变频恒压供水控制系统

变频恒压供水控制系统（通用12篇）

变频恒压供水控制系统 篇1

摘要：本文介绍了恒压变频系统,这个系统包含了四台水泵电机。首先,用变频器对四相水泵电机实现软启动和变频调速。然后把水压信号用压力传感器检测后,送入PLC与其设定值进行再进行PID运算,要使管网的压力稳定,应该设定电机的转速改变供水。

关键词：变频调速,恒压,PLC

1 变频供水系统节能的背景与原理

供水系统的发展主要得益于以下三个方面:1. 人们节水节能的观念逐步增强2. 人们对用水质量的要求不断地提高不3. 自动化技术(PLC和变频器)控制技术的飞速发展。

恒压供水系统的原理非常简单。系统主要有电机、水泵等组成。系统由供水和调节转速来实现。供水是驱动电机来实现的,电机和水泵的一体化也容易实现,变频器是用来调节电机的转速,根据变频器频率的改变来改变转速,最终实现了变频调速。

在传统的供水系统中,控制方法有很多,在这个系统的,我们采用的是简单方便的流量控制法,流量控制的实质是转速控制,即通过转速的控制来改变供水量。当水量增大的时候电机加速,水量减小的时候电机减速,根据用水量的变化实现自动的地调整电机的转速,从而使管网压力始终保持恒定。这种控制方法比单纯的阀门控制有较多的优越性,比如方便简单,减小了阀门的开度产生的误差等。

2 变频恒压供水系统控制方案的比较和确定

恒压变频供水系统主要有变频器、压力变送器、水泵机组、恒压控制单元、以及低压电器等组成。系统主要的任务为用恒压控制部分使得变频器控制一台水泵或着循环控制多台水泵,来实现恒定的管网水压和水泵电机的软起动以及切换变频水泵与工频水泵,同时还要能实现对数据的传输。根据系统设计的任务要求,有下面几种方案可供选择:

系统的控制方案由系统的任务决定,本系统主要实现的是用变频器控制一台水泵或者多台水泵,实现不变的管网水压,电机要实现手动和自动控制,还要能够切换工频和变频,因此,供水系统主要有变频器、压力变送器和水泵及其它电器(低压)等组成。根据任务要求,有以下几种方案可供选择:

2.1水泵机组的组合

这种组合使得系统的结构比较简单,除了水泵还有变频器和压力传感器组成。这种方案最大的优点是电路简单,所用的元器件比较小,大大的节约了设备的成本,因为它是将PLC可编程控制器和PID调节器集成,然后安装在变频器的基板上。但是这样组合也有很大的缺点,首先不能实现自动调节,在不同时间内不同压力下,调节时,PID的参数不容易实现最优,只能在很小的范围内调节,因此压力的设定和反馈就不易观察出来,一些稳态、动态性能就可能出现偏差。除此之外,扩展模块的实现也非常困难,无法进行大量的数据传输,容量的限制非常小,整个系统的话,就显得笨重不灵活。

2.2单片机的组合

这种组合是单片机、变频器和压力传感器组成的,这种组合较第一种组合有很多的有点,比如可以应用很多的控制算法,不仅仅局限在PID调节,不仅控制方便,而且精度高,参数的调整更加方便。但是由于设计的整体性,这种组合也存在一定的缺陷,因为整体的程序一旦形成,参数的改变就会变得困难,还存在调试不灵敏等问题。还有,由于变频器运行时会产生干扰,变频器功率的改变又会扩大干扰,系统还缺乏抗干扰的保护措施,因此,本系统的发展应用还不是特别成熟。

2.3 PLC的组合

这种组合是由PLC、变频器、压力传感器等组合而成。这种控制方法具有最多的有点,因此采用的就是这种控制方法。首先,由于PLC的使用,使得整个控制系统模块化,不仅便于控制管理、修改控制参数,而且容易实现大规模的恒压供水,在这个基础上,也不缺乏灵活性,因为接口之间的通信方便,容易实现数据的交换。其次,因为PLC本身的抗干扰能力强,能够大大地抵抗外界的干扰,系统的稳定性得到了增强。最后,在硬件方面,输入、输出的的接线只需和PLC连接即可,可以通过PC来修改里面的程序,控制、调试等更加方便。因此这种组合具有更为广阔的控制范围,可以控制的场合也更加的广泛。

通过分析、比较,显然第三种组合更加适用于本系统,不仅可以达到本系统地控制精度和稳定性的要求,还有调试方便灵活,数据便于传输等优点。

3 变频恒压供水系统的理论分析

水泵电机的转速公式为:

公式中:p为电动机极对数,f为电源频率,s为转差率。

由公式,电动机多采用三相异步电动机,当转差率s一定时,电动机的转速n与电源频率f基本上保持正比关系。即保持连续的电源频率,从而实现电动机的转速平滑的改变。

4 变频恒压供水系统的组成

变频恒压供水系统的控制流程图如图1所示。

从图可以看出,系统可以分为:控制部分、执行部分、信号检测三部分,具体为:

(1) 控制部分:控制部分包括变频器(PID)和具有PLC的控制器,还包括电气控制三部分。

(2) 执行部分:执行部分由一组水泵构成,还有变频泵和工频泵,这部分电机的转速是根据用户用水量的改变而改变,,来维持管网水压的恒定。

(3) 信号检测部分:系统控制的过程中,需要检测的模拟信号包括高低水位信号、管网的压力信号和报警信号。因为这些信号是模拟信号,在读入PLC时,需要进行A/D转换。

5 变频恒压供水系统的控制流程

恒压变频供水系统的控制流程分为以下几个部分:

