卢玉书

【摘 要】文章时环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。从消防科研的实践出发，阐述了变频调速技术在消防给水设备中，以单片机电路控制方式为例，介绍了其工作原理。

【关键词】变频调速技术 消防给水设备

【中图分类号】F426【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0064-01

l 传统水泵控制技术的劣势

在传统的水泵控制方式中，靠调节出口或人口闸阀方式来进行，人为增加管网阻力达到变化流量和压力的目的。因此，在控制过程中，流程阻力损失相应增加，而此时水泵的特性曲线不变，叶片转速不变，电机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中。经测算，当水泵的流量由100%降到50%时，若分别采用调节出口和入口阀门的方式，则电机的输入功率分别为额定功率的84%和60%，而水泵的轴功率仅为12.5%，即损失功率分别为71.5%和47.5%。这说明不采用先进的控制措施，即使水泵的设计效率为100%，其实际的运行效率可能只有百分之十几或更低。传统的控制方式，造成水泵长期处于高速、满负荷状态下运行，因此维护工作量大，设备寿命低，并且运行现场噪声大，影响环境。

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算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系，即均匀改变电动机定子绕组的电源频事，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。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，最终达到节能的目的。用阀门控制水泵流量时，部分有功功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。如果采用降低电机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，在转运同样流量的情况下，仅需要输入较低的功率，获得节能效果。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗。

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

这是最简单的一类控制方式。根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动机运转，达到调速目的。

（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。控制方式较为先进，但难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、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规定值（低限值）时，由压力传感器发出信号自动开启稳压泵对管网补水加压，当压力升至另一规定值（高限值）时自动停泵。根据需要系统可设置消防中心联动接口，当消防中心发出火警信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）单片机电路控制方式

这类控制电路优于逻辑电子电路，但在不同管网、不同供水情况时调试较麻烦。因系统程序预先固化于芯片中，需要追加功能时，就要对电路进行修改，重新刷新设置程序，不灵活也不方便，控制电路的可靠性和抗干扰能力也不高。

系统通过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。平时无火警时，由变频稳压泵向消防管网充水稳压，使系统随时能够满足消防给水要求。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（时间通过程序可控制）后，变频稳压泵自动停泵，进入等待状态，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。当系统接收到火灾信号后，由单片机控制主消防泵（可以根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。在主消防泵已投入运行的情况下，如管网压力不足，由单片机控制备用消防泵自动投入，以满足消防用水流量要求。通过与消防控制中心联网，可按设计程序进行自动或手动巡检，从而实现消防联动控制功能。

（4）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，形成了面向控制和应用的新型变频器。由于PID运算预先固化在变频器内部，省去对PLC的设计和对PID的编程，而且PID参数的在线调试非常容易。内置PID调节器采用了优化算法，所以水压调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，能够降低设备成本，并节省安装调试时间。

此外，针对传统的变频调速供水设备的不足之处，有些产品设计采用了变频调速和智能控制技术，因此多电平直接高压变频器、模糊控制器等器件得到了应甩。如利用多电平直接高压变频器，可以实现高质量的功率输入和输出、高功率因数和不间断运行。采用模糊控制器会最大限度地适应被控对象的复杂性，达到控制精度高、响应快、控制规律简单的目的。

4 变频调速技术应用于消防给水系统

（1）有消防信号外部输人接口。当有火警或火灾信号到来时，系统能自动切换到火灾状态；

（2）设计有系统自动巡检功能，定时巡检周期可根据需要设定；

（3）便于灵活配置常规泵、消防泵及其他功能泵，便于实现供水泵房全面自动化；

（4）工作泵与备用泵不固定，可自动定时轮换，有效地防止因为备用泵长期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，通过内置串行通讯接口，与外接MODEM设备进行信号连接，自动启动预先设定的电话号码和信息，及时通知设备维护人员进行相应处理，可以方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管理。

参考文献

[1] 金传伟.毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用《电子技术应用》，2000；9

[2] 扈汇绚.采用变频技术实现风机、水泵节能降耗资源与环境产业信息网，2002；10

[3] 李勇伟.专用变频器在恒压供水装置中的应用中国新型建筑材料网，2002；10