導(dǎo)語：如何才能寫好一篇變頻供水系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：變頻恒壓 供水系統(tǒng) 水資源 城市供水

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展推動了我國工業(yè)建設(shè)的不斷進(jìn)步，而工業(yè)建設(shè)水平的全面提升使人們對于生活質(zhì)量的要求標(biāo)準(zhǔn)越來越高。因此，城市供水系統(tǒng)也必須針對社會發(fā)展以及人們盛會水平的提升來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改善，以滿足社會生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ畹囊蟆Ｋ浅鞘邪l(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，而水環(huán)境則是城市發(fā)展所依托的生態(tài)基礎(chǔ)之一。水在城市系統(tǒng)中具有五大主要功能角色：水是城市生存和發(fā)展的必需品和最大消費品，是污染物傳輸和轉(zhuǎn)化的基本載體，是維持城市區(qū)域生態(tài)平衡的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市景觀和文化的組成部分。

傳統(tǒng)供水方式占地面積大，基建投資多，水質(zhì)易污染，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種成熟的新型交流電機無級調(diào)速技術(shù)。它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：

1.維持水壓恒定；

2.控制系統(tǒng)可手動/自動運行；

3.多臺泵自動切換運行；

4.系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；

5.在線調(diào)整PID參數(shù)；

6.泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。

一、變頻調(diào)速的特點及分析

城市中各各時段的用水量一般是動態(tài)變化的，因此供水過剩或供水不足的情況時而發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上。當(dāng)用水量大而供水量小時，則壓力低；當(dāng)用水量小而供水大，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量也多，用水量少時供水量也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

恒壓供水系統(tǒng)對于用戶是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時會影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用正藝恒壓供水系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

二、恒壓供水的變頻應(yīng)用方式

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，比如上海正藝信息科技的恒壓供水控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達(dá)的系統(tǒng)。

三、PID控制原理

根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可實現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來實現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。

四、變頻控制原理

用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，其優(yōu)點主要表現(xiàn)為：

1.起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊

2.由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命

3.可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)

五、恒壓供水系統(tǒng)特點

1.節(jié)電

優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；

2.節(jié)水

根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；

3.運行可靠

由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。

4.聯(lián)網(wǎng)功能

采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。

5.控制靈活

分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。

6.自我保護功能完善

如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉平；給排水驗收工程的幾點思考[J]；中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）；2011（06）.

[2] 高陽.馬青.胡蔚蔚 恒壓變頻供水系統(tǒng)的Matlab仿真模型研究 [J] -工業(yè)控制計算機2011（11） .

篇2

【關(guān)鍵詞】水廠；變頻供水系統(tǒng)；節(jié)能

一、前言

由于地理分布、經(jīng)濟條件和相關(guān)技術(shù)人才的原因，我國水廠自動化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。大中城市水廠，特別是發(fā)達(dá)地區(qū)大型水廠的自動化程度很高，而小城市和城鎮(zhèn)水廠，特別是落后地區(qū)小型水廠的自動化程度較低，甚至還是空白。在一些已實現(xiàn)自動化的水廠中，雖然自動化系統(tǒng)和設(shè)備與其他行業(yè)，如化工、電力等相比并不差，甚至更先進(jìn)，但是，其功能并未充分發(fā)揮出來。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一直處于閑置狀態(tài)；有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩樱踔撂幱诎c瘓狀態(tài)，造成了自動化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費。

國內(nèi)實現(xiàn)水廠自動化控制的方法主要是新建和擴建工程。大型水廠建設(shè)項目依靠引進(jìn)外資和全套技術(shù)設(shè)備，水廠工藝自動化水平高，但設(shè)備和控制系統(tǒng)投資很大。中小水廠自動化的設(shè)計、工程服務(wù)以國內(nèi)為主，但系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備仍以引進(jìn)國外產(chǎn)品為主，在設(shè)備選型及工程服務(wù)上采取國內(nèi)與國外相結(jié)合的辦法。這種辦法不但大大降低了水廠在自控系統(tǒng)中的投資，而且實現(xiàn)了工程售后服務(wù)的本地化，有利于該行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為三個階段：第一階段是分散控制階段，該階段水廠各部分分別進(jìn)行自動控制，各獨立系統(tǒng)互不相關(guān)；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該階段整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，同時各個獨立子系統(tǒng)又可以獨立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可靠性。現(xiàn)階段大部分水廠處于此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現(xiàn)整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。目前我國的中小型水廠大部分處于第一或第二階段，只有很少大型水廠達(dá)到了第三階段。在國外，如加拿大、美國等發(fā)達(dá)國家基本實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動化，而且開始進(jìn)行分質(zhì)供水，把自來水中生活用水和直接飲用水分開，另設(shè)管網(wǎng)，直通住戶，實現(xiàn)飲用水和生活用水分質(zhì)、分流，達(dá)到直飲的目的，并滿足優(yōu)質(zhì)優(yōu)用、低質(zhì)低用的要求，同時對水廠內(nèi)部的自控系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行改進(jìn)和提高。

二、變頻節(jié)能技術(shù)在水廠中應(yīng)用的重要性

在水處理行業(yè)中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節(jié)、不同的時段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此水處理廠供水系統(tǒng)的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按高峰期的用水量運行，雖可通過調(diào)節(jié)閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此，根據(jù)用水需求自動控制水泵機組運行，且實現(xiàn)節(jié)能，是水廠自動化技術(shù)的一項重要內(nèi)容，因此變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)孕育而生。

變頻調(diào)速是一項有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設(shè)計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來。變頻調(diào)速控制技術(shù)，是指以變頻調(diào)速原理為基礎(chǔ)，在保證供水可靠性的前提下，根據(jù)供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內(nèi)運行，以達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。這一技術(shù)是比較科學(xué)，可靠性較高的一種調(diào)節(jié)水泵工況的方式。它具有調(diào)速精度高、功率因數(shù)高等特點，使用它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。

變頻器是一種以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)通過改變頻率來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的工業(yè)裝置。作為一種先進(jìn)的調(diào)速裝置，變頻器不但調(diào)速范圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節(jié)電效果明顯。在水處理行業(yè)變頻器具有廣闊的發(fā)展前景，有關(guān)其應(yīng)用研究也一直得到相關(guān)工程領(lǐng)域的重視。應(yīng)用變頻器來實現(xiàn)變頻節(jié)能供水，可以采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現(xiàn)。恒壓變量供水系統(tǒng)通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供水系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量的變化同時調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節(jié)能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準(zhǔn)確確定，實際應(yīng)用的很少。

三、水廠變頻供水系統(tǒng)供水裝置設(shè)計

1、邏輯電子電路控制方式

這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動有沖擊、抗干擾能力較弱，但成本較低。

2、單片微機電路控制方式

這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時調(diào)試較麻煩，追加功能時往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。

3、帶 PID 回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器（PLC）的控制方式

該方式下變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓。壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID 控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入 PID 回路調(diào)節(jié)器，由 PID 回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運算后，輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。

由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或 PID 回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口處另接一塊 PWM 調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞯妮斎胄盘枺@樣不但成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個開關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID 回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID 控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4、新型變頻調(diào)速供水設(shè)備

針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于 PID 運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID 調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略微高一點，但功能卻強很多，所以采用帶有內(nèi)置 PID 功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。

總之，變頻供水方式從運行原理及運行過程分析方面探討，可以看出此供水方式具有節(jié)能的優(yōu)點，但具體問題需要具體分析，在變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計過程中需要注意許多設(shè)計要點，否則無法取得預(yù)期的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃立培， 張學(xué). 變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動機調(diào)速. 北京：人民郵電出版社，2007.

