一種變頻調(diào)速變壓供水裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二次加壓供水系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種折線變壓變頻供水系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，變頻調(diào)速供水裝置多采用變頻調(diào)速恒壓控制，在水栗出口配置壓力表，從而控制水栗出口壓力的恒定。恒壓供水系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工頻栗供水的基礎(chǔ)上，節(jié)省了一部分水栗揚(yáng)程，但是并沒(méi)有最大程度上節(jié)省能耗。尤其當(dāng)管路系統(tǒng)所需流量較小時(shí)，由于水栗出口壓力恒定，使供水壓力遠(yuǎn)大于管網(wǎng)所需壓力，因而不能實(shí)現(xiàn)最大程度上的節(jié)能。
[0003]變壓變頻供水系統(tǒng)分為三種控制方式:第一種是把壓力控制點(diǎn)放置于用戶端管網(wǎng)最不利點(diǎn)，根據(jù)最不利點(diǎn)的壓力來(lái)調(diào)節(jié)栗組的轉(zhuǎn)速，達(dá)到變壓變頻的效果，這種控制線路過(guò)長(zhǎng)，安裝空間太大，而且隨著時(shí)間的推移，由于控制線路的損壞或信號(hào)的干擾，節(jié)能效果越來(lái)越不穩(wěn)定;第二種是將壓力控制點(diǎn)放置在栗組出口，通過(guò)對(duì)栗組出口流量和壓力的監(jiān)測(cè)，來(lái)模擬管網(wǎng)特性曲線，這樣得到的管網(wǎng)特性曲線很難精確，難以得到推廣應(yīng)用;第三種是將壓力控制點(diǎn)放置在栗組出口，將栗組出口的壓力控制曲線設(shè)定為一條直線，如圖2所示，栗組出口的壓力控制曲線為A”B”兩點(diǎn)所在直線，直線起點(diǎn)為水栗的靜揚(yáng)程，終點(diǎn)為用戶管網(wǎng)系統(tǒng)所需要的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，隨著管網(wǎng)特性曲線曲率的增加，這種控制方式的節(jié)能開(kāi)始降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)所述三種傳統(tǒng)的變壓變頻供水的控制方式，本發(fā)明提供一種變頻調(diào)速變壓供水裝置及其控制方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制線路簡(jiǎn)單，初期投資少，供水更安全；同時(shí)，栗組供水曲線更接近于管網(wǎng)特性曲線，能進(jìn)一步發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢(shì)?？蓱?yīng)用于新建二次供水工程，也可用于對(duì)既有二次供水系統(tǒng)的改造。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種變頻調(diào)速變壓供水裝置，包括與低位水池相連的進(jìn)水管道和與用戶管網(wǎng)相連的供水管道，所述進(jìn)水管道與供水管道之間設(shè)有栗組，所述栗組由多臺(tái)并聯(lián)的水栗構(gòu)成，所述的水栗均為普通增壓水栗，其型號(hào)、變頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速均相同；多臺(tái)水栗均與所述變頻器聯(lián)接，多臺(tái)水栗的出水口匯集至栗組出口，所述栗組的轉(zhuǎn)速與所述水栗的轉(zhuǎn)速相同，所述栗組出口與所述供水管道之間設(shè)有所述壓力變送器；在所述栗組出口與壓力變送器之間的連接管道上設(shè)有一遠(yuǎn)傳水表，所述壓力變送器、所述遠(yuǎn)傳水表和所述變頻器均與所述PLC控制柜聯(lián)接。所述PLC控制柜以通過(guò)控制變頻器，進(jìn)一步控制水栗在高效區(qū)運(yùn)行，即保證水栗的轉(zhuǎn)速η應(yīng)滿足m <n< nst。所述壓力變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口的壓力，并將壓力信號(hào)傳送至所述PLC控制柜，從而獲得栗組出口的壓力測(cè)定值;所述遠(yuǎn)傳水表用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口的流量、并將流量信號(hào)傳送至所述PLC控制柜，所述PLC控制柜依據(jù)接收到的流量信號(hào)計(jì)算出壓力設(shè)定值;所述PLC控制柜根據(jù)壓力設(shè)定值和壓力測(cè)定值的差值確定所述變頻器的輸出頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)栗組中各臺(tái)水栗的運(yùn)行頻率，或調(diào)節(jié)各臺(tái)水栗的啟閉。
