變頻供水系統(tǒng)范文

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關(guān)鍵詞：變頻恒壓 供水系統(tǒng) 水資源 城市供水

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了我國(guó)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(duì)于生活質(zhì)量的要求標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。因此，城市供水系統(tǒng)也必須針對(duì)社會(huì)發(fā)展以及人們盛會(huì)水平的提升來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改善，以滿足社會(huì)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(jì)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(fèi)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(diǎn)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(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速技術(shù)。它以其獨(dú)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(duì)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(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行；

3.多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行；

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

5.在線調(diào)整PID參數(shù)；

6.泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警，信號(hào)顯示等。

一、變頻調(diào)速的特點(diǎn)及分析

城市中各各時(shí)段的用水量一般是動(dòng)態(tài)變化的，因此供水過(guò)?；蚬┧蛔愕那闆r時(shí)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(shí)，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(shí)供水量也多，用水量少時(shí)供水量也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于用戶(hù)是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時(shí)，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)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(jì)效益和社會(huì)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(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)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(lái)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(shí)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(dòng)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(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)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(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精度。這通過(guò)PLC加智能儀表可實(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對(duì)PLC的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)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(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

1.起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊

2.由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命

3.可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)

五、恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)

1.節(jié)電

優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行；

2.節(jié)水

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

3.運(yùn)行可靠

由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無(wú)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(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)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(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。

5.控制靈活

分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。

6.自我保護(hù)功能完善

如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶(hù)可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 高陽(yáng).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(jì)算機(jī)2011（11） .

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【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(jì)條件和相關(guān)技術(shù)人才的原因，我國(guó)水廠自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化程度較低，甚至還是空白。在一些已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的水廠中，雖然自動(dòng)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(lái)。有的自控系統(tǒng)從未運(yùn)行過(guò)，一直處于閑置狀態(tài)；有的運(yùn)行一段時(shí)間后變?yōu)榱耸謩?dòng)，甚至處于癱瘓狀態(tài)，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費(fèi)。

國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)水廠自動(dòng)化控制的方法主要是新建和擴(kuò)建工程。大型水廠建設(shè)項(xiàng)目依靠引進(jìn)外資和全套技術(shù)設(shè)備，水廠工藝自動(dòng)化水平高，但設(shè)備和控制系統(tǒng)投資很大。中小水廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、工程服務(wù)以國(guó)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(guó)外產(chǎn)品為主，在設(shè)備選型及工程服務(wù)上采取國(guó)內(nèi)與國(guó)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(shí)現(xiàn)了工程售后服務(wù)的本地化，有利于該行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

我國(guó)水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)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(dòng)控制，各獨(dú)立系統(tǒng)互不相關(guān)；第二階段是水廠綜合自動(dòng)化階段，在該階段整個(gè)水廠作為一個(gè)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)各個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)又可以獨(dú)立工作，該系統(tǒng)共享整個(gè)水廠的信息，同時(shí)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(dòng)化階段，該階段要求在一個(gè)區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。目前我國(guó)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(guó)外，如加拿大、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家基本實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動(dòng)化，而且開(kāi)始進(jìn)行分質(zhì)供水，把自來(lái)水中生活用水和直接飲用水分開(kāi)，另設(shè)管網(wǎng)，直通住戶(hù)，實(shí)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(shí)對(duì)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(wèn)題，在不同的季節(jié)、不同的時(shí)段，用戶(hù)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(hù)的用水需求量變化而變化。在低峰時(shí)，如果水泵機(jī)組按高峰期的用水量運(yùn)行，雖可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，根據(jù)用水需求自動(dòng)控制水泵機(jī)組運(yùn)行，且實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是水廠自動(dòng)化技術(shù)的一項(xiàng)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(xiàng)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(jì)冗余和用水量變化而浪費(fèi)的電能全部節(jié)省下來(lái)。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(dòng)調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)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(diǎn)，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(shí)也能減少機(jī)械磨損和噪音，改善車(chē)間勞動(dòng)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(guò)改變頻率來(lái)調(diào)整電機(jī)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(hù)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(lái)實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能供水，可以采用恒壓變量或變壓變量?jī)煞N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。恒壓變量供水系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）來(lái)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(hù)用水量的變化同時(shí)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(shí)際應(yīng)用的很少。

三、水廠變頻供水系統(tǒng)供水裝置設(shè)計(jì)

1、邏輯電子電路控制方式

這類(lèi)控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺(tái)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(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)有沖擊、抗干擾能力較弱，但成本較低。

2、單片微機(jī)電路控制方式

這類(lèi)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(shí)調(diào)試較麻煩，追加功能時(shí)往往要對(duì)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(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)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(cè)管網(wǎng)水壓。壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶(hù)需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)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(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)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(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。

由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或 PID 回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)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(jià)格很高，這無(wú)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞯妮斎胄盘?hào)，這樣不但成本沒(méi)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(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)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(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4、新型變頻調(diào)速供水設(shè)備

