(一)、用途、特点
1．概 述
XBT一4型系列自动变压(恒压)变流量供水设备是 XBT一3型系列自动恒压变流量供水设备的改进产品。该设备在原采用大功率晶体管逆蛮器(GTR)和正弦波脉宽调制(PWM)技术的基础上增加了PLC控制技术，是对水泵供水系统中的电机泵组进行多闭环控制的机电一体化成套设备。该设备根据供水系统中瞬间变化的流量和与其相应的压力两种参数，通过PLC和变频调速器(9VVVF)自动调节水泵的转速和台数，改变水泵出口压力和流量，使供水管网系统中的末端压力(服务压力)保持恒定的设定压力和所需的流量，以达到进一步提高供水品质和高效节能的目的。
该设备比其它供水方式节能20～4O％以上。本设备可带气压罐，也可以不用气压罐。
2．特 点
* 代替水塔、高位水箱及气压罐给水装置，占地面积小。
* 高效节能：本设备对多台泵组进行出口变压控制，进一步扩展了水泵的调速范围，降低装机容量，节电效果比出口恒压控制更加显著(变压控制与恒压控制相比，可再节电5～25％)。
* 用水压力恒定：本设备采用水泵出口压力变压控制，系统用水量任何变化，均能使供水管网的服务压力恒定，大大提高了供水品质。
* 延长设备使用寿命；本设备采用 PLC控制技术，对多台泵组均能可靠地实现无冲击的软启动，大大延长设备的电气、机械寿命。
* 运行可靠、操作简便；本设备具有变频自动、工频自动、手动等三种操作运行方式和机内存有数套自动运行程序，互为备用。在任何故障情况下，设备能可靠地运行使系统不断水，并且能够适应各种复杂的工况需要。
* 功能齐全：由于本设备以 PLC做中央控制器，可不做电路的任何改动，极简便地随时追加各种附加功能，如:小流量停机、小流量切换、水池无水停泵、市网压力升高停机、定时启、停、定时切换、自动投入变频消防、自动投入工频消防等八种功能及用户在供水自动化方面的其它功能要求。
* 具有完善的保护功能：由于本设备以 PLC做中央控制系统，内存容量大，有完善的保护、自检、故障判断、故障排除及对策。
* 抗干扰能力强：本设备设有抗干扰及自动复位电路，可在各种场合下可靠运行。
3．适用范围及型号与意义
* 通过泵的各种组合，适用于各种水量和扬程的城镇水厂及加压泵站，节能效果尤为显著；
* 适用于居住区、开发区、宾馆、饭店及其它大型公共建筑的生活供水及消防供水；
* 适用于大中型工矿企业的生产(生活)供水；
* 适用于工矿企业恒压、变压、冷却供水和循环供水系统及其它输液系统；
* 可用于热水供应、采暖、空调、通风的供水、供气系统；
* 可用于污水泵站、污水处理中的污水提升和供气系统；
* 可用于农业排灌、园林喷洒、水景和音乐喷泉系统。
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代号
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P
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S1
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S2
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D1
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D2
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X1
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X2
|
|
意义
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具有标准
型的功能
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具有小流量停机功能
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具有小流量切换功能
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具有定时
钟控功能
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具有定时
切换功能
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具有工频
消防功能
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具有变频
消防功能
|
二、原理
1．节能原理图一
当流量由Q0变小到Q1时恒速泵扬程必定会升到B'处。在恒压变量系统中，压力传感器检测出压力上升趋势后，将信号输出到控制器，控制器把此信号处理后发出指令，使变频调速器降低频率，将水泵减速，从而使压力稳定在H1处。可以看出在恒压变量工作方式下可比恒速节能 BB'段。如果水泵流量继续降低到Q2Q3……通过压力传感器，控制器和变频器如上的控制作用，使水泵的转速为 n2n3……而压力仍稳定在H1，则节能值分别为CC'、DD'…，如此变频调速恒压变量给水比恒速给水节能如上图的 H1AHA区域所示。
