IPC(intelligent pump control缩写)，即智能泵控制技术。它不是单个变频器功能的简单集合，而是具有更强大的功能。它控制多台变频器并进行协调，使其以最高的综合效率运行，比采用“常规”变频器产品最多可节省20%的能源。它的高冗余性，确保了最高水平的可用性。

交流传动是泵控制中能效最高的控制方法。在变频器的泵控制应用中，通常会采用PFC应用宏，SPFC应用宏，这两种控制都是一台变频器拖动多台泵的应用。

最新的IPC (intelligent pump control缩写)，即智能泵控制技术，是ABB工业传动ACS800变频器的可选软件包，它要求每一台水泵都有一台变频器来拖动，变频器的功率范围介于0.55~5600 kW之间。图1显示了一个由三个变频器控制三台并联水泵的例子。变频器之间采用光纤通信，消除了对外部 PLC的需求，并且有助于节能，缩短检修时间，防止水泵堵转和堵塞。

图1 变频水泵控制组态。变频器之间通过光纤连接。

节能原理

通用变频器主要通过控制水流流量来控制水泵。在其他许多变频器产品的应用中，这种控制方法具有显著的节能效果。

图2是泵的流量Q与扬程H的关系曲线。图中，①为泵在转速n1下扬程-流量特性曲线；⑤为泵在转速n2下扬程-流量的特性曲线；②为泵在转速n1下功率-流量的特性曲线；③、④为管阻特性曲线。假设泵在标准点A点效率最高，输出流量Q为100%,此时轴功率P1与Q1、H1的乘积面积AH1OQ1成正比。根据生产工艺的要求，当流量需从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门方法（相当于增加管网的阻力），使管阻特性从曲线③变到曲线④，系统由原来的标准工作点A变到新的工作点B运行。此时，泵扬程增加，轴功率P2与面积BH2OQ2成正比。如果采用变频器控制方式，泵转速由n1降到n2,在满足同样流量Q2的情况下，泵扬程H3大幅降低，轴功率P3与面积CH3OQ2成正比。轴功率P3与P1、P2相比较，将显著减小，节省的功率损耗△P与面积BH2H3C成正比，节能效果十分明显。这也就说明了变频器在泵控制中的节能作用。

图2 泵的Q-H曲线。

泵、电机、变频器的效率

恒压供水系统的综合效率取决于众多因素。通常，泵、电机和变频器的功率越大，系统的效率就越高，当系统在低速下运行时，系统的总效率也会下降。在水泵的正常运行频率范围35~50Hz，系统总体效率变化不大。变频器和电机系统在额定工作点的效率大约为90%，而在35Hz时变频器和电机系统的效率下降至83%。水泵本身的效率介于50%~85%之间，总体上，泵的效率取决于泵的速度和系统曲线。

图3 不同转速下的水泵流量-功率图和流量扬程图。

IPC技术的节能原理

举例来讲，将上述水泵的工作转速从50 Hz调低至45 Hz ，流量下降大约10%，因此完成同样流量所花费的时间会长于11%，但是所需要的功率仅仅为原始功率的 73% ，因此可节省约19%的电能（1-（0.73*(1+11%)））。尽管总的效率还维持在相同区域，但是所需要的能量却降低了许多。

图4 LCC 成本图，从中可以看出能源成本在水泵生命周期成本中占有最大比例。

因此,我们认为水泵运行在效率速度(在本例中我们认为45 Hz就是效率速度)下会创造大约19% 的能量节省。采用IPC技术后，长期运行能实现10%以上的能量节约。并且实际中绝大多数的系统是并行泵系统，如果采用传统的PFC（一台变频器拖动多台水泵），则无法达到使用IPC技术的节能效果。

图3是H-P与P-Q示意图，从中可以清楚看出系统运行效率、功率、转速、流量、扬程之间的对应关系。从工作点A到B点，流量下降大约40%，但是功率却下降了大约60%。因此在效率速度下运行对于多泵系统是非常有意义的。

图5 多泵主/从控制。

生命周期成本

如果产品紧紧依靠价格来竞争，生存是很困难的。如果考虑LCC（life cycle cost 缩写，生命周期成本）成本，那么就会为用户带来巨大的经济效益。从水泵、电机和变频器的生命周期成本看，这些成本能分成三部分：初始成本，电费和维护成本（如图4所示）。

