變頻恒壓自控供水系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

摘 要：本文簡述了采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自控供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，又介紹了變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，簡單闡述了工變頻相結(jié)合的恒壓供水工控系統(tǒng)，并介紹了該系統(tǒng)在城市建設(shè)中的重要作用及今后發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓補(bǔ)水；PLC系統(tǒng)；電動(dòng)機(jī)；自動(dòng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.186

0 引言

伴隨著近幾年我國房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展和我國各級城市城鎮(zhèn)化速度的加快，以及我國工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市建設(shè)的飛速發(fā)展、城市人口顯著增多，人們對生活水平的要求也不斷提。對城市的供水系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)及消防系統(tǒng)的要求逐漸增高，對系統(tǒng)的質(zhì)量、穩(wěn)定性等要求的也越來越高。再加上現(xiàn)階段我國能源緊缺，城市污染嚴(yán)重，所以利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)以及信號反饋技術(shù)結(jié)合電機(jī)動(dòng)力技術(shù)，設(shè)計(jì)出性能高、節(jié)能性強(qiáng)又能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。

現(xiàn)階段大多數(shù)變頻器恒壓自控供水系統(tǒng)大致由外部控制臺安裝的可調(diào)節(jié)控制器、控制柜內(nèi)的編程變頻器、一臺或多臺水泵組成的電機(jī)組、遠(yuǎn)程壓力信號傳感器、和控制柜等電器元件構(gòu)成。系統(tǒng)大多數(shù)采用一臺變頻器拖動(dòng)一主一備雙泵體形式，也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)一臺變頻器拖動(dòng)一臺或者托動(dòng)多臺電機(jī)泵體，主要根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)計(jì)而定。該系統(tǒng)以供水系統(tǒng)管道出口的水壓為控制目標(biāo)和檢測反饋信號的對象，通過設(shè)計(jì)的自控供水系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)供水主管道的實(shí)際供水壓力穩(wěn)定在需求設(shè)定的供水壓力。因此，簡單來說變頻恒壓自控供水系統(tǒng)的目標(biāo)就是使供水管道出口供水實(shí)際壓力穩(wěn)定在需求組設(shè)定的供水壓力上，當(dāng)實(shí)際供水壓力低于或者高于設(shè)定壓力，遠(yuǎn)傳壓力信號傳感器反饋的信號會(huì)按比例轉(zhuǎn)換成電壓或者電流反饋給系統(tǒng)的主體可編程變頻器，隨即變頻器會(huì)根據(jù)反饋信號的大小自動(dòng)增高或降低當(dāng)前的輸出頻率使輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大或降低，從而提高或降低供水壓力，當(dāng)然變頻器的此種調(diào)節(jié)是根據(jù)反饋的信號大小，即實(shí)際壓力與設(shè)定壓力的差值來調(diào)節(jié)輸出頻率值的，可以根據(jù)需要設(shè)定變頻器調(diào)節(jié)輸出頻率的下限跟上限值。當(dāng)反饋頻率達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)變頻器會(huì)自動(dòng)停止輸出頻率使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這種調(diào)節(jié)過程可被重復(fù)執(zhí)行，總使供水管道出口的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力一直保持相對平等狀態(tài)。

由于變頻器自控補(bǔ)水系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，設(shè)備也比較繁瑣，所以介紹變頻控制電機(jī)水泵的恒壓供水系統(tǒng)重點(diǎn)并做簡要分析：

1 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路

在變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用一臺變頻器連接單一電動(dòng)機(jī)或者幾臺電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)階段大多的恒壓供水系統(tǒng)都采用一拖二的方式，即一臺電機(jī)與變頻輸出電源連接作為主泵，另一臺電機(jī)通過控制線路連接變頻器TA、TB兩個(gè)常開觸點(diǎn)，并進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)實(shí)際壓力值遠(yuǎn)低于設(shè)定壓力值時(shí)備用泵就會(huì)啟動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意各個(gè)電機(jī)的輸入電流前面需要接入一個(gè)斷路保護(hù)器，用來實(shí)現(xiàn)變頻器的工頻狀態(tài)的電機(jī)過流、過熱保護(hù)。電機(jī)當(dāng)前的工作電壓和電流可在變頻器面板上查看，在試運(yùn)行行發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向與設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子（U， V， W）的任意兩相即可，盡量不要通過變頻器的FWD跟REV來調(diào)節(jié)，一定注意對于有工/變頻轉(zhuǎn)換的兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，必須要保證在工頻拖動(dòng)和變頻拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性。