針對(duì)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(lái)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(jiǎn)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(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì) 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(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。這類(lèi)變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略微高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)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(shí)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(yùn)行原理及運(yùn)行過(guò)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(diǎn)，但具體問(wèn)題需要具體分析，在變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意許多設(shè)計(jì)要點(diǎn)，否則無(wú)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(dòng)機(jī)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(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)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(xiàng)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(yùn)行的供水泵的自動(dòng)化水平較低，供水效率也比較低，同時(shí)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(fèi)現(xiàn)象，進(jìn)一步造成了經(jīng)濟(jì)損失。而變頻技術(shù)是一種高效調(diào)速技術(shù)，通過(guò)調(diào)整電流實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(diǎn)，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(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。

2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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?chē)碾娐返葞撞糠?，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(shí)現(xiàn)交流變直流，中間電路則是對(duì)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(dòng)機(jī)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(duì)各種檢測(cè)到的信號(hào)和參數(shù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與變頻器之間的通信功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的處理以及運(yùn)行指令的下達(dá)，在需要高精度控制時(shí)，可將反饋信號(hào)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(gè)行業(yè)得到推廣，充分發(fā)揮了其節(jié)能降耗、自動(dòng)化控制、質(zhì)量提高、減小維修、提高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)。

2.2變頻技術(shù)

變頻技術(shù)的基本原理就是通過(guò)調(diào)整電源的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。交流電動(dòng)機(jī)主要包括同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)，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(jī)同步轉(zhuǎn)速，s表示轉(zhuǎn)差率，f表示電源頻率，p表示電機(jī)極對(duì)數(shù)，通過(guò)公式我們可以發(fā)現(xiàn)，電源頻率、極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率三個(gè)方面的改變可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，其中變頻調(diào)速是最穩(wěn)定和簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(shí)，對(duì)輸出電壓進(jìn)行有效控制，從而保障電動(dòng)機(jī)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(yùn)行過(guò)程中，輸出揚(yáng)程H和電機(jī)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(hù)用水量而產(chǎn)生變化，具有一定的隨機(jī)性，因此，針對(duì)水泵電機(jī)主要通過(guò)控制水壓實(shí)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(huì)減小，因此變頻器可以通過(guò)SF模式實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)恒壓控制，在這個(gè)過(guò)程中要求水壓連續(xù)可調(diào)，可以通過(guò)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(jī)動(dòng)靜態(tài)品質(zhì)方面存在不足。這時(shí)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(jì)

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(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(yùn)行過(guò)程中，首先要啟動(dòng)主泵，供水管網(wǎng)中的水壓需要達(dá)到設(shè)定數(shù)值，同時(shí)變頻器的輸出穩(wěn)定在特定范圍。當(dāng)用戶(hù)的用水量增加時(shí)，管道內(nèi)的水壓就會(huì)降低，壓力變送器采集該信號(hào)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)行。在用水量增加過(guò)多的情況下，主泵的供水量難以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制效果，則需要啟動(dòng)備用泵，如果用水量減少，也可以實(shí)現(xiàn)備用泵的自動(dòng)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(hào)實(shí)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(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行全流量恒壓控制，能夠取得良好的運(yùn)行效益，主要包括以下幾點(diǎn)：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(shí)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，通過(guò)壓力傳感器反饋的信號(hào)，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(guò)PLC運(yùn)算功能實(shí)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(hù)需求靈活調(diào)整；第四，“休眠”功能，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常遇到用戶(hù)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(shí)，變頻器停止工作，當(dāng)變頻器頻率達(dá)到設(shè)定啟動(dòng)值后啟動(dòng)水泵運(yùn)行；第五，延長(zhǎng)電機(jī)、水泵使用壽命，各泵均為軟啟動(dòng)，消除了全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的沖擊電流，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，采用各泵循環(huán)軟啟動(dòng)，促使各泵不會(huì)因長(zhǎng)久不用而生銹或頻繁使用而磨損[3]。

5結(jié)語(yǔ)

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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)控制功能的優(yōu)化和完善，同時(shí)要做好變頻器的維護(hù)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(jià)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(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)水泵電機(jī)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(gè)供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能和運(yùn)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(jī)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(dòng)機(jī)采用變頻器調(diào)速的原理是：通過(guò)整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，再由逆變橋變換為頻率可調(diào)的交流，作為交流異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)級(jí)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(shí)表明水泵的能量用來(lái)克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差，液體在管道中流動(dòng)的阻力。

水泵運(yùn)行工作點(diǎn)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(shí)，采用改變水泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變泵的q—h特性曲線。從而改變它的工作點(diǎn)，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(yùn)行圖

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

式中p1、h1、q1為轉(zhuǎn)速n1時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量；p2、h2、q2為轉(zhuǎn)速n2時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量。由此可見(jiàn)，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(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，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(wèn)題

石家莊市白樓賓館水泵房現(xiàn)有供水水泵三臺(tái)，型號(hào)為65dl-4，額定揚(yáng)程64m，流量30m3/h，轉(zhuǎn)速1450r/min，電機(jī)功率11kw，沈陽(yáng)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(shí)用量的二倍，而后半夜用水水量?jī)H為平時(shí)用量的三分之一，而且用水流量變化快，穩(wěn)壓時(shí)間短。

