变频供水范文

变频供水篇1

关键词：PLC；变频调速；流量；水压

1 系统总体方案及其要求

1.1 总体要求：

a)由多台水泵机组实现供水，流量范围600m3/h，扬程60米左右。

b)设置一台小泵作为辅助泵，用于小流量时的供水;

c)供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小;

d)系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能；

e)各主泵均能可靠地实现软启动；

f)具有完善的保护和报警功能；

通过分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备PLC和变频器作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统， 其总体结构如下图所示。

2 主电路的设计方案

主电路设计如上图所示。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，注意：每台主水泵的两个接触器都一定要进行接触器联锁，即KM1与KM2、KM3与KM4、KM5与KM6必须相互联锁，否则有可能会因接触器故障而造成变频器的输出端接上电源输入端而损坏;辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。

3 控制电路设计方案

3.1 设备启动后，首先某一台主泵在变频调速器控制下，投入变速运行，只有当输出压力达到预定值至其流量与用水流量相平衡时，转速稳定到某一值。

3.2 当用水流量增加时，主泵按设定速率（曲线）加速到另一稳定转速；而用水量小时，主泵按设定的速率（曲线）减速到新的稳定转速。

3.3 当变速运行主泵的转速达到最大转速后，用水量进一步增加时，该主泵转换到工频电源后恒速运行；变频调速器则转换到控制另一台主泵，使之投入变速运行。每当变速运行的主泵转速到最大时，将发生如上的转换 并有新的主泵投入并联运行。

3.4 当变速运行主泵的转速，因用水量减小而达到临界低转速后，用水量时一步减小，则PLC将控制停掉先开的一台主泵，遵守先开先停，后开后停原则；直到剩下一台主泵为止。

3.5 当只有一台主泵变速运行，且用水量接近于零时，产泵转速达到临界低转速时（这时变速运行主泵处于最小工作转速）。此主泵也被停泵而启用小容量辅助泵运行，以期节能和减少设备的无效运行。

4 PLC的程序设计

4.1 PLC的I/O端子接线图及变频器的端子接线图

4.2 PLC的流程图设计

5 总结

本系统具有以下的特点:

a) 采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和内置PID调节模块的变频器作为主要控制设备，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，确保恒压供水；

b) 系统具有完备的故障处理能力，可通过自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等方式确保供水，具有故障实时的现场报警和远程电话自动报警功能，具有故障电机锁定功能；

c) 系统实现了计算机和PLC的有效结合，具有远程监控与管理能力，具有先进性;

d) 系统采取变频调速方式实现恒压供水，节能效果明显；

e) 采用了PID调节方式，水压波动小，响应快。

参考文献:

[1] 韩安荣主编.通用变频器及其应用．机械工业出版社

[2] 姜乃昌陈锦章主编．水泵及水泵站．中国建筑工业出版社

[3] 张燕宾．变频供水的节能分析与近似计算．自动化博览，2000年

[4]王占奎等主编．变频调速应用百例．科学出版社，1999年

[5]张小明黄鸣春．变频调速供水系统使用研究．广东高校后勤研究

[6] 李永刚，李福山.可编程控制器在变频调速供水中的应用.节能，1994年

变频供水篇2

关键词：变频调速恒压、变压供水、能耗

中图分类号： TE08 文献标识码： A

一、前言

在实际给水系统中,为提高供水的可靠性 ,用于增压的水泵都是根据管网最不利工况下的流量、扬程而选定的 ,但管网中高峰用水量时间不长,用水量在大多数时间里都小于最不利工况时的流量 ,其扬程将随流量的下降而上升 ,使水泵经常处于扬程过剩的情况下运行。因此。变频调速供水设备就应运而生, 它能够根据管网中的实际用水量及水压 ,通过自动调节水泵的转速而达到供需平衡。

二、变频调速恒压供水系统

恒压供水系统城市建设、社会稳定具有非常重要的意义。例如，恒压供水系统能够保证发生火灾时为消防系统提供充足的水源。对于某些工业或特殊用户来说，恒压供水也是非常重要的。例如由于工艺需求，要求生产过程中自来水供水稳定可靠，若不能实现恒压供水可能影响产品质量，严重时可能导致产品报废和设备损坏。因此，采用恒压供水系统，对社会建设、经济发展具有重大意义。

电力技术的不断发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往压力罐和高位水箱等供水设备。其基本原理是：变频调速供水设备在运行时变频调速器控制水泵电机的速度，通过速度的变化保持水压恒定，当管网实际水压低于设定水压时，变频调速器会按顺序循环软启动相应台数的水泵来满足水压恒定，当管网实际水压高于设定水压时，变频调速器按相反顺序切掉相应的水泵电机。变频调速供水系统起动平稳，起动电流可限，因而能够避免起动时对电网的冲击；另外，变频调速供水系统，水泵平均转速降低，水管平均压力稳定，延长了水泵、管道和阀门等器件的使用寿命。其功能齐全周到、操作简单方便、运行稳定安全，使供水实现节电、节水、节省人力，显著提高了其经济效益。