2 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的基本控制方式與編程

變頻器的起動(dòng)和停止主要采用變頻器的控制面板完成，在操作中無論是變頻器自帶的控制面板上的運(yùn)行和停止鍵（FWD、REV）或者是外控端的啟動(dòng)鍵一定要與使用轉(zhuǎn)向一致。在設(shè)計(jì)時(shí)如果該系統(tǒng)輸入、輸出電流過大一定要按照設(shè)計(jì)要求采用相應(yīng)規(guī)格的電纜并做電磁隔離和強(qiáng)弱電間的保護(hù)程序，在交流接觸器之間采用中間繼電器胡鎖程序來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電之間的隔離以方便控制，對系統(tǒng)保護(hù)。所有控制電路之間要存在互鎖關(guān)系，利用組內(nèi)互鎖和組間互鎖兩種關(guān)系，嚴(yán)禁出現(xiàn)幾臺電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作和一臺電動(dòng)機(jī)同事接在工頻電源和變頻電源的情況。變頻器控制恒壓供水系統(tǒng)還需要根據(jù)所應(yīng)用場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，一般最主要的即輸入設(shè)定壓力、輸入啟動(dòng)頻率、啟動(dòng)方式、上下限頻率等，還可根據(jù)拖帶水泵方式選擇中間繼電器來實(shí)現(xiàn)控制多臺水泵機(jī)的運(yùn)行方式。在進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)閥門和當(dāng)前工作狀態(tài)，以及故障狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，這些可以根據(jù)與變頻器輸出端子相聯(lián)的中間繼電器或者連接輸出電流的交流接觸器的常開觸點(diǎn)的斷開/閉合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)指示燈的點(diǎn)亮和熄滅，顯示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)的工作狀態(tài)或故障狀態(tài)。

3 變頻器恒壓供水系統(tǒng)遠(yuǎn)程壓力信號傳感器的設(shè)計(jì)

變頻器的反饋信號的輸入是依據(jù)遠(yuǎn)程壓力傳感器檢測的管網(wǎng)壓力信號，一般以標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)過的遠(yuǎn)傳壓力表的0～l0V的電壓信號或以4～20mA電流信號進(jìn)行傳輸?shù)摹０凑兆冾l器要求一般接到V+、VI、GND實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號的反饋：控制系統(tǒng)原件的設(shè)計(jì)除了要考慮所需端子數(shù)目外，還要考慮控制系統(tǒng)實(shí)際需求外，要留有一定的余量，必要時(shí)可加外接繼電器控制和接線端子，以為新設(shè)備的加入或設(shè)備調(diào)整留有余地。現(xiàn)階段的變頻器主程序的現(xiàn)場編程工作基本由廠家安裝技術(shù)人員完成，除了需要對恒壓供水模擬量（壓力）設(shè)定外，還需要對變頻器設(shè)置系統(tǒng)的反饋信號方式、反饋信號模擬量比例系數(shù)、啟動(dòng)頻率、控制方式、運(yùn)轉(zhuǎn)方式、主副泵供水方式等設(shè)定以構(gòu)成一套完成可操作的PLC恒壓供水控制系統(tǒng)。

隨著我國城市建設(shè)中各種工程的技術(shù)發(fā)展以及變頻器被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)的能量日益緊缺，城市污染越來越重，在這種情況下，變頻恒壓自控供水系統(tǒng)的使用已經(jīng)涉及各種供水、供暖領(lǐng)域，當(dāng)然也對變頻恒壓自控供水系統(tǒng)的技術(shù)提出更高的要求。同時(shí)研究方向日趨走向節(jié)約能源于便于監(jiān)控操作。所以變頻器恒壓自控供水系統(tǒng)技術(shù)在先階段工程領(lǐng)域使用的過程中，仍然有必要對其進(jìn)行更深入的研究。

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作者簡介：紀(jì)思駿（1990-），男，山東蓬萊人，本科，助理工程師，研究方向：采暖鍋爐，從事的工作：高校后勤技術(shù)員。