恒壓供水應(yīng)用

一、變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及原理變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號(hào)〔一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號(hào)〕可適時(shí)通知PLC進(jìn)行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的啟停將聯(lián)動(dòng)其出口閥門(mén)。系統(tǒng)工作原理間圖如下所示。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)由四臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻器，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力變送器及假設(shè)干輔助部件構(gòu)成。各局部功能如下：安裝于供水管道上的壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成1—5伏的電信號(hào)；變頻調(diào)速器用于調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)流量；PLC用于邏輯切換。此外，上述系統(tǒng)還配備了外圍輔助電路，以保障自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過(guò)人工調(diào)節(jié)方式維持系統(tǒng)運(yùn)行，保證連續(xù)生產(chǎn)。二、設(shè)備選型說(shuō)明變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、PLC等組成。1.供水系統(tǒng)選用原那么〔1〕蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量?！?〕水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度?！?〕水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量?！?〕變頻控制柜選型：用戶(hù)可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)，然后對(duì)控制柜進(jìn)行選型。2.變頻器根據(jù)工藝要求，建議配用ABBACS600系列變頻器。ACS600系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制〔DTC〕技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性,完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：功率范圍：2.2-3000kW電源電壓：380/400/415/440/460/480/500VAC3相±10%；電源頻率：48-63Hz控制連接：2個(gè)可編程的模擬輸入〔AI〕；1個(gè)可編程的模擬輸出〔AO〕；5個(gè)可編程的數(shù)字輸入〔DI〕；2個(gè)可編程的數(shù)字輸出〔DO〕。連續(xù)負(fù)載能力：150%In，每10分鐘允許1分鐘串行通訊能力：標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口可使變頻器方便地與計(jì)算機(jī)連接。保護(hù)特性：過(guò)流保護(hù)、I2t、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過(guò)載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)、AI信號(hào)喪失保護(hù)等。外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多種電氣平安標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，符合GE、UL及質(zhì)量認(rèn)證體系ISO9001和ISO4001等。變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制〔DTC〕功能是目前最正確的電機(jī)控制方式，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無(wú)需速度反應(yīng)就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。ACS600變頻器內(nèi)置PID、PFC、預(yù)磁通等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動(dòng)設(shè)置，輸入輸出端子也將自動(dòng)配置，這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，減少出錯(cuò)。3.可編程序控制器PLC建議采用西門(mén)子S7-200型。SIMATICS7-200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿(mǎn)足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿(mǎn)足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊之泛組合以用于擴(kuò)展；簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活；方便用戶(hù)和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)；當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可以自由擴(kuò)展；大范圍的集成功能使得它的功能非常強(qiáng)勁。多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶(hù)可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇適宜的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。三.應(yīng)用范圍1.該系統(tǒng)既可用于生產(chǎn)、生活用水，亦可用于熱水供給，恒壓噴淋等系統(tǒng)。a.可廣泛用于工業(yè)企業(yè)、生活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及企業(yè)自備并改造工程，自來(lái)水廠(chǎng)、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)。b.可用于各種場(chǎng)合的恒壓、變壓、冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)。