三、变频调速供水设备的工作原理

供水系统中扬程发生变化时, 压力传感器即向微机控制器输入水泵出水管压力的信号,若出水管压力值大于系统中设计供水量对应的压力时, 微机控制器即向变额调速器发出降低电源频率的信号 ,水泵转速随即降低 ,使水泵出水量减少 ,水泵出水管的压力降低 。反之亦然。变频调速供水设备一般由单台变频调速泵, 或变频调速泵和恒速泵组合构成水泵机组, 电气控制柜、压力传感器 、管路及管路附件等组成 。控制拒内有电气接线 、开关、

保护系统、变频调速系统和信息处理自动闭合控制系统等。

目前变频调速设备中水泵的运行方式 ,按水泵出口工况常分为两种:水泵变频调速恒压变流量运行和水泵变频调速变压变流量运行 。恒压变流量供水的控制参数设定为水泵出口恒压, 变压变流量供水是指设备的出口按给水管网运行要求变压变流量供水。设备的构造和恒压变流量供水设备基本相同,只是控制信号的采集和处理及传感系统与恒压变流量设备不一致 。变压变流量供水设备的控制参数的设定, 可以在给水管网最不利点(控制点 )恒压控制 ,还可在设备出口按设定的管网运行特性曲线变压控制。前者需要解决压力变送器的布线和安装 ,后者需要到现场获取不同时段的压力流量关系数据 ,建立符合实际的管网特性数学模型。总之 ,变压变流量供水设备关键是解决好控制参数的设定和传感问题。

四、供水方式的能耗对比

两种运行方式的能量消耗与水泵恒速运行时能量消耗的比较 ,可用图1水泵耗能分析图解释。

水泵的工况点是由水泵运行特性曲线(如n0)与管网特性曲线(如 R0)的交点,从图1可以看出,水泵在恒速运行时, 工况点只能在对应 n=n0的一条曲线上移动,当管网中流量减小,Q0降为Q1时,工况点要从 A0变为A1,就要调整阀门, 使得管网特性曲线变为R′0, 用户压力升高为H′st。而实际管网这时只需要在C1点工作,因此,有A1C1段扬程的浪费,流量越小扬程浪费越大。如果采用水泵变频调速出口恒压 (压力为H0)运行, 当管网中流量从设计流量Q0降为 Q1时 ,由于水泵变频调速使转速从n变为n1,水泵的供水压力仍维持在H0,工况点变为B1,同样实际管网这时还是需要在C1点工作, 因此有B1C1段扬程的浪费, 但比起恒速运行少了A1B1段扬程的浪费 ,显然这多消耗的扬程同样是无效消耗于管网之中。如果采用变频调速变压变流量运行, 在已知管网特性的情况下, 通过自动调节水泵转速, 使工况点按管网特性曲线移动, 即当流量Q分别为Q0, Q1,Q2时, 根据管网特性所对应的扬程来调节转速分别为n1,n2,工况点分别为C1, C2 ,这时将没有多余扬程浪费,比恒压供水模式减少了B1C1段扬程的浪费 ,比不调速的情况减少了A1C1段扬程的浪费。所以,应该说这种运行方式是最节能的。比较两种供水方式,变压变流量供水设备节能效果好, 同时改善给水管网对流量变化的适应性, 提高了管网的供水安全可靠性。并且管道和设备的保养、维修工作量与费用大大减少。但这种设备控制信号的采集和传感系统比较复杂,调试工作量大,设计时必须有一定的管网基本技术资料 ,对目前为止,应用有一定困难。而恒压变流量供水自动控制系统比较简单，容易实现,运行调试工作量较少。在一定程度上解决了恒速水泵系统运行中的能源浪费问题 ,所以应用比较广泛。

图1水泵耗能分析图

五、恒压供水与变压供水能耗分析

以某小区供水泵站为例，具体分析恒压供水和变压供水的能耗情况。该泵站采用恒压供水方式，恒压值为0．4MPa，使用的水泵流量 100m3／h，扬程 50m，配套功率 22kW，共4台，其性能如表 1和图2所示，泵站设计流量400m／h，静扬程20m，

1、恒压供水能耗分析

如图3所示，当转速低于 n=2500r／rain，变频器频率约为 42Hz时，水泵降速后的性能线与恒压线不能相交，系统已失去调节作用，流量再减小，变频器的转速也不会下降。

如图4所示，转速在 n=2600r／min和 n=2700r／min范围时，百吨水能耗最低，这是因为在这个转速范围内，流量在 80～100m／h变化，泵效较高。而转速低于 n=2600r／min以后，百吨水能耗上升很快，比全速运行能耗还大，而一天当中用水低谷期较长，这时恒压供水不但不节能，反而浪费更大 。

