變頻供水范文
時間：2023-03-21 03:14:51
導語：如何才能寫好一篇變頻供水，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。
篇1
中圖分類號：TV 文獻標識碼：A
前言
隨著自動化的快速發展和在各個領域的滲透，使基于自動化技術的水利工程建設和管理發展到了一個新的水平，并展示出了強勁的生命力和應用前景。特別是變頻供水技術的成熟和迅速普及，給水利自動化提出了新的要求。近年來，伴隨著大量供水輸水工程的建設及改造，變頻供水技術在水利工程中的運用越來越廣泛。變頻供水技術的廣泛應用標志著水利行業技術水平隨著時代的發展不斷進步。
二、變頻器簡介
變頻器的英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive），是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器之所以能實現對電動機的調速功能，主要是變頻器能夠將電源的三相(或單相)交流電，經整流橋整流為直流電(交—直變換)，再把直流電經逆變器變為電壓和頻率可調的三相(或單相)交流電源(直—交變換)。其間電能不發生任何變化，而只有頻率發生改變。三相異步電動機的轉速計算公式為：
式中：n--轉速； f1--供電頻率； s--異步電動機轉差率； p--磁極對數。
由上述公式可知，異步電動機調速的途經有改變磁極對數、改變轉差率和調整供電頻率。
三、變頻與供水關系論述
在供水系統中，流量是最根本的控制對象。由水泵—管道供水原理可知，調節供水流量，原則上有二種方法；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，對于用水流量經常變化的場合（例如生活用水），采用調速調節流量，具有優良的節能效果。變頻器控制水泵，主要是通過變頻器控制水泵的轉速來調節水的流量，在普通泵的基礎上增加了變頻器控制。其工作原理為：風機水泵類負載，電機能耗與轉速的立方成正比，使用變頻控制水泵較使用進、出口閥門調節水泵要更加節能。由于水泵的軸功率與轉速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調節轉速能實現壓力或流量的自動控制，同時可獲得大量節能。另外使用變頻器控制還可以減少起動電流和對泵的沖擊，泵停車時還可以通過參數設置來避免泵的水錘效應。
變頻供水技術以其節能、安全、供水高品質等優點，在供水行業得到了廣泛應用。變頻供水系統實現水泵電動機無級調速，依據用水量的變化（實現上為供水管網的壓力變化）自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻器速供水系統，降低成本、保證產品質量等有著重要意義。
四、變頻供水的安全問題研究
（1）水錘效應的產生與消除
異步電動機在全電壓啟動時，從靜止狀態加速到額定轉速所需要的時間只有0.25s。這意味著在0.25s的時間里，水的流量將從零猛增到額定流量。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時間內流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，并產生空化現象。壓力沖擊將使管壁受力而產生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為水錘效應。在直接停機時，供水系統的水頭將克服電動機的慣性而使系統急劇地停止。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應。由此可以看出，產生水錘效應的根本原因，是由于啟動和制動過程中的動態轉矩太大。
水錘效應具有極大的破壞性:壓強過高，將引起管道的破裂，反之，壓強過低又會導致管道的癟塌。此外，水錘效應也可能破壞水泵、閥門和固定件，大大降低供水質量。采用了變頻調速后，可以通過對升速時間的預置來延長啟動過程，使動態轉矩大為減小，在系統停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，減小動態轉矩，從而徹底消除水錘效應，大大延長了水泵及管道系統的壽命。
（2）供水電機及電網的保護
由于變頻供水基本上都采用了變頻軟啟動，啟動頻率低，啟動電流小，因此，除了對供水機泵和供水管網有保護作用，還能有效地防止大電流對電機和電網的沖擊，對供水電機和電網有良好的保護作用，供水系統電機直接啟動與變頻啟動的對比表如下表所示。
五、對變頻干擾的處理
凡是安裝有變頻器的測控系統一般都伴隨著電磁干擾的問題。變頻器的干擾問題一般分為變頻器自身干擾；外界設備產生的電磁波對變頻器干擾；變頻器對其它弱電設備干擾3類情況。
變頻器自身就是一個干擾源。變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，變頻器主回路主要由整流電路，逆變電路，控制電路組成，其中整流電路和逆變電路由電力電子器件組成,電力、電子器件具有非線性特性，當變頻器運行時，它要進行快速開關動作，因而產生高次諧波，這樣變頻器輸出波形除基波外還含有大量高次諧波。所以對電源側和輸出側的設備會產生影響。與主回路相比，變頻器的控制回路卻是小能量、弱信號回路，極易遭受其它裝置產生的干擾。
如果變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾，電網噪聲也會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。另外，安裝變頻器的配電柜與動力配電室相距太近的話，如果配電室配電柜有大電流流過，將在電流周圍行成較強磁場，同樣會對變頻器的控制回路造成影響。針對以上情況，一般處理方法是要保證良好的接地，接地線愈短愈好，而且必須接地良好；控制回路線使用屏蔽線，而且屏蔽線遠端屏蔽層懸空近端接地，一定不能雙端接地；根據產品要求合理布線，強電和弱電分離,保持一定距離,避免變頻器動力線與信號線平行布線，應分散布線；增加抗無線干擾濾波器，變頻器輸入和輸出抗干擾濾波器或電抗器；采取防止電磁感應的屏蔽措施，甚至可將變頻器用金屬鐵箱屏蔽起來；適當降低載波頻率；若用通訊功能，RS485通訊線應使用雙絞線。
反過來說，變頻器對電網來說也是非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外，當變頻器輸入或輸出電路與其它設備的電路很近時，變頻器的高次諧波信號可通過感應的方式耦合到其它設備中去。其中電流干擾信號主要以電磁感應方式傳播，電壓干擾信號主要以靜電感應方式傳播。在本系統試運行初期，最為明顯的就是對液位變送，頻率設定及反饋等模擬量4-20mA信號的干擾，數值跳動幅度大，以至于無法正常讀取。對于這種形式的干擾，首先需要判斷擾的對象，是4-20mA供電電源受干擾還是信號線，最好用示波器查看一下信號線波形，可用以下方法降低、避免干擾：4-20mA信號電源用隔離變壓器供電；4-20mA信號線用屏蔽線，與變頻器三相輸入輸出分開布線；在4-20mA信號線上加電容（無極性）接地或加信號濾波電感。
六、結束語
新型的變頻供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論在設備的投資，運行的經濟性，還是系統的穩定性和可靠性，自動化程序等方面，都是具有無法比擬的優勢，而且具有顯著的節能效果。變頻供水系統的這些優越性，引起國內幾乎所有供水設備廠家的高度重視，并向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種的方向發展。追求高度智能化、系列化、標準化是未來供水設備適應城鎮建設中網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。
參考文獻
篇2
1電路結構