[0006]利用上述本發(fā)明變頻調(diào)速變壓供水裝置實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速變壓供水的控制方法，是所述壓力變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口的壓力，并將壓力信號(hào)傳送至所述PLC控制柜，從而獲得栗組出口的壓力測(cè)定值;所述遠(yuǎn)傳水表用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口的流量、并將流量信號(hào)傳送至所述PLC控制柜，所述PLC控制柜依據(jù)接收到的流量信號(hào)計(jì)算出壓力設(shè)定值;所述PLC控制柜根據(jù)壓力設(shè)定值和壓力測(cè)定值的差值確定所述變頻器的輸出頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)栗組中各臺(tái)水栗的運(yùn)行狀態(tài)。該控制方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、初始參數(shù)設(shè)定，至少包括:流量設(shè)置精度q，單位為m3/h;開(kāi)啟水栗的臺(tái)數(shù)；多臺(tái)水栗的開(kāi)啟順序;水栗的最低轉(zhuǎn)速m，單位為r/min ；水栗的額定轉(zhuǎn)速nst，單位為r/min ；用戶管網(wǎng)系統(tǒng)的靜揚(yáng)程h，單位為m;用戶管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)揚(yáng)程h2，單位為m;用戶管網(wǎng)系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)流量qo，單位:m3/h;
[0008]步驟二、開(kāi)啟第一臺(tái)水栗，采集栗組出口的壓力信號(hào)和流量信號(hào)，所述壓力變送器將栗組出口的壓力信號(hào)傳遞給所述PLC控制柜，從而得到栗組出口的壓力測(cè)定值H;所述遠(yuǎn)傳水表將栗組出口的流量信號(hào)傳遞給所述PLC控制柜，從而得到栗組出口的流量Q;
[0009]步驟三、所述PLC控制柜計(jì)算出栗組出口的壓力設(shè)定值Ho:
[0010]Ho = hi+(h2-hi)/qoXqX (int(Q/q)) (I)
[0011]式(I)中:流量設(shè)置精度q取值為O?0.lm3/h，Q為由遠(yuǎn)傳水表(8)測(cè)出的栗組出口的流量，單位為m3/h，壓力設(shè)定值Ho的單位為m;
[0012]步驟四、判斷是否滿足H=Ho，
[0013]若H=Ho，則返回步驟二重新采集栗組出口的壓力信號(hào)和流量信號(hào)；
[0014]若H>Ho，則通過(guò)變頻器減小水栗轉(zhuǎn)速η，并判斷水栗轉(zhuǎn)速n>m，若滿足條件，返回步驟二重新采集栗組出口的壓力信號(hào)和流量信號(hào);否則，關(guān)閉一臺(tái)水栗，剩余水栗并聯(lián)變頻運(yùn)行;并返回步驟二重新采集栗組出口的壓力信號(hào)和流量信號(hào);若當(dāng)前工作的水栗僅剩下一臺(tái)，且水栗的轉(zhuǎn)速n = m，仍有H>Hq，則維持此水栗轉(zhuǎn)速η = ηι繼續(xù)運(yùn)行；
[0015]若H〈Ho，則通過(guò)變頻器增加水栗轉(zhuǎn)速η，并判斷水栗轉(zhuǎn)速n〈nst，若滿足條件，返回步驟二重新采集栗組出口的壓力和流量信號(hào)；否則，按照水栗開(kāi)啟順序增開(kāi)一臺(tái)水栗，水栗并聯(lián)變頻運(yùn)行，并返回步驟二重新采集栗組出口的壓力和流量信號(hào)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了折線變壓變頻供水系統(tǒng)，是恒壓供水系統(tǒng)的一種衍生。但相比恒壓供水，本發(fā)明節(jié)能效果更明顯。如圖2所示，當(dāng)管路系統(tǒng)所需流量由Q1下降至Q2,若系統(tǒng)采用工頻栗加壓供水時(shí)，水栗運(yùn)行曲線為B—A;若系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水時(shí)，水栗運(yùn)行曲線為B’—A’，相對(duì)于傳統(tǒng)的工頻栗加壓供水節(jié)省的能耗為ABB’A’的面積;若系統(tǒng)采用折線型的變頻變壓供水，相對(duì)于變頻調(diào)速恒壓供水可進(jìn)一步節(jié)省的能耗為A ’ B ’ B” A”的面積。
[0018]相比于現(xiàn)有技術(shù)中所述的變壓供水第一種控制方式，控制線路簡(jiǎn)單，信號(hào)不易受干擾，節(jié)能效果穩(wěn)定，且節(jié)省了投資。
[0019]相比于現(xiàn)有技術(shù)中所述的變壓供水第二種控制方式，不需要模擬管網(wǎng)特性曲線，控制方式更簡(jiǎn)單，不存在因模擬誤差導(dǎo)致供水不安全的問(wèn)題。
