变频器恒压供水方案（通用8篇）
变频器恒压供水方案 篇1
PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案
随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。
1、系统介绍
变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。
通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电
机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。
同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。、工作原理
2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴.手动运行
按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。⑵.自动运行
合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。
变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。
3、电路图
NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～
4、制电路图
5、原理图
6、控制流程图
7、结语
在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；同时针对所用3台电泵使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。
变频器恒压供水方案 篇2
中短波广播发射台大都远离城市, 生活用水基本靠自台解决, 我台台区有一套供水系统, 生活区有两套供水系统, 都属于定压变频供水系统, 而供水系统的安装与调试都是由厂家承揽, 厂家没有提供电路图和有关参数设置方法, 系统一旦出现问题, 自台无法进行检修, 都需要由厂家进行有偿服务, 不仅维修不及时, 而且还增加了费用。一次, 我台生活区一套定压变频供水系统出现问题, 导致供水中断, 为降低维修成本, 台组织检修人员根据实际线路绘制出供水系统的电路图, 并找出故障原因, 快速处理了故障。事后, 通过分析控制电路, 我们发现该供水系统存在着一些问题, 经查找供水方面的资料和调研, 得知供水技术已发展到恒压变频供水水平上, 为提高供水质量, 节省资金, 我台大胆尝试, 使用微机供水控制器, 将定压变频供水系统改造为恒压变频供水系统, 并增加了手动控制功能, 确保供水的连续性, 取得了非常好的效果, 同时锻炼了维护队伍。
2 定压变频供水系统原理
定压变频供水系统由变频器、电接点压力表、中间继电器等器件组成。变频器是通过整流桥将工频交流电压变为直流电压, 再由逆变桥变换为频率可调的交流, 作为交流异步电动机的驱动电源, 使电动机获得调速所需的电压、电流和频率。电接点压力表的上、下限用来设定水压范围, 当管道压力达到上限时, 控制变频器输出使水泵停转;当压力降到下限时, 控制变频器启动水泵运转, 实现一定压力范围内供水。
图1为台生活区定压变频供水系统图, 该系统由水箱、管道、水泵、变频控制柜、储水罐和28家用户组成。自来水通过浮子开关自动注入水箱, 只要水位低于浮子最高水位, 则一直向水箱注水, 水箱低水位信号由一只电缆浮球液位开关给出, 当浮球随液位下降到一定距离时, 液位开关断开, 进行缺水保护, 水泵停转。水泵为单吸多级立式离心泵, 型号32LG6.5-15×3, 流量6.5m3/h, 扬程45m, 电动机功率2.2kW, 采用单泵运行方式 (一主一备) 。两台水泵进、出水管道安装有阀门和逆止阀, 电接点压力表根据实际要求, 设定上、下限压力, 控制变频器启/停, 电动机频率逐渐升到预设频率或逐渐下降为零, 使得电动机轴平均扭矩和磨损减小, 以延长水泵与电动机的使用寿命;同样, 可使水压逐渐升高, 以避免水流冲击造成管道、仪表、阀门等损坏, 在一定程度上, 减少了维修量和维修费用, 实现泵房无人值守。
图2为定压变频控制系统原理图。在图2中, QF为变频控制柜总电源开关, HL1为电源正常指示灯, HL2为1#水泵指示, HL3为2#水泵指示, SA为1#、2#水泵选择开关。定压控制主要通过电接点压力表和两只中间继电器 (KA1、KA2) 来实现。其工作原理为:A相电源送到KA1、KA2定压控制继电器线圈上, 若供水管道压力小于压力表下限时, 压力表动触点 (公共端) 与下限静触点相接, A相电源经KA2线圈通过KA1-3、11常闭接点与零线构成回路, KA2线圈带电, KA2-6、10常开接点闭合, 短接压力表下限与公共端, 起自保作用, 同时常闭接点KA2-11、7闭合;若SA倒置1#水泵工作, A相电源通过KA2-11、7常开接点、KM1线圈、KM2常闭接点与零线构成回路, KM1线圈带电吸合, 若水箱水充足, 液位开关闭合, KA2-9、5与液位开关串联短接松下DV707变频器I1、G端子 (正转启动) , 变频器输出电压、电流、频率从零开始逐渐升到设定值上 (根据供水压力, 结合水泵扬程, 频率初始值设置为42Hz) , 1#水泵运转, 当管道水压达到压力表上限时, 公共端与上限静触点相接, KA1线圈带电, KA1-3、11常闭接点断开, KA2线圈失电, 且KA2-11、7常开接点已由闭合转为断开, KM1线圈失电, 1#水泵停转;当用户大量用水后, 管道水压下降, 降到电接点压力表下限时 (此时KA1线圈已失电, 其常闭接点KA1-3、11闭合) , KA2吸合, KM1吸合, 变频器启动, 1#水泵运转, 这样周而复始地保持定压变频供水。
为保持供水连续性, 电接点压力表上、下限调整距离要小, 上限为0.3Ma, 下限为0.2Ma。变频器要事先进行参数设置, 才能正常工作, 表1为松下DV707变频器参数设置。
这种定压变频供水系统通过先启后停方式来维持供水系统压力, 虽然简单, 但是还存在如下问题:
(1) 主用水泵长期运行磨损严重, 备用水泵长期不用生锈严重, 需要维护人员定期倒泵。
(2) 水压为一定范围内的定压, 水压不稳定, 时大时小。
(3) 当变频器或电接点压力表、继电器出现故障后, 整个供水系统瘫痪, 只能等专业维修人员来处理。
3 恒压变频供水控制系统设计与原理
基于定压变频供水存在的问题, 给用户生活带来不便, 为保证供水的连续性, 提高人们的生活质量, 通过查找有关供水资料, 决定将定压变频供水改造为恒压变频供水。恒压变频供水系统主要由微机供水控制器、电位器式远传压力表、变频器等构成。电位器式远传压力表检测管网水压, 将压力反馈信号输入微机控制器后, 反馈压力实际值与设定给水压力值进行比较, 其差值输入到PID回路处理后, 送给变频器一个转速控制信号, 变频器输出相应电压、电流和频率信号控制水泵的转速, 完成供水压力闭环控制。当水泵出口压力低于给定压力时, 变频器输出频率增加, 电机转数提高, 水泵流量增大, 压力增高;反之则减少, 保证系统压力恒定, 从而达到系统压力稳定。
参照DHC8100微机供水控制器的基本功能, 根据用户实际需求和维护上的便利, 自行设计了恒压变频供水控制系统, 并增设了自动/手动供水控制及定期倒泵功能。用微机供水控制器作为主控单元, 与电位器式远传压力表 (0-0.6MPa) 、交流接触器、转换开关、热继电器、中间继电器、DV707变频器、电接点压力表等部件组成恒压变频供水控制系统。远传压力表安装在水泵出水管上, 实时显示当前水压, 反馈输出相应电信号送至微机供水控制器, 控制变频器的输出。
图3为恒压变频控制系统原理图, QF为恒压变频控制柜总电源开关, HL1为电源正常指示灯, HL2为1#水泵指示, HL3为2#水泵指示。两台水泵电机分别为M1、M2。M1由交流接触器KM1、KM3控制, M2由交流接触器KM2、KM4控制, 其中KM1、KM2是工频运行交流接触器, KM3、KM4是变频运行交流接触器。SA1是自动/手动选择开关。若SA1置于手动位置, A相电源分为两路, 一路送1#、2#水泵选择开关SA2上, 通过控制KM1、KM2通/断, 来控制两台水泵 (工频) 起/停, FR1、FR2分别为两台水泵电动机 (工频运行) 过载保护热继电器;另一路送工频定压控制继电器KA1、KA2线圈上, 进行定压控制。若SA1置于自动位置, A相电源经SA1送到交流接触器KM0线圈与零线构成回路, KM0吸合, 供给变频器三相电源与微机供水控制器单相电源。微机供水控制器+5V、IN1、GND端子连接远传压力表, 检测供水管道水压。C相电源经熔断器FU、中间继电器KA3线圈、液位开关与零线构成回路, 水箱水位高时, 液位开关断开;水箱水位低时, 液位开关接通, 这时KA3线圈带电吸合, 常开接点KA3-8、12接通, CT2与COM短接, 水泵停止运行, 显示Er03报警。另外, 常闭接点KA3-1、9与KA3-2、11分别接1#水泵、2#水泵工频控制电路中, 当缺水时, 控制电路断开, 水泵停转。微机供水控制器模拟输出D/A、G端子接变频器频率控制FIN1、G端子, 输出变频器频率给定0-10V电压信号, 实时控制变频器的输出;开关量输出FR、CM端子为常开触点, 接变频器运行控制I1、G端子, 控制变频器正转启动;B1、D1输出端子分别接交流接触器KM3、KM4线圈控制回路, 直接驱动接触器220VAC线圈, 常闭接点KM3、KM4起互锁保护作用。微机供水控制器面板上有设定压力和实时压力显示, 根据实际要求, 压力设定为0.26Mpa。实际工作时, 变频器显示输出36.6Hz频率。
当微机供水控制器或变频器出现致命故障无法正常工作或水泵巡检时, 可采用手动方式控制水泵运行, 变为工频定压供水。其工作原理:SA1倒置手动后, A相电源送到KA1、KA2工频定压控制继电器线圈上, 若此时供水管道压力小于电接点压力表设置下限时, 压力表动触点与下限静触点相接, A相电源经KA2线圈通过KA1-3、11常闭接点与零线构成回路, KA2线圈带电, KA2-6、10常开接点闭合, 短接压力表控制, 起到自保作用, 同时, KA2-11、7常闭接点闭合, 该接点接KM1、KM2线圈公共回路。若SA2置于1#水泵位置, A相电源通过KM2常闭接点、缺水保护继电器KA3-1、9常闭接点、KM1线圈、FR1常闭接点、KA2-11、7常开接点与零线构成回路, KM1线圈带电吸合, 1#水泵工频启动运转, 当供水管道水压达到电接点压力表设置的上限时, 公共端与上限静触点相接, 继电器KA1线圈带电, KA1-3、11常闭接点断开, KA2线圈失电, KM1线圈失电, 1#水泵停转, 当用户大量用水后, 管道压力下降, 当降到电接点压力表下限时 (此时KA1线圈已失电, 其常闭接点KA1-3、11闭合) , KA2吸合, KM1吸合, 1#水泵运转, 周而复始工作保持定压供水工作 (电接点压力表上限为0.3Ma, 下限为0.2Ma) 。
恒压变频控制系统方案确定后, 按照图3对变频供水控制柜进行了改造, 改造之后, 首先对DHC-8100微机供水控制器和松下DV707变频器相关运行参数进行了设定。表2为DHC-8100微机供水控制器参数设置表, 表3为松下DV707变频器参数设置表。加电一次成功, 经过一年运行, 没有出现一次故障, 水压稳定, 操作简单实用, 受到维修人员和用户的普遍好评。
4 结束语