變頻恒壓供水系統一般由數臺水泵驅動實現供水。這些水泵并不是同時工作的，而是根據用戶用水量的多少和當前管網的水壓由PLC自動地控制哪臺水泵工作，哪臺水泵暫時停止的。以3臺水泵為例，控制水泵驅動電機的主電路如圖2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工頻運行分別由接觸器KM1、KM3、KM5控制，其變頻運行分別由接觸器KM2、KM4、KM6來控制。控制同一臺水泵電機的工頻接觸器和變頻接觸器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同時接通，將導致工頻電源和變頻器的輸出端相連接，使變頻器的逆變橋迅速損壞。所以，控制同一臺水泵電機的工頻與變頻的接觸器必須有可靠的互鎖環節。另外，變頻器的價格比一般的電氣設備高，從節省投資的角度考慮，一般選擇只用一臺變頻器拖動的方式。工頻運行的水泵對水壓起到“粗調”的作用，而精確控制壓力的“細調”是由變頻器來實現的。工頻運行的水泵電機其能量消耗是確定的。系統實現節能的主要途徑：系統能夠根據用水情況，停掉一些工頻運行的水泵，既避免了壓力過高，又實現了節能；可以使某臺水泵變頻運行，變頻降低轉速具有很大的節能效果。
2控制原理與流程
供水壓力是通過PLC控制各水泵的輪流工作實現“粗調”和變頻器對單臺水泵的“細調”來實現的。
2.1“粗調”的實現（1）加泵：當反饋的實際出水管網壓力小于設定壓力導致變頻器的輸出頻率上升至上限頻率時，如果實際出水管網壓力仍低于設定壓力一定范圍一定時間，則當前泵切換為工頻運行，重新啟動另一臺水泵變頻運行。（2）減泵：當反饋的實際出水管網壓力大于設定壓力導致變頻器的輸出頻率下降至下限頻率時，如果實際壓力仍高于設定壓力一定范圍一定時間，則停止變頻泵的運行，并將正在工頻運行的一臺水泵變為變頻運行。
2.2“細調”的實現水壓閉環控制原理如圖3所示。PID控制器既可以用PLC編程實現，也可以用變頻器的內置PID算法實現。
2.3工-變頻切換的控制流程以實際壓力小于給定壓力為例，PLC對某兩臺水泵之間工頻和變頻進行切換的邏輯關系（多臺水泵可類推）如圖4所示。
2.4休眠狀態當系統處于單泵變頻運行時，如果用水量急劇減小甚至為0時，變頻器頻率會降至頻率下限以下，當這種情況持續一定時間時，系統停掉所有運行的水泵，僅由儲氣罐來保壓。比如，在夜晚休息基本無用水需求時，系統進入休眠狀態，將極大地節省電能消耗。處于休眠狀態的控制系統當檢測到管網壓力降低一定范圍時，退出休眠狀態，恢復供水。
3不同供水方式的功耗對比
水泵的揚程特性與功率消耗關系如圖5所示。水泵供水流量的調節可以通過兩種途徑實現：（1）水泵電機轉速不變，改變出口閥門開度的閥門調節法(不用變頻器使所有水泵均工頻運行，用戶閥門開度改變時流量改變即屬于此法），如圖5中的曲線①和②。關小閥門減小供水流量（流量Q1減小為Q2，水泵實際工作點由B點移動到E點），所需供水功率由矩形OABC的面積變為ODEF的面積，面積有減小，但減小量很小。（2）出口閥門開度不變或全開，改變水泵電機轉速的轉速調節法，如圖5中的曲線③和④。當水泵電機的轉速從額定轉速下降，同樣使供水流量從Q1減小為Q2，水泵的實際工作點由B點移動到H點，其所需供水功率由矩形OABC的面積變為ODHG的面積，面積減小量非常顯著。相比與高層建筑而言，生產車間一般高度較低，需要的空載功率較小，可以提供較寬的電機調速范圍，所以節電效果更為顯著。某軋鋼車間高壓除鱗水泵應用變頻改造前后的電能消耗對比如表1所示，可以看出變頻改造后節省的電能和費用都相當可觀。
4結語
篇3
關鍵詞：變頻器 變頻調速 恒壓供水 供水系統
1 前言：生活供水既要滿足用水高峰和低谷時的不同流量要求，還要保證相對恒定的供水壓力，以確保供水質量。加壓水泵是根據用水高峰時的流量和壓力來選擇的。但在用水低谷時，水泵在小流量或小流量以外工況下工作，這時就會有相當一部分的能量損失，造成極大的浪費；而如果選擇較小功率的水泵，在用水高峰時，隨著用水量的增加，水泵出口壓力會降低，可能造成部分高層住戶無水用的狀況，嚴重地影響居民的用水生活質量。在這種情況下，采用變頻恒壓供水裝置，上述難題就迎刃而解。
2 變頻器工作原理
變頻器的工作原理主要是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路可分為電壓型和電流型兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，一是將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，二是吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，三是將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。
3 變頻調速恒壓供水技術
3.1 工作原理：
根據用戶需要，先設定供水壓力值（可調），然后運行，壓力變送器檢測管網壓力變為電信號送至PID微機控制器，經分析處理輸出信號控制變頻器。當用水量增加時，其輸出壓力及頻率升高，水泵轉速增加，出水量增加。當用水量減少時，使水泵轉速減小保持管網壓力恒定，運行在設定壓力值。在多臺水泵運行時，逐臺泵啟動，由變頻轉工頻，增加出水量；用水量減小時，逐機先啟動的先停運，減少出水量，水泵循環工作。
3.2 主要功能特點：
不用設高低位水箱（池），減少占地面積和建筑成本
充分利用市政管網壓力，節能環保
系統恒定壓力供水，確保供水質量
水池低水位（設低位水池時）自動監測、報警并停機，當水位恢復時自動回復工作狀況
全自動運行，另有手動運行方式，操作簡便
可以直接以實際數字值設定和顯示工作壓力，客觀明了
預置RS485/232通信口，方便實現遠程計算機監控，自動化程度高
可以隨時改變供水設定壓力（但不能超過水泵的最大揚程）
泵組循環工作，最大限度保護泵組電機
3.3 系統硬件構成
系統采用壓力傳感器、PLC和SAJ變頻器作為中心控制裝置，實現所需功能。來源：安裝在管網干線上的壓力傳感器，用于檢測管網的水壓，將壓力轉化為4～20 mA的電流或者是0~10V的電壓信號，提供給SAJ變頻器。
SAJ變頻器是水泵電機的控制設備，能按照水壓恒定需要將0～50 Hz的頻率信號供給水泵電機，調整其轉速。SAJ變頻器功能強大，即預先編制好的參數集，將使用過程中所需設定的參數數量減小到最小，參數的缺省值依應用宏的選擇而不同。系統采用PID控制的應用宏，進行閉環控制。變頻器根據恒壓時對應的電壓設定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制宏自動調節，改變頻率輸出值來調節所控制的水泵電機轉速，以保證管網壓力恒定要求。
4 變頻恒壓供水系統組成和工作流程
4.1 系統組成
變頻恒壓供水系統通常是由水源、離心泵（主泵和輔泵）、壓力傳感器、PID調節器、變頻器、管網等組成。
4.2工作流程
利用設置在管網上的壓力傳感器將管網系統內因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋到PID調節器，PID調節器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉速，使得管網的水壓與控制壓力一致。
用變頻器進行恒壓供水時有兩種方式，一種是一臺變頻器控制一臺水泵；另一種是一臺變頻器控制幾臺水泵。前種方法是根據壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恒壓的目的，就一個閉環回路，較簡單。后種需要利用恒壓供水器PLC（如圖），當變頻器被投入自動運行時，1#泵電機接觸器首先被控制導通，變頻器輸出頻率上升，同時管網壓力信號逐漸增加，出水管網的壓力信號與恒壓供水器PLC管網壓力設定信號負反饋閉環，當電機頻率上升到最高頻率，而管網壓力達不到設定要求時，變頻器立即控制工頻接通1#泵，使1#泵全速投入運行，同時變頻器經過時間延遲，對2#泵進行變頻控制。當管網壓力與設定壓力基本平衡時，變頻器控制當前變頻電機維持在一定的頻率，當水需求量減少，管網壓力逐漸升高，變頻器輸出頻率降低，當變頻器輸出頻率低至0HZ，而管網在一定時間內還高于設定壓力，變頻器切斷當前變頻控制泵，轉而控制下一個工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉換過程中，逐漸輪換使用水泵，使每個水泵的利用率均等，增加系統可靠性。
此種方式一般要求自灌式，水泵從水源中直接取水，不能直接安裝在管路上增壓。而水池的污染也是目前用戶不能接受的，因此，我們一般采用供水裝置自帶一個不銹鋼水箱，連通市政管網和變頻供水設備，這樣既充分利用了市政管網的壓力，達到節能目的，又避免了水池的二次污染。
此種供水設備是目前主要采用的。
5 變頻恒壓供水系統的運行特點
