目前，恒壓供水泵站已在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，尤其是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓泵站系統(tǒng)以及居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一節(jié)能顯著；二在開停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。
根據(jù)相關(guān)資料顯示，恒壓供水泵站目前主要采用以下三種變頻調(diào)速技術(shù)：
① 變頻固定：固定一臺(tái)變頻泵，每次啟動(dòng)先啟動(dòng)變頻泵，流量不夠時(shí)候，先降頻到下限頻率，這個(gè)時(shí)候啟動(dòng)工頻泵，優(yōu)點(diǎn)：避免了工頻泵啟動(dòng)造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)大的情況。（這個(gè)避免只是理論上的，只能減小波動(dòng)罷了，實(shí)際無法避免的）
② 變頻循環(huán)：先啟動(dòng)第一臺(tái)泵為變頻，當(dāng)流量不夠時(shí)候，變頻泵切換到工頻運(yùn)行，然后變頻啟動(dòng)第二臺(tái)泵，此項(xiàng)對(duì)供水來說要優(yōu)于變頻固定，但也有缺陷，當(dāng)變頻泵運(yùn)行到50HZ時(shí)候，突然停止變頻器而將電機(jī)轉(zhuǎn)化為工頻，變頻器本身對(duì)突然失去負(fù)載的反應(yīng)能力局限可能會(huì)引起變頻器故障，同時(shí)電機(jī)運(yùn)行在矩形波時(shí)瞬間改變成正弦波對(duì)電機(jī)的影響很大，影響電機(jī)壽命。
③ 全變頻：每個(gè)泵都配置一臺(tái)變頻器，從而可以結(jié)合上兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，不僅避免了管網(wǎng)壓力波動(dòng)，又不至于出現(xiàn)故障，但相應(yīng)的造價(jià)成本也增加了。
一：技術(shù)方案的對(duì)比
恒壓供水設(shè)備的變頻控制包括2大基本技術(shù)環(huán)節(jié)：閉環(huán)調(diào)速與邏輯控制，如圖所示：
閉環(huán)調(diào)速：其最基本功能是解決自動(dòng)調(diào)速問題，通常的PID調(diào)節(jié)器可以完成。但對(duì)恒壓供水設(shè)備來說，還需要解決如下問題：
1) 為了保證供水管網(wǎng)末端壓力的穩(wěn)定，PID應(yīng)能根據(jù)供水流量的變化自動(dòng)改變?cè)O(shè)備出口水壓，補(bǔ)償管路損失，即所謂變壓變流量控制。
2) 應(yīng)能適應(yīng)用戶各種變壓控制的特殊要求，如根據(jù)時(shí)間變壓控制、根據(jù)流量變壓控制等。
3) 應(yīng)能適應(yīng)傳統(tǒng)2次增壓和新興疊壓增壓設(shè)備對(duì)調(diào)速的不同要求
4) 應(yīng)能適應(yīng)部分變頻和全變頻的調(diào)速控制要求
5) 應(yīng)能為邏輯控制提供所需的基本信號(hào)
6) 其他，例如可以作為PLC的參數(shù)設(shè)置工具等
邏輯控制；解決什么時(shí)候啟動(dòng)？啟動(dòng)哪臺(tái)泵？什么時(shí)候加泵？加哪臺(tái)泵？什么時(shí)候減泵？減哪臺(tái)泵？什么時(shí)候停機(jī)？停哪臺(tái)泵？所有這些動(dòng)作的延時(shí)確認(rèn)判斷條件是什么？等等，這一系列邏輯動(dòng)作由可編程控制器（PLC）完成。
以上2大技術(shù)環(huán)節(jié)的不同處理導(dǎo)致不同的系統(tǒng)技術(shù)方案，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一系列差異，以下為四種方案的簡(jiǎn)單對(duì)比：
控制系統(tǒng) | 性能 |
單片機(jī)開發(fā)的板卡 | 程序固定難更改、技術(shù)不開放、方案不通用，長期維修完全依賴廠家。 |
內(nèi)置PID的變頻器加通用PLC | 1.依賴于特定型號(hào)變頻器的功能，檢修、改造、更換變頻器很不方便； 2.難以提供邏輯控制所需信號(hào)，對(duì)設(shè)備系統(tǒng)控制不利，方案不通用不靈活、難以完善； 3.調(diào)試人員需了解各種品牌變頻器的參數(shù)和操作，增加了應(yīng)用難度。 |
內(nèi)置PID功能的溫控儀表加通用PLC | 無法滿足恒壓供水的性能和功能需求。 |
