張瑞敏　趙艷芝

【摘 要】變頻器恒壓供水系統(tǒng)能全天24小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力的變化自動(dòng)啟用和關(guān)閉備用泵，調(diào)節(jié)供水量，避免傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象發(fā)生。文中從恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成及特點(diǎn)出發(fā)，闡述了變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】變頻器；恒壓供水；PLC

1 供水系統(tǒng)分析及變頻器的特點(diǎn)

人們?cè)谏詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關(guān)系到人類幸福指數(shù)的核心物質(zhì)。隨著社會(huì)的發(fā)展，人口數(shù)量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進(jìn)展，人均日用水量也在急劇增加，使得在用水高峰期供水壓力不足，高層的建筑上不去水，而低峰期則壓力過(guò)高，又造成能源浪費(fèi)。而壓力過(guò)高也存在著安全隱患，易造成爆管事故，同時(shí)影響正常供水和居民用水，給居民生活帶來(lái)不便。

社會(huì)的發(fā)展也伴隨著科技的創(chuàng)新，居民用水面臨的上述問(wèn)題能夠得到很好的解決。為此，設(shè)計(jì)出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統(tǒng)保持供水壓力恒定，使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時(shí)供水量多，用水量少時(shí)供水量也少。這樣就滿足了在不同用水量狀況時(shí)總能保持供水管網(wǎng)中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。

變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的，變頻器是把電網(wǎng)提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)平滑變速運(yùn)行的設(shè)備。（三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p（1-s），f即為電源頻率P為電機(jī)極對(duì)數(shù) s代表轉(zhuǎn)差率）交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟起動(dòng)和軟停止，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也降低了設(shè)備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時(shí)減少了機(jī)械磨損，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成及控制原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、可編程序控制器（PLC）、水泵機(jī)組及若干輔助部件構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.1 硬件的功能

壓力傳感器 壓力傳感器是將測(cè)得的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境中。壓力傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。變頻供水系統(tǒng)中的壓力傳感器一般采用電阻式傳感器或壓力變送器，壓力傳感器的輸出信號(hào)傳遞到變頻器。

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)寫為PLC。 是整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。它使用可編寫程序的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能。PLC的工作原理也就是通過(guò)對(duì)外部輸入的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、并對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡(jiǎn)單易學(xué)、工作可靠性高、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。

變頻器 是一種將電網(wǎng)供電頻率50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的電氣設(shè)備，是輸出頻率可調(diào)的電源。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率f，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。在恒壓供水系統(tǒng)中變頻器接收來(lái)自傳感器采集的壓力信號(hào)，通過(guò)變頻器內(nèi)部自帶的采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定的壓力構(gòu)成閉環(huán)， 對(duì)終端設(shè)備電機(jī)（水泵）進(jìn)行控制，以達(dá)到水泵恒壓力供水的要求。供水系統(tǒng)中可以一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)（水泵）即水泵組的運(yùn)行，也可以每臺(tái)變頻器只控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)（水泵）運(yùn)行。

水泵組 把電動(dòng)機(jī)和水泵連成一體，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。恒壓供水系統(tǒng)中通常設(shè)置多臺(tái)水泵（3臺(tái)為例），供水量大時(shí)開啟3臺(tái)，供水量小時(shí)開1臺(tái)或2臺(tái)。每臺(tái)水泵的出水管均有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用。水泵組中的水泵統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，以滿足供水需要。

2.2 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制原理

壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)壓力，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送進(jìn)變頻器的模擬量輸入端，與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過(guò)變頻器內(nèi)置的PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，以調(diào)整水泵電動(dòng)機(jī)的電源頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)了供水系統(tǒng)的供水量，達(dá)到恒壓供水的目的。

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由PLC控制電動(dòng)機(jī)的工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行繼電器，依據(jù)條件進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運(yùn)行先啟動(dòng)1#泵，當(dāng)用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)2#泵并進(jìn)入變頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止；如果用水量繼續(xù)增加，當(dāng)2#泵加速運(yùn)行變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行，同時(shí)3#水泵啟動(dòng)變頻運(yùn)行，系統(tǒng)對(duì)水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止；當(dāng)用水量下降水壓增高時(shí)，變頻器輸出頻率降到啟動(dòng)頻率而水壓仍高于設(shè)定值，停止該水泵的運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行變頻器輸出頻率降至啟動(dòng)頻率時(shí)，則將此泵停止運(yùn)行，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。

系統(tǒng)還設(shè)置了手動(dòng)運(yùn)行模式，該模式主要用于系統(tǒng)出錯(cuò)或是變頻器的故障檢修。

3 變頻器恒壓供水的優(yōu)勢(shì)

1）采用變頻器恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人值守全自動(dòng)供水控制；

2）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流從零逐漸增加到額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有較大的沖擊；

3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，消除啟動(dòng)電流大的沖擊，減輕了機(jī)械啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的機(jī)械損傷，延長(zhǎng)了電機(jī)和泵的使用壽命；

4）可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；

5）系統(tǒng)可以按照需求來(lái)設(shè)定壓力，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，從而達(dá)到了節(jié)水節(jié)電節(jié)省人力的節(jié)能目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張威.PLC與變頻器項(xiàng)目教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]張娟，呂志香.變頻器應(yīng)用與維護(hù)項(xiàng)目教程[M].化工工業(yè)出版社.

[3]肖朋生.變頻器及其控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]白霞.變頻器原理與實(shí)訓(xùn)[M].清華大學(xué)出版社.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]