实践证明, 我台生活区恒压变频供水控制系统改造是非常成功的, 与原定压变频供水系统相比, 具有如下优点:
(1) 自动化程度高, 停电或停水自动停机, 来电来水自动开机。根据用水量, 自动调整水泵转速, 无需人工操作。
(2) 定时换泵, 当1#泵工作时间达到设定值后, 控制器自动停止1#泵, 启动2#泵, 保证两台水泵运行时间均等, 延长电动机和水泵使用寿命。
(3) 具有手动/自动两种工作方式, 操作简单, 实用性强, 确保供水连续性。
利用变频器实现恒压供水的改造 篇3
关键词：变频器恒压供水
0引言
我司原先设计的生活供水系统的是水泵压差控制，高于设定压力停止，低于设定压力启动，用水量的不平衡，导致水泵启停频繁，对水泵的使用寿命和节能都没有好处，并且在洗澡时，应冷水供应不稳定造成水温一时冷，一是热，因此，我司决定对供水系统进行改造，实现恒压供水。
1系统分析
满足恒压供水，归根到底是控制水的流量一当供水能力大于用水需求时，则系统压力升高；当供水能力小于供水需求时，系统压力降低；当供水能力等于供水需求时，系统压力不变。从上面我们可以得出结论：供水能力与用水需求之间的矛盾就反映在流体的压力变化上。压力可以作为控制流量大小的参变量，保持供水系统中压力的恒定，就能保证系统的供水和用水的平衡。我们决定，增加变频器控制供水系统。
2设计控制电路
电路介绍：
2.1变频器供电开关SBl和SB2通过接触器KM进行控制，变频器内部报警继电器的动断触点(Ta—Tb)与KM线圈串联，当变频器故障跳闸时，KM立即使变频器脱离电源。
2.2变频器的运行采用自锁控制方式，通过功能预设，使端子X1成为自锁控制端。按下SB3，变频器开始运行，并自锁：按下SB4，变频器停止运行。
2.3变频器跳闸后的声光报警当变频器因故障而跳闸时，其报警继电器的动合触点(Ta—Tc)闭合，报警指示灯HL1和报警电铃HA1同时发出报警信号。同时继电器KA线圈得电，其触点自锁，使变频器断电后，声光报警系统还保持通电，直至操作人员来按下SB3时为止。
2.4压力的上下限报警信号端子0C1和0C2分别预置为压力的上、下限报警输出。
3系统的工作过程
图2是变频调速恒压供水系统在正常工况下的PID调节过程。图A是管道内流量Q的变化曲线：图B是供水压力P的变化曲线：图C是管道内流量发生变化时，PID的调节量△PID，△PID只是在压力反馈量XF与目标止XT之间有偏差时才出现。无偏差时△PID=0：图D使变频器输出频率fx和电动机转速nx的变化曲线。
稳态运行：水泵供水能力和用户的用水需求平衡，供水压力P稳定不变。反馈信号XF与目标信号XT几乎相等(XF—XT)，PID调节量为0，电机在fx下匀速运行。图示的0-t1段：
用水流量增加：当用户用水流量增大，超过了供水能力，水压P下降，XF减小，合成信号(XT—XF)增大，△PID为正，变频器的输出频率fx和电机的转速nx上升，使供水能力增大，压力回升。图示的t1—t2段。
当压力恢复到目标值时，PID的调节量减小为0，变频器的输出频率fx和电机的转速nx不再上升，供水系统处于新的平衡状态。如图示的t2t3段。
用水量减少：用户用水量减少时，供水能力大于用水能力，供水压力上升，反馈信号XF增大，合成信号(XT-XF)减小，△PID为负。变频器的输出频率fX和电机的转速nx下降，供水能力下降，压力回落。如图示的t3-t4段。
4暂停功能
因夜间用水相对较少，水泵的功率较大，长期处于工作状态，会导致能源的浪费。为节约能源，当用水量基本上没有时主泵暂停(睡眠)，在管路系统中增加气压罐来维持管网的压力。当用水增多时，令主泵中止暂停(唤醒)。
确定暂停的条件①主泵已经在下限频率运行，但管网的压力仍超过上限值PH。②管网压力超过上限值的时间超过了确认时间td，因为用水时间往往是不固定的，有短时间超过上限的情况发生，属偶发性超压(超压时间小于td)，不必暂停。
广西变频恒压供水设备工作原理 篇4
广西供水设备工作原理
1、微机设定给水泵工作压力，即用户用水压力。生活给水时，广西中崛变频供水设备运行在低压变频状态，由变频器时刻监控管网压力，对反馈值和设定值进行运算和比较计算。若管网压力高于用户所需压力（设定压力）则自动减少输出频率，从而使水泵转速减少，出水量减少。若管网压力低于用户所需压力（设定压力）则自动增加输出频率，从而使水泵转速增加，出水量增加，当一台水泵运行满足不了用户需要时，其它水泵自动投入运行以保证用户的使用压力。
2、当自来水管网的压力升高达到用户使用压力时候，变频器经过一段延时后便降低转速直到停机，只有当压力降到某一设定压力值时，变频器才能重新开始工作。变频泵组的工作只是满足用户的水压力与管网压力之差，大大节约了电能。
3、当流量调节器内压力低于一个大气压时，安装在流量调节器顶的负压抑制器自动打开，使气体进入流量调节气内，消除负压。当流量调节器内压力升高时，又可以将多余的气体排出流量调节器外，使流量调节器内蓄满水，以备下次用水高峰期时使用。当流量调节器内蓄满水后，安装在流量调节器顶的负压抑制器自动关闭，防止溢流。
变频器恒压供水方案 篇5
电气工程及自动化
基于PLC的变频恒压供水系统设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在政府及社会倡导节水节能现实条件下，我们这个水资源和电能都及其短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水、小区供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，但是随着社会经济的飞速发展，住房制度改革的不断深入，城市建设规模的不断扩大，人口的增多和人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定、可靠性提出了越来越高的要求，也直接体现了城市小区物业管理水平的高低。
传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式。传统的小区供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各个供水解水企业关心的焦点问题之一。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂的复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。
随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业上还是家用电器上都会用到变频器。可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。也随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压的恒定来满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。
变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能上。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构。为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅大量的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本较高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器。
目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，远远没能达到所有用户的要求。
在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正朝着高可靠性、多品种系列化、全数字化微机控制的方向发展。追求高度智能化、标准化、系统化是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。
变频恒压供水系统能适用于生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有如下几个特点：
(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，是过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、浓度、流量等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。
(2)用户管网中因为有管阻等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些特有的特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。
(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异性，因此其控制对象的模型具有很强的多变性以及不确定性。
(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入，而定量泵的控制是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化。所以认为变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。
(5)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果十分显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。
(6)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
研究的基本内容：
1)
基于PLC的变频恒压供水系统的系统组成以及工作原理。
2)
基于PLC的变频恒压供水系统的PLC程序的设计。
3)
状态循环转换控制的电气设计方案。
4)
上、下位机的通信模块。
拟解决的主要问题：
1、掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。
2、基于PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计。
3、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用。
4、完成上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解国内外PLC的变频恒压供水系统的发展动态。
(2)掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。
(3)重点讨论PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用以及上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。
(4)
设计一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统。
(5)得出结论。
措施：
图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献
