恒压变频供水范文

恒压变频供水范文（精选12篇）

恒压变频供水 第1篇

1 主要技术参数

水泵:扬程32m, 额定电压380v, 额定电流42A, 额定频率50HZ, 额定功率22KW, 额定转速2848r/min;

变频器:输入电压380~480v, 额定功率0.55~280KW;

压力变送器:测量范围0~0.8MP, 反馈电流4~20m A;

流量调节范围0~1600m/h;运行方式为单台交换、多台交互并联;

控制方式泵出口变压或出口恒压;调节方式CP、PT调节;

启动方式正常时变频启动, 非正常时工频全压或降压启动;

操作方式有变频自动、工频自动、手动;

内存程序数量及转换方式2*n (水泵台数) 个程序, 用开关转换。

2 优点

2.1变频恒压供水能自动维持恒定压力, 无级调整压力, 供水质量好, 与传统供水比较, 不会造成管网憋压及开水龙头时的共振现象。2.2

2.2避免了泵的频繁启停, 而且启动平滑, 减少了电机水泵的启动冲击, 增加了水泵的使用寿命, 也避免了传统供水的水锤现象。

采用变频恒压供水, 系统自动检测供水压力, 控制水泵电机转速, 达到节能效果, 且延长了水泵的使用寿命。另外, 变频恒压供水系统保护功能齐全, 具有欠压、过流、过载、过热、缺相、短路保护等功能, 使电动机的安全可靠运行有了保障。

3 缺点

当压力变送器损坏或其它方式使压力变送器发送给变频器控制系统错误信号, 导致水泵持续向系统管网供水压力失控, 多处接水表垫子、阀门垫子刺漏。

4 运行方式

单台变频器控制2台水泵的控制方式, 控制原理如下:根据系统用水的变化, 控制2台水泵按 (1) ~ (2) ~ (3) ~ (4) ~ (1) 的顺序运行, 以保证正常供水。开始工作时, 系统用水量不多, 只有1号泵在变频控制下运行, 2号泵处于停止状态, 控制系统处于状态 (1) 。

当用水量增加, 变频器输出频率增加, 则1号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动2号泵电机, 控制系统处于状态 (2) 。

当系统用水高峰过后, 用水量减少时, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已满足系统用水的要求, 此时, 通过系统控制, 可将1号泵电机停运, 2号泵电机仍由变频器电源供电, 这时控制系统处于状态 (3) 。

当用水量再次增加, 变频器输出变频增加, 则2号水泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动1号泵电机, 控制系统处于状态 (4) 。

当控制系统处于状态 (4) 时, 用水量有减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有一台水泵工作已能满足系统供水要求, 此时, 通过控制系统的控制, 可将2号泵电机停运, 1号泵电机仍由变频器供电, 这时, 控制系统又回到了状态 (1) 。如此循环往复的工作, 以满足系统供水的需要。

5 压力变送器故障及处理

5.1出口管线压力变送器下方安装水嘴或阀门:新来值班人员在压力变送器下方取样水嘴上接了一根水管打扫卫生, 造成压力变送器处压力降低, 传送给控制系统虚假信号, 使两台水泵同时运行其中变频运行的水泵频率也快要达到工频运行, 致使系统管网压力达到0.45MP, 小区内多处阀门垫子、水表垫子管线刺漏, 平时运行管网压力保持在0.3~0.33MP。

5.2故障原因分析及处理。未及时对新来的值班人员进行培训;拆除取样水嘴或悬挂警示牌;定期更换压力变送器、电接点压力表或效验;利用春检停电停水时在总出口处加装电接点压力表, 设定电接点压力表上限0.35MP, 当压力变送器损坏时系统管网压力达到0.35MP时, 中间继电器KA线圈得电电磁铁吸合, 带动KA辅助触点KA1、KA2闭合, KA1、KA2分别与1#、2#停止按钮并接, 1#或2#电机停止运行待值班人员查明原因再次启泵。

加装电接点压力表后, 对供水系统进行试运行, 经过多次试验实现恒压供水的同时避免压力变送器失控使系统管网压力升高到设定压力时及时停泵减少了管网接口或水表垫子刺漏的隐患。为持续供水提供了保障。

参考文献

[1]杜金城.电气变频调速设计技术.北京:中国电力出版社, 2001.4.

变频恒压供水系统设计与研究 第2篇

[摘要]本设计研究的系统是利用变频器的PID性能设计的一种恒压供水系统。具体是以管网水压（或用户用水流量），利用压力传感器传送的信号值为设定参数，通过微机（PLC可编程控制器）控制变频器的输出频率，从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节（PID），使供水系统自动恒稳，即实现恒压供水的一套系统。采用该设备不需要建造高位水箱、水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备，既有广泛的研究与实用推广价值。

[关键字] 变频器

恒压供水PLC PID

前 言

在社会的快速发展下，居民人数的增多，导致很多的城市居民家庭用水困难，特别是那些老式住房的居民，紧紧依靠高位水塔和压力罐来提供水源已不能满足居民的要求。高位水塔占用空间大，距地面较高，容易氧化，最主要的是储存的水量有限对现代居民来说很不方便。压力罐供水原理是利用密封的罐体，使局部增压达到供水目的，具体工作顺序是由水泵将水通过逆变止阀压入罐体使罐体内气体受到压缩，压力逐渐增大，当压力达到指定上限时电接点压力表通过控制柜使泵机自动停止，设备中的水压高于外界压力，自动送至供水管网，当罐体内水位下降，气压减少到指定的下限位置时，电接点压力表通过控制柜使水泵重新启动，如此反复，使设备不停地供水，当罐内气体不足时，补气阀可自动补气。虽然压力罐供水能够满足现代居民的用水量，但在用水高峰时，水泵启动频繁，每次启动都会有较大的电流对电网冲击，水泵的损坏较大，每次进行维修水泵都要花费一笔不小的费用。

随着电力技术的发展，变频器调速技术的日益完善，以变频器为核心的智能供水控制系统取代了以往的高位水箱和压力罐等供水设备，启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应，其稳定安全的运行性能，简单方便的操作方式，以及齐全周到的功能，将使供水实现节水，节电，节省人力，最终达到高效率的运行目的。其工作原理是变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经变频器的内置PID调节器运算后，调节输出超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC进行变频泵的逻辑切换，为防止水锤现象的产生，泵的启停将联动其出口阀门。

一、方案选定

变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。

近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势：

1.高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。2.占地面积小，投入少，效率高。

3.配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。

4.运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。

5.由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变大，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。

6.操作简便，省时省力。

变频恒压供水系统以管网水压(或用户用水流量)为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备。

二、系统元器件的选择(一)变频器的选择 1.变频器型号

根据不同负载对机械特性的不同要求选择变频器型号有所不同。

（1）风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求低可选用简易型的变频器或风机，泵类专用变频器，这类专用变频器具有工频，变频的切换功能，多泵切换功能和PID功能。可通过参数设定完成一些控制任务，易于实现。

（2）恒转矩负载，多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面一般要求不高。

（3）要求响应快的系统，所谓响应快是指实际转速对于转速指令的变化跟踪的快，从负载变动等急剧外界干扰引起的过渡性速度变化中恢复得快，（4）被控对象具有一定的动态，静态指标要求，这类负载一般要求低速时有较硬的机械特性，并且有一定的调速精度，在动态性能方面无较高的要求就能满足生产工艺对控制系统的动态，静态指标要求，如果控制系统采用开环控制，可选用具有无速度反馈的矢量控制功能的变频器。

（5）被控制对象具有较高的动态，静态指标要求，对于调速精度和动态性能指标都有较高的要求，以及要求精度同步运行等场合，可选用带速度反馈的矢量控制方式变频器。

变频器容量的选择是一项重要而复杂的问题，要考虑变频器容量和电机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效转矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备的投资，选择变频器容量时，变频器的电流是一个关键量。变频器的容量应按运行时可能出现的最大工作电流来选择。

选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波，会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流增加10％而温升增加约20％。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这中情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