c.可用于污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。d.可用于農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和音樂(lè)噴泉系統(tǒng)。e.可用于賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。2.技術(shù)指標(biāo)a．最大供水高度：200米b．最大流量：1000立方米/小時(shí)c．壓力波動(dòng)：≤0.25兆帕d．水泵電機(jī)功率：0.75KW-280KW概述1.概述變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行業(yè)中，由于生產(chǎn)平安和供水質(zhì)量的特殊需要，對(duì)恒壓供水壓力有著嚴(yán)格要求，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了更加深入的應(yīng)用。成都市自來(lái)水公司六廠(chǎng)日產(chǎn)水量60萬(wàn)噸，擔(dān)負(fù)著成都市區(qū)及周邊地區(qū)70%以上的供水任務(wù)。自1996年年底六廠(chǎng)的三期工程投產(chǎn)后開(kāi)始向郫縣供水，使得我廠(chǎng)的供水方式從單一的重力流供水變?yōu)橹亓α骱蛪毫α鹘Y(jié)合供水的方式。自向郫縣供水以來(lái)，由于考慮到現(xiàn)階段郫縣的用水量較少，從節(jié)約能耗的角度出發(fā)，我廠(chǎng)使用一臺(tái)泵同時(shí)向郫縣供水和提供我廠(chǎng)的自用高壓水。為了滿(mǎn)足六廠(chǎng)自用水壓力，保證廠(chǎng)內(nèi)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備〔如消毒環(huán)節(jié)中的水射器〕能正常工作，我廠(chǎng)自用水壓力須較恒定的控制在0.3Mpa以上，采用變頻調(diào)速控制是保證壓力恒定較為有效的方法。根據(jù)我們對(duì)郫縣城區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)郫縣全天各時(shí)段用水量變化較大〔見(jiàn)后圖5〕，如果不對(duì)供水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。采用變頻恒壓供水控制后，當(dāng)郫縣用水量較小時(shí)，這時(shí)相應(yīng)管道和泵出口壓力均較大，變頻恒壓控制方式將會(huì)降低泵的頻率，減小泵出水量，從而降低管網(wǎng)壓力；反之亦然。這樣，小時(shí)用水量變化較大也不會(huì)造成管網(wǎng)壓力有較大的波動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐，證明了變頻調(diào)速手段實(shí)現(xiàn)恒壓供水不僅保證廠(chǎng)內(nèi)自用高壓水壓力足夠且穩(wěn)定，而且保證了郫縣供水的平安可靠性。2.控制系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)有兩組變頻泵，每組均由一臺(tái)變頻器和一臺(tái)水泵組成；系統(tǒng)以PLC為控制核心，由PLC采集壓力信號(hào)和輸出控制變頻泵的運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。PLC處理器選用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器，變頻泵選用的是ABB公司的SAMISTAR系列的315F660/690型的變頻器和水泵。系統(tǒng)由兩只量程為0~1.0Mpa的壓力變送器分別檢測(cè)兩臺(tái)水泵后的輸水管道的壓力，壓力變送器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào)，送到PLC子站的模擬量輸入模板〔1771-IFE〕，通過(guò)PLC的PID運(yùn)算，由模擬量輸出模板〔1771-OFE〕輸出4~20mA的電流控制變頻泵的運(yùn)行。3.控制原理及功能實(shí)現(xiàn)3.1PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介我廠(chǎng)采用Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器通過(guò)DH+通訊方式構(gòu)建了全廠(chǎng)PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)DH+網(wǎng)絡(luò)上的RSView工作站實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)。RSView工作站是指運(yùn)行人機(jī)圖形界面軟件〔RSView32〕的計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)，該工作站建在中心控制室，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和運(yùn)行集中管理的調(diào)度中心。利用RSView32可以有效地對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制，可以實(shí)現(xiàn)圖形化的人機(jī)對(duì)話(huà)界面，模擬生產(chǎn)運(yùn)行的流程，在模擬流程上更加直觀(guān)地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的全自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)視、遠(yuǎn)程人工直接干預(yù)操作〔如PID指令運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定〕、控制環(huán)節(jié)報(bào)警監(jiān)視等功能?？刂平缑嫒鐖D2。3.2恒壓供水的控制原理SAMISTAR變頻器具有REMOTE和LOCAL兩種操作方式。LOCAL操作方式下，通過(guò)LOCALSTART/STOP開(kāi)關(guān)啟停變頻器，通過(guò)fREFLOCALINPUT0輸入端口的電位開(kāi)關(guān)人工調(diào)節(jié)變頻器工作頻率；通過(guò)LOCAL/REMOTE輸入點(diǎn)可以將變頻器切換到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通過(guò)REMOTESTART/STOP輸入點(diǎn)進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程啟停變頻器，通過(guò)fREFREMOTEINPUT0端口輸入頻率控制信號(hào)〔百分比〕控制變頻器工作頻率。