(l) 首要的是要启动变频器,启动变频器之前先通电,通电后启动信号显示,第一台变频泵在变频器的拖动下开始工作,,第一台变频泵的转速控制靠的是变频器输出频率的改变来控制,而变频器的输入则是压力变送器的压力变化。

(2) 当水压减小用即水量增加时,由于偏差逐渐变大,水压信号的反馈就减小,,结果是导致变频器的输出频率增大,因为变频器控制水泵的转速,必然导致水泵的转速变大,又使得供水量增大,水泵重新稳定。

(3) 当用户的用水量还要继续增加时,,达到极限值,即变频器输出频率达到50赫兹(上限频率)时,第一台水泵保持工频运行,系统自动将第二台水泵开始变频运行,系统的水压就开始得到调节,直到水压保持到开始时的稳定值。但是,如果用水量再继续增加的话,还将发生类似的调节,即原来的两台水泵工频运行,如果此时达到上限频率,但是压力未达到开始时的稳定值,就会发出报警。

(4) 当用户的用水量下降时,即水压升高,就可以通过减少水泵来解决,前提是变频器的输出频率已经达到下限值,这时根据先启先停的原则,先关闭第二工频泵。

本系统采用的是三台水泵变频循环运行的方式。即几台水泵中,只有一台在变频器的控制下做的是变频运行,其它的水泵是工频运行(转速恒定),出于安全及延长水泵的寿命的考虑,每台水泵的连续运行时间都在3个小时以内,当水泵在工频运行时,可以切换到另一台水泵,必须保证在一段时间内,只有一台水泵在变频下工作。

变频和工频是不允许同时接通的。即变频器的接触触点必须先断开,电动机才能接通工频回路,同理,工频回路的触电必须先断开,电机才能接通变频器的变频回路。从工频切换到变频时,工频接触器的触点必须先断开,才能接到变频器的输出端。

图2是电气控制系统电路图。图中SA是手动 / 自动转换开关,SA打在2的为自动控制,即本系统通过PLC及变频器的控制。打在1为手动控制。在手动控制时,SB1到SB8按钮控制的是四个水泵的启 / 停。其中,HL10表示的是自动运行时的电源指示灯。

系统在手动 / 自动下的控制过程如下:

(1)自动控制:SA打在2时自动控制模式开启。Q0.0为1号水泵工频信号,即Q0.0输出为1时,使KM1得电,输出为0时,KM1不得电,得电时HL1点亮,其中HL1为指示灯。Q0.1为1号水泵变频信号。Q0.1输出1时,正好相反。Q1.1为1时,液位上下限报警灯HL9点亮,反之不亮。Q1.2为1时,表示故障报警的灯HL10点亮,Q1.3为1时,代表白天模式的指示灯灯HL11点亮,Q1.4为1时,报警电铃HA拉响,Q1.5为1时,KA会让变频器即刻复位。

(2)手动控制:SA打在1时手动控制模式开启。这时可以手动的控制水泵在工频下的开启和停止。

6 PLC的外围接线

PLC的外围接线图如图3所示。

如图,白天 / 夜间两种模式之间的切换由开关SA1用来控制,液位变送器将测得的液位信号送入窗口比较器,液位变送器能够将信号转换成标准信号。设计系统时要设定液位的上下限,超出上下限信号时,窗口比较器即I0.1输出高电平1,与I0.2相连的是变频器故障报警信号,试灯信号I0.3与S相连,可以手动检测各指示灯。

变频恒压供水控制系统 篇2

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

在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1)单台恒定转速泵的供水系统

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

(2)恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统

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

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

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

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

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

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

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

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

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

图2 变频恒压供水系统的总体框图

3.2 系统的工作原理

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

其中：n0为异步电机同步转速； n为异步电机转子转速；

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

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

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

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

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

图3 变频恒压供水系统的控制原理框图 硬件电路设计 4.1 主电路

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

图4 系统主电路图

4.2 控制电路

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

图5 plc外围接线图 程序设计

5.1 plc程序设计

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

图6 主程序流程图

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

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

5.2 变频器mm440的参数配置

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

附表 mm440的参数配置 结束语

变频恒压供水控制系统 篇3

关键词：PLC；变频技术；恒压供水；特征；应用；优点

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

一、目前供水系统的特征

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

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

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

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

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

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

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

二、PLC概述

（一）可编程控制器的定义

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

（二）PLC的发展和应用

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

三、变频恒压供水系统的特征及优点

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

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

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

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

参考文献：

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

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

恒压变频供水电气控制系统 篇4

常规的供水系统采用水泵定速控制, 通过改变阀门大小的方法调节流量和压力, 以达到水压恒定。这种方式在运行中存在以下问题: (1) 整个系统稳定性差, 自动化程度低, 使得溢水管经常排水造成资源浪费。 (2) 供水设备控制有几台水泵, 由于长期高速运行, 不仅造成电能的浪费, 而且易使轴承损坏, 影响泵的使用寿命。 (3) 每年夏天用水高峰时段水压不能得到保证, 当出现了突发性电网故障时, 由于水量不足给企业生产造成不便。

为了提供恒压供水, 对供水系统进行改造就显得非常重要。本文采用三菱PLC和变频器FR-A500设计了一种恒压供水控制系统, 可有效减轻工作人员的负担, 提高供水系统的优化运行程度, 增强系统抗干扰性, 避免硬件老化损失。