矩形科技專用內(nèi)置PID功能PLC | 1.可滿足最廣泛的閉環(huán)調(diào)速與邏輯控制技術(shù)要求，原理清晰，是比較通用的技術(shù)方案，不同檔次不同電器配置的變頻柜，其電氣原理、線路一致、技術(shù)資料統(tǒng)一 2.可換用任意廠商的變頻器、PLC、PID（功能減弱）、各種低壓電器等，標(biāo)準(zhǔn)化高度高； 3.調(diào)試維修特別方便，無須熟悉變頻器，降低了售后服務(wù)的難度； 4.PLC集成有232、485通訊等，可通過梯形圖編程，具有良好的擴(kuò)展性 |
二、出口變壓控制（末端恒壓控制）更節(jié)能、更穩(wěn)定
如圖所示：水泵降速運(yùn)行一方面可以減小軸功率，另一方面還有利于水泵高效運(yùn)行。
曲線③，是水泵變速運(yùn)行高效點(diǎn)的連接曲線，高樓供水由于存在最低實(shí)際揚(yáng)程，不可能按曲線③，做變壓變流量高效運(yùn)行。但工作點(diǎn)越接近曲線③，水泵效率越高。
曲線①，是一般恒壓供水設(shè)備的運(yùn)行曲線（恒壓變流量），為保持出口恒壓，流量的100%變化常常僅對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速20% 左右變化。
曲線②，是出口變壓（末端恒壓）控制的運(yùn)行曲線（變壓變流量），在中小流量運(yùn)行時(shí)（阻力損失小），可以使運(yùn)行頻率降的更低，因而更節(jié)能，出口變壓的目的是為了終端恒壓，因此供水的舒適性更好。
出口恒壓控制 | ? 為維持設(shè)定的恒壓值，即使中小流量運(yùn)行，也無法降速太多，在很大程度上降低了變頻節(jié)能效果 ? 難以適應(yīng)用戶要求的其它各種自動(dòng)變壓控制方式，難以獲得更好節(jié)能效果 ? 出口恒壓控制方式，難以保證用戶終端的恒壓，供水的舒適性也不好，碰到臨界流量振蕩問題也難以解決。 |
矩形科技變壓變流量控制 | ? 特有PID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無流量傳感器的自動(dòng)變壓控制方式（稱為變壓變流量），節(jié)能效果比通常的出口恒壓控制提高5%-15%。 ? 還可方便的選擇，按時(shí)鐘自動(dòng)變壓的控制方式 ? 還可方便的選擇，按流量自動(dòng)變壓的控制方式 ? 設(shè)備出口變壓控制，其目的是為了用戶終端的恒壓，因而具有更好的供水舒適性，同時(shí)也是解決臨界流量振蕩問題的良好辦法。 |
三、全變頻控制，更適應(yīng)水泵的大范圍變工況運(yùn)行、更節(jié)能方便
圖示說明：
（1）圖中曲線①，是滿足100%額定流量的“最高增壓運(yùn)行曲線”，從0-100%額定流量對(duì)應(yīng)的調(diào)速范圍約42HZ-50HZ。更高的增壓運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。
（2）圖中曲線②，是充分利用水泵能力的“最大流量運(yùn)行曲線”，可實(shí)現(xiàn)130%額定流量增壓供水（對(duì)應(yīng)約70%額定揚(yáng)程的增壓），從0-130%額定流量對(duì)應(yīng)的調(diào)速范圍約35HZ-50HZ。更大的流量會(huì)導(dǎo)致壓力不足70%，導(dǎo)致過載。
（3）自動(dòng)調(diào)速控制水泵最高增壓為額定揚(yáng)程的100%-70%，可滿足最大供水流量為額定流量的100%-130%，這時(shí)水泵增壓是介于曲線①與曲線②之間的曲線族。
（4）圖中曲線③，是滿足100%額定流量的“最低增壓運(yùn)行曲線”（對(duì)應(yīng)約50%額定揚(yáng)程），從0-100%額定流量對(duì)應(yīng)的調(diào)速范圍約25HZ-40HZ（為防止電機(jī)過載設(shè)備會(huì)自動(dòng)限頻），更低的增壓不能保證供水流量。
部分變頻控制 | ? 多數(shù)廠家選配的PID性能單一，對(duì)小范圍變工況運(yùn)行可以適應(yīng)，但對(duì)大范圍變工況運(yùn)行不能適應(yīng)，全變頻控制適應(yīng)性差、不能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。 |
矩形科技全變頻控制 | ? N80的PID綜合性能完備，可自動(dòng)限頻運(yùn)行防止水泵過載運(yùn)行、自動(dòng)改變加減泵判斷條件實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 |
四、矩形科技PLC的優(yōu)勢(shì)
PID調(diào)節(jié)器 |
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普通PID調(diào)節(jié)器 | ? 只能做最基本的恒壓調(diào)速控制； ? 許多變頻器內(nèi)置PID不能完善的提供邏輯控制所需的基本信號(hào)； ? 難以適應(yīng)更廣泛的變頻泵控需求、難以適應(yīng)多種附加控制要求。 |
