變頻供水設備范文

導語：如何才能寫好一篇變頻供水設備，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：變頻恒壓；供水設備；變頻器；PID控制

1 變頻恒壓供水設備的系統組成

變頻器是整個變頻恒壓供水系統的關鍵部分。其系統組成框圖（變頻恒壓供水圖）如下

圖中，水泵電機是輸出環節，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。變頻器接受PID控制器信號對水泵進行速度控制，壓力傳感器檢測管網出水壓力，把信號傳給PID控制器，PID控制器調節變頻器頻率來控制水泵轉速，實現了一個閉環控制系統。變頻器本身具有PID調節功能，可以不選用外置PID調節器，調節更加平穩。

2 變頻恒壓供水設備的特點

2.1 不產生負壓

該設備與自來水主管網直接連接取水時，加壓運行不會造成自來水主管網產生負壓。

2.2 設置壓力

通過調節許可壓力控制閥能夠設置自來水主管網許可吸水壓力。

2.3 可借壓

當設備超過許可吸水壓力和流量時，可以在主管網的壓力基礎上增壓。

2.4 變頻恒壓

設備實時通過壓力傳感器檢測出口壓力，再將實測值和設定值進行對照，反饋到控制系統，控制系統發出電機及水泵投入臺套數和變頻器輸出頻率信號，以追蹤用水曲線來實現恒壓。

2.5 超靜音

考慮到噪聲對人的危害，采用專用靜音變頻器，運用成熟的消音設計手段，故系統能超靜音運行。

2.6 停電不停水

當供電線路因故障停電時，控制系統通過預設定的觸發狀態等手段能夠實現停電不停水，也就是說，停電時系統會自動切換為自來水壓力供水。

2.7 自動化程度高

系統能實現全自動控制，具有手動或自動切換、主泵和副泵定時輪換、壓力調節、高電壓保護、低電壓保護、恒壓保護、漏相保護、過載保護、過熱保護、缺水保護、漏水檢測補償、不用水停車、瞬間跳閘保護等功能。

3 變頻恒壓供水設備的壓力控制

當自來水管網壓力超過啟動壓力預設值時，與出水管路連接的壓力罐開始供水；當自來水管網壓力等于啟動壓力預設值時，設備控制系統立即發出信號，水泵啟動，在水泵運行過程中，管網壓力等于停止壓力時，設備控制系統立即發出信號，水泵停止；當啟動的水泵滿負荷運行后管網壓力仍未達到停止壓力時，啟動的水泵數增加。

4 變頻恒壓供水設備的供水組成方式

變頻恒壓供水設備主要由變頻控制電氣柜、水泵、穩壓罐、壓力傳感器等組成，可以始終保持設備壓力表壓力等于用戶預設值。能夠用于一般生活或生產供水。供水系統的組成方式有以下兩種類型：

（1）變頻恒壓供水設備與自來水主管網連接供水，當供水壓力滿足需要時，正在運行的全部水泵將自動停止。反之，當供水壓力不能滿足需要時，設備控制系統立即發出啟動信號，設備啟動，增大壓力滿足用戶用水需求。

（2）增加輔加氣壓罐或輔加小泵可以徹底消除小流量或零流量供水時電量的消耗。

5 變頻恒壓供水設備的控制方式

設備采用成熟的智能化控制技術，具有手動或自動切換、主副泵定時間交替輪換，達到節能降耗的目的。一臺變頻器起到了多臺變頻器的效果并節約電量，軟啟動水泵及輔助泵的啟動電流為額定電流的200～300%。可采用了以下兩種運行模式：

（1）增量運行方式（見表1）。

表1

（2）交替運行方式是恒壓變頻供水的基本功能，所有水泵停止后再啟動時最初啟動的泵變頻調速運行，該泵為主泵。每次啟動或任意設定時間內交替啟動主泵以防止某臺泵頻繁啟動（見表2）。

表2

6 變頻恒壓供水設備的運行曲線圖

從運行曲線圖可以看出利用智能控制技術，在流量極度變化的情況下保持恒壓，可以看出變頻恒壓供水系統為我們提供了供水條件最優越的性能。

7 兩種供水設備控制方式的比較

變頻恒壓供水設備采用的是閉環控制方式，不斷的采集，不斷的反饋，不斷的調控水泵的轉速，從而達到用戶管網供水壓力的恒定。

氣壓供水設備采用的是開環控制方式，采集信號，反饋信號，控制水泵。但不能調節水泵的轉速，只能利用隔膜穩壓罐小量地達到供水壓力平穩。

8 變頻恒壓供水設備的控制方式類型

8.1 氣壓式供水

8.2 生活水池自灌式供水方式

8.3 生活水池自吸式供水方式

此種供水方式水池的液位低于水泵的進水口，稱為自吸式。水泵吸水不可靠，經常出現引水掉水的現象，設置一個引水罐，如圖，泵前加一引水罐便可消除引水掉水的現象。

8.4 水井變頻供水方式

設備采用潛水泵變頻控制，即可以控制一臺泵，也可以控制數臺泵，每臺泵均根據用水量的變化自動運行。

9 結束語

變頻恒壓供水設備是將變頻調速器、電機及水泵三者組合而成的機電一體化節能供水設備。該設備以水泵出水端的水壓為預設定參數，通過PLC自動控制變頻器的輸出頻率來調節水泵電機的轉速，實現用戶整個管網水壓的閉環調節，使供水系統自動恒壓穩定于設定的壓力值。這樣就保證了整個用戶管網隨時都有充足的與用戶預設的水壓和隨用戶的用水情況變化而變化的水量。

參考文獻

[1]黃華.變頻技術及應用.[J].北京大學，2013，第1版.

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關鍵詞：變頻無負壓設備；二次供水；特點；工作原理；應用；注意事項

近年來，我國城市化建設進程不斷加快，給排水工程作為城市最基礎性設施，其在城市發展中發揮著極為重要的作用。變頻無負壓設備作為一種新型的二次供水設備，其具有良好的節能性，所以變頻無負壓二次技術在當前供水工程中得到廣泛的應用。因此對變頻無負壓設備的特點及工作原理進行深入分析，以便于能夠更好的提高變頻無負壓二次供水技術的水平，確保城市居民能夠使用到高質量的自來水。

1 變頻無負壓二次供水技術的涵義

變頻無負壓二次供水技術是將預壓平衡技術、負壓反饋技術、真空抑制技術和信息采集分析處理技術等綜合于一體的集合體。其在變頻恒壓供水設備的基礎上發展而來，在供水過程中通過對無負壓調節罐、水泵、氣壓罐和智能控制系統的共同操作，確保了無負壓二次供水的實現。在供水過程中進行應用，由于其能夠將空氣完全隔離開來，通過原有自來水水管的壓力就可以實現加壓供水，而且在供水過程中不會影響到供水的整個管網，有效的提高了二次供水的節能性和高效性。

2 變頻無負壓設備的特點

（1）具有良好的節能性。長期以來在我國二次供水過程中都存在著高能耗的問題，隨著能源緊缺的形勢不斷加劇，人們對節約能源越來越重視。利用變頻無負壓設備進行二次供水，由于設備可以與市政管網直接相連，不需要進行水池和水箱的投資。而且利用自來水本身的壓力來進行供水，這不僅有效的節約了初期投資大的問題，而且在整個供水過程中對能源消耗較小，具有非常好的節能特點。