供水设备控制1~3台水泵, 在这些水泵中, 只有一台变频泵。当供水设备供电开始时, 先启动变频泵, 管网水压达到设定值时, 变频器的输出频率就稳定在这一数值上。而当用水量增加, 水压降低时, 通过安装在出水管网上的压力传感器, 把出口压力信号变成4~20mA的标准信号送入PLC的A/D单元, 经PLC的PID调节器运算与给定的压力进行比较, 得出一比较参数从PLC的D/A单元送出, 送给变频器, 由变频器控制电机转速, 调节系统的供水量, 使供水管网的压力保持在给定的压力上, 当用水量超过一台泵的供水量时, 通过PLC控制切换电路进行加泵。当变频器运行频率到达上限, 会将频率到达信号送给PLC, PLC根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号, 由程序判断是否要启动第2台泵 (或第3台泵) 。当变频器运行频率达到频率上限值, 并保持一段时间, PLC则会将当前变频运行泵切换为工频运行, 并迅速启动下一台泵变频运行。压力设定信号和压力反馈信号输入PLC后, 经PLC内部PID控制程序的计算, 输出给变频器一个转速控制信号。此时PID会继续通过送来的检测信号进行分析、计算、判断, 进一步控制变频器的运行频率, 使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。根据用水量的大小由PLC控制工作泵的数量增减及变频器对水泵的调速, 实现恒压供水。

下图所示即为变频恒压供水系统。

其中可编程序控制器 (简称PLC) 不但可以进行逻辑控制, 而且可以进行过程控制。具有通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性价比高等一系列优点, 而且其总线与网络能力越来越强, 可方便地与上位机组成控制系统, 实现系统的高性价比和高效能运作。变频器的作用是为电机提供可变频率的电源, 实现电机的无级调速, 依据用水量的变化自动调节系统的运行参数, 从而使管网水压保持恒定。在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求, 是当今最先进、合理的节能型供水系统。压力传感器的作用是检测管网水压, 触摸屏为系统提供参数设定以满足用户需求的水压期望值。由PLC控制工作泵的数量增减及变频器对水泵的调速, 实现恒压供水。

二、系统组成

由PLC控制与变频器控制相结合的恒压控制供水系统, 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。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合, 并且与供水机组的容量大小无关。

1. PLC。

可编程序控制器 (简称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。它是以微处理器为基础, 综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术, 用面向控制过程、面向用户的简单编程语句适应工业环境, 是简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器, 是当代工业自动化的主要支柱之一。这种控制方式具有良好的通信接口, 可以方便地与其他系统进行数据交换, 其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。PLC通用性强, 由于其产品的系列化和模块化, 用户可组成各规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上, 只需确定PLC的硬件配置和变频器的外部接线。当控制要求发生改变时, 可以通过PC机来改变存储器中的控制程序, 所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高, 因此系统的可靠性大大提高。随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展, 以及工业自动化控制越来越高的需求, PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上, 都有很大的提高。现在的PLC已不只是开关量控制, 其功能远远超出了顺序控制、逻辑控制的范围, 具备了模拟量控制、过程控制及远程通信等强大功能。

2. 变频器。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为频率可变的电能控制装置。通过PLC模拟量输出端子来控制其频率及其复位操作, 从而实现电机速度跟随压力给定, 保证管网水压的恒定。变频器主要是由主电路、控制电路组成。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分, 控制电路是给异步电动机供电 (电压、频率可调) 的主电路提供控制信号的回路, 变频器在交流拖动系统应用中呈现优良的控制性, 可以实现软启动和无级调速, 进行加减速控制, 使电动机获得高性能, 而且具有显著的节能效果。所以应用变频调速可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量, 从而利于实现生产过程的自动化。

3. 人机界面。

人机界面 (Human Machine Interaction, 简称HMI) 是连接PLC、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备, 利用显示屏显示, 通过输入单元, 如触摸屏等写入工作参数或操作指令, 实现人与机器信息交互的数字设备。它由硬件与软件两部分组成, 用户必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”, 再通过PC机和HMI产品的串行通信口, 把文件下载到它的处理器中运行。

4. 特殊功能模块。

该系统设计有模拟量输入点2个, 模拟量输出点1个。利用转换模块FX2N-2AD可实现模拟量输入信号的采集, 利用FX2N-2DA可实现模拟量输出信号的采集。

三、任务实现

系统开始供水时, 变频运行;三台泵根据恒压的需要, 采取先开先停的原则接入和退出;在用水量小的情况下, 如果一台泵连续运行的时间超过3小时, 则要切换到下一台泵, 可避免某一台泵长时间工作。三台泵的启动要延时, 以减小电流过大时对其他用电设备的冲击。要有完整的报警功能。对电机的操作有手动和自动两种功能。

1. 系统电气原理图。

2. 系统程序设计。

在初始化程序中完成系统初始化, 这样可节省扫描时间。利用定时器的中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。通过该型处理器专用PID指令设置各参数即可由PLC完成PID运算调节。

3. 总程序的顺序功能图 (自动运行和手动运行) 。

(1) 自动运行顺序功能图。

(2) 手动运行顺序功能图。

总之, 采用该PLC控制的恒压变频供水系统能保证足量用水, 同时很大程度上降低了维修的劳动强度和延长了设备的使用寿命, 不仅解决了现供水系统存在的问题, 而且节能效果显著, 从节能和改善供水条件上有着重大的价值。

摘要：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经逐渐取代了原有的传统供水系统, 并广泛应用于现代生活的各类供水场合。本文介绍了三菱PLC和变频器在供水系统中的恒压控制方法, 分析了控制系统的组成结构, 设计了梯形图控制程序。该系统介绍的综合控制系统性能可靠, 操作方便, 自动化程度高, 人机界面直观, 有较高的应用价值。

关键词：恒压供水,PLC,变频调速,PID

参考文献

[1]金传伟, 毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].电子技术应用, 2000.