在变压变量系统工作中，当用水量降低到Q2，流量计检测出信号传递给控制器，经处理后发出指令，使变频器降压频率，即降低水泵转速n3水泵特性曲线为HDC"点，交管道工作特性曲线于C"点，满足管道的压力损失要求。如此流量继续减小将使转速不断降低，获得管道工作特性线上的C"、D"…变压变量供水比恒压变量供水又多节能如图 H1AH0区域所示，因而因流量控制可以得到理论最佳节能效益。变压变量工作方式可以节省恒速给水多耗费的全部能量，节能效果较为理想。
2．设备分类系统原理图二
本设备分为带气压罐、不带气压罐的变压变量和恒压变量变频调速给水设备四种组合方式。
变压变量和恒压变量带气压罐给水设备系统原理图：见图二。
变压变量和恒压变量不带小型气压罐给水系统只是去掉图中的气压罐并且压力传感器安装在主管路上。
当流量信号为系统的控制量时，为变压变量工作方式；当压力信号为系统的控制量时，为恒压变量工作方式。
3．消防给水系统原理图三
在平时，系统的压力由气压罐维持，并根据管网压力信号启停稳压水泵，使消防管路始终保持在设定的压力值上。
火情信号由火灾报警器或远控按钮等发出，并启动消防泵；系统也可根据流量的增大自动启动消防泵。用手动开关也可启停消防泵。
系统启动后，根据流量的增大或减小而增减水泵的工作台数。见图三。
4．工作原理。
XBT一4型系列自动变压(恒压)变流量供水设备是一种采用 PLC控制的变频调速(VVVF)供水装置。具有控制水泵机组出口变压(或恒压)变流量供水的基本功能。供水管网系统的供水量和供水压力是随用户的用水要求全日瞬时变化的，水泵机组如按额定流量和额定压力工频运行则能耗大，压力随流量的变化而波动。本设备是通过设备出口的压力传感装置，将实际运行中的流量和压力信号变换成标准电信号输入给PLC，经放大、比较、运算等处理，得出最佳题控制参数来控制变频调速器和水泵机组，按实际用水量和压力要求变频运行以达高效节能和改善供水品质的目的。
5．设备的运行原理(以三台泵组为例)图四
启动设备 l＃机泵通过 PLC——开关系统从变频器的输出端 U、V、W得到逐渐上升的频率和电压开始旋转(软启动)，如果此时供水管网的供水流量小于1/3Q(Q为设计流量)，频率上升到供水管网供水压力和流量要求的相应频率，并随供水管网的供水流量变化而响应其频率调速运行。如果这时供水管网的供水量增加到大于1/3Q，小于2/3Q值时，设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水管网的供水要求，这时PLC发出指令l＃泵自动切换到工频(电源)运行，待 1＃泵完全退出变频器，立即指令2＃泵投入变频启动，并自动响应其频率满足该时供水管网流量和压力所需频率运行。如果这时供水管网的供水流量再上升到大于2/3Q小于Q值，则相类，PLC动作发出指令2＃泵亦切入工频运行，待2＃泵完全退出变频器，立即指令3＃泵投入变频启动，并响应满足该时供水系统的流量和压力所需频率运行。如果这时供水管网供水流量降至小于2/3Q，大于1/3Q值时，3＃水泵的频率降至临界频率(仅能保持压力无输出)设备的输出仍大于供水系统的用水量，则PLC动作发出指令1＃泵停止工频运行(1＃水泵停止后，处于临界频率的3＃水泵立即响应该时流量相应频率)，如果这时供水流量继续下降至小于1/3Q，则相类，PLC动作发出指令2＃水泵停止工频运行，只有3＃泵立即响应该时流量相应的频率，变频运行。设备运行示意图如图四。当3泵变频运行时，流量小于该泵流量的1/9时，3泵停止，这时由气压罐开始微量供水，当气压罐水量到调节流量以上时，由微机指令1泵开始启动，变频运行，以此类推，不断循环进行。其中若有一台泵坏了，PLC得到故障信号后立即发出指令，切断故障泵电源。并同时改变指令，将备用泵投入运行。所以备用泵也编入程序内，在特殊情况下，随时投入运行。
(三)、主要辅助功能
XBT一4型系列自动变压(恒压)变流量供水设备除变压(或恒压)变流量供水的基本性能以外，还可通过机内的PLC按照用户供水系统的不同要求增加各种辅助功能，以保证供水系统的运行更加合理、完善。常规的辅助功能有如下几种：
*小流量时自动切换气压罐运行功能(S1功能)
一些供水系统到了夜间用水流量很小或无用水流量，这时，如果设备保持连续运行，会造成设备效率降压、能耗大、设备磨损等问题。为改善这种不利工况，可在设备系统中并接小型气压罐，小流量时按气压罐式间隙运行供水，待系统中的供水流量达到一定时恢复正常运行。本设备此功能是通过机内PLC控制实现的，全部的运行过程是自动控制的。
*小流量时自动切换小水泵功能(S2功能)
有些供水系统在夜间用水流量较小，但又有一定的连续用水流量，这样的系统如果采用上述的小流量时自动切换气压罐运行功能(S1功能)，可能水泵启动频繁，达不到预期的目的，这时可在系统中并联小水泵，在夜间或小流量时切换小水泵连续运行(以达节能目的)，待供水流量达到一定时恢复正常运行。这种功能也是通过 PLC实现全过程自动控制的。
*水池无水停泵功能(P1功能)