变频器的选择依据是水泵电机的负载特性和电机的额定参数。2．变频器ACS510及其特点

根据以上选择参考分析，本设计选用ACS510系列变频器。ACS510是ABB又一款杰出的低压交流传动产品，它可以简单地购买，安装，配置和使用，可节省 4

相当多的时间。ACS510传动应用于广泛的工业领域，适用各种类型负载。ACS510还针对风机水泵应用作了特别的优化，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，地铁和隧道通风等。该设备具有以下主要特点：

（1）完美匹配风机和水泵：增强的PFC应用，最多可控制7台泵；SPFC循环软启功能可依次调节每个泵；超越模式应用于隧道风机的火灾模式；两个独立的内置PID调节器PID1和PID2，PID1可设置两套参数，通过PID2可控制一个独立的外部阀门。

（2）更经济：噪音最优化，当传动温度降低时增加开关频率，负载降低时自动降低电机磁通，简单安装，容易连接电缆，多种I/O和即插式可选件方便地连接到现场总线上。

（3）更环保：EMC适用于第一及第二环境的RFI滤波器作为标配，变感量电抗器可根据不同负载匹配电感量，抑制和减少谐波。

该系列变频器针对水泵，风机负载设计了多种应用宏，根据不同的控制宏要求，选择相应的宏，变频器有不同的默认设置，可实现接线最少，参数设置最简化的特点。针对该类负载，该系列变频器增设了睡眠控制功能。3.ABB产品信息

ACS400变频器在2.2-37KW的功率范围内，节约能源，控制准确,安全可靠,铸铝件和塑料件的使用,保证了足够的加工精度,ACS400预置了九种应用宏.主电源：230—500V50/60HZ控制电源：115—230V.在励磁部分中采用了最新的IGBT控制技术，不再需要磁场电压匹配变压器，磁场进线熔断器和电抗器也已集成在DCS400模块中。由于磁场部分采用了三相进线供电方式，且直接取自为电枢供电的三相电源，因而DCS400不再需要单独的磁场电源进线。DCS400拥有多种调试工具。在调试向导的引导下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程，DCS400的典型调试时间为15分钟。

（二）PLC的的特点及选型 1.PLC特点及应用

可编程控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻 5

辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序(步进)控制，还具有了模拟量控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网等功能。

由于可编程控制器可通过软件来改变控制过程，并且编程简单，同时采用了模块化结构设计，易于扩展和拆装，因而具有体积小，功耗低，可靠性高，组装维护方便，控制功能完善和抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，成为当今自动化电气控制的主流。2.可编程控制器的选型

（1）本设计的主要控制过程是利用可编程控制器的A/D,D/A模块和可编程控制器内置的控制模块来控制水泵电机的切换从而调节供水管中水的压力。整个控制系统除了用到PLC逻辑控制、定时控制和计数控制等基本控制功能外，关键是要用到PLC的高级控制单元，主要包括A/D、D/A单元等。

现代大中型的PLC一般都配备了专门的A/D和D/A转换模块，可以将现场需要控制的模拟量通过A/D模块转换为数字量，经微处理器运算处理后，再通过D/A模块转换，变成模拟量去控制被控对象。但现在考虑到系统的安装以及成本问题，故本系统供水泵的自动控制采用的是日本欧姆龙公司的PLC，机器型号为CPM2A-30CDR-A和模拟量控制模块CPM1A-MAD02。其特性简介如下：

（2）CPM2A为系统提供了众多的功能 ①高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。②同步脉冲控制可方便地调整时间。③带高速扫描和高速中断的高速处理。

④可方便地与OMRON的PT相连接，为机器操作提供一个可视化界面。

小机壳内汇集了先进的功能和优异的表现。为食品包装行业，传送设备和紧凑型设备的制造商提供更优越的性能和更高的附加值。⑤通过脉冲输出可实现许多基本的位置控制。⑥可进行分散控制和模拟量控制。

三、变频器恒压供水系统的设计

变频器恒压供水系统的主电路及控制电路设计如图3-1及3-2所示

图3-1变频器恒压供水系统主电路图

系统启动时首先闭合空气开关，把转换开关达到变频位置，三相交流电通过开关送到交流接触器和热继电器加载到变频器上，变频器输出驱动变频电机启动运行，如果检测得管网压力大于设定值，则系统不启动，当管网压力小于设定值时，系统启动。（在恒压供水系统中可根据用户用水量的大小实现自动调节电机的转速，达到恒压供水的目的．水泵电机是系统的输出环节，它的转速由变频器控制，实现变水压的恒压控制．变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，PID控制器它以其结构简单，稳定性好，工作可靠，挑战方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控制对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术难以采用时，即当不完全了解一个系统和被控制对象，或不能通过有效的手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术，PID控制，实际中也有PI和PD控制，PID控制器就是根据系统的误差，利用比例，积分，微分计算出量进行控制的。

图3-2变频器恒压供水系统控制电路图

PID控制属于闭环控制，是指将被控制量的检测信号反馈到变频器，与被控制量的目标信号相比较，以判断是否已经到达预定的控制目标。如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直至达到预定的控制目标为止。其特点：PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可以控制了。PID参数较易整定。也就是说，PID的参数K,T,T可以根据过程的动态特性及时整定，如果过程的动态特性变化，如可能由于负载的变化引起系统动态特性的变化，则PID参数就可以重新整定。PID控制器在实践中也不断地得到改进，如结合人工智能系统，模糊控制。采用远传压力表作为压力检测与变送元件，它将管道内的压力值(0-0.4MP)转换为0-10V（0-20MA）的直流电压（电流）信号，经AI2接线端输入变频器。远传压力表在工作原理上相当于一个可变的电阻，将24V直流电压加在两固定端，压力表的指针带到可变电阻的可动端，压力表的满偏量程为1MP,所以当压力在0-0。4MP范围内变化时，压力反馈为0-10V(或0-20MA)。压力传

感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵电机的转速，压力检测值与压力给定值差距越大，该输出信号变化就越大．一旦管网压力达到了设定值，该输出控制信号就恒定下来，系统稳定运行。）

当变频器出现故障时，为了不影响居民用水，我们就要进行临时手动工频供水。首先要切断加在变频器上的三相电源，将电源连接在工频中，由于水泵电机的容量一般较大，直接启动时，将会出现很大的起动电流，这样对电机的使用寿命有一定的影响，为减小起动电源常采用补偿降压起动，补偿电压起动是大容量三相异步电动机常用的起动方法之一，按下启动按钮后，降压动作，即接触器KM1,KM2和时间继电器得电，主电路上的接触点KM1,KM2闭合电机从自藕变压器中间抽头霍德尔80%或60%额定电压降压起动，以达到减小起动电流的目的，当电机的转速上升到一定值时，时间继电器KT动作，KM1,KM2主触点断开，KM3 接触器得电，KM3 主触点闭合，电机加额定电压进入全压运行状态，即达到临时手动供水目的。

四、变频器恒压供水系统分析

（一）变频恒压供水系统

变频调速技术原理是把工频50HZ的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。此处变频调速是根据用户在单位时间内用水量的的多少来调速。在水流量小的时候变频控制水泵的转速缓慢，或变频器处于睡眠状态。一旦水流量大时，变频器则控制水泵快速运行，以达到管网压力一直处于稳定状态。始终保持供求关系为：供水=用水。

（二）供水系统工作原理

1.变频器恒压恒压供水采用变频器的PID控制功能实现恒压控制。2.变频恒压供水原理是指变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵电机的转速，从而实现恒压供水。

