变频供水系统篇（1）

一、水资源概况

水，并不是取之不尽，用之不竭的，节约水，我们要从身边的每一件事做起，从生活的点点滴滴做起。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米。我国水资源短缺、水污染严重 、水土流失严重 、水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。于是节水显得尤为重要，节水是指通过行政、技术、经济等管理手段加强用水管理，调整用水结构，改进用水方式，科学、合理、有计划、有重点的用水，提高水的利用率，避免水资源的浪费。

二、全自动变频恒压供水系统必要性及工作原理

1、必要性：

20世纪90年代 ，在我国城乡供水及水泵抽灌系统中，电机以额定转速运行，并以额定出水量供水，当用水量减少或在用水低谷时，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样造成电能与水资源的浪费。然而目前，变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统之一。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。

2、工作原理；

设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，变频器自动将原工作在变频状态下的泵，投入到工频运行，以加大管网的供水量，保证压力稳定。若两台泵运行仍不能保证管网的压力稳定，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将下一台泵投入变频运行。当用水量减少时，变频器以最低速信号运行，如这时压力上限信号仍出现，则PLC将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停下一台工频运行的泵，直到最后一台泵用主变频器恒压供水。如果一台泵连续运行时间超过3小时，则切换下一台泵，避免了某一台泵工作时间过长，确保了泵的可靠寿命，进一步提高了工作效率，节约了能源。

变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、（智能PID调节器）、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1-1所示。其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PLC调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。

智能PID调节器属于PLC扩展模块，可以与AD＼DA模块一起使用，得到过程控制模块的效果。同时它的功能可以被变频器的某些功能代替，达到同样的控制效果。其控制原理图如图1-2所示。

图1-2 恒压供水系统控制原理框图二

三、全自动变频恒压供水系统特点及适用范围

1、系统特点：

（1）高效节能。按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况下运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效果达到20%。

（2）对电网冲击小，保护功能完善。消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、 过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。

（3）人机界面触摸面板操作，设计参数灵活方便。可灵活设定频率下限，加速时间、减速时间、换泵时间等各种工作参数，能够显示系统运行时间，查阅各种故障原因。

（4）定时唤醒功能。由于系统是根据管网用水量的多少来决定投入运行水泵的台数，所以当用水量长期在某一小范围内变化时就会使得某台水泵长期运行而磨损严重，而其他水泵长期不使用造成生锈，设定本功能后则可方便的解决该问题。对于同流量的多台水泵，为使各泵平均工作时间相同，须设置定时换泵功能。在设定了定时换泵功能后，当一台变量泵连续工作时间超过设定值后，且有变量泵处于“休息”状态，则变频器自动切换启动“休息”时间最长的变量泵，并停止原变量泵，以保证各台水泵运行时间均等，延长水泵使用寿命。换泵时间可任意设定。

（5）当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。

2、适用范围：

变频恒压系统广泛应用于居民区、宾馆及其它公共建筑的生活用水、锅炉补给水，加压泵站、各类工矿企业的生产用水、消防用水、锅炉恒压补水、输油管道增压、注水系统、农田灌溉等。

四、总结

目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。但国内变频调速恒压供水系统的水压闭环控制系统的研究还是不够的，因此，有待于进一步研究改善，使其能够被更好的应用于生活、生产实践中。坚持把节约用水放在首位，强化城市节约用水管理，努力创建节水型城市，实施可持续发展。

参考文献

1、贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统.西安科技学院学报，2000；

变频供水系统篇（2）

1 系统总体方案及其要求

1.1 总体要求：

a)由多台水泵机组实现供水，流量范围600m3/h，扬程60米左右。

b)设置一台小泵作为辅助泵，用于小流量时的供水;

c)供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小;

d)系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能；

e)各主泵均能可靠地实现软启动；

f)具有完善的保护和报警功能；

通过分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备PLC和变频器作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统， 其总体结构如下图所示。

2 主电路的设计方案

主电路设计如上图所示。三台大容量的主水泵(1#，2#，3#)根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，因此每台主水泵均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联，注意：每台主水泵的两个接触器都一定要进行接触器联锁，即KM1与KM2、KM3与KM4、KM5与KM6必须相互联锁，否则有可能会因接触器故障而造成变频器的输出端接上电源输入端而损坏;辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。