目前，采期電接點(diǎn)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(jī)啟停頻繁，造成電動(dòng)機(jī)及控制開(kāi)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(tái)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(shí)現(xiàn)三臺(tái)水泵的循環(huán)軟啟動(dòng)，圓滿地解決了白樓賓館供水系統(tǒng)不穩(wěn)定的大問(wèn)題。

4　變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對(duì)白樓賓館供水泵組存在的問(wèn)題和用水負(fù)荷的實(shí)際情況，我們?cè)O(shè)計(jì)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(jī)，拖動(dòng)水泵穩(wěn)定運(yùn)行，并輸出與壓力對(duì)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(shí)刻檢測(cè)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(shí)現(xiàn)電機(jī)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(shí)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(tái)泵在控制器控制下，均由變頻器實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。

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(wèn)題， 取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

5.1　直接經(jīng)濟(jì)效益

目前的控制方式下,三臺(tái)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(jì)算,每年電費(fèi)9.6萬(wàn)元。采用變頻恒壓供水控制裝置后,三臺(tái)泵平均輸入功率16kw,供水壓力4.5kg/cm2,年耗電140160kwh,電費(fèi)7.7萬(wàn)元,年節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支1.9萬(wàn)元。該項(xiàng)目改造投資3.2萬(wàn)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(jì)效益

5.2.1　按用水實(shí)際需要定壓供水，可以自動(dòng)保證賓館的正常用水需要，即不會(huì)發(fā)生因瞬間用水量增加而引起的供水不足，也不會(huì)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(dòng)。

5.2.2　電機(jī)循環(huán)軟啟動(dòng)，避免了在頻繁啟動(dòng)時(shí)，較大的啟動(dòng)電流對(duì)供電系統(tǒng)、配電設(shè)備和電機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)了電氣設(shè)備、水泵及管網(wǎng)的使用壽命，減少了檢修維護(hù)費(fèi)用及工作量，提高了供水安全。

5.2.3　實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制后，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)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(duì)渭北飲改水工程進(jìn)行了總體規(guī)劃，并實(shí)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(gè)鎮(zhèn)、224個(gè)行政村，服務(wù)人口40.07萬(wàn)人，下轄辛市、官道、下吉、侯家、南師、等12個(gè)供水管理站及小什、什馬等8個(gè)村級(jí)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(hù)。其中，侯家站作為東、西兩大干管的分界點(diǎn)，在肩負(fù)著東線供水任務(wù)的同時(shí)，兼顧給西線供水（正常情況下，西線由另一水源供水），在整個(gè)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(hào)，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(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作壓力，控制器將兩個(gè)壓力信號(hào)進(jìn)行比較，其差值由控制器作PID運(yùn)算，然后輸出一個(gè)模擬量信號(hào)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(shí)現(xiàn)恒壓供水。

近年來(lái)，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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求。不論是設(shè)備的投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，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(gè)出水口，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)出水口同時(shí)出水或單獨(dú)出水，并要達(dá)到自動(dòng)化控制。為滿足這種供水需求，在實(shí)際中設(shè)置了閥門(mén)，利用控制設(shè)備和閥門(mén)的配合實(shí)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(hào)電機(jī)）

2.1 變頻恒壓供水一拖四

在閥門(mén)F1、F3關(guān)閉，閥門(mén)F2打開(kāi)的情況下，實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖四控制。運(yùn)行時(shí)，四臺(tái)電機(jī)由PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖四起?？刂?，其中一臺(tái)電機(jī)由變頻器控制，另外，三臺(tái)電機(jī)分別由三臺(tái)軟啟動(dòng)器控制。

2.2 變頻恒壓供水一拖三

在閥門(mén)F1、F2關(guān)閉，閥門(mén)F3打開(kāi)的情況下，此時(shí)實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖三控制。運(yùn)行時(shí)，三臺(tái)電機(jī)由PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖三起?？刂?，其中一臺(tái)電機(jī)由變頻器控制，另外，兩臺(tái)電機(jī)分別由三臺(tái)軟啟動(dòng)器控制。

2.3 變頻恒壓供水一拖七

閥門(mén)F1、F2和F3全部打開(kāi)的情況下，此時(shí)實(shí)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(shí)現(xiàn)一拖七控制。

3 系統(tǒng)框圖及工作過(guò)程

3.1 系統(tǒng)框圖

3.2通過(guò)轉(zhuǎn)換“手動(dòng)/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)模式切換，選擇自動(dòng)模式時(shí)，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(dòng)控制模式。用戶(hù)可以手動(dòng)起動(dòng)變頻器和軟起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制七臺(tái)水泵的起停。并通過(guò)面板上的旋鈕電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而達(dá)到對(duì)水泵出水量的控制。手動(dòng)方式一般在調(diào)試時(shí)使用，用來(lái)檢查水泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