根據(jù)供水量情況，我們把變頻器的工作頻率上限設(shè)定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在0~50Hz，在此范圍內(nèi)水泵運(yùn)行頻率和定子相壓成正比〔及與變頻器輸入頻率成正比〕，這使得變頻器輸入、水泵運(yùn)行頻率和泵的輸出壓力成較好的線(xiàn)形關(guān)系，可得到較好的控制效果。SAMISTAR變頻器對(duì)用戶(hù)開(kāi)放的I/0接口位于TERMINALBLOCKCARD上，主要使用的有：X11-1〔REMOTESTART/STOP〕；X11-4〔LOCAL/REMOTE〕；X11-13/14〔fREFREMOTEINPUT0、4~20mA信號(hào)輸入〕；X11-15/16〔輸出4~20mA變頻器運(yùn)行頻率信號(hào)〕；X11-17/18〔輸出4~20mA變頻泵運(yùn)行電流信號(hào)〕。變頻器由PLC遠(yuǎn)程控制時(shí)，啟動(dòng)是由PLC向X11-4輸出信號(hào)，使變頻器切換到外部設(shè)備控制方式〔REMOTE方式〕，再向X11-1輸出信號(hào)，啟動(dòng)變頻器。在恒壓調(diào)節(jié)時(shí)，PLC處理器把檢測(cè)到的壓力信號(hào)作為反應(yīng)值，與PID運(yùn)算的壓力設(shè)定值〔由調(diào)度人員根據(jù)情況在REView上設(shè)定〕進(jìn)行比擬，再經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過(guò)模擬量輸出模板〔1771-OFE〕輸出到X11-13/14，作為REMOTE方式下變頻器的頻率控制信號(hào)，由于該信號(hào)是相對(duì)變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算后轉(zhuǎn)為真實(shí)工作頻率。為了使三期變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)與全廠(chǎng)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行情況和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，更加平安可靠地實(shí)現(xiàn)恒壓供水，我們使用PLC進(jìn)行PID運(yùn)算和監(jiān)控。PID閉環(huán)反應(yīng)控制原理如圖3：PLC的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)通過(guò)該型處理器專(zhuān)用PID指令完成，通過(guò)設(shè)置各參數(shù)即可由PLC完成PID運(yùn)算調(diào)節(jié)。PID程序段流程如圖4。PID指令必須以相同的時(shí)間間隔周期性地執(zhí)行，可采用計(jì)時(shí)器，定時(shí)中斷或?qū)崟r(shí)采樣的等方法，此處選用了定時(shí)方法；PV是PID指令采樣的壓力控制反應(yīng)值，SP是PID指令的壓力控制設(shè)定值，KP為PID的比例增益，KI為PID的積分增益，KD為PID的微分增益，這五個(gè)控制參數(shù)作為主要的PID參數(shù)參與控制，確定PID參數(shù)時(shí)要兼顧系統(tǒng)靈敏性和穩(wěn)定性，由于我們恒壓控制要求和設(shè)備的性能條件，參數(shù)設(shè)定更強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性〔及KI〕，由于微分環(huán)節(jié)有放大噪聲的特點(diǎn)，我們將KD盡量設(shè)置得較小；SWM為PID指令轉(zhuǎn)為手動(dòng)直接調(diào)頻的開(kāi)關(guān)，SO設(shè)定為PID指令的在手動(dòng)控制輸出方式時(shí)的輸出值，當(dāng)變頻器從PID自控調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為手動(dòng)直接調(diào)頻時(shí)，SO替代PID運(yùn)算結(jié)果作為轉(zhuǎn)換時(shí)的輸出值，將SO設(shè)定為控制值就可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)換，減小變頻器運(yùn)行頻率的震蕩。DB為PID指令的死區(qū)設(shè)定值，輸出超出死區(qū)時(shí)PID指令通過(guò)自動(dòng)運(yùn)算限制輸出超出限定范圍。3.3相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn)為了防止運(yùn)行時(shí)由于壓力變送器不可預(yù)見(jiàn)的故障造成PLC的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)失實(shí)，從而造成管網(wǎng)壓力失恒引發(fā)失壓或爆管的嚴(yán)重事故。我們分別在1#和2#變頻泵后輸水管上安裝壓力變送器，可以同時(shí)測(cè)到出廠(chǎng)輸水管線(xiàn)上的壓力；在PLC程序上對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)的處理，在程序中設(shè)置選擇軟開(kāi)關(guān)，調(diào)度人員可以在RSView上將其中一臺(tái)壓力變送器的值設(shè)定為“控制反應(yīng)值”，另一臺(tái)壓力變送器的值那么設(shè)為“參考反應(yīng)值”〔見(jiàn)圖2：變頻恒壓供水系統(tǒng)控制圖形界面〔RSView工作站〕〕；對(duì)1#壓力和2#壓力值進(jìn)行比擬，相差0.1Mpa時(shí)，判斷為，其中一只壓力變送器出現(xiàn)故障，變頻器控制轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)程直接手動(dòng)調(diào)頻控制〔通過(guò)RSView設(shè)置運(yùn)行〕。壓力變送器正常工作時(shí)，“控制反應(yīng)值”經(jīng)過(guò)平均濾波處理后，分別比擬壓力報(bào)警上限和下限值，如果超出控制范圍，變頻器控制轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)程直接手動(dòng)調(diào)頻控制，否那么“控制反應(yīng)值”作為PID調(diào)節(jié)的參數(shù)PV。同時(shí)為了在就地手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)在控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變頻泵進(jìn)行開(kāi)?？刂坪瓦\(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視。我們?cè)谧冾l泵工作現(xiàn)場(chǎng)安裝了A-B公司的PanelView圖形工作終端，該工作終端提供圖形交互界面和觸摸輸入方式，以從站的方式與PLC進(jìn)行通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制命令的交換，提供就地監(jiān)控操作的通道。4.