變頻恒壓供水裝置的流量調節依靠處于工作狀態的主泵的數量增減以及變頻主泵的頻率變化來調節。不管處于工作狀態的主泵有幾臺，變頻調速的主泵只有一臺。安裝在水泵出口管路上的壓力傳感器會將壓力信號傳給PLC，PLC根據相應的壓力信號對泵組進行控制，增加或減少處于工作狀態的泵的數量。PLC將變頻信號傳給變頻器，由變頻器控制電源頻率的變化（有時，電源頻率也可由變頻器根據壓力傳感器的壓力信號直接作出反應，而不必通過PLC）。根據裝置揚程的要求,PLC或變頻器中存有一個出口壓力的設定值（恒壓）。當系統用水量增加時，變頻水泵出口壓力會低于設定值，變頻器的頻率會逐步增加（一般是從 30HZ 到50HZ變化），這樣，泵出口壓力就會上升，達到設定值時，變頻器的頻率就會停止增加。如果頻率增加到工頻時，泵出口壓力仍低于設定值,PLC便會發出增加水泵投入工作指令，并且變頻器的輸出頻率值被置為30HZ，由30HZ再次上升，直到出口壓力等于設定值。如果系統用水量減小，泵出口壓力會上升，這時出口壓力高于設定值，變頻器的頻率會逐步減小，這樣，泵出口壓力就會下降，達到設定值時，變頻器的頻率就會停止下降。如果頻率下降到30HZ時，泵出口壓力仍高于設定值，PLC 便會發出減泵指令，接著變頻器的頻率再次由30HZ上升，直到出口壓力等于設定值。
6 結語
篇4
關鍵詞：變頻恒壓設計
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
變頻恒壓供水系統具有節能環保、安全可靠等特點得到廣泛的應用。通過變頻器調節輸入交流電的頻率而調節異步電動機的轉速，從而改變水泵的出水流量來調節供水系統的壓力。因此，供水系統變頻的實質是三相異步電動機的變頻調速，通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。
一、變頻恒壓供水系統的主要結構及組成
本設計中，由PLC構成系統的控制機構，從系統的結構圖，可以看出管網水壓通過安裝在總水管上的壓力測量計測量，測得的壓力值傳送給壓力變送器，壓力變送器把測得的壓力信號轉換成電信號(模擬量)再傳送給PLC，由于PLC不能直接處理模擬量，所以必須通過A/D轉換模塊，把模擬量轉換成數字量后，再經過PLC內部PID程序運算處理，把PLC的運算結果通過D/A轉換模塊送至變頻器控制端，從而調整變頻器的輸出頻率、改變電機的轉速，以達到維持水壓的恒定。為了防止電機空轉，通過安裝在蓄水池中的液位計來檢測液位狀況，當液位過低時，電機停止工作。
二、控制系統的基本要求、組成和工作原理
變頻恒壓供水系統控制的基本要求如下：①供水壓力基本恒定，換泵時的水壓波動小；②共有4臺水泵，3臺主水泵，1臺輔助泵；③變頻器的速度以及工、變頻運行由管網壓力變送器來控制；④通過脈沖式水表可以完成用水量的計量；⑤通過組態監控系統實現穩定的住宅小區變頻恒壓供水控制過程。本系統是通過閉環控制系統達到控制管道內水壓的作用，也就是根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統行為與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。變頻恒壓供水系統由變頻器、水泵、PLC以及壓力變送器等構成閉環控制系統。其系統框圖如圖1所示
針對目前供水系統存在的問題：主要表現在用水高峰期，特別是早、晚兩個時間段，正是人們燒飯洗衣服的時候，這時管網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，出現供不應求的現象。除了早、晚兩個時間段以外的時間，即用水低峰期，這時用水量大大降低，管網中水的需求量遠遠低于供給量，水泵提供的管道中水的壓力不斷升高，出現供過于求的現象，這樣有可能使水管爆裂，甚至損壞用水設備，造成能源的浪費。本系統主要通過西門子PLC對水泵進行節能優化控制，通過西門子變頻器調整水泵的運行狀態和運行臺數，達到穩定水壓和節約電能的目的。系統通過壓力變送器采集管道中水壓信號，PLC采集到該信號后，由A/D轉換模塊將采集信號值與設定值進行比較，西門子PLC能夠進行PID控制，PID是比例、積分、微分的縮寫，比例調節的作用是能夠加快調節速度，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的動態性能。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。供水壓力經PID調節后的輸出量將通過交流接觸器組切換后輸出給水泵的電動機，最終由PLC根據頻率變化來控制水泵的運行數量和工變頻運行狀態，以此來確保管道水壓的穩定。變頻恒壓供水系統總體結構圖如圖2所示。
三、水泵裝置的特性曲線
變頻調速恒壓供水系統中配置i臺工作主泵(一般i=l～3臺)、1臺小泵及1個氣壓水罐。供水系統工作特性分析如圖l所示。
為最不利配水點與水源最低水位的高程差，為最不利配水點的工作壓力(水頭)，曲線l為主泵在額定轉速n。下的Q一H曲線高效區，曲線2為主泵在轉速下的Q一H曲線高效區，曲線3為小泵在額定轉速下的Q—H曲線高效區，曲線4為i臺主泵在額定轉速n。下的并聯Q一H曲線；曲線5為管道特性曲線。曲線為通過曲線1左端點a的相似工況拋物線，曲線為通過主泵額定工況點()的相似工況拋物線，曲線為通過曲線l右端點b的相似工況拋物線。工況點()為供水系統最大流量與揚程，為供水系統的恒壓值。
四、水泵及氣壓水罐的選擇
小流量工況點的為主泵在調速后高效區運行的最小流量，亦為氣壓給水系統中小泵供水的最大流量，為氣壓給水系統的允許最低供水壓力值，即小泵啟動的理論最低壓力值。為此，所選擇的小泵的曲線高效段右側通過工況點e點或在e點附近且不低于e點。在小泵的Q一H曲線高效段左側確定一點，通過管道損失計算，使研的最大值不超過系統中配水點的最大供水壓力限值。在小泵Q—H曲線高效段內合理確定氣壓水罐的最低工作壓力值(不低于)和最高壓力(不高于)，即合理確定氣壓水罐內的工作壓力比。由及鞏平均值，在小泵曲線上確定與其對應的小泵的流量，根據規范相關條款的要求，計算氣壓水罐的調節容積和氣壓水罐的總容積，即可選定氣壓水罐的型號。
五、系統硬件設計
以此為例：利用西門子MM420變頻器、西門子S7-200PLC、壓力變送器等器件構成閉環控制系統，以調節水泵的工變頻情況，實現變頻恒壓供水。
3.1主電路電氣原理圖變頻恒壓供水系統總電路圖，如圖3所示，接觸器KM1、KM3、KM5分別控制1#電機、2#電機、3#電機的變頻運行，接觸器KM2、KM4、KM6分別控制1#電機、2#電機、3#電機的工頻運行，接觸器KM7控制輔助泵的工頻運行，PLC的模擬輸出端子M、V控制變頻器的運行。為了更好地保護電機的運行，在電路中加入熱繼電器，它的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現電動機斷電停車，起到過載保護的作用。FR1、FR2為1#電機、2#電機過載保護用的熱繼電器，FR3、FR4為3#電機、輔助泵過載保護用的熱繼電器。
六、系統的軟件設計
本供水系統主要用于住宅小區生活用水，其用水量主要集中在早、晚兩個時間段，早上用水量主要集中在6點-9點這個時間段，晚上用水量主要集中在18點-22點這個時間段，除了這兩個時間段以外，平時都處于低流量狀態。與通常的工頻氣壓給水設備相比，采用變頻恒壓供水系統實現低流量時的恒壓供水節能效果可達30%。系統啟動運行時，首先啟動輔助泵工頻運行供水，當用水量增大，當前管網壓力小于系統設定壓力時，1分鐘后，PLC通過變頻器啟動l#水泵變頻運行，同時關閉輔助泵的運行。在l#水泵變頻運行（從0Hz向上調整）中，PLC根據水壓變化進行PID調節來控制流量，維持水壓。當1#水泵變頻運行到50Hz時，如果用水量繼續增加，當前管網壓力仍小于系統設定壓力時，1分鐘后，由PLC給出控制信號，將l#水泵與變頻器斷開，l#水泵由變頻運行轉為工頻運行，同時變頻器啟動2#水泵變頻運行。
七、結論
變頻恒壓供水系統是將壓力傳感器提供的管網壓力信號，傳送給變頻器，根據傳感器的采樣值與變頻器的設定值進行比較，通過內置的PID功能進行數據處理，將處理結果作為變頻器頻率的給定輸入，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉速，保持供水管道的壓力恒定．在用水高峰期，居民用水量增加，管網壓力隨之下降，此時壓力的變化通過PID運算后，最終應使變頻器輸出頻率增加，使水泵電機轉速增加或增加投入運行的水泵臺數，以此來增加管網壓力，保證供水能力。
參考文獻
[1]王曉軍，楊慶煊，許強.可編程控制器原理及應用【M】工北京北學工業出版社，2010.