2、变压供水能耗分析

图5是单泵变压供水的运行情况，当转速低于n=1800r／min，变频器频率约为30Hz时，水泵降速后的性能线与恒压线已快要不相交了，流量再减小，变频器的转速也不会下降。

图6是水泵转速与效率的关系。图中可以看出随着转速的降低，水泵高效区域向小流量偏移，流量在40～120m／h的范围中，都处在 70％的高效区内，单泵变流范围非常理想。

3、变压供水与恒压供水的能耗比较

变压供水与恒压供 水可从以下几方面进行比较 ：

（1）变速范围

恒压供水由于受恒压线的限制，该泵站变速下限为 n=2480r／min左右，而变压供水由于沿管网特性曲线运行，变速下限却达到 n=1800r／min，变频器功能得到了充分利用。

（2）水泵高效区范围

由于变速范围大，使变压供水方式的水泵高效区移动范围也变大，约为40―120m／h，而恒压供水方式约为 80～120m／h，使流量的高效调节范围少 了近 40m／h。

六、结束语

综上所述，变频调速是利用压力或流量传感器反馈输出水压，通过变频器控制水泵转速，根据具体用水情况不断改变水泵的流量来适应用户用水量需求的装置。变频调速恒压一种较为节能的技术,较适用于流量不稳定, 变化频繁且幅度较大的供水系统中，变压变流量供水比恒压变流量供水更节能 ,

参考文献：

[1]袁 云，俞赛峰，林 磊，等．排水泵站变频节能的工程实践和机理初探[J]．排灌机械，2006，24(5)：25―28．

[2]陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计.2007.12

变频供水篇3

关键词 供水专用变频器；恒压供水系统；节能

中图分类号 TU99，TN773 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0145-02

0 引言

水对我们的生命起着重要的作用，是人类赖以生存和发展不可缺少的重要的物质资源之一，而供水系统是直接影响到居民生活的便利与稳定，特别在城市化发展越来越快速的当代，城乡供水问题是社会关注的重点。但是，在满足供水稳定及高效的情况下，还需要确保用水安全，以及保障所供水源的水质问题。供水安全保障成为电力技术发展的一个核心项目，在这基础上发展起来的变频器不仅达到满足供水需求的情况，而且采取变频器供水方式，利用恒压供水系统，可以稳定且节能地满足供水系统的要求。

1 主要性能及特点

采用供水专用变频器来供水，实际上利用普通变频器的优点，以及在此基础上，加入PLC的部分功能，二者结合起来大大提高了变频器的供水性能。供水变频器能够实现对供水量和供水需求的一体化管理，这样一来，就大大优化了对供水过程的管理。通过安装在管网上的压力传感器把水压转换成4mA～20mA的模拟信号，通过内置的PI调节器，即可方便地组成闭环控制系统，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行一番比较核对，当管网的压力不够时，变频器将自动增大输出频率，提高供水量，从而达到增加网管压力的目的。反之，变频器可以降低输出频率，降低水泵的转速，从而降低供水量。

变频器供水的控制系统可以细分为两大类，既变频泵固定方式和变频泵循环方式。可采用先启后停或先启先停的模式，或者一些组合的供水控制模式，也能够实现对供水性能的高效管理，这样可以实现最多4台变频循环泵或7台变频固定方式控制。变频器工作原理简单，但工作模式有很多种，不同的工作模式满足了设备对灵活性的要求，便于实现供水泵房全面自动化。变频器供水还能够实现流量监控功能，即实现零流量就停机的效果，供水可以按照用户的需求来实现，不用水时可以自动停机，这样就大大地降低了能耗。变频器系统最多6段的定时压力给定控制，以满足使用。可实现周末/节假日等各种特定日供水压力控制。定时轮换控制，可以有效地防止泵长期不用而发生的锈死现象，使各泵工作时间均衡，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。手动软启动功能，可实现循环方式时各泵的手动变频软启动，方便调试。管网超/欠压，火警/水池缺水等多种输入与检测保护，可保障供水系统的安全，有利于实现对管网系统的良好保护，进一步提高供水系统设备使用寿命。多种变频器故障处理模式，即使变频器故障，仍能保证生活和消防供水。供水变频器的内置污水检测液位传感器可以实现对污水的检测，当检测到泵房污水积水到达警戒水位时，可以及时进行自动化污水排放，实现了对机器的有效维护。休眠泵控制功能尤其适合于夜间供水量急剧减少的情况，机器的工作时长和休眠期可以经过人为设定而实现，方便用户在夜间不用或者不需要用到时，把变频器跳到停止状态。变频器在休眠期间，休眠小泵工作，变频器通过监测管网压力，当管网压力低于设定的休眠压力时，系统就会自动启动工作，这样变频器可以实现对休眠泵的控制，达到节能环保的功能。另外，变频器具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监视及经济运行的手段。变频器的功能非常强大，诸如此类技术，还有很多例子，由此看来，用供水专用变频器能够充分利用变频器的功能，满足供水系统的各种控制方案。