3.2.2自動(dòng)控制模式。選擇模式一時(shí)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖四控制。自動(dòng)狀態(tài)下，首先由變頻器控制1#水泵起動(dòng)，用戶(hù)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(shí)際壓力調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而控制1#水泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)實(shí)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(shí)，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(shí)間，系統(tǒng)壓力值仍然達(dá)不到壓力設(shè)定值，即一臺(tái)水泵不能滿足當(dāng)前用水量時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)軟起動(dòng)2#水泵，起動(dòng)完成后，2#水泵工頻運(yùn)行，同時(shí)實(shí)時(shí)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(tái)水泵滿轉(zhuǎn)運(yùn)行仍舊不能滿足供水需求，起動(dòng)3#水泵，其它水泵控制原理相同。

當(dāng)用水量降低時(shí)，如兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)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(shí)間，管網(wǎng)壓力仍舊不能恢復(fù)到設(shè)定值，則系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖三控制。

選擇模式三時(shí)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水一拖七控制。

4 系統(tǒng)性能及特點(diǎn)

4.1智能化程度高，操作簡(jiǎn)便。供水過(guò)程中可根據(jù)需要進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)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(chǎng)合的需要。供水運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)工作量極少;

4.2供水恒壓控制精度高。機(jī)泵切換過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)極切換，供水壓力波動(dòng)小，對(duì)管網(wǎng)、電機(jī)、水泵等供水設(shè)施的沖擊小，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命;

4.3保護(hù)功能完善，安全性能高。系統(tǒng)具有完善的電氣安全保護(hù)功能，對(duì)過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、缺水等故障均能報(bào)警并保護(hù);

4.4 系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，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(xiàng)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(hào)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(diǎn)作為屏蔽的接地點(diǎn)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，如果屏蔽線在兩端都接地，會(huì)使屏蔽線上產(chǎn)生電勢(shì)差，形成新的干擾。其次，將模擬信號(hào)線和動(dòng)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(diǎn)，盡可能的避免出口流速對(duì)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(jī)功率合理設(shè)置控制器的加速時(shí)間，一般情況下，電機(jī)功率越大，其加減速時(shí)間也就越長(zhǎng)。三是控制器和變頻器的加減速時(shí)間要一致，控制器的加減速時(shí)間設(shè)定應(yīng)大于或等于變頻器加減速時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]康會(huì)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(jī)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(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都離不開(kāi)供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定供水已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。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(fèi)、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(jì)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(jì)主要是為了滿足以下要求：

（1）保證供水時(shí)壓力恒定，并且在進(jìn)行換泵時(shí)水壓波動(dòng)要小。

（2）有2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用水泵，運(yùn)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(shí)現(xiàn)變頻器的速度以及工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行的控制。

（4）當(dāng)水泵工頻運(yùn)行的時(shí)候，由熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載進(jìn)行保護(hù)，注意要有報(bào)警信號(hào)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(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。水泵的節(jié)能優(yōu)化控制主要是通過(guò)PIC對(duì)水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)及其運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整實(shí)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(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

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(dòng)機(jī)M1由接觸器KM2控制，其變頻運(yùn)行由接觸器KM1控制；電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM4控制，其變頻運(yùn)行由接觸器KM3控制；電動(dòng)機(jī)M3由接觸器KM6控制，其變頻運(yùn)行由接觸器KM5控制。變頻器的啟動(dòng)由PLC的輸出端子Y0控制。熱繼電器FR1用于M1的過(guò)載保護(hù)；熱繼電器FR2用于M2的過(guò)載保護(hù)；熱繼電器FR3用于M3的過(guò)載保護(hù)。

