恒压变频供水

恒压变频供水（共12篇）

恒压变频供水 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。

恒压变频供水 篇2

恒压供水plc程序

产品特点

1.恒压供水plc程序 按辅助供水方式可分为无辅助供水、小型水泵辅助供水、小型气压水罐辅助供水3种

无辅助供水：同型号水泵互为备用，小流量供水时效率较低;

小型水泵辅助供水：有两种以上规格的水泵(主泵和副泵)，大流量条件下主泵运行，小流量条件下启用副泵，夜间流量接近零时仍然存在能量浪费;

小型气压水罐辅助供水：小流量条件下切换到气压供水方式，避免能量浪费，隔膜式气压水罐可缓冲水锤压力波动。

2.恒压供水plc程序 按稳流罐构造可分为气水分离、气水接触2种

气水分离：利用胶囊将水和空气隔离，空气与水无接触，卫生条件好，对水锤压力波动有缓冲作用;

气水接触：消除负压时空气通过过滤器进入稳流罐，空气与水有接触，卫生条件取决于过滤器质量。

3.恒压供水plc程序 按供水压力可分为恒压变量、变压变量2种

恒压变量：供水量随用水量变化，但供水水压保持设定值的供水方式。控制简单，但节能不充分;

变压变量：供水量随用水量变化，供水水压按设定供水工作曲线或配水管网终端多点压力控制的供水方式。节能充分，控制系统比较复杂，管网压力有波动。

恒压供水plc程序安装使用及保养

1恒压供水plc程序安装应选择通风良好、灰尘少、不潮湿的场地，环境湿度为-10℃-40℃。在室外应设防雨，防雷等设施。

2、为方便恒压供水plc程序安装、保养、设备四周应留70cm空间，人孔处应保留1.5m空间，四周地面应设排水沟。

3、选定恒压供水plc程序场地后，要处理好地基、在用砼浇注或用砖石砌筑罐体支承座。待基座完全固化后，再吊装罐体并放稳，随后安装附件，接通电源。

4、在试车前，应先关闭供水阀，检查恒压供水plc程序各密封阀情况，不允许有泄露现象，开车后，应注意机泵转向。当压力表指针到上限时，机泵自动停止。打开供水阀，即可正常供水、如需定时供水，可把选择开关扳到手动位置。

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5、恒压供水plc程序泵机组应经常检查，定期保养并加注润滑油。离心泵和止回阀如发现漏水现象，应及时紧固法兰螺丝或更换石棉根，检查机泵底脚螺栓不能松动，以防损坏恒压供水plc程序。

6、恒压供水plc程序系统，应防水、防尘、经常检查线路绝缘情况，连接螺栓是否松动和保险丝完好等情况。压力表外部最好用透明材料包裹，以防损坏恒压供水plc程序。

7、罐体如发现漆皮脱落，应及时涂漆保养，以延长恒压供水plc程序使用寿命。

长沙沃尔特恒压供水plc程序特点

1.恒压供水plc程序投资少、无水池、不用消毒。

2.恒压供水plc程序体积小、占地少、安装方便。

3.恒压供水plc程序高效节能，全部充分利用自来水管网压力，三重强制叠压、耗电少，运行费低。

4.恒压供水plc程序全不锈钢流道，全密封带压稳流补偿系统，彻底隔绝污染源，清洁环保。

5.恒压供水plc程序水压稳定，不会造成市政管网压力波动。

6.恒压供水plc程序全自动控制运行，无人值守设计。

7.恒压供水plc程序超强保护，故障自动显示，报警。

8.恒压供水plc程序模拟屏人机对话，可随时查询、设定、调整运行参数。

9.恒压供水plc程序旁通设计，自动切换，停电不停水。

10.恒压供水plc程序高寿命。运行效率高，可提高水泵的寿命3倍以上。

恒压供水plc程序性能特点：

1、恒压供水plc程序具有强大的贮能保压能力，特别是在夜间时应付少量供水时,可以大大节约电能.2、调节容积(水泵每启动一次可供用户使用的水量)大.泵每启动一次,可以长时间地维持管网压力,设备启动次数少,运行费用低

