變頻調(diào)速供水設(shè)備主要的組成部分為電氣控制系統(tǒng)、泵組和管路。回顧變頻調(diào)速設(shè) 備的發(fā)展歷程，泵組的效率得到了很大的提高，同時(shí)電氣控制元器件也不斷地更新?lián)Q代， 這一切都為變頻調(diào)速供水最大限度地節(jié)能提供了基礎(chǔ)[50]。就變頻控制而言，變頻控制技 術(shù)有以下四個(gè)發(fā)展過(guò)程：

(1)   控制柜控制的單變頻控制技術(shù)：多臺(tái)水泵共用一臺(tái)變頻器，控制柜控制，水泵 機(jī)組運(yùn)行采用一臺(tái)泵變頻調(diào)速，多臺(tái)泵定速的組合運(yùn)行方式；

(2)   數(shù)字集成控制器的單變頻控制技術(shù)：多臺(tái)水泵共用一臺(tái)變頻器，數(shù)字集成控制 器，水泵機(jī)組運(yùn)行采用一臺(tái)泵變頻調(diào)速，多臺(tái)泵定速的組合運(yùn)行方式；

(3)   多變頻控制技術(shù)：兩臺(tái)水泵配備變頻器，數(shù)字集成控制器，水泵機(jī)組運(yùn)行采 用兩臺(tái)泵變頻調(diào)速，其余泵為定速的組合運(yùn)行方式；

(4)   全變頻控制技術(shù)：每臺(tái)水泵配備一臺(tái)變頻器，變頻控制器控制，水泵機(jī)組運(yùn) 行采用全變頻組合運(yùn)行方式。

以下我們對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)先后經(jīng)歷的四個(gè)發(fā)展階段進(jìn)行闡述和分析。

(1)   第一代單變頻控制技術(shù)

早期的變頻調(diào)速供水設(shè)備是在傳統(tǒng)水泵繼電器控制電路的基礎(chǔ)上增加了 PLC控制 器和一個(gè)變頻器來(lái)進(jìn)行控制的，控制系統(tǒng)由一個(gè)包含變頻器、PLC控制器、繼電器、交 流接觸器、各類連接導(dǎo)線等觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)類電氣元器件的控制柜組成，如圖5.1所示。此設(shè) 備在運(yùn)行中存在諸如以下缺點(diǎn)：①設(shè)備中水泵的變頻調(diào)速運(yùn)行完全依靠繼電器電路來(lái)控 制，水泵的運(yùn)行也只能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停和手動(dòng)應(yīng)急啟停；②控制電路元器件較多、觸電之 間的來(lái)回切換易發(fā)生故障、元器件發(fā)熱會(huì)產(chǎn)生較大能耗。③控制柜體積大，占用較大的 空間④當(dāng)水泵由變頻切換為工頻狀態(tài)工作時(shí)，新投入運(yùn)行的水泵從零流量至正常供水通 常會(huì)存在一個(gè)時(shí)間差(36?180s),引起系統(tǒng)流量和水壓波動(dòng)，影響用戶用水舒適性。 

顯,J;W 變頻器 繼電器元件

■ PLC、擴(kuò)展模塊 ■ DC24V開(kāi)關(guān)電源

圖5.1 PLC單變頻控制柜

由于早期的變頻調(diào)速設(shè)備存在以上諸多不足，從而被第二代變頻調(diào)速供水技術(shù)所取 代---數(shù)字集成控制器的單變頻控制技術(shù)。

0)第二代單變頻控制技術(shù)（局部數(shù)字化電路控制）

第二代變頻調(diào)速控制電路由內(nèi)置PID技術(shù)的水泵專用半導(dǎo)體數(shù)字集成控制器（如圖 5.2)、一臺(tái)變頻器組成代替早期的繼電器控制電路，即由半導(dǎo)體數(shù)字集成控制電路取代 繼電器控制電路。

圖5.2數(shù)字集成控制器

這一技術(shù)與早期的繼電器控制單變頻控制技術(shù)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)數(shù)字集成控制器包含了水泵變頻與控制有可能用到的所有功能，從而減少了 繼電器等電氣元器件，觸電少，故障率低，提高了整機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性。 

(2)   它采用內(nèi)置程序和菜單式液晶顯示方式，產(chǎn)品高度標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人 員現(xiàn)場(chǎng)編程，設(shè)備維護(hù)管理更加人性化，更加便捷。