从图4中可以看出，初始投资成本最小，日常消耗的电费占的成本最大，所以我们应该从日常运行的电费上下功夫节能。IPC正是能够实现整个系统的节能运行。因此，采用IPC技术，相比较其他的方法来说，可节约20%以上的能量。

IPC的软件方案

多泵控制和水泵水位控制是IPC采用的两种特别的控制模式。下面将分别对其进行介绍。

图6多泵同步控制。

多泵控制模式

多泵控制可进一步细分为主/从控制模式、多泵同步控制模式、多泵给定同步控制模式。

主/从控制模式如下图5所示，可以实现一主多从泵的运行方式。在这种工作模式下，一台变频器被指定为主变频器。与其他变频器连接的水泵只能全速运转或停转。系统仅调整主变频器的频率，以适应符合变化。一旦主变频器达到全速，下一个变频器就启动，并接替原来的主变频器，变成主变频器。

多泵同步控制如图6所示，可以实现多泵的同步运行。在这种工作模式下，所有变频器都将跟随主机的给定，并且启动和上升时间都是同步的。

多泵给定同步控制如图7所示，可以实现多泵的给定同步运行。在这种工作模式下，所有变频器都跟随主机的给定，但是他们的启动时间可以预先设定。

图7 多泵给定同步控制。

水位控制模式

水位控制通常用于控制水箱的注水或排水。为了防止沉淀物沉积在水箱内壁，控制系统可根据用户设置的模式调整水位。快速启动创造冲刷效应而使管道清洁，并且水泵运行在效率曲线上适当的点位，从而降低能量消耗。水泵控制既可用于单泵，也可用于2~3个并联泵。

图8 水位控制模式的控制逻辑。

该控制模式的控制逻辑如图8所示。关键问题是要尽可能使泵运行在效率速度下(例如，45 Hz) 。如果水位发生变化，需要更大流量，就需要启动其他水泵，使每台水泵继续在效率最高的条件下运行。本例中有3台泵。启动水位和效率速度对所有用户都是可调的，从而满足系统的特殊需要。当所有水泵都运行在效率速度下时，水箱水位达到高位1（参数可调）。用这种方法，根据计算，能达到节省大约20% 的能量。

其他优越性

多泵冗余

对于传统的PFC（一台变频器拖动多台水泵）的运行模式，如果变频器出现故障，就会影响整个系统的正常运行。而IPC技术拥有多泵冗余特点，如果其中一台变频器出现故障，系统的综合性能可能会受到一点影响，但系统不会停机。出现故障的变频器会在500ms内被切除，系统的其他部分继续工作。

图9 水泵的反堵塞操作示意图。

反堵塞功能

反堵塞功能能使变频器完成对水泵的预防性维护，并在堵塞时清洗泵。如图9所示，这项功能可以用三用方式触发启动：

如果电流超过设定范围，启动反转。

根据预先设定的时间启动反转。

以数字信号启动反转。

水泵的优先级控制

水泵的优先控制功能均衡了泵的运行时间，并将有助于改善系统的保养计划，提高水泵的运行效率接近最高效率点。

流量计算

流量计算可以用于单台水泵的操作。变频器不需要传感器，即可计算出流量。这种计算是基于泵特性Q-H 和Q-P曲线，以及泵输入输出直径，还有压力传感器的高度差得到的。利用这项功能，可以从那些不需要因计费而要求测量流量数据的产品中取消流量计。出于压力控制需要，可以对安全参数进行设置。

图10 多泵宏控制示意图。

应用举例

多泵应用

该应用适用于泵站，这种配置支持变频器冗余。变频器相互间的通信通过NDBU-95 的DDCS实现。如图10所示。也可不使用NDBU-95选件，而是直接通过光纤的环形链路连接起来，外部PLC控制启/停与给定。

水位控制应用

该应用适用于控制1~8台水泵充盈或排空水池的应用。如图11所示。溢出开关与水位传感器分别连接到DI/AI口。任何一台变频器都可以设置为主机。主/从机的启动/停止水位都可以预设。

图11水位控制示意图。

结语

IPC 给用户带来了更高的能量效率以及实用性。与50Hz的额定转速相比，在45 Hz 的效率速度下，水泵能节省大约19% 的能源，水泵的生命周期成本大约节省16%, 这些数字都超过了投资成本和维护成本。

在当前大力倡导节能减排的政策引导下，ABB变频器的IPC技术在并行泵上的应用，尤其在大功率并行泵上的应用，值得广泛地推广。