篇3

1引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷發(fā)展，我國城市規(guī)模不斷擴大，對相關(guān)的配套設(shè)施提出了更高的要求。供水行業(yè)是各項生產(chǎn)和生活用水的基本保障，不斷優(yōu)化和完善供水系統(tǒng)成為供水企業(yè)的重要研究課題。從目前情況分析，一些在運行的供水泵的自動化水平較低，供水效率也比較低，同時存在較大的能耗，在一些供水企業(yè)或者社區(qū)存在著水資源浪費現(xiàn)象，進(jìn)一步造成了經(jīng)濟損失。而變頻技術(shù)是一種高效調(diào)速技術(shù)，通過調(diào)整電流實現(xiàn)對電動機運行速度的調(diào)節(jié)，具有高頻化、數(shù)控化、集成化的應(yīng)用功能特點，在供水系統(tǒng)中能夠發(fā)揮良好的節(jié)能降耗效果，有利于供水行業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的最大化。

2變頻調(diào)速技術(shù)簡介

2.1變頻器

變頻器根據(jù)需要將工頻電源轉(zhuǎn)為不同頻率的交流電源，從而實現(xiàn)對電動機的變頻調(diào)速。變頻器的組成主要包括整流器、中間電路、逆變器以及周圍的電路等幾部分，如圖1所示，其中整流器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的交流電源進(jìn)行整流，實現(xiàn)交流變直流，中間電路則是對整流器輸出的電源進(jìn)行平滑濾波，并傳輸給逆變器，逆變器作為變頻器的核心部件，需要完成直流變交流的逆變工作，為電動機提供所需頻率的交流電源[1]。目前，新型變頻器都配置了通信接口，對各種檢測到的信號和參數(shù)進(jìn)行采集，實現(xiàn)上位機與變頻器之間的通信功能，可以實現(xiàn)對輸入信號的處理以及運行指令的下達(dá)，在需要高精度控制時，可將反饋信號反饋到變頻器，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。以變頻器為基礎(chǔ)的變頻技術(shù)在各個行業(yè)得到推廣，充分發(fā)揮了其節(jié)能降耗、自動化控制、質(zhì)量提高、減小維修、提高適應(yīng)性等優(yōu)勢。

2.2變頻技術(shù)

變頻技術(shù)的基本原理就是通過調(diào)整電源的頻率實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的控制。交流電動機主要包括同步電動機和異步電動機，其轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=60fp（1-s）；其中s=n0-nn0，式中n表示轉(zhuǎn)子速度，n0表示電機同步轉(zhuǎn)速，s表示轉(zhuǎn)差率，f表示電源頻率，p表示電機極對數(shù)，通過公式我們可以發(fā)現(xiàn)，電源頻率、極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率三個方面的改變可以實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速改變，其中變頻調(diào)速是最穩(wěn)定和簡單的調(diào)速技術(shù)，這就需要發(fā)揮變頻器的變頻技術(shù)，實現(xiàn)對電動機的調(diào)速。在水泵等設(shè)備中，變頻器主要采用VVVF控制方式，即保持電壓和頻率的比例系數(shù)不變，即改變電源頻率的同時，對輸出電壓進(jìn)行有效控制，從而保障電動機的磁通不變，這種變頻調(diào)速技術(shù)叫作恒U/f控制。

3變頻技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1水泵調(diào)速方案的選擇

供水系統(tǒng)中的水泵運行過程中，輸出揚程H和電機轉(zhuǎn)速的平方形成正比例關(guān)系，在水流量為零的情況下，供水管道內(nèi)部也要保持一定的水壓。供水系統(tǒng)中的水流量隨著用戶用水量而產(chǎn)生變化，具有一定的隨機性，因此，針對水泵電機主要通過控制水壓實現(xiàn)供水控制。水泵也是一種減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩也會減小，因此變頻器可以通過SF模式實現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。供水系統(tǒng)往往應(yīng)用變頻技術(shù)實現(xiàn)恒壓控制，在這個過程中要求水壓連續(xù)可調(diào)，可以通過PID調(diào)節(jié)器建立壓力閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，但是在保持電機動靜態(tài)品質(zhì)方面存在不足。這時候還可以采用內(nèi)環(huán)為速度閉環(huán)的SF控制系統(tǒng)，改善恒壓供水系統(tǒng)的整體性能[2]。

3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

基于變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器和變頻器形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化和改善，進(jìn)一步提高供水系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，SF變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)為一種內(nèi)環(huán)控制，在系統(tǒng)運行過程中，首先要啟動主泵，供水管網(wǎng)中的水壓需要達(dá)到設(shè)定數(shù)值，同時變頻器的輸出穩(wěn)定在特定范圍。當(dāng)用戶的用水量增加時，管道內(nèi)的水壓就會降低，壓力變送器采集該信號，并傳送給比較器，比較器將該壓力數(shù)值與給定的壓力數(shù)值做比較，將差值輸入到PID控制器，經(jīng)PID處理的數(shù)值再傳入SF控制變頻器，作為轉(zhuǎn)差給定值，進(jìn)而調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對管道水壓的調(diào)節(jié)，使其回復(fù)給定數(shù)值，系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)運行。在用水量增加過多的情況下，主泵的供水量難以實現(xiàn)閉環(huán)控制效果，則需要啟動備用泵，如果用水量減少，也可以實現(xiàn)備用泵的自動切除。因此，在供水系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器可以根據(jù)水壓信號實現(xiàn)雙位控制，進(jìn)而保證供水質(zhì)量。

4變頻技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用效益

利用變頻技術(shù)對供水系統(tǒng)進(jìn)行全流量恒壓控制，能夠取得良好的運行效益，主要包括以下幾點：第一，高效節(jié)能，變頻恒壓供水系統(tǒng)可以根據(jù)水壓設(shè)定值，在水壓發(fā)生變化時對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而保障供水效率，進(jìn)一步減少電能損失；第二，供水壓力穩(wěn)定，系統(tǒng)采用的是閉環(huán)控制方式，能夠根據(jù)系統(tǒng)水壓和壓力設(shè)定值差值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)壓力保持恒定，流量連續(xù)可調(diào)；第三，PID調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)自動運行，通過壓力傳感器反饋的信號，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并利用PLC技術(shù)進(jìn)行壓力值和PID相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，通過PLC運算功能實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)分析和處理，并且程序可以根據(jù)用戶需求靈活調(diào)整；第四，“休眠”功能，系統(tǒng)運行時經(jīng)常遇到用戶用水量較小或不用水的情況，為了節(jié)能，系統(tǒng)具備可以使水泵具有暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于下限時，變頻器停止工作，當(dāng)變頻器頻率達(dá)到設(shè)定啟動值后啟動水泵運行；第五，延長電機、水泵使用壽命，各泵均為軟啟動，消除了全壓啟動時的沖擊電流，延長了設(shè)備的使用壽命，采用各泵循環(huán)軟啟動，促使各泵不會因長久不用而生銹或頻繁使用而磨損[3]。

5結(jié)語

總而言之，變頻技術(shù)是一種高新節(jié)能調(diào)速技術(shù)，應(yīng)用在供水系統(tǒng)中，表現(xiàn)出良好的調(diào)速性能和節(jié)能效果，并且控制操作安全可靠，還能夠根據(jù)用水量實時調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)。各大水廠或供水企業(yè)需要根據(jù)具體區(qū)域的供水需求，積極應(yīng)用變頻技術(shù)實現(xiàn)供水系統(tǒng)控制功能的優(yōu)化和完善，同時要做好變頻器的維護和保養(yǎng)，使得變頻技術(shù)能夠在供水行業(yè)發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。

【參考文獻(xiàn)】

【1】易亞軍.變頻技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城鎮(zhèn)供水,2010(03):95-97.

【2】侯海俊,朱雷.變頻技術(shù)在二次供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012(05):102.