变频恒压供水控制系统 篇5

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

利用变频器实现恒压供水的改造 篇6

关键词：变频器恒压供水

0引言

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

1系统分析

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

2设计控制电路

电路介绍：

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

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

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

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

3系统的工作过程

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

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

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

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

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

4暂停功能

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

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

变频恒压供水系统设计 篇7

系统起动之后, 检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作, 人们根据自己的需要操作相应的按钮, 系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式, 则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。手动模式主要是解决系统出错或器件出问题在自动运行模式中, 如果PLC接到频率上限信号, 则执行增泵程序, 增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号, 则执行减泵程序, 减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态[1]。

2系统设计

2.1系统硬件设计

PLC选型这是PLC应用设计中很重要的一步, 目前, 国内外生产的PLC种类很多, 在选用PLC时应考虑以下几个方面。

1.规模要适当;

2.功能要相当, 结构要合理;

3.输入, 输出功能及负载能力的选择要正确;

4.要考虑环境条件。

根据以上原则, 这次设计选择西门子S7-300系列的详细模块。

PS:PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-0AA0数量1个。

功能:给整个机架供电。

电源模块为S7-300 PLC和需要DC 24V的传感器/执行器供电。有直流供电电源和交流供电电流。额定输出电流有2A、5A或10A。电源模块除了给CPU模块提供电源外, 还可以给输入/输出模块提供DC 24V电源。本系统选用的是PS 307 5A的电源。

CPU314 (1) :6ES7-1AF11-0AB0数量1个。

功能:对每条二进制指令的处理时间大约为60ns, 每个浮点预算的时间为0.59μs。

S7-300模块有不同型号的CPU, 以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有I/O点, 有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口, 有的CPU上集成有PTP接口等。本系统选用的是CPU314。

SM331:6ES7-1KF01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输入模块AI 8x13位。

SM332:6ES7-5HD01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输出模块AO8/12位。

SM321:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输入模块DI1624 V, 分成16组。

SM322:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输出模块DO 24V/0.5A, 分成8组。

本系统中, 采用Mcior Master430系列变频器, 型号为HVAC (风机和水泵节能型) EC01—4500/3, 额定电压为380V—500V, 额定功率35k W。Micro Master430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家, 功率范围7.5k W至250Kw。它按照专用要求设计, 并使用内部功能互联 (Bi Co) 技术, 具有高度可靠性和灵活性, 牢固的EMC (电磁兼容性) 设计;控制软件可以实现专用功能:多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等[2]。

2.2下位机S7-300程序设计

1.打开桌面上的SIMATIC Manager快捷图标, 按照“新建项目向导”添加一个新的项目。

2.鼠标左键单击“SIMATIC 300站点”, 双击右边的“硬件”对SIMATIC300的站点进行组态, 在SIMATIC 300站点界面中的左上部分添加“机架”, 然后在右边选择我们已经选型好的硬件, 选择“SIMATIC 300”, 在PS-300中选择电源模块, CPU-300中选择CPU模块, 在CP中找到CP341及SM-300添加模拟量输入。S7-300的硬件配置完成之后, 可以进行下一步程序的编写了, 下面介绍本系统中的主要程序的设计依据。

根据系统用水量的变化, 控制系统控制2台水泵按1-2-3-4-1的顺序运行, 以保证正常供水。开始工作时, 系统用水量不多, 只有1号泵在变频器控制下运行, 2号泵处于停止状态, 控制系统处于状态1。当用水量增加, 变频器输出频率增加, 则1号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动2号泵电机, 控制系统处于状态2。

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

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

当控制系统处于状态4时, 用水量减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器启动1号泵电机, 控制系统处于状态4。

当控制系统处于状态4时, 用水量又减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 可将2号泵电机停运, 1号泵电机仍由变频器供电, 这时控制系统又回到了状态1。如此循环往复的工作, 以满足系统用水的需要[3]。

2.3 Win CC监控界面的设计

Win CC运行于个人计算机环境, 可以与多种自动化设备及控制软件集成, 具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项, 使用方式灵活, 功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理, 可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境, 不仅缩短了软件设计周期, 而且提高了工作效率。

Win CC为了与外部设备 (如PLC) 进行通讯, 必须组台用于该设备的通道。此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型, 具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统, 还是冗余多服务器/多用户系统, Win CC均是较好的选择。通过Active X、OPC、SQL等标准接口, Win CC可以方便地与其他软件进行通信。通道就是在设备和Win CC之间生成的逻辑借口的驱动器, 具有三个功能:

1.为使用人员提高组态物理和逻辑连接参数的方法;

2.通过数据管理器在外部设备和Win CC变量之间建立一个在线运行接口;

3.为用户提高一个简便接口用于外部设备或应用的存储器结构加入变量标签并设置地址。

3建立变量连接

变量系统是组态软件的重要组成部分, Win CC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的, 即In表示Win CC从S7-300系列PLC入读数据, Out表示Win CC向S7-300系列PLC写出数据。按照功能又可以分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量这四种。

由外部过程为其提供变量值的变量, 称为外部变量, 也称为过程变量;过程没有为其提供变量值的变量, 称为内部变量。

Win CC还提供了一些预定义的中间变量, 称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义, 可以提供事项的功能, 一般用以表示运行系统的状态。

4结论

本次设计的控制系统充分利用了西门子PLC S7-300的特点, 对驱动电动机、行程开关、电磁阀及其他一些输入输出进行精确的控制, 实现了更高的精度和参数指标, 节省了原材料的浪费, 提高了产品的合格率, 实现了更高的经济效益。