（2）使用過程中更加清潔。在利用變頻無負壓設備進行供水時，整個過程中都處于密封的狀態下進行，有效的確保了整個供水系統的清潔度。而且變頻無負壓設備自身具有過濾設備，可以對細菌起到較好的阻擋作用。另外變頻無負壓設備所使用的都是不銹鋼材料，對材料的等級具有較嚴格的要求，這樣不僅有效的避免了管道內部藻類的出現，而且自來水的質量也能夠得到有效的保證。

（3）運行成本較低。變頻無負壓設備在供水過程中，不僅使用的加壓泵型號較小，而且在運行過程中往往是設置多臺加壓泵共同工作，有效的降低了電能的消耗。同時加壓泵在供水低峰時停止運行，只在用水高峰期時才進行工作，相對來講其運行時間較少，有效的降低了運行成本。

變頻無負壓設備在市政供水中進行應用具有較大的優勢，但由于其技術還不是十分成熟，還無法有效的確保供水的可靠性，而且在使用過程中需要由相關部門報批，只有批準后才能對該技術進行應用，另外無負壓相關的標準也不完善，這都對變頻無負壓技術的應用帶來了較大的影響。

3 變頻無負壓設備的工作原理

（1）系統工作原理。在變頻無負壓設備中，其變頻泵在設計時的轉速是與市政管網的壓力值成反比的關系。變頻水泵的轉速是根據用戶管網壓力的大小來進行自動調節的，當管網壓力達到最大時，這時變頻水泵則會停止運行，變頻無負壓系統利用自來水壓力來確保對用戶供水所需要的壓力，而一旦用戶所需水壓低于設定的最小值時，變頻水泵則會自動喚醒進入運行狀態。在變頻無負壓系統中，不銹鋼無負壓罐與變頻水泵的進水口相連，控制系統實時對無負壓罐內的壓力進行監控，同時為了確保無負壓罐內沒有無壓產生，則采用真空抑制器，從而有效的確保正常的供水。

（2）恒壓原理。將壓力變送器設置在水管網上，這樣就可以實現出口壓力信號的轉換，使其以標準信號的形式傳送到接收端口，根據所接收到的標準信號進行調節。調節參數的通常需要經系統運算和給定壓力參數相比較后才能得出，變頻器通過調節參數來控制水泵的轉速，完成對系統供水量的調節，從而使供水管網壓力能夠保持在用戶設定值的范圍內。

（3）無負壓原理。真空抑制器作為變頻無負壓系統的核心設備，通過真空抑制器來對管網中的負壓進行消除，從而保護市政管網及相關設備。無負壓的實現是通過浮球在無負壓缸內水位變化時上下移動來實現對閥門開、關的控制，完成無負壓罐的吸氣和排氣，從而對罐內的真空進行消除。

4 變頻無負壓供水應用中的注意事項

由于市政管網供水條件不同，同時系統設計方案也各不相同，所以要想更好的確保變頻無負壓供水系統能夠達到高效節能，則需要在實際供水工作中將變頻無負壓技術和實際的供水條件有效的結合。變頻無負壓設備，其水泵的效率與轉速的三次方成正比，這就需要選擇電機時需要使其頻率能夠有效的保證水泵運行的效率。

在變頻無負壓設備應用過程中，對于需要直接在市政管網取水時，則需要經自來水公司批準后才能進行使用，同時還要制定具體的規劃。市政供水配水管網在設計時主要以時和日的最高用水量來進行配備，以消防、最大傳輸和發生事故時的用水量作為流量校核的標準，這樣在變頻無負壓供水設備在給水支管及給水干管上進行應用時則需要確保規劃的合理性。水泵在自身的高效區進行工作才能有效的將變頻無負壓供水設備的節能優勢發揮出來，所以在具體工作中，需要對不同情況下的影響因素進行考慮，對水泵高效區進行核算，確保水泵工作過程中始終處于高效區的狀態。

5 結束語

變頻無負壓供水技術是一種針對二次供水出現的新型供水技術。這種技術在供水時更加的節能、清潔、安全，而且投資非常少也便于管理。隨著變頻無負壓供水設備在供水應用過程中不斷完善，相信其在未來供水工程中將會具有非常好的市場前景。

參考文獻：

[1]陳禮洪，蔣柱武，程宏偉，等.二次供水變頻水泵低效運行成因及其對策[J].福建工程學院學報，2012（04）.

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關鍵詞：變頻調速給水設備；變頻器技術；多泵并聯

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）06-0135-02

目前，變頻調速生活給水在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因如下：

變頻調速給水的供水壓力可調，可以方便地滿足各種供水壓力的需要，所以在設計階段可以降低對供水壓力的準確計算。

1．目前，變頻器技術已很成熟，因為建筑供水的應用廣泛，有些變頻器設計生產廠家把變頻器直接做在供水專用變頻器中：這種變頻器具有可靠性好，使用方便的優點。

2．變頻調速恒壓給水具有優良的節能效果。由水泵――管道供水原理可知，調節供水流量，原則上有兩種方法；一是節流調節，開大供水閥，流量上升；關小供水閥，流量下降。調節流量的第二種方法是調速調節，水泵轉速升高，供水流量增加；轉速下降，流量降低，對于用水量經常變化的場合（如生活用水），采用調速調節流量，具有優良的節能效果。但應當指出，變頻恒壓供水節能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優良的節能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯的供水模式。因變頻泵的流量是變化的，其工作效率及運行功率可隨用水流量而改變，因此變頻泵組的功率降低，從而可以降低變頻恒壓供水系統的能耗，改善節能狀況。

根據各工程的實際情況，變頻調速恒壓給水設備的組合及選用有如下幾種方式：

1．普通循環軟啟動變頻供水設備。該類型設備在實際應用中較多，系統由水泵機組、循環軟啟動變頻柜、壓力儀表、管路系統等構成。變頻柜由變頻調速器，PLC，多功能PCS-PID調節儀，低壓電器等構成。系統一般選擇同型號水泵2～3臺，以3臺泵為例，系統的工作情況如下：平時1臺泵變頻供水，當1臺泵供水不足時，先開的泵倒為工頻運行，變頻柜再軟啟動第2 臺泵，若流量還不夠，第2臺泵倒為工頻運行，變頻柜再軟啟動第3臺泵。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后1臺泵變頻恒壓供水。

另外系統具有定時換泵功能，若某臺泵連續運行超過24 h變頻柜可自動停止該泵切換到下一臺泵繼續變頻運行。換泵時間由程序設定，可按要求隨時調整。這樣可均衡各泵的運行時間，延長整體泵組的壽命。

該系統一般適用于規模較小的多層住宅小區（如300戶以內）或其它小規模用水系統，水泵功率一般不超過7.5 kW。另外也適用于小流量用水時間很短或用水量變化不大的其它場合，如循環水系統。

2．帶小流量泵的循環軟啟動變頻供水設備。當變頻供水系統在小流量或零流量的情況下，比如在夜間用水低谷時，系統內的用水量很小，此時水泵在低流量下運行，會造成水泵效率大大降低，不能達到節能的目的，水泵功率越大用電越多。例如對300～1000戶的多層住宅小區或600戶左右的小高層住宅樓群（12層以內）的生活用水系統，生活主泵功率一般在15 kW左右，系統的零流量頻率f0一般為25 ～35 Hz，故在夜間小流量時，采用主泵變頻供水效率較低。