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变频器恒压供水方案 篇6
第一章 绪论 1.1 概述
随着改革开放的不断深入，我国中小城市的城市建设及其经济迅猛发展，人们生活水平不断提高，同时，城市需水量日益加大，对城市供水系统提出了更高的要求。供水的可靠性、稳定性、经济节能性直接影响到城区的建设和经济的发展，也影响到城区居民的正常工作和生活。
我国中小城市城市传统的供水方式主要采用恒速泵加压供水以及水塔高位供水等，恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，影响城市整体规划，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，且能耗大。
综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。
当前，随着可编程序控制器(PLC)技术的发展，由于其高可靠性、高性价比、广泛的工业现场适应性方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用。同时，交流异步电动机变频调速技术的日益成熟，与以往任何调速方法相比具有节能效果明显、调速过程简单、起动性能优越、自动化程度高等许多优点。因此将PLC及变频器应用于供水系统，可满足城市供水系统对可靠性、稳定性、经济节能性的要求。
1.2 问题的提出及解决方案
张家口市地处河北省西北部山区，城市人口约45万人，过去为军事重地，改革开放较晚，属经济欠发达地区。改革开放后，张家口加快了城市建设步伐。但城市供水系统陈旧，城区管网多采取传统的水塔高位供水方式。水塔分布在市区内，不仅影响城市整体规划，且存在能耗大，维护不方便，电机的启动电流对电网冲击大的缺点；各供水系统相距较远，不能及时有效地掌握各供水系统的运行状况，系统运行可靠性低，故障排除慢，系统运行中的一些参数也无法监控与记录。为满足城市需水量日益加大的要求，供水公司决定兴建新水源——在距市区南17公里的洋河边打井取水，并经西泵站二次加压为城区供水。同时为降低单位供水能耗，实现全自动、可靠、稳定的供水，需要利用变频恒压供水技术对原供水系统进行自动化改造，采用PLC控制并进行远程监控、管理及故障远程报警。在实现过程中主要研究并解决以下问题。
1、研究并完成利用PLC、变频器、远传压力表和多台水泵机组等主要设备构建变频调速恒压供水系统的设备选型与方案设计，为提高变频器的使用效率，减少设备投资，采用一台变频器拖动多台水泵电机变频运行的方案。
2、深入分析变频恒压供水系统的工况变化过程，确定工况转换方式，完成PLC控制程序的设计，实现水泵的变频起动，保证水泵从变频到工频的可靠、安全的切换。
3、设定PID调节参数，实现在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，维持供水压力恒定。
4、研究PLC和计算机的通信模式，确定通信协议，开发通信与监控软件，实现供水系统的远程监控、管理与报警。
5、加强系统的可靠性设计，提高系统的冗余度，设计自动工频运行方式和手动运行方式作为系统全自动变频恒压运行的备用方案，在故障时作为应急处理，维持供水。
通过该项目的研究和实施可以极大地改善城区供水的可靠性和稳定性，降低能耗及维护成本，方便管理。具有较好的应用前景和推广价值。
1.3相关技术概况
1.3.1 PLC技术概况
对于由继电器控制装置构成的自动控制系统，每一次设计或改进都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。因此，可编程控制器这一新的控制装置应运而生，并取代了继电器控制装置。
可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普通应用，越来越多的工厂设备采用PLC、变频器、人机界面等自动化器件来控制，使设备自动化程度越来越高。
现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器(PLC)由于具有以下特点而深受工程技术人员的欢迎。
(1)可靠性高，抗干扰能力强
其平均无故障时间大大超过IEC规定的10万小时，同时，有些PLC还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。
(2)适应性强，应用灵活
多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。(3)编程方便，易于使用
梯形图语言和顺控流程图语言(Sequential Function Fig)使编程简单方便。(4)控制系统设计、安装、调试方便
设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟调试。(5)维修方便，工作量小 PLC有完善的自诊断、历史资料存储及监视功能，工作人员可以方便的查出故障原因，迅速处理。
(6)功能完善
除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能块，还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，既方便管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备[1]
由于具有以上特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。
1.3.2变频调速技术概况
变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优越的新技术，具有节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点，被应用到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果也给众多的企业带来了巨大的经济效益，特别是近几年来随着IGBT功率元件和DSP微处理系统在变频器中的应用，变频器本身己非常成熟，使得变频调速技术的优越性更加突出，传动效率越来越高，使用越来越方便，可靠性也得到了进一步的提高。
变频器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，具有多种速度切换、加减速时间的外部设定、V/F曲线设定、转距升高调整、输出频率上、下限幅、频率跳跃等功能;具有各种接口，能与计算机、可编程序控制器及自动化仪表联机，并具有远程控制的功能。目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业。
1.4本章小结
本章首先概述了论文的选题背景、意义及课题来源，在对现有供水系统存在问题调研的基础上，确定了以实现节能、自动、可靠、稳定供水的PLC控制的变频恒压供水及其远程监控系统的设计目标。对PLC及变频调速技术做了简要叙述，提出了设计需要解决的主要技术问题和论文的主要研究内容。
第二章 恒压供水方案与分析
2.1 恒压供水的方案比较与选择
在传统城市供水系统中，常采取恒速泵供水方式。由于用户用水具有不确定性，用水量处于动态变化过程之中，恒速泵供水方式虽然可通过水泵切换控制管网压力，但无法维持管压恒定，不断地起停水泵电机不仅也影响设备的寿命同时也使能耗增加，供水质量不能保证。若采取阀门控制调节流量来维持管压，一方面频繁的调节使阀门的机械磨损加剧，设备维护工作量及设备投资增大；另一方面控制精度差且造成大量的电能浪费。此外，水泵电机直接工频起动与制动带来的水锤效应，对管网、阀门等也具有破坏性的影响。
考虑到交流异步电动机对于泵类负载可采用调电压调速，虽然能够实现恒压供水，但其调速范围小、能耗大，调节效果差。随着变频调速技术发展，变频器的日益成熟，以及功能的完善，基于恒压、节能及安全性考虑，采取变频调速恒压供水方式是一种最好的选择。变频调速精度高、调速范围大、效率高。据统计采用变频调速技术调节流量实现恒压供水，可节能20-50%，节能效果相当显著。
2.2 供水系统的模型、特性及恒压控制
2.2.1 供水系统的基本模型和主要参数
张家口市供水公司西泵站为二级泵站，是将清水池中的水经二次加压后为城区供水。供水系统的基本模型如图2-1所示。图中：L0——水泵中心位置；水面 吸入口 水压表
城区管网
h0——吸水口水位；
h1——水平面水位； h2——管道最高处水位；
h3——在管道高度不受限制的情况下，水泵能够泵水上扬的最高位置的水位。表明水泵的泵水能力。在真实的管道系统中，这个位置并不存在。只有在h3大于管道的实际最高位置的情况下，才能正常供水。
主要参数有：
1.流量Q 单位时间内流过管道内某一截面的水流量，常用单位是m3/min。2.扬程H 也称水头，是供水系统把水从一个位置上扬到另一位置时水位的变化量，数值上等于对应的水位差。常用单位是m。
3.实际扬程HB 供水系统中，实际的最高水位h2与最低水位h1之间的水位差，即供水系统实际提高的水位。即：HB=h2h1
4.全扬程HT 水泵能够泵水上扬的最高水位h3与吸入口的水位h0之间的水位差。全扬程的大小说明了水泵的泵水能力。即HT=h3h0
5.损失扬程HL全扬程与实际扬程之差，即为损失扬程。HB、HT、HL之间的关系是：HT=HB+HL。
供水系统为了保证供水，其全扬程必须大于实际扬程，这多余的扬程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵偿各部分管道内的摩擦损失。
6.管阻R阀门和管道系统对水流的阻力。和阀门开度、流量大小、管道系统等多种因素有关，难以定量计算，常用扬程与流量间的关系曲线来描述。
7.压力P表明供水系统中某个位置水压大小的物理量。其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与流量与扬程之间的平衡情况有关。
2.2.2 供水系统的特性曲线和工作点
供水系统的参数表明了供水的性能。但各参数之间不是静止孤立的，相互间存在一定的内在联系和变化规律。这种联系和变化规律可用供水系统的特性曲线直观地反映，主要有扬程特性曲线和管组特性曲线，如图2-2。通过特性曲线可以掌握供水系统的性能，确定其工作点
图2-2中：
曲线①——额定转速nN时的扬程特性曲线 曲线②——转速n1时的扬程特性曲线
曲线③——阀门开度100%时的管阻特性曲线
曲线④——阀门开度不足100%时的管阻特性曲线 1.扬程特性
以管路中的阀门开度不改变为前提，即截面积不变，水泵在某一转速下，全扬程与流量间的关系曲线HT=f（Q）称为扬程特性曲线。不同转速下，扬程特性曲线不同，图2-2中的曲线①、②分别对应于转速nN、n1，且nN>n1。
曲线表明转速一定时，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻损耗也就越大，供水系统的全扬程就越小，反映用户的用水需求状况对全扬程的影响的。在这里，流量的大小取决于用户，用水流量用QU表示。
用水量一定时，即QU不变，转速越低，水泵的供水能力越低，供水系统的全扬程就越小。
2.管阻特性
以水泵的转速不改变为前提，阀门在某一开度下，全扬程与流量间的关系曲线HT=f（Q），称为管阻特性曲线。不同阀门开度，管阻特性曲线不同，图2-2中的曲线③对应阀门开度大于曲线④对应的阀门开度。
管阻特性表明由阀门开度来控制供水能力的特性曲线。此时转速一定，表明水泵供水能力不变，流量的大小取决于阀门的开度，即管阻的大小，是由供水侧来决定的，故管阻特性的流量可以认为是供水流量，用QG表示。
