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序論：在您撰寫變頻供水系統(tǒng)時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：變頻供水系統(tǒng)；重力供水系統(tǒng)；變頻泵；工頻泵
Abstract: at present exceptionally rapid urbanization process, under the environment of all kinds of office buildings and public design flow is very large, and for the choices of building water supply and drainage system is also vary, which adopts the frequency conversion system on water supply, water supply and the pros and cons of gravity water supply discussion also has often been put forward. This article will through some engineering examples to explore the characteristics of frequency conversion water supply system and gravity water supply system.
Keywords: variable frequency water supply system; Gravity water supply system; Variable frequency pump; Pump power frequency
中圖分類號：TV674文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
前言
本報告以沈陽嘉里香格里拉項目為參考，對比項目中分別采用重力供水與變頻供水兩種供水系統(tǒng)的優(yōu)劣，從而達到分析研究變頻泵與恒速泵工作原理的目的。根據(jù)嘉里提供的設(shè)計手冊，該項目最終采用了重力供水系統(tǒng)，但是變頻泵與恒速泵仍各具特點，有待通過對比進行深入的研究。
正文
重力供水系統(tǒng)
重力供水系統(tǒng)簡介
重力供水系統(tǒng)使用恒速泵供水，通過恒速泵將底層水箱中的水源抽至高層水箱后，依靠高水位中水體自身重力向各配水點供水。由于水位基本不發(fā)生變化，因此重力供水的出水水壓比較穩(wěn)定，不會因為外網(wǎng)中水壓的變化而出現(xiàn)波動。恒速泵通過設(shè)置在高位水箱中的水位控制器調(diào)節(jié)啟停，當水箱中水位低于設(shè)計水位時，恒速泵啟動，向高位水箱輸水。
恒速泵工作原理
恒速泵通過泵本身的電機，將水流以恒定速度引出，相對變速泵而言，恒速泵的工作原理簡單，不易出現(xiàn)故障，工作穩(wěn)定性也更強。
變頻供水系統(tǒng)
變頻供水系統(tǒng)簡介
變頻供水系統(tǒng)采用變頻泵供水，通過變頻泵將底層水箱中的水源直接輸送至各配水點，無需設(shè)置高位水箱。由于變頻泵可根據(jù)出水水壓的變化改變出水量，故也能達到調(diào)節(jié)水壓恒壓出水的效果，且相對重力供水而言，無需設(shè)置高位水箱，使整個供水系統(tǒng)的設(shè)計更為簡潔。
變頻泵工作原理
變頻泵通過設(shè)置在出水端的水壓測試裝置，感應(yīng)出水壓力的變化，并調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來達到穩(wěn)壓的作用。該泵與恒速泵最大的區(qū)別在于增加了出水感應(yīng)裝置以及能夠改變泵轉(zhuǎn)速的變頻器，以下著重介紹變頻器的組成與工作原理。
如前所述，泵的速度控制涉及一個變頻器。因此，有必要深入了解變頻器，了解它是如何運作，并最后討論使用這種設(shè)備的相關(guān)注意事項。
變頻器的元件：
理論上，所有變頻器均由相同的功能塊組成，其基本功能就是將電源電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛硪粋€頻率和振幅的新交流電壓。變頻器首先把輸入電壓整流，然后將能量儲存于由一個電容器組成的中間電路。接著，直流電壓被轉(zhuǎn)化為具有另一個頻率和振幅的新交流電壓。由于變頻器中中間電路的存在，電源電壓的頻率對輸出頻率以及電機速度沒有直接影響。由于整流器可以處理50Hz和60Hz的頻率，因此電源頻率可以是其中任意一種。此外，輸入頻率將不影響輸出頻率，因為這是由電壓/頻率模塊所決定的，而電壓/頻率模塊又是由換流器決定的。
如下圖所示，變頻器還由其它三個元件組成：一個EMC濾波器、一個控制電路和一個換流器。
EMC濾波器
EMC濾波器并不是變頻器的主要功能部分，因此理論上，它不是變頻器的一部分。然而，為了滿足一些地方規(guī)范的要求，該濾波器是需要的。EMC確保了變頻器不會向電源發(fā)出無法接受的高噪聲信號。與此同時，濾波器確保了由其它設(shè)備產(chǎn)生的噪聲信號不會進入變頻器的電子設(shè)備中，引起損壞或干擾。
控制電路
控制電路塊有兩個功能：它控制著變頻器，并與此同時，維護著變頻器與周圍設(shè)備之間的整個通信。
換流器
來自變頻器的輸出電壓并不像標注電源電壓一樣是正弦式的。供應(yīng)給電機的電壓由許多矩形波脈沖組成。這些脈沖的平均值形成一所期望的頻率和振幅的正弦電壓。所形成的切換頻率可從幾個kHz至20kHz，具體取決于波段。為了避免電機繞組內(nèi)產(chǎn)生噪音，變頻器的切換頻率最好在可聽度的范圍以上。
變頻供水系統(tǒng)與重力供水系統(tǒng)的比較
根據(jù)沈陽嘉里香格里拉項目的各項參考信息，對比采用變頻供水與重力供水兩種供水兩種系統(tǒng)，可得出以下幾個方面的異同：
經(jīng)濟性：
變頻——采用5組變頻泵，共13臺；底層設(shè)生活水池，5F、19F設(shè)轉(zhuǎn)輸泵及轉(zhuǎn)輸水箱，無需設(shè)置屋頂水箱。
重力——采用3組恒速泵，1組變頻加壓泵，共11臺；底層設(shè)生活水池，19F設(shè)重力供水水箱，頂層設(shè)重力供水水箱及加壓水泵。
節(jié)能性：
在出水水壓經(jīng)常變化的情況下，變頻泵比公頻泵具有一定的節(jié)能作用。但針對兩種系統(tǒng)中，供水方式的不同，節(jié)能性比較缺乏依據(jù)。
安全性：
變頻——與公頻泵相比，含有變頻器等調(diào)速設(shè)備，且根據(jù)用水需求需頻繁啟動，故障幾率較高；出現(xiàn)停水或停電問題時，系統(tǒng)內(nèi)無水箱存水，將立即處于供水癱瘓狀態(tài)。
重力——僅由泵進行恒速供水，無變頻器等裝置，供水出現(xiàn)故障的幾率相對較低；在出現(xiàn)停水或停電狀況時，各區(qū)仍能夠依靠重力水箱中的儲水進行短暫供水。
穩(wěn)定性：
變頻——采用恒壓變頻泵，能夠保證出水水壓的穩(wěn)定，但根據(jù)水量變化，需要一定的調(diào)節(jié)時間。