這就涉及供水系統在小流量或零流量時的節電問題，一般可以采取4種方案：（1）變頻主泵 +工頻輔泵；（2）變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐；（3）變頻主泵+氣壓罐；（4）變頻主泵+變頻輔泵。從節能、投資角度看第4種方案更為適宜，該方案即在原變頻主泵基礎上，再配備1～2臺小泵專用在夜間或平時小流量時變頻供水，一般選擇小泵流量為3～6 m3/h，居民區戶數越多，流量可適當選擇大些。小泵功率一般為1.5～3kW，小泵的揚程按主泵揚程或略低于主泵揚程即可。

變頻柜采用PLC控制，程序采用模塊化設計。平時系統運行于主泵循環軟啟動變頻供水模式，系統用水量減小時，主泵頻率逐漸降低，當頻率低于小流量頻率時，PCS-PID調節器發出低頻切換信號，延時2 min，系統自動進入小泵變頻供水模式。當用水量增大，小泵流量不能滿足系統需要時，PCS-PID調節器發出滿頻信號，延時5 min，系統自動返回主泵循環軟啟動變頻供水模式。為達到更好的節能效果，系統也可實現雙恒壓供水功能。

3．全流量高效變頻供水設備。對比較大的生活小區和高層建筑的生活用水，若單配主泵機組和小流量泵，因小泵流量 QL和主泵流量QM差別較大，當流量調節范圍在QL～1/3QM時，水泵的運行效率仍很低，導致水泵運行不經濟，浪費電能。并且流量在大于或接近QL時還會出現頻繁的換泵操作。為實現在全流量范圍內水泵始終能高效率運行，這就有必要再增加一種中流量水泵，流量可選為1/3 QM～1/2 QM。特殊情況下還可增加2種中流量水泵。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀，從而使得設備在任何流量段運行時均處于水泵的高效率段，更加節能。

變頻柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID調節儀構成，以三種泵配置為例。系統也可實現雙恒壓供水功能，中泵和小泵變頻時低恒壓供水，主泵變頻時高恒壓供水。

4．深水井變頻供水設備。目前深水井潛水泵采用變頻調速控制的也非常廣泛，主要是因為不需再建水塔，設備占地小，建設周期短，水質無二次污染，水泵軟啟動軟停車，故障率低，大修周期延長，壽命提高。但對夜間也要求供水的系統（一般居民生活用水都有要求），仍存在夜間小流量“費電”問題。

為解決小流量耗電問題，可增配1臺直徑600～1200mm的囊式氣壓罐，一般氣壓罐可直接安裝在泵房。根據氣壓罐的調節容量合理設置小流量頻率fL。當系統用水量變小，運行頻率降至小流量頻率fL時，系統進入小流量變頻穩壓狀態。

1．用水量隨時間變化較小時：每天24h連續供水，且用水量低時流量Qmin仍較大，這時可選用同型號同規格水泵，根據高峰用水量選取一用一備或多用一備方案，對全部水泵進行變頻控制。

2．用水量隨時間變化較大時：每天24h連續供水，但用水量低時Qmin較小，這時可按Qmin選擇一臺小泵，代替大泵在Qmin遠遠小于Q1（Q1為單泵流量）的情況下運行。

3．斷續用水的情況：在前述系統中加上氣壓罐裝置，在正常使用時由變頻調速泵供水，在流量Q>0時轉換到氣壓罐供水，以提高供水效率。

4．小區規模較大時：可采用恒速泵與變頻調速泵聯合工作方式供水，這時對恒速水泵采用軟起動器來對其進行起、停控制，整個控制系統采用“變頻 + 軟起動固定控制”的模式，在PC上減少控制點數，這無論從技術上、經濟上、還是運行維護上來看，綜合效果都會更佳。

5．生活、消防泵合用的供水方式：某些安裝了消防泵的小區，因設備長期備而不用，可靠性會降低，既增加了工程投資，資源利用率也低，這時可以使生活、消防泵合用。電氣控制應該做到：在PC上預先設定生活、消防兩種工作壓力值，平時作生活正常供水，設備運行在低水壓狀態，當發生火災時，系統自動把水壓切換到消防高壓狀態，管路上有能保證消防狀態需要的壓力、流量的裝置。為考慮到選泵的經濟合理，這種方式一般是在高低水壓值相差不大的情況下采用。

變頻調速（恒壓）變量供水，電機頻率隨用水流量的變化而變化。如：用水量增加，頻率上升，轉速上升輸出功率增加；用水量減小頻率下降，轉速下降，功率減小，即“多用水，多耗電”；“少用水，少耗電”，但不是“不用水，不耗電”。

在用水高峰期，水泵處于額定工作狀態，是否采用變頻調速控制，水泵功率都額定功率，但變頻器自身也耗電，所以在這種情況下采用變頻給水比工頻給水設備更費電。

變頻生活給水設備與非變頻生活給水設備相比，耗電功率最大差為用水低潮期，節省電能與額定電能比值為最大20%，對任何型號的變頻器控制也說明其節能不是無限制的。必須承認水泵在額定工況下：使用變頻調速控制耗電不但沒有減少，而且與電網直接供電相比為多耗電。

1．設備的額定供水量是按建筑給水在最大條件下的需水量計算確定的，在正常使用下，用水量將少于設備的額定供水量，即設備不會處于滿負荷狀態。

2．變頻器的自身耗電為其額定輸出功率的3%，而其最大節電度達到20%。因而，在較長時間內使用仍可達到非常節能的效果。

3．“少用水，少耗電”也就是說當用水量小于額定供水量時設備已處于節能狀態。由于生活用水負荷變化曲線變化很大，一般情況每日用水高峰期（常在以下幾個階段：早上5:30～8:00、中午12:00～14:00、晚上17:00～20:30）共約為8小時，用水量較大，水泵基于額定工況下；用水低潮為其余2/3時間，水泵處于穩壓或休眠狀態，即發揮其節能功能。

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關鍵詞：供水設備、節能、經濟

中圖分類號： TE08 文獻標識碼： A 文章編號：

一．無負壓供水設備工作原理：

主要是通過微機控制系統實時的聯合控制作用調節穩流補償器和真空抑制器來實現的。其中穩流補償器整體包括穩流低能補償器、穩流高能補償器和穩流自平衡器三個子系統，各個子系統里面又含有多個控制單元、信號檢測反饋裝置、動作執行部件及自動調節裝置；真空抑制器是整個系統的中繼站，主要完成各種信號的收集、轉發和控制命令的分配調節，其部件包括真空抑制系統和真空補償系統。當檢測裝置檢測到實際用水量小于給水管網的給水流量時，此時管網不會產生任何負壓，穩流低能補償器進入儲能狀態進行能量的儲備，當儲存能量達到一定限度時，將多余的能量一部分通過穩流自平衡補償裝置將能量補償給高能補償器，一部分以壓力的形式釋放給用水管網，已實現管網的小流量保壓；當檢測裝置檢測到實際用水量大于給水管網的給水流量時，此時，穩流高能補償器將原來儲備的能量進行釋放，以補償此時的能量不足，以保證整個系統中的壓力平衡。檢測裝置我們是通過多個信號檢測裝置實時檢測穩流補償器中的各種變量，通過計算機系統的分析處理和PID調節器的比較、判斷，然后反饋給真空抑制器中的處理單元和控制單元，把計算機發出的控制指令分配給穩流補償器中的各個動作執行部件來完成能量的自動補償，達到整個容器內壓力的自動平衡狀態，抑制負壓的產生，完成不間斷的持續正常供水。