篇4

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 供水系統(tǒng) 變頻恒壓

 

1　概述

變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置能夠極大地改善給水管網(wǎng)的供水環(huán)境，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機的投入及退出，使管網(wǎng)主干出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，整個供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能和運行在最佳狀態(tài)。

河北省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心應(yīng)用微機控制變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，為很多家企事業(yè)單位安裝了變頻恒壓供水控制裝置。收到了較好的節(jié)能效果。

2　水泵變頻調(diào)速節(jié)電原理

異步電動機采用變頻器調(diào)速的原理是：通過整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海儆赡孀儤蜃儞Q為頻率可調(diào)的交流，作為交流異步電動機的驅(qū)動電源，使電動機獲得無級調(diào)速所需的電壓、電流和頻率。

水泵供水系統(tǒng)具有管網(wǎng)特性曲線，即通道管網(wǎng)的流量與所消耗的能量之間的關(guān)系曲線，它同時表明水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差，液體在管道中流動的阻力。

水泵運行工作點位置與水泵負(fù)載有關(guān)，在水泵負(fù)載經(jīng)常變化的情況下，水泵不能總處在高效區(qū)域里工作。為使水泵適應(yīng)外界負(fù)載變化的要求。我們可采用變速調(diào)節(jié)，即在管網(wǎng)特性曲線基本不變時，采用改變水泵轉(zhuǎn)速來改變泵的q—h特性曲線。從而改變它的工作點，達(dá)到即改變流量又能保證水泵恒定和輸入功率減少的目的。如圖1。

圖1　水泵變速運行圖

根據(jù)水泵的相似定律，變速前后流量、揚程、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：

式中p1、h1、q1為轉(zhuǎn)速n1時的功率、揚程、流量；p2、h2、q2為轉(zhuǎn)速n2時的功率、揚程、流量。由此可見，當(dāng)水泵在變負(fù)荷工作情況下，采用變頻器調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速時，軸功率隨轉(zhuǎn)速比的三次方關(guān)系進(jìn)行變化，節(jié)電效果明顯。

3　白樓賓館供水泵組工作的現(xiàn)狀與問題

石家莊市白樓賓館水泵房現(xiàn)有供水水泵三臺，型號為65dl-4，額定揚程64m，流量30m3/h，轉(zhuǎn)速1450r/min，電機功率11kw，沈陽馬二家水泵廠生產(chǎn)。

由于賓館用水水量極不穩(wěn)定，早、晚用水高峰常常是平時用量的二倍，而后半夜用水水量僅為平時用量的三分之一，而且用水流量變化快，穩(wěn)壓時間短。

目前，采期電接點壓力表控制各泵的啟停，但當(dāng)用水負(fù)荷變化較大的，水泵電機啟停頻繁，造成電動機及控制開關(guān)故障頻繁，而且供水壓力不穩(wěn)定。

根據(jù)以上情況，我們給三臺水泵采用一套變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置。在保證供水管網(wǎng)壓力恒定的情況下，根據(jù)水流量的大小實現(xiàn)三臺水泵的循環(huán)軟啟動，圓滿地解決了白樓賓館供水系統(tǒng)不穩(wěn)定的大問題。

4　變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

針對白樓賓館供水泵組存在的問題和用水負(fù)荷的實際情況，我們設(shè)計采用11kw富士變頻器，壓力傳感器，微電腦控制器(包括pid調(diào)節(jié))等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)垣壓控制系統(tǒng)， 使水泵恒壓供水，其供水壓力可調(diào)。

4.1　供水控制系統(tǒng)組成方框圖

圖2　系統(tǒng)框圖

4.2　工作原理

如圖2所示，控制器給定水泵管網(wǎng)一供水壓力值，變頻器根據(jù)此值輸出一定頻率的交流電源至水泵電機，拖動水泵穩(wěn)定運行，并輸出與壓力對應(yīng)的供水流量，保證水泵管網(wǎng)的壓力與控制器的給定壓力平衡。壓力傳感器時刻檢測管網(wǎng)壓力，并反饋至控制器，控制器根據(jù)反饋壓力與給定壓力的差值，控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機的速度調(diào)節(jié)，改變水泵流量，保證供水管網(wǎng)壓力始終穩(wěn)定在給定值附近，實現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。3臺泵在控制器控制下，均由變頻器實現(xiàn)軟起動。

5　變頻調(diào)速后的節(jié)能效果及分析

白樓賓館采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)后，解決了目前 存在的供水管網(wǎng)系統(tǒng)水壓不穩(wěn)定，設(shè)備故障頻出等問題， 取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

5.1　直接經(jīng)濟效益

目前的控制方式下,三臺泵平均輸入功率20kw,供水壓力3.7～5.8kg/cm2,年耗電175200kwh,按0.5元/kwh計算,每年電費9.6萬元。采用變頻恒壓供水控制裝置后,三臺泵平均輸入功率16kw,供水壓力4.5kg/cm2,年耗電140160kwh,電費7.7萬元,年節(jié)約電費開支1.9萬元。該項目改造投資3.2萬元。

由此可知，采用變頻恒壓供水控制裝置后，每年節(jié)約電能35040kwh，節(jié)電率20％，投資回收期1.7年。

5.2　間接經(jīng)濟效益

5.2.1　按用水實際需要定壓供水，可以自動保證賓館的正常用水需要，即不會發(fā)生因瞬間用水量增加而引起的供水不足，也不會因瞬間用水量減少，管網(wǎng)出現(xiàn)超壓引起設(shè)備損壞，并且克服了原有控制方式下水壓在3.7～5.8kg之間的較大波動。

5.2.2　電機循環(huán)軟啟動，避免了在頻繁啟動時，較大的啟動電流對供電系統(tǒng)、配電設(shè)備和電機的沖擊，延長了電氣設(shè)備、水泵及管網(wǎng)的使用壽命，減少了檢修維護費用及工作量，提高了供水安全。

5.2.3　實現(xiàn)閉環(huán)自動控制后，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。

6　結(jié)論

篇5

引言

渭南市臨渭區(qū)地處關(guān)中平原東部，渭河將其分為塬區(qū)、城區(qū)和渭北。由于渭北大部分地區(qū)屬于苦咸水區(qū)，地下水及地表水都不宜飲用， 1987年，中、省、市對渭北飲改水工程進(jìn)行了總體規(guī)劃，并實施了渭北北移民安置區(qū)飲改水工程。渭北供水服務(wù)總面積728平方公里，轄10個鎮(zhèn)、224個行政村，服務(wù)人口40.07萬人，下轄辛市、官道、下吉、侯家、南師、等12個供水管理站及小什、什馬等8個村級供水站，各供水管理站具體負(fù)責(zé)飲改水工程的供水及日常維護。其中，侯家站作為東、西兩大干管的分界點，在肩負(fù)著東線供水任務(wù)的同時，兼顧給西線供水（正常情況下，西線由另一水源供水），在整個渭北飲改水工程中的地位十分重要。為了能夠給渭北農(nóng)村群眾提供更好的供水服務(wù)，我局將變頻恒壓供水的原理應(yīng)用于侯家站。

1 變頻恒壓供水原理概述

變頻控制恒壓供水系統(tǒng)是在管網(wǎng)的主管出口處安裝壓力變送器，變送器將主管出口處壓力變換為4--20mA直流信號，作為調(diào)控參數(shù)送入恒壓供水控制器，控制器上可以設(shè)定正常運行時系統(tǒng)工作壓力，控制器將兩個壓力信號進(jìn)行比較，其差值由控制器作PID運算，然后輸出一個模擬量信號給變頻器，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵轉(zhuǎn)速，改變水泵的出水量，維持管網(wǎng)出口壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上，實現(xiàn)恒壓供水。

近年來，隨著交流變頻技術(shù)的成熟，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)以其節(jié)能、高效、安全的供水特點，在農(nóng)村飲水安全工程中得到廣泛應(yīng)用。變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。不論是設(shè)備的投資、運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果，是當(dāng)前最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。

2 候家站變頻恒壓供水原理

圖1給出了侯家站供水管網(wǎng)示意圖。侯家站管網(wǎng)有兩個出水口，在實際運行過程中，需要實現(xiàn)兩個出水口同時出水或單獨出水，并要達(dá)到自動化控制。為滿足這種供水需求，在實際中設(shè)置了閥門，利用控制設(shè)備和閥門的配合實現(xiàn)以上供水要求。

圖1 侯家站供水管網(wǎng)示意圖（注：從左到右依次為1至7號電機）

2.1 變頻恒壓供水一拖四

在閥門F1、F3關(guān)閉，閥門F2打開的情況下，實現(xiàn)恒壓供水一拖四控制。運行時，四臺電機由PLC實現(xiàn)恒壓供水一拖四起停控制，其中一臺電機由變頻器控制，另外，三臺電機分別由三臺軟啟動器控制。

2.2 變頻恒壓供水一拖三

在閥門F1、F2關(guān)閉，閥門F3打開的情況下，此時實現(xiàn)恒壓供水一拖三控制。運行時，三臺電機由PLC實現(xiàn)恒壓供水一拖三起停控制，其中一臺電機由變頻器控制，另外，兩臺電機分別由三臺軟啟動器控制。