变频器与外部设备有九根接线除去与电动机相连的三根导线外其余分别是：模拟是接地端AGND、24V直流电源、压力反馈输入端AI2，变频器起动与停止控 9

制端AI6（得电启动、失电停止）、用于故障保护的继电器RO3的一对触点B-C端。

转换开关SA1置手动操作位置，即工频接电源，变频为断开状态，按下启动按钮SB2，接触器KM1,KM2和时间继电器KT线圈通电，主电路中KM1，KM2的主触点闭合，电机开始降压起动，控制电路常开出点KM1断开实现互锁，KM1的常开触点闭合实现自锁，同时时间继电器KT开始延时，一段时间后，其常开触点KT闭合，中间继电器KA线圈通电，KA的常闭触点断开，使KM1，KM2，KT线圈断电，触点KM1恢复闭合，KA的两个常开触点闭合，上面一个实现自锁，下面的常开触点接通KM3线圈，KM3线圈得电KM3的常闭触点断开，工频停止指示灯熄灭，KM3的常开触点闭合，工频运行指示灯点亮。同时其主触点闭合，电机切断降压运行状态进行全压运行。

电机在工作状态下，按一下停止按钮SB1,可使KM3线圈断电电机停止工作。转换开关SA1置自动操作位置，即变频运行，水泵的起动与停止，即可通过变频器面板控制，也可以通过外部开关控制。

通过变频器的面板控制起动，是指用用水量来通过定时器DS决定线路是断开还是闭合，在用水量较大时用定时器DS设定时间控制开关闭合，而在用水量小或不用水时定时器DS控制开关为断开状态，水泵停止运行。一般设定的时间为五点至二十三点是闭合状态，电机正常工作。其余时间是断开状态，水泵停止工作。也就是说变频器进入睡眠功能。变频器的睡眠功能是指在无人用水或用水流量很小时的情况下，所有工频泵均已停止运行，只有变频泵运行在下限频率，且用户管网压力仍然偏高则变频泵停止运行，辅助泵投入运行，没有辅助泵的系统则变频泵进入休眠状态，所有水泵均停止运行，由气压罐或自来水管网维持压力。睡眠功能更有利于实现节能运行。

通过外部开关控制起动，是指直接将转换开关SA2转换为闭合，变频线路得电。这样起动电机会浪费电能，减少电机的使用寿命，因为在深夜用水量小时或不用水时，电机还是在运行。开关闭合后，线圈KM4通电，KM4的常闭点断开变频停止指示灯熄灭，KM4的常开触点闭合变频运行指示灯点亮，同时主电路中的KM4主触点闭合，变频器得电并运行。

五、变频恒压供水系统特点和优点及适用范围

（一）变频恒压供水特点

1.采用可编程控制器，程序灵活多变，精度高，可靠性强，功能多，反映速度块。

2.均配有稳压泵或稳压罐稳压，在用水量小到一定值时，主泵可停止运转，减少水泵电机的机械磨损并且节约电能。

3.对水泵均为软启动，延长设备寿命，消除了启动电流对电网的冲击。4.根据用水量的变化，水泵循环变频运行，先启的先停，使水泵均衡工作。当一台泵运转六小时或二十四小时，自动切换到另一台。

5.最大的特点为双恒压控制，生活消防可公用的一套设备，为用户节约投资。而且一机两用，大大的提高了使用效率。

6.结构紧凑，占地面积小，安装块，投资省，运行稳定。无污染。

（二）变频恒压供水优点

1.启动平衡，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击．

2.由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命． 3.可以消除启动和停机时的水锤效应．在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率．

4.节约电能。水泵的负载转矩与转速的平方成正比，输出功率与转速的立方成正比．根据所需流量变频器自动调节转速，这样就可以大量节约电能．

5.节约用水．采用变频器进行变频恒压供水，管道保持恒压，可杜绝崩管现象，减少跑、冒、滴、漏等情况，从而节约用水．

6.延长系统的使用寿命．利用供水专用变频器进行变频恒压供水，可保持系统水压恒定，不会出现水压过高的现象，管道的压力一直可维持在合理的范围内，延长了设备更换周期，减少了维修的投入，并且避免了管道崩裂事故． 7.无需储水箱，避免了水箱内长期沉积污垢及滋生微生物对水体质量的污染。

（三）适用范围

1.各种类型的自来水厂，供水站。

2.工业与民用建筑的生活、生产、消防用水系统。

3.公共设施宾馆，饭店的生活热水，空调供水系统。

4.油田的输油管道，油泵站恒压输送系统和工厂、矿山通风机风压调节系统。5.热水锅炉定压及热水管道的定压系统。

结 论

经过这一个多月的毕业设计和对相关资料的收集，使我更加了解了变频器的结构和功能，同时也明白了变频器在恒压供水方面的作用，可以这样说变频器在恒压供水系统中充当着整个系统的灵魂，它是该系统的核心。变频器在恒压供水系统方面为人们的生活水平作出了巨大的贡献，不仅仅为人们解决了用水的困难，保证水随时都能用上水，而且还为人们节省了很多的金钱比如水泵的经常性维修费用等。该系统设计结构简单对环境要求的条件低，在变频器出现故障点的时候还可以临时启用补偿降压系统供水保证居民有足够的水源。该系统是现代社会发展的一个重要标志。在设计该过程中我遇到很多的困难，特别是对变频器参数的设定，变频器生产厂家的不同，也就决定变频器的参数也是不同的，在我们所学的课程中变频器一直为三菱的FR-510，现在突然要用ABB-ACS510变频器多少有点不适应，在陈老师所给的ACS510变频器说明书中经过慢慢的学习，总算是把其参数设定好，由于个人水平限制的原因，在编写设计过程中陈老师给了很多的帮助，真的很感谢。

这次设计让我了解到变频器在生活中的重要性，它与社会的发展是紧密结合的，变频器在恒压供水方面只是它用处的冰山一角。现代机械生产是离不开变频器的，为了能够让变频器更好的为人类服务，我们应该要进一步对变频器学习。

致 谢

本论文在刘静老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意！

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。这也使我认识到没有一件事是真正容易的，每一件事，不论它简单还是复杂？做好都是要付出艰辛的，都是要认真对待的，不能眼高手低，否则一个小小的浪花也能颠覆大帆船。我希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。并且感谢他们在百忙之中抽出宝贵的时间，对我予以帮助。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向烟台技师学院，机电系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。他们不但教会我各科知识，也教会我做人和为人处事的道理，这将伴随我一生，也必将使我受用一生

参考文献：

利用变频器实现恒压供水的改造 第3篇

关键词：变频器恒压供水

0引言

我司原先设计的生活供水系统的是水泵压差控制，高于设定压力停止，低于设定压力启动，用水量的不平衡，导致水泵启停频繁，对水泵的使用寿命和节能都没有好处，并且在洗澡时，应冷水供应不稳定造成水温一时冷，一是热，因此，我司决定对供水系统进行改造，实现恒压供水。

1系统分析

满足恒压供水，归根到底是控制水的流量一当供水能力大于用水需求时，则系统压力升高；当供水能力小于供水需求时，系统压力降低；当供水能力等于供水需求时，系统压力不变。从上面我们可以得出结论：供水能力与用水需求之间的矛盾就反映在流体的压力变化上。压力可以作为控制流量大小的参变量，保持供水系统中压力的恒定，就能保证系统的供水和用水的平衡。我们决定，增加变频器控制供水系统。

2设计控制电路

电路介绍：

2.1变频器供电开关SBl和SB2通过接触器KM进行控制，变频器内部报警继电器的动断触点(Ta—Tb)与KM线圈串联，当变频器故障跳闸时，KM立即使变频器脱离电源。

2.2变频器的运行采用自锁控制方式，通过功能预设，使端子X1成为自锁控制端。按下SB3，变频器开始运行，并自锁：按下SB4，变频器停止运行。

2.3变频器跳闸后的声光报警当变频器因故障而跳闸时，其报警继电器的动合触点(Ta—Tc)闭合，报警指示灯HL1和报警电铃HA1同时发出报警信号。同时继电器KA线圈得电，其触点自锁，使变频器断电后，声光报警系统还保持通电，直至操作人员来按下SB3时为止。

2.4压力的上下限报警信号端子0C1和0C2分别预置为压力的上、下限报警输出。

3系统的工作过程

图2是变频调速恒压供水系统在正常工况下的PID调节过程。图A是管道内流量Q的变化曲线：图B是供水压力P的变化曲线：图C是管道内流量发生变化时，PID的调节量△PID，△PID只是在压力反馈量X_F与目标止X_T之间有偏差时才出现。无偏差时△PID=0：图D使变频器输出频率f_x和电动机转速nx的变化曲线。