重力——重力供水采用儲水水箱，依靠重力供水，出水水壓穩(wěn)定，且無需調(diào)節(jié)過程，在出水穩(wěn)定性上更具優(yōu)勢。
水質(zhì)：
變頻——由變頻泵直接從底層水箱抽水，無中間層及高層儲水水箱。但在5F、19F設(shè)有轉(zhuǎn)輸水箱，對水質(zhì)仍有一定程度的影響。
重力——由公頻泵供水，設(shè)置中間層及屋頂重力儲水水箱，水質(zhì)影響較大。
變頻泵與恒速泵的比較
變頻泵與恒速泵在工作原理上的差別主要是泵的轉(zhuǎn)速是否能夠發(fā)生相應(yīng)變化。在同一項目中，使用變頻泵或恒速泵，其對比范疇主要為使用壽命、使用周期及使用費用。而費用方面又主要包括：初始費用，安裝及試車費用，能耗費用，運行費用，環(huán)保費用，保養(yǎng)及維修費用，故障時間費用，退役及處理費用。一個泵系統(tǒng)的壽命周期費用是在系統(tǒng)壽命期內(nèi)上述提及的所有要素的總合。
上表為一個工業(yè)應(yīng)用需要一臺新的供水泵，并考慮兩個解決方案：
一臺恒速多極離心泵
一臺變速多極離心泵
通過計算顯示，與恒速泵相比，變速泵節(jié)省40%的能耗。然而，變速泵的初始費用是恒速泵的兩倍。但是，即便如此，10年后，第一個解決方案的總費用比恒速泵解決方案的低25%。
結(jié)論
針對沈陽嘉里香格里拉項目，因?qū)τ诠┧€(wěn)定的要求很高，故而最終采用了重力供水系統(tǒng)。但是，針對不同的項目，重力供水系統(tǒng)與變頻供水系統(tǒng)仍有其各自的優(yōu)缺點，不能一概而論，需根據(jù)實際情況，進行對比取舍后方能確定。與此同時，透過具體項目，也能看出不同系統(tǒng)中，泵的種類所發(fā)揮的作用。在不同的系統(tǒng)中，如何選取泵的類型，也需要進行全面對比后，根據(jù)具體條件來確定。
參考文獻：
[1] 《泵與泵站》中國建筑工業(yè)出版社；第5版（2007年12月1日）
關(guān)鍵詞：變頻恒壓 供水系統(tǒng) 水資源 城市供水
社會經(jīng)濟的快速發(fā)展推動了我國工業(yè)建設(shè)的不斷進步，而工業(yè)建設(shè)水平的全面提升使人們對于生活質(zhì)量的要求標準越來越高。因此，城市供水系統(tǒng)也必須針對社會發(fā)展以及人們盛會水平的提升來進行適當?shù)恼{(diào)整與改善，以滿足社會生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ畹囊?。水是城市發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，而水環(huán)境則是城市發(fā)展所依托的生態(tài)基礎(chǔ)之一。水在城市系統(tǒng)中具有五大主要功能角色：水是城市生存和發(fā)展的必需品和最大消費品，是污染物傳輸和轉(zhuǎn)化的基本載體，是維持城市區(qū)域生態(tài)平衡的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市景觀和文化的組成部分。
傳統(tǒng)供水方式占地面積大，基建投資多，水質(zhì)易污染，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種成熟的新型交流電機無級調(diào)速技術(shù)。它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：
1.維持水壓恒定；
2.控制系統(tǒng)可手動/自動運行；
3.多臺泵自動切換運行；
4.系統(tǒng)睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；
5.在線調(diào)整PID參數(shù)；
6.泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。
一、變頻調(diào)速的特點及分析
城市中各各時段的用水量一般是動態(tài)變化的，因此供水過?；蚬┧蛔愕那闆r時而發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上。當用水量大而供水量小時，則壓力低；當用水量小而供水大，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量也多，用水量少時供水量也少，從而提高了供水的質(zhì)量。
恒壓供水系統(tǒng)對于用戶是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴重時會影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用正藝恒壓供水系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
二、恒壓供水的變頻應(yīng)用方式
通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，比如上海正藝信息科技的恒壓供水控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達的系統(tǒng)。
三、PID控制原理
根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可實現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來實現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。
要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。
四、變頻控制原理
用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，其優(yōu)點主要表現(xiàn)為：
1.起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊
2.由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命
3.可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)
五、恒壓供水系統(tǒng)特點
1.節(jié)電
優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；
2.節(jié)水
根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；
3.運行可靠
由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。
4.聯(lián)網(wǎng)功能
采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。
5.控制靈活
分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。
6.自我保護功能完善
