浅析楼宇变频调速恒压供水系统设计

摘要：本文结合作者实际工作经验，介绍了恒压供水的基本原理以及系统构成的基础，供大家参考。

关键词：楼宇；变频调速；恒压供水；系统设计

Abstract: Combined with the author’s practical work experience, we introduce the basic principle of the constant pressure water supply and the system composition basics, for your reference.

Key words: building; frequency control; constant pressure water supply; system design

中图分类号：TV674文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）

本文研究设计的变频调速恒压供水系统可运用于居民小区的高层楼宇，在本供水系统中采用变频调速运行方式，可根据实际需要水压的变化自动调节水泵电机的转速或加减泵，实现恒压供水，系统增加了夜间小流量睡眠功能，睡眠后低压仍然能自动唤醒变频运行，在最大程度上节能降耗。系统自动化程度高,可以做到无人职守状态。

随着现代社会的发展和进步，目前城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量，不能因为压力的波动造成供水的障碍；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在突然发生火灾时能可靠供水。针对这两个方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是应用PLC控制的变频调速恒压无塔供水系统。

1 变频调速恒压供水基本原理

1.1 工艺要求

对生活/消防水泵双恒压供水系统的基本要求是：

1.1.1生活供水时，该系统应低恒压值运行，消防供水时，该系统应高恒压值运行。

1.1.2 水泵根据恒压的需求，采用“先开先停”的原则介入和退出。

1.1.3 在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过三个小时，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作的时间过长。

1.1.4 水泵在启动时要有软启动功能。

1.2 系统组成和基本工作原理

以一个生活/消防水泵双恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程，市网来水用高低水位控制器EQ 来控制注水阀 TV1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。水池的高/低水位信号也直接送给 PLC，作为低水位报警用。为了保障供水的持续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。生活用水和消防用水各用三台泵，平时电磁阀YV2 处于失电状态，关闭消防管网，水泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活用水的恒压状态（生活用水低恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀 YV2 得电，关闭生活用水管网，三台供消防用水泵使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。火灾结束后三台泵再改为三台生活供水泵进行使用。

2 控制系统设计

产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压就越高。传统的维持水压的方法就是建造水塔，水泵开着时将水打到水塔中，水泵休息时借助水塔的水位继续供水。水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能够维持供水管路中水压的基本恒定。

但建造水塔需花费财力，水塔还会造成水的二次污染。不用水塔，而要解决水压随用水量大小变化的问题。通常的办法是：用水量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保证管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但是今天需要办到这一点已经变的很容易了，交流变频的诞生为水泵转速的平滑连续调节提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电子设备，输入三相工频交流电后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。

3 硬件与软件实现

3.1 主电路设计

在主电路中，采用一台变频器控制三台生活水泵电机和三台消防水泵电机，生活水泵电机都具有变频/工频两种工作状态，消防采用工频工作状态。KM1、KM3、KM5、分别为电机M4、M5、M6工频运行时接通电源的控制接触器，KM2、KM4、KM6 分别为电机 M4、M5、M6变频运行时接通电源的控制接触器，KM10为接通变频器电源用的接触器，它的启动由PLC的输出端 Y13来控制。

除此之外，电路中还设有保护功能，6 台电动机分别接上三个额定电流为35A的热继电器，对电机过载进行保护。为了实现对电机和控制电路的短路保护，电路中设有三个额定电流为 50A 的熔断器和一个额定电流为196A 的空气开关（QS）。变频器电源输入端子（R，S，T）经过空气开关与熔断器三相电源连接，当电机旋转方向与设定不一致时，需要调换输出端子（U，V，W）的任意两相，电动机一定要保证在工频输出电源拖动和变频输出电源拖动两种情况下电机旋向的一致性，否则在变频/工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功。

供水压力设定值通过变频器的2和5端子（0～5V）设定，10端子是频率设定电源，由 DC24V 电源供电的压力传感器得到实测压力信号后，通过电流分配器然后由变频器4端接收此信号，此测量值与给定值比较得到差值，通过变频器内置PID进行计算,调节变频器输出频率。当变频器故障时，由A-C端导通，输出报警信号给PLC的输入端X7（无故障时，B-C导通，A-C端不导通）。然后PLC控制切断水泵机组的运行，同时PLC输出端Y6进行声光报警。变频器的正转启动和复位端由PLC输出端Y11和Y12控制，频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出到PLC的X11与X10输入端并与压力上下限一起作为PLC的增泵、减泵控制信号。

3.2 控制电路设计

根据系统控制要求，首先要对PLC输入输出口进行配置。

3.2.1 在该 PLC 控制系统中，三台生活水泵 M4,M5,M6 均可变频工作，也可工频工作，由接触器进行切换，三台消防工频工作水泵，需由PLC 的9个输出信号进行控制。

3.2.2 蓄水池进水阀由 PLC 控制开关阀门，占1 个输出端，蓄水池水位检测由液位检测传感器返回 PLC，占PLC 一个模拟端输入口；

3.2.3 变频器的启停占 PLC 的1个输出端，复位占1个输出端，控制变频器电源用接触器开关占 1 输出端；

3.2.4 故障声光报警占 PLC的1个输出端；自动和手动占PLC一个输出口；

3.2.5 压力传感器向PLC 返回一个4～20mA 的电流信号，作为压力反馈，占1个模拟端输入口；火灾信号输入占一个输入口；

3.2.6 控制系统的启动、停止，消防水泵启动和停止需占PLC 4 个输入端；

3.2.7 6 台电机过载占 6 个输入端；

3.2.8 PLC共使用输入端子16个；输出端子18个；

3.2.9 PLC的 A/D转换器中液位传感器和压力传感器各占一个输入端。

4 结论

变频恒压无塔供水系统包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制--即双恒压系统。介绍了变频恒压供水的基本原理以及系统构成的基础，从系统的整体设计方案和实际需求分析开始，紧密的联系实际生活的需要，设计了楼宇变频调速恒压供水系统的硬件电路和软件程序。以 PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。

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