3、恒压供水plc程序设备采用国际领先的补气技术

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气压罐的补气采用微电脑电子检测、限量补气与排气技术，随时保证罐内气体有一定容积，根本解决了气体长期失效带来的水泵频繁启动问题，填补了国际、国内在该问题上的技术空白。

4、恒压供水plc程序不同用户的现场条件,无塔自动上水器可采取以下不同的配置

(1)、恒压供水plc程序的水源是自备井: 1)潜水泵+控制系统+气压罐

2)潜水泵 +水池(水箱)+控制系统+气压罐

(2)恒压供水plc程序的水源是自来水: 1)离心管道泵+控制系统+气压罐

2)离心管道泵 +水池(水箱)+ 控制系统+气压罐

恒压供水plc程序变频控制原理

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，节能效果十分显着(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;

一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。

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恒压供水plc程序适用范围

1、恒压供水plc程序适用于有水池的高层建筑、宾馆、学校、城镇居民小区、企事业单位、新农村建设农村的生活用水。

2、恒压供水plc程序适用于工厂、工矿企业的生活或者生产用水。

3、恒压供水plc程序适用于各类水厂、供水站、污水废水厂、农业排灌站等供排水。

4、恒压供水plc程序适用于高楼、小区、企事业单位热水集中供水。

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5、恒压供水plc程序适用于生产、生活中的冷却水、循环水的加压。

变频恒压供水系统智能化改造 篇3

关键词：故障智能处理；变频器；PLC；软启动器；触摸屏；压力传感器

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0020-02

1 前 言

随着变频技术的发展及其广泛的应用，变频恒压供水系统以其节能、供水质量好等优点，已得到广泛的使用。以往的变频恒压供水系统没有故障报警和处理能力，当系统发生故障时，系统就停止运行，等待工作人员来处理，如处理不及时就会引起供水中断，甚至带来较大的经济损失。针对这一问题是否能在原来的系统基础上加装更为智能化的控制，经过现场勘察，决定了在原来的系统的程序上多加一个故障智能控制程序和一个A/D、D/A混合模块就能实现处理故障智能化，在运行上更为可靠，大大降低了因为系统故障停机而引造成的经济损失。笔者就这一问题设计了一套故障处理智能恒压供水系统，与以往的相比增加了故障自诊定，自动处理的能力，提高了系统的可靠性，达到了全自动控制和无人值班的要求，该程序也适用于以往的变频恒压供水系统的改造，有较强的实用和适用性。下面是笔者为客户原来的恒压供水系统增加了智能故障报警处理能力为例，浅谈实现变频恒压供水系统故障处理智能化的办法。

2 原恒压供水的控制系统

2.1 系统装置

①4台45 kW的水泵及一台5.5 kW的辅助泵；

②变频器SPF-45 K-A；

③触摸屏MT510T；

④可编程控制器K7M-DR60S；

⑤软启动器ATS4-46D88N。

2.2 控制方式

系统控制分为手动控制、自动恒压控制、应急控制三种控制方式。

2.2.1 手动控制

每台水泵电机均有手动控制功能，可由操作人员对水泵电机启动和停止进行操作。为了减小手动启动水泵时的启动电流对电网的冲击，所以采用了软启动方式启动水泵电机。

2.2.2 自动恒压控制

自动恒压控制是采用变频器自带的PID调节器进行控制的。根据压力传感器（4-20 mA）的电流输入变频器的电流输入控制端，以压力传感器的压力反馈信号反馈到变频，在变频内部的PID调节器进行运算控制调节水泵的频率。采用定时切换泵启动功能使不会总是运行一台电机，使电机寿命加长。

2.2.3 应急控制

当变频器发生故障时，系统则不能进行恒压控制，而选择手动控制，则需要专人值班，极为不方便。就针对这一问题是否能在原来的系统基础上加装更为智能化的控制，经过现场勘察，我们决定了在原来的系统的程序上多加一个故障智能控制程序和一个A/D、D/A混合模块就能实现处理故障智能化。加入改造后的程序之后，经过现场模拟故障调试比原来的系统在运行上更为可靠，大大降低了因为系统故障停机而引造成的经济损失。以下就这一问题进行了分析和解决。