如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。
參考文獻
[1] 劉平；給排水驗收工程的幾點思考[J]；中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）；2011（06）.
[2] 高陽.馬青.胡蔚蔚 恒壓變頻供水系統(tǒng)的Matlab仿真模型研究 [J] -工業(yè)控制計算機2011（11） .
關(guān)鍵詞：水資源 變頻恒壓 原理 特點 應(yīng)用
一、水資源概況
水，并不是取之不盡，用之不竭的，節(jié)約水，我們要從身邊的每一件事做起，從生活的點點滴滴做起。中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1/4。扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠地區(qū)的地下水資源后，我國現(xiàn)實可利用的淡水資源量則更少，僅為11000億立方米左右，人均可利用水資源量約為900立方米。我國水資源短缺、水污染嚴重 、水土流失嚴重 、水價嚴重偏低、水資源浪費嚴重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。于是節(jié)水顯得尤為重要，節(jié)水是指通過行政、技術(shù)、經(jīng)濟等管理手段加強用水管理，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，改進用水方式，科學、合理、有計劃、有重點的用水，提高水的利用率，避免水資源的浪費。
二、全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)必要性及工作原理
1、必要性：
20世紀90年代 ，在我國城鄉(xiāng)供水及水泵抽灌系統(tǒng)中，電機以額定轉(zhuǎn)速運行，并以額定出水量供水，當用水量減少或在用水低谷時，管網(wǎng)壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞，這樣造成電能與水資源的浪費。然而目前，變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)之一。在實際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。
2、工作原理；
設(shè)備投入運行前，首先應(yīng)設(shè)定設(shè)備的工作壓力等相關(guān)運行參數(shù)，設(shè)備運行時，由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳送至變頻控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將反饋回來的信號與設(shè)定壓力進行比較和運算，如果實際壓力比設(shè)定壓力低，則發(fā)出指令控制水泵加速運行，如果實際壓力比設(shè)定壓力高，則控制水泵減速運行，當達到設(shè)定壓力時，水泵就維持在該運行頻率上。當用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，變頻器自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵，投入到工頻運行，以加大管網(wǎng)的供水量，保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運行仍不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，而將下一臺泵投入變頻運行。當用水量減少時，變頻器以最低速信號運行，如這時壓力上限信號仍出現(xiàn)，則PLC將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停下一臺工頻運行的泵，直到最后一臺泵用主變頻器恒壓供水。如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3小時，則切換下一臺泵，避免了某一臺泵工作時間過長，確保了泵的可靠壽命，進一步提高了工作效率，節(jié)約了能源。
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機、供水管網(wǎng)、儲水箱、（智能PID調(diào)節(jié)器）、壓力變送器、PLC控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖1-1所示。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PLC調(diào)節(jié)。PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和PLC的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動， 消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊，延長機電設(shè)備的使用壽命。
智能PID調(diào)節(jié)器屬于PLC擴展模塊，可以與AD＼DA模塊一起使用，得到過程控制模塊的效果。同時它的功能可以被變頻器的某些功能代替，達到同樣的控制效果。其控制原理圖如圖1-2所示。
圖1-2 恒壓供水系統(tǒng)控制原理框圖二
三、全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)特點及適用范圍
1、系統(tǒng)特點：
（1）高效節(jié)能。按需要設(shè)定供水壓力，根據(jù)管網(wǎng)用水量來變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終在高效率工況下運行，同普通的無塔供水設(shè)備相比，節(jié)能效果達到20%。
（2）對電網(wǎng)沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接起動時對電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、 過熱等多種保護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。
（3）人機界面觸摸面板操作，設(shè)計參數(shù)靈活方便?？伸`活設(shè)定頻率下限，加速時間、減速時間、換泵時間等各種工作參數(shù)，能夠顯示系統(tǒng)運行時間，查閱各種故障原因。
（4）定時喚醒功能。由于系統(tǒng)是根據(jù)管網(wǎng)用水量的多少來決定投入運行水泵的臺數(shù)，所以當用水量長期在某一小范圍內(nèi)變化時就會使得某臺水泵長期運行而磨損嚴重，而其他水泵長期不使用造成生銹，設(shè)定本功能后則可方便的解決該問題。對于同流量的多臺水泵，為使各泵平均工作時間相同，須設(shè)置定時換泵功能。在設(shè)定了定時換泵功能后，當一臺變量泵連續(xù)工作時間超過設(shè)定值后，且有變量泵處于“休息”狀態(tài)，則變頻器自動切換啟動“休息”時間最長的變量泵，并停止原變量泵，以保證各臺水泵運行時間均等，延長水泵使用壽命。換泵時間可任意設(shè)定。
