基于變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：隨著現(xiàn)代話信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得變頻調(diào)速技術(shù)隨之出現(xiàn)，并且被各行各業(yè)廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中。同時，本技術(shù)被廣泛的應(yīng)用是因?yàn)樽冾l調(diào)速恒壓供水設(shè)備自身存在安全、水質(zhì)高、節(jié)能等優(yōu)勢和特色，并且其在日常生活中發(fā)揮出很大的作用，因此其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用非常普遍。本文主要是根據(jù)變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行原理，探索和分析了ABB ACS510的供水專用的變頻器的相關(guān)功能，以及探討了新型的恒壓供水系統(tǒng)的有關(guān)理念和設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1 傳統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)相關(guān)的基本原理概述

在一般情況下，隨著社會生產(chǎn)需求的不斷增加，從而也使得傳統(tǒng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)的社會生活中應(yīng)用非常廣泛，而這種供水系統(tǒng)的主要組織機(jī)構(gòu)部分有：水泵組、壓力儀表、循環(huán)軟啟動變頻柜、管路系統(tǒng)等。同時，該系統(tǒng)內(nèi)部中的變頻調(diào)速器、低壓電器，以及PLC部分構(gòu)成了變頻柜。而具體的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案如下圖1所展示的內(nèi)容。

從理論上來分析，通常情況下，利用變頻器是為了給整個系統(tǒng)中的電機(jī)提供一定的可變頻率的電源，并使得電機(jī)利用該系統(tǒng)發(fā)出的電來促使電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)中的水壓可以達(dá)到連續(xù)而變化的狀態(tài)。同時，通過利用傳感器來實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)水壓的檢測，并且利用對壓力單元原先設(shè)定好的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)用戶對系統(tǒng)中產(chǎn)生的水壓值的需求和期望[1]。其中，常規(guī)的控制有兩種。一種控制方式是通過在可編程控制器中輸入壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號之后，并且經(jīng)過可編程控制器自身的PID控制程序的一系列計算，最終實(shí)現(xiàn)把轉(zhuǎn)速控制信號傳遞給變頻器的過程。另外一種控制方式是在PID回路調(diào)節(jié)器中導(dǎo)入壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號，然后再由PID調(diào)節(jié)器在經(jīng)過自身調(diào)節(jié)器的計算之后，最終實(shí)現(xiàn)把給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號傳遞變頻器的過程。在通常的系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要利用一至三臺的水泵來實(shí)現(xiàn)對供水設(shè)備的控制，而在這其中有一至二臺的水泵是用來工作的，另外的一臺是用來以備不時需的。此外，在所有運(yùn)行的水泵中，有一臺水泵會被用來作為變頻泵。對于該水泵的具體的運(yùn)行原理大致如下：在整個系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)供水設(shè)備在正式進(jìn)行開始工作之前，需要首先啟動變頻泵的開關(guān)，并且當(dāng)系統(tǒng)中管網(wǎng)的水壓達(dá)到原先設(shè)定的規(guī)定值的最大范圍時，此時需要將其數(shù)據(jù)值穩(wěn)定在某個特定的范圍內(nèi)。同時，由于水壓值會隨著水量的不斷增加而逐漸的降低，而這一信號會被接收隨即被傳入到系統(tǒng)的可編程控制器中或者是PID調(diào)節(jié)器中，進(jìn)而經(jīng)過上述系統(tǒng)部件之后的信號會出現(xiàn)提示并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€比用水量增加前大的信號，最終出現(xiàn)變頻器的輸出頻率不斷上升，并且使得水泵轉(zhuǎn)動的速度變快，進(jìn)而出現(xiàn)水壓值持續(xù)升高的現(xiàn)象。此外，如果水泵中出現(xiàn)用水量增加的情況，促使其輸出的頻率不斷上升并到達(dá)最大值，但管網(wǎng)的水壓值卻還是無法到達(dá)最初設(shè)定的數(shù)值時，此刻就需要利用上述兩種方式來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行的控制、啟動一臺工頻泵。與之相反的是，如果出現(xiàn)用水量減少的情況，變頻器的輸出頻率值會達(dá)到最小，此時可編程控制器或者是PID回路調(diào)節(jié)器會提示減少一臺工頻泵[2]。

在上圖1所示的設(shè)計圖中，M1～M3是電機(jī)，P1～P3是水泵，JC1～JC6是電機(jī)上的開關(guān)、暫停，以及切換使用的交流接觸器部位。同時，通過根據(jù)變頻器實(shí)際的運(yùn)行情況來作分析，其轉(zhuǎn)速所需要用的控制信號主要是通過該系統(tǒng)中的可編程控制器而發(fā)出的，因此，需要在可編程控制器上設(shè)計出模擬量輸入接口和模擬量輸出接口的安裝部位，以此來改善這一問題。目前，雖然我國信息技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，但是在我國的市場上，存在的帶有模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器的數(shù)量還是比較少的，所以其的價格是非常昂貴的，這在無形中會提高了購買供水設(shè)備的預(yù)算成本[3]。但是，如果僅僅只是單純的設(shè)計出一個開關(guān)來控制輸入或輸出的可編程控制器，是不足以滿足社會生產(chǎn)的需求的，但是其總的經(jīng)濟(jì)成本也是同上者一致的。因此，在對變頻調(diào)速恒壓供水控制設(shè)備進(jìn)行前期的設(shè)計和規(guī)劃時，尤其是需要特別的注意對PID控制信號部分的設(shè)計，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)水，降低供水設(shè)備的目的。