篇5
【關鍵詞】水泵變頻器閉環恒壓控制；常見故障及處理
1引言
變頻器在供水系統中的應用即可以節約能源又可以減少人員對供水閥門的操作頻次。變頻器對水泵的控制可分為，1、單臺水泵開環控制；2、變頻器控制恒壓供水；3、變頻器閉環控制常見故障
2變頻器對單臺水泵開環控制
單臺水泵開環控制時，可以通過人為手動調節變頻器的輸出頻率，來改變驅動電動機的轉速，以實現水泵轉速變化改變供水壓力及流量的變化。滿足用戶的需要供水需要、電能的節約。
2.1頻率給定方式的設定
開環控制變頻器頻率給定方式原則是盡量方便操作。變頻器與操作人員距離較近，可選擇面板鍵盤控制方式；變頻器與操作人員距離較遠，選用變頻器外接端子控制。如：外接電位器控制方式等。
2.2加、減速時間的設定
變頻器的加減速時間的設定根據水泵慣性的大小，避免水錘效應，不宜設置太短。具體時間視水泵容量的大小而定。容量越大加減速時間越長。
2.3上、下限頻率的設定
水泵的運行頻率如果超過額定頻率，容易造成變頻器保護動作停機或驅動電動機過載，長時間電動機繞組因過熱老化、燒損。如在額定頻率下運行，由于變頻器本身也有損耗，其輸入功率將大于工頻運行時所消耗的功率。故上限頻率應小于額定頻率；由于運行頻率太低，水泵的揚程可能不足，下限頻率的設定應取決于水泵的靜揚程而定。在之，目前大多水泵的驅動電動機是普通三相籠型電動機而不是專用的變頻電機，普通電機在轉速降低時冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，所以一般情況下普通電動機在使用變頻器控制時其運行頻率不能低于35HZ，一旦低于35HZ的轉速旋轉運行，電動機自身就更加無法保證降溫。會因電機溫升過高而使電機絕緣損壞。所以在設定變頻器下限運行頻率時要綜合考慮以上原因。
3變頻器控制的恒壓供水
3.1變頻恒壓供水的目的
對供水系統進行控制是滿足用戶對流量要求。考慮在動態情況下，供水管道中水壓的大小與供水能力（即供水流量）和用水需求（即用水流量）之間的平衡情況有關：
如：供水能力大于用水需求，則供水壓力上升
供水能力小于用水需求，則供水壓力下降
供水能力等于用水需求，則供水壓力不變
可見，保持壓力的恒定，也就保證了供水能力和用水流量之間的平衡，滿足了用戶所需的用水流量。這就是恒壓供水的目的。目前恒壓供水系統的電動機拖動均采用變頻器控制。
3.2不采用變頻器閉環控制的恒壓供水
利用電接點壓力表進行變頻恒壓供水控制。一般情況下只要電接點壓力表觸點上、下限位置安排得當，即可實現非閉環變頻控制的恒壓供水。
電接點壓力表為我們熟悉和掌握，這種壓力表的上限位和下限位都有電接點，比較直觀，比較廉價，又不必進行PID控制。在使用電接點壓力表對變頻器進行頻率控制時，首先將變頻器輸入控制端中的X1端子設置為升速（UP）端子。X2端子設置為降速（DOWN）端子。將電接點壓力表的上限觸點接至降速端子X2上，當壓力由于水流量較小而升高，并超過上限值時，上限觸點使端子X2與變頻器COM端子接通，變頻器的輸出頻率下降，電動機轉速降低，供水泵轉速下降、流量下降，從而使供水壓力下降。當壓力低于下限值時，X2端子與變頻器COM端子斷開，變頻器的輸出頻率也下降。將電接點壓力表的下限觸點接至變頻器X1端子，當壓力由于水流量變化較大而降低，并且低于下限值時，下限觸點使X1與變頻器COM端子接通，變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速及流量也上升，從而使供水壓力上升。當壓力高于下限值時，X1端子與COM端子斷開，變頻器的輸出頻率停止上升。
3.3閉環控制的變頻恒壓供水
在變頻器閉環控制恒壓供水系統中。要使拖動系統中的水壓穩定在所希望的數值上，變頻器的工作過程具有兩個方面：一方面，變頻器將根據給定的目標信號（供水壓力）來控制電動機的運行。另一方面，又必須把反饋信號（實際供水壓力）反饋到變頻器，使之與目標信號不斷進行比較，并根據比較結果來實時地調整變頻器的頻率輸出，調整水泵電動機的轉速。所以在變頻器閉環控制的恒壓供水系統中變頻器必須要有兩種控制信號，目標信號與反饋信號。
目前變頻器閉環恒壓供水控制所使用的反饋信號源均采用壓力變送器。壓力變送器檢測實際供水官網的供水壓力變化，通過PLC向變頻器反饋目標壓力信號。變頻器將壓力變送器反饋的壓力信號與給定信號進行比較、調節后控制變頻器的頻率輸出，調節供水泵轉速。在這一過程中壓力變送器接受供水管網壓力后發出相對應的4～20毫安電流信號給PLC，PLC在將這對應的4～20毫安電流信號反饋給變頻器的摸擬量輸入端子，從而控制變頻器的輸出頻率。在整個恒壓閉環控制過程中，不需要人為頻繁操作，設定好目標信號即可，其它是由PLC及變頻器之間自動調節來實現。
4變頻器閉環恒壓控制常見故障
4.1變頻器閉環恒壓控制時供水壓力變化后恢復太慢。
水泵的供水壓力變化后恢復太慢，說明閉環調節設定的積分時間過長，或比列增益太小。如果原來預置的比例增益和積分時間都預置的較大，則應首先考慮減小積分時間。如果原來預置的比例增益不大，則應首先考慮加大比例增益。如果控制系統設定了微分環節的話，則可以適當加大微分時間。
4.2系統在啟動過程中出現異常跳閘
當設備啟動前，供水官網沒沒有壓力，即反饋信號小或趨近與為0。它和目標信號之間偏差很大，由PID運算出的調節量也會很大。當設置變頻器PID功能有效時，變頻器的“加速時間”和“減速時間”都會失效。變頻器的加速和減速的快慢只取決于PID調節量的大小。因此，在變頻器閉環恒壓供水系統中，有可能因加速過快而導致“過流跳閘”。
參考文獻：
[1]張燕賓.變頻調速460問.機械工業出版社，2006.1.
[2]張燕賓.常用變頻器功能手冊.機械工業出版社，2004.9.
