變頻恒壓供水系統設計

鄧 映 鑫

(長安大學電子與控制工程學院，陜西 西安　710021)

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變頻恒壓供水系統設計

鄧 映 鑫

(長安大學電子與控制工程學院，陜西 西安710021)

根據變頻恒壓供水系統設計原理，介紹了該供水系統的設計方案，從技術指標、安裝調試、使用方法、遠程監控等環節，闡述了變頻恒壓供水系統的操作要點，實現了節能、經濟、高效的供水目標。

供水系統，變頻器，水泵，電壓

0　引言

目前，在建筑給水系統中常用的給水方式有直接給水方式、單設水箱的給水方式、設儲水池和水泵的給水方式、水泵水箱聯合給水方式、氣壓給水方式和變頻恒壓給水方式。而其中的變頻恒壓給水方式具有高效節能、用水壓力恒定、延長設備使用壽命和功能齊全等優點，通過改變水泵電機轉速的方式對供水量和壓力進行調節，可以實現對供水的較精確控制。

1　設計原理框圖

如圖1所示，本設計采用閉環控制方式。壓力檢測點設置于水泵出口處，在檢測點處設置壓力傳感器，將現場壓力值經遠傳壓力表返回到給定信號值處，經比較后，偏差信號通過PID調節器調節后送入變頻器，變頻器通過改變水泵電機的電壓和頻率值改變水泵轉速，使檢測點處壓力值基本保持不變，進而達到恒壓供水的目的。

2　設計方案

現擬設計一供水量在20 m3～30 m3之間，揚程在50 m～70 m之間，始終由單臺泵供水，具有主備泵的變頻恒壓供水系統。

本設計擬采用OMRON CPM1A型的30點形式的PLC作為控制器，富士FRN11VG7S-4C型變頻器作水泵電機的調速控制。

2.1主電路及控制電路

設計如圖2所示主電路圖，圖中M1，M2為帶動水泵的電動機，采用低壓斷路器QF1控制進出線電源，QF2用于保護變頻器，用KM1實現變頻器的啟停控制，QF3用于保護PID調節器，PID調節器將遠傳壓力表采集的現場信號處理后送入變頻器。電機M1和M2在變頻情況下與變頻器連接，通過KM2和KM4的控制實現啟停，可通過一個萬能轉換開關K控制變頻器的FWD和REV端子，實現電機正反轉控制，變頻器通過調節頻率改變電機轉速，實現變頻恒壓供水目的。工頻情況下，電機M1和M2分別通過QF4和QF5與工頻電源直接連接，通過KM3和KM5實現啟停控制。低壓短路器可實現對電機的短路和欠電壓保護等功能；熱繼電器FR1和FR2起過載保護作用。

本設計有自動和手動兩種模式控制，其中手動模式用于在工頻交流電下測試水泵電機的完好性。

如圖3所示，在控制電路中，PLC根據相應口的輸入信號控制輸出信號，實現自動控制水泵的啟停、變頻/工頻運行、運行指示、故障報警等。

1)自動模式：通過自動/手動模式選擇旋鈕SA1將控制系統設置為自動模式，自動模式下，按下變頻器啟停按鈕SB1后啟動變頻器，按下啟動按鈕SB2后水泵電機即可接入變頻器變頻運行，實現變頻恒壓供水。可通過主備泵切換旋鈕SA2切換主泵和備泵。

2)手動模式：通過自動/手動模式選擇旋鈕SA1將控制系統設置為手動模式，手動模式下，分別通過1號泵啟動按鈕SB4和停止按鈕SB5控制1號泵的啟停；通過2號泵啟動按鈕SB6和停止按鈕SB7控制2號泵的啟停，將水泵電機接入工頻電網下運行，用于測試水泵電機性能。

3)故障自投：自動模式下，兩水泵分別為主泵和備泵。若運行時主泵發生故障，立即切斷相應電機電源，備用電機解除備用狀態，延時30 s，自投。

4)各種指示及報警：HL1為變頻器正常工作指示燈，HL2，HL4分別為2臺水泵變頻情況下正常工作指示燈，HL3，HL5分別為2臺水泵工頻情況下正常工作指示燈，HL6和HL7分別為2臺水泵故障指示燈，HL8為變頻器故障指示燈，HA為故障警鈴。

