵的控制方式；所述保护输入电路是1路故障继电器输出，用于外部故障报警，和4路水泵过载保护检测开关量输入，用于接热继电器的保护输出信号；1路水位检测开关量输入；所述模拟量输入电路是两路模拟量输入AI（4~20mA）/VI（1-5V），用于压力信号检测；2路外部启停控制开关量输入；通信电路包括RS485通讯接口，连接变频器，控制变频器的运行；RJ45网络接口，连接网络，远程控制。变频恒压供水智能远程控制器、变频器、PC、无线网络终端、控制柜、供水管网和水泵设备组成一套变频恒压智能远程控制管理系统。可以通过智能手机、平板电脑、PC机查看供水系统的运行转态，也可以控制供水系统的启停、设定压力值、修改参数等，这样极大减少用人成本和解决故障的时间。
Claims (7)
1.一种变频恒压供水系统，其特征在于，包括恒压控制器、变频器、水泵、压力传感器；所述变频器接受恒压控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给恒压控制器，再通过PID运算调节变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，所述变频恒压供水系统由一个变频器控制四个水泵。
3.根据权利要求1所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，所述变频恒压供水系统由一台变频器控制一台水泵工作，所述变频器为ACI变频器；系统包括ACI变频器、水泵、压力传感器；所述ACI变频器接受对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给ACI变频器，再通过改变ACI变频器的频率来控制水泵的转速，形成一个闭环控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，所述恒压控制器包括中央处理器、电源电路、按键显示电路、复位电路、时钟电路、通信电路、模拟量输入电路、继电器输出电路以及保护输入电路；所述电源电路通过整流、滤波、逆变对普通交流输入电压进行处理获得恒压控制器工作电源；所述通信电路用于控制信号的输入输出；所述模拟量输入电路用于压力信号的传输；所述继电器输出电路用于连接工频变频继电器输出。
5.根据权利要求4所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，所述继电器输出电路是8路工频变频控制继电器输出，用于一台变频器控制四台水泵的控制方式；所述保护输入电路是1路故障继电器输出，用于外部故障报警，和4路水泵过载保护检测开关量输入，用于接热继电器的保护输出信号。
6.根据权利要求4所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，所述模拟量输入电路是两路模拟量输入AI（4~20mA）/VI（1-5V），用于压力信号检测。
7.根据权利要求4所述的一种变频恒压供水系统，其特征在于，通信电路包括RS485通讯接口，连接变频器，控制变频器的运行；RJ45网络接口，连接网络，远程控制。
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