稳态运行：水泵供水能力和用户的用水需求平衡，供水压力P稳定不变。反馈信号X_F与目标信号X_T几乎相等(X_F—X_T)，PID调节量为0，电机在f_x下匀速运行。图示的0-t₁段：

用水流量增加：当用户用水流量增大，超过了供水能力，水压P下降，XF减小，合成信号(X_T—X_F)增大，△PID为正，变频器的输出频率f_x和电机的转速nx上升，使供水能力增大，压力回升。图示的t₁—t₂段。

当压力恢复到目标值时，PID的调节量减小为0，变频器的输出频率f_x和电机的转速n_x不再上升，供水系统处于新的平衡状态。如图示的t₂t₃段。

用水量减少：用户用水量减少时，供水能力大于用水能力，供水压力上升，反馈信号XF增大，合成信号(X_T-X_F)减小，△PID为负。变频器的输出频率fX和电机的转速n_x下降，供水能力下降，压力回落。如图示的t₃-t₄段。

4暂停功能

因夜间用水相对较少，水泵的功率较大，长期处于工作状态，会导致能源的浪费。为节约能源，当用水量基本上没有时主泵暂停(睡眠)，在管路系统中增加气压罐来维持管网的压力。当用水增多时，令主泵中止暂停(唤醒)。

确定暂停的条件①主泵已经在下限频率运行，但管网的压力仍超过上限值PH。②管网压力超过上限值的时间超过了确认时间td，因为用水时间往往是不固定的，有短时间超过上限的情况发生，属偶发性超压(超压时间小于td)，不必暂停。

变频恒压供水系统设计 第4篇

目前,在建筑给水系统中常用的给水方式有直接给水方式、单设水箱的给水方式、设储水池和水泵的给水方式、水泵水箱联合给水方式、气压给水方式和变频恒压给水方式。而其中的变频恒压给水方式具有高效节能、用水压力恒定、延长设备使用寿命和功能齐全等优点,通过改变水泵电机转速的方式对供水量和压力进行调节,可以实现对供水的较精确控制。

1 设计原理框图

如图1所示,本设计采用闭环控制方式。压力检测点设置于水泵出口处,在检测点处设置压力传感器,将现场压力值经远传压力表返回到给定信号值处,经比较后,偏差信号通过PID调节器调节后送入变频器,变频器通过改变水泵电机的电压和频率值改变水泵转速,使检测点处压力值基本保持不变,进而达到恒压供水的目的。

2 设计方案

现拟设计一供水量在20 m3~30 m3之间,扬程在50 m~70 m之间,始终由单台泵供水,具有主备泵的变频恒压供水系统。

本设计拟采用OMRON CPM1A型的30点形式的PLC作为控制器,富士FRN11VG7S-4C型变频器作水泵电机的调速控制。

2.1 主电路及控制电路

设计如图2所示主电路图,图中M1,M2为带动水泵的电动机,采用低压断路器QF1控制进出线电源,QF2用于保护变频器,用KM1实现变频器的启停控制,QF3用于保护PID调节器,PID调节器将远传压力表采集的现场信号处理后送入变频器。电机M1和M2在变频情况下与变频器连接,通过KM2和KM4的控制实现启停,可通过一个万能转换开关K控制变频器的FWD和REV端子,实现电机正反转控制,变频器通过调节频率改变电机转速,实现变频恒压供水目的。工频情况下,电机M1和M2分别通过QF4和QF5与工频电源直接连接,通过KM3和KM5实现启停控制。低压短路器可实现对电机的短路和欠电压保护等功能;热继电器FR1和FR2起过载保护作用。

本设计有自动和手动两种模式控制,其中手动模式用于在工频交流电下测试水泵电机的完好性。

如图3所示,在控制电路中,PLC根据相应口的输入信号控制输出信号,实现自动控制水泵的启停、变频/工频运行、运行指示、故障报警等。

1)自动模式:通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为自动模式,自动模式下,按下变频器启停按钮SB1后启动变频器,按下启动按钮SB2后水泵电机即可接入变频器变频运行,实现变频恒压供水。可通过主备泵切换旋钮SA2切换主泵和备泵。

2)手动模式:通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为手动模式,手动模式下,分别通过1号泵启动按钮SB4和停止按钮SB5控制1号泵的启停;通过2号泵启动按钮SB6和停止按钮SB7控制2号泵的启停,将水泵电机接入工频电网下运行,用于测试水泵电机性能。

3)故障自投:自动模式下,两水泵分别为主泵和备泵。若运行时主泵发生故障,立即切断相应电机电源,备用电机解除备用状态,延时30 s,自投。

4)各种指示及报警:HL1为变频器正常工作指示灯,HL2,HL4分别为2台水泵变频情况下正常工作指示灯,HL3,HL5分别为2台水泵工频情况下正常工作指示灯,HL6和HL7分别为2台水泵故障指示灯,HL8为变频器故障指示灯,HA为故障警铃。

PLC的I/O分配表设计如表1所示。

2.2 梯形图

梯形图设计如图4所示。通过图4,可实现变频器和水泵电机的启停、自动和手动模式选择、主备泵选择、故障信号处理等功能。

3 操作使用说明

本系统以VVVF变频器、PLC和PID调节器为中心控制器件,组成闭环调节系统,控制水泵的运行,保证用户水压恒定。一共设置2台水泵,1台为工作泵,另1台为备用泵,两泵的工作状态可以在任意时刻进行切换。让2台电动机分时工作,并且在工作泵出现故障时,备用泵能在短暂延时后自行启动。

3.1 主要技术指标

1)额定电压和频率:380 V/220 V;50 Hz;2)备用泵投入工作延时时间:30 s。

3.2 安装调试方法

1)在安装前检查性能,合上低压断路器开关,变频器、PLC和PID调节器电源指示灯亮。2)选择手动模式,水泵电机在工频电压下运行,检测电机是否完好。3)切换为自动模式,按下相应按钮启动变频器和工作水泵,相应指示灯亮,变频器根据远传压力表所检测的现场水压信号调节输出频率,控制水泵电机的转速,实现变频恒压供水。检查运行情况,若一切正常运行,再设置人为故障,此时警铃报警。然后检查另一水泵能否经过30 s延时后自投。4)在1台泵工作若干小时后进行主/备泵切换,看切换能否正常进行,若能自动切换,则说明设计成功。

3.3 使用方法

1)手动和自动模式切换:旋钮SA1为自动和手动模式切换旋钮,若不进行操作,默认自动模式。2)主泵和备泵切换:旋钮SA为主泵和备泵切换旋钮,若不进行操作,默认1号泵为主泵,2号泵为备泵。3)手动启停:按钮SB5和SB6可分别实现手动控制1号泵启动和停止,按钮SB7和SB8可分别实现控制2号泵的启动和停止。4)各种指示灯及警铃:指示灯HL1为变频器的工作指示灯;HL2,HL4分别为1号泵和2号泵的变频运行状态下的工作指示灯;HL3,HL5分别为1号泵和2号泵的工频运行状态下的工作指示灯;指示灯HL6和HL7分别为1号泵和2号泵的故障指示灯;指示灯HL8为变频器频率越限故障指示灯;警铃HA为1号泵和2号泵的故障报警指示。

3.4 远程监控

操作人员可在控制室对控制系统试下远程监测与控制,人机界面友好,系统工作稳定、安全、高效、经济,可实现建筑设备的自动化控制和管理。

4 结语

在选择供水方式时,应考虑如市政供水的水压、水量情况、建筑物的规模、当地供电可靠性及用户要求等方面的因素。兼顾各个方面来看,目前,变频恒压供水是一个较为经济合理、技术运行可靠且安全的供水方式,适合大力推广。

摘要：根据变频恒压供水系统设计原理,介绍了该供水系统的设计方案,从技术指标、安装调试、使用方法、远程监控等环节,阐述了变频恒压供水系统的操作要点,实现了节能、经济、高效的供水目标。

关键词：供水系统,变频器,水泵,电压

参考文献

[1]秦春莺.高层建筑给水设计探讨[J].山西建筑,2005,31(1):98-99.