2 系统组成及合理选用

系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成。变频控制柜由断路器、供水变频器、接触器、中间继电器等组成。系统采用压力传感器和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。变频器的主要功能是实现稳定供水，主要被用于拖动水泵电机负载，在变频器的使用过程应该注意以下问题，首先，避免低速运行机器，因为低速时水泵固用的死区特性而不能有效供水，而且会损耗比较多的能源，低速运行会导致水泵电机散热效果差，所以，要避免长期低速运行变频器。

另外，变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，操作方便，同时设备分布相对集中，配置简单，但是在配置的选择上要谨慎，倘若配置选择或者使用不当，也会造成能源的浪费，因此，在选用设备方面，要进行周全的考虑，还必须考虑设备投资等问题，在保证可靠供水的前提下，充分发挥变频器的节能潜力。

3 变频器供水的优越性

变频器供水的优点是很鲜明的，首先，它具备节能，稳定，且环保的特点，变频器的工作原理很好地体现了这些优点。变频器虽然是一项高科技技术，但是，机器的设计理念非常人性化，用户使用起来非常方便。再者，变频器的供水质量是高于很多供水器的，它不仅保证了水源的稳定，持续供给，还能够保障水质的安全与高质量。在节省能源的时代背景下，在城乡化建设全面推进的当代，高效且有绿色化的供水系统越来越受到追捧。变频器突出的优点主要表现于以下几点，第一，是节能；第二，是节水；第三，是可靠的运行环境；第四，是可以实现良好的监控；第五，是具备控制灵活的特点；第六，则是配置灵活，自动化程度高，功能齐全，使用方便。

4 应用范围

自来水厂、生活小区及消防供水系统；2）工矿生产企业恒压供水系统；3）锅炉循环水系统；4）消防用水。

5 结论

变频调速是一项具有高科技含量的自动化程度很高的新型的调速控制方法，在电力技术突飞猛进的时代，变频器供水模式将会实现更大的技术革新，变频器供水不但会越来愈绿色化，低能耗化，还将会实现更加便捷的使用功能，以及，变频器的内部功能将有可能进一步完善。变频器的使用，提高了供水系统的安全性，也保障了居民用水的稳定性。借助变频器良好的节能性，提倡节约资源方案，使用被表现的淋漓尽致，提高供水效率，是一种高效节能的控制方式，是值得推广应用的技术，应用前景广阔。

参考文献

[1]刘多金.变频器供水设备的工作原理及优点[J].水利天地，2011（2）.

[2]徐惠琴.变频器调速原理及运行过程中存在的问题和解决方法[J].机械管理开发，2011（1）.

变频供水篇4

关键词 恒压供水；变频器；调速

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0209-02

供水控制是节能降耗、体质增效的关键系统，能够对工业用水、生活用水实施科学调控，提高水资源的利用效率[1，2]。随着人口数量的增加、工业生产规模的扩大，水资源日益成为紧缺资源，大力提倡节约用水成为全社会共识。一方面，需要大力普及节约用水观念，降低人为浪费水资源；另一方面，要不断进行技术创新，实现水资源的精量使用。因此，采用变频控制技术[3]，对传统供水系统进行自动化改造，对降低用水成本、提高用水效率具有重要技术价值和社会效益。

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[4-6]，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。

n=60f（1-s）/p （公式1）

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MicroMaster430型变频器，co-trustS7-200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MicroMaster430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

[1]郑伟.基于PLC的变频恒压供水系统在洗煤厂的应用[J].机械管理开发，2016（7）.

[2]姜宏.浅谈恒压供水系统[J].科技创新与应用，2016（22）.

[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.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）.

[5]杨扬.PLC变频调速恒压供水在供水系统中的实践[J].科技与创新，2016（3）：104-105.

变频供水篇5

关键词：变频器；恒压补水；PLC系统；电动机；自动控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.186

0 引言

伴随着近几年我国房地产行业的快速发展和我国各级城市城镇化速度的加快，以及我国工业和经济的快速发展、城市建设的飞速发展、城市人口显著增多，人们对生活水平的要求也不断提。对城市的供水系统、供暖系统及消防系统的要求逐渐增高，对系统的质量、稳定性等要求的也越来越高。再加上现阶段我国能源紧缺，城市污染严重，所以利用先进的自动化控制技术以及信号反馈技术结合电机动力技术，设计出性能高、节能性强又能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