本文介绍了变频恒压系统的发展趋势, 课题的研究目的及意义。分析了供水流量的工艺流程, 监控内容等。根据工艺要求进行设计监控系统总体方案。对系统组成实现和硬件配置进行了论述, 并详细的进行了监控系统的软件设计。最后本文述说了外输计量系统的硬件和软件的调试。本文设计系统是采用单片机数据采系统和西门子S7-300和Win CC监控软件, 实现了人机监控界面和在线数据采集、分析、参数和事件报警、趋势曲线显示等功能, 对监控参数进行了在线动态管理。

摘要：小区供水是变频恒压供水系统经常应用的例子。随着人民的生活条件越来越好, 所以供水方式要越来越高效节能。小区供水系统是用PLC和变频器制作的供水控制系统。

关键词：PLC,控制系统,变频器

参考文献

[1]殷华文, 刘黎明, 刘万里.工业控制网络设计技术[J].上海:自动化仪表, 2002, 23 (11) :24-27.

[2]杨长能.变频器基础及应用[M].重庆:重庆大学出版社, 1993:55-57.

变频恒压供水控制系统应用分析 篇8

1 管网设定水压的计算

给水压力的计算，供水系统的用水规模即是用户的用水量，决定了用户正常用水的给定压力。

式中：Q一管网的实际流量 (m3/h) ;

上述计算方法只能是粗略计算，给水压力的设定在计算的基础上进行工程调试，根据实际调试值得到设定值。

2 水泵变频调速节能原理

在供水系统中，以转速控制法达到控制流量的目的。

异步电机的转速为：

从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速n与定子电源频率f成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。

3 变频恒压供水系统的构成

由于本文的供水系统要适用生活水、工业用水以及消防等多种场合的供水，我们用3台7.5kw水泵(三台主泵)组成供水系统，其原理框图如图1所示：

从上面的原理框图，我们可以看出变频恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。

泵的工作方式：

1)变频循环式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。

2)变频固定式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择。

4 变频恒压供水系统的控制流程

整个变频恒压供水控制系统要根据检测到的输入信号的状态、按照系统的控制流程、通过变频调速器和执行元件对水泵组进行控制实现恒压供水目的。其需要完成的控制流程如图2所示：

变频恒压供水系统的核心是恒压控制，它是根据水压给定值与供水管道中实际压力值的压差大小，控制变频器输出频率，使变频器实时调节水泵电机的转速以适应管路中压力的变化。

5 PID控制策略

通过控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与目标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。

5.1 位置式PID控制算法

位置式算法公式：

位置式PID控制算法的缺点：当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关，计算时要对e (k)进行累加，运算量大;而且控制器的输出u (k) 对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，u (k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

5.2 增量式PID控制算法

增量式PID控制算法公式：

式中：

PID参数的整定原则一般计算机控制系统的采样周期T在选定后就不再改变，所以，一旦确定了Kp、Ti、Td，只要使用前后3次测量的偏差值即可由式(5)或(6)求出控制增量。

6 结语

本文研究设计的系统可以用于居民小区、企业、医院、机场等场所的生活用水控制，也可以用于各类型的自来水厂、增压泵站，供热和空调循环用水系统、工业锅炉补水系统，化工、制冷空调和其他工业及民用领域。由于它的功能全面、操作方便、又有形象美观的人机界面、方便可靠的数据通讯接口、高精度的恒压控制以及良好的节能效果，所以取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社, 2003.

[2]李信、李铁龙.PLC模糊控制恒压供水系统的应用.炼油与化工, 2004.

变频恒压供水系统及其节能应用 篇9

在居民小区生活用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中, 传统方法采用水塔、高位水箱等设备。随着城市高层楼宇建设高度越来越高, 采用传统供水方式变得难以实施, 更难以保证供水的智能化和节能。这是因为传统供水方式水泵是采用最大供水量设计的, 由于用水高峰时间短, 很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。

基于计算机和变频技术的恒压供水系统是以3C技术 (计算机、通信、控制) 和变频调速技术实现的新型供水方式, 不仅解决了传统供水中存在的诸多问题 (比如超高层供水、压力不稳、二次污染、耗能大效率低等) , 而且由于将计算机的智能化控制和变频技术的节能优势结合起来, 真正实现了供水的绿色节能和智能化。对于大型供水系统, 还可以进行计算机实时监控, 极大地节约了资源, 提高了供水的自动化水平和效率。

1 供水系统工艺

不同的应用场合, 供水工艺也略有不同。高层建筑恒压供水工艺如图1所示。

自来水经不锈钢水箱或地下的水池缓冲, 经供水水泵的轮流和组合工作, 输送至用户管网。在出水管上装有压力检测仪表, 用户用水量变化必然会引起整个供水管网的压力变化, 压力检测仪表将变化的实时压力值通过信号线传送给控制核心———PLC或变频器。由于PLC和变频器均具有闭环PID调节功能, 所以控制方式选择上既可以将压力控制信号传送给PLC, 也可以传送给变频器, 从而实现闭环控制。此处只需配备变频器一台即可, 起着执行器的作用, 即根据压力的大小或者PLC输出的控制信号自动调节输出电压和频率, 通过对水泵驱动电动机的精确调速来达到精确控制水压和节省电能的目的。储气罐的作用是稳压和保压, 尤其是当无用水需求时, 水泵可退出使用 (节约了电能) , 而靠储气罐来保压。

2 电路结构

变频恒压供水系统一般由数台水泵驱动实现供水。这些水泵并不是同时工作的, 而是根据用户用水量的多少和当前管网的水压由PLC自动地控制哪台水泵工作, 哪台水泵暂时停止的。以3台水泵为例, 控制水泵驱动电机的主电路如图2所示。