[2]张承慧,崔纳新,李珂.交流电机变频调速及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

恒压变频供水 第5篇

供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。

在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1)单台恒定转速泵的供水系统

这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。

(2)恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统

这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统

这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。

变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。供水系统的基本特性

供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f(q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。

管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f(q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。

扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。

图1 供水系统的基本特性 变频恒压供水系统的构成及工作原理 3.1 系统的构成

变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。

三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。

图2 变频恒压供水系统的总体框图

3.2 系统的工作原理

变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为：

其中：n0为异步电机同步转速； n为异步电机转子转速；

f为异步电机的定子输入交流电的频率； s为异步电机的转差率； p为异步电机的极对数。

由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。

当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。

变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。

系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。

图3 变频恒压供水系统的控制原理框图 硬件电路设计 4.1 主电路

变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。

图4 系统主电路图

4.2 控制电路

控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的i0.0输入口相连接，当按下sb0时，i0.0为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，i0.1为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，i0.5为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，i0.6为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。i0.5和i0.6的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，i0.2为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。

图5 plc外围接线图 程序设计

5.1 plc程序设计

plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，i0.1为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。

图6 主程序流程图

当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.5。此时，q0.1为“0”，q0.2为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后q0.3为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。

当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.6。此时，q0.4为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时q0.1为“1”，q0.2为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。

5.2 变频器mm440的参数配置

变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。

附表 mm440的参数配置 结束语

恒压变频供水 第6篇

关键词：PLC；变频技术；恒压供水；特征；应用；优点

中图分类号：TU991.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、目前供水系统的特征

传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：

（1）恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆裂现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。

（2）气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵时压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。

（3）水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。

（4）液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。

（5）单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。

基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

二、PLC概述

（一）可编程控制器的定义

可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

（二）PLC的发展和应用

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储组件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加適应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

三、变频恒压供水系统的特征及优点

本文是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。

PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。

根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型，估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。

总之，变频技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，供水设备以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。

参考文献：

[1]马桂梅，谭光仪.陈次昌.泵变频调速时的节能方案讨论[J].四川工业学院学报，2003.

[2]崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨[J].兰州铁道学院学报，2000.

恒压供水系统变频控制方式分析 第7篇

烟草生产企业的行业特点决定了一切以保证生产环境的工艺要求为前提,对公用设备的运行情况要求相对较高,既要合乎要求又要保持稳定。现以共母管多水泵的恒压供水系统的单台变频器带多台水泵和多台变频器带多台水泵的2种控制方式为例,并从节能、剩磁、运行和维护等方面分析哪种控制方式更能有效保证系统的正常运转。

1 变频节能分析

以最简单的情况分析,即系统中有2台泵,其中一台是变频调速运行,而另外一台是工频运行的情况。

工频泵的工作特性是不变的,而变频调速泵的工作特性随转速变化而变化。只有当调速泵的出口压力高于逆止阀关断压力时调速泵才可能出水,进而影响整个系统的等效流量一压力关系,否则调速泵的逆止阀被迫关闭,系统的流量一压力关系只能由工频泵单独决定。图1显示了各泵单独工作的流量一压力关系曲线,图2显示了各泵联合工作的等效流量一压力关系曲线(其中P曲线是单台水泵在工频运行下的机械特性曲线,P1曲线是2台水泵均在工频运行下的机械特性曲线)。

当调速泵转速降低,工作特性变化为图1中的Pa2曲线时,工频泵的工作特性是P曲线,两泵联合的等效工作特性如图2中的P2曲线,它与系统管阻曲线C的交点L是其新的工作点,此时两台泵工作压力相等,且等于图1中的压力线L的压力,它与图2中L点的压力相等,流量则等于压力线L在各自工作特性上的自然分配,两泵流量之和等于系统总流量。

由此可见,这时工频泵的工作压力低于自然管阻点(即图1中P曲线与C曲线的交点),因此,流量比不调速时增加了,而调速泵的工作压力高于自然管阻点(即图1中Pa2曲线与C曲线的交点),流量比单泵变频调速时低,两个因素联合作用后,系统总流量的下降大致与单泵调速时流量下降的绝对值相当,水泵设计时一般在自然管阻点附近效率最高,而这时工频泵和调速泵的工作点都略偏离了自然管阻点,效率有所降低,然而影响不大。

当调速泵转速进一步降低,工作特性变化为Pa3曲线时,工频泵仍然在P曲线工作,两泵联合工作特性为P3曲线,交点M是其新的工作点。这时两泵各自的工作点分别是各自工作特性与压力线M的交点,并且工频泵和调速泵的工作点都更为偏离自然管阻点,效率的降低也更加明显。

当调速泵工作特性进一步降低变化为Pa4曲线时,两泵联合工作特性为P4曲线,交点N是其新的工作点。这时两泵各自的工作点分别是各自工作特性与压力线N的交点,且工频泵和调速泵的工作点都严重偏离自然管阻点,效率的降低也更严重了。

综上所述,可以得出结论,多泵系统中用一台泵作变频调速,其余泵在工频运行的方式下,节能效果不如多泵同时调速的节能效果好,原因是工作点偏移造成的机械效率降低。

另外,在一台泵调速时,转速下降使系统总流量下降,系统管损降低,系统的压力因此下降,导致工频泵流量增加,因此调速泵的流量降低更加明显。实验证明,当系统流量降低到92%时,工频泵流量增加到106%,变频调速泵流量则降低为78%;当系统流量降低到83%时,工频泵流量增加到112%,变频调速泵流量则降低为54%;当系统流量降低到70%时,工频泵流量增加到120%,变频调速泵流量则降低为20%。显然,如果再降低调速泵转速,调速泵将不再出水。

图2的K2、K3、K4分别是调速泵不同转速下的出水点,压力高于此点则逆止阀关闭,调速泵不能出水,由工频泵单独出水。调速泵的工作曲线Pa4在单泵系统中大约还能够有40%的流量,而在多泵系统中则只有20%左右的流量,这就是说,调速泵出水点对应的转速提高了,减少了变频泵调速范围。

水泵不出水时的空转,仍然要消耗电能,但没有有效的机械能输出,电能全部在空转摩擦中转换为热能。这种情况不仅浪费能量,而且空转发热严重时泵内的液体会产生高温甚至沸腾,损坏泵体的轴承、水封等机械部件。因此,在系统运行中使用全变频调速为最佳。

2 电机剩磁问题

用一台变频器调节多台泵的方案缺点是切换控制复杂、切换顺序不能出错,否则变频器很可能会受到损坏。从图3循环软启动电路图可以看出,每台水泵有2个接触器,一个用于工频运行,一个用于变频运行。当变频器输出频率达到上限,系统压力仍然不足时,要将变频器运行的泵切换到工频运行,同时变频器连接到下一台泵进行启动。以一号泵运行时输出频率达到上限的切换动作顺序依次为:变频器自由停车一延时断开一号泵变频回路接触器一延时接通一号泵工频接触器一接通二号泵变频回路接触器一延时接通变频器运行指令。

此时,第一个延时的目的是躲过电机剩磁时间,以保证接触器断开时已经没有负载电流,因为变频器是储能(下转第138页)元件,当接触器断开后,变频器还要进行放电,因此就要求接触器要延时一段时间才能闭合,否则就会出现剩磁问题,烧坏变频器或者其他电器元件;第二个延时的目的是保证变频回路接触器已经可靠断开才接通工频接触器,避免变频和工频回路瞬间连通;第三个延时的目的是保证二号泵已经可靠连接在变频回路上再启动变频器。