（5）當變頻器發(fā)生故障時，能夠自動轉(zhuǎn)換至工頻運行，確保供水不間斷。突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動啟動運行。
2、適用范圍：
變頻恒壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于居民區(qū)、賓館及其它公共建筑的生活用水、鍋爐補給水，加壓泵站、各類工礦企業(yè)的生產(chǎn)用水、消防用水、鍋爐恒壓補水、輸油管道增壓、注水系統(tǒng)、農(nóng)田灌溉等。
四、總結(jié)
目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。但國內(nèi)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究還是不夠的，因此，有待于進一步研究改善，使其能夠被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。堅持把節(jié)約用水放在首位，強化城市節(jié)約用水管理，努力創(chuàng)建節(jié)水型城市，實施可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻
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2、屈有安.變頻器PID恒壓供水系統(tǒng).江蘇電器，2002；
關(guān) 鍵 詞：變頻，PLC，恒壓供水，PID
隨著人們對供水質(zhì)量和飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水方式應(yīng)用越來越廣，它不僅很好地解決了老式屋頂水箱供水方式帶來的水質(zhì)二次污染問題，而且對水泵、電機也起到了很好的機械保護作用和有效地節(jié)約了電能的消耗，同時其具備的軟起停功能和根據(jù)負載變化自動調(diào)節(jié)電機水泵轉(zhuǎn)速或增加/減少投入運行的臺數(shù)，從而避免了電機起動過程中對電網(wǎng)和機械設(shè)備造成的沖擊以及人工操作的繁雜性。變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。本文將介紹基于PLC控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)方式下的各種需求分析及其過程實現(xiàn)方法。
1，系統(tǒng)介紹
變頻恒壓供水系統(tǒng)原理，它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。
通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2 ，工作原理
該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式：
⑴. 手動運行
按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。
⑵. 自動運行
合上自動開關(guān)后，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標準信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。
3， 故障處理
當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報警信號；特別是當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時，系統(tǒng)還會自動停機，并發(fā)出聲響報警信號，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時，系統(tǒng)自動停機，此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。
4，PLC控制系統(tǒng)編程邏輯思維
該系統(tǒng)采用的是西門子可編程序控制器S7200系列，PLC編程采用STEP7 MicroWIN V4，它是S7200PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等，而電機轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來控制。
泵組的切換。開始時，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值，延時一段時間（避免由于干擾而引起誤動作）后，1#泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則依次啟動3#、4#泵，泵的切換過程同上；若開始時1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值，延時一段時間后，2#泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則啟動4#泵，泵的切換過程同上；若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過程與上述類同。
同樣，若3臺泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運行時，3#泵變頻運行降到0Hz，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1#泵停止，變頻器頻率從0Hz迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2#泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生。
5，PID的調(diào)節(jié)功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過PLC計算何以需切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在實際運行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。通常變頻狀態(tài)下變頻器頻率給定信號來自于PID調(diào)節(jié)儀的DC4～20mA輸出，以此來調(diào)節(jié)電機水泵的運轉(zhuǎn)速度，滿足恒壓目的。
6，自動切換變頻/工頻運行功能