3 新恒压供水系统介绍

在原系统中加入了A/D、D/A混合模块，见表1，让压力变送器反馈的压力信号为4～20 mA的电流模拟信号输入模块中转换为数字信号能让PLC读取的同时又能将压力信号从模块的输出通道以4～20 mA的模拟电流信号反馈到变频器里。系统运行时，变频器通过反馈的压力进行压力比较，并通过自带的PID运算调节器进行PID运算，自动对水泵进行调速控制。而PLC能通过通讯的方式读取变频器的输出频率，用以判别加、减泵的需要。在变频器发生故障时，选择应急状态运行后，PLC将对供水系统进行上、下限压控制（既水压低于下限压力时，先由软启动器启动一台水泵，全压运行一段时间后，如果水压还达不到下限压力，则PLC将已启动的电机切换到工频，再由软启动启动另一台水泵。以此类推，直到压力到达下限或全部水泵电机启动运行为止。当水压到达或超过上限压力时，PLC将停止一台水泵运行，过一定的时间后如果水压还是大于上限压力，则再停一台水泵运行，以此类推）。以下具体分析当变频器发生故障时，如何通过PLC进行故障判断分析、报警和智能处理的过程。

本控制系统具有一定的故障自动处理能力，由于变频器、软启动器运行状态、通讯故障及接触器、热继电器和传感器的工作状态和故障状态均有输入到PLC中，故能根据不同的故障进行相应的处理。以下将对这些故障逐一分析。

3.1 接触器故障及热继电器报警

接触器故障判断，在PLC控制接触器的输出点闭合后，对应的接触器应会闭合。这时引进该接触器的常开触点对接触器的故障进行判断。如果接触器未闭合则过一定的时间后报警，触摸屏中显示故障情况。KM1为1号电机工频运行的接触器的常开触点当接触器动作时用来驱动P0005，KM5为1号电机变频运行接触器的常开触点当接触器动作时用来驱动P0006。P0044为驱动M1变频工作接触器动作的内部继电器，P0045为驱动M1工频工作接触器动作的内部继电器。

热继电器报警时，PLC将对发生报警的水泵进行切除运行，其他水泵继续运行。同时在触摸屏上显示故障信息，提醒用户注意。

3.2 变频器发生故障

当变频器在工作过程中发生报警停止运行时，变频器内部报警继电器动作，其报警继电器的常闭接点接入PLC中，如果该触点断开，PLC接收到该触点信号而发出报警，蜂鸣器则以停5 s鸣1 s的频率鸣叫，并执行故障子程序，以通讯的方式读出变频器报警的内容显示在触摸屏上，以方便工作人员查询。持续1 min后，若无人进行处理复位，PLC将对变频器进行自动复位并启动运行。

如果自动复位故障成功，系统则继续运行但其报警内容信息则记录在触摸屏内。如报警自动复位无法解除故障，则将当前变频工作的水泵切除运行，改为待投入运行。同时，PLC将下一台水泵接入变频运行，并再次对变频进行故障复位，启动运行，如变频器无异常报警，系统将继续运行，同时在触摸屏上显示该变频报警原因为该水泵电路故障。如果故障复位还是无法正常运行，则故障仍无法解除，那么触摸屏上显示变频器故障，系统将运行状态改为应急状态运行。

3.3 软启动器故障

软启动器这在手动和应急状态有投入运行。当在手动控制时发生故障，则在触摸屏上显示软启动故障，并提示是否选择变频器进行启动（选择“是”会触发M101的触点闭合，那么系统将软启动切除运行，1.5 s后启动变频器，由变频对水泵进行启动运行。选择“否”则触发M 100的触点闭合，则停止手动运行。如果在应急状态下发生报警，则系统停止工作，触摸屏显示报警状态，蜂鸣器以鸣2 s停1 s的频率进行鸣叫。

