1 引言
傳統(tǒng)的生活小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)中一般選用相當型號的水泵2~4臺，采用循環(huán)軟起動控制方式，即自動補泵、自動減泵、定時換泵，大多沒有考慮小流量用水情況。若主泵功率較大(一般認為大于等于11kw)，會造成小流量供水時間內(nèi)較大能量浪費的。一般住宅小區(qū)的供水規(guī)律性較一致，即用水高峰比較集中在早上、中午、晚上三個高峰時段約8h，而其余時間供水量較小，水泵負荷小。盡管采用變頻器調(diào)速，由于存在調(diào)速泵在低頻率下運行效率較低的問題，造成小流量供水時水泵耗能相對浪費的情況。
通過增加1~2臺小流量泵的方案來解決小流量供水問題。下面以某700戶生活小區(qū)情況為例說明系統(tǒng)的設(shè)計和控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)經(jīng)驗，生活主泵選用isg80-200水泵2臺，單臺q=50m3/h，h=50m，p=15kw。另選用qdl16-40水泵1臺，單臺q=16m3/h，h=48 m，n=4kw。采用變頻控制系統(tǒng)一套，由于主泵、小泵功率差別不太大，主變頻器采用東芝vf-s11-4015pl變頻器1臺，東芝vf-s11變頻器內(nèi)置emi抗干擾濾波器，非常適合于生活小區(qū)使用，對外界電磁及無線電干擾極少。另外該變頻器輸出端子功能較多(可編程)具有58種，可根據(jù)使用者要求程序設(shè)定所需要功能。另外東芝vf-s11變頻器為恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩共用型變頻器，較一般水泵風機型變頻器有較大的過載特性，額定電流值相對較大，即便對潛水泵類負載一般無需放大選型，此外東芝vf-s11系列變頻器適應(yīng)較大的電壓范圍380v至500v(允許波動 -15%，+10%)，保護功能齊全(20多種)，并具有獨特的失速防止自動節(jié)能、矢量控制功能等。控制核心采用西門子logo-1臺，控制系統(tǒng)示意圖如附圖所示。

附圖 控制系統(tǒng)示意圖

3 控制功能
3.1手動/自動模式切換
一般情況下系統(tǒng)采用自動控制模式，即自動變頻恒壓供水模式，管網(wǎng)壓力傳感器采用yzt耐震遠傳壓力表，三個輸出端子分別接變頻器cc、vib、pp端子，當采用4~20ma壓力變送器時接變頻器cc、via端口?？删幊蘬ogo根據(jù)輸入(i)信號的變化自動控制變頻器及水泵電機的自動起停。
當變頻器或自動環(huán)節(jié)故障不能正常運行時，可用模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至手動運行模式，用變頻柜面板的三臺水泵的起停按扭分別起、停對應(yīng)的水泵。