PLC的I/O分配表設計如表1所示。

表1　I/O分配表

2.2梯形圖

梯形圖設計如圖4所示。通過圖4，可實現變頻器和水泵電機的啟停、自動和手動模式選擇、主備泵選擇、故障信號處理等功能。

3　操作使用說明

本系統以VVVF變頻器、PLC和PID調節器為中心控制器件，組成閉環調節系統，控制水泵的運行，保證用戶水壓恒定。一共設置2臺水泵，1臺為工作泵，另1臺為備用泵，兩泵的工作狀態可

以在任意時刻進行切換。讓2臺電動機分時工作，并且在工作泵出現故障時，備用泵能在短暫延時后自行啟動。

3.1主要技術指標

1)額定電壓和頻率：380 V/220 V；50 Hz；2)備用泵投入工作延時時間：30 s。

3.2安裝調試方法

1)在安裝前檢查性能，合上低壓斷路器開關，變頻器、PLC和PID調節器電源指示燈亮。2)選擇手動模式，水泵電機在工頻電壓下運行，檢測電機是否完好。3)切換為自動模式，按下相應按鈕啟動變頻器和工作水泵，相應指示燈亮，變頻器根據遠傳壓力表所檢測的現場水壓信號調節輸出頻率，控制水泵電機的轉速，實現變頻恒壓供水。檢查運行情況，若一切正常運行，再設置人為故障，此時警鈴報警。然后檢查另一水泵能否經過30 s延時后自投。4)在1臺泵工作若干小時后進行主/備泵切換，看切換能否正常進行，若能自動切換，則說明設計成功。

3.3使用方法

1)手動和自動模式切換：旋鈕SA1為自動和手動模式切換旋鈕，若不進行操作，默認自動模式。2)主泵和備泵切換：旋鈕SA為主泵和備泵切換旋鈕，若不進行操作，默認1號泵為主泵，2號泵為備泵。3)手動啟停：按鈕SB5和SB6可分別實現手動控制1號泵啟動和停止，按鈕SB7和SB8可分別實現控制2號泵的啟動和停止。4)各種指示燈及警鈴：指示燈HL1為變頻器的工作指示燈；HL2，HL4分別為1號泵和2號泵的變頻運行狀態下的工作指示燈；HL3，HL5分別為1號泵和2號泵的工頻運行狀態下的工作指示燈；指示燈HL6和HL7分別為1號泵和2號泵的故障指示燈；指示燈HL8為變頻器頻率越限故障指示燈；警鈴HA為1號泵和2號泵的故障報警指示。

3.4遠程監控

操作人員可在控制室對控制系統試下遠程監測與控制，人機界面友好，系統工作穩定、安全、高效、經濟，可實現建筑設備的自動化控制和管理。

4　結語

在選擇供水方式時，應考慮如市政供水的水壓、水量情況、建筑物的規模、當地供電可靠性及用戶要求等方面的因素。兼顧各個方面來看，目前，變頻恒壓供水是一個較為經濟合理、技術運行可靠且安全的供水方式，適合大力推廣。

[1]秦春鶯.高層建筑給水設計探討[J].山西建筑,2005,31(1):98-99.

[2]張承慧,崔納新,李珂.交流電機變頻調速及其應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3]徐德，張明軍.雙泵恒壓供水變頻調速PLC控制系統[J].山東工業大學學報，1998，28(3):272-275.

On design for variable frequency and constant pressure water supply system

Deng Yingxin

(Chang’anUniversity,SchoolofElectronicandControlEngineering,Xi’an710021,China)

According to the design principle for the variable frequency and constant pressure water supply system, the paper introduces the design scheme of the water-supply system, illustrates its operation points from the technical indexes, installation and adjustment, utility methods, and remote inspection, and realizes the energy-saving, economical and effective water-supply aims.

water-supply system, frequency changer, pumper, voltage

1009-6825(2016)23-0140-02

2016-06-01

鄧映鑫(1992- )，男，在讀本科生

TU991

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