3.4 通讯故障

PLC通电后，就会以每150 ms为一个周期，循环地读取变频器的输出频率、输出电流和直流电压的数据，如通讯正常，M42每150 ms会接通一次，T42计时器则不会接通。如果通讯异常，那么M42常闭一直闭合，则T42计时满10 s后，就判断出了通讯故障，触摸屏上将显示通讯故障。

3.5 压力传感器断线故障

压力传感器检测到的压力信号为电流4～20 mA的信号，传送给可编程控制器A/D、D/A混合模块的A/D通道0，该通道的读取数据将存储到D4980中，这样可编程就可获得实时的水压信号。同时将A/D通道0的数据直接传送到D/A通道0输出，可用作变频器的反馈信号。

当压力为0时，压力传感器仍有4 mA的电流输出，当压力传感器断线时，输出的电流为0 mA，这时PLC就根据了该特点，判断压力传感器是否断线故障。如图1所示。

4 结 语

智能恒压供水系统的外围控制电路简单，可靠性高，故障检测、分析，故障处理能力强，人机对话功能强，用户操作方便。实现了高可靠无人值班的智能运行。与以往的系统相比，有着更高的实用性、可靠性，大大提高了供水的质量，减少了系统的维护量，使故障一目了然。该程序也适用于以往的变频恒压供水系统的改造，有较强的实用和适用性。在未来的供水系统中，智能故障处理系统必得到广泛的应用和推广。

参考文献：

[1] 三垦力达电气有限公司.SAMCO-VM05A型、B型、C型变频器说明书.

[2] LS产电.可编程MASTER-K指令手册.

[3] 深圳人机电子有限公司.EasyBuilder 500使用手册.

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.

恒压变频供水 篇5

我国是全球人均水资源最贫乏的国家之一，人均水资源总量为2300立方米，仅为世界人均水平的1/4。由于水资源时空分布不均，受人口密度、经济结构、作物组成、节水水平等诸多因素的影响，中国农村地区水资源短缺的现象十分严重。相关资料表明，全国农业年正常用水缺300亿立方米，农村有8000万人口、6000万头牲畜饮水困难。由于城乡发展二元结构的存在，农村用水的保障优先性低于城市和工业，农村自来水普及率尚不到40%，仅有14%的村庄有供水设施，用水器具质量和效率低，处理设施简陋，供水保证率很低。一些地方虽然水资源较丰富，但由于供水设施简陋或根本没有供水设施，直接从河道、坑塘、山泉、浅井取水，水源安全性得不到保证。另外一些地区季节性缺水严重，干旱季节缺水时需远距离拉水或买水。近年来，气候变化大，干旱严重，地表水水量减少，地下水位下降，泉水枯竭，生产和生活用水量大幅度增加，工农业争水、城乡争水尤其严重，农村地区生活饮用水不足问题更加突出。

在农村，水利设施落后成为制约农民安全用水以及农村发展的至关因素。一方面要增强农民安全用水意识，另一方面要建立先进的水利工程，两手准备才能起到立竿见影的效果。

随着近年来国家对社会主义新农村的高度关注，农村水利工程也提上了改革日程。作为民族供水设备品牌，为了更好的发展民族企业，加快社会主义新农村建设，保障农村用水安全。中崛供水因地制宜创造了微电脑变频恒压供水设备。与传统的农村水泵抽水至楼顶水塔（箱）相比，微电脑变频恒压设备更加节能、便捷、干净、智能。

传统的水泵将水抽至农田当中，或者远距离没有水源，在农作物中安装一两台水塔，将水抽至水塔中。这样的灌溉方式最大的缺点就是需要专人守护在旁，时刻关注灌溉情况。

微电脑变频恒压供水设备可以实现无人控制智能化管理，水压差多少补多少，可以分段供水，定时供水，手动选择工作方式。并且设备可以实现自我保护的功能，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。

发展农村供水、保障饮水安全和灌溉安全是农村居民生存的基本需要，是贯彻落实“以人为本”、“构建和谐社会”的必然要求，也是全面建设农村小康社会和社会主义新农村的重要任务之一，对改善居民生活环境、提高卫生健康水平、解放农村劳动生产力、促进农村社会经济发展具有重要的意义和作用。