水泵1、水泵2、水泵3的工频运行分别由接触器KM1、KM3、KM5控制, 其变频运行分别由接触器KM2、KM4、KM6来控制。控制同一台水泵电机的工频接触器和变频接触器 (如控制水泵1的KM1和KM2) 如果同时接通, 将导致工频电源和变频器的输出端相连接, 使变频器的逆变桥迅速损坏。所以, 控制同一台水泵电机的工频与变频的接触器必须有可靠的互锁环节。另外, 变频器的价格比一般的电气设备高, 从节省投资的角度考虑, 一般选择只用一台变频器拖动的方式。

工频运行的水泵对水压起到“粗调”的作用, 而精确控制压力的“细调”是由变频器来实现的。工频运行的水泵电机其能量消耗是确定的。系统实现节能的主要途径:系统能够根据用水情况, 停掉一些工频运行的水泵, 既避免了压力过高, 又实现了节能;可以使某台水泵变频运行, 变频降低转速具有很大的节能效果。

3 控制原理与流程

供水压力是通过PLC控制各水泵的轮流工作实现“粗调”和变频器对单台水泵的“细调”来实现的。

3.1“粗调”的实现

(1) 加泵:当反馈的实际出水管网压力小于设定压力导致变频器的输出频率上升至上限频率时, 如果实际出水管网压力仍低于设定压力一定范围一定时间, 则当前泵切换为工频运行, 重新启动另一台水泵变频运行。

(2) 减泵:当反馈的实际出水管网压力大于设定压力导致变频器的输出频率下降至下限频率时, 如果实际压力仍高于设定压力一定范围一定时间, 则停止变频泵的运行, 并将正在工频运行的一台水泵变为变频运行。

3.2“细调”的实现

水压闭环控制原理如图3所示。

PID控制器既可以用PLC编程实现, 也可以用变频器的内置PID算法实现。

3.3 工-变频切换的控制流程

以实际压力小于给定压力为例, PLC对某两台水泵之间工频和变频进行切换的逻辑关系 (多台水泵可类推) 如图4所示。

3.4 休眠状态

当系统处于单泵变频运行时, 如果用水量急剧减小甚至为0时, 变频器频率会降至频率下限以下, 当这种情况持续一定时间时, 系统停掉所有运行的水泵, 仅由储气罐来保压。比如, 在夜晚休息基本无用水需求时, 系统进入休眠状态, 将极大地节省电能消耗。处于休眠状态的控制系统当检测到管网压力降低一定范围时, 退出休眠状态, 恢复供水。

4 不同供水方式的功耗对比

水泵的扬程特性与功率消耗关系如图5所示。

水泵供水流量的调节可以通过两种途径实现:

(1) 水泵电机转速不变, 改变出口阀门开度的阀门调节法 (不用变频器使所有水泵均工频运行, 用户阀门开度改变时流量改变即属于此法) , 如图5中的曲线 (1) 和 (2) 。关小阀门减小供水流量 (流量Q1减小为Q2, 水泵实际工作点由B点移动到E点) , 所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODEF的面积, 面积有减小, 但减小量很小。

(2) 出口阀门开度不变或全开, 改变水泵电机转速的转速调节法, 如图5中的曲线 (3) 和 (4) 。当水泵电机的转速从额定转速下降, 同样使供水流量从Q1减小为Q2, 水泵的实际工作点由B点移动到H点, 其所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODHG的面积, 面积减小量非常显著。

相比与高层建筑而言, 生产车间一般高度较低, 需要的空载功率较小, 可以提供较宽的电机调速范围, 所以节电效果更为显著。某轧钢车间高压除鳞水泵应用变频改造前后的电能消耗对比如表1所示, 可以看出变频改造后节省的电能和费用都相当可观。

5 结语

随着资源和环境矛盾的日益突出, 变频与计算机等高效和智能化技术在未来建设中必将获得越来越广泛的应用。

参考文献

[1]张燕宾.变频器应用图册[M].北京:机械工业出版社, 2010

[2]魏连荣.变频器应用技术及实例解析[M].北京:化学工业出版社, 2008

[3]林坤, 等.变频恒压供水系统理论分析及方案设计[J].舰船防化, 2010 (6) :13-18

[4]张亢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].煤炭技术, 2009

新型变频调速恒压供水系统 篇10

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、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4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，把出口压力信号变成4～20m A的标准信号送入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。

正常情况(无泵检修)时，各泵的运行顺序为1#，2#，3#，4#

2 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：

2.1.1 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#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。

2.1.2 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。

2.2 故障处理

2.2.1 故障报警

当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号;特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

2.2.2 水泵检修

为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统设有水泵强制备用功能(硬件备用)，可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行。

3 PLC控制系统

该系统采用的是西门子S7-300系列，PLC编程采用step7。为了提高整个系统的性价比，该系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟量则由PID调节器和变频器来控制。

泵组的切换。开始时，若硬件、软件皆无备用(两者同时有效时硬件优先)，1#泵变频启动，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间(避免由于干扰而引起误动作)后，1#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz, 2#泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动3#、4#泵，泵的切换过程同上;若开始时1#泵备用，则直接启2#变频，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz, 3#泵变频启动，如水压仍不满足，则启动4#泵，泵的切换过程同上;若1#、2#泵都备用，则直接启3#变频，具体泵的切换过程与上述类同。

同样，若3台泵(假设为1#、2#和3#)运行时，3#泵变频运行降到0Hz，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使1#泵停止，变频器频率从0Hz迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使2#泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。

以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中，直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高了供水品质。

4 变频控制的优点

用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著(可根据具体情况计算出来)。其优点是：

1)起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;

2)由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;

3)可以消除起动和停机时的水锤效应;

5 恒压供水系统特点

1)节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行;

2)节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象;

3)运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。

4)联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5)控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。

6)自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。

6 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;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。

参考文献

[1]满永奎, 韩安荣, 吴成东.通用变频器及应用[M].机械工业出版社, 1995.