矩形PID調(diào)節(jié)器 | ? 可實(shí)現(xiàn)多種類型的自動(dòng)變壓控制功能； ? 可提供邏輯控制所需的絕大部分基本信號(hào)； ? 可以為PLC設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)； ? 具有多路模擬量輸入，可以適應(yīng)更廣泛的泵控需求、適應(yīng)多種附加控制要求。 |
PLC |
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普通PLC | ? 許多廠家選配低價(jià)2流品牌PLC； ? 一般均未考慮PLC的參數(shù)設(shè)計(jì)，必須要連接電腦，通過編程才能設(shè)置修改參數(shù)。 |
矩形PLC | ? 矩形公司N80系列PLC是國內(nèi)軍方指定的軍標(biāo)級(jí)PLC，性能和可靠性超過大多數(shù)進(jìn)口品牌； ? 已考慮PLC的參數(shù)設(shè)置，不用連接電腦，通過顯示屏即可方便地修改PLC運(yùn)行參數(shù)。 |
五、其他優(yōu)勢(shì)
項(xiàng)目 | 普通方案 | 矩形科技的方案 |
低壓電器選配差異 | 許多廠家只是部分關(guān)鍵選配國際名牌產(chǎn)品 | 所有關(guān)鍵元件包括繼電器均選配國際名牌產(chǎn)品，具有百萬次動(dòng)作壽命。 |
壓力傳感器選配差異 | 多數(shù)廠家選配廉價(jià)的遠(yuǎn)傳壓力表，由隨指針滑動(dòng)的電位器輸出電阻信號(hào)，精度低、壽命短。 | 支持各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的壓力傳感器，精度高、壽命長。 |
操作方式差異 | ? 部分廠家的手動(dòng)操作實(shí)際也是通過系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)，這并非真正的手動(dòng)，當(dāng)控制系統(tǒng)癱瘓時(shí)，這種手動(dòng)操作也會(huì)失效。 ? 許多廠家控制系統(tǒng)不易增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程操作控制 | ? 提供真正的手動(dòng)操作，直接通過接觸器線圈的操作，即使控制系統(tǒng)癱瘓，仍可手動(dòng)操作起停各泵。 ? 由于采用PLC，可方便增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程操作控制，可方便計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。 |
運(yùn)行方式差異 | ? 部分廠家采用采用變頻器內(nèi)置泵控板，運(yùn)行方式單一 ? 部分廠家采用一體化微機(jī)控制器（單片機(jī)控制器）運(yùn)行方式單一 ? 采用PLC控制，但不能設(shè)置參數(shù)，必須更改程序才能改變運(yùn)行方式 | ? 由于采用PLC作為邏輯控制器，可滿足客戶任意的運(yùn)行方式需求（涉及主電路時(shí)需事先確認(rèn)），常見運(yùn)行方式包括：BG、BJ、BX、QB、包括互為備用、連續(xù)運(yùn)行間歇運(yùn)行、小泵穩(wěn)壓運(yùn)行與輔泵運(yùn)行等等。 ? 由于N80 PLC參數(shù)可設(shè)置，對(duì)于有些運(yùn)行方式可簡(jiǎn)單地現(xiàn)場(chǎng)修改。 |
經(jīng)濟(jì)型變頻柜差異 | 許多廠家經(jīng)濟(jì)型變頻柜會(huì)犧牲一些技術(shù)性能為代價(jià)。 | 矩形科技有高中低三個(gè)檔次，可滿足不同層次的客戶需求。 |
靈活、擴(kuò)展能力 | ? 多數(shù)廠家的PID性能單一，難以提高閉環(huán)調(diào)速技術(shù)性能，難以靈活擴(kuò)展功能。 ? 多數(shù)廠家選配的PLC，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮參數(shù)設(shè)置，無法現(xiàn)場(chǎng)修改參數(shù)，缺乏必要的靈活性。 | ? N80系列小型PLC的PID不僅技術(shù)性能優(yōu)越，而且有針對(duì)水泵行業(yè)的積分飽和抑制，資源豐富、應(yīng)用靈活（可編程）、可很好地滿足客戶需求 ? PLC可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定參數(shù)，也是靈活擴(kuò)展功能的基礎(chǔ)。 |
總結(jié)：在恒壓供水泵站的應(yīng)用技術(shù)方案中，矩形科技的方案在硬件配置、變頻控制、操作方式、運(yùn)行方式、拓展能力等各方面都獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，可以很好地解決客戶問題，提高效率。
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