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3.2 自動補泵功能
傳統(tǒng)的補泵操作采用“循環(huán)軟起動”控制模式，即當1號泵變頻器達到設(shè)定的上限頻率時(50hz)，1號泵切換為工頻運行，再由變頻器起動2號泵運行。目前對這種起動方式持異議較多，但隨著變頻技術(shù)發(fā)展，高性能變頻器都具有自動跟蹤及工頻變頻切換功能(東芝vf-s11變頻器也有)，故這種“循環(huán)切換”對變頻器還是安全的。由于一般生活小區(qū)水泵功率不大，補泵時采用直接工頻起動方式更方便些，系統(tǒng)設(shè)計也簡單，故對該系統(tǒng)采用工頻直接起動的補泵方式。
補泵信號來自vf-s11變頻器的fla、flc端子(變頻器出廠設(shè)定為故障跳閘信號)，該對端子功能由參數(shù)f132設(shè)置:f132=2(即頻率上限ul)，當輸出頻率等于或大于頻率上限ul時“on”。相關(guān)參數(shù)頻率上限ul設(shè)置為50hz。當單臺泵變頻運行至50hz時，變頻器fla、flc端子“on”，可編程logo接收該滿頻補泵信號，延時(30s)進行補泵操作，工頻起動另外一臺備用主泵。
3.3 自動退泵功能
對本系統(tǒng)供水若高峰時兩臺主泵一臺工頻一臺變頻同時運行，隨著供水量逐漸減小，變頻泵頻率逐漸降低，當頻率降至退泵頻率時，系統(tǒng)進行退泵操作。退泵信號來自vf-s11變頻器的p24、out端子，該對端子功能由參數(shù)f131設(shè)置:f131=8(即設(shè)定頻率到達信號rchf)，當變頻器輸出頻率等于或小于用f101±f102設(shè)定的頻率時，該對端子“on”。相關(guān)速度參數(shù)到達設(shè)定頻率f101設(shè)定為10~20hz，在系統(tǒng)調(diào)試時確定，速度到達檢測頻帶f102設(shè)定為2.0hz。
3.4 小流量控制模式
小流量控制模式分“進入小泵”、“小泵運行”、“退出小泵”三種情況。當單臺主泵變頻運行時，隨著用水量的逐漸減小，變頻器頻率逐漸降低，當頻率降低至“小流量頻率時”，可編程控制器檢測到該信號便停止主泵(1m或2m)變頻運行，切換至小泵(3m)變頻恒壓運行。小流量頻率信號來自vf-s11變頻器ry、rc“低速檢測信號輸出”端子，端子功能由參數(shù)f130設(shè)置:f131=5(即低速檢測信號負邏輯lown)，當變頻器輸出頻率等于或小于f100設(shè)定的頻率時，該對端子“on”，系統(tǒng)便進入小流量供水模式。相關(guān)參數(shù)低速信號輸出頻率f100一般設(shè)定為25~35hz，具體設(shè)定值在系統(tǒng)調(diào)試時確定。
當小泵變頻運行時，隨著用水量的逐漸增大，變頻器頻率逐漸升高，當頻率升至50hz時，變頻器fla、flc端子發(fā)出滿頻信號，可編程logo接收此信號，延時(30s)便自動退出小泵變頻運行模式，進入主泵變頻恒壓供水模式。
3.5 其它功能
系統(tǒng)還具有其它功能，如低水位保護功能，市政管網(wǎng)供水功能等。當貯水池水位低于下限水位時，系統(tǒng)自動停機，同時輸出缺水報警信號，當水位恢復(fù)至一定水位時，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行。本小區(qū)水源為市政自來水，系統(tǒng)設(shè)計為加壓泵組與市政管網(wǎng)并網(wǎng)，控制系統(tǒng)監(jiān)測市政管網(wǎng)水壓，當管網(wǎng)壓力滿足要求時，加壓系統(tǒng)切換至市政管網(wǎng)供水模式，當市政管網(wǎng)水壓不能滿足時，自動運行二次加壓供水設(shè)備。

4 程序設(shè)計及參數(shù)調(diào)試
可編程控制器logo程序設(shè)計比較簡單，這里不再詳述。變頻器主要參數(shù)設(shè)定見附表，具體應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計而定。

在調(diào)試過程中注意退泵頻率、退泵延時、小流量頻率、進入小泵延時。退出小泵延時等參數(shù)的設(shè)置，防止系統(tǒng)頻繁進入補退泵和頻繁進行小泵退出小泵的操作。
pid參數(shù)的設(shè)定也比較關(guān)鍵，比例增益f362過大，壓力調(diào)節(jié)快，易引起壓力振蕩，設(shè)定過小，反應(yīng)遲鈍。積分增益f363過大，反應(yīng)退鈍，設(shè)定過小，壓力調(diào)節(jié)快，易振蕩。一般微分增益設(shè)為零。出口壓力設(shè)定由面板上下鍵設(shè)定，該設(shè)定值與系統(tǒng)壓力設(shè)定值(mpa)沒有嚴格數(shù)學關(guān)系，憑經(jīng)驗設(shè)定，一般面板設(shè)定值可先設(shè)為10，然后根據(jù)實際所需出口壓力進行調(diào)整。

5 結(jié)束語
目前該系統(tǒng)已正式運行，系統(tǒng)設(shè)計的各項控制功能均運行正常，尤其大小泵自動根據(jù)系統(tǒng)流量大小實現(xiàn)水壓無擾動切換。從系統(tǒng)的節(jié)能考慮，自動投入小泵比不投入小泵時變頻運行主泵模式平均節(jié)電近40%，類似的小流量供水系統(tǒng)如未來花園、武警總隊小區(qū)等也均有相近的節(jié)能效果，因此在小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)其它小區(qū)的變頻，增加小流量變頻控制功能很有必要。