在实际的供水管道中，流量具有连续性，并不存在供水流量与用水流量的差别。这里的QG和QU是为了便于说明供水能力和用水需求之间的平衡关系而假设的量。当供水流量QG接近于0时，所需的扬程等于实际扬程(HT=HB)。表明了如果全扬程小于实际扬程的话，将不能供水。因此，实际扬程也就是能够供水的基本扬程。
3.供水系统的工作点
扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点。在这一点，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性。供水系统处于平衡状态，系统稳定运行。
图2-2中的N点表示水泵工作于额定转速，阀门开度为100%时的供水状态，为系统的额定工作点。供水功率
供水系统向用户供水时所消耗的功率PG（Kw）称为供水功率，供水功率与流量和扬程的乘积成正比：
PGCPHTQ
（2—1）
式中：CP——比例常数·
2.2.3供水系统中恒压实现方式
对供水系统进行的控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求。所以，流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制。考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与供水能力(由流量QG表示)和用水需求(由用水流量QU表示)之间的平衡情况有关。
若: 供水能力QG>用水需求QU，则压力P上升； 若:供水能力QG<用水需求QU，则压力P下降； 若:供水能力QG=用水需求QU，则压力P不变。
可见，流体压力P的变化反映了供水能力与用水需求QU之间的矛盾。从而，选择压力控制来调节管道流量大小。这说明，通过恒压供水就能保证供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。
将来用户需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定为前提来实现的。常用的调节方式有阀门控制法和转速控制法两种。
(1)阀门控制法
转速保持不变，通过调节阀门的开度大小来调节流量。
实质是水泵本身的供水能力不变，而通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应用户对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
(2)转速控制法
阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。
实质是通过改变水泵的供水能力来适应用户对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。2.3 异步电动机调速方法
通过转速控制法实现恒压供水，需要调节水泵的转速。水泵通过联轴器由三相异步电动机来拖动，因此水泵转速的调节，实质就是需要调节异步电动机的转速。
由三相异步电动机的转速公式
nn（1s）160f
（2—2）（1s）p式中，n1—异步电动机的同步转速，r/min；
n—异步电动机转子转速，r/min；
p—异步电动机磁极对数；
—异步电动机定子电压频率，即电源频率；
n1nn1100%； fs—转速差，s可知调速方法有：变极调速、变转差调速和变频调整。1.变极调速
在电源频率一定的情况下，改变电动机的磁极对数，实现电机转速的改变。磁极对数的改变通过改变电机定子绕组的接线方式来实现。这种调速方式只适用于专门的变极电机，而且是有极调速，级差大，不适用于供水系统中转速的连续调节。变转差调速
通过改变电动机的转差率实现电机转速的改变。三相异步电动机的转子铜损耗为：
2rsPem
（2—3）
PCu23I2该损耗和电机的转差率成正比，又称为转差功率，以电阻发热方式消耗。电动机工作在额定状态时，转差率:很小，相应的转子铜损耗小，电机效率高。但在供水系统中由转速控制法实现恒压供水时，为适应流量的变化，电机一般难以工作于额定状态，其转速值往往远低于额定转速，此时的转差率、增大，转差功率增大，电机运行效率降低。虽然变转差调速中的串级调速法能将增加部份的转差功率通过整流、逆变装置回馈给电网，但其功率因数较低，低速时过载能力低，还需一台与电动机相匹配的变压器，成本高，且增加了中间环节的电能损耗。
因此变转差调速方法不适用于恒压供水系统中的转速控制法。3.变频调速
通过调节电动机的电源频率来实现电机转速的调节方式。
这种调速方式需要专用的变频装置，即变频器。最常用的变频器采取的是变压变频方式的，简称为VVVF(Variable voltage Variable Frequency)。在改变输出频率的同时也改变输出电压，以保证电机磁通。.基本不变，其关系为：
U1f1常数 式中：U1—变频器输出电压;f1——变频器输出频率: 变频调速方式时，电动机的机械特性表达式：
Tm1pU212r2sr222f1r1x1x2s
（2—4）
式中：m1——电机相数
r1——定子电阻
x1——定子漏电抗
——转子漏电抗折算值
x2频率f从额定值fN往下调时，由文献〔5〕 所示，图中fN>f1>f2>f3>f4
变频调速过程的特点: 静差率小，调速范围大，调速平滑性好，而且，很关键的一点是调速过程中，其转差率不变。电机的运行效率高，适合于恒压供水方式中的转速控制法。
因此恒压供水系统中采取变频调速方式可以获得优良的运行特性和明显的节能效果。
2.4 变频调速恒压供水系统能耗分析
1．转速控制调节流量实现节能
(1)．转速控制法与阀门控制法供水能耗分析
在图2-2中，将阀门控制法和转速控制法的特性曲线画在了同一坐标系中。假设系统原工作于额定状态N点，当所需流量减少，从额定流量QN变为QE时，在恒压前提下，采用阀门控制法时供水系统工作点将移到A点，对应的供水功率PG与面积AHEOQE成正比；采用转速控制法时供水系统工作点将移到B点，对应的供水功率PG与面积BHEOQE成正比。
两种控制方式下的面积之差PAHBHCB表明了采取转速控制方式相对于阀门控制方式可以实现节能。
(2)．转速调节与恒速运行供水能耗分析
根据水泵比例定理，改变转速n，水泵流量Q、扬程H和轴功率P都随之相应变化，其关系式为：
Q1n1 Qn
2（2—5）
H1n1
（2—6）Hn3P1n1
（2—7）Pn式中，n1、Q1、H1、P1分别为调速后的水泵转速、流量、扬程和轴功率。从以上关系可知，当转速n下降时，轴功率按转速变化的3次方关系下降，可见转速对功率的影响是最大的。
一般在设计中，水泵均考虑在最不利工况下供水，水泵在选型上也是按水泵额定工作点选型和安装使用，即按额定工作点设计。但在实际运行中，管网用水量常常低于最不利工况，这时，如降低转速相对于恒速泵供水运行，能使水泵的轴功率大大减少。
可见，在供水系统中根据用水量的大小，通过变频方式调节水泵转速的方式来实现供水具有很好的节能效果。而且这种方式在用水量较少时节能效果更为明显。
2．转速控制供水系统的工作效率高(1)．工作效率的定义
供水系统的工作效率P为水泵的供水功率PG与轴功率PP之比，即：
PPGPP
（2—8）
该效率是包含了水泵本身效率在内的整个供水系统的总效率。
式(2-8)中，PP是指水泵是在一定流量、扬程下运行时所需的外来功率，即电动机的输出功率；PG是供水系统的输出功率也就是水获得的实际功率，由实际供水的扬程和流量计算。供水过程中的损耗主要来自于水泵本身的机械损耗、水力损失、容积损失，以及管路中的管阻损耗。
(2)．供水系统工作效率的近似计算公式
*水泵工作效率相对值P的近似计算公式如下
*PC（1Qn**）C（2Qn**
（2—9））*式（2—9）中：P、Q*、n*—效率、流量和转速的相对值，均小于1：
*有以下关系：PN*、QPQQN*、nPnnN
C1、C2—常数，其关系为C1C21。
(3)．不同控制方式时的工作效率
阀门控制法方式，因转速不变，n1比值
*Qn**Q
**随着流量的减小。Q*减小，水泵工作的效率P降低十分明显。
转速控制方式时，因阀门开度不变，由式(2—5)，流量Q*和转速矿n*是成正比的，比值Qn**不变。即水泵的工作效率是不变的，总是处于最佳状态。
所以，转速控制方式与阀门控制方式相比，供水系统的工作效率要大得多。这是变频调速供水系统具有节能效果的第二个方面。
3．变频调速电机运行效率高
在设计供水系统时，额定扬程和额定流量通常留有裕量，而且，实际用水流量也往往达不到额定值，电动机也常常处于轻载状态，电机恒速运行时效率和功率因数很低。采用变频调速方式变频器能够根据负载轻重调整输入电压，从而提高了电动机的工作效率。这是变频调速供水系统具有节能效果的第三个方面。
2.5 供水系统安全性讨论
1．水锤效应
在极短时间内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，称为水锤效应。水锤效应具有极大的破坏性。压强过高，将引起管子的破裂;压强过低又会导致管子的瘪塌。此外，水锤效应还可能损坏阀门和固定件。
2．产生水锤效应的原因及消除办法
产生水锤效应的根本原因，是水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大，短时间内流量的巨大变化而引起的。采用变频调速，通过减少动态转矩，可以实现彻底消除水锤效应。
水泵的动态转矩大小决定了水泵加速过程的快慢，决定了加速过程流量变化的快慢，也就决定了水锤效应的强弱。
拖动系统中，动态转矩 TJTMTL TM：是电动机的拖动转矩 TL：是供水系统的制动转矩
图2—4反映了全压起动和变频起动过程中动态转矩情况。
图中，曲线①是异步电动机的机械特性，曲线②是水泵的机械特性，图2—4 b)中的锯齿状线是变频起动过程中的动态转矩。
由图2—4可知，水泵在直接起动过程时，因动态转矩很大，造成了强烈的水锤效应，通过变频起动，可有效地降低动态转矩消除水锤效应。
停机过程效果类似。
3．变频调速对供水系统安全性的作用
采用变频调速，对系统的安全性有一系列的好处
(1)消除了水锤效应，减少了对水泵及管道系统的冲击，可大大延长水泵及管道系统的寿命。
(2)降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减小轴承的磨损，使水泵的工作寿命将大大延长。
(3)避免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命。
(4)减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高了自身系统的可靠性。
2.6 本章小结
本章在分析供水系统模型及其特性参数的基础上，探讨了影响供水系统能耗及其安全性的一些因素，得出了以下结论: 1.对供水系统进行的控制，归根结底是对供水能力的调节，以满足用户对流量的需求。这种调节又是以水压调节为目标。
2.供水系统扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点是系统的工作点，实际运行中的工作点会随用水需求的变化而改变。为保证水压恒定，采取转速调节方式较阀门控制方式节能效果明显。
3.采取变频调速方式控制流量实现恒压供水，可减少系统能耗，提高工作效率。4.采取变频调速方式可以消除水锤效应，可减少冲击，增加系统运行的安全性，延长系统运行寿命。第三章 变频调速恒压供水控制系统设计
3.1 供水系统总体方案的确定
1．对西泵站供水系统总体要求：