3 控制电路设计方案

3.1 设备启动后，首先某一台主泵在变频调速器控制下，投入变速运行，只有当输出压力达到预定值至其流量与用水流量相平衡时，转速稳定到某一值。

3.2 当用水流量增加时，主泵按设定速率（曲线）加速到另一稳定转速；而用水量小时，主泵按设定的速率（曲线）减速到新的稳定转速。

3.3 当变速运行主泵的转速达到最大转速后，用水量进一步增加时，该主泵转换到工频电源后恒速运行；变频调速器则转换到控制另一台主泵，使之投入变速运行。每当变速运行的主泵转速到最大时，将发生如上的转换 并有新的主泵投入并联运行。

3.4 当变速运行主泵的转速，因用水量减小而达到临界低转速后，用水量时一步减小，则PLC将控制停掉先开的一台主泵，遵守先开先停，后开后停原则；直到剩下一台主泵为止。

3.5 当只有一台主泵变速运行，且用水量接近于零时，产泵转速达到临界低转速时（这时变速运行主泵处于最小工作转速）。此主泵也被停泵而启用小容量辅助泵运行，以期节能和减少设备的无效运行。

4 PLC的程序设计

4.1 PLC的I/O端子接线图及变频器的端子接线图

4.2 PLC的流程图设计

5 总结

本系统具有以下的特点:

a) 采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和内置PID调节模块的变频器作为主要控制设备，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，确保恒压供水；

b) 系统具有完备的故障处理能力，可通过自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等方式确保供水，具有故障实时的现场报警和远程电话自动报警功能，具有故障电机锁定功能；

c) 系统实现了计算机和PLC的有效结合，具有远程监控与管理能力，具有先进性;

d) 系统采取变频调速方式实现恒压供水，节能效果明显；

e) 采用了PID调节方式，水压波动小，响应快。

参考文献:

[1] 韩安荣主编.通用变频器及其应用．机械工业出版社

[2] 姜乃昌陈锦章主编．水泵及水泵站．中国建筑工业出版社

[3] 张燕宾．变频供水的节能分析与近似计算．自动化博览，2000年

[4]王占奎等主编．变频调速应用百例．科学出版社，1999年

变频供水系统篇（3）

变频恒压供水系统一般由数台水泵驱动实现供水。这些水泵并不是同时工作的，而是根据用户用水量的多少和当前管网的水压由PLC自动地控制哪台水泵工作，哪台水泵暂时停止的。以3台水泵为例，控制水泵驱动电机的主电路如图2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工频运行分别由接触器KM1、KM3、KM5控制，其变频运行分别由接触器KM2、KM4、KM6来控制。控制同一台水泵电机的工频接触器和变频接触器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同时接通，将导致工频电源和变频器的输出端相连接，使变频器的逆变桥迅速损坏。所以，控制同一台水泵电机的工频与变频的接触器必须有可靠的互锁环节。另外，变频器的价格比一般的电气设备高，从节省投资的角度考虑，一般选择只用一台变频器拖动的方式。工频运行的水泵对水压起到“粗调”的作用，而精确控制压力的“细调”是由变频器来实现的。工频运行的水泵电机其能量消耗是确定的。系统实现节能的主要途径：系统能够根据用水情况，停掉一些工频运行的水泵，既避免了压力过高，又实现了节能；可以使某台水泵变频运行，变频降低转速具有很大的节能效果。

2控制原理与流程

供水压力是通过PLC控制各水泵的轮流工作实现“粗调”和变频器对单台水泵的“细调”来实现的。

2.1“粗调”的实现（1）加泵：当反馈的实际出水管网压力小于设定压力导致变频器的输出频率上升至上限频率时，如果实际出水管网压力仍低于设定压力一定范围一定时间，则当前泵切换为工频运行，重新启动另一台水泵变频运行。（2）减泵：当反馈的实际出水管网压力大于设定压力导致变频器的输出频率下降至下限频率时，如果实际压力仍高于设定压力一定范围一定时间，则停止变频泵的运行，并将正在工频运行的一台水泵变为变频运行。