二. 無負壓變頻供水與傳統變頻供水節能比較

1.下文主要以實際工程案列形式將無負壓變頻供水與傳統變頻供水之間的優缺點及經濟投資方面做較詳細的分析對比。

1.1工程概況：

1）本工程位于深圳市，工程用地面積18330平米，總建筑面積217401.17平米,主體建筑為四棟超高層住宅，地下三層，地上51層, 地上一層為架空花園，二層以上為住宅，建筑總高度171.7m。總戶數為870戶。

2）本工程最高日生活用水量是780m3/d,最大時用水量為78m3/h。從市政兩條給水干管上各引一根DN200水管在小區內成環供水,市政水壓按水壓0.30MPa。

3)生活供水系統的分區為：0區：－3F～1F，市政給水管直接供給。1區：2F～13F，由1區供水裝置供水。2區：14F～25F，由2區供水裝置供水。3區：26F～38F，由3區供水裝置供水。4區：39F～51F，由3區供水裝置供水。

1.2無負壓變頻供水與傳統變頻供水優缺點對比：

普通變頻供水設備 WWG無吸程變頻設備

供水方式 采用水箱（池）,水泵變頻加壓供水,市政自來水全部放入水池中,再二次加壓供水. 采用真空抑制技術，使給水設備與自來水管網直接串接，不產生負壓，不用設水箱。

供水

質量 自來水全部放入水箱(池)中，水池與空氣接觸帶入微生物，在潮濕環境下滋生微生物，死水區微生物繁殖,造成水體二次污染。特別夏天，水在池中停留時間長后，水質極易變質，變味。 自來水經加壓后直接供到住戶，穩流補償器不銹鋼材質，密封連接，無死水區，流動性強。，不產生任何污染，用戶可以喝到符合衛生標準的飲用水。

節水 水池(箱)易滲、滴、漏。水箱還需定期消毒沖洗，耗費一定的水資源。 全封閉結構運行，避免了滲、跑、冒、滴、漏等現象發生，無水箱，節約了消毒沖洗用水。

節能情況 自來水過來的水進入水箱(池)，原有的壓力全部變為零，再從零開始加壓供水，自來水原有壓力白白浪費。這種給水方式能耗大，設備運行費用高，使用不經濟。 與自來水管網直接串接，可以充分利用自來水管網的原有壓力，在微機控制下，根據自來水的壓力來調節電機的轉數，對自來水的進水壓力和出水壓力的差進行補壓。設備大部分時間在較低頻率下運行，耗電量少。

投資分析 設水箱（池），占地面積大，工程總投資大；水質污染嚴重，需用凈化設備；水箱需定期清洗，增添日常維護管理費用。 使用該設備水質無污染，不需要安裝凈化水設備，不用設水箱，無日常清洗維護費用；

1.3無負壓供水設備節能與經濟投資分析：

1)無負壓供水設備可以充分利用自來水管網原有的水壓，在此基礎上差多少補多少。市政管網越完善供水壓力越穩定，采用無負壓供水就越是節能。本工程自來水市政管網用水高峰時的供水壓力為0.2mpa，加壓部分最高日用水量是780m3/d。無負壓供水設備在充分利用市政壓力后，水泵耗電:9.8KN/m3X780m3/dX20m/(3600X0.7)=60.7KW·h。

每度電按1元計,每年利用市政水壓所節約用電為：60.7KW·hX1元X365天=2.2萬/年。

2）無負壓變頻供水與傳統變頻供水經濟及投資分析對比：

變頻供水設備總投入的費用是:83.1521萬+32萬=115.1521萬。

變頻供水設備每年的運行費與設備檢修保養費及人工費總計:24+1+1.2+2.6=28.8萬

綜上比較得出:

1.無負壓供水比變頻供水一次性投入要多約：460.6萬-115.1521萬=345.5萬。

2.無負壓設備比變頻供水每年節省運行費用約：24萬-8.4萬=15.6萬。(按運行30年計算，總共可節省運行費用約:468萬元）

3. 無負壓設備比變頻供水每年節省設備檢修保養費及人工費約：4.8萬。(按運行30年計算，總共可節省運行費用約:144萬元）

4.無負壓供水不需設水箱，可增加3個車位，為物業增加約60萬收入。

5.采用無負壓供水設備(按運行30年計算) 節省運行費用與設備檢修保養費及人工費合計為：468+144=612萬。物業可實現收益(按運行30年計)612-345.5+60=326.5萬。

三結語：

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針對目前生活小區對供水系統的安全監控方式依然是依靠工作人員定期巡查的現狀，本文設計了基于組態軟件的變頻恒壓供水遠程監控系統。本文設計的變頻恒壓供水遠程監控系統包括硬件和軟件兩部分，硬件部分的通訊模塊以STM32作為CPU，該模塊使用RS-485接口與PLC進行通信獲取供水系統的運行信息，通信過程使用三菱FX系列通信協議，軟件設計中利用OPC技術使用組態軟件對變頻恒壓供水系統進行遠程監控。本文設計的變頻恒壓供水遠程監控系統數據傳輸穩定，具有實時監控等功能。

【關鍵詞】變頻恒壓 遠程監控 STM32 OPC 組態

目前國內對變頻恒壓供水監控使用的組態軟件有組態王軟件，MCGS，力控組態軟件等。使用組態軟件對變頻恒壓供水的監控是針對以PLC為控制器的變頻恒壓供水系統通過PLC與上位機通訊，直觀獲取供水系統當前運行信息和各種數據。但是這種監控只是適合短距離的、有線的監控，獲取的數據也不能完全展示設備運行狀態。

本文根據實際的供水設施實時運行狀況設計了基于組態軟件的變頻恒壓供水遠程監控系統，實現了對該供水設施中水泵組、變頻器和供水壓力值的實時監控，達到了對供水設施實現無人值守的要求。

1 變頻恒壓供水遠程監控系統的整體架構

本文設計的基于組態軟件的變頻恒壓供水遠程監控系統采用C/S結構，C/S監控結構具有響應速度快，界面簡單直觀操作方便等優點。在供水現場中監控模塊通過RS-485接口與PLC連接，監控模塊與PLC使用三菱FX系列PLC通訊協議通訊，采集PLC控制的供水設備的運行信息。監控模塊的IO接口與壓力傳感器連接，IO端口采集的傳感器信號由監控模塊內部的調理電路將傳感器的模擬信號轉化為數字信號。監控模塊采集的PLC控制的供水設備運行信息和管網壓力值在經過轉換與處理后，通過GPRS網絡傳輸到服務器端，服務器對數據進行接收、解析等處理后將數據通過工業以太網傳輸到電腦上的組態軟件進行遠程監控。

2 變頻恒壓供水遠程監控系統硬件設計

通訊模塊的工作原理為壓力傳感器的模擬信號通過監控模塊內的信號調理電路處理后，進入STM32自帶的18通道ADC轉換輸出數字量，然后STM32通過USART串口將數據傳輸到GPRS模塊，最后GPRS模塊將接收到的數據通過GPRS網絡傳送至服務器端，服務器端軟件經過接收、解析等過程再通過工業以太網傳輸至遠程的監控端。STM32采集PLC控制的供水設備的運行信息，經過STM32轉換處理后傳輸至GPRS模塊，通過GPRS網絡傳輸至服務器端，服務器端處理后通過互聯網傳輸至監控端。當供水設備出現故障時，監控模塊中的STM32啟用報警系統報警并且通過繼電器控制電路使供水設備停止運行。