運(yùn)行效果分析4.1有效保證郫縣供水和我廠(chǎng)自用水壓力穩(wěn)定，提高我廠(chǎng)供水平安可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)采集的2001年某日我廠(chǎng)恒壓變頻泵出水壓力、頻率變化以及郫縣供水和自用水流量、管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)關(guān)系圖。從數(shù)據(jù)可看出郫縣小時(shí)供水量變化很大，如果采用定速泵進(jìn)行供水必然會(huì)導(dǎo)致頂峰供水時(shí)段內(nèi)管網(wǎng)供水壓力缺乏，夜間用水量較小時(shí)管網(wǎng)壓力過(guò)高，造成爆管現(xiàn)象。采用變頻恒壓控制后，變頻器的頻率隨郫縣用水量的變化而變化，及時(shí)調(diào)節(jié)我廠(chǎng)對(duì)郫縣供水量，從而使郫縣城區(qū)管網(wǎng)壓力在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化〔0.23-0.27Mpa〕。另一方面，雖然我廠(chǎng)自用水秒流量變化不大，但由于我廠(chǎng)自用水和郫縣供水為同一水泵加壓后，分作兩條支流，郫縣用水量的變化必然也會(huì)導(dǎo)致自用水壓力不穩(wěn)定，采用恒壓變頻控制方式，根本克服了這種變化因素。從上圖曲線(xiàn)也可看出，我廠(chǎng)自用水壓力根本恒定不變。這樣保證了我廠(chǎng)加氯水射器等重要設(shè)備的正常工作，保證了正常的消毒工藝流程，從而保證我廠(chǎng)出廠(chǎng)水水質(zhì)，提高我廠(chǎng)供水的平安可靠性。4.2高效節(jié)能通過(guò)采用變頻調(diào)速恒壓控制，可在不同季節(jié)、全天不同時(shí)段內(nèi)有效即時(shí)地調(diào)控水量，這樣在用水量較低時(shí)，大大節(jié)約供水量，減少電耗。在設(shè)定壓力內(nèi)跟隨用水量供水，防止了傳統(tǒng)供水方式的損耗，降低噸水消耗。4.3提高自動(dòng)化水平根據(jù)我廠(chǎng)建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的原那么“分散控制、集中管理、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守”，變頻恒壓供水技術(shù)的應(yīng)用提高了我廠(chǎng)自控系統(tǒng)的整體水平，真正作到了操作簡(jiǎn)便平安，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人職守，運(yùn)行平安可靠。1引言隨著變頻器技術(shù)的日益成熟，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、平安、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在小區(qū)供水和工廠(chǎng)供水控制中發(fā)揮了很大的作用。根據(jù)某洗衣機(jī)進(jìn)水電磁閥生產(chǎn)廠(chǎng)家的需要，為了給該廠(chǎng)電磁閥性能測(cè)試生產(chǎn)線(xiàn)提供基準(zhǔn)恒壓水源，本文利用PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)的全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng),能較好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，水壓精度較高。為了不浪費(fèi)水資源，系統(tǒng)還具有自動(dòng)水循環(huán)功能。2系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)原理恒壓供水的根本控制策略是:采用可編程控制器〔plc〕與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量,自動(dòng)補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值,既可以滿(mǎn)足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。圖1恒壓供水系統(tǒng)控制原理框圖變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機(jī)、供水管網(wǎng)、儲(chǔ)水箱、智能pid調(diào)節(jié)器、壓力變送器、plc控制單元等局部組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。其中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時(shí)變頻器還可作為電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，限制電機(jī)的啟動(dòng)電流。壓力變送器的作用是檢測(cè)管網(wǎng)水壓。智能pid調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的pid調(diào)節(jié)。plc控制單元那么是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時(shí)還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制，根據(jù)用水量的實(shí)際變化，自動(dòng)調(diào)整其它工頻泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。變頻器和plc的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng),消除了對(duì)電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命。3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用三套電機(jī)-水泵對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，每臺(tái)電機(jī)均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次僅有一臺(tái)電機(jī)工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選擇，變頻器根據(jù)實(shí)際水壓的變化,不斷地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速,通過(guò)調(diào)節(jié)流量到達(dá)恒定水壓的目的。另外,可編程序控制器根據(jù)當(dāng)前水泵的供水情況對(duì)其進(jìn)行合理切換,及時(shí)增泵和減泵，實(shí)現(xiàn)最正確匹配。3.1主控電路設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)的主電路由3臺(tái)電機(jī)分別為m1、m2和m3。