2.2“细调”的实现水压闭环控制原理如图3所示。PID控制器既可以用PLC编程实现，也可以用变频器的内置PID算法实现。

2.3工-变频切换的控制流程以实际压力小于给定压力为例，PLC对某两台水泵之间工频和变频进行切换的逻辑关系（多台水泵可类推）如图4所示。

2.4休眠状态当系统处于单泵变频运行时，如果用水量急剧减小甚至为0时，变频器频率会降至频率下限以下，当这种情况持续一定时间时，系统停掉所有运行的水泵，仅由储气罐来保压。比如，在夜晚休息基本无用水需求时，系统进入休眠状态，将极大地节省电能消耗。处于休眠状态的控制系统当检测到管网压力降低一定范围时，退出休眠状态，恢复供水。

3不同供水方式的功耗对比

水泵的扬程特性与功率消耗关系如图5所示。水泵供水流量的调节可以通过两种途径实现：（1）水泵电机转速不变，改变出口阀门开度的阀门调节法(不用变频器使所有水泵均工频运行，用户阀门开度改变时流量改变即属于此法），如图5中的曲线①和②。关小阀门减小供水流量（流量Q1减小为Q2，水泵实际工作点由B点移动到E点），所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODEF的面积，面积有减小，但减小量很小。（2）出口阀门开度不变或全开，改变水泵电机转速的转速调节法，如图5中的曲线③和④。当水泵电机的转速从额定转速下降，同样使供水流量从Q1减小为Q2，水泵的实际工作点由B点移动到H点，其所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODHG的面积，面积减小量非常显著。相比与高层建筑而言，生产车间一般高度较低，需要的空载功率较小，可以提供较宽的电机调速范围，所以节电效果更为显著。某轧钢车间高压除鳞水泵应用变频改造前后的电能消耗对比如表1所示，可以看出变频改造后节省的电能和费用都相当可观。

变频供水系统篇（4）

中图分类号： O434 文献标识码： A

引言

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。目前变频恒压供水系统追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

一、国内外发展现状

变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在变频器发展的初期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率的控制，升降速控制，正反转控制，起动控制以及制动控制，以及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性，可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果的发现，国外许多生产变频器的厂家开始自行研究并推出具有恒压供水功能的变频器，一些生产变频器的厂家就推出了适合于恒压供水系统的应用模式，它具有变频泵固定方式，变频泵循环方式等，将PID调节器和PLC简易可编程控制器等硬件集成在变频器内。只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这类设备微化了电路结构，降低了设备成本。但是也存在着一定的缺点，有些技术指标还不能达到用户的要求。

二、系统控制要求

以往的恒压供水设备往往采用诸如利用电接点压力表等来控制泵的起停，把压力控制在一定的范围之内亦或是采用带有模入/模出的可编程控制器或PID调节器与变频器配合使用来实现恒压供水，前者为机械式的联锁,运行中存在较大的压力波动而后者设备成本高，PID算法编程难度大，调试困难。

随着电力电子技术的发展，变频器的功能也越来越强，充分利用变频器内置的各种功能，合理采用带有内置PID调节器和简易PLC功能的变频器和压力传感设备来实现恒压供水，既做到了无级调速下稳定的、高品质的供水质量，又降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试的时间。

水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块，与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试更为简单、方便。

本系统用在办公大楼的生活用水，根据办公大楼的用水特点选用ACS510系列的变频器为主件的供水系统。ACS510系列变频器有很多种的运行模式可以选择，根据本次设计使用的特点而选用了PFC控制模式，这是一种交替式水泵控制模式。如图3.1所示，整个系统由三台水泵，一台内置PID调节器的变频器，一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；本系统采用压力变送器(反馈4～20mA电流)。

本变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。

(1)执行机构

执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图3-3中的3个水泵分为二种类型:

调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。

恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。

(2)信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:

水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。

(3)控制系统

本系统安装在供水控制柜中，包括变频器和电控设备两个部分。

变频器: 变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。它是整个变频恒压供水控制系统的核心。

电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。

(4)控制面板

控制面板是人与机器进行信息交流的途径。通过控制面板使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从控制面板上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。控制面板还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。