现阶段大多数变频器恒压自控供水系统大致由外部控制台安装的可调节控制器、控制柜内的编程变频器、一台或多台水泵组成的电机组、远程压力信号传感器、和控制柜等电器元件构成。系统大多数采用一台变频器拖动一主一备双泵体形式，也可以根据需要设计一台变频器拖动一台或者托动多台电机泵体，主要根据现场情况设计而定。该系统以供水系统管道出口的水压为控制目标和检测反馈信号的对象，通过设计的自控供水系统控制，实现供水主管道的实际供水压力稳定在需求设定的供水压力。因此，简单来说变频恒压自控供水系统的目标就是使供水管道出口供水实际压力稳定在需求组设定的供水压力上，当实际供水压力低于或者高于设定压力，远传压力信号传感器反馈的信号会按比例转换成电压或者电流反馈给系统的主体可编程变频器，随即变频器会根据反馈信号的大小自动增高或降低当前的输出频率使输出电机的转速增大或降低，从而提高或降低供水压力，当然变频器的此种调节是根据反馈的信号大小，即实际压力与设定压力的差值来调节输出频率值的，可以根据需要设定变频器调节输出频率的下限跟上限值。当反馈频率达到设定压力时变频器会自动停止输出频率使水泵停止运转。这种调节过程可被重复执行，总使供水管道出口的实际压力和设定压力一直保持相对平等状态。

由于变频器自控补水系统应用领域非常广，设备也比较繁琐，所以介绍变频控制电机水泵的恒压供水系统重点并做简要分析：

1 变频器恒压供水系统的基础设计思路

在变频器恒压供水系统的设计时，可以采用一台变频器连接单一电动机或者几台电动机，现阶段大多的恒压供水系统都采用一拖二的方式，即一台电机与变频输出电源连接作为主泵，另一台电机通过控制线路连接变频器TA、TB两个常开触点，并进行设定，当实际压力值远低于设定压力值时备用泵就会启动。在设计时要注意各个电机的输入电流前面需要接入一个断路保护器，用来实现变频器的工频状态的电机过流、过热保护。电机当前的工作电压和电流可在变频器面板上查看，在试运行行发现旋转方向与设定不一致时，需要调换输出端子（U， V， W）的任意两相即可，尽量不要通过变频器的FWD跟REV来调节，一定注意对于有工/变频转换的两种状态的电动机，必须要保证在工频拖动和变频拖动两种情况下电机旋向的一致性。

2 变频器恒压供水系统的基本控制方式与编程

变频器的起动和停止主要采用变频器的控制面板完成，在操作中无论是变频器自带的控制面板上的运行和停止键（FWD、REV）或者是外控端的启动键一定要与使用转向一致。在设计时如果该系统输入、输出电流过大一定要按照设计要求采用相应规格的电缆并做电磁隔离和强弱电间的保护程序，在交流接触器之间采用中间继电器胡锁程序来实现强电和弱电之间的隔离以方便控制，对系统保护。所有控制电路之间要存在互锁关系，利用组内互锁和组间互锁两种关系，严禁出现几台电动机同时工作和一台电动机同事接在工频电源和变频电源的情况。变频器控制恒压供水系统还需要根据所应用场合进行编程设计，一般最主要的即输入设定压力、输入启动频率、启动方式、上下限频率等，还可根据拖带水泵方式选择中间继电器来实现控制多台水泵机的运行方式。在进行控制电路设计时还应该设计系统阀门和当前工作状态，以及故障状态指示灯的设计，这些可以根据与变频器输出端子相联的中间继电器或者连接输出电流的交流接触器的常开触点的断开/闭合状态来实现相应指示灯的点亮和熄灭，显示当前系统电机的工作状态或故障状态。

3 变频器恒压供水系统远程压力信号传感器的设计

变频器的反馈信号的输入是依远程压力传感器检测的管网压力信号，一般以标准校验过的远传压力表的0～l0V的电压信号或以4～20mA电流信号进行传输的。按照变频器要求一般接到V+、VI、GND实现远程信号的反馈：控制系统原件的设计除了要考虑所需端子数目外，还要考虑控制系统实际需求外，要留有一定的余量，必要时可加外接继电器控制和接线端子，以为新设备的加入或设备调整留有余地。现阶段的变频器主程序的现场编程工作基本由厂家安装技术人员完成，除了需要对恒压供水模拟量（压力）设定外，还需要对变频器设置系统的反馈信号方式、反馈信号模拟量比例系数、启动频率、控制方式、运转方式、主副泵供水方式等设定以构成一套完成可操作的PLC恒压供水控制系统。

随着我国城市建设中各种工程的技术发展以及变频器被广泛的应用，与此同时的能量日益紧缺，城市污染越来越重，在这种情况下，变频恒压自控供水系统的使用已经涉及各种供水、供暖领域，当然也对变频恒压自控供水系统的技术提出更高的要求。同时研究方向日趋走向节约能源于便于监控操作。所以变频器恒压自控供水系统技术在先阶段工程领域使用的过程中，仍然有必要对其进行更深入的研究。

参考文献：

[1]冯丽，张森.变频器的应用及维护[M].广州：华南理工大学出版社，2009：40-41.

[2]王涛，王爱国.PLC及变频技术实现的恒压供水系统[J].自动化博览，2004（06）.

[3]崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的探讨[J].兰州铁道学院学报，2002，2（01）：84-88.