篇6
關鍵詞：變頻調速；供水水泵；節能改造；探討
中圖分類號：U264.91+3.4文獻標識碼： A 文章編號：
1 變頻調速與供水水泵概述
1.1 變頻調速概述
在電機的工作中，通過改變電機的供電頻率和電機的極對數和轉差率就能夠達到改變電機轉動速率的目的。當前生產機械設備主要使用改變定子極對數、定子電壓、頻率等技術達到變頻轉速的目的。變頻調速分為高效調速方法和低效調速兩種方式，高效調速的時轉差率不變，造成的能耗較小，低效調速的轉差損耗較大，因此在供水水泵的節能改造中主要使用高效變頻調速的技術手段。
1.2 供水水泵概述
在人們生產和生活中，供水水泵的出現極大的提高了人們的效率和提高了生活舒適度。但是早期的供水水泵工作效率較低，能耗較大，不利于社會的可持續化發展。造成供水水泵能耗較大的因素主要有以下幾個方面：
（1）供水水泵不能與輸送水管道準確匹配。
（2）供水水泵系統過于復雜。
（3）輸送管道設計不合理。
（4）輸送管道出現滲漏現象。
（5）供水水泵自身質量較差。
1.3 供水水泵節能原理
在供水水泵的使用中，使用者需要根據最佳工況運行原則，建立準確的水力數學模型和參數采集標準，量身定做高效節能泵或高效葉輪，徹底解決循環水過流量引起能耗增加的現象，達到節能最大化 。
2變頻調速在供水水泵中的節能改造
2.1供水水泵中利用變頻調速進行節能的技術特點
供水水泵中利用變頻調速的技術進行節能改造具有以下幾個方面的技術特點
（1）采用閉式（或開式）變頻控制技術，由能耗優化模塊、智能控制系統、變頻控制系統、遠程監控制系統等組成，實時監控泵系統工藝參數并與目標值比較，自尋優給出滿足工藝要求且實時電耗最低的運行匹配和調速策略，實行最優運行調度方案，達到最佳節能效果。
（2）利用變頻器和電氣元件，性能穩定，設備運行安全可靠。
（3）自動尋優功能。自尋優給出滿足工藝要求且實時能耗最低的運行搭配和調速策略，實行最優運行調度方案，調節及時、平穩、準確。
（4）實時計量運行功率，累計電量和運行時間，精確掌握能耗情況及節電量。（5）實時監測變頻器的工作狀態、系統運行參數、電流、電壓的超標報警以及欠壓、短路等保護功能。實時監控泵系統設備振動、軸承溫度等，進行故障診斷，確保系統安全運行。
2.2供水水泵進行變頻控制設計的分析
在供水水泵的使用過程中，主要是為了滿足生產者和使用者對流量的需求。因此改造人員需要進行流量的準確計算和檢測。通過考慮在動態供水的環境下，根據供水管道中水的壓力大小和用水需求之間的關系，進行供水水泵的變頻控制改造。在供水水泵的供水中管道所受的壓力直接顯示了供水需求之間的變化。設計人員通過對管道壓力變化的檢測能夠科學、合理的設計出滿足人們需求的生產水泵供水系統。
變頻調速控制方案主要包括：
（1）供水水泵需要根據生產情況進行“一變多定”的配置，通過對變頻調速供水水泵的調速特性曲線進行分析，找出定壓供水系統中變頻泵曲線與等壓線之間的交點。由于供水水泵的特性曲線較為平坦，因此造成這種供水水泵的變頻調速范圍較小。因此在變、頂速水泵的配置方案在進行變頻調速節能較為困難，在實際生產中需要采用高性能離心水泵群進行變、定匹配和變頻調速控制，這樣能夠達到很好的節能效果，并能夠滿足人們生產和生活的需要。
（2）變、定水泵的并列運行。在供水水泵的實際使用過程中，設計和改造人員需要根據投資和運行的情況進行供水水泵的并列運行設計。在設計時首先需要考慮根據最大設計水量的基礎上盡量改進系統參數，使水泵的調速高效特性曲線與系統曲線匹配，通過這種調節和改進能夠使調速泵組合進入最高工作段和工作點的概率增大，提高變頻調速泵組的節能效率。備用泵系統需要采用工頻定速泵組，當調速泵出現故障時，工頻泵能夠及時工作，避免因變頻泵出現故障而造成的供水中斷。
2.3 供水水泵變頻調速的范圍的確定
供水水泵的泵徑與管徑具有多樣化的特點，水泵閥門開度與流量的關系較為復雜，這種情況造成了變頻調速的范圍較難確定。當供水水泵進行轉速調節時它的靜態揚程不會為零，它的阻力曲線不會通過坐標原點。因此在進行供水水泵的變頻調速范圍的確定時需要兼顧流量和揚程的要求，將供水水泵的閥門打開到最大，通過轉速進行流量的調節。科學的流量調節能夠很好的進行供水水泵的變頻調速范圍的確定，達到高效的節能效果，滿足社會可發展的需要。
2.4 供水水泵變頻調速后節能效果估算
供水水泵的調速節能效果計算較為復雜，因為水泵的靜揚程在大多數情況下不為零，供水水泵的流量與揚程以及軸功率轉速的關系進行分析，通過對各工況點的相似拋物線核算得到個工況點的轉速情況。在進行節能計算時要用流量（百分比額定流量）作為根據（而不是閥門開度）；全流量軸功率也不能簡單的采用額定軸功率，而應采用實際水泵系統的全流量軸功率進行計算，因為具體選定的泵用在不同的管路系統時其實際參數是不一樣的。并要注意在計算節電率時使用的比較電功率應為采用閥門調節時相同流量下水泵實際所消耗的電功率，而不應當是電動機的額定電功率，因為采用閥門調節時，隨著流量的減小，電動機的電流（電功率）也是有所減小的。在相同的流量百分比時，不同的靜揚程的轉速、軸功率和節電率都是不同的，應逐點進行計算。
2.5 供水水泵進行變頻調速后的優點
供水水泵通過變頻調速改造后具有以下幾個方面的優點：
（1）改造后的供水水泵能夠實現平滑的調速，并且調速精度和轉頻分辨率較高。
（2）變頻調速改造后供水水泵能夠高效率的進行調速。變頻調速具有在頻率變化后電動機仍會在相同頻率范圍內進行正常運行，保證額定的轉差率。
（3）變頻調速供水水泵的調速范圍較寬。并在整個調速范圍內均具有較高的調速裝置效率ηV。所以變頻調速方式適用于調速范圍寬且經常處于低轉速狀態下運行的負載。
（4）變頻調速供水水泵的功率因數較高，高功率因數能夠有效的降低變壓器的數量和電線線路的容量，降低供水水泵使用時的資金投入。在同樣的電源容量下能夠配置較多的供水水泵負載進行生產活動。
（5）變頻調速供水水泵能夠通過高效的生產能力，在同樣的電源荷載情況下提供更大的揚程和水量來滿足人們的生產和生活需要，有效的降低了能源的消耗，達到了高效節能的效果。
結語：
供水水泵在當前人們的生產和生活中占據重要的地位。供水水泵的變頻調速技術改造能夠有效的降低其對能源的損耗，滿足人們生活和生產的可持續發展的要求。本文對變頻調速供水水泵進行了闡述，并提出了合理的供水水泵的變頻調速改造，達到了良好的節能效果。
參考文獻
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篇7
1引言
隨著城鎮化建設的不斷發展，我國城市規模不斷擴大，對相關的配套設施提出了更高的要求。供水行業是各項生產和生活用水的基本保障，不斷優化和完善供水系統成為供水企業的重要研究課題。從目前情況分析，一些在運行的供水泵的自動化水平較低，供水效率也比較低，同時存在較大的能耗，在一些供水企業或者社區存在著水資源浪費現象，進一步造成了經濟損失。而變頻技術是一種高效調速技術，通過調整電流實現對電動機運行速度的調節，具有高頻化、數控化、集成化的應用功能特點，在供水系統中能夠發揮良好的節能降耗效果，有利于供水行業經濟效益和社會效益的最大化。
2變頻調速技術簡介
2.1變頻器
變頻器根據需要將工頻電源轉為不同頻率的交流電源，從而實現對電動機的變頻調速。變頻器的組成主要包括整流器、中間電路、逆變器以及周圍的電路等幾部分，如圖1所示，其中整流器能夠對電網中的交流電源進行整流，實現交流變直流，中間電路則是對整流器輸出的電源進行平滑濾波，并傳輸給逆變器，逆變器作為變頻器的核心部件，需要完成直流變交流的逆變工作，為電動機提供所需頻率的交流電源[1]。目前，新型變頻器都配置了通信接口，對各種檢測到的信號和參數進行采集，實現上位機與變頻器之間的通信功能，可以實現對輸入信號的處理以及運行指令的下達，在需要高精度控制時，可將反饋信號反饋到變頻器，構成閉環系統。以變頻器為基礎的變頻技術在各個行業得到推廣，充分發揮了其節能降耗、自動化控制、質量提高、減小維修、提高適應性等優勢。
2.2變頻技術