(5)通讯接口

通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等。

(6)报警装置

当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

三、适用于恒压供水系统的应用

应用宏的使用使变频器的应用更加简单，调试更加方便，用于水泵的应用宏主要有PID、PFC、SPFC这三种方式。

PID应用宏适用于一台变频器拖动一台水泵的应用，可以做恒压，恒流量，恒温等的控制。

PFC应用宏通常用于一台变频器拖动多台水泵的情形。分为两种功能：一种是无定时切换的PFC，另一种是有定时切换的PFC。选择无定时切换状态时，如果增加继电器的扩展，结果能最多控制七台电机。一台电机变频调速运行，其他的电机恒速运行作为压力补充。选择有定时切换状态时，最多可控制6台电机。一台电机变频调速运行，其他的电机备用恒速运行，并且变频调速运行可在多台电机之间互相切换。

SPFC应用宏也称为带循环软启功能的PFC,该功能可以使变频器变成一台软启动器加一台变频器联合工作，并且一台变频器可拖动六台电机。但是在这种模式下没有定时切换功能。循环软启动功能工作过程是这样：当1号电机的工作频率达到电网的工频时，电机同传动单元脱离经过延时后直接接入电网运行，这时2号电机接入传动单元，2号电机根据变频器内部PID的预算结果逐渐增加频率，直到满足实际的工作压力。如果有3--6号电机则按照上述的步骤进行启动。停止时按照标准的PFC运行方式停车。

另外，变频器内置模块中还具有火灾模式，通常用于紧急情况下的变频器运行，在消防水系统中可利用这种模式。它可以通过DI口激活，如果此功能被激活变频器就会忽略绝大多数故障，忽略任何外部命令和给定值，忽略所有的通讯指令，但是可以通过密码保护。变频器在紧急情况下会尽可能的延长运行时间，直至自身损毁。火灾模式下，变频器即可以正反转运行，又可以在PID模式下运行，也可以在恒速下运行。

总之，应用宏的选择将使变频器的应用更加简单，调试更加方便。而且用户只需设计好所需的应用宏，相关的参数就设置完成了。并且全部逻辑数据都来自变频器的内部，无需在使用外部PLC控制，节省了外部设备的连接数。使设备的使用更贴近普通用户。

四、供水系统变频改造后的运行分析

本变频恒压供水系统原理，主要是由内置PID调节器及简单可编程控制器的变频器（ABB ACS510）、压力变送器、液位传感器、电控设备以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入变频器内置PID调节器，调节器将实际压力与给定压力进行比较，并经过PID运算，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力范围内；当用水量很少时（如深夜），系统压力长时间无变化，变频器便进入休眠状态，水泵停止运行；用水量增加时，系统压力降到一定值后，变频器被自动唤醒开始工作，这样既节约了能源，又减少了设备磨损。

以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而在本系统中，直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高了供水品质。

结束语

在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，按实际需要随意设定压力给定值，根据压差调整水泵的工作情况，实现恒压供水，使给水泵始终在高效率下运行，在启动时压力波动小。使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

参考文献：

[1] 韩安荣。通用变频器及其应用。 机械工业出版社。2000

变频供水系统篇（5）

渭南市临渭区地处关中平原东部，渭河将其分为塬区、城区和渭北。由于渭北大部分地区属于苦咸水区，地下水及地表水都不宜饮用， 1987年，中、省、市对渭北饮改水工程进行了总体规划，并实施了渭北北移民安置区饮改水工程。渭北供水服务总面积728平方公里，辖10个镇、224个行政村，服务人口40.07万人，下辖辛市、官道、下吉、侯家、南师、等12个供水管理站及小什、什马等8个村级供水站，各供水管理站具体负责饮改水工程的供水及日常维护。其中，侯家站作为东、西两大干管的分界点，在肩负着东线供水任务的同时，兼顾给西线供水（正常情况下，西线由另一水源供水），在整个渭北饮改水工程中的地位十分重要。为了能够给渭北农村群众提供更好的供水服务，我局将变频恒压供水的原理应用于侯家站。

1 变频恒压供水原理概述

变频控制恒压供水系统是在管网的主管出口处安装压力变送器，变送器将主管出口处压力变换为4--20mA直流信号，作为调控参数送入恒压供水控制器，控制器上可以设定正常运行时系统工作压力，控制器将两个压力信号进行比较，其差值由控制器作PID运算，然后输出一个模拟量信号给变频器，控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，改变水泵的出水量，维持管网出口压力稳定在设定的压力值上，实现恒压供水。