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?？紤]到電動(dòng)機(jī)中可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，為應(yīng)對(duì)這種情況的發(fā)生應(yīng)當(dāng)注意設(shè)計(jì)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(duì)方的常閉觸頭。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)變頻恒壓供水系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，1#泵的交流接觸器就會(huì)進(jìn)行吸合，從而使得電機(jī)和變頻器之間互相連通，這時(shí)變頻器的輸出頻率將會(huì)由0Hz逐漸上升至所設(shè)定的頻率。假使在用水高峰時(shí)期，管網(wǎng)中的水壓值過(guò)于偏低，但是變頻器的頻率值以已經(jīng)設(shè)置至上限的時(shí)候，此時(shí)，變頻器的OL端就會(huì)輸出頻率上限的信號(hào)，這樣PLC就會(huì)按照信號(hào)讓KM1斷開(kāi)而使KM2吸合。這樣1#水泵的工況就會(huì)由變頻轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl，而此時(shí)KM3也會(huì)發(fā)生吸合，2#水泵將會(huì)啟動(dòng)并處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。反之，假使是在用水低谷時(shí)期，這時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率通常偏低，管網(wǎng)中的水壓值處于過(guò)高狀態(tài)，變頻器的OL端就會(huì)輸出頻率下限信號(hào)，這樣PLC就會(huì)按照信號(hào)讓變頻泵停止運(yùn)行，而另一臺(tái)水泵的工況就會(huì)由工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l運(yùn)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(guò)程控制，而PLC則應(yīng)當(dāng)作為控制的中心，對(duì)壓力及流量變送器所反饋的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而對(duì)水管中的壓力進(jìn)行有效控制。通過(guò)此方法還可以經(jīng)計(jì)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(cè)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(lái)。在專(zhuān)家控制模式下，可以通過(guò)控制信號(hào)、水管壓力、流量計(jì)算以及電流感應(yīng)模塊的輸出信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行判斷，如果有故障出現(xiàn)，那么有關(guān)故障點(diǎn)的報(bào)告將會(huì)顯示在觸摸屏上，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。并且在這種情況下，系統(tǒng)通常會(huì)自動(dòng)切斷主線的電源，使工作的水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文充分利用現(xiàn)代變頻技術(shù)，設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)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(guó)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(fèi)。所以，開(kāi)發(fā)可靠性高，價(jià)格優(yōu)廉、控制性能好的恒壓供水系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。變頻恒壓供水方式與過(guò)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，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(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。本文采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]。水壓波動(dòng)小，運(yùn)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(cè)得的管網(wǎng)出口處的壓力，由壓力傳感器將壓力信號(hào)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(shí)際值的偏差，對(duì)壓力進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出頻率給定信號(hào)IRF（4～20mA）給變頻器，變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)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(hào)送入PLC控制器，從而實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)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(jì)

3.1 主電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動(dòng)，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(guò)PID運(yùn)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(tái)水泵全速運(yùn)行也不能達(dá)到給定壓力時(shí)，PLC將該水泵由變頻運(yùn)行投入到工頻運(yùn)行，同時(shí)將另一臺(tái)水泵投入到變頻運(yùn)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(shí)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，減少供水量，整個(gè)系統(tǒng)保證變頻運(yùn)行時(shí)只有1臺(tái)泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開(kāi)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(zhǎng)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(jì)

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

表1 I/0點(diǎn)數(shù)分配

輸入 輸出

啟動(dòng)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(hào) 0004 泵2變頻控制 0502

壓力下限信號(hào) 0005 泵2工頻控制 0503

變頻器故障信號(hào) 0006 泵過(guò)載指示燈 0504

變頻器故障報(bào)警指示 0505

圖3 系統(tǒng)控制回路圖

4.PLC控制流程圖設(shè)計(jì)

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時(shí)監(jiān)控自來(lái)水以及供水口的情況來(lái)決定是否要起動(dòng)水泵，PLC控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號(hào)去控制繼電器、接觸器、等的動(dòng)作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運(yùn)行。PLC和變頻器是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)或自動(dòng)兩種工作方式，系統(tǒng)啟動(dòng)后，泵1首先進(jìn)人變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到壓力上限信號(hào)時(shí)，變頻泵切換為工頻，啟動(dòng)另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到壓力下限信號(hào)時(shí)，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人值守的起閉、循環(huán)切換水泵。由于變頻器具有軟啟動(dòng)的功能，消除了啟動(dòng)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而延長(zhǎng)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(shí)際運(yùn)行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動(dòng)化程度高、便于維護(hù)和高節(jié)能性等特點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用價(jià)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(jì)[J]自動(dòng)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(jì)[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(dòng)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言：隨著對(duì)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(hù)用水在高峰和低谷時(shí)用水量相差很大，不利于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低了供水設(shè)備尤其是電機(jī)的使用壽命，浪費(fèi)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(kāi)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(gè)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(dòng)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(jì)流量為40t/h，需增補(bǔ)揚(yáng)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(tái)變頻電機(jī)拖動(dòng)的水泵機(jī)組、1 臺(tái)泵類(lèi)專(zhuān)用變頻器、1 臺(tái)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(guò)程如下：蓄水池隔離市政的自來(lái)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(tái)水泵機(jī)組加壓供水。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，變頻器控制1 臺(tái)變頻電機(jī)低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，通過(guò)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(hào)反饋給PLC 從而調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，如果第1 臺(tái)電機(jī)傳速調(diào)節(jié)到最高時(shí)出水口壓力仍然達(dá)不到設(shè)定值，則需要增加另一臺(tái)水泵。增加水泵時(shí)，首先將第1 臺(tái)水泵從變頻器供電通過(guò)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(guò)變頻器控制第2 臺(tái)變頻電機(jī)軟啟動(dòng)，逐步增加第2 臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直到出水口的水壓達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用戶(hù)的用水量較小時(shí)，1 臺(tái)電機(jī)就可以滿足水壓的要求，用水高峰時(shí)，2 臺(tái)電機(jī)同時(shí)投入運(yùn)行。2 臺(tái)電機(jī)互為備用，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，而且在用水低谷時(shí)，還可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行必要的維護(hù)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(diǎn)：