變頻技術的基本原理就是通過調整電源的頻率實現對電動機轉速的控制。交流電動機主要包括同步電動機和異步電動機，其轉速表達式為：n=60fp（1-s）；其中s=n0-nn0，式中n表示轉子速度，n0表示電機同步轉速，s表示轉差率，f表示電源頻率，p表示電機極對數，通過公式我們可以發現，電源頻率、極對數、轉差率三個方面的改變可以實現電機的轉速改變，其中變頻調速是最穩定和簡單的調速技術，這就需要發揮變頻器的變頻技術，實現對電動機的調速。在水泵等設備中，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不變，即改變電源頻率的同時，對輸出電壓進行有效控制，從而保障電動機的磁通不變，這種變頻調速技術叫作恒U/f控制。
3變頻技術在供水系統中的應用
3.1水泵調速方案的選擇
供水系統中的水泵運行過程中，輸出揚程H和電機轉速的平方形成正比例關系，在水流量為零的情況下，供水管道內部也要保持一定的水壓。供水系統中的水流量隨著用戶用水量而產生變化，具有一定的隨機性，因此，針對水泵電機主要通過控制水壓實現供水控制。水泵也是一種減轉矩負載，轉矩與轉速的平方成比例，轉速降低，轉矩也會減小，因此變頻器可以通過SF模式實現對水泵轉矩的調節。供水系統往往應用變頻技術實現恒壓控制，在這個過程中要求水壓連續可調，可以通過PID調節器建立壓力閉環控制結構，但是在保持電機動靜態品質方面存在不足。這時候還可以采用內環為速度閉環的SF控制系統，改善恒壓供水系統的整體性能[2]。
3.2變頻恒壓供水系統設計
基于變頻技術的恒壓供水系統結構如圖2所示，應用PID調節器和變頻器形成一個閉環控制系統，對系統的動態響應進行優化和改善，進一步提高供水系統的控制準確度。在變頻恒壓供水系統中，SF變頻器調速控制系統為一種內環控制，在系統運行過程中，首先要啟動主泵，供水管網中的水壓需要達到設定數值，同時變頻器的輸出穩定在特定范圍。當用戶的用水量增加時，管道內的水壓就會降低，壓力變送器采集該信號，并傳送給比較器，比較器將該壓力數值與給定的壓力數值做比較，將差值輸入到PID控制器，經PID處理的數值再傳入SF控制變頻器，作為轉差給定值，進而調整電動機的轉速，實現對管道水壓的調節，使其回復給定數值，系統穩定持續運行。在用水量增加過多的情況下，主泵的供水量難以實現閉環控制效果，則需要啟動備用泵，如果用水量減少，也可以實現備用泵的自動切除。因此，在供水系統中應用變頻器可以根據水壓信號實現雙位控制，進而保證供水質量。
4變頻技術在供水系統中的應用效益
利用變頻技術對供水系統進行全流量恒壓控制，能夠取得良好的運行效益，主要包括以下幾點：第一，高效節能，變頻恒壓供水系統可以根據水壓設定值，在水壓發生變化時對水泵轉速進行自動調節，從而保障供水效率，進一步減少電能損失；第二，供水壓力穩定，系統采用的是閉環控制方式，能夠根據系統水壓和壓力設定值差值進行自動調節，使得系統壓力保持恒定，流量連續可調；第三，PID調節功能實現自動運行，通過壓力傳感器反饋的信號，進行相應的調節，并利用PLC技術進行壓力值和PID相關參數的設定，通過PLC運算功能實現相關數據分析和處理，并且程序可以根據用戶需求靈活調整；第四，“休眠”功能，系統運行時經常遇到用戶用水量較小或不用水的情況，為了節能，系統具備可以使水泵具有暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于下限時，變頻器停止工作，當變頻器頻率達到設定啟動值后啟動水泵運行；第五，延長電機、水泵使用壽命，各泵均為軟啟動，消除了全壓啟動時的沖擊電流，延長了設備的使用壽命，采用各泵循環軟啟動，促使各泵不會因長久不用而生銹或頻繁使用而磨損[3]。
5結語
總而言之，變頻技術是一種高新節能調速技術，應用在供水系統中，表現出良好的調速性能和節能效果，并且控制操作安全可靠，還能夠根據用水量實時調節供水系統。各大水廠或供水企業需要根據具體區域的供水需求，積極應用變頻技術實現供水系統控制功能的優化和完善，同時要做好變頻器的維護和保養，使得變頻技術能夠在供水行業發揮更大的應用價值。
【參考文獻】
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篇8
1.1PLC變頻調速恒壓供水系統結構
基于PLC和變頻調速器控制的智能恒壓供水系統，具有完善的控制和保護功能，明顯的經濟節能效益。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持管網中水壓的基本恒定。恒壓供水系統的控制策略是采用可編程控制器（PLC）和變頻調速裝置優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數， 完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時能達到穩定供水壓力和節約電能的目的。變頻調速恒壓供水系統一般由信號檢測、控制器、變頻器、執行機構、電控設備和報警裝置等組成。
信號檢測包括水壓信號檢測和液位信號檢測。水壓信號檢測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。液位信號檢測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。
控制器是整個供水控制系統的核心。控制器根據變送器檢測到的壓力和液位信號進行分析， 通過變頻調速器和接觸器對執行機構（水泵）進行控制。
在供水控制系統中，變頻器根據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。變頻器還為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網水壓。智能PID調節器實現管網水壓的PID調節。PLC控制單元則是泵組管理的執行設備，同時還是變頻器的驅動控制，根據用水量的實際變化，自動調整其它工頻泵的運行臺數。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便。水泵電機實現變頻軟啟動， 消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊，延長機電設備的使用壽命。
執行機構由一組水泵組成，它們用于將水送人用戶管網。水泵分為兩種類型：調速泵和輔助泵。調速泵由變頻調速器控制，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。輔助泵只在工頻狀態下運行。速度恒定。此泵主要工作在夜間用水量很少的情況下，用以維持管網壓力。
電控設備由繼電器、接觸器、轉換開關等電氣元件組成。在供水系統中用于控制器完成對水泵的變頻―工頻切換和手動―自動切換等。接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作，配合繼電器可以實現定時操作，聯鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護，廣泛應用于自動控制電路，完成對電動機的控制。
作為一個控制系統，報警時必不可少的重要組成部分。由于供水系統的設計要求進行壓力閉環調節和水泵機組的變頻運行與工頻運行的同步切換，所以，為了保證系統的安全、可靠、平穩運行，防止因超調、過電壓、過電流、缺水造成故障，因此對主電路的電壓、電流等進行監測，通過檢測變送裝置，有PLC判別報警類別，進行顯示和保護動作控制。為了保證供水系統的正常運行，設計了水位、壓力上下限等報警裝置。
1.2 PLC變頻調速恒壓供水原理
恒壓供水的基本思路是： 變頻恒壓供水系統主要是由PLC、變頻器、動力控制線路以及水泵等組成。通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號通過A/D變換變成標準數字信號送入變頻器的PID調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出調節參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速調節系統供水量，使供水系統管網中的壓力保持在給定壓力；當用水量超過或低于一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加減泵。根據用水量的大小由PLC控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的凋速，實現恒壓供水。
