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[行业技术文章]变频调速技术在消防给水设备中的应用探讨

更新时间:2013-02-12 发布:m.1024sj.com

 
  摘要:文章时环保、节能、自动补压型给水装备作了介绍。从消防科研的实践动身,论述了变频调速技术在消防给水装备中,以单片机电路控制方式为例,介绍了其工作原理。  

  l传统水泵控制技术的弊端

  在传统的水泵控制方式中,靠调理出口某人口闸阀方式来进行,工钱增加管网阻力到达变化流量和压力的目的。是以,在控制进程中,流程阻力损失响应增加,而此时水泵的特征曲线不变,叶片转速不变,机电输进功率并没有削减,而是白白地损失在调理进程中。经测算,当水泵的流量由100%降到50%时,若分

  别采用调理出口和进口阀门的方式,则机电的输进功率划分为额定功率的84%和60%,而水泵的轴功率仅为12.5%,即损失功率划分为71.5%和47.5%。这说明不采用进步前辈的控制措施,即使水泵的设计效率为100%,其现实的运行效率可能只有百分之十几或更低。

  传统的控制方式,造成水泵持久处于高速、满负荷状态下运行,是以维护工作量年夜,装备寿命低,而且运行现场噪声年夜,影响情况。

  2变频调速技术的原理

  变频调速技术(vaiahle vaiahle firequency technology)是一项综合现代电气技术和计较机控制的进步前辈技术,普遍运用于水泵节能和恒压供水领域。

  变频调速的基来源根基理是凭据交流电念头工作原理中的转速关系,即平均改变电念头定子绕组的电源频事,就能够平滑地改变电念头的同步转速。电念头转速变慢,轴功率就响应削减,电念头输进功率也随之削减。这就是水泵变频调速的节能作用。

  众所周知,水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为比例系数。变频调速和智能控制技术,可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化,终到达节能的目的。用阀门控制水泵流量时,部门有功功率被消耗浪费失落了,且随着阀门不竭关小,这个消耗还要增加。若是采用下降机电转速的方式进行控制,就避免了消耗在阀门的有功功率。这样,在转运一样流量的情况下,仅需要输进较低的功率,获得节能效果。实践证实,使用变频装备可以使水泵运行平均转速比工频转速下降20%,从而年夜年夜下降能耗。

  3变频调速技术用于消防给水系统的控制方式

  l继电接触器控制方式

  这是简单的一类控制方式。凭据工艺或外界条件的变化,依靠传统的模拟电子技术,采用继电接触器来控制水泵电念头运转,到达调速目的。

  3.2逻辑电子电路控制方式

  这类控制电路往往采用一台泵固定于变频状态,其余泵均为工频状态的方式。控制方式较为进步前辈,但难以实现水泵机组全数软启动、全流量变频调理。是以控制精度较低、水泵切换时水压波动年夜、调试较麻烦,且工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱,但系统成本较低。系统工作原理为:当消防管网压力降至某一划定值(低限值)时,由压力传感器发出旌旗灯号自动开启稳压泵对管网补水加压,当压力升至另外一划定值(高限值)时自动停泵。凭据需要系统可设置消防中心联动接口,当消防中心发出火灾旌旗灯号或按动消火栓按钮,电控柜自动开启消防主泵进行灭火。

  3.3单片机电路控制方式

  这类控制电路优于逻辑电子电路,但在分歧管网、分歧供水情况时调试较麻烦。因系统法式预先固化于芯片中,需要追加功能时,就要对电路进行修改,重新刷新设置法式,不灵活也不利便,控制电路的靠得住性和抗干扰能力也不高。

  图l所示为笔者介入研制的ZBW系列微机控制全自动恒压供水系统的电路控制原理图与系统图。系统经由过程高性能单片机控制变频调速器拖动多台水泵,逐台变频调速启动,实现全自动恒压供水。变频稳压泵由具有恒压供水控制功能的变频器控制运行。日常平凡无火灾时,由变频稳压泵向消防管网充水稳压,使系统随时能够知足消防给水要求。当管网充水稳压到设定恒压,稳压泵流量趋近于零并维持一段时间(时间经由过程法式可控制)后,变频稳压泵自动停泵,进进期待状态,由贮能罐维持稳压。当管网压力下降至某一设定的压力值时,变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压。当系统接收到火灾旌旗灯号后,由单片机控制主消防泵(可以凭据需要为一台或数台)依次工频启动,以提供额定的消防流量和压力。在主消防泵已投进运行的情况下,如管网压力不足,由单片机控制备用消防泵自动投进,以知足消防用水流量要求。经由过程与消防控制中心联网,可按设计法式进行自动或手动巡检,从而实现消防联动控制功能。

  自来水管网压力通常为周期性变化的,其压力变化可以用时间t为变量的函数Pa)来暗示。若用户需要水压为Pj,各个时间段需要弥补的压力分歧,其函数式为Py-P(t)o,也以时间t为变量的函数。


图l单片机电路控制方式原理图


图2单片机电路控制方式系统图

  当P(I)<Py时,系统需要补压,以知足压力要求;当Pm>Py时,系统不需补压,处于停泵状态。但当Pm很小时,为避免因负压引发管网破坏,此时也不能进行补压。当P(t)很年夜时,系统也因超高压停泵。凭据如上原理要求,研发设计了本装备。在装备的能量调理仪上设置4个压力值,划分为Pm、Pn、Py、Px(数值可凭据用户和管网情况设定)。Pm为超低压停泵压力点;Pn为有压启泵压力点;Py为用户所需要压力点;PI为超压停泵压力点。