變頻器提供三種不同的工作方式供用戶選擇：基本工作方式。變頻器始終固定驅(qū)動一臺泵并實時根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當變頻器的輸出頻率達到最大頻率時啟動一臺輔助泵工頻運行、當變頻器的輸出頻率達到最小頻率時則停止最后啟動的輔助泵。由此控制增減工頻運行泵的臺數(shù)。交替方式，變頻器通常固定驅(qū)動某臺泵，并實時根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動的順序是泵1泵2，當變頻器輸出停止時，下一次啟動順序變?yōu)楸?泵1。 直接方式。當啟信號輸入時變頻器啟動第一臺泵當該泵達到最高頻率時，變頻器將該泵切換到工頻運行 (對于這個切換過程，我在這里要聲明，這個切換必須和軟啟動的過程一樣，才可以切換，要不會影響設(shè)備的壽命，嚴重的會燒毀變頻器和電機) ，變頻器啟動下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時，先停止最先啟動的泵。
7，注意事項
要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間TMC，設(shè)置TMC是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。上下限頻率持續(xù)時間TH和TL 變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達到上限（下限）、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。
結(jié)束語
通過以上各部分的分析與描述可知，在進行控制系統(tǒng)設(shè)計之前，必須調(diào)查清楚用戶的需求，然后綜合考慮各需求之間的關(guān)系和處理方法?；赑LC控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用PLC的開關(guān)量輸入/輸出方式來控制電機的起動與停止、狀態(tài)遷移、檢修與故障處理等功能，通過PID儀表、壓力變送器來實現(xiàn)變頻驅(qū)動電機水泵的速度調(diào)節(jié)(當然也可以通過觸摸屏和模擬量輸入輸出混合模塊來實現(xiàn)變頻速度調(diào)節(jié))，從而達到恒壓供水的目的?？刂葡到y(tǒng)在程序設(shè)計時充分考慮到負載均衡性原則，采取“先入先出”的排隊策略，執(zhí)行變頻方式輪值，確保各泵使用率基本均衡。
參考文獻
(1) 王占奎[M]. 變頻調(diào)速應(yīng)用百例[M]. 北京:科學出版社,1999.
(2) [P]S7 200PLC編程手冊
【關(guān)鍵詞】變頻器;恒壓供水;PID
0.引言
作為供水工程中的通用機械，消耗著大量的能源，電耗往往占制水成本的60%以上，在我國，每年水泵的電能消耗占電能總消耗的21%。為了節(jié)約降耗，必須采取調(diào)節(jié)措施使泵站適應(yīng)負荷變化的運行。本文介紹一種變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動調(diào)節(jié)某臺水泵的轉(zhuǎn)速和多臺水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。
在實際工況中，用水量是時刻變化的，為了適應(yīng)水量的變化，以往多采用調(diào)節(jié)泵出口閥門定時去控制泵出口壓力在某一規(guī)定值上，這必然造成用水時有超壓或欠壓現(xiàn)象。水泵機組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，即通過改變電動機定子電源頻率來改變電動機轉(zhuǎn)速，可以相應(yīng)地改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點壓力恒定，達到了節(jié)能效果。根據(jù)這一原理，在應(yīng)用中選擇供水管網(wǎng)最不利點允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)相結(jié)合，達到最佳的節(jié)能效果。此外，最不利點的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性曲線等因素發(fā)生什么變化，最不利點的水壓是恒定的。保證了用水壓力的可靠。
1.變頻恒壓供水特點
（1）恒壓供水能自動24小時維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號自動啟動備用泵，無級調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會造成管網(wǎng)破裂及水龍頭共振現(xiàn)象。
（2）動平滑，減少電機水泵的沖擊，延長了電機及水泵的使用壽命，避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象。
（3）采用變頻恒壓供水保護功能齊全，運行可靠，具有欠壓、過壓、過流、過熱等保護功能。
（4）系統(tǒng)配置可實現(xiàn)全自動定時供水,徹底實現(xiàn)無人值守自動供水.控制系統(tǒng)具有故障報警和顯示功能,并可進行工變頻轉(zhuǎn)換,應(yīng)急供水。
（5）系統(tǒng)根據(jù)用戶用水量的變化來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終工作在高效區(qū)，當系統(tǒng)零流量時,機組進入休眠狀態(tài),水泵停止，流量增加后才進行工作,節(jié)電效果明顯，比恒速水泵節(jié)電23%-55%。
（6）整套設(shè)備只需一組控制柜和水泵機組，安裝非常方便，占地面積少。
（7）采用全自動控制，操作人員只需轉(zhuǎn)換電控柜開關(guān)，就可以實現(xiàn)用戶所需工況。
2.系統(tǒng)組成及工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一電位器設(shè)定壓力（也可采用面板內(nèi)部設(shè)定壓力或?qū)Ｓ每刂破鳎?，采用一個壓力傳感器（反饋為4～20mA或0～10V）檢測管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個水量增加或減少信號，控制電機轉(zhuǎn)速。如在一定延時時間內(nèi)，壓力還是不足或過大，則通過變頻器作工頻/變頻切換起動另一臺水泵，使實際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。另外，隨著用水量的減少，變頻器自動減少輸出頻率。達到了節(jié)能的目的。
此系統(tǒng)主要由2臺供水泵，1臺變頻器，1塊遠傳壓力表和一些相關(guān)設(shè)備組成。當用水量不大時變頻器啟動1＃泵電機，接觸器KM2斷開、KM1吸合，1＃泵變頻運行，隨著壓力自動調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定。當用水量增加1＃泵頻率隨之增大，如到工頻仍不能滿足要求時，變頻器控制接觸器KM1斷開、KM2吸合，使1＃泵工頻運行，然后KM3吸合使2＃泵變頻運行。如用水量一直減少，則變頻器控制2＃泵減速直至推出運行，使1＃泵轉(zhuǎn)入變頻運行，如果用水量繼續(xù)減小，變頻器轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，停止輸出。如果1臺泵一直能滿足用水量，出于保護電機的目的，可以設(shè)置變頻器參數(shù)，使變頻器控制2臺電機每隔一段時間切換運行。