变频供水篇6

关键词：变频调速，PLC，恒压供水，自动控制

水已经成为当今中国的热点问题，供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的，变频调速恒压供水有它自身的特点：

1.供水量在短时间内变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。

2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。

3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。

从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化自动节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，保证产品质量等有着重要意义。

目前，就国内而言，归结起来主要采用以下三种方法：

（1）水池-水泵（恒压变频或气压罐）-管网系统-用水点

这种方式是集中供水。对于一、二层是商业群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前较多采用此种供水方案。一般设计有地下生活水池一座，集中恒压变频供水，不设屋顶水箱。主水泵一般有三台，二开一备自动切换，副泵为一般为一小流量泵，夜间用水量小时主泵自动切换到副泵，以维持系统压力基本不变。

首先恒压变频供水保证出水压力不变，根据用水量大小进行变频供水。各台水泵自动轮换使用，即最先投入使用的水泵最早退出运行，这样各台水泵寿命均等，而且一旦水泵出现故障，该系统能自动跳过故障泵运行。如图1-1所示。

（2）水池-水泵-高位水箱-用水点

此方式也是集中供水。单幢次高层和高层建筑的高压供水区较多采用该种方案。一般也需要设计有一座地下水池，通过两台水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水点。

（3）单元水箱-单元增压泵-单元高位水箱-各单位用水点

此方式已简化为单元总水表进水。单元水箱和单元增压泵实际上是一个整体，我们称之为单元增压器。由于有屋顶水箱，高水位时停泵，低水位时启泵，这样，水泵也有了停息时间，既省电又不至于一停电就停泵无水供应，用水有了保障，社会效益较好。

水池-水泵（恒压变频或气压罐）-管网系统-用水点是目前国内外普遍采用的方法。

该系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象。

水池-水泵-高位水箱-用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用户。但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染。

恒压供水系统可适用于生活水、工业用水以及消防等多种场合的供水。以三台水泵组成的供水系统为例，变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、PLC控制系统、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成。其工作过程：PLC首先检测给水池液位保护开关是否动作，否则直接由变频器启动第一台水泵；同时由远传压力表测出出水口管路水压，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。

市网来水用高低水位控制其EQ来控制注水阀，它们自动把水注满水池，只要水位低于高水位，则自动向水池注水。水池的高低水位信号也直接送给PLC最为报警用。位保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离相差不是很大。生活供水和消防供水公用三个水泵。平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少按一定逻辑控制\行，使生活供水在恒压条件下运行。当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台水泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态下进行。火灾结束后，三台水泵再改为生活供水使用。

升压控制系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1，启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1处在调速运行状态。当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速。当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频（即5O Hz）时，水压仍低于设定值，PLC自动将第二台泵M2启动投入到变频运行，同时将变频泵M1切换到工频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频（即5O Hz）时，水压仍低于设定值，PLC自动将最后一台水泵M3启动投入到变频运行，同时将变频泵M2切换到工频运行，系统恢复对水压的闭环调节。此时如果变频器输出频率达到工频及3台泵全负荷工作，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。

降压控制当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行的水泵M3关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生如上转换，直到剩下最后一台变频泵运行为止。当一台水泵变速运行，用水量接近于零，水泵最小转速为临界转速时（这是变速运行水泵最小工作转速），可根据这一工作状态的长短和系统用水的特点，使系统转入间歇运行或小容量水泵运行。此设计运行维护简单方便，对于操作人员不要求具备专业的水处理知识，只根据操作说明书和操作规程就可以对整个水厂进行操作管理，因此，采用此设计建设的供水方式适应性强。

这种水处理技术未来发展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水发展方向，是现代人们生活所要求的并且前景光明。

参考文献

[1] 周万珍，高鸿斌（第一版）.PLC分析与设计应用[M]. 北京：北京机械工业出版社，2004

[2] 韩安荣.通用变频器及其应用（第二版）[M].北京：北京机械工业出版社，2000

[3] 姚厚伟.变频器供水系统中的应用与节能[M]. 北京：航空航天大学出版社，2003

变频供水篇7

关键词：变频器 供水行业节电 节水 恒压供水

中图分类号：P624.8 文献标识码：A 文章编号：

风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费，采用交流变频调速装置效益显著。

1 变频器的工作原理与结构

我厂现在使用的的电机节能柜采用变频器+可编程控制器的系统方案，利用可编程控制器完成对变频器的控制。编程控制器负责现场信号的采集，数据的处理，通过控制变频器的输出频率来调节流量，从而完成温度、压力或液位的控制。

变频节能柜的结构图如下：

在上图中，系统分成2个部分，工频软启动位于配电房，节能柜位于电机旁边。

节能柜面板示意图如下：

2变频柜操作说明

2.1变频柜上电：在配电房内闭合配电柜的隔离开关，就应该看到节能柜上的控制电源灯点亮。

2.2变频器的手动运行

在手动运行方式下，电机处于工频运行，通过调节水泵出口蝶阀挡板的位置控制循环水的流量和压力。操作方法如下：

第一，观察自动--停—手动旋钮是否位于停止位置，如果没有位于停止位置，必须将自动--停—手动旋钮转向停止位置，然后点动手动停止按钮，必须看到电压表上显示的电压为0伏，节能柜上的停止指示灯点亮。