3 變頻恒壓供水遠程監控系統軟件設計

變頻恒壓供水遠程監控系統集成了安全監控與智能預警系統、良好的人機交互環境、開放性的軟件設計模式，達到了對供水設備遠程監控的需求。變頻恒壓供水遠程監控系統采用C/S的模式，利用OPC技術與組態軟件結合實現對變頻恒壓供水系統的遠程監控。變頻恒壓供水遠程監控系統具有實時遠程監控的功能，監控包括各個水泵的運行狀態、自來水管網的壓力值、進水池是否缺水、變頻器運行狀態等供水現場數據。監控畫面如圖1所示。

4 結束語

針對目前供水設施由工作人員定時巡查的監控方式不能對供水設施實行遠程實時監控的狀況，本文設計的變頻恒壓供水遠程監控系統通過組態軟件使用OPC技術對供水系統監控，實現了對供水設施的無人值守和遠程實時監控供水設施的運行狀況，并且供水設施能得到更好的維護。

參考文獻

[1]張建會.基于MCGS的供水泵站的遠程監控系統[J].工業控制計算機，2006，Vol.19（7）：79-80.

[2]田振東.基于組態王的礦區供水遠程監控系統[J].機械工程與自動化，2014，Vol.4（2）：169-172.

[3]胡云陽，張智斌，王海瑞.基于Web的遠程農業溫室監控系統設計[J].安徽農業科學，2016，Vol.44（5）：328-330.

[4]張軍，尚敏，陳劍.基于3G技術的智能農業遠程監控與管理系統[J].計算機測量與控制，2011Vol.19（5）：1058-1062.

[5]郭榮祥，雷高陽.基于PLC和GPRS的遠程監控供水系統的設計[J].計算機測量與控制，2013，Vol.21（10）：2694-2696.

篇6

【關鍵詞】變頻恒壓供水 工作原理 主泵、輔泵和氣壓水罐

1.變頻恒壓供水的工作原理：

變頻恒壓供水控制設備是將可編程技術、交流變頻技術與電機泵組相結合的新型機電一體化供水設備。變頻恒壓供水設備主要由水泵機組、測壓穩壓罐、壓力傳感器、變頻控制柜等組成。系統正常運行時，通過用戶供水管網上的壓力傳感器對管網水壓進行實時數據采集，并將壓力信號轉換為電信號，傳輸至PID調節器，然后與用戶設定的壓力值進行比較和運算，并將比較和運算的結果轉換為頻率調節信號和水泵啟動臺數信號分別送至變頻器和可編程控制器。變頻器根據PID調節器傳輸過來的信號調節水泵電機的運行頻率來調整水泵的轉速，使得水泵始終保持在高效節能的最佳運行狀態；可編程控制器根據PID調節器傳輸過來的信號來控制水泵的啟停和啟動臺數，這樣通過對泵組的啟停臺數和其中一臺變頻泵的轉速調節就可將用戶管網中的水壓恒穩于預先設定的壓力值，即實現管網供水量與不斷變化的用水量保持一致，達到“變頻恒壓供水”的目的。

2.變頻恒壓供水的設計要點：

2.1 選擇主泵

根據《建筑給水排水設計規范》GB 50015-2003（2009年版）3.6節計算供水系統的設計流量Qg（m3/h），對不同的建筑類別和居住小區的大小選擇不同的公式計算確定供水系統設計流量Qg（m3/h）。并確定所需主泵揚程H主泵 （MPa）： H計算=Ho+H+∑h，式中：Ho―用水點要求的正常水壓（MPa），H―水池最低水位至系統供水管網最不利點的幾何高差（MPa），∑h―管網沿程阻力與局部阻力之和（MPa）。

一般主泵采用的組合有：三泵組合（其中一臺備用）、四泵組合（其中一臺備用）等，用于泵組組合的各單泵的流量、揚程一般均相同，有利于單泵間具有互換性。另外因為泵組的水泵在最大設計流量下不可能讓水泵全部工頻運行，所以單泵的流量應選大些，具體選泵如下：

三泵組合（其中一臺備用）時：2Q主泵≥1.1Qg；H主泵≥H計算

四泵組合（其中一臺備用）時：3 Q主泵≥1.2Qg；H主泵≥H計算

設計時可根據需要進行組合選配單泵的數量，單泵的流量也可不同，計算方法同上。選擇主泵時看水泵的Q～H特性曲線，應是隨流量的增大，揚程逐漸下降的曲線，且主泵在額定轉速時的工作點，應位于水泵高效區的末端。

2.2 選擇輔泵

輔泵的設計流量Q輔泵通常可按照單臺主泵設計流量Q主泵的1/3～1/2直接選取；輔泵的揚程需根據選擇的輔泵類型確定不同計算方法：第一種情況，所選輔泵也有變頻器變頻供水時，管網不設置氣壓水罐。在用水量小流量時，當泵組最后一臺主泵運行頻率降至其小流量工作頻率時自動停泵同時開啟輔泵，輔泵則擔當起變頻供水的角色，模式與主泵變頻供水相同。故筆者認為，在這種情況下，輔泵滿頻供水時對應于出流量Q輔泵時的揚程可與主泵滿頻供水時對應于出流量Q主泵時的揚程相等，即等于管網壓力設定值；第二種情況，所選輔泵變頻供水時，管網設置氣壓水罐。在用水量小流量時，當泵組最后一臺主泵運行頻率降至其小流量工作頻率時自動停泵同時開啟輔泵，供水模式由主泵恒壓變頻供水轉變為由輔泵和氣壓水罐變頻氣壓給水；當用水量持續減小到輔泵的最低工作頻率時，輔泵退出工作，輔泵停泵前會加速運轉以提高其供水揚程，當揚程高于輔泵恒壓變頻設定值0.03～0.05 MPa時，停泵由氣壓水罐供水。為保持管網壓力恒定，筆者認為，在這種情況下，輔泵滿頻供水時對應于出流量Q輔泵時的揚程應等于主泵滿頻供水時對應于出流量Q主泵時的揚程相等，即等于管網壓力設定值。第三種情況，所選輔泵工頻供水時，管網設置氣壓水罐。在用水量小流量時，供水模式由恒壓變頻給水變為由輔泵和氣壓水罐差壓式氣壓供水。當泵組最后一臺主泵在降至其小流量工作頻率時自動停泵，由氣壓罐配合輔泵供水，輔泵啟泵壓力即氣壓水罐內最小壓力P1，取P1= Ho′+H+∑h′，式中：Ho′―用水點要求的最小水壓（MPa），H―水池最低水位至系統供水管網最不利點的幾何高差（MPa），∑h′―在輔泵的額定流量下管網沿程阻力與局部阻力之和（MPa）， 輔泵停泵壓力即氣壓水罐內最大壓力P2，P2若取得太大，容易引起管網和用戶端超壓，取得太小則氣壓水罐調節容積小，輔泵啟動頻繁，通常取P2=P1+（0.05～0.15）MPa。為了充分利用小氣壓水罐的調節容積，使輔泵運行時氣壓水罐內壓力能達到最大壓力設定值P2，筆者認為，在這種情況下，輔泵對應于額定流量Q輔泵時的揚程應等于P2。計算出流量和揚程，就可以根據具體工程所需選擇合適的輔泵。