因此当变频需要切换到工频时,存在剩磁的问题,不能立即切换。需要等电机停转后,方能工频启动,否则会造成事故,由此还会造成供水管网的压力不稳定。

3 系统运行和维护的问题

如果系统采用一台变频器带多台水泵,这样变频器就会频繁的启停来满足系统压力的要求,这不利于变频器的使用寿命,而且,当变频器出现故障时,整个系统将会停止,不利于正常生产,也不利于工人的正常维护。采用多个接触器进行切换,这样接触器也处在频繁启停状态,降低了接触器的使用寿命,这就要求要经常的更换设备,额外增加了维护成本。

4 结语

由上所述可知,一台变频器控制多台水泵的方式存在,将会因只有一台调速泵而降低效率,因电机剩磁而容易出现管网压力不稳定,因频繁启停变频器而容易产生故障、降低设备使用寿命等问题,因此,在资金允许的条件下,针对多水泵恒压供水系统的设计,采用一对一变频控制的方法更加稳定节能。

参考文献

[1]刘家春,杨鹏志,刘军号,沙鲁生.水泵运行原理与泵站管理[M].北京:中国水利水电出版社,2009

[2]张文钢,黄刘琦.水泵的节能技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2010

[3]徐海,施利春.变频器原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2010

利用变频器实现恒压供水 第8篇

供水公司面向用户供水时, 为了保证用户用水量, 保障管道安全, 避免用水高低峰对供水效果的影响, 应保障恒压供水, 即保持管道压力恒定。在过去, 供水公司都是靠值班人员根据管道压力的改变调节水泵出口阀门的开度, 达到调节压力的作用, 这种方法不但浪费人力, 而且有很多弊端, 随着变频器越来越广泛的应用, 利用变频器实现恒压供水成为一件简单可靠的事。

1手动调节的危害

我地区供水泵房有1座高4.5米清水池1000m3, 离心泵两台, 由30kw电机拖动, 一用一备。泵房负责向周边地区加压供水, 保证附近居民及单位生活用水。清水池接收水厂送来清水并储存, 送给用户。从前工作时, 由电机拖动水泵工频运行, 24小时向用户供水, 运行人员根据用户用水量的大小调节出口阀门开度, 保证供水的出口压力在2.0～3.5Mpa之间, 并保证水池水位高于1.5米。由于用户用水量不稳定, 用水量大时, 水池的供水跟不上, 甚至造成干池的事故;用水量小的时侯, 调节不及时, 管道阀门内的压力迅速升高, 造成管道阀门的破裂及漏水;采取关小出口阀门降低供水压力的方法, 虽然负荷减小, 电机电流减小, 但是长时间运行会造成水泵气蚀, 严重时水泵的叶轮及泵壳就会出现像泡沫一样的小孔, 降低水泵使用寿命。又人力调节24小时运行, 工作强度大, 成本高。

2变频恒压供水的调节原理

利用变频器结合PID调节、压力传感器实现恒压供水, 原理如图1所示。

说明:图中水泵是输出环节, 电机转速由变频器控制, 实现变流量恒压控制。PID调节器有的单独使用, 有的是变频器自身带有的调节作用, 压力传感器监测管网出水压力, 并将其转换为控制器可接受的模拟信号, 系统接受信号后自动进行调节。工作时, 变频器接受PID调节器输出的电流信号, 并输出与电流信号成比例的频率, 从而调节加在电机定子绕组上的电压, 调节电机转速, 对水泵进行速度控制。给定信号是根据用户用水量设定好的压力值, 反馈信号是压力传感器检测到的实时压力, 两个比较后的偏差值就是PID调节器的输出。

3利用变频器实现自动恒压供水

随着变频技术的发展, 实现变频恒压供水已经成为供水系统的首选。国外进口变频器性能好, 但价格高, 2006年左右, 国产变频器迅猛发展, 涌现出了大批的国产变频器品牌。三晶、安邦信、英威腾、康沃、正泰、华为等等以其显著的性价比越来越多的被用户接受。我们选用正泰NVF1-55/PS4变频器完成恒压供水。电气接线图如图1所示。

图2中利用变频器、智能仪表数显仪、变送器、隔离器控制电机实现恒压供水。变送器的作用是检测管道压力并变送为4～20mA标准信号, 输入变频器, 数显仪的作用是实时显示管道压力并可输出报警开关信号, 隔离器的作用是避免高次谐波对仪表的干扰, 交直流信号隔离, 变频器的作用是根据变送器输出的压力变化调节电机工作频率, 达到调压调转速的作用, 压力高时, 电机转速下降, 管道压力下降, 压力低时, 电机转速升高, 管道压力升高, 从而实现恒压供水。

调节过程说明:

管道压力范围0～1.0Mpa, 根据用户用水量的需求及实际测定, 将额定供水压力设定为0.5Mpa, 当用户用水量改变时, 造成管道压力的变化, 压力变送器将与压力对应的标准信号4～20mA输入变频器, 通过变频器内部PID调节器计算出调节偏差, 变频器输出控制信号调节电机频率、电压, 调节电机转速, 使供水管道压力始终保持在0.5Mpa, 实现恒压供水。

4结语

经过变频恒压供水改造, 实现了供水系统加压泵房的无人职守, 整个供水过程实现全自动运行模式, 不需要人的干预, 恒压供水。变频器的应用不但解放劳动力而且延长了电机实用寿命, 减小了管道负荷, 为供水系统提供长远的经济效益。

摘要：本文从区域供水自动化改造入手, 着手分析了区域供水手动调节的危害和缺陷, 阐述了对供水加压泵房实现变频恒压供水改造的方法, 说明了利用变频器、二次仪表、变送器控制加压水泵实现恒压供水无人值守的运行模式。

关键词：无人值守,变频器,PID调节

参考文献

[1]周定颐主编.《电机及电力拖动》, 机械工业出版社, 1994.10

变频器恒压供水系统设计 第9篇

1 水泵调速方案的选择

1)水泵调速时,其输出扬程H与转速的平方成正比;在流量为零时,管道也需维持一定的水压P。因为流量是随用户的用水量随机变化的,控制的对象只能是水压,故调速系统应根据水压构成闭环控制。

2)泵类机械称为减转矩负载,即随着转速的降低,负载转矩大体与转速的平方成比例地减小。故变频器可选用减转矩的SF模式。水泵的调速范围要求不高,一般不会低至额定转速的40%(转差率S<0.4)。

3)水泵进行调速时,消耗功率与转速的三次方成比例,据现场实测显示,近似为2.5次的比例关系,在计算损耗和节电时可以此为基础。

4)恒压供水系统要求压力恒定,而且压力要连续可调,故系统应采用压力闭环控制。压力闭环控制采用PID调节器可保证供水压力P的动态稳定性和无静差,但由于转速本身又与压力存在二次比例关系,使得这种系统不能保证电机的动静态品质。故采用内环为速度闭环的SF控制系统。这种带压力反馈的SF控制变频调速使恒压供水系统获得优良的特性和显著的节能效果。

2 变频调速恒压供水控制系统的结构及工作原理

整个系统结构如图1所示,其中,压力调节器PID是三菱变频器FR-E540型自带的控制系统,是由比例控制(P)、积分控制(I)和微分控制(D)组合成的[3]。用PID调节器和变频器构成闭环系统控制,可以提高供水压力的控制精度,改善控制系统的动态响应。与虚线关联部分为SF变频器调速控制系统为内环。系统工作时,先启动主泵,管网水压达到设定值,变频器的输出稳定在某数值上。而当用水量增加,水压降低时,压力变送器将该信号实时送入比较器与给定压力H*比较,其差值输入PID控制器,PID的输出量作为SF控制变频器的转差给定输入ωs,从而控制电动机的转速上升,水压力P恢复到给定值P*,系统稳定运行。如果用水量增加很多,主泵达到最大流量仍不能使管网水压达到设定值,将自动启动备用泵;反之,当用水量减少时,可自动切断备用泵。变频器根据压力信号以双位控制方式达到恒压供水的目的。

