关键词：低压变频器；恒压供水；节能

1  概述

供水系统是生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。随着变频技术的日益成熟，变频恒压供水设备从根本上解决了这些问题。变频恒压供水技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，变频恒压供水技术现已在各行各业得到了广泛的应用。

2  应用范围和产品特点

2.1  应用范围

（1）新建的住宅小区、别墅、写字楼、综合楼生活供水；

（2）高层建筑、消防用水、高级宾馆饭店等的生活供水；

（3）自来水厂增压系统，农田灌溉、污水处理、人造喷泉；

（4）各种锅炉冷水供水系统、锅炉热水；

（5）自来水厂的中间加压泵站、自来水二次增压；

（6）各工矿企业的生产、生活用水、管网稳压。

2.2  产品特点

（1）高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水节能约30%-60%；

（2）设备占地面积小，投入少，运行效率高；

（3）控制系统可手动/自动运行；

（4）在线调整PID参数，具备睡眠与唤醒功能；

（5）泵组及线路保护检测报警、信号显示等。

3  系统构成

变频恒压供水设备主要由水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、变频控制柜、相关阀门配件等组成。

普传PI500系列变频器，内置PID控制器，在恒压供水系统中，只需在用户管网中配置一个的压力传感器（远传压力表或压力传送器），就能构成一个压力闭环控制系统，将设定的压力与管网回馈的实际压力相比较，自动调节变频器的输出频率，从而改变水泵的转速，以维持管网压力的恒定。变频恒压供水系统示意图如图1所示。

图1  变频恒压供水系统示意图                                                                                             

4  工作原理

普传PI500系列变频器，内置PID控制器，在恒压供水系统中，只需在用户管网中配置一个的压力传感器（远传压力表或压力传送器），就能构成一个压力闭环控制系统。

在变频器恒压供水系统中，安装在供水管网上的压力传感器不间断地采集管网压力数据，并将其将压力转化为4～20 mA的电流或者是0~10V的电压信号，提供给变频器，PID调节器将接受到的信号（测量值）与预先设定的压力值（给定值）进行逻辑运算，并将运算的结果转换为频率调节信号，进而调节水泵的转速。当用水量增大管网压力下降时（测量值低于给定值），PID调节器输出信号增大，使变频器输出频率升高，水泵转速也随之加快。当用水量减小管网压力上升时（测量值高于给定值），PID调节器输出信号减小，使变频器输出频率下降，水泵转速也随之减慢。从而维持管网压力的基本恒定。PI500系列变频器接线图如图2所示。

                                  图2 PI500系列变频器接线图

5  安装调试

按照说明书，将变频器与空气开关、电机、起停开关、压力传感器等部件进行连接。变频器和电动机要可靠接地，认真检查接线是否正确。特别是输出输入线绝对不能接反。压力传感器等信号线必须使用多芯屏蔽线，以保证信号在传输中不受干扰。各种动力线与信号线必须分开敷设，以防信号串扰。

压力表选用YTZ-150型电位器式远程压力表，安装在水泵的出水管上，该压力表适用于一般的环境场所，既可直观测出压力值，又可以输出相应的电信号。

压力表电气技术参数：

（1）电阻满量程：400Ω（蓝线-红线），零压力起始电阻值：≤20Ω（黄线-蓝线），满量程。（2）压力上限电阻值：≤360Ω（黄线-红线）。接线端外加电压：10V（蓝线-红线）。

压力表有红、黄、蓝三根引出线。红线接变频器+10V，蓝线接变频器GND，黄线接变频器AI1。远传压力表接线示意图如图3所示。

                       图3  远传压力表接线示意图

通常电流型的压力变送器都是二线制的，如果用变频器的24V电源，需要COM端子与GND端子连起来。变频器24V接压力变送器的正端，压力变送器的负端接变频器的AI1端子（即电流模拟量输入端请将控制板AI1跳线改到电流位置）。压力变送器与变频器主控板接线示意图如图4所示。

                                 图4  压力变送器与变频器主控板接线示意图   

所有的线路连接完毕后，对照相关的说明仔细检查核对无误后，即可对设备进行调试。合上空气开关，给变频器上电，以较低频率运行电机，检查水泵的转向，若反向，改变电机相序。

合上运行开关，变频器运行指示灯亮，输出频率根据管路的压力从0.0Hz到达相应的频率后，并随着用水情况自动调节，保证出水口压力恒定为设定的压力。增大E2.01的参数设定值，出水口的压力增加，减小E2.01的参数设定值，出水口的压力降低。

6  参数设置

变频器参数设定如附表所示。

附表 变频器参数设定                                                                                                                           

注：一般情况下，设置唤醒频率要大于等于休眠频率。设定唤醒频率和休眠频率均为0.00Hz，则休眠和唤醒功能无效。在启用休眠功能时，若频率源使用PID，则休眠状态PID是否运算，受功能码E2.27的影响，此时必须选择PID停机时运算（E2.27=1）。