近年来，随着交流变频技术的成熟，变频恒压供水控制系统以其节能、高效、安全的供水特点，在农村饮水安全工程中得到广泛应用。变频恒压供水系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。不论是设备的投资、运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果，是当前最先进、合理的节能型供水系统。

2 候家站变频恒压供水原理

图1给出了侯家站供水管网示意图。侯家站管网有两个出水口，在实际运行过程中，需要实现两个出水口同时出水或单独出水，并要达到自动化控制。为满足这种供水需求，在实际中设置了阀门，利用控制设备和阀门的配合实现以上供水要求。

图1 侯家站供水管网示意图（注：从左到右依次为1至7号电机）

2.1 变频恒压供水一拖四

在阀门F1、F3关闭，阀门F2打开的情况下，实现恒压供水一拖四控制。运行时，四台电机由PLC实现恒压供水一拖四起停控制，其中一台电机由变频器控制，另外，三台电机分别由三台软启动器控制。

2.2 变频恒压供水一拖三

在阀门F1、F2关闭，阀门F3打开的情况下，此时实现恒压供水一拖三控制。运行时，三台电机由PLC实现恒压供水一拖三起停控制，其中一台电机由变频器控制，另外，两台电机分别由三台软启动器控制。

2.3 变频恒压供水一拖七

阀门F1、F2和F3全部打开的情况下，此时实现恒压供水一拖七控制。将一拖四和一拖三合并在一起控制将实现一拖七控制。

3 系统框图及工作过程

3.1 系统框图

3.2通过转换“手动/自动”开关实现手动、自动模式切换，选择自动模式时，有三种控制模式可选择，模式一是一拖四、模式二是一拖三、模式三是一拖七。

3.2.1手动控制模式。用户可以手动起动变频器和软起动，实现独立控制七台水泵的起停。并通过面板上的旋钮电位器手动调节变频器的输出频率，从而达到对水泵出水量的控制。手动方式一般在调试时使用，用来检查水泵运转情况。

3.2.2自动控制模式。选择模式一时，实现恒压供水一拖四控制。自动状态下，首先由变频器控制1#水泵起动，用户只需要更改触摸屏上的设定压力值，PLC就可以根据采集的实际压力调节变频器输出频率，从而控制1#水泵的实际转速。当实际用水量较大，管网压力降低，即反馈压力低于设定压力时，变频器输出频率增大，1#水泵转速增加，管网压力就增高;反之亦然，调节水量以保持管网压力恒定在设定值上。当用水量增加，变频器的输出频率保持上限（50HZ）一段时间，系统压力值仍然达不到压力设定值，即一台水泵不能满足当前用水量时，系统自动软起动2#水泵，起动完成后，2#水泵工频运行，同时实时调节1#水泵转速以维持总管网的压力恒定。当两台水泵满转运行仍旧不能满足供水需求，起动3#水泵，其它水泵控制原理相同。

当用水量降低时，如两台水泵同时运行，供水量大于用水量，管网压力增加，变频器的输出频率下降，如果输出频率保持下限频率一段时间，管网压力仍旧不能恢复到设定值，则系统自动停止2#水泵工作，从而维持管网压力恒定并达到节能的效果。

其它水泵的投切与上述原理相似。投切顺序先起先停。

选择模式二时，实现恒压供水一拖三控制。

选择模式三时，实现恒压供水一拖七控制。

4 系统性能及特点

4.1智能化程度高，操作简便。供水过程中可根据需要进行手动、自动操作，供水压力、压力上下限值、PID值等参数自行设定，能够满足多数供水场合的需要。供水运行可靠，操作简便，维护工作量极少;

4.2供水恒压控制精度高。机泵切换过程实现无极切换，供水压力波动小，对管网、电机、水泵等供水设施的冲击小，延长了设备寿命;

4.3保护功能完善，安全性能高。系统具有完善的电气安全保护功能，对过流、过压、过载、缺水等故障均能报警并保护;

