變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究

楊微

摘 要：傳統(tǒng)供水的方式主要有市政直接供水、天臺(tái)供水等。市政直接供水方式的缺點(diǎn)主要是不能保持管道中水壓的恒定，會(huì)影響部分設(shè)備，使其不能正常工作；天臺(tái)供水的缺點(diǎn)則是樓體壓力大，水質(zhì)易受二次污染，基建投資多、耗能大等。而恒壓供水是國(guó)民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)，這種方式改善了前兩種方式的缺點(diǎn)，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行，根據(jù)用戶的實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)中的壓力，從而減少了跑水、漏水現(xiàn)象，使供水系統(tǒng)運(yùn)行更可靠。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻調(diào)速；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.265

在實(shí)際的生產(chǎn)、生活中，用戶的用水量通常是變化的，所以會(huì)經(jīng)常發(fā)生供水過(guò)剩或者供水不足的情況。這種用水量和供水量之間發(fā)生的不平衡現(xiàn)象通常通過(guò)供水壓力表現(xiàn)出來(lái)，即用水量多而供水量少，則供水壓力低；用水量少而供水量多，則供水壓力大。為了保證用戶的用水質(zhì)量、使供水量和用水量之間保持平衡，保持供水壓力恒定（即恒壓供水）、實(shí)現(xiàn)用戶用水多時(shí)供水也多、用水少時(shí)供水也少，成為了供水系統(tǒng)的必須要遵守的行業(yè)規(guī)則。

節(jié)能減排一直是各行各業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，各種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的應(yīng)用更加廣泛，前景更加明朗。在變頻調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，變頻器成為了該行業(yè)中節(jié)能減排、綠色環(huán)保的重要設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)日益成熟，且在現(xiàn)代工業(yè)、民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。利用其內(nèi)部包含用的PID調(diào)節(jié)器、PLC等器件有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)，則更大程度地調(diào)節(jié)了水泵輸出流量，保證了恒壓供水[1]。

1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)是由變頻器、壓力傳感器、PLC等裝置構(gòu)成來(lái)控制管道中水量的系統(tǒng)[2]。壓力傳感器安裝在管網(wǎng)的干線上，以便于反饋管網(wǎng)中的水壓大小，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為變頻器中可用的電信號(hào)（4～20 mA的電流或是0～10V的電壓信號(hào)）。變頻器將恒壓供水時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的目標(biāo)值與壓力傳感器反饋回來(lái)的電流信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)改變輸出的頻率信號(hào)（一般為0～50Hz），以調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證管網(wǎng)中的壓力恒定。整個(gè)系統(tǒng)采用PID控制，進(jìn)行閉環(huán)控制。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的主電路

變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的主電路接線圖如圖1所示。

接觸器KM0和KM1控制1號(hào)水泵（M1）的變頻與工頻運(yùn)行；接觸器KM2和KM3則控制2號(hào)水泵（M2）的變頻與工頻運(yùn)行；接觸器KM4和KM5控制3號(hào)水泵（M3）的變頻啟動(dòng)。其中3號(hào)水泵（M3）沒有連接工頻運(yùn)行。

2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的交流接觸器與PLC控制系統(tǒng)

變頻恒壓供水系統(tǒng)的交流接觸器控制回路接線圖如圖2所示。具體工作過(guò)程如下：

（1）整個(gè)變頻恒壓供水系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，KM0閉合，1號(hào)水泵（M1）實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。

（2）當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率高于目標(biāo)值時(shí)，則輸出一個(gè)上限信號(hào)，（若此時(shí)水壓不夠） PLC接收到上限信號(hào)后將1號(hào)水泵（M1）從變頻運(yùn)行狀態(tài)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)，KM0斷開KM1閉合，同時(shí)KM2閉合，2號(hào)水泵（M2）實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。

（3）如果再次接收到變頻器的上限輸出信號(hào)，（若此時(shí)水壓還不夠）則KM2斷開，KM3閉合，2號(hào)水泵（M2）從變頻狀態(tài)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)KM4閉合，3號(hào)水泵（M3）變頻運(yùn)行。

（4）若水壓過(guò)高，此時(shí)變頻器輸出頻率已經(jīng)很低，則輸出下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM4、KM3，使其不作用，開啟KM2，使其閉合，2號(hào)水泵變頻運(yùn)行。

（5）若再次收到下限信號(hào)（說(shuō)明水壓高）就關(guān)閉KM2、KM1，使其不起作用，閉合KM0，只剩1號(hào)水泵變頻運(yùn)行。

Y21～Y26分別控制接觸器KM0～KM5。KM0與KM1、KM2與KM3、KM4與KM5之間分別實(shí)現(xiàn)互鎖，目的是防止每組接觸器同一時(shí)間閉合而導(dǎo)致變頻器的輸出端接入電源輸出端，從而燒壞變頻器。

3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻控制回路

本文利用PLC開關(guān)量輸入/輸出模塊來(lái)控制變頻器拖動(dòng)水泵電機(jī)運(yùn)行。PLC控制接線圖如圖3所示，變頻器控制回路接線圖如圖4所示。

變頻器啟動(dòng)運(yùn)行靠PLC的Y0控制。變頻器的輸出端子FU、OL將檢測(cè)到的頻率上、下限信號(hào)送至PLC的輸入端子X4、X5。PLC的輸入端子X3為手動(dòng)/自動(dòng)切換信號(hào)。

在變頻器的輸入端子RT進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換調(diào)整時(shí)，PLC的輸出端子Y1來(lái)輸出信號(hào)，決定PID控制是否有效。跳閘報(bào)警端子與PLC的X2、COM端相連，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，跳閘報(bào)警輸出端檢測(cè)到信號(hào)，送至PLC， PLC立即控制Y0斷開，停止輸出。

PLC輸入端SB1為起動(dòng)按鈕，SB2為停止按鈕。SA1為手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)，SA2～SA7為手動(dòng)控制變頻/工頻的啟動(dòng)和切換開關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要采用變頻器、PLC、壓力傳感器等，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行恒壓調(diào)速。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可以根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的管網(wǎng)中的壓力而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及多臺(tái)水泵電機(jī)的啟動(dòng)與停止，從而使管網(wǎng)中用戶端保持在恒定的水壓，使供水系統(tǒng)始終高效運(yùn)行，既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的效果又保護(hù)了管網(wǎng)的供水環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊柏松，熊建斌，李長(zhǎng)庚.基于變頻器內(nèi)置PID模塊的恒壓供水系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23（10）：161-165.

[2]黃華.變頻技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.