(1)．由多台水泵机组实现供水，流量范围4000m3/h，扬程45米左右(2)．设置一台小泵作为辅助泵，用于小流量时的供水(3)．供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小
(4)．系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能(5)．各主泵均能可靠地实观软启动(6)．具有完善的保护和报警功能(7)．系统要求较高的经济运行性能 2.方案确定
确定供水系统总体设计方案的基本依据是设计供水能力能满足系统最不利点用水需求，同时还需要结合用户用水量变化类型，考虑方案适用性、节能性，及其它技术要求。
根据用户的用水时段特点，可将用户用水量变化类型分为连续型、间歇型两大类，根据流量的变化特点，还可进一步细分为高流量变化型，低流量变化型，全流量变化型等。不同季节、不同月份，流量变化类型也会改变。
连续型是指一天内很少有流量为零的时候，或本身管网的正常泄漏就保持有一定的流量。
间歇型指一天内有多段用水低谷时间，流量很小或为零。各种类型的水流量变化关系曲线如图3—1
西泵站供水系统主要负责张家口市桥西区域用户的用水，属连续型高流量变化型。这类型用水需求在较长时间段表现为高流量，低流量时，采用变频调速方式来实现的恒压供水节能效果比较明显，与通常的工频气压给水设备相比平均节能可达30%。水泵变频软起动冲击电流小，也有利于电机泵的寿命，此外水泵在低速运行时，噪声小。由于用水呈高流量变化型的特点，采用多台水泵并联供水，根据用水量大小调节投入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。
多泵并联代替一、二台大泵单独供水不会增加投资，而其好处是多方面的。首先是节能，每台泵都可以较高效率运行，长期运行费用少；其二，供水可靠性好，一台泵故障时，一般并不影响系统供水，小泵的维修更换也方便；其三，小泵起动电流小，不要求增加电源容量；其四，只须按单台泵来配置变频器容量，减少投资。
处于供水低谷小流量或夜间小流量时，为进一步减少功耗，采用一台小流量泵来维持正常的泄漏和水压。
多泵变频循环工作方式的可靠切换，是实现多泵分级调节的关键，可选用编程灵活、可靠性高、抗干扰能力强、调试方便、维护工作量小的PLC通过编程来实现。
供水系统的恒压通过压力变送器、PID调节器和变频器组成的闭环调节系统控制。根据水压的变化，由变频器调节电机转速来实现恒压。
为了减少对泵组、管道所产生的水锤，泵组配置电动蝶阀，先启水泵后打开电动碟阀，当水泵停止时先关电动碟阀后停机。
为实现远程监控的功能，系统中还配置了计算机和通信模块。
综合以上分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统，其总体结构如图3-2所示。
3.2 控制系统的硬件设计
3.2.1系统主要配置的选型
1.水泵机组的选型
根据系统要求的总流量范围、扬程大小，确定供水系统设计秒流量和设计供水压力(水泵扬程)，考虑到用水量类型为连续型低流量变化型，确定采用3台主水泵机组和1台辅助泵机组，型号及参数见表3-1。
2.变频器的选型(1).容量确定方法
依据所配电动机的额定功率和额定电流来确定变频器容量。在一台变频器驱动一台电机连续运转时，变频器容量(kVA)应同时满足下列三式：
PCNkPMcos（kVA）
（3—1）
3PCNk3UMIM10（kVA）
（3—2）
PCNkIM（A）
（3—3）
式中，PM—负载所要求的电动机的输出功率；
—电动机的效率（通常在0.85以上）；
—电动机的功率因数（通常在0.8以上）
cos；
UM—电动机电压（V）；
IM—电动机工频电源时的电流（A）；
k—电流波形的修正系数，对PWM方式，取1.0～1.05；
PCN—变频器的额定容量（KVA）；
ICN—变频器的额定电流（A）。
这三个式子是统一的，选择变频器容量时，应同时满足三个算式的关系，尤其变频器电流是一个较关键的量。
(2).型号选择
根据控制功能不同，通用变频器为分为三种类型。普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器、矢量控制高功能型变频器。供水系统属泵类负载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的U/f控制变频器。
综合以上因素，系统选用专为风机、泵用负载设计的普通功能型U/f控制方式的富士变频器FRN55P11S-4CX，变频器内置PID控制模块，可用于闭环控制系统，实现恒压供水。
其主要参数及性能介绍如下。①.主要参数
额定容量：85(kVA)； 额定输出电流：112A；
过载容量：110%额定输出电流、1分钟； 起动转矩：50%以上； 适配电机容量：55KW； ②.功能特点
风机、泵等二次方递减转矩专用型变频器;可选用自动和手动的转矩提升功能，保证最佳的启动;加速时间设定范围宽(0.01秒到3600秒)，具有S形加减速功能和曲线加减速功能，让加减速过程变得缓和，防止冲击和载物倒塌;直流制动功能，制动时间在0-30秒范围可调，保证快速可控的制动，不需要外接电阻;内置PID模块，可用于闭环控制;多种频率设定方式;多种附加功能;五路晶体管输出
③.I/0特性
9个可设定的开关量输入口，给操作者极大的灵活性(如固定频率、固定给定、电动电位计、点动);四路可设定的开路集电极晶体管输出，可用于频率到达、频率值检测、过载、运行等多种提示;RS-485接口，可实现远程通信;④.保护功能
具有过电压/欠电压保护、短路保护、过热保护、PTC热敏电阻保护、电机锁死保护、缺相保护、电涌保护、失速保护、CPU/存贮器异常保护等。
3.PLC的选型
依据控制任务，从PLC的输入1输出点数、存储器容量、输入l输出接口模块类型等方面等来选择PLC型号。在供水系统的设计中，我们选择三菱FX2N-32MR及扩展输出模块FX2N-16EYR，其I/O端子分配在3.4节给出。
FX2N-32MR主要参数及特点: I/O点数:16/16;用户程序步数:4K;基本指令:27条;功能指令:298条;基本指令执行时间:0.08微秒;通信功能:强;输出形式:继电型;输出能力：2A/点;扩展输出模块FX2N-16EYR有16个输出点;4.压力变送器及数显仪的选型
选用普通压力表Y-100和XMT-1270数显仪实现压力的检测、显示和变送。压力表测量范围0～1MP，精度1.5；数显仪输出一路4～20mA电流信号，送给变频器作为PID调节的反馈电信号，可设定压力上下、限，通过两路继电器控制输出压力超限信号。
3.2.2 主电路方案设计
三台大容量的主水泵(1#,2#,3#)根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，因此每台主水泵均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联;辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。连线时一定要注意，保证水泵旋向正确，接触器的选择依据电动机制容量来确定。
QF1,QF2,QF3,QF4,QF5,QF6分别为主电路、变频器和各水泵的工频运行空气开关，FR1, FR2, FR3, FR4为工频运行时的电机过载保护用热继电器，变频运行时由变频器来实现电机过载保护。
变频器的主电路输出端子(U,V,W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向与工频时电机转向不一致时，需要调换输出端子(U, V, W)的相序，否则无法工作。变频器和电动机之间的配线长度应控制在100m以内。在变频器起动、运行和停止操作中，必须用触摸面板的运行和停止键或者是外控端子FWD(REV)来操作，不得以主电路空气开关QF2的通断来进行。为了改善变频器的功率因素，还应在变频器的(Pl、P+)端子之间接入需相应的DC电抗器。变频器接地端子必须可靠接地，以保证安全，减少噪声。
在电动机三相电源输入端前接入电流互感器和电流表，用来观察电机工作电流大小;设计三相电源信号指示。
图3-3给出了供水系统电气控制主回路的主要联线关系。
3.2.3 控制电路设计
在控制电路的设计中，必须要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。为了保护PLC设备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，通过中间继电器控制接触器线圈的得电/失电，进而控制电机或者阀门的动作。通过隔离，可延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。
控制电路之中还要考虑电路之间互锁的关系，这对于变频器安全运行十分重要。变频器的输出端严禁和工频电源相连，也就是说不允许一台电机同时接到工频电源和变频电源的情况出现。因此，在控制电路中多处对各主泵电机的工频/变频运行接触器作了互锁设计;另外，变频器是按单台电机容量配置，不允许同时带多台电机运行，为此对各电机的变频运行也作了互锁设计。为提高互锁的可靠性，在PLC控制程序设计时，进一步通过PLC内部的软继电器来作互锁。
控制电路中还考虑了电机和阀门的当前工作状态指示的设计，为了节省PLC的输出端口，在电路中可以采用PLC输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机和阀门的指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机和阀门的工作状态。
出于可靠性及检修方面的考虑，设计了手动/自动转换控制电路。通过转换开关及相应的电路来实现。
图3-4给出了供水系统的部份电气控制线路图。
图3-4中，SA为手动/自动转换开关，KA为手动/自动转换用中间继电器，打在①位置为手动状态，打在②位置KA吸合，为自动状态。在手动状态，通过按钮SB1-SB14控制各台泵的起停。在自动状态时，系统执行PLC的控制程序，自动控制泵的起停。
中间继电器KA的7个常闭触点串接在四台泵的手动控制电路上，控制四台泵的手动运行。中间继电器KA的常开触点接PLC的XO，控制自动变频运行程序的执行。在自动状态时，四台泵在PLC的控制下能够有序而平稳地切换、运行。
电机动电源的通断，由中间继电器KA1-KA7控制接触器KM 1-KM7的线圈来实现。HLO为自动运行指示灯。FR1, FR2, FR3, FR4为四台泵的热继电器的常闭触点，对电机进行过流保护。
3.2.4 PLC I/0端子分配
说明:1#.2#.3#分别代表I号主水泵、2号主水泵、3号主水泵。
3.2.5 变频器接线及功能设定
表3-2中频率参数设置说明：
(1).最高频率:水泵属于平方律负载，转矩Tn2，当转速超过其额定转速时，转矩将按平方规律增加，导致电动机严重过载。因此，变频器的最高频率只能与水泵额定频率相等。
(2).上限频率:由于变频器内部具有转差补偿功能，在50Hz的情况下，水泵在变频运行时的实际转速要高于工频运行时的转速，从而增大了电动机的负载，因此实际预置得略低于额定频率。
(3).下限频率:在供水系统中，转速过低，会出现水泵的全扬程小于基本扬程(实际扬程)，形成水泵“空转”的现象。所以，在多数情况下，下限频率不能太低，可根据实际情况适当调整。
(4).启动频率:水泵在启动前，其叶轮全部在水中，启动时，存在着一定的阻力，在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上转不起来。因此，应适当预置启动频率值，使其在启动瞬间有一点冲击力。
3.3 PLC控制程序的设计