4.4 系统适应性强，能耗低。系统能适应从0到最大用水量的工作状态，且系统都工作在最佳状态，最大限度的降低了能耗，节约了供水成本。

5 注意事项及措施

5.1 最大程度的减小外界电磁干扰。

解决办法：首先，在这些控制信号线的外层接屏蔽线，并在控制器的一边或者变频器的一边选取一点作为屏蔽的接地点，以提高系统的抗干扰能力，如果屏蔽线在两端都接地，会使屏蔽线上产生电势差，形成新的干扰。其次，将模拟信号线和动力线分别走线，也能提高系统的抗干扰能力。

5.2避免形成系统震荡。

解决办法：一是选择合理的压力采集点，尽可能的避免出口流速对管网压力的影响，一般选取在离水泵出水口较远的地方。二是根据电机功率合理设置控制器的加速时间，一般情况下，电机功率越大，其加减速时间也就越长。三是控制器和变频器的加减速时间要一致，控制器的加减速时间设定应大于或等于变频器加减速时间。

参考文献：

变频供水系统篇（6）

随着城镇化建设的不断发展，我国城市规模不断扩大，对相关的配套设施提出了更高的要求。供水行业是各项生产和生活用水的基本保障，不断优化和完善供水系统成为供水企业的重要研究课题。从目前情况分析，一些在运行的供水泵的自动化水平较低，供水效率也比较低，同时存在较大的能耗，在一些供水企业或者社区存在着水资源浪费现象，进一步造成了经济损失。而变频技术是一种高效调速技术，通过调整电流实现对电动机运行速度的调节，具有高频化、数控化、集成化的应用功能特点，在供水系统中能够发挥良好的节能降耗效果，有利于供水行业经济效益和社会效益的最大化。

2变频调速技术简介

2.1变频器

变频器根据需要将工频电源转为不同频率的交流电源，从而实现对电动机的变频调速。变频器的组成主要包括整流器、中间电路、逆变器以及周围的电路等几部分，如图1所示，其中整流器能够对电网中的交流电源进行整流，实现交流变直流，中间电路则是对整流器输出的电源进行平滑滤波，并传输给逆变器，逆变器作为变频器的核心部件，需要完成直流变交流的逆变工作，为电动机提供所需频率的交流电源[1]。目前，新型变频器都配置了通信接口，对各种检测到的信号和参数进行采集，实现上位机与变频器之间的通信功能，可以实现对输入信号的处理以及运行指令的下达，在需要高精度控制时，可将反馈信号反馈到变频器，构成闭环系统。以变频器为基础的变频技术在各个行业得到推广，充分发挥了其节能降耗、自动化控制、质量提高、减小维修、提高适应性等优势。

2.2变频技术

变频技术的基本原理就是通过调整电源的频率实现对电动机转速的控制。交流电动机主要包括同步电动机和异步电动机，其转速表达式为：n=60fp（1-s）；其中s=n0-nn0，式中n表示转子速度，n0表示电机同步转速，s表示转差率，f表示电源频率，p表示电机极对数，通过公式我们可以发现，电源频率、极对数、转差率三个方面的改变可以实现电机的转速改变，其中变频调速是最稳定和简单的调速技术，这就需要发挥变频器的变频技术，实现对电动机的调速。在水泵等设备中，变频器主要采用VVVF控制方式，即保持电压和频率的比例系数不变，即改变电源频率的同时，对输出电压进行有效控制，从而保障电动机的磁通不变，这种变频调速技术叫作恒U/f控制。

3变频技术在供水系统中的应用

3.1水泵调速方案的选择

供水系统中的水泵运行过程中，输出扬程H和电机转速的平方形成正比例关系，在水流量为零的情况下，供水管道内部也要保持一定的水压。供水系统中的水流量随着用户用水量而产生变化，具有一定的随机性，因此，针对水泵电机主要通过控制水压实现供水控制。水泵也是一种减转矩负载，转矩与转速的平方成比例，转速降低，转矩也会减小，因此变频器可以通过SF模式实现对水泵转矩的调节。供水系统往往应用变频技术实现恒压控制，在这个过程中要求水压连续可调，可以通过PID调节器建立压力闭环控制结构，但是在保持电机动静态品质方面存在不足。这时候还可以采用内环为速度闭环的SF控制系统，改善恒压供水系统的整体性能[2]。

