小高层、高层住宅变频供水系统

谢骏　张锋

【摘 要】 变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配，为了使变频恒压供水具有优良的节能效果，变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。由多泵并联恒压变频供水理论可知多泵并联恒压供水，只要其中一台泵是变频泵，其余全是工频泵，就可以实现恒压变量供水。在变频恒压变量供水当中，变频泵的流量是变化的，当变频泵是各并联泵中最大，即可保证恒压供水。本文主要探讨小高层、高层住宅变频供水系统

【关键词】 高层住宅；变频供水系统；恒压；PLC

在这种变频供水系统中，当供水流量少于变频泵在恒压工频下的流量时，由变频泵自动调速供水，当用水流量增大，变频泵的转速升高。当变频泵的转速升高到工频转速，由变频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电网直接供电（不通过变频器供电）。变频器则另外启动一台并联泵投入工作。随用水流量增大，其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入[1]。这就是循环软启动投入方式。当用水流量减少，各并联工频泵按次序关泵超出，关泵超出的顺序按先投入先关泵超出的原则由变频控制器单板计算机控制。

1 关于变频调速给水的基本原理

目前，变频调速生活给水在建筑给水中应用越来越广，其主要原因是：

①变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意，泵的扬程宜大一些，因为变频调速其最大压力受水泵限制。最低使用压力也不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量下长期超负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量，以防止发生过载[2]。

②目前，变频器技术已很成熟，在市场上有很多国内外品牌的变频器，这为变频调速供水提供了充分的技术和物质基础。变频器已在国民经济各部门广泛使用。任何品牌的变频器与变频供水控制器配合，即可实现多泵并联恒压供水。因为建筑供水的应用广泛，有些变频器设计生产厂家把变频供水控制器直接做在供水专用变频器中；这种变频器具有可靠性好，使用方便的优点。

2 小高层、高层住宅变频供水系统的构成

当有若干台水泵同时供水时，由于在不同时间（白天和黑夜）、不同季节（冬季和夏季），用水流量的变化是很大的，为了节约能源和保护设备，本着多用多开、少用少开的原则，进行切换。变频器能根据压力闭环控制要求自动确定运行泵的台数，在设定的范围内，同一时刻只有一台泵由变频器控制。当定时轮换间隔时间设定在0.05～100.00之间，则稳定运行相应时间后，变频器将按“先开先关”的原则轮换控制泵的运行，以保证每台泵能得到均等的运行机会和时间，防止部分泵因长期不用而锈死。泵运行到上限或下限后，到达增加泵或减少泵的判斷时间，变频器将按“先停先开” 的原则加减泵控制，以保证每台泵都能有机会运行，防止部分泵因长期不用而锈死[4]。

恒压供水系统的基本控制策略是采用可编程控制器（PLC）与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行.并自动调整泵组的运行台数.完成供水压力的闭环控制，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和水泵的数量，自动补偿用水量的变化，以保证供水管网的压力保持在设定值，既可以满足生产供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水。变频调速恒压供水系统由变频器、PLC、泵组电机（水泵数量可以根据需要设定）、压力传感器和交流接触器等部分组成，如图1所示。系统的控制目标是泵站总管道的出水压力，变频器设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值送人变频器内置的PID调节器进行运算处理后，由PLC发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变频泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压控制是由变频器内置PID功能实现的，系统根据用水流量的变化调节变频器的输出频率，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电动机软启动装置.限制电动机的启动电流。压力传感器的作用是检测管网水压，安装在供水系统总出水管上。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动，消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电没备的使用寿命。

3 小高层、高层住宅多泵循环变频供水的实现方法

图2是三台水泵循环恒压变频控制电路。M1、M2、M3是电动机，P1、P2、P3是水泵。KM1、KM3、KM5控制水泵变频运行，KM2、KM4、KM6控制水泵工频运行。变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。一般的供水设备控制1～3台水泵，1～2台工作，1台备用。在这些水泵中，一般只有一台变频泵。当供水设备供电开始工作时，先启动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用水量增加，水压降低时，传感器将这一信号送入PLC或PID回路调节器，PLC或PID回路调节器则送出一个较用水量增加前大的信号，使变频器的输出频率上升.水泵的转速提高，水压上升。如果用水量增加很多，使变频器的输出频率达到最大值，仍不能使管网水压达到设定值时，PLC或PID回路调节器就发出控制信号，启动一台工频泵，其他泵依次类推。反之，当用水量减少，变频器的输出频率达到最小值时，则发出减少一台工频电动机的命令[5]。

多泵并联恒压供水，在设计上可做到在恒压条件下各工频泵的效率不变（因工况不变），并使之处于高效率区工作，变频泵的流量是变化的，其工作效率随流量而改变。因为采用多泵并联恒压供水，变频泵的功率降低，从而可以降低多泵并联变频恒压供水系统的能耗，改善节能状况。多泵并联恒压供水系统采用具有自动睡眠功能的变频器，当用水流量接近于零，变频泵能自动睡眠停泵，从而可以做到不用水时自动停泵而没有能量损耗，具有最佳的节能效果。

结论

目前，高层楼水箱（池）的消毒问题还有待解决，必须引起足够的重视。尤其是到夏季，南方诸多城市天气闷热、潮湿，细菌繁殖特别快，水质极易污染。因此，要加强消毒，随时监测水质情况，保证人民饮用合格的水。为了解决高层楼二次供水污染的难题，科技工作者经过不懈的努力，研制出“恒压变频调速供水设备”，使用该设备可取代水塔、高位水箱及气压供水设备。

参考文献

[1] 胡盘峰，陈慧敏.基于PLC的新型变频恒压供水系统设计[J]. 机械工程与自动化，2011（02）：121-122

[2] 高殿明，辛艳东.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计[J]. 科技创新与应用，2012（02）：56-57

[3] 赵水英，孙旭霞.变频调速恒压供水系统新方法[J].计算机系统应用，2012（03）：130-132

[4] 徐爽.恒压供水系统变频控制方式分析[J].机电信息，2012（06）：87-88

[5] 杨伟新，张晓森，徐彦铎，方伟国. 基于PLC的恒压供水系统设计[J].机械研究与应用，2012（02）：120-122