⑴供水質(zhì)量提高，水壓穩(wěn)定，得到了用戶(hù)的肯定。

⑵操作控制簡(jiǎn)單。通過(guò)PLC 和變頻器還可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓、短路等保護(hù)功能。減輕了設(shè)備維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)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?，大大降低了電控系統(tǒng)的造價(jià)。同時(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、啟動(dòng)階段自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

2、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)如用水負(fù)荷的波動(dòng)對(duì)水壓造成的影響，壓力傳感器將管網(wǎng)水壓信號(hào)與給定水壓比較后通過(guò)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(yàn)值指導(dǎo)下的測(cè)試法，力爭(zhēng)短時(shí)間內(nèi)完成參數(shù)設(shè)定，避免對(duì)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(shí)際壓力與恒壓給定值的差值），但是P 值過(guò)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(qiáng)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(shí)間太長(zhǎng)又會(huì)發(fā)生當(dāng)實(shí)際管網(wǎng)水壓急劇變化時(shí)難以迅速恢復(fù)的情況，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差。微分D 值時(shí)間愈短，微分作用愈弱，減少D 值，有利于減少調(diào)節(jié)時(shí)間，克服因積分時(shí)間太長(zhǎng)而使系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。P，I，D 經(jīng)驗(yàn)值和參數(shù)設(shè)定依據(jù)，在測(cè)試過(guò)程中依照先比例后積分的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。依據(jù)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)，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(lái)補(bǔ)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(duì)于居民小區(qū)，用水高峰集中在早、中、晚3 個(gè)時(shí)段，而在深夜則用水量處于低谷。改變不同時(shí)段的壓力給定值，則更能起到節(jié)能的作用。每個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)，控制程序按不同時(shí)段自動(dòng)給出壓力給定值，無(wú)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(tái)電機(jī)由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換，時(shí)間應(yīng)盡可能短。因?yàn)殡姍C(jī)脫離變頻后，在水壓的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)電流增加。同時(shí)第2 臺(tái)電機(jī)接入變頻器啟動(dòng)。如果兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，由于用水負(fù)荷減小，第2 臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到最低，實(shí)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(tái)電機(jī)從電網(wǎng)斷開(kāi)。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(jì)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(shí)設(shè)定值為“設(shè)定值-”，減泵時(shí)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(jī)交互界面的設(shè)計(jì)

人機(jī)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(bào)警信息等。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供自動(dòng)控制模式和人工控制模式兩種。在自動(dòng)控制模式下，如果發(fā)生停電或其他意外情況使水泵停機(jī)，系統(tǒng)能夠在下次供電時(shí)重新啟動(dòng)。這樣，供水站平時(shí)就可無(wú)人值守，有利于減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力資源。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠切換到手動(dòng)控制方式，保證連續(xù)供水。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，變頻恒壓供水系統(tǒng)是值得大力推廣的一項(xiàng)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(shí)踐運(yùn)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(yùn)行可靠，且具有良好的經(jīng)濟(jì)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(dòng)自動(dòng)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(bào),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(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)”的主要精神，在我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，城市中各類(lèi)小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)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(dòng)供水系統(tǒng)化程度不高等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前住宅小區(qū)生活的需要。經(jīng)過(guò)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(diǎn)，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(hù)對(duì)供水系統(tǒng)的要求，確定工控設(shè)備西門(mén)子S7-200 PLC和西門(mén)子MM420變頻器作為主要控制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)，并通過(guò)抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用水量的計(jì)算，通過(guò)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作的作用，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)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(shí)的水壓波動(dòng)小；②共有4臺(tái)水泵，3臺(tái)主水泵，1臺(tái)輔助泵；③變頻器的速度以及工、變頻運(yùn)行由管網(wǎng)壓力變送器來(lái)控制；④通過(guò)脈沖式水表可以完成用水量的計(jì)量；⑤通過(guò)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的住宅小區(qū)變頻恒壓供水控制過(guò)程。

本系統(tǒng)是通過(guò)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(lái)進(jìn)行控制，即通過(guò)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(duì)目前住宅小區(qū)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題：主要表現(xiàn)在用水高峰期，特別是早、晚兩個(gè)時(shí)間段，正是人們燒飯洗衣服的時(shí)候，這時(shí)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(gè)時(shí)間段以外的時(shí)間，即用水低峰期，這時(shí)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(guò)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(fèi)。本系統(tǒng)主要通過(guò)西門(mén)子S7-200 PLC 對(duì)水泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制，通過(guò)西門(mén)子MM420變頻器調(diào)整水泵的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定水壓和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)通過(guò)壓力變送器采集管道中水壓信號(hào)，PLC采集到該信號(hào)后，由A/ D轉(zhuǎn)換模塊將采集信號(hào)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，西門(mén)子S7-200 PLC能夠進(jìn)行PID控制，PID是比例、積分、微分的縮寫(xiě)，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(dòng)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(jì)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(guò)交流接觸器組切換后輸出給水泵的電動(dòng)機(jī)，最終由PLC根據(jù)頻率變化來(lái)控制水泵的運(yùn)行數(shù)量和工變頻運(yùn)行狀態(tài)，以此來(lái)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(jì)