3.變頻器PID調(diào)節(jié)功能
變頻器是通過內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器對供水系統(tǒng)進行閉環(huán)控制的。首先設(shè)置一個恒定的給定壓力值，變頻器則通過現(xiàn)場壓力傳感器的反饋信號，進行PID調(diào)節(jié)，控制變頻器的輸出。通俗的說就是，當壓力超過給定值則變頻器減速，不足給定值則增速，供水系統(tǒng)始終保持恒定壓力，變頻器輸出則無須考慮。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。其實一般供貨廠家都有自己的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基本已經(jīng)不需要現(xiàn)場人員再進行計算了。這里有一首調(diào)節(jié)方法的詩歌供大家參考。
參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查
先是比例后積分，最后再把微分加
曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大
曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降
曲線波動周期長，積分時間再加長
曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長
理想曲線兩個波，前高后低4比1
一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低
4.結(jié)束語
水泵采用變頻器控制后，泵的出口揚程大幅度下降，節(jié)能效果顯著。由于電機轉(zhuǎn)速下降，泵出口壓力降低，減少了機械磨損，降低了維修工作量，延長了設(shè)備的使用壽命。提高了功率因數(shù)，（下82軟啟動特性避免電機直接啟動時大電流對電機線圈和電網(wǎng)的沖擊。采用變頻器后，電動機和泵共同組合為一體，它既是動力源，又是供水調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的控制方式，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動化，減少了工人的勞動強度。閉環(huán)控制系統(tǒng)適應(yīng)水量變化，實現(xiàn)在線調(diào)整，保證管網(wǎng)末端壓力恒定，不存在人為調(diào)整的滯后現(xiàn)象。總之，此系統(tǒng)具有體積小、調(diào)速范圍大、效率高、無級調(diào)速等特點，運行安全可靠，實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，滿足用水需量，保證管網(wǎng)末端壓力恒定，具有明顯的節(jié)能降耗的經(jīng)濟效益，同時還延長了設(shè)備壽命，減少了維修工作量，是一種比較理想的調(diào)速系統(tǒng)。
【參考文獻】
［1］馮垛生,張淼.變頻器的應(yīng)用與維護.廣州:華南理工大學出版社,2003.
關(guān)鍵詞：變頻；恒壓供水；模糊PID控制
水資源和電能在我們的日常生活和工作中起著至關(guān)重要的作用，雖然我們國家資源豐富，但資源的浪費和污染也非常嚴重，所以做好節(jié)能減排的工作是非常迫切的。為了能夠滿足城市高效節(jié)能的供水要求，應(yīng)該對從前的供水系統(tǒng)進行優(yōu)化，把從前傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成恒壓變頻供水系統(tǒng)，提高供水系統(tǒng)的自動化控制程度，增強中小城市供水系統(tǒng)的性能，科學合理的降低供水能耗、實現(xiàn)高效供水。
在以前的供水系統(tǒng)中傳統(tǒng)的PID控制方式已經(jīng)取得了較好的控制效果，而本文通過傳統(tǒng)PID控制方式與模糊控制方法相結(jié)合，來探索一種更好的控制策略，提升恒壓供水系統(tǒng)的供水性能。這種新的供水控制策略可以使得供水節(jié)能效果更顯著，操作更加簡單，調(diào)節(jié)時間大大的縮短，提升恒壓供水的穩(wěn)定性、安全性，為人民的生產(chǎn)生活做好保障。這種供水系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣，既可以用于中小城市的市政供水又可以用于化工和其他工業(yè)用水中。
目前，恒壓變頻供水方式是新型的供水方式，它可以靈活的控制水泵的轉(zhuǎn)速來改變供水管網(wǎng)的水流量，當用水流量較大時，系統(tǒng)的各臺水泵逐漸啟動，并利用變頻/工頻切換來實現(xiàn)供水管網(wǎng)的水壓恒定，以保證用戶正常用水；而夜間用水量減少時，恒壓變頻供水系統(tǒng)將根據(jù)用水情況逐漸減少工作的水泵數(shù)量，并通過工頻切換為變頻的方式實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定，保證供水流量一直跟隨用水流量的變化而變化。
供水的目的是為了滿足用戶的用水需求，而用水流量和供水流量是影響供水管網(wǎng)壓力的最直接原因。當系統(tǒng)的供水量小于用水量時，管網(wǎng)水壓下降；當供水量等于用水量時，管網(wǎng)水壓恒定；當供水量大于用水量時，管網(wǎng)水壓上升。由此可見，供水管網(wǎng)的壓力是反映供求之間矛盾的關(guān)鍵。因此，可將供水管網(wǎng)的水壓作為檢測量，由系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)水壓的變化改變水泵機組的頻率，進而調(diào)節(jié)供水量，實現(xiàn)供水流量和用水流量之間的動態(tài)平衡，使恒壓變頻供水系統(tǒng)穩(wěn)定地工作在管網(wǎng)水壓的設(shè)定值。
變頻技術(shù)簡單地說就是把直流電變換為電壓和頻率可變的交流電，或者把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變的交流電。前者即將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉皖l率可變的交流電需要經(jīng)過逆變的過程，而后者即將電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變交流電需要經(jīng)由整流和逆變兩個過程，逆變是整流的逆向過程。在這些變化過程中，電源頻率均發(fā)生了變化。