[2]王兆义.可编程控制器教程[M].机械工业出版社, 1997.

[3]罗贵隆.变频技术在恒压供水系统中的应用[J].建材技术与应用, 2007.

PLC在恒压供水系统中的应用 篇11

在供水系统中，水压的变化规律是无法预先确定的时间函数。恒压供水系统的任务是被控量能够以一定的精度跟随实际水压变化的控制系统。随着可编程序控制器功能模块的增加以及控制指令的完善，恒压供水系统在这种随动系统中得到了越来越广泛的应用。恒压供水系统的基本控制策略是：用压力传感器监测管路中的水压，其反馈的实际值经A/D转换后输入至PLC的数据寄存器中与设定值进行比较，其差值由CPU进行PID运算处理后，进行D/A转换，将输出结果控制变频器，实现对水泵电动机的无级调速，从而达到给水管压力稳定在设定的压力值上。

二、控制方案

根据控制要求，该系统采用PID控制，其控制原理图如图1所示。系统通过安装在出水总管上的压力传感器实时将当前水压转换成电信号，通过与PLC配套的功能模块A/D转换器，将和压力成正比的模拟信号转换为数字信号输入至可编程序控制器（PLC），与设定的信号进行比较，经PID运算处理后得出最佳的运行参数，经D/A转换后送至变频器的模拟控制输入端，从而控制变频器的输出频率，使水泵电动机根据当前实际的水压在合理的转速上运行。

三、主要电器元件选型

1.PLC的选型

恒压供水系统中的输入信号不是很多，最基本的包括两个开关量信号（启动和停止）和一个模拟量信号（压力信号）。两个输出信号则用于控制电源输入和控制变频器的输出频率，其中控制变频器的输出频率是模拟量信号。

2.模拟量控制器件

FX2N-4AD和FX2N-DA是FX2N系列PLC的模拟量控制器件，分别为四路模拟量的输入特殊功能模块和输出特殊功能模块。它们转换精度极高，且分辨率为12bit的二进制数。

FX2N-4AD有四个模拟量输入通道：CH1、CH2、CH3和CH4。输入端子对应V+、I+，VI-为公共端。每路的输入形式均可设定为电压或电流形式，输入范围为DC：-10-- +10V、-20-- +20mA、+4-- +20mA。FX2N-4DA有四个模拟量输出通道：CH1、CH2、CH3和CH4。输出端子对应V+、I+，VI-为公共端。每路的输入形式均可设定为电压或电流形式，输出范围为DC：-10-- +10V、+4-- +20mA。

连接在FX2N基本单元扩展接口上的特殊功能模块均占用特殊功能模块编号，基本单元可以对其进行准确的读/写（FROM/TO）数据。从最靠近的基本单元的第一个开始，顺序编号为0—7。I/0扩展模块不占编号，特殊功能模块最多不能超过8个，FX2N-16MR与特殊功能模块的连接如图2所示。

FX2N-4AD和FX2N-DA的功能是进行A/D与D/A的转换，使PLC能够完成对模拟量的处理。FX2N-4AD和FX2N-DA内均有自己的数据缓冲区BFM，相关模块的输入/输出方式的设定、输入/输出范围设定、采样次数设定、零点与增益调整、模块识别码等有关信息均存储在缓冲区BFM当中，对FX2N-4AD和FX2N-DA模块的操作就是对其数据缓冲区的读/写。

FX2N系列PLC的基本单元与模拟量模块数据缓冲区的读/写，是通过FROM和TO指令来实现的，其数据交换应通过以下步骤来进行。

（1）确定FX2N-4AD和FX2N-DA的位置。特殊功能模块的识别码存放在其数据缓冲区（BFM）的#30单元中（FX2N-4AD为K2010，FX2N-DA为K3020）。将该位置的识别码读入PLC，然后将此数据同这种模块的识别码相比较，若相等则表示该位置上安装的是这种模块。

（2）对FX2N-4AD和FX2N-DA进行初始化设置。设定参数在BFM的#0、#20、#21、#22、#23和#24单元中，涉及输入/输出的类型与范围，增益与零点的调整等。另外FX2N-4ADBFM的#1、#2、#3、#4可设定四通道的采样次数。可用TO指令对上述BFM进行写操作，来设定模块的工作状态，以满足控制要求。

（3）对模拟量数据进行处理。模拟量的输入数据（已经A/D转换成数字量），四个通道的平均值分别储存在FX2N-4AD BFM的#5--#8单元中。模拟量的输出数据（已经A/D转换成数字量），分别储存在FX2N-4DA BFM的#1--#4单元中。用FROM指令将对应通道的输入数据，读入PLC的数据寄存器D中，供系统分析处理用。用TO指令将系统处理后的模拟量输出控制数据，写入对应通道的BFM。

3.变频器

变频器用于控制实际管路中的水压控制水泵的转速，变频器输出频率高时水泵转速就快，反之则慢。其中控制变频器频率的是模拟量电压0-10V，当模拟量电压是0时变频器输出频率为0，当模拟量电压为10V时变频器输出频率为50Hz。

变频器功能参数很多，在实际应用中，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数要根据实际的控制要求进行设定。在本系统中，变频器的输出频率要根据输入的模拟电压信号（DC0-10V）自动调节，因此把变频器恢复出厂设定值后，还需要设置PR.79为2(外部运行模式)；PR.73为0（模拟量输入选择0-10V）；PR.125为50（模拟量输入端子2最大的频率）。