2.3 選擇氣壓水罐

氣壓水罐在變頻調速供水中的主要作用是：用于調節損失瞬時用水量變化，穩定主泵、輔泵切換過程的壓力波動，實現小流量節能供水，消除停泵水錘，在建筑物投入使用初期，入住率較低的情況下，配合輔泵或主泵供水，避免輔泵、主泵頻繁啟動。以上功能均通過氣壓水罐的調節容積來實現。

在無輔泵的變頻恒壓供水設備中，氣壓水罐調節容積應滿足單臺工作主泵工頻運行90秒的供水量；而在有輔泵時，氣壓水罐調節容積除應滿足與輔泵配合工作（按1小時內輔泵啟動次數來確定）外，還不應小于主泵切換時所需穩壓流量，即單臺工作主泵工頻運行90秒的供水量。

計算出氣壓水罐的調節容積和總容積，就可以根據具體工程所需選擇合適的氣壓水罐。

結語

1.變頻恒壓供水系統中，主泵不能在零流量至設計秒流量間高效供水。

2.根據供水規模，應優先選用配置輔泵及氣壓水罐的多臺主泵并聯工作的變頻恒壓供水系統。

3.應校核氣壓水罐內的最高工作壓力，不得使系統最大供水壓力處配水點的靜水壓力超過0.55MPa。

4.變頻恒壓供水系統中，輔泵的流量、揚程，氣壓水罐的容積與所選水泵的特性曲線、管網設定壓力值、水泵的運行控制方式等密切相關，應根據具體工程需要進行選用。

參考文獻

[1]CJ/T 352-2010微機控制變頻調速給水設備[S]

[2]GB 50015-2003 建筑給水排水設計規范 （2009年版）[S]

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【關鍵詞】變頻器；恒壓供水；PLC

1 供水系統分析及變頻器的特點

人們在生活和工農業生產中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關系到人類幸福指數的核心物質。隨著社會的發展，人口數量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進展，人均日用水量也在急劇增加，使得在用水高峰期供水壓力不足，高層的建筑上不去水，而低峰期則壓力過高，又造成能源浪費。而壓力過高也存在著安全隱患，易造成爆管事故，同時影響正常供水和居民用水，給居民生活帶來不便。

社會的發展也伴隨著科技的創新，居民用水面臨的上述問題能夠得到很好的解決。為此，設計出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統保持供水壓力恒定，使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量多，用水量少時供水量也少。這樣就滿足了在不同用水量狀況時總能保持供水管網中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。

變頻技術是應交流電動機無級調速的需要而誕生的，變頻器是把電網提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續可調的交流電，以實現交流電動機平滑變速運行的設備。（三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p（1-s），f即為電源頻率P為電機極對數 s代表轉差率）交流電動機變頻調速技術是一項廣泛應用的節能技術，它可以實現設備的軟起動和軟停止，降低對電網的沖擊，同時也降低了設備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時減少了機械磨損，確保系統安全穩定、長周期運行。

2 變頻恒壓供水系統的硬件組成及控制原理

變頻恒壓供水系統是由壓力傳感器、變頻器、可編程序控制器（PLC）、水泵機組及若干輔助部件構成的閉環控制系統。

2.1 硬件的功能

壓力傳感器 壓力傳感器是將測得的壓力信號轉換成電信號的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應用于各種工業自控環境中。壓力傳感器的精度直接影響系統的控制質量。變頻供水系統中的壓力傳感器一般采用電阻式傳感器或壓力變送器，壓力傳感器的輸出信號傳遞到變頻器。

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也稱為可編程邏輯控制器，簡寫為PLC。 是整個恒壓供水系統的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎，綜合計算機、通信、聯網以及自動控制技術而開發的新一代工業控制裝置。它使用可編寫程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序控制、計數、計時和算術運算功能。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態進行檢測、并對輸入的數據進行運算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學、工作可靠性高、安裝維護方便等特點。

變頻器 是一種將電網供電頻率50Hz的交流電轉換成輸出頻率連續可調的交流電的電氣設備，是輸出頻率可調的電源。因為異步電動機的轉速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動機供電電源的頻率f，可以實現電動機的無級調速。在恒壓供水系統中變頻器接收來自傳感器采集的壓力信號，通過變頻器內部自帶的采樣程序及PID閉環程序與用戶設定的壓力構成閉環， 對終端設備電機（水泵）進行控制，以達到水泵恒壓力供水的要求。供水系統中可以一臺變頻器控制多臺電動機（水泵）即水泵組的運行，也可以每臺變頻器只控制一臺電動機（水泵）運行。

水泵組 把電動機和水泵連成一體，通過調節電動機的轉速來控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統的執行機構。恒壓供水系統中通常設置多臺水泵（3臺為例），供水量大時開啟3臺，供水量小時開1臺或2臺。每臺水泵的出水管均有手動閥，以供維修和調節水量之用。水泵組中的水泵統一協調工作，以滿足供水需要。

2.2 變頻器恒壓供水系統的控制原理

壓力傳感器檢測管網壓力，將壓力信號轉換為標準電信號送進變頻器的模擬量輸入端，與設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置的PID運算將結果轉換為頻率調節信號，以調整水泵電動機的電源頻率，進而實現控制水泵轉速，調節了供水系統的供水量，達到恒壓供水的目的。

自動運行時，由PLC控制電動機的工頻運行和變頻運行繼電器，依據條件進行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運行先啟動1#泵，當用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網恒速運行，同時啟動2#泵并進入變頻運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止；如果用水量繼續增加，當2#泵加速運行變頻器輸出頻率達到工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網恒速運行，同時3#水泵啟動變頻運行，系統對水壓閉環調節，直到水壓達到設定值為止；當用水量下降水壓增高時，變頻器輸出頻率降到啟動頻率而水壓仍高于設定值，停止該水泵的運行，系統恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值；當用水量繼續下降，每當減速運行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運行，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。

系統還設置了手動運行模式，該模式主要用于系統出錯或是變頻器的故障檢修。

3 變頻器恒壓供水的優勢

1）采用變頻器恒壓供水系統，實現了真正意義上的無人值守全自動供水控制；

2）電動機啟動電流從零逐漸增加到額定電流，啟動時間相應延長，對電網沒有較大的沖擊；

3）系統實現了軟啟動，消除啟動電流大的沖擊，減輕了機械啟動轉矩對電機的機械損傷，延長了電機和泵的使用壽命；

4）可以消除啟動和停機時的水錘效應；

5）系統可以按照需求來設定壓力，系統根據設定的壓力自動調節水泵轉速和水泵運行臺數，使設備運行在高效節能的最佳狀態，從而達到了節水節電節省人力的節能目的。

【參考文獻】

[1]張威.PLC與變頻器項目教程[M].機械工業出版社.

[2]張娟，呂志香.變頻器應用與維護項目教程[M].化工工業出版社.