3.3.1全自动变频恒压运行方式水泵运行状态及转换过程分析
1.转换过程分析
启动自动变频运行方式时，首先起动辅助稳压泵工频运行供水，当用水量大，超过辅助泵最大供水能力而无法维持管道内水压时，延时1分钟PLC通过变频器启动1号主水泵供水，同时关闭辅助泵的运行。在1号主水泵供水过程中，变频器根据水压的变化通过PID调节器调整1#主水泵的转速来控制流量，维持水压。若用水量继续增加，变频器输出频率达到上限频率时，仍达不到设定压力，延时分钟，由PLC给出控制信号，将1号主水泵与变频器断开，转为工频恒速运行，同时变频器对2号主水泵软启动。系统工作于1号工频、2号变频的两台水泵并联运行的供水状态。若用水量继续增加，两水泵也不能满足水压要求时，将按上述过程继续增开水泵台数……直到满足水压要求。整个加泵过程中，总是保证原来工作于变频运行状态的水泵转入工频恒速运行，新开泵软启动并运行在变频状态，保证只有一台水泵运行在变频状态。
当用水量减少时，变频器通过PID调节器降低水泵转速来维持水压。若变频器输出频率达到下限频率时，水压仍过高，延时1分钟，按“先起先停”的原则，由PLC给出控制信号，将当前供水状态中最先工作在工频方式的水泵关闭，同时PID调节器将根据新的水压偏差自动升高变频器输出频率，加大供水量，维持水压。当用水量持续减少，系统继续按“先起先停”原则逐台关闭处于工频运行的水泵。
当系统处于单台主水泵变频供水状态时，若用水量减少，变频器输出频率达到下限频率时，水压仍过高时，延时5分钟后，关闭变频器运行，启动辅助泵维持供水。供水状态及其转换关系
供水状态是指在供水时投入运行的水泵台数及运行状况(工频或变频)。为保证在一个较长的时间周期内，各台水泵运行时间基本均等，避免某台电机长期得不到运行而出现绣死现象，供水状态的切换按照“有效状态循环法”即“先起先停”的原则操作。
若有N台水泵参与变频调速，则满足“先起先停”原则的最大有效状态数为N2十1。将来的供水状态就在这些有效状态范围内来回循环。
本系统采用了三台主水泵和一台辅助稳压泵供水，其中只有主水泵参与变频运行，共有10种有效供水状态，见表3-4
各状态之间的转换关系见下图3-5
从图3-5可见，供水状态之间的转换不但和转换条件有关，还与其目前所处的供水状态有关;由辅助泵切换到主泵供水也遵循有效状态循环方式，即上一次启动1#主泵，则下次由辅助泵切换到主泵供水，应启动2#泵。
3.状态转换条件
供水状态之间的转换条件是依据变频器输出频率是否到达极限频率及水压是否达到上、下限值。设变频器输出频率达到极限频率时的信号为X1，水压达到设定压力下限值时的欠压信号为X2，水压达到设定压力上限值时的超压信号为X3。
从辅助泵切换到主泵条件:满足X2;从主泵切换到辅助泵条件:同时满足X1、X3;增泵条件:同时满足X1、X2, 减泵条件:同时满足X1,X 3;4.状态转换过程的实现方法
从辅助泵切换到主泵只需断开辅助泵的供电，同时用变频器以起始频率起动一台主泵的运行即可;从主泵切换到辅助泵只需将主泵和变频器的输出断开，同时将辅助泵直接投入工频运行即可;减泵过程是在满足减泵条件的前提下，通过PLC控制，断开工频运行状态电机的接触器主触点即可。
增泵过程的实现相对复杂一些，首先要将运行在变频状态的电机和变频器脱离后，再切换到电网运行，同时变频器又要以起始频率起动一台新的电机运行。切换过程主要考虑三方面的问题: 第一，切换过程的可靠性。决不允许出现变频器的输出端和工频电源相连的情况，这一点通过控制电路、PLC内部软继电器的互锁及PLC控制程序中动作的时间先后次序来保证。
其次，切换过程的完成时间。时间太长，原变频运行的电机转速下降太多，一方面造成水压下降大，另一方面在接下来切换到工频时冲击电流大;时间太短，切换过程的可靠性下降。具体时间还需根据电动机的容量大小来设定，容量越大时间越长，一般情况下，500ms足够。再次，切换过程的电流。因变频器输出电压相位和电网电压相位一般不同，当电机从变频器断开后，转子电流磁场在定于绕组中的感应电压与电网电压往往也存在相位差。此时，切换到工频电网瞬间，如果二者刚好反相，则将产生比直接起动时的起动电流更大的冲击电流，反过来对变频器造成冲击。解决办法有：
(1).电机定子绕组中接入三相灭磁电阻的方法。这种方法一般需要延时2-3秒，时间太长，水泵转速下降太多，不合适:(2).相位鉴定法。通过相位鉴别电路，在电网电压和变频器输出电压相位一致时，快速切换。这种方法十分有效，可靠，对于100 kW以上的大容量电机一般要求采用这一方法
(3)利用变频器的自由停车指令BX来实现的快速灭磁法。这一方法的实质是通过定子绕组中和变频器逆变桥上的续流二极管组成的回路来达到快速灭磁的目的。其动作顺序是，在电机从变频器断开前，PLC的Y16给出动作信号，变频器Xl端子功能生效，自由停车命令BX生效，变频器立即停止输出，经短暂延时(约500ms)灭磁后，将电机从变频器断开，并立即投入电网。这种方法简单有效、控制方便，本次设计中采用了这一方法。
3.3.2 PLC程序设计方法
1.PLC 编程语言
PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。采用了面向控制过程、面向问题、简单直观的PLC编程语言，易于学习和掌握。尽管国内外不同厂家采用的编程语言不尽相同，但程序的表达方式基本类似，主要有四种形式:梯形图，指令表，状态转移图和高级语言。
梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程。绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。
指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成。比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表。编程设备简单价廉。
状态转移图语言(SFC)类似于计算机常用的程序框图，但有它自己的规则，描述控制过程比较详细具体，包括每一框前的输入信号，框内的判断和工作内容，框后的输出状态。这种方式容易构思，是一种常用的程序表达方式。
高级语言类似于BACIC语言、C语言等，在某些厂家的PLC中应用。2.梯形图语言编程的一般规则
通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有:(1).梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。
(2).梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流;层次的改变也只能自上而下。
(3).梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“1”态，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“0”态。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。
(4).梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。
(5).继电器线圈在一个程序中不能重复使用:而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。
(6).PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。
所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。
3.PLC程序开发平台
不同公司的PLC采取的开发平台不同，这次设计采用MITSUBISHI公司提供的Windows环境下的编程软件FXGPWIN来开发。先用状态转移图(SFC)来描述供水状态的转换过程和转换条件，再用步进顺控指令(STL)转换为步进梯形图，通过检查、编译后，用专用编程电缆SC09下载到PLC程序存储器中。其间还需要一个调试过程。
4.程序扫描工作方式的原理
当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。
扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。
顺序扫描的工作方式简单直观，它简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了非常有用的保证。一方面，扫描到的指令被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用。另一方面，还可以通过CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使程序执行进入死循环而造成故障的影响
PLC的工作过程就是程序执行过程。它分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段，输出刷新阶段，如图3-6所示
(1).输入采样阶段
在开始执行程序之前，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态(开或关、“1”或“0”)读入到输入映像寄存器中寄存起来，这个过程称为对输入信号的采样，或称输入刷新。在程序执行期间，所需输入信息取自输入映像寄存器的内容。在本工作周期内，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读人。
(2).程序执行阶段
在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。每扫描到一条指令时，所需要的输入状态或其他元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，然后将执行结果写入到元素映像寄存器中。这就是说，对于每个元素来说，元素映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到端子上。
(3).输出刷新阶段
当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备(负载)，这才是PLC的实际输出。
PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期(或扫描周期)。工作周期的长短与程序的长短(即组成程序的语句多少)、指令的种类和CPU执行的速度有很大关系。一般说来，一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。
PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路的内容或数据保持不变。
3.3.3 供水系统控制程序设计
供水系统根据需要实现的主要功能有自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手控制等。全自动变频恒压运行方式是系统中最主要的运行方式，也是系统的主要功能，是指利用PLC控制，结合PID调节功能，通过变频调速实现自动恒压供水，其核心是根据恒压条件下供水系统中水泵运行状态及转换过程设计的PLC控制程序;自动工频运行是指在变频器故障状态时，为维持压力的相对恒定，系统根据水压大小自动调节工频运行电机台数，维持供水，这种运行方式只是在特殊情况下的一种备用供水方案，提高了系统可靠性的冗余度;远程手动控制是指在控制室，通过计算机和PLC通信远程操控水泵的运行，是一种辅助供水方案;现场手动控制运行是指通过现场按钮来人工控制电机工频、变频运行，这一方式完全通过电气控制线路设计来实现，PLC不参与，主要用用于检修、调试及PLC故障时的运行。