恒压供水系统的控制模式分析 篇6

关键词：恒压供水；变频器；同步切换；控制模式

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)35-0115-02

长期以来我国在工业生产循环供水、市政供水等方面技术一直比较落后，自动化程度很低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低高层用户无水可用的现象，而在用水低峰期，如高层住宅的夜间供水，水的供给量往往远大于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时会缩短各类阀件的使用寿命，甚至有可能引起水管的爆裂。

供水系统的设计。应能满足用户对流量的基本需求。以及一定的压力和节能的需要。满足用户对流量的需求是供水系统控制的基本原则。所以，流量是系统的基本控制对象，流量的大小受到扬程、管阻等因素的影响，但这些因素又难以进行具体测量和控制。在动态情况下，由于管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间有如下的平衡关系：

供水能力Q_C>用水需求Q_U,则压力上升；

供水能力Q_C<用水需求Q_U,则压力下降；

供水能力Q_C=用水需求Q_U，则压力不变。

因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的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。这就是恒压供水系统的基本控制思想。要保证检测点的压力值恒定不变，就需要根据用水需求Q_U的变化，不断地去改变供水能力Q_C。且前被广泛采用的变频调速供水系统就是通过变频器来调节水泵的转速，从而实现对水泵扬程及流量的控制，可以即时地改变供水能力Q_C。

变频调速恒压供水系统主要由执行机构、信号检测、PLC控制系统(或者单片机、DDC)、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成，其一般的工作过程：首先检测给水池液位是否正常，若无异常则可直接由变频器启动第一台水泵，同时由压力表测出管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值(设定上下限)比较后。控制变频器输出频率，调节水泵转速；当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。本文将就变频器与水泵之间的控制模式问题进行重点讨论。

1常用控制模式分析

1.1模式一：一台变频器不断地在不同泵之间进行切换控制

多泵恒压供水系统为了提高变频器的使用效率，减少设备的投入费用，常采用一台变频器拖动多台电机变频运行的方案。当变频器带动电机达到额定转速后，就要将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器再去起動其他的电机。这种控制方式应用非常广泛，节能效果明显，由于只使用了一台变频器，故投资也相对较少。但是由于不可避免地要进行工频电网和变频器之间的相互切换操作，所以也相应地带来一系列困难：

(1)一般的切换方式出于保护的目的，在变频向工频切换时，先切断变频电源，经过足够的延时使水泵电机的反电动势降低到一定程度之后再由软启动器再次启动水泵，但是由于延时的存在会引起水压较大的波动，而且延时越久，水压波动越明显。

(2)为了避免水压波动过大，保证供水质量，可以采用同步切换的方式来实现。同步切换是指不经过任何的延时。而是直接进行变频电源向工频电网的切换。若能保证在切换前后频率和相位一致，电机即可在变频电源和工频电网之间实现平滑过渡，水压也不会产生大的起伏。但是，如果不一致则在切换时会产生瞬时大电流，有时会大大超过电动机的额定电流，导致断路器跳闸，严重时损坏电机。由于变频器电压输出起始相位具有随机性，要防止过电流的产生，就必须对切换时的相位进行控制。可以在系统中引人锁相环实现上述控制的要求。在切换时由锁相环锁定变频器输出电压的相位和频率，使变频器输出电源与工频电网电源同频同相，再切断变频电源，将水泵转至工频电网，这样就可以有效地克服切换过程中的过电流现象∞。但是系统的设计难度、设备成本也会因此增加。

(3)水泵并联运行的问题。水泵组中仅有一台水泵为变频运行，理论上这样可以有利于提高水泵组的整体效率，而实际上相当于性能曲线不同的水泵并联运行。当变速泵在较低转速工作时，定速泵与变速泵并联，相当于小泵与大泵的并联，有可能会使两台水泵都在低效区运行，出现变频泵作虚功的现象，即水泵消耗能量、有转速但无流量。这无论对于变频泵或工频泵的运行都是不利的，可能引起水泵电机的损坏。因此当系统采用“一变多定”的调节方式时，更要严格控制变速泵的调速范围。