设备投入正常工作后由于各种原因，系统中贮水池内水位下降到警戒水位以下，为防止水泵抽空，则要求设备具有立即自动停泵的功能(或设备闭锁功能)。通过液位传感装置将信号输入PLC实现自动控制水泵停机和报警的功能。
*市政管网压力控制停、启泵功能(P2功能)
一些供水系统为了节能及充分利用市政管网的压力，由市政管网的压力来控制供水设备的运行。即管网的压力达到某压力时(能满足供水压力要求)设备停止运行，管网压力低于该压力时，要求供水设备立即投入运行进行加压供水，本设备可以强过压力传感器、PLC控制自动停、启水泵，并进行自动管路的切换(管旁电动阀自动开闭)。
*自动定时停、启泵功能(D1功能)
一些供水系统工况不是连续运行，属间隙运行情况(定时供水)，这就要求系统具有定时停泵和定时启动水泵的功能，本设备可通过 PLC控制实现上述要求。
*定时切换水泵运行功能(D2功能)
供水系统的备用泵和消防、生活(生产)供水系统的消防泵要求能定时投入运行以防锈，这就要求系统有定时切换水泵运行功能，本设备可通过PLC控制具备这一功能。
*恒压变频消防供水功能(X1功能)
如果供水系统中消防流量和生活(生产)流量及压力相差不大，本设备可以在一套变频调节装置中兼容两个系统的变频调速，平时按生活(生产)供水系统的压力和流量要求变压(或恒压)变流量供水，消防切换成消防压力和消防流量加生活(生产)流量恒压(或变压)变流量供水。这种供水系统还能避免消防时的超压问题。
*自动启动工频消防供水功能(X2功能)
如果在供水系统中消防流量和生活(生产)流量相差田大，为了不致增大变频调速装置的容量，可以利用本设备内的 PLC控制消防泵的自动启动。(这时消防泵由工频电源直接或降压方式启动)。
本设备除上述的常规辅助功能以外，还可根据用户要求追加其它辅助功能。
(四)、设备选用原则
本设备为无储水箱(罐)供水系统，为避免可能出现的暂时供水不足问题，要求水泵供水能力应大于最大时供水量，在制定用水定额时已考虑了此因素。供用户选型参考。见图二。
表中每户按4人计算，凡表中未列出户数及供水量，可按表中数值自由组合来解决。如用水标准150升/人·日1600户，可按1000户十600户来计算。查表得：88.9十53＝141.9立方米/小时。
1．确定供水系统最低扬程
H＝h1十h2十h3十h4(m)
h1：吸水池的最低液位到最不利配水点的几何高差(m)
h2：管网的沿程水头损失(m)
h3：管网的局部水头损失(m)
h4：最不利配水点所需流出的自由水头(m)
表一为根据统计经验得出住宅区建筑物生活供水所需最低水压值(供用户选型参考)。(表一)
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建筑物层数
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
|
最低水压(m)
|
10
|
12
|
16
|
20
|
24
|
28
|
32
|
36
|
40
|
44
|
48
|
52
|
56
|
60
|
64
|
68
|
2．确定系统工作方式：
B为变压变量工作方式。
H为恒压变量工作方式。
设备附有一个φ600的气压罐，在微小流量时，可使系统自动停机，这样可减少空转磨损，最为节能。当流量一旦增大，系统会自动启动。
3．不同用水定额下不同户数需水量，单位：立方米/小时。 (表二)
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标准所需水量
户数
|
用 水 定 额 (升/人·日)
|
|
100
|
150
|
200
|
250
|
|
20
|
1.4
|
2.2
|
2.8
|
3.5
|
|
40
|
2.8
|
4.4
|
5.6
|
7.0
|
|
55
|
3.8
|
5.8
|
7.7
|
9.6
|
|
75
|
5.3
|
7.9
|
10.6
|
13.1
|
|
90
|
6.4
|
9.5
|
12.6
|
15.7
|
|
100
|
7.0
|
10.6
|
14.0
|
17.5
|
|
150
|
10.6
|
15.7
|
21.0
|
26.3
|
|
160
|
11.2
|
16.8
|
22.4
|
28.0
|
|
180
|
12.6
|
19.0
|
25.2
|
31.6
|
|
220
|
15.4
|
23.2
|
30.8
|
38.4
|
|
250
|
17.5
|
26.3
|
35.0
|
43.8
|
|
300
|
21.0
|
31.6
|
42.0
|
52.6
|
|
350
|
24.5
|
36.7
|
49.0
|
61.2
|
|
400
|
25.6
|
40.0
|
51.0
|
65.2
|
|
450
|
28.5
|
42.5
|
55.5
|
68.5
|
|
500
|
30.5
|
46.0
|
61.2
|
74.8
|
|
600
|
36.0
|
53.0
|
70.8
|
88.1
|
|
700
|
40.8
|
62.3
|
83.1
|
103.0
|
|
800
|
47.5
|
73.0
|
94.5
|
118.8
|
|
1000
|
60.2
|
88.9
|
118.8
|
146.1
|