系统还具有水泵故障锁定功能。当有水泵出现故障时，系统自动锁定出故障的水泵，将其退出系统运行，并报警提示。
PLC控制程序设计的主要任务是接收受各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态，输出信号去控制继电器、接触器、信号灯等电器的动作，进而调整水泵的运行，并给出相应指示或报警。
供水系统控制程序的主流程如图3-7。主要由系统初始化模块、辅助泵/主泵运行转换模块、增加主泵的状态转换模块、减少主泵的状态转换模块、远程手动控制模块和故障处理模块等构成。
1.系统初始化模块
在初始化模块中设置通信用数据寄存器D8120, D8121, D8129的通信参数，具体设置程序见论文4.3节;置标志M6=1，在自动运行时，首先起动辅助泵进入SO状态:置标志M0=1，保证辅助泵运行状态首次SO转入主泵运行状态S20。初始化过程通过M8002产生的初始化脉冲来完成。
2.辅助泵/主泵运行转换模块
主泵转辅助泵运行是指在单台主泵供水时，变频器输出下限频率，水压处于压力上限时，延时5分钟，关闭变频器运行，启动辅助泵的过程。即由状态S20(或S21, S22)转入SO的过程。PLC置输出继电器YI(或Y3, Y5)为0，同时置Y7= 1。
辅助泵转主泵运行是指由辅助泵供水，水压达到压力下限时，延时1分钟，关闭辅助泵，用变频器启动一台主泵运行的过程。即由状态so转入S20(或S21,S22)的过程。具体起动哪一台主泵，进入哪一种状态，要依据其上一个状态，按有效状态循环法的原则来操作。在编程时，以辅助继电器M3, M2, Ml作为S20, S21, S22状态的转入标志，三者按循环方式动作，保证S20, S21, S22状态的循环。
3.增加主泵的状态转换模块
增加主泵是将当前主泵由变频转工频，同时变频起动一台新水泵的切换过程。当变频器输出上限频率，水压达到压力下限时，延时1分钟，PLC给出控制信号，PLC的Y16得电，变频器的X1端子对CM短接，变频器的自由停车指令BX生效，切断变频器输出，延时500ms(灭磁作用)后，将主水泵与变频器断开，延时looms(防止变频器输出对工频短路)，将其转为工频恒速运行，同时PLC的Y16失电，BX指令取消，变频器以起始频率启动一台新的主水泵。这段程序设计时要充分考虑动作的先后关系及互锁保护。
增加主泵的状态转换模块包括六种状态转换关系，三台主泵增开程序。
下面以当前状态S20，增开2#主泵为例，用PLC的状态转移图(SFC)来说明泵增开过程，如图3-80
4.减少主泵的状态转换模块
减少主泵是指在多台主泵供水时，变频器输出下限频率，水压处于压力上限时，按“先起先停”原则，将当前运行状态中最先进入工频运行的水泵从电网断开。
5.远程手动控制通信模块
初始化模块中设置好PLC和上位机的通信协议后，在PLC程序执行过程中，当接收到上位机的远程手动控制命令置M5M4= 10时，PLC程序自动转入远程手动控制运行方式，接收水泵运行状态控制字。当接收到命令置M5M4=01时，先停止全部水泵的运行，延时后重新转入全自动恒压变频运行方式。
6.故障处理模块
对变频器故障、热继电器动作、空气开关跳开、水位过低等故障给出声光报警，并做出相应的故障处理。
(1).欠水位故障
进入状态S30，停止全部的电机运行，防止水泵空转。当欠水位信号解除后，延时一段时间，自动进入SO状态。
(2).变频器故障
变频器出现故障时，对应PLC输入继电器X5动作，系统自动转入自动工频运行模块。此时变频器退出运行，三台主泵电机均工作于工频状态。该方式下的水泵的投入和切除顺序和自动变频恒压运行方式时的大致相同，只是原来运行在变频状态下的电机改为了工频运行。由于没有了变频器的调速和PID调节，水压无法恒定。为防止出现停开一台水泵水压不足而增开一台水泵又超压造成系统的频繁切换，通过增加延时的方法来解决。设定延时时间为20分钟。
(3).电机故障
热继电器、空气开关一般用于电机保护，二者的动作往往表明了电机潜在故障。检测到此类故障时，系统首先锁定故障电机，并自动投入下一台电机运行。
此时系统处于“一辅泵两主泵”的运行状态。
3.4 PID调节原理在恒压供水系统中的应用
在供水系统的设计中，选用了具有PID调节模块的变频器来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定，较好地满足系统的恒压要求。
3.4.1 PID控制及其控制算法
在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有以下优点：理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握。模拟PID控制及算法
PID控制器是一种线性控制器，它是对给定值:(t)和实际输出值y(t)之间的偏差e(t): e(t)=y(t)-r(t)
(3一4)经比例(P)、积分(I)和微分(D)运算后通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制，故称PID控制器。
系统由拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图3-9。
图中U(t)为PID调节器输出的调节量。PID控制规律为
PID控制器各环节的作用及调节规律如下:(1).比例环节:成比例地反映控制系统偏差信号的作用，偏差e(t)一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例环节反映了系统对当前变化的一种反映。比例环节不能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数K的增大而减少，比例系数过大将导致系统不稳定。
(2).积分环节:表明控制器的输出与偏差持续的时间有关，即与偏差对时间的积分成线性关系。只要偏差存在，控制就要发生改变，实现对被控对象的调节，直到系统偏差为零。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Tl,Tl越大，积分作用越弱，易引起系统超调量加大，反之则越强，易引起系统振荡。(3)微分环节:对偏差信号的变化趋势(变化速率)做出反应，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快系统响应时间，改善系统的动态特性。但过大的TD对于干扰信号的抑制能力却将减弱。
PID的三种作用是相互独立，互不影响。改变一个调节参数，只影响一种调节作用，不会影响其他的调节作用。然而，对于大多数系统来说，单独使用一种控制规律都难以获得良好的控制性能。如果能将它们的作用作适当的配合，可以使调节器快速，平稳、准确的运行，从而获得满意的控制效果。
2.数字PID控制算法
自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模拟调节器来实现PID控制算法具有更大的灵活性和可靠性。数字PID控制算法是通过对式(3-5)离散化来实现的。
用一系列的采样时刻点nT代表连续时间，用矩形法数值积分近似代替连续系统的积分，以一阶后向差分近似代替连续系统的微分，得到PID位置控制算法表达式:
式(3-7)中，T一一采样周期，n一一采样序号，e(n)一一第n时刻的偏差信号，e(n-1)—第(n-1)时刻的偏差信号，y(n)—第n时刻的控制量。PID位置控制算法采用全量输出，一方面需要计算本次与上次的偏差信号e(n), e(n-1)，而且还要把历次的偏差信号e(j)相加，计算繁锁，占用内存大;另一方面计算机输出的控制量u(n)对应的是执行机构的实际位置偏差，如果位置传感器出现故障，u(n)可能出现大幅度变化，引起执行机构的大幅度变化，这是不允许的。为此实际控制中多采用增量式PID控制算法，其表达式为:
增量式算法中不需要累加，调节器输出的控制增量△u(n)仅与最近几次采样有关，所以误动作时影响较小，必要时可以通过逻辑判断去掉过大的增量，而且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。
3.4.2 恒压供水PID调节过程分析
恒压供水的目的就是要保证供水能力Qc适应用水需求Qu变化。当供水能力QG和用水需求Qu之间不能平衡时，必然引起压力的变化。因此，可根据压力的变化，来实现对供水流量的调节，维持供水能力QG和用水需求Qu之间的乎衡。
在供水系统中，变频器、PID调节器、压力变送器、电机、水泵等构成了一个闭环控制系统，可以对供水能力实现有效的自动调节，从而实现恒压供水。其实现方法是，首先据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成4～20mA的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。其具体调节过程如下：
(1).稳态运行
当供水能力QG=用水需求Qu，目标压力信号;和压力反馈信号y相等，偏差e=y-r=0, PID输出的控制增量△u=0，变频器输出频率不变，水泵转速不变，处于稳态运行。如图3-10中的0～t1段。(2).用水量增加时
当用水量增加，用水需求Qu>供水能力QG，水压下降，压力反馈信号y减少，偏差e=y-r<0, PID输出的控制增量△u>0，变频器输出频率上升，水泵转速升高，增加供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。
这是一个动态变化的过程，在达到新的平衡状态之前，压力反馈信号y、偏差e,控制增量△“均处于变化之中，其变化过程如图3-10中的tl～t3段，其中t2～t3段为增加用水量后新的平衡状态。
(3).用水量减少时
当用水量减少，用水需求Qu<供水能力QG，水压上升，压力反馈信号y增大，偏差e=y-r>0, PID输出的控制增量△u<0，变频器输出频率下降，水泵转速降低，降低供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。这一动态变化过程，如图3-10中的t3～t4段，其中t4段以后为减少用水量后新的平衡状态。
3.4.3 变频器PID控制功能参数设置
变频器PID控制功能代码有H20,H21,H22,H23, H24, H25共6个，通过对功能代码的设定来保证合理的PID运行。
1.PID模式预置
H20用以设置PID模式。
设定值0:不动作;1:正动作；2:反运行。其关系如图3-11.在供水系统中，当压力增大(即用水量减少)，水泵的转速应下降，即变频器输出频率与被控量(水压)的变化趋势相反，所以选取模式2。
2.反馈方式预置
系统采取的是电流输入反动作，设定H21为2。3.压力目标值的预置
压力目标值是一个比值，它和允许的管道压力大小及选用的传感器有关。其关系为:压力目标值=（管道允许压力／压力表量程）×100% 根据教育学院学生公寓供水管网情况及水压需要，确定总出水口水压大小为0.4MPa，选用的远传压力表量程是0-1MPa，则目标值为40%.选择XI端子功能，设定“E01”为II，通过变频器键盘面板操作直接输入确定的压力目标值。
4.P、I、D参数预置
P、I、D参数通过H22,H23,H24来设定。其中H22用以设定P增益，设定范围:0.01～10倍;H23用以设定积分时间，设定范围0.1～3600s;H24用以设定微分时间，设定范围0.01～10.0s 由于P、I、D的取值与系统的惯性大小有很大的关系，需经现场反复调试，可按以下总体原则来进行整定。