1.2模式二：变频器只控制一台泵，其他泵只进行工频启停切换

这样控制线路更为简单，可以回避变频器切换时锁相的难题，但是依然不能避免水压大幅波动与并联运行所带来的困难。目前一些水泵专用变频器已经具备了PID控制功能，通过一个AI口直接接收压力变送器的模拟输入信号，内置PID环路即可实现对水压的控制，这样可以省去安装PLC的成本，在一些水压要求不严格的小型系统中。模式二的优势更加明显。

1.3模式三：多台水泵同时由多个变频器控制。即同步变频

以同一控制信号改变所有并联水泵的运行频率。各时刻各水泵运行频率相同，若运行台数不变，水泵组并联运行曲线可以完全并联，其变化类似于某单独水泵。这样的变频控制系统结构简单，不存在变频泵与工频泵切换的问题。可以很好地解决模式一、模式二中水压大幅波动及变频泵作虚功等问题，系统运行的可靠性得到进一步的提升，但是由于对变频器的数量要求较多，成本将会大幅提高。本模式主要适用于对系统可靠性要求较高，水压控制要求严格的场所。

2结论

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.

恒压变频供水 篇8

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。

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

变频恒压供水控制系统应用分析 篇10

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.

恒压变频供水 篇11

【关键词】松下系列；PLC恒压；供水系统；创新设计探讨

随着变频技术的发展和居民对生活用水的质量要求提高，现在变频的恒压供水系统已经提高了原来的供水系统，在多层的小区当中广泛运用。因为在新的系统当中很多部分是使用原来的设备，所有在原来的系统改进的过程当中会出现一些问题，这些问题一般都是不可预料的。本文将介绍PLC恒压供水系统，这是对原来供水系统的改进，尽量保留了原来的设备，这个系统能够很好解决原来设备当中检修比较频繁的问题，不仅体现出了PLC恒压供水系统的优势，而且还能够很好节省资金。

一、PLC恒压供水系统介绍

PLC恒压变频供水系统是由几个部分组成的，它们分别是主要是有PLC、变频器、调节器、时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制器和四台水泵。使用的人可以通过控制器上面的指示灯、按钮盒转换开关来了解和运行系统。系统原理图如图1所示。

整个系统主要通过系统里面的压力传感器把出口的压力信号变为标准信号，送入调节器里面，然后对信号进行运算，再把它们和给定的压力参数进行对比，然后得出一个调节的参数，再把信号输送到变频器里面，然后通过变频器来调节水泵的转速来改变整个系统的供水量，还需要使得供水系统的压力保持在给定的数值上面。如果需要的水量超过了一台泵能够提供的，就需要通过控制器来加泵。根据用水的情况来决定工作泵的数量和水泵的速度，这样就可以实现供水的压力保持恒定。当供水的负载发生变化的时候，输入电机的电压和频率也发生了变化，这样就形成了一个给定压力为标准的系统。

系统当中还有一个时间和PID控制器，这就保证了整个系统能够换泵运行，也能够双工作压力设定。除此之外，整个系统还有很多保护功能，特别是对硬件和备用水泵的保护，这样就能够保证供水正常和及时得到维修。在正常运行的时候，水泵的运行顺序是1、2、3、4。

二、工作原理

2.1运行的方式

这个系统的运行方式有两种，一种是手动和自动两种。手动控制的话就是，通过按钮控制水泵的运行和停止，需要根据需要的情况来控制不同泵的运行。这种方式主要是在系统出现故障和检修的时候使用的。自动运行就是合上自动开关，首先是第一个泵通电，输出的频率逐渐上升，同时调节器接受到压力传感器的信号，然后进行对比分析，把调节参数反馈给变频器。如果压力不够的话，就把频率调节到五十赫兹，第一个泵也把变频转变为工频，然后启动二号泵进行变频，变频器的数值就会逐渐上升到给出的数值，如果还需要加泵的话就依次类推。如果用水量比较少的话，就需要从先启动的泵上面减少，通过更加调节器给出的参数进行调节，最终保证系统的平稳运行。如果有电源停电的话，整个系统就会停机。等到电力恢复之后，整个系统又会恢复工作，结下了的操作是和上面启动系统一样的。变频上面的自动功能是整个系统当中最基本的一个功能，系统能够自动完成这一系列的操作。