接觸器km1、km2、km3分別控制電機(jī)m1、m2和m3變頻或工頻運(yùn)行，fr1、fr2、fr3分別為3臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)的熱繼電器，qs1、qs2、qs3、qs4分別為變頻器和3臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)，fu1為主電路的熔斷器，vvvf為通用變頻器。3.2智能pid調(diào)節(jié)器和變頻器接線(xiàn)圖變頻器選用三墾力達(dá)電氣的shf系列，功率分別為7.5kw，1.5kw和15kw，變頻器采用模擬量控制方式。通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)水泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。圖2為pid調(diào)節(jié)器和變頻器的接線(xiàn)圖。變頻器根據(jù)pid調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，及時(shí)調(diào)節(jié)輸出頻率，改變電機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水管網(wǎng)中的壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力值上。圖2pid調(diào)節(jié)器和變頻器接線(xiàn)圖3.3plc輸入/輸出地址分配根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)的分析，本系統(tǒng)選用中達(dá)電通公司的dvp60es00t2plc實(shí)現(xiàn)控制，共有60點(diǎn)輸入輸出，其中36個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)晶體管輸出點(diǎn)，交流供電，其環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標(biāo)均能滿(mǎn)足要求，附表為plc輸入/輸出地址分配表。附表plc輸入/輸出地址分配表4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括plc的程序設(shè)計(jì)和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定。這里主要討論plc的程序設(shè)計(jì)。plc的程序設(shè)計(jì)包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)，手動(dòng)局部是通過(guò)按鈕控制電機(jī)在工頻下運(yùn)行和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時(shí)用。中選擇開(kāi)關(guān)打到"自動(dòng)"時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)入自開(kāi)工作狀態(tài)，由plc和變頻器聯(lián)合控制各臺(tái)電機(jī)的投入或切除、工頻或變頻運(yùn)行方式。供水系統(tǒng)共有3臺(tái)泵組電機(jī)，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺(tái)數(shù)后，只有最初投入的電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，其它后投入的電機(jī)那么在工頻下全速運(yùn)行，泵組電機(jī)的切換過(guò)程由邏輯控制單元plc實(shí)現(xiàn)。圖3系統(tǒng)控制流程圖圖3為選擇p1泵為變頻泵，p2、p3泵為工頻泵時(shí)的plc狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。假設(shè)增泵順序?yàn)閜1、p3和p2，當(dāng)供水設(shè)備開(kāi)始工作時(shí)，先起動(dòng)變頻泵p1，當(dāng)管網(wǎng)水壓到達(dá)設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率那么穩(wěn)定在一定數(shù)值上。當(dāng)用水量增加時(shí)，水壓降低，壓力變送器把水管出口變化了的總管實(shí)際壓力信號(hào)變成4～20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入智能pid調(diào)節(jié)器,pid回路調(diào)節(jié)器經(jīng)運(yùn)算,得出調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率到達(dá)最大值〔50hz〕時(shí)，假設(shè)供水壓力仍不能使管網(wǎng)水壓到達(dá)設(shè)定值，延時(shí)20s后，pid調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)PLC控制單元起動(dòng)一臺(tái)工頻泵p3泵，假設(shè)管網(wǎng)水壓仍不能到達(dá)設(shè)定值，那么延時(shí)20s后，繼續(xù)起開(kāi)工頻泵。反之，當(dāng)用水量減少，供水壓力大于設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，變頻器的輸出頻率到達(dá)最小值〔30hz〕時(shí)，延時(shí)20s后，那么發(fā)出減少一臺(tái)工頻泵的命令，其他泵依次類(lèi)推。5結(jié)束語(yǔ)自行設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,本錢(qián)低廉，投入運(yùn)行以來(lái)，工作可靠，具有較好的控制效果。主要表達(dá)在:〔1〕系統(tǒng)供水壓力平穩(wěn)，壓力變化在0.01mpa以?xún)?nèi);〔2〕高效節(jié)能，系統(tǒng)有plc和變頻器管理，可有效解決不同用水量時(shí)電機(jī)輕載或空載時(shí)節(jié)能問(wèn)題;〔3〕整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，不需人員職守，故障時(shí)可以自動(dòng)保護(hù)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。〔4〕自動(dòng)水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了有效的節(jié)水。另外，系統(tǒng)采用plc控制，容易隨時(shí)修改程序，以改變工作狀況，滿(mǎn)足不同控制要求，有較大的靈活性和通用性，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。目前，變頻調(diào)速生活給水在建筑給水中應(yīng)用越來(lái)越廣，其主要原因是：