2 PLC變頻調速恒壓供水系統的硬件設計
根據PLC恒壓供水的原理，系統的電氣控制圖主要框圖為：
圖 系統的電氣控制總框圖
由以上系統電氣總框圖可以看出，系統所需要的主要硬件包括：水泵機組、變頻器、PLC及擴張模塊、壓力變送器及數顯儀構成。
3 PLC變頻調速恒壓供水系統的軟件設計
3.1PLC變頻調速恒壓供水系統的程序
PLC變頻調速恒壓供水系統的程序如圖5：
圖5 PLC變頻調速恒壓供水系統程序圖
在供水系統中，變頻器、PID調節器、壓力變送器、電機、水泵等構成了一個閉環控制系統，可以對供水能力實現有效的自動調節，從而實現恒壓供水。其實現方法是，首先據用戶對水壓的要求，給PID調節器預置一個目標壓力值，管道中的實際水壓，經壓力變送器轉換成的模擬電流信號反饋給變頻器內置的PID調節器，PID調節器根據目標壓力值和實際壓力值的偏差，給出調節量，自動調節變頻器輸出頻率，調節電機轉速，使供水量適應用水量的變化，取得動態平衡，維持水壓不變。
4結論
本文介紹了基于PLC的變頻調速恒壓自動控制供水系統，PLC變頻調速的應用實際運行分析表明，PLC變頻控制系統設計方案是合理的、經濟的，它為該系統的安全、經濟運行提供可靠的技術保障，并具有節能、PID調節、運行可靠、經濟性好電機控制更容易實現負荷自動調節等優點，是供水系統設計與改造中最先進的選擇之一，同時PLC變頻控制系統技術還可以用于引風機、送風機等自動控制系統中，是過程控制發展的新方向。
參考文獻
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篇9
【關鍵詞】：機組技術供水系統 改造 變頻器
中圖分類號：TM6文獻標識碼： A
一、概述：
小灣水電站位于云南省鳳慶縣與南澗縣交界的瀾滄江上，系瀾滄江中下游河段梯級開發的第二級電站和“龍頭水庫”。電站裝機容量4200MW，裝機6臺，單機容量700MW。機組技術供水采用異步電機水泵供水方式，兩臺電機水泵，一臺主用，一臺備用，電機電源分別取自機組自由電a、b段，正常運行時當一臺水泵出現故障或失電時，自動切換為另一臺水泵運行。水泵電機額定功率355kW，額定電壓380V，額定運行電流650A。為西門子產品。配套設置了ABB軟啟動器，型號為：PSTB720-600-70，用于水泵啟停過程中實現限流啟動的功能。
二、采用軟啟動器限流啟動技術供水泵電機存在的問題：
三相異步電動機全壓啟動時，啟動電流很大，可達額定電流的3~7倍，甚至更大，對電網會有沖擊，對電機也會有一定的損害。因此電機啟動要選擇降壓限流啟動，小灣電廠機組技術供水泵電機啟動選擇的是利用軟啟動器來實現電機的降壓限流啟動。所使用的軟啟動器是ABB公司生產的型號為PSTB720-600-70，額定電流設置為650A。軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節能和多功能保護于一體的電機控制裝置。它不僅實現在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電流，而且可根據電動機負載的特性來調節起動過程中的參數，如限流值、起動時間等。此外，它還具有對電機的保護功能，這就從根本上解決了傳統的降壓起動設備的諸多弊端。但軟啟動器實現平滑啟動的方法就是通過降低啟動電壓，減小啟動轉矩，這個過程對系統電壓有一定的沖擊，從實際運行的情況來看，我廠應用ABB軟啟動器時，設置限流設置為4，實際運行過程中，機組技術供水泵電機啟動電流瞬時最大達2500A，啟動電流較大，并且啟動對我廠系統電壓具有一定沖擊。并且技術供水泵電機啟動過程中會拉低廠用電系統電壓，導致部分反應敏感的電源監視繼電器故障報警。
因啟動電流過大，并且啟動過程拉低不能滿足電廠黑啟動條件。小灣電廠黑啟動的電源來此于柴油發電機，型號：HDC1250，額定電壓400V，功率1000kV，額定電流804.2A，經柴油發電機變壓器將電壓變至10kV后，接入我廠10kV廠用電系統。若使用軟啟動器，機組技術供水泵電機啟動瞬間電流2500A，已遠大于柴油發電機額定電流，無法滿足黑啟動要求。
三、變頻啟動與軟啟動的比較：
1、變頻器與軟啟動器性能比較
軟啟動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。其主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。 變頻器把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。
變頻器相對軟啟動器有如下優點：
1、軟啟動器啟動電機至額定工況之后，便切換為旁路輸出，在電機正常運行期間是無法起到保護電機的功能，變頻器則一直存在于電機運行電路之中，能很好保護電機運行。
2、軟啟動器只是在電機啟動過程中降壓、限流，啟動過程中電流仍然很大，對系統電壓也存在一定的影響，變頻器可以改變電機啟動頻率，可以從零壓啟動，對系統電壓沒有沖擊。
3、軟啟動器不能調速，但變頻器可以。
軟啟動器必須以降低啟動電壓來實現平滑啟動，這就會造成電機啟動轉矩減小，而變頻器不必降低啟動轉矩。總的來說，變頻器具有所有軟啟動器的優點，在功能特性上完全可以替代軟啟動器。
綜上所述，選擇變頻器能滿足現階段小灣電廠機組技術供水泵啟動需求。
2、變頻器型號的選擇：
我廠選用的機組技術供水泵電機為西門子公司的異步電機，具體參數如下：
品牌 西門子
額定電壓 380V 功率因數 0.86
頻率 50Hz 繞組接法 D
電流 650A 耐熱等級 F
功率 355KW 轉速 1488min-1
根據上述名牌選擇合適的變頻器，我廠選用變頻器的型號及參數如下：
柜體式傳動單元型號 ACS-800-07-440-3
變頻器模塊型號 ACS-800-04M-440-3 外形規格 R8
額定電壓 380V 額定電流 695A
額定功率 355KW 最大輸出電流 1017A
額定容量 440KVA
四、加裝變頻器后機組技術泵后實際運行情況：
機組技術供水在水輪發電機開機條件中屬于必要條件，若機組技術供水流量及壓力達不到設定值，則機組開機失敗，判定供水方式為水泵供水，經2秒鐘時間判定，已發送啟動機組技術供水令，確定機組技術供水啟動后，判斷機組技術供水各管路壓力、流量是否達到額定值，若120秒后仍然達不到額定值，判定開機失敗。基于以上考慮，變頻器啟動水泵電機應在判定時間內完成。在機組技術供水泵電機啟動至額定轉速設置為30秒，啟動變變頻器后，電機轉速約30s內從0按固定斜率上升至1488轉/分鐘，變頻器輸出電流在約30s內從100A左右開始呈拋物線上升至額定電流650A附近；考慮要滿足電廠黑啟動要求，要小于柴油發電機額定電流，將變頻器限制電流選擇為800A；技術供水系統管路壓力大于0.3MPa，停泵時容易產生水錘現象，因此在技術供水管路上加裝水力止回閥來防止產生水錘，水力止回閥關閉時間約10s，故將變頻器斜坡停車設置時間為10s，其具體參數見下表：
參數索引 名稱 設定值 備注
10.03 REF DIRECTION FORWORD 固定電機轉向為正向
14.01 RELAY RO1 OUTPUT EXT CTRL 處于外部控制時可編程繼電器RO1輸出
20.01 MINIMUM SPEED 1488 最小轉速，將給定最小轉速限制為1488
20.02 MAXIMUM SPEED 1488 最大轉速，給定最大轉速限制為1488
20.03 MAXIMUM CURRENT 800A 最大電流限制，變頻器將輸出電流限制在800A以內
20.04 TORQ MAX LIM1 300%（默認） 最大正轉矩
21.01 START FUNCTIOM AUTO 自動啟動
21.03 STOP FUNCTION RAMP 選擇斜坡停車