H22(增益P)，在不发生振荡条件下增大其值;H23(积分时间I)，在不发生振荡条件下减小其值;H24(微分时间D)，在不发生振荡条件下增大其值: 用示波器监视压力表输出电压波形，根据波形情况来做参数调整。常见有下面几种情况。
(1)抑制超调
增大H23(积分时间)，减小H24(微分时间)，如图3-12:a)。(2).允许小量超调前提下加快响应速度
减小H23(积分时间)，增大H24(微分时间)，如图3-12:b)。(3).抑制比H23积分时间)长的周期性振荡 增大H23(积分时间)，如图3-12:c)。
(4).抑制大约和H24(微分时间)同样长周期的振荡
减小H24(微分时间)。设定0时，若仍有振荡时，减小H22(增益)，如图3-l2:d)
在PID功能有效且完成参数预置后，变频器完全按用户设定的P、I、D调节规律运行，其工作特点是;(1)变频器的输出频率只根据水压实际压力大小与设定的目标压力的偏差进行调整，与被实际水压大小并无对应关系:(2)变频器的升、降速时间完全取决于由P、I、D值所决定的动态响应时间;(3)变频器的输出频率始终处于调整状态，因此，其显示的数值常不稳定。5反馈滤波时间预预置
设置对控制端子12输入的反馈信号的滤波时间，使PID控制系统稳定，设定值过大，反应变差。
3.5 系统可靠性措施
系统中采用的工控设备变频器和PLC均具有抗干抗能力强，可靠性好的特点。但作为一个完整的系统，应用于工业现场，还是有必要考虑加强抗干扰措施，保证运行的稳定性。
1、变频器和PLC应安装于专门的控制柜中，但一定要保证良好的通风环境和散热，PLC四周留有50 mm以上的净空间。环境温度最好控制在45℃以下，相对湿度在5～90%，尽量不要安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。
2、控制柜和水泵现场距离不要太远，尤其是远传压力表至变频器的4-20mA电流信号和至PLC的压力上、下限开关量信号的传输电缆要尽可能短，而且要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。
3、外围设备信号线、控制信号线和动力线应分开敷设，不能扎在一起，且应采用屏蔽线且屏蔽层接地.4、变频器和PLC均要可靠接地。接地电阻应小于100，接地线须尽可能短和粗，并且应连接于专用接地极或公用接地极上，不要使用变频器、PLC外壳或侧板上的螺钉作为接地端。而且二者在接地时，应尽量分开，不要使用同一接地线。
5、电动机在低速运行时，电机冷却效果下降，应保证电动机具有良好的通风条件。
6、在电气设计和软件设计中，充分考虑电气设备之间的互锁关系。
7、选用性能可靠的继电器、接触器对于系统的可靠运行也具有十分重要的意义。
8、要考虑防雷设计。如电源是架空进线.在进线处装设变频器专用避雷器，或按规范要求在离变频器20m远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。
9、系统设计时还加入了无人执守故障自动拨号报警器。当出现变频器故障、电机故障、PLC故障以及水位过低等现象时，自动拨打管理人员的电话，提高系统故障的应急处理能力。
3.6 本章小结
本章针对用户需求，在满足供水能力的前提下，实现了变频调速恒压供水控制系统的设计。该系统由PLC控制的多泵分级调节和变频器控制的单泵连续调节相结合，实现流量在大范围内变化时的恒压供水。基于这一设计方案，本章的具体内容概括如下: 1.变频调速恒压供水控制系统由PLC、变频器、远传压力表、3台主水泵机组、1台辅助泵机组、控制柜等组成，采用一台变频器分时控制3台主水泵的起动、调速和运行。
2.控制系统的硬件设计包括了设备选型、主电路设计、控制电路设计及PLC的I/O端子分配、变频器接线及功能设定等。电路设计时充分考虑了水泵电机变频运行和工频运行间的互锁关系。
3.分析了多泵供水方式的运行状态和状态转换条件，由远传压力表给出的上、下极限水压信号作为水泵切换的条件，实现水泵的分级调节。状态转换遵循“先起先停”原则。
4.由远传压力表检测的水压信号经变频器内部的PID模块处理后，控制变频器输出频率，实现对水泵转速的连续控制，来维持恒压供水。
5.分析了PID控制器的基本原理和供水系统中PID调节过程，讨论了PID参数的调节方法。
6.供水系统PLC控制程序主要由系统初始化模块、辅助泵/主泵运行转换模块、增加主泵的状态转换模块、减少主泵的状态转换模块、远程手动控制模块和故障处理模块等构成，可实现全自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手控制等方式。
7.在系统设计时，考虑了抗干扰措施和故障应急处理功能，保证运行的稳定性。
变频恒压供水系统设计 篇7
生产用水量 (空调冷却塔、层压洗板机、真空泵站、纯净水系统等) 是随车间订单情况、季节变化 (温度) 、时间点等因素不同而波动的。用水量的变化直接反映在供水压力上, 即是生产用水量多而供水量少, 管道供水压力就会降低, 生产用水量少而供水量多, 管道供水压力就会升高。水泵原来的控制方式最大的不足就是无法根据用水量的变化而自动调节压力, 所以导致供水的稳定性无法保障。尤其是随着去年松山湖四分厂的投产, 原有的供水方式更是不能满足生产的用水需求。以公司2015 年做出的智能制造战略为切入点, 我们对整套软水系统进行了改造, 变频恒压供水系统是我们改造的其中一个项目。
2 变频恒压供水系统
2.1 系统设计要求
(1) 软水的供给压力设置5Kgf/cm2, 当实际压力低于设定压力时, 变频器就会提高频率, 反之则降低。
(2) 两台水泵一用一备轮流工作, PLC根据切换时间控制继电器组来实现水泵主回路接触器的切换, 水泵的频率调节由变频器自身的PID运算实现。
(3) 水泵的手动与自动除了PLC程序上互锁外, 在电器件继电器方面也互锁, 两台在操作上是互锁的, 即操作上只能选择一台泵运行控制。
2.2 变频恒压供水系统组成
(1) 管路供水部分:1# 水泵与2# 水泵、楼顶储水池、分厂生产车间。
(2) 压力检测部分:压力传感器。
(3) 电气控制部分:PLC、变频器、继电器、接触器。
2.3 主要接线
(1) 水泵主回路接线图如图1 所示:
a.KM1、KM3 分别为1# 水泵及2# 水泵的手动控制接触器, KM2、KM4 分别为1# 水泵及2# 水泵的变频控制接触器, 线圈均为AC380V;
b.通过继电器 (KA3、KA4、KA5、KA6) , 两台水泵在电气控制上进行互锁;
c.通过报警蜂鸣器, 对系统异常进行报警输出监控。
(2) 变频器的接线图如图2所示:
a.变频器在PID控制模式, RT与SD端子需要短接;
b.压力变送器选择两线型, 变频器根据压力变送器检测的压力进行内部的PID调节;
c.设置PID的上限及下限输出, 便于对变频器的工作状态进行一个监控作用。
3 变频器的PID控制
所谓PID控制就是变频器经过PID运算后得到的执行量, 来控制输出频率的变化, 而PID运算又是指P (比例运算) 、I (积分运算) 、D (微分运算) 三个运算的总和。有正负两种类型之分。本例中变频器采取负运算, 由变频器参数Pr.128 设定。变频器主要参数设定如表1:
4 PLC程序设置
4.1 PLC的I/O地址分配如表2 所示
4.2 PLC的外部接线图如图3 所示
4.3 PLC程序编程
5 结束语
软水泵的变频恒压改造在2015 年改造完成。系统改造后, 节能效果明显、供水稳定、设备运行状况良好等特点。变频恒压供水改造项目获得了公司2014-2015 持续改造成果颁奖大会上的一致好评。此项目的的意义不仅是提高了软水的供水稳定性, 更是为后续的设备改造奠定了坚实的技术基础。
参考文献
[1]高安邦, 刘晓燕, 等.三菱PLC工程应用设计[M].机械工业出版社.
[2]龚仲华, 史建成, 孙毅.三菱FX/Q系列PLC应用技术[M].人民邮电出版社, 2006.
[3]王仁祥, 王小曼.通用变频器选型、应用与维护[M].人民邮电出版社.
[4]钟肇新, 范建东, 冯太合.可编程控制器原理及应用[M].华南理工大学出版社.
[5]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].人民邮电出版社, 2004.
变频器恒压供水方案 篇8
关键词：PLC；变频技术；恒压供水；特征；应用；优点
中图分类号：TU991.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01
一、目前供水系统的特征
传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：
（1）恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆裂现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。
（2）气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵时压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。
（3）水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。
（4）液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。
（5）单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
二、PLC概述
（一）可编程控制器的定义
可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
（二）PLC的发展和应用
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储组件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加適应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
三、变频恒压供水系统的特征及优点
本文是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。
PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。
根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型，估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。
总之，变频技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，供水设备以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。
参考文献：
[1]马桂梅，谭光仪.陈次昌.泵变频调速时的节能方案讨论[J].四川工业学院学报，2003.
[2]崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨[J].兰州铁道学院学报，2000.
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