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關鍵詞：PLC；變頻器；水處理設備

中圖分類號：　TN77 文獻標識碼：A

1　改造的總體思路及工作原理

工作原理

設備正常投入使用時，市政管網的水進入無負壓穩流罐，罐內的空氣從排氣閥大量排出，當空氣排完時，閥內浮球被水浮起，傳動塞頭至關閉位置，慢慢關閉排氣口，停止排氣，防止出水，當穩流罐內水流正常輸送時，如有少量空氣聚集在罐內到相當程度，罐內水位下降，浮球隨之下降，此時空氣則有排氣孔排出。

當市政管網中壓力低于用戶所需的設定壓力時，水泵變頻調速運行，保證用戶管網壓力符合用戶用水的要求。市政管網水壓越高，水泵的轉速越低，市政管網水壓越低，水泵的轉速越高。當市政管網供水壓力達到用戶要求時，設備自動停止工作，市政管網的水通過旁通管直接供給用戶使用。

反之，當市政管網停水時，穩流罐內的水位逐漸下降，當降至最低水位時，穩流罐上的液位計發出停機信號，設備自動停止運行并顯示缺水保護信號。和PLC連接發出報警信號。

當電網停電時，設備停機，市政管網的水直接從設備旁通管供應到用戶。當到了供水需求大的時間段，例如：早7點到晚4點，設定PLC值使其工作保障管網中壓力，以適應供水的需要，到了晚4點后，由于校園的特點，用水量幾乎為零，此時可切換PLC，設備可自動停止工作，市政管網的水通過旁通管直接供給用戶使用。這樣一來，高峰期保證用水，空閑期又可節能。是即節電又先進又可靠的理想方案。

為此，我們設計的控制系統主要有以下部件組成：選擇適配水泵電機功率37KW，電源電壓3AC380V，型號為F0370T3C的變頻器作為電機調速裝置；閉環調節器選用PXR-9；系統的程序控制選用AF20MR-A小型可編程控制器；供水壓力信號采用DBM20R-1型壓力變送器。上海東方泵業出產的負壓檢測抑制系統，EAST的穩流罐將它們安裝標準電柜中。

2　系統變頻器主要參數設置

結語

我國是一個能源比較貧乏的國家，通過將PLC和變頻器應用在城市管網供水控制上，在設備控制上應用新技術，大大提升了校園供水能力和城市電能的節約，這也是節能減排工作的需要。該改造方案經過理論和實踐的論證，取得了顯著的收益，具有較強的推廣性和可參考價值

參考文獻

[1]　北京海揚鴻業公司.地下水處理技術2010.

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關鍵詞: PLC；恒壓供水；變頻技術

Abstract: the design is based on the water supply system as the control object, using PLC and frequency conversion technology combined with technology, design a set of constant pressure water supply system and the city, to use the computer for remote monitoring and management of the water supply system, to ensure that the system is reliable, safe and energy saving, to obtain the optimal operation condition.

Keywords: PLC; constant pressure water supply; frequency conversion technology

中圖分類號： TV674文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）

1、系統介紹

在我們這個水資源嚴重短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業生產循環供水等方面的技術一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經濟的發展，人們生活水平的不斷提高，城市中住宅建設速度驚人，這也對小區的基礎設施建設提出了更高的要求。小區供水系統是住宅建設的重要一環，供水的可靠性、穩定性、經濟性直接影響到居住的品質。

供水系統是國民生產生活中不可缺少的重要一環。傳統供水方式占地面積較大，水質易受到污染，傳統的供水方式嚴重浪費水力和電力資源，可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導致部分設備不能正常工作。變頻調速技術是一種新型的交流電機無極調速技術，它有著優良的控制性能，被廣泛應用于各種速度控制領域，特別是供水行業中。

本設計是以小區供水系統為控制對象，采用PLC和變頻技術相結合技術，設計一套城市小區恒壓供水系統，并引用計算機對供水系統進行遠程監控和管理，以此保證整個系統運行可靠，安全節能，獲得最佳的運行工況。

2、系統組成

PLC控制變頻恒壓供水系統主要有可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力變送器和現場水泵機組構成完整的閉環調節系統，本設計中有3個貯水池，3臺水泵，采用部分流量調節方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵做恒速運行。PLC根據管網壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據壓力檢測值和給定值之間的偏差進行PID運算，通過變頻器來控制其輸出頻率，以此調節流量，保證供水管網壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。

系統可分為：執行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體為：

(l) 執行機構：執行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構成，變頻泵是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態，用以在用水量很大的情況下投入工作。

(2) 信號檢測機構：在系統控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉換。另外為加強系統的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，檢測結果可以送給PLC，作為數字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統要對系統實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。

(3) 控制機構：供水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統)、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接對系統中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執行機構(即水泵機組)進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。

3、設備選型

本系統主要設備如表1所示：

表1 本系統主要硬件設備清單

PLC是整個變頻恒壓供水控制系統的核心，它要完成對系統中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現以及對外的數據交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動控制系統控制設備相對較少，因此PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協議簡單等優點。

根據控制系統實際所需端子數目，考慮PLC端子數目要有一定的預留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關量輸入CPU226為24點，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。EM235模塊可以針對不同的標準輸入信號，通過DIP開關進行設置。

由于本設計中PLC選擇的西門子S7-200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。它是用于三相交流電動機調速的系列產品，由微處理器控制，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化結構，組態靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環控制器，可以根據用戶的特殊需要對I/O端子進行功能自定義。MicroMaster440變頻器的輸出功率為0.75~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為75KW的水泵電機的輸入信號。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS-485通信協議和接口直接與西門子PLC相連，更便于設備之間的通信。

4、系統程序設計

PLC主程序主要由系統初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量比較計算程序和報警程序等構成。主程序大體包括以下幾部分：

(1) 調用初始化子程序，設定各初始值；

(2) 根據增、減泵條件確定工頻泵運行數；

(3) 根據增泵、倒泵情況確定變頻泵號；

(4) 通過工頻泵數和變頻泵號對各泵運行情況進行控制；

(5) 進行報警和故障處理。

5、總結

本設計的主要的工作如下：

(1) 由PLC、變頻器實現生活用水的恒壓控制。系統采用PLC實現對多泵切換的控制。通過變頻器實現對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調速實現對水壓的調節。

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關鍵詞：高鐵站房；建筑給排水；市政管網水壓；給水方式；節能技術

1充分利用市政管網水壓

在給水系統中的耗能主要是加壓過程中水泵消耗的電能，因此高鐵站房內建筑給排水的節能首先要考慮的就是充分利用市政管網水壓，盡量減少水泵的使用。下面就結合實例探討如何充分利用市政管網水壓。

對于標高低于城市水壓線的站房，市政管網的壓力可以滿足生活給水的需求，因此在這些站房中，普通的生活給水采用直接給水方式，是不需要額外消耗能量的，只需設置在火災時市政水壓滿足不了消防需要時的加壓泵即可，供水方式較單一。

對于高鐵站房，市政管網水壓不能滿足整個區域的用水需求，需要設置加壓設施，因此需要考慮采用何種方式，盡力做到節能。高鐵站房的供水和一般城市供水相比較為特殊，主要是由于高鐵站房的用水比較集中，且用水量較大，用水的時間性強，一般在動車車次密集的時間段用水量最大，而其它時間則用水量一般。如果高鐵站房的給水系統設計不合理，必將造成電能和水資源的浪費。因此高鐵站房的供水應考慮充分利用市政管網供水，結合水泵供水。以某站房供水方式為例：該站房的供水方式為把市政管網的水源直接接入站房管網內，并設立直管，將水取到蓄水池。由于市政供水采用多廠聯合供水的方式，并設有多級調節水池和加壓泵站，對水壓和水量的調節能力較強，且市政供水對供電事故的應急能力較強，機電設備的備用率較高，供水可靠性較高，因此，站房供水應充分利用市政管網所提供的水壓，滿足站房內供水中的大部分需要。針對用水量較大、用水集中、時間性強的特點，在用水高峰期會出現供水不足的情況，應在市政管網正常供水的情況下，采用變頻水泵供水作為輔助措施，發揮站房內蓄水池的蓄水作用。這種供水方式既節約了大量電能，降低機電設備的損耗，獲得良好經濟效益，又提高了供水的可靠性，滿足高鐵站房的特殊供水需要。主要供水原理圖如下：

