關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析

王建榮 陳曉磊

摘 要：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，根據(jù)水壓的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加減泵，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

關(guān)鍵詞：可編程控制器;變頻調(diào)速;恒壓供水

在居民生活用水、工業(yè)用水、各類自來水廠、油田、油庫、鍋爐定壓供熱和恒壓補(bǔ)水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中，如果采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設(shè)備，不單占地面積和設(shè)備投資大，維護(hù)困難，且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水的量的隨機(jī)性，采用傳統(tǒng)方法難以保證供水的實(shí)時(shí)性，且水泵的選取往往是按最大供水量來確定，而高峰用水時(shí)間較短，這樣水泵在很長一段時(shí)間內(nèi)有較大余量，不僅水泵效率低，供水壓力不穩(wěn)，而且造成大量電力浪費(fèi)。 而基于PLC和變頻器采用串行總線方式通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)， 采用變頻調(diào)速方式，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定。在用水低谷時(shí)投入小流量泵，降低電能損耗。當(dāng)變頻器故障時(shí)，仍能自動(dòng)運(yùn)行，保證不間斷供水，同時(shí)故障消除后能自動(dòng)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無人值守全自動(dòng)運(yùn)行。這種可編程控制器控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)，它既能解決人工操作的繁雜勞動(dòng)和精神壓力，又能節(jié)約能源。

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)有 PLC控制器、觸摸屏顯示器、變頻調(diào)速器、壓力變送器、水位變送器、交流接觸器等其它電控設(shè)備，以及三臺(tái)水泵（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置）和一臺(tái)小流量泵等構(gòu)成。供水系統(tǒng)總出水管上安裝壓力變送器，檢測水壓力。蓄水池安裝液位變送器，PLC具有模擬量輸入檢測模塊，檢測壓力變送器和液位變送器輸出的信號(hào)，將檢測的壓力信號(hào)與設(shè)定的壓力信號(hào)經(jīng)過控制系統(tǒng)運(yùn)算后，通過控制變頻器的輸出頻率，來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定。，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)：自動(dòng)檢測水池水位信號(hào)與設(shè)定的水位低限比較，輸出水位低報(bào)警信號(hào)或直接停機(jī)。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實(shí)際供水壓力、設(shè)定供水壓力和各泵的工作狀態(tài)等信息;可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運(yùn)行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是強(qiáng)電邏輯硬件互鎖功能，能正常供水，還可以做到無人值守。

該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。選擇手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)時(shí)使用。在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測水池水位，如果水池水位符合設(shè)定水位要求，一號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從 0赫茲開始上升，此時(shí)壓力變送器檢測壓力信號(hào)反饋給PLC，經(jīng)PLC運(yùn)算后，控制變頻器的頻率輸出;如壓力不夠，則頻率上升到50赫茲，延時(shí)一定時(shí)間后，將一號(hào)泵切換為工頻，二號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)二號(hào)水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，以此類推，增加水泵。

如果用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則 PLC控制變頻器 ，降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力 .如果變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值（水泵出水頻率一般為25赫茲），而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行;若在一定時(shí)間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。對(duì)于國居民生活供水和其他用水時(shí)段性較強(qiáng)的供水系統(tǒng)，可設(shè)置一臺(tái)小流量水泵。

在自動(dòng)供水的過程中，PLC實(shí)時(shí)檢測水池水位。若水位低于設(shè)定的報(bào)警水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出缺水報(bào)警信號(hào);若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時(shí)，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào);若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷水池給水管電動(dòng)閥門。

有時(shí)電源會(huì)突然斷電，若無人值班，恢復(fù)供電后熱系統(tǒng)無法啟動(dòng)會(huì)造成斷水，為此，本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動(dòng)變頻啟動(dòng)方式。在電源恢復(fù)后，PLC會(huì)發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式變頻啟動(dòng)一號(hào)泵，直到穩(wěn)定的運(yùn)行至給定水壓值。當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)立即按照消防壓力運(yùn)行。

當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機(jī)，然后一號(hào)泵工頻運(yùn)行，經(jīng)一定延時(shí)后根據(jù)壓力變化情況，再使二號(hào)泵工頻運(yùn)行。此時(shí)，PLC切換泵是根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)，電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，蜂鳴器均能發(fā)出警報(bào)聲。條件許可時(shí)， 還可添加控制模塊，在變頻器、電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，能通過遠(yuǎn)程通信口撥打叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修，所有故障解決恢復(fù)正常后，自啟動(dòng)前也要發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

總之，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，根據(jù)水壓的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加減泵，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能降耗。況且系統(tǒng)增加了小流量泵，能延長主泵電動(dòng)機(jī)的使用壽命。變頻器故障后仍能自動(dòng)運(yùn)行，基本保證不間斷供水，同時(shí)，采用 PLC與變頻器通訊的方式控制變頻器運(yùn)行，具有一定的先進(jìn)性。