2.3 變頻恒壓供水一拖七

閥門F1、F2和F3全部打開的情況下，此時實現(xiàn)恒壓供水一拖七控制。將一拖四和一拖三合并在一起控制將實現(xiàn)一拖七控制。

3 系統(tǒng)框圖及工作過程

3.1 系統(tǒng)框圖

3.2通過轉(zhuǎn)換“手動/自動”開關(guān)實現(xiàn)手動、自動模式切換，選擇自動模式時，有三種控制模式可選擇，模式一是一拖四、模式二是一拖三、模式三是一拖七。

3.2.1手動控制模式。用戶可以手動起動變頻器和軟起動，實現(xiàn)獨立控制七臺水泵的起停。并通過面板上的旋鈕電位器手動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而達(dá)到對水泵出水量的控制。手動方式一般在調(diào)試時使用，用來檢查水泵運轉(zhuǎn)情況。

3.2.2自動控制模式。選擇模式一時，實現(xiàn)恒壓供水一拖四控制。自動狀態(tài)下，首先由變頻器控制1#水泵起動，用戶只需要更改觸摸屏上的設(shè)定壓力值，PLC就可以根據(jù)采集的實際壓力調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而控制1#水泵的實際轉(zhuǎn)速。當(dāng)實際用水量較大，管網(wǎng)壓力降低，即反饋壓力低于設(shè)定壓力時，變頻器輸出頻率增大，1#水泵轉(zhuǎn)速增加，管網(wǎng)壓力就增高;反之亦然，調(diào)節(jié)水量以保持管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定值上。當(dāng)用水量增加，變頻器的輸出頻率保持上限（50HZ）一段時間，系統(tǒng)壓力值仍然達(dá)不到壓力設(shè)定值，即一臺水泵不能滿足當(dāng)前用水量時，系統(tǒng)自動軟起動2#水泵，起動完成后，2#水泵工頻運行，同時實時調(diào)節(jié)1#水泵轉(zhuǎn)速以維持總管網(wǎng)的壓力恒定。當(dāng)兩臺水泵滿轉(zhuǎn)運行仍舊不能滿足供水需求，起動3#水泵，其它水泵控制原理相同。

當(dāng)用水量降低時，如兩臺水泵同時運行，供水量大于用水量，管網(wǎng)壓力增加，變頻器的輸出頻率下降，如果輸出頻率保持下限頻率一段時間，管網(wǎng)壓力仍舊不能恢復(fù)到設(shè)定值，則系統(tǒng)自動停止2#水泵工作，從而維持管網(wǎng)壓力恒定并達(dá)到節(jié)能的效果。

其它水泵的投切與上述原理相似。投切順序先起先停。

選擇模式二時，實現(xiàn)恒壓供水一拖三控制。

選擇模式三時，實現(xiàn)恒壓供水一拖七控制。

4 系統(tǒng)性能及特點

4.1智能化程度高，操作簡便。供水過程中可根據(jù)需要進(jìn)行手動、自動操作，供水壓力、壓力上下限值、PID值等參數(shù)自行設(shè)定，能夠滿足多數(shù)供水場合的需要。供水運行可靠，操作簡便，維護工作量極少;

4.2供水恒壓控制精度高。機泵切換過程實現(xiàn)無極切換，供水壓力波動小，對管網(wǎng)、電機、水泵等供水設(shè)施的沖擊小，延長了設(shè)備壽命;

4.3保護功能完善，安全性能高。系統(tǒng)具有完善的電氣安全保護功能，對過流、過壓、過載、缺水等故障均能報警并保護;

4.4 系統(tǒng)適應(yīng)性強，能耗低。系統(tǒng)能適應(yīng)從0到最大用水量的工作狀態(tài)，且系統(tǒng)都工作在最佳狀態(tài)，最大限度的降低了能耗，節(jié)約了供水成本。

5 注意事項及措施

5.1 最大程度的減小外界電磁干擾。

解決辦法：首先，在這些控制信號線的外層接屏蔽線，并在控制器的一邊或者變頻器的一邊選取一點作為屏蔽的接地點，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，如果屏蔽線在兩端都接地，會使屏蔽線上產(chǎn)生電勢差，形成新的干擾。其次，將模擬信號線和動力線分別走線，也能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

5.2避免形成系統(tǒng)震蕩。

解決辦法：一是選擇合理的壓力采集點，盡可能的避免出口流速對管網(wǎng)壓力的影響，一般選取在離水泵出水口較遠(yuǎn)的地方。二是根據(jù)電機功率合理設(shè)置控制器的加速時間，一般情況下，電機功率越大，其加減速時間也就越長。三是控制器和變頻器的加減速時間要一致，控制器的加減速時間設(shè)定應(yīng)大于或等于變頻器加減速時間。

參考文獻(xiàn)：

[1]康會峰，黃新春，王元.基于DSP的變頻恒壓供水模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用.《電機與控制應(yīng)用》.2010年5期

篇6

關(guān)鍵詞：PLC；變頻恒壓；供水系統(tǒng)

引言

在當(dāng)今社會的各個領(lǐng)域中都離不開供水系統(tǒng)，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定供水已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域關(guān)注的焦點。隨著科學(xué)技術(shù)的成熟，如何改善傳統(tǒng)供水壓力難以穩(wěn)定、設(shè)備浪費、供水安全事故等不良F象已提上日程。所以，本文充分結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，設(shè)計了一套基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)的基本原理

該變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計主要是為了滿足以下要求：

（1）保證供水時壓力恒定，并且在進(jìn)行換泵時水壓波動要小。

（2）有2臺運行，1臺備用水泵，運行水泵與備用水泵每10天進(jìn)行一次輪換。

（3）利用管網(wǎng)壓力傳感器實現(xiàn)變頻器的速度以及工頻運行、變頻運行的控制。

（4）當(dāng)水泵工頻運行的時候，由熱繼電器對電動機的過載進(jìn)行保護，注意要有報警信號指示。

該系統(tǒng)是利用壓力變送器FR-E700三菱變頻器、PIC、A/D模塊以及水泵等共同形成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。水泵的節(jié)能優(yōu)化控制主要是通過PIC對水泵運行的臺數(shù)及其運行速度進(jìn)行調(diào)整實現(xiàn)的，不但可以穩(wěn)定水壓，還可以充分節(jié)約電能，其供水系統(tǒng)的原理如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

在本閉環(huán)系統(tǒng)中，采用圖2所示的恒壓供水系統(tǒng)主電路接線方式。

如圖2所示，電動機M1由接觸器KM2控制，其變頻運行由接觸器KM1控制；電動機M2由接觸器KM4控制，其變頻運行由接觸器KM3控制；電動機M3由接觸器KM6控制，其變頻運行由接觸器KM5控制。變頻器的啟動由PLC的輸出端子Y0控制。熱繼電器FR1用于M1的過載保護；熱繼電器FR2用于M2的過載保護；熱繼電器FR3用于M3的過載保護。

圖3給出了該變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC接線圖。

接觸器KM1的線圈由Y1控制；接觸器KM2的線圈由Y2控制；接觸器KM3的線圈由Y3控制；接觸器KM4的線圈由Y4控制；接觸器KM5的線圈由Y5控制；接觸器KM6的線圈由Y6控制。考慮到電動機中可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，為應(yīng)對這種情況的發(fā)生應(yīng)當(dāng)注意設(shè)計電氣互鎖，為此可以在接觸器KM1、接觸器KM2的線圈內(nèi)串聯(lián)對方的常閉觸頭。

2.2 軟件設(shè)計

當(dāng)變頻恒壓供水系統(tǒng)在啟動運行時，1#泵的交流接觸器就會進(jìn)行吸合，從而使得電機和變頻器之間互相連通，這時變頻器的輸出頻率將會由0Hz逐漸上升至所設(shè)定的頻率。假使在用水高峰時期，管網(wǎng)中的水壓值過于偏低，但是變頻器的頻率值以已經(jīng)設(shè)置至上限的時候，此時，變頻器的OL端就會輸出頻率上限的信號，這樣PLC就會按照信號讓KM1斷開而使KM2吸合。這樣1#水泵的工況就會由變頻轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl，而此時KM3也會發(fā)生吸合，2#水泵將會啟動并處于變頻運行狀態(tài)。反之，假使是在用水低谷時期，這時變頻器的運行頻率通常偏低，管網(wǎng)中的水壓值處于過高狀態(tài)，變頻器的OL端就會輸出頻率下限信號，這樣PLC就會按照信號讓變頻泵停止運行，而另一臺水泵的工況就會由工頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l運行。