4.压力传感器

压力传感器是将管路中的压力信号转换和其成正比的标准的直流电流或直流电压信号，例如DC0--10V或4--20MA。压力传感器分为电流输出型和电压输出型，电压输出型具有恒压源的性质。电流输出型具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。

四、系统构成及软元件分配

1.系统构成（如图3所示）

2.软元件分配

五、程序处理

1.模拟量的处理

系统中有两个模拟量：一是实际压力测量的反馈值，二是将实际压力与设定压力进行PID运算后产生的控制信号。测量值为模拟量输入，采用FX2N-4AD实现，将FX2N-4AD的CH1通道设定为电压输入方式，将压力反馈值进行A/D转换，为PID运算提供反馈信号。控制信号为模拟量输出，采用FX2N-4DA完成，将FX2N-4DA的CH1通道设定为电压输出方式，经PID运算后产生的压力控制信号进行D/A转换，作为变频器的控制电压。

2.PID调节

FX2N系列PLC提供PID指令。该指令对当前值D20和设定值D10进行比较，通过PID回路處理两者之间的偏差来产生一个调节值，存入D30中，通过FX2N-4DA送给变频器。梯形图如图4所示，其中M100为启动信号。

[S3]为PID的参数设置：PID参数存放在以[S3]为首的23个数据寄存器组成的数据堆栈中。这些软元件有些是要输入数据的，通过参数的设置，可用PID指令组成不同的回路组态。PID控制器的4个主要参数TS、KP、TI和TD需要整定。无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定时首先应把握PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。在P、I、D这三种控制中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但若KP过大，也会造成系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。调节器中的积分作用与当前的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。因此积分部分可以消除稳态误差，提高系统精度。但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。因为微分部分具有超前和预测的特点，所以，根据误差变化的速度，微分部分能提前给出较大的调节，反映系统变化的趋势。当微分时间常数TD增大时，超前量会相应减小，动态性能得到改善，但是高频干扰的能力会降低。如果TD过大，系统输出量可能出现频率较高的振荡。这些参数的设定要根据系统的实际情况进行现场调试。

恒压供水技术采用变频器改变水泵电动机电源频率，系统在运行过程中可有效节约电能，经济效益十分显著。同时因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，也节省了人力。

变频恒压供水控制系统 篇12

关键词：变频调速,单片机,恒压

1 变频调速恒压供水理论分析

1.1 供水压力和变频器输出频率的关系

在变频调速运行时,电动机的压频比U/f(供电电压/供电电源频率)保持不变,管网压力随着供电电源频率成正比例变化。当变频器的输出频率在一定时,若用户用水量增大,从而流量Q增大时,供水管网的水压将会降低。为了保持供水压力不变,就必须增大变频器的输出频率以提高水泵机组的转速;当用户的用水量减小时,流量Q减小,在变频器输出频率不变的情况下,管网的供水压力将会增大,为了减小供水管网水压,就必须降低变频器的输出频率。

1.2 恒压控制的理论分析

恒压控制的目的就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。在系统运行过程中,如果实际供水压力低于设定压力,控制系统将得到正的压力差△P,这个差值经过相应的控制算法处理之后,可以计算出变频器输出频率的的增量,该增量就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值,将这个增量和变频器当前的输出频率值相加,得出的值就是变频器当前应该输出的频率。

1.3 变频调速恒压供水系统的构成及工作原理

本文设计的恒压供水系统主要适用于城市高层住宅生活消防供水系统,我们以四台水泵(三台主泵和一台辅助小泵)为例,整个系统的工作流程为:安装在用户端出水管上的压力传感器,将供水管网的压力信号转变为电信号,输入A/D转换器,转换后的数字信号进入到单片机,经过相应的运算处理后,与设定的压力信号进行比较,得出偏差值,再经过自适应模糊算法得出最佳的运行工况参数,并由D/A转换器将其转换为模拟信号,输出给变频器以控制变频器的输出频率,从而控制交流电动机的转速,以控制水泵的输出流量和压力,使供水管网的压力趋向于设定压力值,从而实现闭环控制的恒压供水。

2 变频调速恒压供水系统的重点硬件设计

2.1 单片机的选择

本文所设计的系统中采用的单片机为双列直插式封装,其型号为AT89S52 24PC0532。系统的硬件电路框图如图1。

2.2 串口通信电路

串口通讯电路用来实现系统与上位PC机的通讯。单片机在供水系统中用在现场进行数据采集并实现现场控制。串口通讯电路如图2所示。

3 系统的软件设计与系统调试

系统主程序设计:系统主程序在系统上电后首先要进行一系列的初始化工作,并使得串口通讯模块、A/D模块、D/A模块、LCD显示模块等与单片机的数据传输正常。另外,在系统运行过程中要及时进行故障检测,以防止设备损坏和意外发生;当出现故障时,单片机系统要及时发出报警信号,提示用户检修。若无故障存在,在LCD上会显示实际压力大小,系统启动后自动进入恒压控制模式。

4 总结

变频调速恒压供水系统能极大地改善给水管网的供水环境,可以根据管网瞬间压力变化自动调节水泵电机的转速和多太水泵电机的投入和推出,使管网住干出口端保持在恒定的设定压力值,整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。

参考文献

[1]阎凯峰,牛继荣.交流调速驱动系统与恒压供水[J].内蒙古工业大学学报,1998,2(17):57-62.

[2]罗文军,王焱玉.基于单片机的恒压变频调速供水系统的设计[J].桂林航天高等专科学校校报,2005,2.