ABB ACS510变频器在社区恒压供水系统中的应用
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【摘要】在城市、综合社区、高校等许多密集的建筑楼内，其生活用水一般都是市政集中统一供水，来满足不同消费者对用水量的需求，采取恒压变频供水技术，能够根据用户用水量的大小、管径的压力来进行动态自动调整，并能实时监控用户用水量的动态信息，始终保持供水管网系统中处于恒定的平衡压力状态，满足用户的用水要求。
【关键词】变频器；恒压供水；无极调速；离心泵
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：
随着新型电子器件和变频调速控制技术的快速发展，传统的方法是采用水塔、高水位箱、浮球进行控制，当池内满水时自动关闭进水，这种供水方式越来越不适应城市规模化发展的需求，采用变频恒压供水系统对水泵电机进行调速，结合实际工控，按照楼层高度，用户用水量需求，在变频器中设定其压力值，变频器就会通过管网压力传感器自动检测、运算，自动改变水泵运转速度，使管网始终保持水压设定的恒定的压力值，当前恒压变频供水系统是最先进，合理的节能供水系统，因其管网压力的稳定性，节能效果的优越性而得以广泛应用。
一、恒压变频供水系统的组成及原理
变频调速供水系统适应于集中供水的场所和社区，我们选择一个相对独立的高校社区作为案例，该社区有1000多户住户、并有办公区、教学区，根据用户用水量实际情况，选择了abb acs510-01变频供水系统，其设备间的主要设备如下：
硬件设备：
双路供电电源控制柜、变频器控制柜一台（内含ABB ACS510变频器、PID或PLC控制器、交流接触器、热继电器、电器控制系统、控制面板等）、3台15kw的管道离心泵及电机，1台1.5kw的附属小泵及电机、各种蝶阀、闸阀、止回阀、仪表、压力传感器和水位传感器、流量开关等组成。
工作原理：
该社区变频恒压供水系统选用ABB ACS510变频器，根据用户供水需求和现场工况，在ABB ACS510变频器上设定PID压力参数值，当变频供水系统设备运行的时候，通过在管网上安装的压力表上的压力值，传输给微机控制器，变频器会根据管网的压力自动调整输出频率的变化，从而自动调节水泵电机的运转速度，实现管网水压的闭环调节 (PID)，使供水系统自动调节恒稳于设定的压力值。
当每到用水高峰的时候，此时用水量增加时，管网压力就会降低，变频器的频率则升高，水泵电机转速加快，供水量相应增大；当到了夜间用水量减少时，管网压力增大，变频器的运转频率降低，水泵转速减慢，为了为维持恒定压力，当只需要少量补水的时候，则自动切换到附属小泵，这样既保障了用水需求，也节约了电能。
二、变频供水系统运行工况分析
该社区供水场设备间供水系统采用多泵并联运行的供水模式，即3台15kw的管道离心泵和1台1.5kw的附属小泵，通过并联运行，这样便于根据用户用水量的大小自动灵活的调整启动离心泵运转的台数，降低供水的能耗。
1、当用水高峰的时候，根据管网压力和用水量的大小，3台15kw离心泵其中的2台或3台有可能同时运行，以保证供水流量；当供水管网压力降低，说明用水量大，系统会自动采用大小泵搭配使用，合理控制其管网流量，晚上或用水低谷时，开一台1.5kw小泵维持供水压力。
2、供水运行方式要求采用水泵并联运行的供水模式，在设计选择离心泵时要求最大扬程相同、流量不同，当3台离心泵并联运行时，每台泵的出口压力会大于每一台泵单泵运时的出口压力，并联运行泵的总出口流量为每台泵出口流量之和，如果选择不同扬程的离心泵，当并联运行时就会出现扬程低的离心泵的供水流量会比单泵运行时减小很多，很容易发生管网不出水和汽蚀等现象，管网压力不稳定，造成变频器供水频率时常发生变化，影响供水设备的正常运转。