這種第二代變頻調(diào)速控制技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)二次供水泵站中廣泛使用，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó) 家已經(jīng)開(kāi)始逐步淘汰這類技術(shù)。這類技術(shù)存在的缺點(diǎn)是：同早期變頻調(diào)速技術(shù)相同，其 控制原理也是通過(guò)一個(gè)變頻器及相關(guān)的電氣元件控制，根據(jù)系統(tǒng)流量的變化進(jìn)行變頻調(diào) 速、調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)切換為工頻運(yùn)轉(zhuǎn)、加減泵等操作。在前面第四章分析過(guò)，在同型號(hào)變頻調(diào) 速恒壓供水技術(shù)中，只對(duì)一臺(tái)泵進(jìn)行變頻調(diào)速是存在流量失調(diào)區(qū)的，從而無(wú)法使整個(gè)系 統(tǒng)真正意義上的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)   第三代多變頻控制技術(shù)

由于第二代變頻控制技術(shù)無(wú)法解決流量失調(diào)區(qū)的問(wèn)題，因此逐漸發(fā)展出了利用兩臺(tái) 調(diào)速泵調(diào)速，其他為定速泵的控制技術(shù)。此技術(shù)雖然解決了流量失調(diào)區(qū)的問(wèn)題，但是水 泵與水泵之間沒(méi)有互聯(lián)互通，運(yùn)行的情況和信息沒(méi)有共享，難以保證各調(diào)速泵是等量均 衡調(diào)速。因此，在第三代多變頻控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出了全變頻控制技術(shù)，根據(jù)第四 章分析的變頻調(diào)速恒壓供水優(yōu)化分析中對(duì)兩臺(tái)水泵調(diào)速解決流量失調(diào)區(qū)的理論，現(xiàn)在一 些國(guó)外公司開(kāi)發(fā)出全變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，此設(shè)備不僅為每臺(tái)水泵配備一臺(tái)變頻器， 而且水泵機(jī)組運(yùn)行采用變頻一變頻一變頻組合運(yùn)行方式。此設(shè)備使用兩套或兩套以上且 相互聯(lián)動(dòng)的獨(dú)立多控制系統(tǒng)，這是第三代變頻調(diào)速技術(shù)只使用一套控制系統(tǒng)所不具備 的。

(4)   第四代全變頻調(diào)速供水技術(shù)

第四代全變頻調(diào)速供水技術(shù)將變頻器和控制器整合到一起，采用數(shù)字集成變頻控制 器進(jìn)行變頻和電路控制。數(shù)字集成變頻控制器采用的是全數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計(jì)制造，按照 水泵變頻調(diào)速和運(yùn)行控制的需求，將水泵控制電路、輸入輸出信號(hào)電路、功率電路、通 風(fēng)散熱等功能組件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)制造，然后將模塊化的各功能組件集成在一個(gè)防護(hù)等 級(jí)在IP54以上的機(jī)殼中。數(shù)字集成變頻控制器（如圖5.3, 5.4)具有智能化程度高、自 身能耗小、擴(kuò)展功能性強(qiáng)、操作便捷、安全可靠等諸多顯著優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字集成控制器不僅 能夠?qū)崿F(xiàn)第一代和第二代控制柜的所有功能，同時(shí)還能做到功能的菜單化，根據(jù)工況自 行選定所需功能。全變頻調(diào)速供水技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

①    數(shù)字集成變頻控制器既是變頻器，又是控制器，整套供水設(shè)備不用再設(shè)控制柜；

②    設(shè)備中每臺(tái)水泵（主泵、備用泵、小流量泵）均配備有一臺(tái)專用變頻控制器

③    水泵變頻控制器間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通訊，CAN總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié) 

構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié) 點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí) 現(xiàn)自由通信。每臺(tái)水泵的變頻控制器既相互獨(dú)立又相互聯(lián)動(dòng)，使整套設(shè)備具有多個(gè)與水 泵一對(duì)一相互匹配的變頻和控制大腦，設(shè)備中所有水泵共享系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，聯(lián)動(dòng)均 衡運(yùn)行，克服工作水泵不在高效區(qū)的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高效運(yùn)行[51]。

控制板模塊

底崦（散熱器）模塊

圖5.4數(shù)字集成變頻控制器的內(nèi)部組成

目前在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)在處于接觸和了解階段， 

一些學(xué)者也做了大量工作。2015年5月1日實(shí)施了《數(shù)字集成全變頻控制恒壓供水設(shè)備 應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS 393: 2015; 2015年3月全變頻控制技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集在北京 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)專家委員會(huì)上通過(guò)立項(xiàng)；2015年6月27日在上海成立“全國(guó)二次供水全變 頻控制技術(shù)研發(fā)中心”，該研發(fā)中心掛靠在上海中韓杜科泵業(yè)制造有限公司。