[0020]相比于現(xiàn)有技術(shù)中所述的變壓供水第三種控制方式，能進(jìn)一步發(fā)揮變頻系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)可應(yīng)用于新建二次供水工程，也可用于對(duì)既有二次供水系統(tǒng)的改造。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明變頻調(diào)速變壓供水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明中控制方式的節(jié)能原理圖，AB所在的曲線為水栗工頻運(yùn)行線，A’B’所在的曲線為水栗恒壓控制的恒壓運(yùn)行線，A”B”所在的曲線為水栗控制率為直線的線性變壓線，A”’B”’所在的曲線為所述的折線變壓線，所在的曲線為管網(wǎng)特性曲線。
[0023]圖3為本發(fā)明變頻調(diào)速變壓供水的控制流程圖。
[0024]圖中:1-進(jìn)水管，2-供水管，3-水栗，4-變頻器，5-栗組出口，6_壓力變送器，7-PLC控制柜，8-遠(yuǎn)傳水表。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說(shuō)明，并不用以限制本發(fā)明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供一種變頻調(diào)速變壓供水裝置，包括與低位水池相連的進(jìn)水管道I和與用戶管網(wǎng)相連的供水管道2，所述進(jìn)水管道I與供水管道2之間設(shè)有栗組，所述栗組由多臺(tái)并聯(lián)的水栗3構(gòu)成，所述的水栗均為普通增壓水栗，其型號(hào)、變頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速均相同；多臺(tái)水栗3均與所述變頻器4聯(lián)接，多臺(tái)水栗3的出水口匯集至栗組出口 5，所述栗組的轉(zhuǎn)速與所述水栗的轉(zhuǎn)速相同，所述栗組出口5與所述供水管道2之間設(shè)有所述壓力變送器6;在所述栗組出口 5與壓力變送器6之間的連接管道上設(shè)有一遠(yuǎn)傳水表8，所述壓力變送器6、所述遠(yuǎn)傳水表8和所述變頻器4均與所述PLC控制柜7聯(lián)接。所述PLC控制柜7以通過(guò)控制變頻器4，進(jìn)一步控制水栗在高效區(qū)運(yùn)行，即保證水栗的轉(zhuǎn)速η應(yīng)滿足m < η < nst。所述壓力變送器6實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口 5的壓力，并將壓力信號(hào)傳送至所述PLC控制柜7，從而獲得栗組出口5的壓力測(cè)定值;所述遠(yuǎn)傳水表8用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述栗組出口 5的流量、并將流量信號(hào)傳送至所述PLC控制柜7，所述PLC控制柜7依據(jù)接收到的流量信號(hào)計(jì)算出壓力設(shè)定值;所述PLC控制柜7根據(jù)壓力設(shè)定值和壓力測(cè)定值的差值確定所述變頻器4的輸出頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)栗組中各臺(tái)水栗3的運(yùn)行頻率，或調(diào)節(jié)各臺(tái)水栗的啟閉。
[0027]本發(fā)明的目的是提供一種變頻調(diào)速變壓供水裝置是一種折線變壓變頻供水系統(tǒng)，它集變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)為一體，具體包括水栗、遠(yuǎn)傳水表、壓力變送器、PLC控制柜、變頻器。水栗機(jī)組與低位水池相連;遠(yuǎn)傳水表與栗組總的供水管道相連;壓力變送器與栗組總的供水管道相連;遠(yuǎn)傳水表設(shè)置于水栗與壓力變送器之間的供水管道上；同時(shí)，水栗分別與變頻調(diào)速控制裝置電連接，變頻調(diào)速控制裝置與PLC控制柜電連接，PLC控制柜與遠(yuǎn)傳水表、壓力變送器電連接。
[0028]本發(fā)明的工作原理:系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量根據(jù)流量控制精度被平均分成若干區(qū)間，在任意一段流量區(qū)間內(nèi)，系統(tǒng)為恒壓控制，栗組出口的壓力設(shè)定值均相同，如圖2中A”’B”’所在的折線所示，以(0，hl)為起點(diǎn)，以(qo，h2)為終點(diǎn)，繪制線性變壓線，根據(jù)流量控制精度q將此直線平均分成若干區(qū)間。在任意一段流量區(qū)間內(nèi)，根據(jù)區(qū)間中最小流量值計(jì)算栗組出口的壓力設(shè)定值，以達(dá)到本區(qū)間內(nèi)的恒壓控制。
[0029]如圖3所示，利用上述變頻調(diào)速變壓供水裝置實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)