某站主要供水原理圖

安裝時設置兩條供水線路，一是經恒壓變頻供水設備加壓供水；二是直接把城市供水管網和車站列車供水管網連接起來，并在管路上安裝止回閥，只允許水流從城市管網流向列車上水管網，可利用城市管網自身的水壓向列車上水管網供水。變頻恒壓供水設備供水管路接到止回閥后（列車供水端），供水設備供水壓力設定值高于市政供水壓力，變頻供水水泵后（水箱端）設置止回閥、這樣就能防止市政給水通過水泵倒灌回水箱。平時正常使用時，列車供水完全由市政水直接供給，當出現用水高峰時段時，市政供水量不能滿足列車上水需求時，自控裝置從2號信號采集點采集信號，啟動變頻供水設備，從儲備水箱中抽水為列車供水，當用水高峰期過后，水泵轉速低于設定值時，自控裝置逐步控停水泵，列車供水切換為由市政水直供。在完成以上管路及變頻給水設備安裝后，經過一年多的運行實踐效果明顯，在保證供水要求的同時，供水可靠性得到了很大提高，同時節省了大量電能。經測算水泵電耗降低了56%，供水量減少了23%，獲得了良好的經濟效益。

2合理的給水方式

通常的給水方式主要有以下幾種：

2.1直接給水方式。

直接給水方式由室外給水管網直接供水，為最簡單、經濟的給水方式。適用于室外給水管網的水量、水壓在一天內均能滿足用水要求的高鐵站房。

2.2設水箱的給水方式。

設水箱的給水方式適用室外給水管網供水壓力周期性不足的高鐵站房。低峰用水時，可利用室外給水管網水壓直接供水并向水箱進水，水箱貯備水量。高峰用水時，室外管網水壓不足，則由水箱向高鐵站房內給水系統供水。當室外給水管網水壓偏高或不穩定時，為保證高鐵站房內給水系統的良好工況或滿足穩壓供水的要求，也可采用設水箱的給水方式。

以上兩種供水方式都無需其他能耗，所以在設計中應充分利用。

2.3設水泵的給水方式。

設水泵的給水方式適用室外給水管網的水壓經常不足的高鐵站房。當高鐵站房內用水量大且較均勻時，可用恒速水泵供水；當高鐵站房內用水不均勻時，宜采用―臺或多臺水泵變速運行供水，以提高水泵的工作效率。為充分利用室外管網壓力，節省電能，當水泵與室外管網直接連接時，應設旁通管，當室外管網壓力足夠大時，可自動開啟旁通管的逆止閥直接向建筑內供水。

在設水泵的供水方式中目前較為常用的是使用變頻泵。變頻泵是根據用水量的變化來調節電機的轉速，使水泵變量變壓或恒壓供水，有效達到節能的目的。這種方式通過大量應用證明了其較好的節能效果。例如某站，建筑面積約2萬m2，站房內配套設施齊全，有超市、咖啡吧、公共衛生間、生產辦公用房。經過對設高位水箱、水塔、氣壓罐等幾種供水方式分析比較，決定在該站房給水系統設計中采用變頻泵。投入運行近二年，反映很好，達到了預期的節能目的。

2.4設水泵和水箱的給水方式。

設水泵和水箱的給水方式宜在室外給水管網壓力低于或經常不能滿足高鐵站房內給水管網所需的水壓，且室內用水不均勻時采用。該方式的優點是水泵能及時向水箱供水，可縮小水箱的容積，又因有水箱的調節作用，水泵出水量穩定，能保持在高效區運行，水箱可貯備一定水量，供水比較安全可靠，設備費及運營費較低。比如對于高鐵站房，用水以生活用水為主，根據用水量的大小與列車到達時間相關的特點，一天內用水主要集中在列車到達的兩三個小時內。通過對單純使用變頻水泵的給水方式、單純使用水泵的給水方式與設置水泵和水箱的聯合給水方式進行節能分析，可得：水泵和水箱的聯合給水方式的能耗是單純使用水泵給水方式的1/4，是單純使用變頻水泵的給水方式的能耗的1/2。因此，針對高鐵站房的用水特性，最適合的給水方式是水泵和水箱的聯合給水方式，變頻泵不是最節能的給水方式，但在一定條件下仍是一種可行的節能方式。

2.5氣壓給水方式。

氣壓給水方式是在給水系統中設置氣壓罐，利用氣壓罐內氣體的可壓縮性，升壓供水。氣壓罐的作用相當于高位水箱，但其位置可根據需要設置在高處或低處。該給水方式宜在室外給水管網壓力低于或經常不能滿足高鐵站房內給水管網所需水壓，室內用水不均勻，且不宜設置高位水箱時采用。但氣壓罐壓力不穩，調節容積較小，水泵啟動次數頻繁，工作效率較低，供水可靠性較差，建議僅作為使用水泵供水時的輔助供水方式。

2.6分區給水方式。

在高鐵站房建設中，當室外給水管網的壓力只能滿足建筑低層供水要求時，可采用分區給水方式，室外給水管網水壓線以部分為低區，由外網直接供水，水壓線以上部分為高區，由升壓蓄水設備供水，同時考慮合理的分區，分區常有串聯式、減壓式、并列式這幾種。

串聯式各區分設水箱和水泵，低區的水箱兼作上區的水池。其優點是：無需設置高壓水泵和高壓管線；水泵可保持在高效區工作，能耗較少；管道布置簡潔，較省管材。缺點是：供水不夠安全，下區設備故障將直接影響上層供水；各區水箱、水泵分散設置，維修、管理不便，且要占用一定的建筑面積；水箱容積較大，將增加結構的負荷和造價。

減壓式，用水由設在底層的水泵一次提升至屋頂水箱，再通過各區減壓裝置如減壓水箱、減壓閥等依次向下供水。其優點是：水泵數量少，占地少，且集中設置便于維修、管理；管線布置簡單，投資省。缺點是：各區用水均需提升至屋頂水箱，不但水箱容積大，也增加了電耗；供水不夠安全，水泵或屋頂水箱進水管、出水管的局部故障都將影響各區供水。

并列式，各區升壓設備集中設在底層或地下設備層，分別向各區供水。由水泵、水箱；變頻調速水泵、氣壓給水設備升壓供水，進行并列供水。其優點是：各區供水自成系統，互不影響，供水較安全可靠；各區升壓設備集中設置，便于維修、管理。水泵、水箱并列供水系統中，各區水箱容積小，占地少。氣壓給水設備、變頻調速泵并列供水系統中，無需水箱，節省了占地面積。并列式分區的缺點是：上區供水泵揚程較大，總壓水線長；由氣壓給水設備升壓供水時，調節容積小，耗電量較大，分區多時，高區氣壓罐承受壓力大，使用鋼材較多，費用高；由變頻調速泵升壓供水時，設備費用較高，維修較復雜。

通過水力計算可知，從節能角度考慮，應盡量采用分區并聯給水方式或分區串聯給水方式為好，但從供水可靠性的角度來講，應該采用分區并聯的給水方式。目前，較為廣泛應用的是變頻調速泵并列供水方式，這種供水方式在高鐵站房的應用中達到了很好的節能效果。

以上幾種供水方式各有優缺點，在實際應用中，應考慮高鐵站房的實際情況選用，充分發揮各自優點，達到節能目的。

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