淺談恒壓供水系統

摘 要：隨著社會經濟的飛速發展，城市建設規模的不斷擴大，人口的增多，以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數量、質量、穩定性提出來越來越高的要求。無人值守泵站的全自動變頻恒壓供水也日趨普遍，本系統主要介紹有三臺機泵組成的泵站變頻調控系統，實現變頻、恒壓、無級調速。

關鍵詞：富士FRN55P11S-4CX變頻器；施耐德PLC；恒壓供水

1 變頻器恒壓供水調速系統的理論模型

源水由凈水廠過濾、凈化等工序處理完成后，送入泵站凈水池，經水泵加壓輸出到用戶管網。加壓泵站的管線輸出口裝有壓力傳感器，用來檢測管線出口壓力，并將壓力信號傳輸給變頻器內部的PID運算器，變頻器內部PID運算器將此信號與原設定值進行比對后，輸出控制信號，控制變頻器頻率，從而改變加壓水泵轉速，進而達到穩定管網水壓的目的。

利用PLC和變頻器來實現恒壓供水的自動控制，現場壓力信號的采集由壓力傳感器完成。整個系統可由電腦利用工控組態軟件進行實時監控。

變頻恒壓供水系統中，水泵是控制對象；保持管網恒定水壓是控制目標；壓力信號的閉環反饋是控制的方法。文章所討論的供水系統由3臺水泵機組、1臺PLC和2臺變頻器組成。水泵可變供電回路由工頻回路和變頻回路組成。通過變頻器內置PLC控制器將各個水泵按照設定的順序，有序的投入或者停止運行，使整個供水回路處于最佳的配置狀態。

2 控制單元

2.1 供水壓力的閉環調節

加壓泵站管線的出口壓力通過壓力傳感器采集并傳輸給變頻器，再經變頻器內部的A/D轉換模塊，將采集的模擬量轉換成可用來計算的數字量，變頻器內部的PID控制模塊，將此數字量與預先設定的壓力值進行比較，比較后的數據處理結果，以改變變頻器頻率的方式輸出。用戶用水量增大時，管線壓力極具下降，就會出現一臺變頻器不夠用的情況，這就需要有一臺或者多臺變頻器工頻運行，一臺變頻運行，由PLC配合控制各個交流接觸器，切換各電機運行狀態，維持管網壓力穩定。

2.2 保護環節

在日常工作當中，要對控制電路當中的電壓、電流進行實時監測，由PLC判斷并作出保護動作。

（1）電網過電壓保護。

（2）電機過電流或過熱保護。

（3）變頻器內部故障動作。

3 供水自動控制系統總體方案解說

（1）系統的運行方式分為手動、自動兩種，他們由一個轉換開關控制操作。PLC對此轉換開關的狀態進行實時監測。手動時，由工人通過對面板上的按鈕和開關，進行水泵的啟停操作；自動時，PLC先控制一臺變頻器啟動，與此同時，管線出口的壓力傳感器將壓力信號反饋給變頻器，并與設定壓力進行比較，經過變頻器內部PID運算，調節變頻器輸出頻率。

（2）用戶用水量高峰時期，用水量加大，管線壓力下降，變頻器輸出頻率已為設定最大頻率而管線出口壓力扔達不到壓力設定值時，PLC將當前工作的變頻泵切換到工頻工作，另一臺水泵變頻工作。實現一臺工頻一臺變頻的雙泵供水。用水需求減小時，變頻器的輸出頻率下降，當下降到頻率下限，壓力仍為設定值時，PLC切除變頻泵，原工頻水泵變頻運行，以控制管網壓力與給定壓力保持一致，維持恒壓供水。

4 主要電路

（1）運行時，KM0閉合，M1變頻運行。

（2）當變頻器頻率提升到了設定最大值時，輸出一個頻率上限信號，給控制PLC，控制PLC控制KM0斷開，KM1閉合，將M1改為工頻運行，同時，閉合KM3，使M3變頻啟動。

（3）如果變頻器運行到頻率下限，輸出一個頻率下限信號給PLC，PLC控制KM1、KM3斷開，KM0閉合，只剩1號變頻工作。

5 控制電路

PLC的Q2～Q6五個輸出信號口分別分配給M1、M3工頻、變頻工作，M2變頻工作；Q0、Q1控制兩臺變頻器的啟停；I4～I7分別檢測兩個變頻器的極限頻率；I1作為緊急停車按鈕，控制整個系統全線停車；I3檢測變頻器手動/自動工作方式；I11、I12分別檢測壓力傳感器的上下限信號。

F1變頻器的U、V、W輸出端經一個接觸器后，接M1泵電機，F2變頻器的U、V、W輸出端鏈接M3泵電機，M1、M3泵電機再分別經過兩個交流接觸器并聯到工頻電源上，這四個接觸器由PLC控制，對變頻器進行工頻、變頻切換工作。

6 結束語

文章以有三臺水泵機組的無人值守泵站為基礎，全面闡述了一套由多臺水泵機組、變頻器、遠傳壓力表、可編程控制器等主要設備組成的全自動恒壓變頻供水系統，變頻恒壓供水能夠克服傳統供水效率低、手動、人為參與等缺點，有節能高效、穩定、自動化程度高、維護方便的特點。

參考文獻

[1]王建，徐洪亮.富士變頻器入門與典型應用[M].中國電力出版社，2008.

[2]曾繁玲.施耐德PLC、變頻器入門與應用實訓[M].中國電力出版社，2011.