近年來，恒壓供水系統(tǒng)通常結(jié)合變頻調(diào)速根據(jù)管網(wǎng)壓力的變化情況通過微機監(jiān)測和運算，自動地調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以滿足用戶用水的要求。這樣的供水系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果和可靠地穩(wěn)定性，因此是目前最合理的先進供水系統(tǒng)。
恒壓變頻供水系統(tǒng)將可編程控制器作為控制中心，通過檢測實際管網(wǎng)水壓與管網(wǎng)水壓的設(shè)定值進行比較，經(jīng)運算處理后輸出控制信號改變水泵的工作頻率，使供水系統(tǒng)自動穩(wěn)定于設(shè)定的管網(wǎng)壓力值，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。當用水量增加時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的工作頻率使水泵的轉(zhuǎn)速提高，加大供水量；當用水量減少時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的工作頻率使水泵的轉(zhuǎn)速減小，進而減少供水量，這樣既保證了供水效率又滿足了用戶對水壓的要求，實現(xiàn)了“用多少水，供多少水”。
這種供水方式不需要建造高位水箱、水塔等，既節(jié)約了成本，又沒有了水質(zhì)二次污染的可能，是一種理想化的供水方式。這種供水方式是目前較先進的供水方式，比傳統(tǒng)的供水方式可靠性更高，穩(wěn)定性更好，既節(jié)能環(huán)保又安全高效，自動化水平高，而且經(jīng)濟實惠。并且這種變頻供水系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用越來越廣，范圍越來越大，不僅適用于工廠、學校、居民區(qū)等用水場合，也適用于各種自來水廠、供暖循環(huán)用水系統(tǒng)和工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等。
恒壓變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展離不開變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)是恒壓變頻供水系統(tǒng)的核心。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)國外都是采用一臺水泵配一臺變頻器的方式，這樣就要求在一套供水系統(tǒng)中有多少臺水泵機組就要有多少臺變頻器，成本較高，加大了生產(chǎn)投入。隨著變頻技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，大家逐漸發(fā)現(xiàn)并認同恒壓變頻供水系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果，自動化水平高，而且還具有高穩(wěn)定性和較強的可靠性。很多國外生產(chǎn)廠家最先發(fā)現(xiàn)商機，開始完善變頻器的功能，生產(chǎn)出可以應(yīng)用于供水系統(tǒng)的變頻器。像日本Samco公司，就推出了高度集成的供水基板，這種供水基板是將多種硬件設(shè)備集成在一起，然后通過命令等形式完成其控制功能，這種基板上擁有配備齊全的功能模塊，可以直接控制基板里邊的電磁接觸器動作，并且具備“變頻泵固定模式”和“變頻泵循環(huán)模式”兩種形式。但是這種專用的變頻器基板構(gòu)成的供水系統(tǒng)最多只能有7臺水泵機組。這種配置雖然將電路高度集成化，降低了生產(chǎn)成本，但系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，局限了系統(tǒng)本身的帶負載能力，而且輸出接口的擴展功能沒有靈活性，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，不能用于要求較高的供水系統(tǒng)，在實際應(yīng)用過程中會產(chǎn)生很大的局限性。
目前在做變頻恒壓供水系統(tǒng)時，國內(nèi)很多公司都采用了與國外一樣的控制方式構(gòu)成供水系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即單臺變頻器帶動單臺泵或者單臺變頻器控制多個泵。在這些供水系統(tǒng)中有的企業(yè)為了節(jié)省成本采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。如原深圳華為電氣公司，推出了無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器的恒壓供水專用變頻器（5.5kw-22kw），這種專用變頻器很多最多控制4臺電動機 ，操作不太方便，同時其輸出接口限制了帶負載容量，又不具有數(shù)據(jù)通信功能，而且在系統(tǒng)的節(jié)能性、開放性、穩(wěn)定性等方面還遠遠不能滿足用戶的需要，是以只可把它用于用水需求小系統(tǒng)。還有一些公司采用傳統(tǒng)的PID控制方式，并將可編程邏輯控制器與通用變頻器一起使用來構(gòu)成供水系統(tǒng)，并配合觸摸屏、組態(tài)軟件等監(jiān)控軟件等。這種控制方法比較集約化，節(jié)約成本，而且系統(tǒng)的可靠性提高，方便工作人員集中管理，并且系統(tǒng)的編程和調(diào)試操作簡單。
隨著科技的發(fā)展，電氣電子行業(yè)的產(chǎn)品不斷地更新?lián)Q代，變頻器也逐漸的被廣泛應(yīng)用。在恒壓供水系統(tǒng)中，這種應(yīng)用已經(jīng)不再陌生，恒壓變頻供水系統(tǒng)的系統(tǒng)性能也在不斷改善。為了能更好的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活，通常結(jié)合先進算法對恒壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)計以提高變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能。
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關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；PLC；PID
引言
恒壓供水的基本思路是：采用電機調(diào)速裝置控制水泵組調(diào)速運行，并自動調(diào)整水泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)能的目的。系統(tǒng)任意設(shè)定供水壓力值，其與反饋總管的實際壓力值通過PID 調(diào)節(jié)后控制調(diào)速裝置，以調(diào)節(jié)水泵機組的運行速度，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水壓力。該系統(tǒng)采用變頻器和PLC進行聯(lián)合控制。變頻器采用PID恒定控制，它采集外部信號作為反饋信號。PLC對水泵的運行模式、機組的選擇及機組的起動停止等進行控制。以上控制信號都為PLC的輸入信號。