2.3 仿真與調(diào)試

欲達(dá)成恒壓供水的目標(biāo)，則應(yīng)該充分利用過程控制，而PLC則應(yīng)當(dāng)作為控制的中心，對壓力及流量變送器所反饋的信號進(jìn)行實時檢測，從而對水管中的壓力進(jìn)行有效控制。通過此方法還可以經(jīng)計算得到水泵輸出流量和每棟樓流量的關(guān)系，由此很容易檢測出管道中是否存在水的泄漏，并可以將相應(yīng)的處理結(jié)果在觸摸屏上顯示出來。在專家控制模式下，可以通過控制信號、水管壓力、流量計算以及電流感應(yīng)模塊的輸出信號對故障進(jìn)行判斷，如果有故障出現(xiàn)，那么有關(guān)故障點的報告將會顯示在觸摸屏上，同時系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的警報。并且在這種情況下，系統(tǒng)通常會自動切斷主線的電源，使工作的水泵停止運轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語

本文充分利用現(xiàn)代變頻技術(shù)，設(shè)計了一套基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠保證穩(wěn)定供水，提高系統(tǒng)安全性，還具備可靠的故障自診斷功能，實用性能良好。

參考文獻(xiàn)

篇7

【關(guān)鍵詞】變頻器；PLC；恒壓供水

1.引言

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活用水質(zhì)量的提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，已普遍用于居民用水系統(tǒng)。目前，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)仍使用傳統(tǒng)恒壓泵進(jìn)行切換加壓的供水方式，水壓不穩(wěn)，而且造成能源浪費。所以，開發(fā)可靠性高，價格優(yōu)廉、控制性能好的恒壓供水系統(tǒng)具有很高的實用價值。變頻恒壓供水方式與過去水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。本文采用PLC和變頻器實現(xiàn)恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計[2]。水壓波動小，運行平穩(wěn)。是當(dāng)今先進(jìn)合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。

2.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)采用兩水泵進(jìn)行供水，選用FRENIC 5000G11S變頻器，PLC選用歐姆龍小型PLC[3]，變頻調(diào)速控制是恒壓供水系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)由變頻器控制水泵將水直接加壓或減壓送至管網(wǎng)出口，根據(jù)測得的管網(wǎng)出口處的壓力，由壓力傳感器將壓力信號送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)壓力設(shè)定值與壓力實際值的偏差，對壓力進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出頻率給定信號IRF（4～20mA）給變頻器，變頻器根據(jù)頻率給定信號IRF控制水泵的轉(zhuǎn)速，并在PID調(diào)節(jié)器上設(shè)定壓力的上下限，PID將此信號送入PLC控制器，從而實現(xiàn)兩臺水泵之間的工頻、變頻的切換。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示：

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖

3.恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主電路設(shè)計

系統(tǒng)采用手動和自動兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動，壓力傳感器將母管壓力反饋給PLC，與預(yù)先設(shè)定的給定壓力比較，通過PID運算，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率[4]，以維持水壓恒定。若用水量大到1臺水泵全速運行也不能達(dá)到給定壓力時，PLC將該水泵由變頻運行投入到工頻運行，同時將另一臺水泵投入到變頻運行，增加管網(wǎng)供水量以保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供水量，整個系統(tǒng)保證變頻運行時只有1臺泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”順序關(guān)泵，既保證了系統(tǒng)有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現(xiàn)“繡死”現(xiàn)象。系統(tǒng)主電路圖如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)回路圖

3.2 控制電路設(shè)計

控制電路如下圖3所示，SB1控制系統(tǒng)的啟動，SB2控制系統(tǒng)的停止，當(dāng)水泵出現(xiàn)過載時，A5燈亮。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的變頻、工頻運行指示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運行指示燈。其PLC控制器的I/O點數(shù)分配如表1所示：

表1 I/0點數(shù)分配

輸入 輸出

啟動按鈕 0002 泵1變頻控制 0500

停止按鈕 0003 泵1工頻控制 0501

壓力上限信號 0004 泵2變頻控制 0502

壓力下限信號 0005 泵2工頻控制 0503

變頻器故障信號 0006 泵過載指示燈 0504

變頻器故障報警指示 0505

圖3 系統(tǒng)控制回路圖

4.PLC控制流程圖設(shè)計

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時監(jiān)控自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，PLC控制程序設(shè)計的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運行。PLC和變頻器是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數(shù)的設(shè)定。本系統(tǒng)采用手動或自動兩種工作方式，系統(tǒng)啟動后，泵1首先進(jìn)人變頻運行，當(dāng)檢測到壓力上限信號時，變頻泵切換為工頻，啟動另一臺泵變頻運行，當(dāng)檢測到壓力下限信號時，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖[5]如圖4所示：

圖4 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計流程圖

5.結(jié)論

由OMRON C系列小型PLC控制器結(jié)合富士FRENIC 5000G11S系列變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統(tǒng)，達(dá)到恒壓供水的目的，實現(xiàn)真正意義上的無人值守的起閉、循環(huán)切換水泵。由于變頻器具有軟啟動的功能，消除了啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊，從而延長泵的使用壽命。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統(tǒng)。實際運行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動化程度高、便于維護和高節(jié)能性等特點，具有很大的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]魏景田.基于變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)[J].科技資訊，2008（2）：48-49.

[2]李麗敏，葉洪海，張玲玉.PLC恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計[J]自動化與儀器儀表，2008（01）：19-25.

[3]鄭平，范學(xué)玲，趙振林.基于PLC與變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計[J].硅谷，2010（12）：57.

[4]周雄，王浩.論變頻控制節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].貴州科學(xué)（增刊），2007，25：334-338.

篇8

關(guān)鍵詞：PLC；恒壓供水；自動控制系統(tǒng)；設(shè)計要點

引言：隨著對住宅小區(qū)和企事業(yè)單位供水質(zhì)量要求的不斷提高，傳統(tǒng)的水塔式供水方式和直接水泵加壓等供水方式已經(jīng)不能滿足人們生產(chǎn)生活的需要。由于用戶用水在高峰和低谷時用水量相差很大，不利于設(shè)備的經(jīng)濟運行，降低了供水設(shè)備尤其是電機的使用壽命，浪費了大量的電能。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，恒壓變頻供水設(shè)備開始應(yīng)用到多層住宅小區(qū)及企事業(yè)單位的供水，提高了供水質(zhì)量，節(jié)約了大量電能。下面以一個住宅小區(qū)的變頻恒壓供水設(shè)備為例，介紹變頻調(diào)速技術(shù)的恒壓供水自動控制系統(tǒng)。

一、工程案例分析

廣東廣州市某住宅小區(qū)共有住宅樓15 幢，最高為9層，每幢由兩根DN50 水管并聯(lián)供水，進(jìn)入小區(qū)總管為一根DN100 水管。設(shè)計流量為40t/h，需增補揚程20m，以保證出水壓力達(dá)到0.31MPa。

二、恒壓供水系統(tǒng)的組成及工作原理

1、恒壓供水系統(tǒng)

小區(qū)的恒壓供水系統(tǒng)由2 臺變頻電機拖動的水泵機組、1 臺泵類專用變頻器、1 臺可編程控制器PLC，再加上電磁閥、壓力傳感器等組成，如下圖1 所示。