22.01 ACC/DEC SEL ACC/DEC 1 加速和減速時間1
22.02 ACCEL TIME 1 30s 加速時間，在30s變頻器將電機轉速0提升至1488
22.03 DECEL TIME2 10s 減速時間，斜坡停車時間10s
22.06 ACC/DEC RAMP SHPE 0.00S 加速/減速斜坡形狀選擇為線性斜坡
30.02 PANEL LOSS FAULT 現地控制方式下，控制盤丟失則變頻器跳閘而自由停車
實際調試過程中，機組技術供水總管流量約30秒由0上升至1800m3/h（技術供水流量正常定值），3秒后穩定在2450 m3/h左右；機組機組供水總管壓力約30秒由0上升至0.2Mpa（壓力正常定值），3秒后穩定在0.34Mpa左右，即30s內流量壓力滿足機組開機流程，33秒機組技術供水達到穩定供水壓力及流量。考慮到單臺水泵或電機出現故障，在規定時間內機組技術供水流量及壓力未能達到額定值，有充足的時間啟動另外一臺備用水泵，在機組技術供水控制柜內設定判定一臺水泵啟動失敗的時間為80秒，為啟動另外一臺水泵留下足夠時間。在實際調試技術供水系統時，實際情況與設計情況基本相同，機組技術供水泵啟動過程中電流上升曲線很平緩，廠用電系統電壓基本不變。電流上升曲線如下圖所示。
五、變頻器使用過程中存在的危險因素
連接變頻器的電源系統往往有并聯有電力電容器、發電機、變壓器、電動機等負載，變頻器產生的高次諧波電流按著各自的阻抗分配到電源系統和并聯負載。雖然ACS-800-07變頻器本身設置了濾波器，但仍然有部分諧波對廠用電系統造成污染。機組技術供水泵電機自更換變頻器后，因諧波引起電動機附加發熱，電機運行溫度有所升高。
六、結束語：
小灣電廠機組技術供水變頻器改造后，實現了電機平滑啟動，對系統電壓影響較小，滿足我廠黑啟動要求，雖然產生的諧波對廠用電系統有一定的污染，但綜合考慮，利大于弊。
參考文獻：
1.劉美俊《通用變頻器應用技術》福建科學技術出版社 2004
2.《小灣電廠機組技術供水運行規程》小灣電廠 2013
作者簡介：
篇10
關鍵詞：變頻器恒壓供水閉環控制節能
中圖分類號：TN773文獻標識碼： A 文章編號：
前言
鶴崗誠基水電熱力有限責任公司南部供水系統由富力泵站、鹿林加壓站和南山配水池組成，富力泵站以0.76Mpa恒壓運行，在保證鹿林山地區用水的前提下，多余水量送到鹿林加壓站，由鹿林加壓站將水送至南山配水池，通過自流供南山地區用水。為保證富力泵站的恒壓供水和南山配水池有調節水量的能力來滿足南山地區用水，誠基水電熱力有限責任公司在富力泵站、鹿林加壓站安裝了變頻器，通過PLC實現了南部供水系統的自動化控制。
高壓變頻器的工作原理
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一種頻率的電能控制裝置。變頻器由移相變壓器、功率單元和控制器組成。它采用直接“高-高”形式，6KV輸入直接高壓 6KV輸出， 6KV系列有15個功率單元，單元串聯多電平拓撲結構，每相由5個功率單元串聯而成，每個功率單元可以互換，其電路結構如圖3為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出。
功率單元輸入側由移相變壓器供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成30脈沖整流方式，經過多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，大大改善網側的電流波形。輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，完全適合舊設備的改造。
控制器由高速單片處理器、人機界面和PLC共同構成，單片機實現PWM控制，人機界面提供了全中文監控界面實現遠程監控和網絡化控制，內置PLC則用于信號的邏輯處理。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有抗電磁干擾性能。控制柜內備有UPS不間斷供電電源，當控制電源掉電時，不影響變頻器的正常運行。恒壓供水
富力泵站恒壓供水的工作原理：測量元件為壓力傳感器，將它設在水泵機組出水口，Vi為恒定供水壓力設定值，供水壓力V作為輸出量，構成閉環控制系統。變頻器內部的PLC采集供水壓力值V與泵站給定值Vi進行比較和運算，通過PID進行調整，將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，直至達到供水壓力的給定值Vi。不管系統供水流量如何變化，供水壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。
液位控制
當鹿林加壓站的來水量能夠滿足南山地區的用水量時，通過南山配水池的水位變送器輸出的模擬量經過A/D轉換經光纖送到鹿林加壓站，再經D/A轉換傳到變頻器的PLC中，由PLC控制水泵的轉速達到南山配水池水位恒定的目的。當鹿林加壓站的來水量不能滿足南山地區的用水量時，加壓站的水泵轉速將不受南山配水池水位的控制，由鹿林加壓站的來水流量計輸出的模擬量信號通過PLC來控制水泵的轉速，達到來水量與出水量的平衡，而南山地區的用水量將通過配水池內的水量來滿足。以上控制過程都是在無人操作的情況下自動完成的，運行后取得了良好的經濟效益和社會效益。社會效益
1.降低了職工的勞動強度，延長了設備的使用壽命。
2.富力泵站、鹿林加壓站采用變頻器后，實現了水泵的軟啟動，減少了工頻啟動水泵時所造成的對水泵、管路、閘閥等的沖擊，增加了設備的使用壽命，減少了設備的維修量。
3.富力泵站根據設定的壓力實現閉環運行恒壓供水；鹿林加壓站通過來水量和南山配水池的水位實現閉環運行。以上運行過程都是在變頻器內PLC的控制下運行的，無需泵站運行人員對設備運行情況進行實時監控和頻繁操作水泵，減輕了職工的勞動強度。
4.變頻器的使用使電機從零轉速啟動，避免了工頻啟動電流大所造成的對電機和電網的沖擊，延長了設備的使用壽命，節省了設備投資。
5.變頻器具有完善、靈敏的故障檢測、診斷、報警、跳閘等功能，保證電機水泵始終安全運行。
經濟效益
1.富力泵站、鹿林加壓站通過安裝變頻器調節水泵的轉速來控制水泵的供水量，避免了因采用調節出水閘閥的開度來水泵供水量而消耗在閥板的能量損失，大大地節省電能。
富力泵站3#機組（355KW/6KV）在壓力為0.76Mpa流量為900m3 /h時工頻運行的電流為33.5A。而在相同的壓力、流量的情況下，變頻運行的電流為27.3A。富力泵站安裝變頻器至今運行半年共節電：
P=1.732UICOS∮t
=1.732×6KV×（33.5-27.3）A×0.88×24H×180天
=24.5萬千瓦時
以每千瓦時電0.5元計算可節資：0.5元/千瓦時×24.5萬千瓦時=12.25萬元
2.鹿林加壓站1#機組（132KW/0.38KV）在壓力為0. 60Mpa流量為350m3 /h時工頻運行的電流為210A。而在相同的壓力、流量的情況下，變頻運行的電流為180A。富力泵站安裝變頻器至今運行半年共節電：
P=1.732UICOS∮t
=1.732×0.38KV×（210-180）A×0.88×24H×180天
=7.5萬千瓦時
以每千瓦時電0.5元計算可節資：0.5元/千瓦時×7.5萬千瓦時=3.75萬元
3.按此方式運行南部系統一年可節電64萬千瓦時，可節約資金32萬元。
變頻器運行的規劃
富力泵站機械室內沒有取暖設施，在沒有安裝變頻器前電機運行電流高，電機本身產生的熱量就能滿足機械室內冬季的取暖問題；安裝變頻器后，電機運行電流低其產生的熱量已無法滿足室溫的要求。變頻器的變壓器、功率模塊均是發熱元件，通過風機的強排風對其進行冷卻，單位正在設計將熱源進行收集、利用，用其解決泵房冬季取暖的問題。
利用變頻器支持Profibus、Modbus、TCP/IP等種通訊協議，將變頻器的運行參數傳輸到遠端系統調度室，對其進行監測。還可以通過上位機對變頻器進行實時狀態監控，實現遠方對變頻器的啟動、停車、設定運行頻率、查看故障記錄等控制操作，除安排必要的維修人員外可實現無人看守，從而降低勞動力。