第二，将自动--停—手动旋钮转向手动位置，此时，应听到节能柜内交流接触器的闭合声响，运行指示灯点亮，但此时应看到电压表上显示的电压为0伏，电机保护器上电工作，电机保护器的显示屏显示各相电流值。注意：手动运行在起动电机之前，必须看到电压表上显示的电压为0伏，自动--停—手动旋钮处于手动位置，同时，运行指示灯点亮。点动手动起动按钮，即可起动配电房内的软启动器，电机经过短暂的过渡后，很快进入正常运行，电压表和电流表的指针经过短暂的晃动后，也会稳定在合理的位置，电压表显示的电压是380V,电流表应指示200A左右。

第三，转动出口蝶阀挡板的位置，以控制循环水的流量和压力达到满足生产要求的稳定数值。

当需要关闭电机时，应先点动手动停止按钮，此时应看见电压表上显示的电压为0伏，然后，将自动--停—手动旋钮转向停止位置，此时，应听到节能柜内交流接触器的打开声响，节能柜上的停止指示灯点亮，电机保护器掉电且显示屏上出现空白。

2.3变频器的自动运行

在自动运行方式下，电机处于变频运行，水泵出口蝶阀挡板处于完全打开的位置，变频器通过调节电机的转速来调节流量，从而完成压力的控制。操作方法如下：

第一，观察自动--停—手动旋钮是否位于停止位置，如果没有位于停止位置，必须将自动--停—手动旋钮转向停止位置，必须看到节能柜上的停止指示灯点亮。在触摸屏上观察水泵出口压力设定值是否满足生产要求，必要时，按动触摸屏上增加或减少按钮，调整压力设定值。电机保护器没有上电且显示屏上显示空白。

第二，将自动--停—手动旋钮转向自动位置，应听到节能柜内交流接触器的闭合声响，运行指示灯点亮，同时电压表上显示的电压为380伏，变频器处于上电初始化状态，此时，在触摸屏上看到变频器的状态是故障，电机保护器没有上电且显示屏上仍然空白。。在8秒左右的时间后，变频器上电初始化完成，在触摸屏上看到变频器的状态是正常，电机即将运行。为了减少电机起动电流，在电机起动的60秒内，电机转速增加缓慢，60秒后，电机快速增加转速，出口压力也快速增加，直至到达压力设定值。

第三，缓慢转动出口蝶阀的挡板达到最大开度的位置，变频器会自动控制循环水的流量和压力满足生产要求。

2.4变频器的恒压设定

在变频器运行过程中，随时可以点动增加或减少按钮调节压力设定值；并查看触摸屏上的压力值是否与水泵出口压力表的指示相符。

3 变频供水的效果

3.1变频恒压供水的的优点：

⑴ 变频供水能灵活控制供水压力，并保证恒压供水，有利于输水管网的安全平稳运行，大大降低了管网的泄漏率。采用老式供水方式时，新鲜水管网每年都会出现 五六个漏，而采用变频恒压供水方式后，每年 。当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒，这意味着在不足0.5秒的时间里，水的流量从零猛增到额定流量，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，压力过高会爆管而过低导致管子的瘪塌。直接停机同样会引起压力冲击。从上表测试结果可见使用变频器调速后，可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程，合理控制供水压力减少管道冲击，最大限度保护管网，管件，同时也提高电机水泵的使用寿命。

⑵ 采用变频供水节电效果明显。

变频器节能效果实际工作中更可观。例如，我公司水厂原供水方案为185KW工频机电系统以0.6Mpa压力供水，工频供水系统为控制供水压力要采用勒阀门的方法。经技术改造改为彩用变频器供水，严禁勒阀门通过变频器调频来控制供水压力，根据生产实际需要，将管网压力由原来的0.59MPa，降到0.5 MPa。改变供水方法后该水厂当月电费较前月少近五万元，年节约电约四十三万度，可见使用变频器供水节能效果很明显，长期使用变频器经济效益可观。

⑶ 节水效果明显

采用变频恒压供水后，由于将管网压力从0.6Mpa降到0.5Mpa，降低了水的流速，无形中控制了每小时的供水量，降低了生产每天用水量，从原来的每天1.1～1.2万吨以上，降到现在的0.97万吨左右。每天节水约1000多吨。在节水上取得了可喜的成绩。

⑷ 降低了工人的工作量

采用变频恒压供水后，变频器根据用水系统的实际用水量自动调节，无需工人去开关出口阀门来操作，大大降低了职工的工作量，受到职工的一致好评。

3.2变频恒压供水方式

变频供水篇8

关键词：恒压供水；PLC控制；变频调速

中图分类号：TU976.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 08-0000-02

在高层建筑用户中，随着不同时间段，用户的用水量也在发生这变化。当用户用水量大的时刻，很容易引起供水量的不足，导致缺水的状况；到了夜间用户大多处于休息时刻，又引发供水过多的现象。因此，用水与供水市场无法达到平衡，这个不平衡就反映在供水压力上：用水大于供水，则压力低；用水小于供水，则压力大。供水压力保持了恒定，就能达到供水与用水的恒定，也就可以保障居民在不同时段用水变化时都确保用水稳定，安全,也能达到节能的效果。