該系統(tǒng)的工作過程如下：蓄水池隔離市政的自來水網(wǎng)和小區(qū)供水系統(tǒng)，起到一定的緩沖作用。小區(qū)供水系統(tǒng)由2 臺水泵機組加壓供水。系統(tǒng)啟動時，變頻器控制1 臺變頻電機低轉(zhuǎn)速啟動，通過變頻器逐步提高水泵轉(zhuǎn)速，出水口壓力傳感器將水壓信號反饋給PLC 從而調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，如果第1 臺電機傳速調(diào)節(jié)到最高時出水口壓力仍然達(dá)不到設(shè)定值，則需要增加另一臺水泵。增加水泵時，首先將第1 臺水泵從變頻器供電通過接觸器組轉(zhuǎn)換到由電網(wǎng)直接供電，即由變頻轉(zhuǎn)換到工頻。然后通過變頻器控制第2 臺變頻電機軟啟動，逐步增加第2 臺電機的轉(zhuǎn)速，直到出水口的水壓達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用戶的用水量較小時，1 臺電機就可以滿足水壓的要求，用水高峰時，2 臺電機同時投入運行。2 臺電機互為備用，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，而且在用水低谷時，還可以對電機進(jìn)行必要的維護檢修。

2、采用PLC 控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有以下優(yōu)點：

⑴供水質(zhì)量提高，水壓穩(wěn)定，得到了用戶的肯定。

⑵操作控制簡單。通過PLC 和變頻器還可實現(xiàn)對系統(tǒng)的過流、過熱、過壓、短路等保護功能。減輕了設(shè)備維護人員的勞動強度，延長了設(shè)備的壽命。

⑶節(jié)約資源。變頻器的容量小于系統(tǒng)的總?cè)萘浚蟠蠼档土穗娍叵到y(tǒng)的造價。同時由于采用了變頻調(diào)速技術(shù)，電能消耗大為減少。

三、恒壓供水自動控制系統(tǒng)的設(shè)計要點

1、啟動階段自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)開始工作時，壓力傳感器將水壓信號送到PLC控制器，開始時水壓低于設(shè)定值，啟動升速程序。把第1臺電機接入變頻器輸出電路，變頻器初始輸出頻率為35Hz，電機低轉(zhuǎn)速啟動，控制水泵電機逐漸升速，同時管網(wǎng)電壓上升。當(dāng)水壓達(dá)到設(shè)定值時，變頻電機在此頻率下穩(wěn)定運行，進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)，并保持水壓恒定。若變頻電機頻率達(dá)到電網(wǎng)工頻時，水壓還未達(dá)到設(shè)定值，此時PLC 給出信號至接觸器組。接觸器組將第1 臺電機切換至工頻電網(wǎng)，同時發(fā)出指令使第2 臺電機接入變頻器，變頻器輸出頻率為35Hz，第2 臺水泵啟動并調(diào)速至水壓的設(shè)定值，達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài)使水壓保持恒定。

2、穩(wěn)定運行狀態(tài)的自動控制系統(tǒng)設(shè)計

進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，控制系統(tǒng)框圖如下圖2 所示。

為了防止各種擾動如用水負(fù)荷的波動對水壓造成的影響，壓力傳感器將管網(wǎng)水壓信號與給定水壓比較后通過PID 環(huán)節(jié)送至變頻器，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率從而保持水壓的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的PID 調(diào)節(jié)器算法為：

關(guān)于P 值，I 值，D 值的設(shè)定可采用在經(jīng)驗值指導(dǎo)下的測試法，力爭短時間內(nèi)完成參數(shù)設(shè)定，避免對外界和設(shè)備本身造成不良影響。設(shè)定的依據(jù)：增益P 值大，反應(yīng)快，有利于減少靜態(tài)誤差（即供水管網(wǎng)的實際壓力與恒壓給定值的差值），但是P 值過大，系統(tǒng)將產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性變壞。積分I 值越小振蕩作用越強烈，應(yīng)適當(dāng)增大I 值，減少振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是積分時間太長又會發(fā)生當(dāng)實際管網(wǎng)水壓急劇變化時難以迅速恢復(fù)的情況，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差。微分D 值時間愈短，微分作用愈弱，減少D 值，有利于減少調(diào)節(jié)時間，克服因積分時間太長而使系統(tǒng)恢復(fù)時間過長。P，I，D 經(jīng)驗值和參數(shù)設(shè)定依據(jù)，在測試過程中依照先比例后積分的原則對系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。依據(jù)筆者多年的經(jīng)驗，確定了參數(shù)的大致范圍：當(dāng)P 參數(shù)設(shè)定為1.4，I 參數(shù)設(shè)定為20，D 參數(shù)設(shè)定為0.5 時，效果較令人滿意。應(yīng)注意本文給出的僅是參考值，在PID 產(chǎn)生的控制作用中，某部分的減少往往可由其他部分的增大來補償，因此不同的設(shè)定參數(shù)完全可得到同樣令人滿意的控制效果。

對于居民小區(qū)，用水高峰集中在早、中、晚3 個時段，而在深夜則用水量處于低谷。改變不同時段的壓力給定值，則更能起到節(jié)能的作用。每個時段內(nèi)的壓力給定值是根據(jù)日用水量變化情況設(shè)定的。在PLC 控制程序中根據(jù)時段的不同，設(shè)定不同壓力值，在深夜，給定值小些；在用水高峰期，給定值大些。工作時，控制程序按不同時段自動給出壓力給定值，無需人工干預(yù)。

3、加泵、減泵控制

當(dāng)變頻器輸出頻率最高水壓仍不能滿足要求，則需要進(jìn)行加泵操作。第1 臺電機由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換，時間應(yīng)盡可能短。因為電機脫離變頻后，在水壓的作用下，電機轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時間過長，會導(dǎo)致電機啟動電流增加。同時第2 臺電機接入變頻器啟動。如果兩臺電機同時運行時，由于用水負(fù)荷減小，第2 臺電機轉(zhuǎn)速調(diào)到最低，實際管網(wǎng)壓力仍然超出設(shè)定值，則進(jìn)行減泵操作。將第1 臺電機從電網(wǎng)斷開。為了防止出現(xiàn)反復(fù)加泵、減泵的現(xiàn)象，在PLC 程序設(shè)計中，引入滯環(huán)控制。程序中加泵、減泵的切換設(shè)定值不是剛好等于設(shè)定值，加泵時設(shè)定值為“設(shè)定值-”，減泵時設(shè)定值為“設(shè)定值+”。的大小根據(jù)水壓控制精度要求而進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

4、人機交互界面的設(shè)計

人機交互界面應(yīng)當(dāng)提供相應(yīng)的操作控制界面，提供相應(yīng)故障報警信息等。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供自動控制模式和人工控制模式兩種。在自動控制模式下，如果發(fā)生停電或其他意外情況使水泵停機，系統(tǒng)能夠在下次供電時重新啟動。這樣，供水站平時就可無人值守，有利于減輕工作人員的勞動強度，節(jié)約勞動力資源。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠切換到手動控制方式，保證連續(xù)供水。

四、結(jié)束語

總之，變頻恒壓供水系統(tǒng)是值得大力推廣的一項技術(shù)，不但可應(yīng)用于新建小區(qū)的供水系統(tǒng)，也可應(yīng)用到原有供水設(shè)備的改造中。實踐運行表明，該系統(tǒng)投入使用后系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定，控制精度高，運行可靠，且具有良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

【1】喬維德. 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在PLC 恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣傳動自動化,2007,29(2).

【2】謝仕宏,朱曉聰,姜麗波,模糊PID 控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報,2007,25(2).