3.2变频恒压供水系统设计

基于变频技术的恒压供水系统结构如图2所示，应用PID调节器和变频器形成一个闭环控制系统，对系统的动态响应进行优化和改善，进一步提高供水系统的控制准确度。在变频恒压供水系统中，SF变频器调速控制系统为一种内环控制，在系统运行过程中，首先要启动主泵，供水管网中的水压需要达到设定数值，同时变频器的输出稳定在特定范围。当用户的用水量增加时，管道内的水压就会降低，压力变送器采集该信号，并传送给比较器，比较器将该压力数值与给定的压力数值做比较，将差值输入到PID控制器，经PID处理的数值再传入SF控制变频器，作为转差给定值，进而调整电动机的转速，实现对管道水压的调节，使其回复给定数值，系统稳定持续运行。在用水量增加过多的情况下，主泵的供水量难以实现闭环控制效果，则需要启动备用泵，如果用水量减少，也可以实现备用泵的自动切除。因此，在供水系统中应用变频器可以根据水压信号实现双位控制，进而保证供水质量。

4变频技术在供水系统中的应用效益

利用变频技术对供水系统进行全流量恒压控制，能够取得良好的运行效益，主要包括以下几点：第一，高效节能，变频恒压供水系统可以根据水压设定值，在水压发生变化时对水泵转速进行自动调节，从而保障供水效率，进一步减少电能损失；第二，供水压力稳定，系统采用的是闭环控制方式，能够根据系统水压和压力设定值差值进行自动调节，使得系统压力保持恒定，流量连续可调；第三，PID调节功能实现自动运行，通过压力传感器反馈的信号，进行相应的调节，并利用PLC技术进行压力值和PID相关参数的设定，通过PLC运算功能实现相关数据分析和处理，并且程序可以根据用户需求灵活调整；第四，“休眠”功能，系统运行时经常遇到用户用水量较小或不用水的情况，为了节能，系统具备可以使水泵具有暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于下限时，变频器停止工作，当变频器频率达到设定启动值后启动水泵运行；第五，延长电机、水泵使用寿命，各泵均为软启动，消除了全压启动时的冲击电流，延长了设备的使用寿命，采用各泵循环软启动，促使各泵不会因长久不用而生锈或频繁使用而磨损[3]。

5结语

总而言之，变频技术是一种高新节能调速技术，应用在供水系统中，表现出良好的调速性能和节能效果，并且控制操作安全可靠，还能够根据用水量实时调节供水系统。各大水厂或供水企业需要根据具体区域的供水需求，积极应用变频技术实现供水系统控制功能的优化和完善，同时要做好变频器的维护和保养，使得变频技术能够在供水行业发挥更大的应用价值。

【参考文献】

【1】易亚军.变频技术在供水系统中的应用[J].城镇供水,2010(03):95-97.

变频供水系统篇（7）

基于PLC和变频调速器控制的智能恒压供水系统，具有完善的控制和保护功能，明显的经济节能效益。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器（PLC）和变频调速装置优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数， 完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。变频调速恒压供水系统一般由信号检测、控制器、变频器、执行机构、电控设备和报警装置等组成。

信号检测包括水压信号检测和液位信号检测。水压信号检测反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。液位信号检测反映水泵的进水水源是否充足，信号有效时控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。

控制器是整个供水控制系统的核心。控制器根据变送器检测到的压力和液位信号进行分析， 通过变频调速器和接触器对执行机构（水泵）进行控制。

在供水控制系统中，变频器根据控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。变频器还为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。

执行机构由一组水泵组成，它们用于将水送人用户管网。水泵分为两种类型：调速泵和辅助泵。调速泵由变频调速器控制，根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。辅助泵只在工频状态下运行。速度恒定。此泵主要工作在夜间用水量很少的情况下，用以维持管网压力。

电控设备由继电器、接触器、转换开关等电气元件组成。在供水系统中用于控制器完成对水泵的变频―工频切换和手动―自动切换等。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，完成对电动机的控制。