E2.01键盘给定信号值参数计算方法：E2.01=设定压力/压力表满量程压力*100％，例如：压力表满量程是1.0Mpa，假如要求管网压力恒定在0.5Mpa，那么E2.01参数的设定值就是50。如果不会计算给定压力百分比，也可以采用一个笨办法，就是启动变频器，同时观察监视功能组里面d0.16的数值和远传压力表指针的数值，当远传压力表到达用户要求的压力后，此时d0.16显示的数值就是E2.01需要设定的数值。

7  多泵供水

以上是一拖一单泵恒压供水系统，如果用水量很大，单泵供水系统无法满足用户的需求，就要采用多泵恒压供水系统。多泵恒压供水系统示意图如图5所示。

 
                                        图5 多泵恒压供水系统示意图

多泵恒压供水主电路图如图6所示。

图6  多泵恒压供水主电路图                                                                                    

泵恒压供水系统控制电路图如图7所示。

图7 多泵恒压供水电气原理图                                                                                      

接触器KM2、KM4、用于变频器输出，接触器KM1、KM3用于工频输出，分别接到水泵M1和M2，变频器可以对任何一台水泵进行恒压控制。空气开关（QL）是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开，热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过载保护。

（1）加泵过程

首先由M1在变频控制的情况下工作。当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短暂的延时，将M1切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0，然后使M2投入变频运行，使水压恒定在设定值上。

（2）减泵过程

当用水量减少、水压上升、恒压供水控制器接收到下限频率到达信号，延时一定时间后，接触器KM1失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行。变频器驱动水泵M2继续运行，水压稳定在设定值上。

注意：如果电机功率很大，在变频向工频切换的过程中，假如两者相位不对，切换电流会很大，有时达到额定电流的几倍以上，甚至造成电网跳闸，不能正常工作。这时就应该考虑同步软切换的方式。

8  恒压供水控制器

配套使用的VC-3200系列微电脑变频供水控制器是专为变频恒压供水系统而设计的微电脑控制器，可与各种品牌的变频器配套使用。具有压力控制精度高、压力稳定等特点。

VC-3200型控制器端子接线图如图8所示。

               图8  VC-3200型控制器端子接线图                                                                                                              

N---AC 220V零线   　　　　             L---AC 220V火线

B1---1#泵变频运行触点  　　            B2---2#泵变频运行触点

B3---3#泵变频(或4#泵工频)运行触点　    G1---1#泵工频运行触点

G2---2#泵工频运行触点   　             G3---3#泵工频运行触点

TXD/T+ ---RS232/485通讯接口           NC ---空点

RXD/T- ---RS232/485通讯接口           GND—信号地

CM1---信号公共点1  　　　　　　       FWD---正转运行

V+ ----远传压力表高端                  IN---压力信号输入端（0-5V）

GND---压力信号公用端                   DI2---停机信号输入

DI1---第二压力信号设定端               D/A---DC 0-10V输出

操作面板指示及参数设定说明：

（1）面板及按键

PV窗口为测量值显示窗口，SV窗口为设定值显示窗口。"S"键为参数设定键，"▲"和"▼"为两个数字加减键，在参数设定状态，"M"键和""键为参数翻页键；在正常工作状态，""键为显示方式转换键，用来转换显示压力值和输出频率值。

（2）工作状态指示灯

三个泵工作状态指示灯P1、P2、P3表示三台泵，当指示灯为绿色时表示对应泵工作在变频方式，当指示灯为红色时，表示对应泵工作在工频方式。当工作在第二压力（消防压力）状态时，AL指示灯显示绿色；当缺水(停机)端子接通时，AL指示灯显示红色，同时控制器所有输出控制都停止，直到缺水（停机）状态解除，控制器重新开始工作。OUT为备用指示灯。

（3）参数的设定

正常运行状态下，按住"S"键3秒，当显示窗口显示“-.-.- -.-.-”时松开"S"键，进入参数设定状态，此时PV窗口显示参数项P00，SV窗口显示当前参数项的值。"M"键或""键为参数项翻页键，用来显示不同的设定参数项；按"▲"或"▼"键改变当前参数项的值，改变后的值将被自动存储在仪表的存储器中。当参数设定完成后，再按一下"S"键，仪表将返回正常工作状态下。此时如果P00=18，按"▲"和"▼"键将直接改变当前的压力设定值（P01的设定值）。在第二压力（消防）开关（DI1与CM2）闭合时，SV窗口显示的是第二设定压力。按"▲"和"▼"键将直接改变当前的第二设定压力值，第二压力也可以在P02中设定。

9  注意事项

（1）水泵不允许超出额定转速以及低于一定速度运行，超速会引起轴承、管网等机械损坏、低于一定速度时水泵的效率会快速下降。因此，变频器要设置合适的上限、下限运行频率。

（2）恒压供水切换，当电机工频控制时，必需装上合适的热继电器以保护电机。

（3）电机侧的工频旁路与变频器输出之间应使用带有机械联锁装置的交流接触器，并在电气控制回路上进行逻辑互锁，以防止工频电源与变频器输出之间引起短路而损坏变频器及相关设备。

（4）电机所连接的工频电源的相序应与变频器输出的相序一致，为防止电机反转事故，请确认相序后运行。

（5）在进行变频器控制信号接线时，请把其同动力线分离，也不要配置在同一配线管内，否则有可能产生误动作。压力设定信号线与压力反馈信号线必须采用屏蔽线。