篇9

關(guān)鍵詞：PLC；住宅小區(qū)；變頻恒壓；供水系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）35-8168-04

黨的十已經(jīng)明確提出“節(jié)能、環(huán)保，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國”的主要精神，在我們這個水資源和電能短缺的國家，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。傳統(tǒng)小區(qū)供水方式有：水塔高位水箱供水、恒速泵直接供水系統(tǒng)、恒速泵加氣壓罐的供水方式、變頻調(diào)速供水等方式，這些供水方式普遍存在可靠性差、效率低、自動供水系統(tǒng)化程度不高等缺點，難以滿足當(dāng)前住宅小區(qū)生活的需要。經(jīng)過變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代變頻恒壓供水技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保和能夠提供高質(zhì)量水源等特點，廣泛用于很多住宅小區(qū)及樓層較高的建筑的消防、生活供水系統(tǒng)中。

本文依據(jù)某住宅小區(qū)用戶對供水系統(tǒng)的要求，確定工控設(shè)備西門子S7-200 PLC和西門子MM420變頻器作為主要控制設(shè)備來設(shè)計變頻恒壓供水系統(tǒng)，并通過抄表系統(tǒng)實現(xiàn)用水量的計算，通過組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作的作用，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行效果。

1 控制系統(tǒng)的基本要求、組成和工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)控制的基本要求如下：①供水壓力基本恒定，換泵時的水壓波動小；②共有4臺水泵，3臺主水泵，1臺輔助泵；③變頻器的速度以及工、變頻運行由管網(wǎng)壓力變送器來控制；④通過脈沖式水表可以完成用水量的計量；⑤通過組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定的住宅小區(qū)變頻恒壓供水控制過程。

本系統(tǒng)是通過閉環(huán)控制系統(tǒng)達(dá)到控制管道內(nèi)水壓的作用，也就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、水泵、PLC以及壓力變送器等構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

針對目前住宅小區(qū)供水系統(tǒng)存在的問題：主要表現(xiàn)在用水高峰期，特別是早、晚兩個時間段，正是人們燒飯洗衣服的時候，這時管網(wǎng)中的水的需求量大大高于供給量，水泵提供的管道中水的壓力不斷降低，出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象。除了早、晚兩個時間段以外的時間，即用水低峰期，這時用水量大大降低，管網(wǎng)中水的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于供給量，水泵提供的管道中水的壓力不斷升高，出現(xiàn)供過于求的現(xiàn)象，這樣有可能使水管爆裂，甚至損壞用水設(shè)備，造成能源的浪費。本系統(tǒng)主要通過西門子S7-200 PLC 對水泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制，通過西門子MM420變頻器調(diào)整水泵的運行狀態(tài)和運行臺數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定水壓和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)通過壓力變送器采集管道中水壓信號，PLC采集到該信號后，由A/ D轉(zhuǎn)換模塊將采集信號值與設(shè)定值進(jìn)行比較，西門子S7-200 PLC能夠進(jìn)行PID控制，PID是比例、積分、微分的縮寫，比例調(diào)節(jié)的作用是能夠加快調(diào)節(jié)速度，積分的作用是減小誤差，從而消除靜差，微分的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。供水壓力經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出量將通過交流接觸器組切換后輸出給水泵的電動機，最終由PLC根據(jù)頻率變化來控制水泵的運行數(shù)量和工變頻運行狀態(tài)，以此來確保管道水壓的穩(wěn)定。變頻恒壓供水系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

利用西門子MM420變頻器、西門子S7-200PLC、壓力變送器等器件構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)水泵的工變頻情況，實現(xiàn)變頻恒壓供水。

2.1 主電路電氣原理圖

變頻恒壓供水系統(tǒng)總電路圖如圖3所示，接觸器KM1、KM3、KM5分別控制1#電機、2#電機、3#電機的變頻運行，接觸器KM2、KM4、KM6分別控制1#電機、2#電機、3#電機的工頻運行，接觸器KM7控制輔助泵的工頻運行，PLC的模擬輸出端子M、V控制變頻器的運行。為了更好地保護電機的運行，在電路中加入熱繼電器，它的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構(gòu)來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現(xiàn)電動機斷電停車，起到過載保護的作用。FR1、FR2為1#電機、2#電機過載保護用的熱繼電器，F(xiàn)R3、FR4為3#電機、輔助泵過載保護用的熱繼電器。

2.2 PLC的I/O分配表、接線圖和變頻器設(shè)置

本系統(tǒng)PLC的I/O分配見表1，系統(tǒng)的PLC接線圖如圖4所示，PLC的輸出端子Q0.0～Q0.6分別控制中間繼電器KA1～KA7的線圈。系統(tǒng)管網(wǎng)壓力值由外部設(shè)定，管網(wǎng)實際壓力信號由壓力變送器輸入到PLC的模擬輸入端A+，PLC控制變頻器，變頻器再通過接觸器線圈實現(xiàn)電機工頻運行或變頻運行的切換，控制水泵的運行狀態(tài)和運行數(shù)量。

本系統(tǒng)采用的是西門子變頻器MM420，它可以設(shè)置電動機的額定電壓、額定頻率等參數(shù)，能夠保證供水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，具體參數(shù)設(shè)置見表2。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本供水系統(tǒng)主要用于住宅小區(qū)生活用水，其用水量主要集中在早、晚兩個時間段，早上用水量主要集中在6點-9點這個時間段，晚上用水量主要集中在18點-22點這個時間段，除了這兩個時間段以外，平時都處于低流量狀態(tài)。與通常的工頻氣壓給水設(shè)備相比，采用變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)低流量時的恒壓供水節(jié)能效果可達(dá)30%。

系統(tǒng)啟動運行時，首先啟動輔助泵工頻運行供水，當(dāng)用水量增大，當(dāng)前管網(wǎng)壓力小于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，1分鐘后，PLC通過變頻器啟動l#水泵變頻運行，同時關(guān)閉輔助泵的運行。在l#水泵變頻運行（從0Hz向上調(diào)整）中，PLC根據(jù)水壓變化進(jìn)行PID調(diào)節(jié)來控制流量，維持水壓。當(dāng)1#水泵變頻運行到50Hz時，如果用水量繼續(xù)增加，當(dāng)前管網(wǎng)壓力仍小于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，1分鐘后，由PLC給出控制信號，將l#水泵與變頻器斷開，l#水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，同時變頻器啟動2#水泵變頻運行。系統(tǒng)工作于l#水泵工頻、2#水泵變頻的兩臺水泵并聯(lián)運行的供水狀態(tài)。若用水量繼續(xù)增加，兩臺水泵也不能滿足水壓要求時，將按上述過程繼續(xù)增開水泵臺數(shù)，直到滿足設(shè)定壓力。整個過程中只有一臺水泵工作在變頻狀態(tài)。

當(dāng)用水量減少，當(dāng)前管網(wǎng)壓力大于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，將當(dāng)前供水狀態(tài)中工作在工頻方式的3#水泵轉(zhuǎn)為變頻運行，當(dāng)3#水泵運行頻率下降到0Hz，當(dāng)前管網(wǎng)壓力仍大于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，1分鐘后，將3#水泵停止，2#水泵投入變頻運行，當(dāng)2#水泵運行頻率下降到0Hz，當(dāng)前管網(wǎng)壓力仍大于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，1分鐘后，將2#水泵停止，1#水泵投入變頻運行（從高頻率向下調(diào)整）直到滿足設(shè)定壓力。

當(dāng)系統(tǒng)處于單臺主水泵變頻供水狀態(tài)時，若用水量減少，當(dāng)前管網(wǎng)壓力仍大于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，1分鐘后，關(guān)閉變頻器運行，啟動輔助泵維持供水，達(dá)到了節(jié)能的目的。

本系統(tǒng)采用了三臺主水泵和一臺輔助穩(wěn)壓泵供水，其中只有主水泵參與變頻運行，共有10種有效供水狀態(tài)，具體如表3所示。各供水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5所示。

設(shè)置運行和備用的轉(zhuǎn)換時間以保證所有水泵的均衡使用。PLC程序流程見圖6。

4.1抄表系統(tǒng)

脈沖水表是普通發(fā)訊水表加上電子采集模塊而組成，電子模塊完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、存儲并將數(shù)據(jù)通過通信線路上傳給中繼器、或手持式抄表器。表體采用一體設(shè)計，它可以實時地將用戶用水量記錄并保存，每塊水表都有唯一的代碼，當(dāng)脈沖水表接收到抄表指令后可即時將水表數(shù)據(jù)上傳給管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過設(shè)計抄表程序，實現(xiàn)對水表脈沖的讀取和累計，并實現(xiàn)用水量的計算。

4.2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用力控組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)計，達(dá)到實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作的作用，主要實現(xiàn)以下功能：

1）通過上位機能檢測 “當(dāng)前工作狀態(tài)”、“1#水泵”、“2#水泵”、“3#水泵”、“輔助泵”的工作狀態(tài)；

2）通過上位機能檢測“供水管道壓力”、“水表數(shù)據(jù)”、PID“ 輸出值”，其中“供水管道壓力”能通過曲線反映出來；

3）在上位機上能通過“啟動”和“停止”按鈕控制PLC自動控制程序的啟停；

4）通過上位機能修改和設(shè)定“供水管道壓力”、“比例系數(shù)”、“積分時間”、“微分時間”，并實現(xiàn)穩(wěn)定的變頻恒壓供水控制流程。

5 結(jié)束語

本文就某住宅小區(qū)恒壓供水的實際要求，采用基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，并通過抄表系統(tǒng)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對供水系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控與管理，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱玉堂.變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究開發(fā)及應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2005.