3 恒压供水设备容量的确定

系统的供水条件是满足在用水高峰时无断水现象。供水设备的容量大小决定水泵机组的流量与扬程,而这两参数的确定源于用户对供水的需求。

3.1 用户供水量的确定

取位置相对较高、供水较困难的用户为恒压供水对象。根据具体的供水时间和水流量,选取较大的供水量作为计算供水量。

3.2 供水扬程计算

在扬程计算中,一般把最远最高建筑作为依据,理论上0.1 MPa的压力可获得10 m扬程。

3.3 驱动水泵的电动机功率计算[4]

${\rm P}=\frac{k\gamma Q({\rm H}+\text{Δ}{\rm H})}{\eta \eta {}_{{\rm P}}}\times 10{}^{-3}$。

式中:P——电动机功率,kW;

Q——泵的流量,m3/s,取0.035 m3/s(高于实际值10%);

k——裕量系数,常取1.05～1.7,这里取1.6;

γ——流体密度,kg/m3;

H——扬程,m,取30 m;

η——泵的效率,一般取0.6～0.84,这里取0.7;

ΔH——主管损失扬程,m,取3 m;

ηP——传动装置效率,与电动机直接连接ηP=1。

参考以上计算的结果,选取主泵和备用泵的容量。

4 结语

该系统从实际情况出发,本着实用原则而设计,实用性、经济性良好,节能效果显著,据初步估计,耗电量可降低42.5%。另外,电动机不再需要频繁启停,可延长寿命3年～5年,消除了硬启动过程中对电网的冲击。对小型变频器恒压供水系统的设计可以起到借鉴作用。

摘要：以公寓变频调速恒压供水系统为例,介绍了用变频调速系统实现恒压供水及进行水压控制的具体方法,阐明了系统的工作原理及其与一般供水系统相比的优越性,论述了变频调速供水系统在节能等方面的优点,为小型变频器恒压供水系统设计提供了参考依据。

关键词：变频器,变频调速,节能,PID,恒压供水

参考文献

[1]冬雷,李永东.变频调速系统的发展现状与前景展望[J].变频器世界,2001(6):67-68.

[2]冯垛生,张淼.变频器的应用与维护[M].广州:华南理工大学出版社,2001.

[3]吴忠智,黄立培.调速用变频器及配套设备选用指南[M].北京:机械工业出版社,2002.17-23.

无负压变频恒压供水自控技术研究 第10篇

1 无负压变频恒压供水工作原理

无负压自动供水系统主要由三部分构成。第一部分是前置管路,包括接市政管网、倒流防止器、过滤器、加氯机或臭氧接口;第二部分是无负压自动调节装置,包括气压罐、隔膜、真空抑制装置、排污阀、紫外线消毒器、报警装置、真空表等;第三部分是变频调速增压装置,包括水泵组、保压装置、变频控制柜、远传压力表、用户管网等。系统图如图1所示。

自来水管网的水直接进入调节罐,罐内的空气从真空消除器内排出,待水充满后,真空消除器自动关闭。当自来水能够满足用水压力及水量要求时,设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水;当自来水管网的压力不能满足用水要求时,系统通过压力传感器(或压力控制器、电接点压表)给出起泵信号启动水泵运行。水泵供水时,若自来水管网的水量大于水泵流量,系统保持正常供水;用水高峰期时,若自来水管网水量小于水泵流量时,调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水,此时,空气由真空消除器进入调节罐,消除了自来水管网的负压,用水高峰期过后,系统恢复正常的状态。若自来水管网停水而导致调节罐内的水位不断下降,液位探测器给出水泵停机信号以保护水泵机组。

2 无负压变频恒压供水系统自动控制的实现

无负压自动供水系统主要是通过微机控制变频调速来实现恒压供水。首先根据实际情况设定用水点工作压力,并时刻监测市政管网压力,当压力低于用户所需压力时,微机自动控制子变频器启动,调节水泵转速提高,直到管网压力上升到用户所需压力,并控制水泵以一恒定转速运行进行恒压供水。当用水量增加时转速提高,当用水量减少时转速降低,时刻保证用户的用水压力恒定。自来水的压力越低,水泵的转速越高;自来水的压力越高,水泵的转速越低。当自来水的压力不小于用户所需的压力时,水泵停止运转。设备在运行过程中既充分利用自来水的原有压力,又保证了用户供水压力恒定。设备在运行过程中,微机时刻监测市政管网和系统压力,自动控制真空抑制器及稳流补偿器来抑制负压的产生,既充分利用了市政管网的压力,又不产生负压,不对市政管网产生任何不良影响,保证了用水的安全性。无负压供水设备既能利用自来水管网的原有压力,又能动用足够的储存水量满足高峰期用水,且不会对自来水管网产生吸力。

当市政自来水管网的压力低于用户管网所需压力时,控制系统会自动发出信号,控制变频泵软启动运行,直到用户管网的实际压力相等,变频器控制变频泵以一恒定的转速运行。市政自来水管网的压力越高,则变频泵的转速越低;市政自来水管网的压力越低,则变频泵的转速就越高。而当压力相等时,变频泵就延时休眠,即充分利用自来水原有的压力,以确保用户所需要的压力恒定。当压力下降到唤醒值时,水泵自动唤醒。变频泵的进水口与隔膜无负压罐相连,微机时刻检测隔膜无负压罐的压力,通过吸气(排气)来稳定隔膜无负压罐内的压力和自来水进水的压力,使其不产生负压,从而保证整个自来水管网的正常供水。如果产生瞬时负压,微机自动发出指令,先延时停止所有的工频泵,再延时变频减速,不停机,既能保证用户用水,又可以缓和瞬时负压情况。当市政自来水管网的压力信号控制器出现故障时,报警装置发出报警信号给变频控制柜控制水泵,并发出声光报警。

3 无负压变频恒压供水系统自动控制的原理

第一种控制方式:变频器+PLC。

如图2所示,加泵时,先将变频器供电的泵从变频器断开,将该泵直接接到电网上,然后用变频器再去启动下一台水泵。

减泵时,变频器输出已到最低频率和电压,这时把直接接在电网上的另一台电机从电网断开,然后变频器在压力调节器的作用下,又重把它控制的电机速度调到所需流量相对应的转速。设若一台水泵的额定输出流量为Qrat,需要减泵的情况是发生在从Qrat+δQrat到Qrat-δQrat的过渡,其中,Qrat为一台工频泵提供的流量,δQrat为变频泵提供的流量(δ=0～1),在减泵时,δ是接近0的分数,如果突然切除一台工频泵,系统的流量突然减少Qrat,带来的流量变化十分巨大。因此这种系统在减泵时的流量波动很大。

第二种控制方式:变频器+软启动器+PLC。

如图3所示,将变频器固定控制一台水泵电动机,在需要加减泵时,用软启动器来启动或停止另外的水泵电动机。

在该系统中,由变频器控制M0水泵电机,变频器中的压力调节器根据压力反馈与给定压力的误差来调节变频器输出电压和频率,从而调节电机转速和水量。当需要加泵时,例如这时需要增加第2台水泵,就由软启动器SS1启动M1电动机,随着M1水泵输出流量的增加,压力调节器会自动调节M0水泵的转速,使压力保持在规定值。当M1电机达到额定转速时,旁路真空接触器CK12合闸,将电动机直接接到电网上,这时M0水泵由变频器驱动,也稳定在某一转速。因此在这个过程中,既没有大的电流冲击,也没有大的流量波动。

当需要减泵时,例如这时需要将工频运行的M1水泵切除掉,软启动器SS1便会投入运行,其可控硅处于全导通的状态,断开旁路真空接触器,然后软启动器在TruTorque转矩闭环控制软件的控制下,使水泵按水泵的机械特性曲线减速,直到停止(采用这种转矩控制方法,不会发生水锤现象)。在M1水泵减速过程中,压力调节器也会根据水系统压力的变化,调节M0水泵的速度,使之升速以保持水压恒定。因此在这个过程中,也没有大的流量波动。

两种方案在经济方面相差不多,但采用软启动器的方案比采用同步切换的方案在技术性能上要优越得多,所以优先使用第二种方案。

总之,无负压供水系统的研究应用在供水行业中掀起了一次具有重大意义的革命。虽然它在使用中还有一些小小的限制,但是在“节能、节地、防污染”等各个方面都具有传统供水方式所不可比拟的优势,具有广阔的发展空间。特别是“节能、防污染”,在能源日趋紧张、人们对生活质量水平要求越来越高的今天,是一种较为合理的供水方式。

参考文献

[1]沈祖翼,杨书远,王顺举.节能的全自动变频恒压供水系统[J].节能与环保,2001,11(30):40-42.