一、高层恒压建筑的供水方式

过去住宅建筑供水总体可以分为两种：1.水塔水箱供水，将水输送到高层水塔，依靠自流的方式供给客户，使用这种方式下用户用水无法达到用水恒压的保证，并且高位水箱容易引发水质的二次污染，水塔占地面积大，投资成本高。2.气压罐供水，市政供水输送到气压罐，液体在气压罐内其他的压力的作用下传送给用户，这种方式的缺点是：水压的波动受气压罐上限和下限的约束，电机启动频繁，容易损坏设备。

变频调速恒压供水式的主要优点是：首先不存在水质的二次污染问题；解决了占地大，投资成本高的问题；一整套完整的闭环系统运行下，根据采集到的不同信号，进行判断，计算后，由PLC的控制下控制变频器动作，保证出水压力的恒定；电机的软启动，能够延长设备的使用寿命；具有高效地节能性；稳定安全的供水，满足用户在不同时间段的用水需求。

二、变频调速恒压供水系统的组成和工作原理

变频调速恒压给水体统示意图如图1所示。系统由一台PLC，一台变频器，压力传感器和水泵机组等组成。系统中包含三台电机，分别为M1，M2，M3，接触器KM1，KM3，KM5，分别控制M1，M2，M3工频运行，接触器KM2，KM4，KM6分别控制M1，M2，M3变频运行。在水泵出口母管处装设压力变送器和液面传感器，将压力信号送入PLC，PLC将接收到的信号进行比较，计算，并发出指令对变频器进行控制。如果检测得网管压力大于设定值，则系统不启动，当网管压力小于设定值时，系统启动。变频器带一号泵软启动，此时1#泵处于变频调速运行状态，变频器根据收到的信号随时调整水泵的转速。当1#水泵达到额定的转速仍不能满足水压值要求时，则该水泵自动切换到工频下运行，变频器则控制2#水泵，使之软启动并运行。以此类推，直到管网压力满足压力设定要求。在用水高峰过后，由于投入多台水泵而使管网压力超过设定值，系统根据先投先停的原则，一次停止1#水泵，2#水泵。先投先停的原则下可以实现对多台水泵的平均使用，有利于延长水泵的使用寿命。对于所有泵的起停控制，完全有管网压力决定。系统中包括有过载保护，欠压和失压保护，PE接地保护。

三、变频供水系统主要流程

在PLC控制系统中，变频器通过连接PLC对水泵电机出厂时压力点处设置的压力变送器为反馈信号，进行系统的闭环控制，同时为了配合突然情况改变的供水情况，可以人工手动频率控制。本次设计的主要流程是在系统正常，进入自动运行根据采集信号的判断，有PLC控制变频器进行水泵机组的增减水泵台数，控制运行水泵的工频，变频变化，系统发生问题则发出警报。

四、总结

我国的高层建筑供水方式越来越朝着高效节能、自动化高，稳定可靠的方向发展。变频调速技术凭借着显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在高层居民生活用水的恒压供水系统中广泛的使用。其优越性主要表现在：首先拥有明显的节能特性；二是在开、停机时使用软启动，减小了启动电流对电网的冲击，消除了水锤效应和供水水压对管网系统的冲击；最后减小水泵、电机自身的机械冲击损耗，延长设备使用时间，保障居民的稳定用水。

这套变频恒压供水系统是基于PLC和变频器，集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。系统运行时可靠的提高了供水系统的稳定性，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，在提高居民生活用水，保障社会和谐稳定发展具有重要的意义。

参考文献：

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2008

[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2008

[3]姜乃昌.水泵及水泵站[M].北京:中国建筑工业出版社,1998

[4]付娟.交流调速技术.电子工业出版社,2002

[5]叶汝裕.水泵风机的节电及技术改造.重庆大学出版社,1998

[6]徐士鸣.泵与风机原理与应用.大连理工大学出版社,1992

[7]陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社,1992

[8]周玉国.变频调速节能分析.东北电力技术,2004

[9]吴浩烈.电机及电力拖动基础,1996

[10]胡跃冰.水泵电机变频调速的节能与计算节能技术,2003

[11]张春光.全自动变频调速供水泵运行工况与节能分析,2003

[12]任国.泵变频调速节能的理论分析与应用,1994

[13]崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨,2000

[14]陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计,2007

[15]田庆才.变频器在恒压供水系统中的应用

[16]赵军华.基于通用变频器控制的恒压供水系统设计.2007

[作者简介]

贾传圣，男，江苏师范大学，教授