利用西門(mén)子MM420變頻器、西門(mén)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(shí)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(jī)、2#電機(jī)、3#電機(jī)的變頻運(yùn)行，接觸器KM2、KM4、KM6分別控制1#電機(jī)、2#電機(jī)、3#電機(jī)的工頻運(yùn)行，接觸器KM7控制輔助泵的工頻運(yùn)行，PLC的模擬輸出端子M、V控制變頻器的運(yùn)行。為了更好地保護(hù)電機(jī)的運(yùn)行，在電路中加入熱繼電器，它的工作原理是過(guò)載電流通過(guò)熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將電動(dòng)機(jī)控制電路斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電停車(chē)，起到過(guò)載保護(hù)的作用。FR1、FR2為1#電機(jī)、2#電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器，F(xiàn)R3、FR4為3#電機(jī)、輔助泵過(guò)載保護(hù)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(jiàn)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(shí)際壓力信號(hào)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(guò)接觸器線圈實(shí)現(xiàn)電機(jī)工頻運(yùn)行或變頻運(yùn)行的切換，控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)量。

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

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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(gè)時(shí)間段，早上用水量主要集中在6點(diǎn)-9點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段，晚上用水量主要集中在18點(diǎn)-22點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段，除了這兩個(gè)時(shí)間段以外，平時(shí)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(shí)現(xiàn)低流量時(shí)的恒壓供水節(jié)能效果可達(dá)30%。

系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先啟動(dòng)輔助泵工頻運(yùn)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(shí)，1分鐘后，PLC通過(guò)變頻器啟動(dòng)l#水泵變頻運(yùn)行，同時(shí)關(guān)閉輔助泵的運(yùn)行。在l#水泵變頻運(yùn)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(lái)控制流量，維持水壓。當(dāng)1#水泵變頻運(yùn)行到50Hz時(shí)，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(shí)，1分鐘后，由PLC給出控制信號(hào)，將l#水泵與變頻器斷開(kāi)，l#水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器啟動(dòng)2#水泵變頻運(yùn)行。系統(tǒng)工作于l#水泵工頻、2#水泵變頻的兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行的供水狀態(tài)。若用水量繼續(xù)增加，兩臺(tái)水泵也不能滿足水壓要求時(shí)，將按上述過(guò)程繼續(xù)增開(kāi)水泵臺(tái)數(shù)，直到滿足設(shè)定壓力。整個(gè)過(guò)程中只有一臺(tái)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(shí)，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(yùn)行，當(dāng)3#水泵運(yùn)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(shí)，1分鐘后，將3#水泵停止，2#水泵投入變頻運(yùn)行，當(dāng)2#水泵運(yùn)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(shí)，1分鐘后，將2#水泵停止，1#水泵投入變頻運(yùn)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(tái)主水泵變頻供水狀態(tài)時(shí)，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(shí)，1分鐘后，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，啟動(dòng)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(tái)主水泵和一臺(tái)輔助穩(wěn)壓泵供水，其中只有主水泵參與變頻運(yùn)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(yùn)行和備用的轉(zhuǎn)換時(shí)間以保證所有水泵的均衡使用。PLC程序流程見(jiàn)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(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)并將數(shù)據(jù)通過(guò)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(jì)，它可以實(shí)時(shí)地將用戶(hù)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(shí)將水表數(shù)據(jù)上傳給管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)抄表程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)水表脈沖的讀取和累計(jì)，并實(shí)現(xiàn)用水量的計(jì)算。

4.2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

1）通過(guò)上位機(jī)能檢測(cè) “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(guò)上位機(jī)能檢測(cè)“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(guò)曲線反映出來(lái)；

3）在上位機(jī)上能通過(guò)“啟動(dòng)”和“停止”按鈕控制PLC自動(dòng)控制程序的啟停；

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

5 結(jié)束語(yǔ)

本文就某住宅小區(qū)恒壓供水的實(shí)際要求，采用基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，并通過(guò)抄表系統(tǒng)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(kāi)發(fā)及應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2005.

[2] 胡盤(pán)峰，陳慧敏.基于PLC的新型變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011（2）.

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

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關(guān)鍵詞：供暖熱網(wǎng)；自動(dòng)控制；變頻器；節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TE44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

2 變頻恒壓補(bǔ)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(yùn)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(jì)時(shí)的最大工況需求來(lái)考慮的，而供水系統(tǒng)在實(shí)際使用中，大多電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備都存在裕量較大的問(wèn)題，且運(yùn)行中很多時(shí)間不能達(dá)到用水的最大量。一般用閥門(mén)調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來(lái)節(jié)流，但會(huì)造成電機(jī)用電損失。而變頻恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)以變頻調(diào)速為核心，集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體，對(duì)水泵電機(jī)實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量及水壓變化通過(guò)微機(jī)檢測(cè)、運(yùn)算，自動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)、起動(dòng)電流小的特點(diǎn)，并可限制在額定電流以?xún)?nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；采用補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓后，通過(guò)改變補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)水供應(yīng)，使系統(tǒng)工作狀態(tài)更加平緩穩(wěn)定，并可通過(guò)降低轉(zhuǎn)速節(jié)能收回投資，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。由于補(bǔ)水泵的平均轉(zhuǎn)速降低，還可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等配件的使用壽命、消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)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(bǔ)水，可以方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，提高供水效率。因此，設(shè)計(jì)變頻調(diào)速的恒定水壓補(bǔ)水系統(tǒng)后，不論是投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