1、變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿(mǎn)足各種供水壓力的需要。在設(shè)計(jì)階段可以降低對(duì)供水壓力計(jì)算準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)殡S時(shí)可以方便地改變供水壓力。但在選泵時(shí)應(yīng)注意，泵的揚(yáng)程宜大一些，因?yàn)樽冾l調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應(yīng)太小，因?yàn)樗貌辉试S在低揚(yáng)程大流量下長(zhǎng)期超負(fù)荷工作，否那么應(yīng)加大變頻器和水泵電機(jī)的容量，以防止發(fā)生過(guò)載。

2、目前，變頻器技術(shù)已很成熟，在市場(chǎng)上有很多國(guó)內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充份的技術(shù)和物質(zhì)根底。變頻器已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)廣泛使用。任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合，即可實(shí)現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因?yàn)榻ㄖ┧膽?yīng)用廣泛，有些變頻器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠(chǎng)家把變頻供水控制器直接做在供水專(zhuān)用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。

3、變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。

由水泵－管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量，原那么上有二種方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開(kāi)大供水閥，流量上升；關(guān)小供水閥，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對(duì)于用水流量經(jīng)常變化的場(chǎng)合〔例如生活用水〕，采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。我國(guó)國(guó)家科委和國(guó)家經(jīng)貿(mào)委在《中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱》中把泵和風(fēng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)列為國(guó)家九五方案重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)工程。應(yīng)當(dāng)指出，變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水，只要其中一臺(tái)泵是變頻泵，其余全是工頻泵，可以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供水，在設(shè)計(jì)上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變〔因工況不變〕，并使之處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因?yàn)椴捎枚啾貌⒙?lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。