一、變頻恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀
長期以來傳統(tǒng)的區(qū)域、樓宇供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天面水池來滿足用戶對供水壓力的要求。在這種供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利用水點的水壓要求來確定相應(yīng)的揚程設(shè)計，然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配，并確定水泵的運行方式。由于小區(qū)用水有著季節(jié)和時段的明顯變化，日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調(diào)整加上出口閥開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量消耗在出口閥而浪費，而且存在著水池“二次污染”的問題。
從目前的供水行業(yè)調(diào)查結(jié)果表明，變頻調(diào)速是一項有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電率很高，幾年能將因設(shè)計冗余和用量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來，又由于其具有調(diào)速精度高，功率因數(shù)高等特點，使用它可以提高出水質(zhì)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪聲，改善車間勞動條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。因此將 PLC 及變頻器應(yīng)用于供水系統(tǒng)，可滿足城市供水系統(tǒng)對可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟節(jié)能性的要求
變頻器可以優(yōu)化電機運行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。根據(jù)全球著名變頻器生產(chǎn)企業(yè)ABB的測算，單單該集團全球范圍內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)并且安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省1150億千瓦時電力，相應(yīng)減少9，700萬噸二氧化碳排放，這已經(jīng)超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。
變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號）可適時通知PLC進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的啟停將聯(lián)動其出口閥門。
二、PID控制
根據(jù)反饋控制原理，我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)代控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID控制來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可實現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來實現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。
為維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，為提高響應(yīng)速度，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。
三、PLC的特點及應(yīng)用
可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，具有可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普通應(yīng)用，越來越多的工廠設(shè)備采用PLC、變頻器、人機界面等自動化器件來控制，使設(shè)備自動化程度越來越高。
1．PLC技術(shù)特點
可編程序控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機，其出現(xiàn)后就受到普遍重視，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有了極其重要的地位，最重要的原因是它與現(xiàn)有的各種控制方式相比較，具有如下獨一無二的特點：
（1）可靠性高
（2）控制程序可變，具有很好的柔性
（3）編程方法簡單易學
（4）功能強，性能價格比高
（5）體積小，重量輕，能耗低
2．PLC 的應(yīng)用
由于可編程控制器的上述特點，使其在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面。
（1）開關(guān)量邏輯控制
（2）運動控制
（3）過程控制
（4）數(shù)據(jù)處理
（5）通信聯(lián)網(wǎng) 轉(zhuǎn)貼于
四、變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計
1.恒壓供水系統(tǒng)電氣控制圖：
圖1 恒壓供水系統(tǒng)電氣控制圖
三臺水泵由變頻器直接驅(qū)動， 進行恒壓控制， 變頻器的起動、停止分為手動和PLC自動控制。
2.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計
為方便編程和調(diào)試，系統(tǒng)控制器PLC采用模塊化編程， 主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊三個部分構(gòu)成。
3.變頻器參數(shù)設(shè)定
變頻器參數(shù)和PID參數(shù)設(shè)定按照使用說明和經(jīng)驗整定。五.結(jié)束語
采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)是目前最先進，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經(jīng)濟性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有很大優(yōu)勢。
參考文獻
[1] 吳小軍等，電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用[M]北京 中國建材工業(yè)出版社，2004