3 變頻恒壓補(bǔ)水的工作原理及控制過(guò)程

3.1 工作原理

在實(shí)際工作生產(chǎn)中，變頻恒壓補(bǔ)水的工作原理是根據(jù)鍋爐水位的變化來(lái)控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)補(bǔ)水量的目的。變頻恒壓補(bǔ)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(chǎng)總線技術(shù)等，對(duì)水泵進(jìn)行恒壓調(diào)速。它通過(guò)壓力傳感器跟蹤管網(wǎng)壓力變化，壓力傳感器取出補(bǔ)水泵出口信號(hào) （采暖系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的壓力信號(hào)），反饋給微機(jī)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(hào)，控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，以改變補(bǔ)水泵流量，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)(PID)，使補(bǔ)水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，補(bǔ)水量相應(yīng)增大；用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，補(bǔ)水量亦相應(yīng)減小，這樣就保證了供暖管路對(duì)水壓和水量的要求，同時(shí)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(shí)即靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，補(bǔ)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(wú)水。當(dāng)循環(huán)泵啟動(dòng)后，系統(tǒng)補(bǔ)水泵按動(dòng)態(tài)設(shè)定壓力進(jìn)行恒壓補(bǔ)水。動(dòng)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(huì)逐漸提高，這時(shí)微機(jī)會(huì)控制水泵減速使水體積和膨脹體積相互抵消，完成補(bǔ)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(dòng)補(bǔ)水泵調(diào)速構(gòu)成框圖見(jiàn)圖 1。

調(diào)節(jié)過(guò)程：補(bǔ)水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。變頻器接受 PID調(diào)節(jié)器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，把信號(hào)傳給 PID 調(diào)節(jié)器，通過(guò)PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.2 變頻恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)控制回路

該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng) 2 種控制方式，操作簡(jiǎn)單，調(diào)整系統(tǒng)組態(tài)靈活方便，保證系統(tǒng)檢修時(shí)和變頻調(diào)速器故障時(shí)仍能正常補(bǔ)水。當(dāng)將選擇控制方式旋鈕 SA1 旋至手動(dòng)位置時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行方式 （此方式只在變頻器損壞或水泵巡檢時(shí)使用），此時(shí)可通過(guò)按動(dòng)控制柜上的按鈕 SB1 或 SB3 來(lái)實(shí)現(xiàn)直接工頻啟動(dòng)補(bǔ)水泵電機(jī)。當(dāng)將選擇控制方式旋鈕SA1 旋至自動(dòng)位置時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行方式，此時(shí)通過(guò)按動(dòng)控制柜上的按鈕 SB5 啟動(dòng)變頻器，變頻器即可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓補(bǔ)水控制。系統(tǒng)控制回路示意圖見(jiàn)圖 2。

4 系統(tǒng)控制設(shè)備的特點(diǎn)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(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)等操作指令，并由數(shù)字量、模擬量的輸入輸出，控制整個(gè)恒壓供水工作過(guò)程。它還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和參數(shù)測(cè)量，當(dāng)產(chǎn)品需要升級(jí)改型時(shí)，只需修改程序即可，操作非常方便。操作者可以通過(guò)顯示屏及時(shí)了解水泵運(yùn)行的狀況，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，提高了補(bǔ)水及循環(huán)泵運(yùn)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(hù)作用。

由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機(jī)） 的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與水泵 （電機(jī)）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚(yáng)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(yáng)程；P 為軸功率。

理論計(jì)算表明：當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速降低 10%時(shí)，軸功率降低約 27.1%；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速降低 20%時(shí)，軸功率降低約 48.8%。當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)的平均流量為額定流量的 40%～50%時(shí)，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(yǔ)

隨著人們對(duì)供暖質(zhì)量和要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、適應(yīng)供暖復(fù)雜環(huán)境的恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)已成為必然趨勢(shì)。對(duì)原供熱補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓自動(dòng)補(bǔ)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(yùn)行方式，與通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)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(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)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(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。由于補(bǔ)水泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，水泵的使用壽命也大大提高。此外，因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)約了人力物力。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果表明，采用這種設(shè)計(jì)方案后，不僅全面提升了工人村區(qū)域供暖補(bǔ)水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，而且為整個(gè)供熱管網(wǎng)能夠更加平穩(wěn)、有效的運(yùn)行提供了可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

1.芮延年. 機(jī)電傳動(dòng)控制[M]. 北京：機(jī)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(jì)與維護(hù)[M]. 濟(jì)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(jī)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.