2.2PLC控制系统

整个系统采用的是一種可以编程的控制器，PLC编程采用的是一OMRO N CX-Programmer，这种工具是可以提供一个相当完整的编程环境的，而且还可以进行离线编程，以及在线连接和调试。这种工具还能够实现梯图和语句的转换，整个系统采用的是输入和输入来控制电机的运行和停止，还有控制系统定时切换，变频和故障报警等，这大大提高了系统的性价比。而系统当中的模拟量是通过调节器和变频器来控制的。

通过调节变频器可以改变供水的压力数值，如果用户使用的水量比较少的话，供水的压力就会变大，这个时候可以调节变频器来是水泵减速，这样就可以使得供水的压力保持恒定。供水系统当中水泵的切换是一项比较关键的技术，当水泵的转速减小到一定程度的时候，想要降低水泵的压力就需要减少水泵的数量。在进行切换的时候，需要先断开整个回路，然后把变频器加入到下一台正在运行的工频回路当中，这样就完成了水泵从工频转变为变频运行的转变。切换结束之后，运行的水泵数量变少了，变频器的位置也发生了变化，先开的先停止是切换当中的重要原则，也就是最先切换第一个工作的，这样可以保证有三台水泵在轮流使用，这也是可以延长水泵的使用寿命的。如果供水的压力低的话，就需要增加水泵的数量，这样才能给提高水压，加泵的过程就是把闲置的水泵加入到系统当中。

三、系统故障和维修

系统出现故障的时候首先要报警，这样才能够进行维修。当系统出现比如变频器故障、液位达到下限、超过压力、压力缺失等一系列情况的时候，系统都是会发出报警的。当出现上面一些情况，系统不仅会发出警报，而且还会停机。一旦出现这些情况之后就需要通知维修人员来进行维修，如果是变频器发生了故障的话，你就可以进行手动控制供水。

为了对水泵进行检修和维护，需要系统在正常运行当中。在一段时间之内使得一台水泵停止运行。系统当中是由备用水泵的，可以随意对一台水泵进行备用，这样可以保证系统的正常运行。为了是水泵能够进行轮休，系统当中还有软件备用功能，工作泵和备用泵是可以定期进行切换的，这个周期一般是由控制器控制的。

四、结论

恒压供水变频调速控制系统设计 篇12

1 方案设计

供水系统的控制方案主要有3种,即恒速泵供水、高位储水供水和气压罐供水[4,5,6],其中,恒速泵供水是利用速度不变的水泵实时提供输水动力,当达到用水需求时,需要关闭水泵,当再次用水时,需要再次开启水泵,频繁开启、关闭水泵,耗电量较大,影响局部电压稳定,故此种供水系统应用较少。高位储水则是扩大或延长水泵的工作时间,利用恒速水泵不断向储水池供水,利用储水池实现用水备存,同时,减小水泵的开启、关闭频率,然而,高位储水泵需要建设较大的高位储水装置,占用空间大,造价成本高,在实际工程中应用较少。气压罐供水与高位储水供水的控制原理相同,区别在于,水泵的动力通过气压泵储存在气罐中。

本文设计的供水系统拟采用变频控制原理,同时利用水压传感器测试供水管路的压力信号,利用PID进行水压与电动机频率之间的信号变化,利用可编程控制器实时调整电动机的作业频率。通过改变电动机作业频率,实现水泵转速随水压变化而调节,达到节约电能、电动机连续作业、动力与供水动态调整的目的。

2 恒压供水变频调速控制系统的构成

2.1 系统构成

基于变频器进行恒压供水的控制系统构成如图1所示,供水的动力元件主要包括水泵1、水泵2和水泵3,其中,水泵3起到辅助供水作用;水泵的作业调节元件为变频器,供水系统的信号采集及调控元件为PID控制器,供水系统的逻辑换算元件为可编程控制器,此外,在本系统设计中,用上位机作为监控器,用远传压力表作为供水系统末端的压力采集元件。