[2]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].第2版.北京:机械工业出版社,2002:86-87.

[3]徐甫荣.对变频器切换控制及循环软启动的看法[J].电工技术,2002(8):56-59.

[4]冯垛生,张森.变频器的应用与维护[M].广州:南华理工大学出版社,2001:5-6.

[5]高湘.给水工程技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2002:5.

[6]王建民.变频调速恒压供水系统在住宅区供水中的应用[J].工业用水与废水,2004(4):10-11.

恒压变频供水 第11篇

关键词：PLC 恒压供水 控制系统 设计

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0022-01

传统的自来水公司供水系统，常常要面对不同时段，用水量往往差别很大的情况，随着电力电子技术的发展，恒压供水获得了广泛的应用，本PLC控制系统采用法国schneider-electric公司高端过程自动化控制器系统，上位监控计算机与本系统控制器之间采用以太网方式通信，并与低压柜侧安装的6块电能表之间采用串口方式通讯。控制系统主要控制对象为6台水泵，其中4台功率为220 kW，各采用一台软启动器控制，2台功率为200 kW，采用一台变频器进行切换起停控制。每台泵出口配置一台电动切断阀（开关量控制），供水总管配置有一台压力测量仪表和流量测量仪表（都为4～20 MA信号），为了保证可靠性，水池液位测量配置两个独立的传感器，一为连续液位测量的模拟量信号，一为液位低报警的开关量信号。

1 系统主要组成部分

（1）加压站控制系统采用一套独立的控制系统，包括PLC和上位监控计算机。

（2）控制站采用法国施耐德公司的QUANTUM系列，组态软件选用GE公司的iFix。

（3）就地上位监控计算机通过以太网和控制站CPU交换数据，中心调度室计算机通过以太网和控制站CPU交换数据。

（4）系统具有独立于PLC的就地手动控制功能，一旦PLC 系统出现故障可切换到手动系统控制，保证加压供水生产的正常运行。

2 系统功能与原理

（1）正常情况下，系统以一台变频泵加减一台工频泵的工作方式自动运行，实现恒压供水。同时任何一台泵都可以在备用的条件下，用“手动”按钮选择为手动，退出自动工作状态单独操作，但无论在何种情况下最多只允许一台变频泵加一台工频泵的工作方式，且不允许单独启动工频泵。

（2）启停泵时，都遵循先开泵后开阀，先关阀后关泵的原则，防止水泵启停对设备造成的水锤损害，同时开泵与开阀，关阀与关泵的间隔时间程序设定为15 s。

（3）具有警戒水位自动停泵功能，同时在自动状态运行时。其中1、2、3号泵对应1号清水池，4、5、6号泵对应于2号清水池。警戒水位在管理员界面下可调、可屏蔽（需要屏蔽时将警戒液位设为0 m）。

（4）具有出水总管达到高压力或者低压力时，系统报警功能（延时10 s）。高压力即实际值比设定值大1 kg，低压力即实际值比设定值小1 kg。

系统在自动状态下运行时，首先一台泵变频运行，当加泵条件满足后，启动一台工频泵，当减泵条件满足后，停止该工频泵。其中3、4号变频运行，一用一备，同时只允许其中一台工作，2、5号工频运行，一用一备，同时只允许其中一台工作，1、6号工频运行，作为日后拓展。

（5）自动状态下加减泵条件：在管理员界面下可设置给定压力，压差值ΔP，延时时间（程序中设定为延迟30 s）。当变频器频率达到频率上限，而实际压力<给定压力-ΔP，延时一段时间后上述情形仍存在，则满足加泵条件。当变频器频率达到频率下限，而实际压力>给定压力+ΔP，延时一段时间后上述情形仍存在，则满足减泵条件。在自动状态下，启动某一台泵的前提条件是该泵对应的阀门处于远程自动状态。否则不能控制。

（6）停泵时，若对应阀门的“关到位”信号不能及时收到，延时一定时间后强制关泵。先前的故障信号消除后，自动转为备用状态。定时时间到自动切换功能。当3号4号泵都在自动状态下，开始计时，当计时时间到后，优先的泵切换为备用，备用的泵切换为优先。系统默认自动切换时间为48 h。

3 供水系统中恒压实现方式

对于供水系统进行控制，主要是为了满足用户对于水压的需求。因此，供水系统基本的控制对象是压力。压力的大小又由扬程来控制，而扬程却不能具体的测量及控制。考虑在动态的情况下，扬程大小能够由供水水泵转速的大小反映出来，而扬程同供水能力（由流量GQ表示）以及用水需求（由用水流量UQ表示）的平衡情况相关。

如果供水能力GQ>用水需求UQ，则压力P升高，此时需要降低转速；如果供水能力GQ<用水需求UQ，则压力P降低，此时需要提高转速；如果供水能力GQ=用水需求UQ，则压力P保持不变，水泵转速不变。

由上述可得流体压力P的变化反映出供水能力同用水需求UQ间的矛盾。因此，选择转速控制来对管道压力的大小进行调节。这说明，通过恒压供水就能够确保供水能力以及用水流量间的平衡，能够很好地满足用户对于用水流量的需要。

当用户需求出现变化时，为了适应压力的变化，就要在压力恒定的前提下对供水系统进行调节。常见的调节方法有阀门控制法及转速控制法两种。

（1）阀门控制法。

保持转速恒定，通过对阀门的开度大小进行调节来控制流量。其本质是水泵自身的供水能力保持不变，而通过控制水路当中的阻力大小对流量大小进行强制改变，以满足用户对于流量的需求。此时的管阻特性随着随阀门开度的变化而变化，但扬程特性保持不变。

（2）转速控制法。

阀门开度恒定，通过调节水泵的转速对流量进行调节。其本质是通过改变水泵的供水能力来满足用户对于流量的需求。当水泵的转速变化时，扬程特性将随之出现改变，而管阻特性保持不变。

4 变频恒压供水系统的控制方案

变频恒压供水系统的控制方案包括1台变频器控制1台水泵的简单控制方案，也有1台变频器控制几台水泵的方案，我们下面简单介绍单台变频器控制单台水泵：

单台变频器控制单台水泵的控制方案在国内一般指一台变频器控制一台水泵。因为全部变频系统当中，变频器、控制器、电机都没有备份设备，无法在出现问题时进行切换，所以现今多应用于用水量小，且对供水可靠性的要求不高的场合。

5 结语

恒压变频供水 第12篇

作为应用现代电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前变频恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。变频恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

1 控制方案

在住宅小区市政供水的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：

设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳节能效果。

因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种变频恒压供水技术称为变量变频恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。

典型的自动变频恒压供水系统的结构框图如图所示。系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。

2 运行特征

以三台水泵的变频恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时(Qmax为三台水泵全部工频运行时的最大流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1/3Qmax

当外供水量减少至1/3Qmax

3 系统经济效益分析及系统优点

3.1 经济效益分析

变量泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：

式中Q一额定流量，Q1

因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时Q1=90%Q, N1=72.9%N，即可节电27.1%;若n1=80%n时Q1=80%Q, N1=51.2%N，即可节电48.8%。

3.2 系统优点

1)变频恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

2)由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长了泵和电动机的机械使用寿命。

3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

4)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

5)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

摘要：变频恒压供水控制系统的基本控制策略是采用电动机调速装置与可编程控制器 (PLC) 构成控制系统, 进行优化控制泵组的调速运行, 并自动调整泵组的运行台数, 完成供水压力的闭环控制, 在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。