變頻調速供水設備主要的組成部分為電氣控制系統、泵組和管路。回顧變頻調速設 備的發展歷程，泵組的效率得到了很大的提高，同時電氣控制元器件也不斷地更新換代， 這一切都為變頻調速供水最大限度地節能提供了基礎[50]。就變頻控制而言，變頻控制技 術有以下四個發展過程：

(1)   控制柜控制的單變頻控制技術：多臺水泵共用一臺變頻器，控制柜控制，水泵 機組運行采用一臺泵變頻調速，多臺泵定速的組合運行方式；

(2)   數字集成控制器的單變頻控制技術：多臺水泵共用一臺變頻器，數字集成控制 器，水泵機組運行采用一臺泵變頻調速，多臺泵定速的組合運行方式；

(3)   多變頻控制技術：兩臺水泵配備變頻器，數字集成控制器，水泵機組運行采 用兩臺泵變頻調速，其余泵為定速的組合運行方式；

(4)   全變頻控制技術：每臺水泵配備一臺變頻器，變頻控制器控制，水泵機組運 行采用全變頻組合運行方式。

以下我們對變頻調速技術先后經歷的四個發展階段進行闡述和分析。

(1)   第一代單變頻控制技術

早期的變頻調速供水設備是在傳統水泵繼電器控制電路的基礎上增加了 PLC控制 器和一個變頻器來進行控制的，控制系統由一個包含變頻器、PLC控制器、繼電器、交 流接觸器、各類連接導線等觸點開關類電氣元器件的控制柜組成，如圖5.1所示。此設 備在運行中存在諸如以下缺點：①設備中水泵的變頻調速運行完全依靠繼電器電路來控 制，水泵的運行也只能實現自動啟停和手動應急啟停；②控制電路元器件較多、觸電之 間的來回切換易發生故障、元器件發熱會產生較大能耗。③控制柜體積大，占用較大的 空間④當水泵由變頻切換為工頻狀態工作時，新投入運行的水泵從零流量至正常供水通 常會存在一個時間差(36?180s),引起系統流量和水壓波動，影響用戶用水舒適性。 

顯,J;W 變頻器 繼電器元件

■ PLC、擴展模塊 ■ DC24V開關電源

圖5.1 PLC單變頻控制柜

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

0)第二代單變頻控制技術（局部數字化電路控制）

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

圖5.2數字集成控制器

這一技術與早期的繼電器控制單變頻控制技術相比主要有以下優點：

(1)數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，提高了整機運行的安全性、可靠性。 

(2)   它采用內置程序和菜單式液晶顯示方式，產品高度標準化，無需現場調試人 員現場編程，設備維護管理更加人性化，更加便捷。

這種第二代變頻調速控制技術目前在國內二次供水泵站中廣泛使用，而國外發達國 家已經開始逐步淘汰這類技術。這類技術存在的缺點是：同早期變頻調速技術相同，其 控制原理也是通過一個變頻器及相關的電氣元件控制，根據系統流量的變化進行變頻調 速、調速運轉切換為工頻運轉、加減泵等操作。在前面第四章分析過，在同型號變頻調 速恒壓供水技術中，只對一臺泵進行變頻調速是存在流量失調區的，從而無法使整個系 統真正意義上的高效運轉。

(3)   第三代多變頻控制技術

由于第二代變頻控制技術無法解決流量失調區的問題，因此逐漸發展出了利用兩臺 調速泵調速，其他為定速泵的控制技術。此技術雖然解決了流量失調區的問題，但是水 泵與水泵之間沒有互聯互通，運行的情況和信息沒有共享，難以保證各調速泵是等量均 衡調速。因此，在第三代多變頻控制技術的基礎上發展出了全變頻控制技術，根據第四 章分析的變頻調速恒壓供水優化分析中對兩臺水泵調速解決流量失調區的理論，現在一 些國外公司開發出全變頻調速恒壓供水設備，此設備不僅為每臺水泵配備一臺變頻器， 而且水泵機組運行采用變頻一變頻一變頻組合運行方式。此設備使用兩套或兩套以上且 相互聯動的獨立多控制系統，這是第三代變頻調速技術只使用一套控制系統所不具備 的。

(4)   第四代全變頻調速供水技術

第四代全變頻調速供水技術將變頻器和控制器整合到一起，采用數字集成變頻控制 器進行變頻和電路控制。數字集成變頻控制器采用的是全數字電路技術設計制造，按照 水泵變頻調速和運行控制的需求，將水泵控制電路、輸入輸出信號電路、功率電路、通 風散熱等功能組件進行模塊化設計制造，然后將模塊化的各功能組件集成在一個防護等 級在IP54以上的機殼中。數字集成變頻控制器（如圖5.3, 5.4)具有智能化程度高、自 身能耗小、擴展功能性強、操作便捷、安全可靠等諸多顯著優點。數字集成控制器不僅 能夠實現第一代和第二代控制柜的所有功能，同時還能做到功能的菜單化，根據工況自 行選定所需功能。全變頻調速供水技術主要有以下特點：

①    數字集成變頻控制器既是變頻器，又是控制器，整套供水設備不用再設控制柜；

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

③    水泵變頻控制器間通過CAN總線實現通訊，CAN總線采用了多主競爭式總線結 

構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節 點可在任意時刻主動地向網絡上其它節點發送信息而不分主次，因此可在各節點之間實 現自由通信。每臺水泵的變頻控制器既相互獨立又相互聯動，使整套設備具有多個與水 泵一對一相互匹配的變頻和控制大腦，設備中所有水泵共享系統運行數據信息，聯動均 衡運行，克服工作水泵不在高效區的現象，實現真正意義上的高效運行[51]。

控制板模塊

底崦（散熱器）模塊

圖5.4數字集成變頻控制器的內部組成

目前在國外發達國家該項技術已經被廣泛使用，而國內現在處于接觸和了解階段， 

一些學者也做了大量工作。2015年5月1日實施了《數字集成全變頻控制恒壓供水設備 應用技術規程》CECS 393: 2015; 2015年3月全變頻控制技術國家標準設計圖集在北京 標準設計專家委員會上通過立項；2015年6月27日在上海成立“全國二次供水全變 頻控制技術研發中心”，該研發中心掛靠在上海中韓杜科泵業制造有限公司。