2.2 系统工作原理

压力传感器分布在供水系统末端的管网中,当供水系统水源不足时,管网中的压力随之减小,压力传感器检测到的电压信号减弱,并将电压信号传递到PID控制中,控制器将接收到的电信号传递到可编程控制器,经过逻辑运算后得到反馈信号,将反馈的电信号传递给水泵的变频器,通过变频器调节水泵的转速,改善供水系统的动力状态,使供水系统处于供水工况,随着供水启动,供水系统压力逐渐升高,升高的压力信号实时被压力传感器采集,整套供水系统处于动态平衡调节中。

3 恒压供水变频调速控制系统的设计

3.1 变频调速选型

变频器是一种电压频率变换器,即将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电,以供给电动机运转的电源装置。它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用,是水泵电机调速的执行者。

变频调速原理如公式1所示,当电机的转差率和磁极对数固定时,通过改变电源频率,实现电机转速的调整。

其中,n表示电机转速;f表示电源频率;s表示电机转差率;p表示电机磁极对数。

变频器的选用,需要综合考虑输入侧额定值、输出侧额定值、额定输出容量等。变频器容量的选择,一般根据负载性质及大小。变频器的控制方式主要有恒转矩负载、恒功率负载、二次方律负载3种。本系统设计中,综合考虑异步电动机的额定电流及变频器容量,选择西门子Micro Master430型变频器,co-trust S7-200系列中的CPU224,其输入频率为47Hz~63Hz,输出频率未0Hz~650Hz,功率因数为0.98,变频器效率为96%~98%,防护等级为IP20。

3.2 可编程控制器选型

可编程控制器(PLC)是恒压供水变频调速控制系统的核心部件,PLC容量是指I/O点数的数量,点数太多容易提高部件成本,点数太少导致余量不足,通常综合考虑被控对象的输入信号和输出信号的总点数,余量按照10%~15%的空间预留。本系统设计中,1路压力模拟量输入,1路电压模拟量输出,故选用TD200系列西门子变频器。

3.3 压力传感器

本系统设计中,供水系统的压力信号采集需通过压力传感器,故选择了YTZ-150型电位器式远传压力表,该电阻远传压力表适用于测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。电阻远传压力表,可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上,以实现集中检测和远距离控制。此外,本仪表能就地指示压力,以便于现场工艺检查。起止电阻值为3Ω~20Ω,满度电阻值为340Ω~400Ω,工作电压≤6V。

3.4 电路图设计

根据恒压供水的使用要求和变频器、可编程控制器的工作原理,设计本系统的电路图,如图2所示。图中,M1,M2,M3为3台水泵电机,KM为相应电机的接触器,FR为相应电机的热继电保护器,QF为空气开关。从图2中可以清晰看到,3台电机的控制原理相同,均由接触器和热继电保护器控制,实现小电流控制大电流,提高电机的使用安全性。变频器改变三台电机的供电频率,实现电机转速的自动调节,通过电动机转速的无极调节,实现供水系统水压的动态稳定,达到恒压供水目的。在此电路图中,当供电系统无需调速控制时,可直接对3台电机进行调节。

4 结论

本文对恒压供水系统进行了关键部件选型和控制系统电路原理图设计,恒压供水变频调速系统的核心部件是变频器和远传压力表,恒压供水系统中变频器选用西门子Micro Master430型,远传压力表为YTZ-150型,电路原理图设计实现了1个变频器控制3台水泵,通过远传压力表和变频器实现了恒压供水。该控制系统结构简单,成本较低,安全性能较好,比较适应当前供水系统的电气化改造现状。

参考文献

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[3]金昊.无级变频调速在恒压供水系统中的应用[J].电脑知识与技术,2016(15).

[4]梁庆燊.试论水厂PLC变频恒压供水技术的应用[J].中国高新技术企业,2016(5).

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