[2] 胡盤峰，陳慧敏.基于PLC的新型變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計[J].機械工程與自動化，2011（2）.

[3] 方桂筍.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計[D].蘭州理工大學(xué)，2008.

篇10

關(guān)鍵詞：供暖熱網(wǎng)；自動控制；變頻器；節(jié)能

中圖分類號：TE44文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

2 變頻恒壓補水系統(tǒng)的技術(shù)分析

在供暖熱網(wǎng)中，供熱系統(tǒng)正常供熱運行的基本前提是維持系統(tǒng)恒壓。水泵一般是按供水系統(tǒng)在設(shè)計時的最大工況需求來考慮的，而供水系統(tǒng)在實際使用中，大多電機拖動設(shè)備都存在裕量較大的問題，且運行中很多時間不能達(dá)到用水的最大量。一般用閥門調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來節(jié)流，但會造成電機用電損失。而變頻恒壓補水系統(tǒng)以變頻調(diào)速為核心，集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體，對水泵電機實行無級調(diào)速，依據(jù)用水量及水壓變化通過微機檢測、運算，自動改變水泵轉(zhuǎn)速保持水壓恒定以滿足用水要求，取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備。

它具有起動平穩(wěn)、起動電流小的特點，并可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；采用補水泵變頻調(diào)速定壓后，通過改變補水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)補水供應(yīng)，使系統(tǒng)工作狀態(tài)更加平緩穩(wěn)定，并可通過降低轉(zhuǎn)速節(jié)能收回投資，最終達(dá)到高效率的運行目的。由于補水泵的平均轉(zhuǎn)速降低，還可延長泵和閥門等配件的使用壽命、消除起動和停機時的水錘效應(yīng)。此外，采用改造后的系統(tǒng)為供熱管網(wǎng)進(jìn)行補水，可以方便地實現(xiàn)補水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，提高供水效率。因此，設(shè)計變頻調(diào)速的恒定水壓補水系統(tǒng)后，不論是投資、運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有非常大的優(yōu)勢。

3 變頻恒壓補水的工作原理及控制過程

3.1 工作原理

在實際工作生產(chǎn)中，變頻恒壓補水的工作原理是根據(jù)鍋爐水位的變化來控制補水泵的轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)調(diào)節(jié)補水量的目的。變頻恒壓補水控制系統(tǒng)主要采用變頻器、可編程控制器、PID 調(diào)節(jié)器、低壓電氣、壓力傳感器及現(xiàn)場總線技術(shù)等，對水泵進(jìn)行恒壓調(diào)速。它通過壓力傳感器跟蹤管網(wǎng)壓力變化，壓力傳感器取出補水泵出口信號 （采暖系統(tǒng)恒壓點的壓力信號），反饋給微機控制器，與給定壓力比較后，由調(diào)節(jié)器輸出的電流調(diào)節(jié)信號，控制變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)數(shù)，以改變補水泵流量，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)(PID)，使補水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，補水量相應(yīng)增大；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，補水量亦相應(yīng)減小，這樣就保證了供暖管路對水壓和水量的要求，同時達(dá)到了提高供水效率的目的。

當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)泵停止時即靜止?fàn)顟B(tài)時，補水泵按靜態(tài)設(shè)定壓力穩(wěn)壓，并保證系統(tǒng)最高位置的水位，防止出現(xiàn)局部無水。當(dāng)循環(huán)泵啟動后，系統(tǒng)補水泵按動態(tài)設(shè)定壓力進(jìn)行恒壓補水。動態(tài)設(shè)定壓力一般低于靜態(tài)設(shè)定壓力 0.1 MPa，當(dāng)系統(tǒng)水溫逐漸升高，系統(tǒng)水體積逐漸增大，其壓也會逐漸提高，這時微機會控制水泵減速使水體積和膨脹體積相互抵消，完成補水壓力的閉環(huán)控制，從而達(dá)到系統(tǒng)壓力穩(wěn)定和節(jié)約電能的目的。變頻恒壓自動補水泵調(diào)速構(gòu)成框圖見圖 1。

調(diào)節(jié)過程：補水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。變頻器接受 PID調(diào)節(jié)器的信號對水泵進(jìn)行速度控制，壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，把信號傳給 PID 調(diào)節(jié)器，通過PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.2 變頻恒壓補水系統(tǒng)控制回路

該系統(tǒng)具有手動和自動 2 種控制方式，操作簡單，調(diào)整系統(tǒng)組態(tài)靈活方便，保證系統(tǒng)檢修時和變頻調(diào)速器故障時仍能正常補水。當(dāng)將選擇控制方式旋鈕 SA1 旋至手動位置時，系統(tǒng)即進(jìn)入手動運行方式 （此方式只在變頻器損壞或水泵巡檢時使用），此時可通過按動控制柜上的按鈕 SB1 或 SB3 來實現(xiàn)直接工頻啟動補水泵電機。當(dāng)將選擇控制方式旋鈕SA1 旋至自動位置時，系統(tǒng)即進(jìn)入自動運行方式，此時通過按動控制柜上的按鈕 SB5 啟動變頻器，變頻器即可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定實現(xiàn)自動恒壓補水控制。系統(tǒng)控制回路示意圖見圖 2。

4 系統(tǒng)控制設(shè)備的特點與節(jié)能效果分析

該系統(tǒng)控制設(shè)備由于采用觸摸屏及 PLC 控制，其具有控制靈活方便、抗干擾能力強、應(yīng)用范圍廣、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，通過在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時等操作指令，并由數(shù)字量、模擬量的輸入輸出，控制整個恒壓供水工作過程。它還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線監(jiān)測和參數(shù)測量，當(dāng)產(chǎn)品需要升級改型時，只需修改程序即可，操作非常方便。操作者可以通過顯示屏及時了解水泵運行的狀況，實現(xiàn)了智能化控制，降低了操作人員的工作強度，提高了補水及循環(huán)泵運行壓力的平穩(wěn)性能，保持了供熱管網(wǎng)及供熱設(shè)施壓力的恒定，從而起到很好的保護作用。

由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機） 的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚程與水泵 （電機）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積，故水泵的軸功率與水泵的轉(zhuǎn)速的 3 次方成正比 （既水泵的軸功率與供電頻率的 3 次方成正比）。根據(jù)上述原理可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。流量基本公式：

Q∝N （1）

式中：Q 為流量；N 為轉(zhuǎn)速；H 為揚程；P 為軸功率。

理論計算表明：當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速降低 10%時，軸功率降低約 27.1%；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速降低 20%時，軸功率降低約 48.8%。當(dāng)水泵運行時的平均流量為額定流量的 40%～50%時，變頻調(diào)速泵的節(jié)能效果可達(dá)50%左右，能耗大大降低，因此節(jié)能效果十分明顯。

5 結(jié)束語

隨著人們對供暖質(zhì)量和要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計出高性能、高節(jié)能、適應(yīng)供暖復(fù)雜環(huán)境的恒壓補水系統(tǒng)已成為必然趨勢。對原供熱補水系統(tǒng)進(jìn)行改造，實現(xiàn)變頻恒壓自動補水系統(tǒng)，其節(jié)能效果顯著，穩(wěn)定性大大提高。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式，與通過調(diào)節(jié)閥門開度控制水泵出口壓力的方式相比較。該系統(tǒng)不僅可以根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供暖管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。由于補水泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，水泵的使用壽命也大大提高。此外，因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作。系統(tǒng)正常運行時，通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)約了人力物力。通過該系統(tǒng)的實際運行效果表明，采用這種設(shè)計方案后，不僅全面提升了工人村區(qū)域供暖補水系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)和經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，而且為整個供熱管網(wǎng)能夠更加平穩(wěn)、有效的運行提供了可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

1.芮延年. 機電傳動控制[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

2.曾 毅. 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護[M]. 濟南：山東科技出版社，1999.

3.吳中俊，黃永紅. 可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

4.王積偉，吳振順. 控制工程基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社.，2001.