2 新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

為了充分的改善PID調(diào)節(jié)器和可編程器的不足，并且擴(kuò)展其特色功能，越來越多的公司開始開發(fā)更多的新型的變頻器，從而促使了越來越多帶有應(yīng)用軟件的新型變頻器在人們的日常生活中廣泛的出現(xiàn)。本文主要以華為的TD2100供水專用變頻器為例，并作出相關(guān)介紹。

2.1 ABB ACS510供水專用變頻器主要功能

ABB ACS510供水專用變頻器是集合供水控制和供水管理于一體的系統(tǒng)，并且其自身的PID調(diào)節(jié)器可以簡單、便捷的構(gòu)成供水的閉環(huán)系統(tǒng)，其主要的功能有如下幾個方面：

（1）多種供水種類和方式的選擇，能夠保證四臺泵可以實(shí)現(xiàn)變頻循環(huán)和自由切換的功能。此外，由于該系統(tǒng)存在著循環(huán)泵方式和固定泵方式兩種切換方式，以及另外的先啟先停和先啟后停，并且所有的生產(chǎn)過程都是可以從這幾種方式間進(jìn)行合理的搭配選擇。

（2）選擇固定的時段進(jìn)行壓力設(shè)置。該系統(tǒng)劃分了六段定時壓力給定設(shè)置，并且通過利用生活供水的壓力和流量變化，最終實(shí)現(xiàn)用戶的滿足需求。

（3）固定的進(jìn)行輪流和交換。該系統(tǒng)的主要特色是可以利用其定時輪換的功能來實(shí)現(xiàn)有效地控制和管理備用泵在長期不用的情況下而生銹的現(xiàn)象，從而來降低設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的綜合利用。

（4）實(shí)現(xiàn)對排污泵的控制。該功能主要是由于變頻器自身帶有的霧水檢測液位的傳感器，因此，一旦出現(xiàn)泵房內(nèi)部的污水到達(dá)所設(shè)定的最高警戒水位時，該系統(tǒng)便會自動開啟的實(shí)現(xiàn)排污、控制的功能。

（5）故障自動電話撥號功能。該功能可以在系統(tǒng)或者變頻器出現(xiàn)故障時，通過自身的通信接口來實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的信號連接，以此來撥動原先設(shè)定的電話號碼，從而來通知相關(guān)的維修人員進(jìn)行處理。

2.2基于ABB ACS510供水專用變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

通過在ABB ACS510供水專用變頻器的恒壓供水系統(tǒng)中增加PID運(yùn)算，可以有效的減少可編程控制器的內(nèi)部存儲量，而且可以有效的控制PID的有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)在線上調(diào)試和運(yùn)行的難度。此外，該系統(tǒng)的設(shè)計有效的降低了購買設(shè)備時的經(jīng)濟(jì)成本和生產(chǎn)成本，同時又有力的提高了企業(yè)生產(chǎn)的社會效率。因此，利用優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器算法的方式，可以確保水壓調(diào)節(jié)能夠平穩(wěn)和水壓反饋值的準(zhǔn)確。

3 總結(jié)與展望

通常情況下，變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備是自帶的可編程控制器有輸入或者輸出兩種形式，此外還包括PID調(diào)節(jié)器，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，對于PID算法進(jìn)行編程還是比較困難的，而且該設(shè)備的購買成本較高，調(diào)試的難度也大。但是，隨著我國現(xiàn)代化社會的改革進(jìn)程不斷深入，促使了我國的信息技術(shù)得到了充分的發(fā)展，從而也對變頻器的功能進(jìn)行了更大程度的開發(fā)，并且通過該技術(shù)的進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)對變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備設(shè)計的完善和創(chuàng)新，從而為人們的生活帶來更多的方便。另外一方面，由于變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備自身的投資額度較小，且系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制安全、可靠，而設(shè)備的體積小，使得其占地面積也小。同時，該設(shè)備具有節(jié)電節(jié)水、自動化程度高、操作便捷等方面的優(yōu)勢。因此，在日常的生活中，變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備更多的被應(yīng)用于住宅小區(qū)及其高層建筑生活消防供水系統(tǒng)中，并且充分的發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張學(xué)輝，程顯吉，韓培成.基于PLC及變頻器的恒壓供水實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)[J].科技信息，2011，09：99-100.

[2]熊建國.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[3]彭旭昀.一種基于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2005，10：61-63+105.