3、在供水系统运行模式上，设备间供水系统采取了变频、工频水泵并列运行的方式，这样有利于当变频系统出现故障的时候，通过工频也能够使供水系统处于运行状态，在满足最大设计水量的要求，尽量将各种调速泵组合的高效区能套入出现机率最高的工作段，以提高定速泵的效率，当一台调速泵出现故障时，可以允许一台工频定速泵运行，其综合效率会稍有降低，而扬程则会有所增加。在变速、定速泵并列运行时，供水工作压力应保证定速泵工作在高效区域，并列泵组中，变频调速泵的台数越多，节能效果越好。
三、变频供水系统操作性能
恒压变频供水系统通过实际应用发现，使用ABB-510变频供水系统设备操作简便，设备运行稳定，通过面板设定参数调整便捷，具有自动恢复、自动调整变频运转频率等功能。
1、为保障变频供水系统设备的正常运转，减少值班人员的工作强度，在供水变频控制系统中设置了5次自动恢复功能，由于外界电压、流量、压力的变化都可能影响变频系统的运行，通过设立自动恢复功能，当电压值、电流值超过设定变化范围内的时候，变频器就会显示出现故障，并记录故障发生的原因和时间，启动自动恢复功能，这样有利于当值班人员不在现场的时候变频器也可以自动恢复，保障供水系统设备的运行。
2、为了保障每台离心泵及电机的均衡运行，延长设备的使用寿命，防止单台泵的疲劳运转，可以在ABB ACS510变频器内设定泵的运转时间，如设定每台泵的运转时间为4小时，当1号离心泵运转4小时后变频器会自动切换到2号泵的运行，并按照设定的顺序自动切换其运行状态。
3、在离心泵并联运行的供水模式中，如果其中有1台离心泵出现故障的时候，我们可以把控制该台离心泵的热继电器进行故障设置，此时相应变频控制柜上就会显示此离心泵出现故障，故障灯会亮，在变频供水系统运行时，则会跳过设有故障的离心泵及电机的运行，提高供水系统的保障性能。
四、变频恒压供水的优势及特点
社区原来供水系统用水塔进行供水，采用浮球式对水位进行控制，管网供水压力低，特别是高层建筑的用户用水量得不到保障，用户意见大，通过供水系统改造后，使用ABB ACS510恒压变频供水系统，用户管网压力恒定，保障了不同用户用水需求，提高了供水效率，在供水系统中增加了紫外线消毒设备，提高了供水质量，降低了水质污染。
1、提高了系统的安全性：通过ABB ACS510恒压变频供水，提高了设备运行的安全，该供水系统通过PLC、变频器，具有稳定高效的智能集成电路，具有自动检测、漏电保护、缺相保护和自动报警功能。
2、提高了系统的稳定性：变频供水系统中，通过设立了可编程控制器（PLC）,系统采用独特的多点接触式感应程序，分级分段控制处理水位信息，独立的缺水保护系统功能，如果出现供电电源缺相或水池缺水，离心泵、电机等设备出现故障产生过流，此时热继电器、变频器就会控制交流接触器自动切断电源，并记录安生故障的原因和发生故障的时间，有效地避免了电机空转，造成电机损坏。
3、具有良好的经济效益：传统的浮球阀控制系统很难准确实时控制水位信息，容易发生开关失灵、断路、短路等现象，造成水泵设备烧毁和局部断水或水塔补水过多造成跑水现象，造成经济损失和不好的社会影响。采用恒压变频供水系统去掉了水塔，只需要修建封闭的地下水池，既提高了用水的安全性，也减少了水塔占地空间面积，节约了土地资源，增强了城市美观，同时采用变频恒压供水减少了人力值班管理成本；在技术上通过该系统稳定了供水管网的压力，降低了用电能耗。
4、具备远程监控性能，采用恒压变频供水系统，可以实现远距离对供水系统进行控制，并能实时监控水池水位、深井泵运行状况、管网压力、变频器各项参数，实现了全程远距离监控功能。
参考文献：
[1] 恒压供水节能改造，CA800技术文库，2012年03月
[2] 基于S7-200的变频调速恒压供水系统，CA800技术文库，
[3] 变频调速技术的进展，赵相宾、夏长亮，变频器世界，2006年12月
[4] 变频器常见故障分析，贾双成、惠晶，变频器世界，2006年12月
[5] ABB ACS510 变频器用户手册，ABB电气传动有限公司，2005年7月
作者简介：
杨光明（1972年12月--），男，四川省人，研究生学历，北京经济管理职业学院基建办公室，电力工程师。