  装备处于运行状态时,能量调理仪自动监测自来水管网压力变化,并控制装备在分歧的状态下运行。当自来水管网压力P(t)到达Pn时(P1点),装备自动开机,水泵在变频状态下运行,压力被弥补;随着管网压力的变化,当P(t)升至Py时(P2点),装备自动停机,由管网直接向用户供水;当管网压力波峰事后,压力降至一时(P3点),装备又自动开机补压;当管网压力继续向波谷下降至Pm时(P4点),装备自动停机,以免破坏管网和污染水质。

  系统中,水泵起到对自来水补压的作用,以知足用户对供水压力的需求。贮能罐能接收并贮存自来水管网的能量,还能起到在启泵时减轻对管网影响的作用。压力传感器用于接收用户管网压力信息,控制水泵转速。能量调理仪接收自来水管网的压力信息,调理控制水泵充实哄骗管网能量,避免对管网的破坏和影响。控制柜用于接收压力传感器的信息并经处置后控制水泵的启动、遏制和转速。其中,能量调理仪是装备的焦点部件,它自己自带3个可随意设定的压力值,与自来水管网的压力值订交时便发生了4个压力点。能量调理仪将时刻监测管网的压力情况。每监测到一个压力点都做出响应的判断,并将判断成效传输给微机变频控制系统,到达自动补压的目的。装备的启动方式为软启动,对电网及管网的冲击很小。由于该装备不设储水池而是直接并联于管网进行补压,削减了污染。下降了能耗。

  3.4带比供积分微分IPlDl控锚器和/或可缩法式逻辑(PLC)控制器的控制方式

  该方式变频器的作用是为机电提供可变频率的电源,实现机电的无级调速,从而使输出水压接连变化。其中,传感器的使命是检测管网水压。压力设定单元为系统提供知足用户需要的水压期看值。压力设定旌旗灯号和压力反馈旌旗灯号在输进可编程控制器后,经控制器内部PID控制法式的计较,输出给变频器一个转速控制旌旗灯号,也能够将压力设定旌旗灯号和压力反馈旌旗灯号送人PID回路调理器,由PID回路调理器在调理器内部进行运算后,输进给变频器一个转速调理旌旗灯号。在水泵控制系统中使用变频调速技术,调速器的控制可以自动,也能够手动。变频器的加速和减速可凭据要求自动谓节,控制精度高。

  3.5变频器内部集成控制方式

  此种控制方式将PID、PLC的功能都以集成方式综合到变频器内,形成了面向控制和运用的新型变频器。由于PID运算预先固化在变频器内部,省往对PLC的设计和对PID的编程,而且PID参数的在线调试很是容易。内置PID调理器采用了优化算法,所以水压调理十分平滑、稳定。同时,为了保证水压反馈旌旗灯号值的准确、不失值,可对该旌旗灯号设置滤波时间常数,同时还可对反馈旌旗灯号进行换算,使系统的调试很是简单、利便。所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水装备,能够下降装备成本,并节省安装调试时间。

  此外,针对传统的变频调速供水装备的不足的地方,有些产物设计采用了变频调速和智能控制技术,是以多电平直接高压变频器、模糊控制器等器件获得了应甩。如哄骗多电平直接高压变频器,可以实现高质量的功率输进和输出、高功率因数和不中断运行。采用模糊控制器会年夜限度地顺应被控对象的复杂性,到达控制精度高、响应快、控制纪律简单的目的。

  变频调速技术用于消防给水系统可以实现水泵机电无级调速,依据用水量的变化自动调理系统的运行参数,在用水量发生变化时连结水压恒定以知足消防用水要求。与传统消防给水方式相比,非论是装备的投资、运行的经济性,仍是系统的稳定性、靠得住性、自动化水平等方面都具有没法对比的优势,而且具有显著的节能效果。

  变频调速技术用于水泵控制系统,具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺平安靠得住等优点。在年夜力提倡勤俭能源的今天,推行使用这类集现代进步前辈电力电子技术和计较机技术于一体的高科技节能装配,对于提高劳动生产率、下降能耗具有重年夜的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利平易近、有普遍运用前景的高新技术。

  4变频调速技术运用于消防给水系统

  (1)有消防旌旗灯号外部输人接口。当有火灾或火灾旌旗灯号到来时,系统能自动切换到火灾状态;

  (2)设计有系统自动巡检功能,按时巡检周期可凭据需要设定;

  (3)便于灵活设置装备摆设常规泵、消防泵及其他功能泵,便于实现供水泵房周全自动化;

  (4)工作泵与备用泵不固定,可自动按时轮换,有用地避免由于备用泵持久不用时发生的锈死现象;

  (5)故障自动电话拨号功能。当供水系统或变频器发生故障时,经由过程内置串行通讯接口,与外接MODEM装备进行旌旗灯号毗连,自动启动预先设定的电话号码和信息,实时通知装备维护人员进行响应处置,可以利便地实现泵房无人值守运行;

  (6)可以实现联网控制,便于实现楼宇自动化经管。 
  
 

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