當(dāng)多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)采用具有自動(dòng)睡眠功能的變頻器，當(dāng)用水流量接近于零，變頻泵能自動(dòng)睡眠停泵，從而可以做到不用水時(shí)自動(dòng)停泵而沒(méi)有能量損耗，具有最正確的節(jié)能效果。

多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺(tái)變頻泵調(diào)速恒壓供水；當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升；當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用水流量進(jìn)一步增大，由變頻供水控制器控制，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵投入，該工頻泵提供的流量是恒定的〔工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量〕，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理投入。

在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當(dāng)用水流量下降，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降〔變頻器供電頻率下降〕；當(dāng)頻率下降到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊〔水力的或電流的沖擊〕。在投入時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，然后慢慢上升以滿(mǎn)足恒壓供水的要求。在超出時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿(mǎn)足恒壓供水的要求。上述頻率自動(dòng)上升，下降由供水變頻控制器控制。

另一種變頻供水模式通常叫做恒壓變量循環(huán)狀啟動(dòng)并先開(kāi)先停的工作模式。在這種供水模式中，當(dāng)供水流量少于變頻泵在恒壓工頻下的流量時(shí)，由變頻泵自動(dòng)調(diào)速供水，當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速，由變頻供水控制器控制把該臺(tái)水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接供電〔不通過(guò)變頻器供電〕。變頻器那么另外啟動(dòng)一臺(tái)并聯(lián)泵投入工作。隨用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動(dòng)投入。這就是循環(huán)軟啟動(dòng)投入方式。

當(dāng)用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵超出，并泵超出的順序按先投入先關(guān)泵超出的原那么由變頻控制器單板計(jì)算機(jī)控制。

由上述可見(jiàn)，對(duì)于變頻恒壓變量給水通常有兩種工作模式，一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)軟啟開(kāi)工作方式。在變頻泵固定方式中，各并聯(lián)水泵是按工頻方式自動(dòng)投入或超出的。因?yàn)樽冾l泵固定不變，當(dāng)用水流量變化，變頻泵始終處于運(yùn)行狀態(tài)，因此變頻泵的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。為了均衡各水泵的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)于變頻泵固定運(yùn)行方式，可以設(shè)計(jì)成變頻泵定時(shí)輪換運(yùn)行方式。即當(dāng)某一臺(tái)變頻泵運(yùn)行一定時(shí)間后，由變頻控制器控制變頻泵自動(dòng)進(jìn)行輪換。例如：開(kāi)始時(shí)1泵變頻，2－3泵工頻，當(dāng)1泵變頻運(yùn)行T時(shí)間后〔T可按序設(shè)定〕自動(dòng)輪換為2泵變頻，3－1泵工頻；在此狀態(tài)下運(yùn)行T時(shí)間后自動(dòng)輪換為3泵變頻，1－2工頻，……。如此反覆進(jìn)行定時(shí)輪換。

顯然，具有變頻泵自動(dòng)輪換控制的變頻恒壓變量供水系統(tǒng)，變頻泵是定時(shí)改變的，即任何一臺(tái)并聯(lián)泵都有可能成為變頻泵。由變頻恒壓變量供水理論可知，為了保證恒壓供水，變頻泵必須是各并聯(lián)泵中的最大者。為此，對(duì)于變頻恒壓供水并變頻泵自動(dòng)定時(shí)輪換的水機(jī)，各并聯(lián)水泵的大小應(yīng)相同以保證恒壓供水。

按變頻器工作原理，在運(yùn)行中的變頻器不允許在其輸出端進(jìn)行切換；否那么在切換過(guò)程中會(huì)使變頻器中的某些電子器件受到大電流沖擊而降低其壽命。在變頻泵自動(dòng)輪換過(guò)程中，要在變頻器的輸出端進(jìn)行切換；為了保護(hù)變頻器，在進(jìn)行自動(dòng)切換之前應(yīng)使變頻器停止運(yùn)行。在變頻器停止運(yùn)行的條件下，在其輸出端