作为一个控制系统，报警时必不可少的重要组成部分。由于供水系统的设计要求进行压力闭环调节和水泵机组的变频运行与工频运行的同步切换，所以，为了保证系统的安全、可靠、平稳运行，防止因超调、过电压、过电流、缺水造成故障，因此对主电路的电压、电流等进行监测，通过检测变送装置，有PLC判别报警类别，进行显示和保护动作控制。为了保证供水系统的正常运行，设计了水位、压力上下限等报警装置。

1.2 PLC变频调速恒压供水原理

恒压供水的基本思路是： 变频恒压供水系统主要是由PLC、变频器、动力控制线路以及水泵等组成。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号通过A/D变换变成标准数字信号送入变频器的PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力；当用水量超过或低于一台泵的供水量时，通过PLC控制器加减泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的凋速，实现恒压供水。

2 PLC变频调速恒压供水系统的硬件设计

根据PLC恒压供水的原理，系统的电气控制图主要框图为：

图 系统的电气控制总框图

由以上系统电气总框图可以看出，系统所需要的主要硬件包括：水泵机组、变频器、PLC及扩张模块、压力变送器及数显仪构成。

3 PLC变频调速恒压供水系统的软件设计

3.1PLC变频调速恒压供水系统的程序

PLC变频调速恒压供水系统的程序如图5：

图5 PLC变频调速恒压供水系统程序图

在供水系统中，变频器、PID调节器、压力变送器、电机、水泵等构成了一个闭环控制系统，可以对供水能力实现有效的自动调节，从而实现恒压供水。其实现方法是，首先据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。

4结论

本文介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统，PLC变频调速的应用实际运行分析表明，PLC变频控制系统设计方案是合理的、经济的，它为该系统的安全、经济运行提供可靠的技术保障，并具有节能、PID调节、运行可靠、经济性好电机控制更容易实现负荷自动调节等优点，是供水系统设计与改造中最先进的选择之一，同时PLC变频控制系统技术还可以用于引风机、送风机等自动控制系统中，是过程控制发展的新方向。

参考文献

[1]付立思，王卫星.可编程逻辑[M].第一版.北京：中国水利水电出版社，2002.1-40.

[2]齐占庆，王振臣.电气控制技术[M].第一版.北京：机械工业出版社，2002.179-213.

变频供水系统篇（8）

1.引言

随着变频调速技术的发展和人们对生活用水质量的提高，变频恒压供水系统取代了传统的供水系统，已普遍用于居民用水系统。目前，国内大多数企业仍使用传统恒压泵进行切换加压的供水方式，水压不稳，而且造成能源浪费。所以，开发可靠性高，价格优廉、控制性能好的恒压供水系统具有很高的实用价值。变频恒压供水方式与过去水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。本文采用PLC和变频器实现恒压供水控制系统的设计[2]。水压波动小，运行平稳。是当今先进合理的节能供水系统。

2.变频调速恒压供水系统结构及原理

系统采用两水泵进行供水，选用FRENIC 5000G11S变频器，PLC选用欧姆龙小型PLC[3]，变频调速控制是恒压供水系统的核心，系统由变频器控制水泵将水直接加压或减压送至管网出口，根据测得的管网出口处的压力，由压力传感器将压力信号送入PID调节器，PID调节器根据压力设定值与压力实际值的偏差，对压力进行PID调节，输出频率给定信号IRF（4～20mA）给变频器，变频器根据频率给定信号IRF控制水泵的转速，并在PID调节器上设定压力的上下限，PID将此信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频、变频的切换。其系统原理图如图1所示：

图1 恒压供水系统原理图

3.恒压供水系统设计

3.1 主电路设计

系统采用手动和自动两种控制方式，PLC首先使主水泵变频启动，压力传感器将母管压力反馈给PLC，与预先设定的给定压力比较，通过PID运算，调节变频器的输出频率[4]，以维持水压恒定。若用水量大到1台水泵全速运行也不能达到给定压力时，PLC将该水泵由变频运行投入到工频运行，同时将另一台水泵投入到变频运行，增加管网供水量以保证压力稳定。当用水量减少时，PLC首先将工频运行的泵停掉，减少供水量，整个系统保证变频运行时只有1台泵变频恒压供水。系统采用变频泵循环方式，以“先开先关”顺序关泵，既保证了系统有备用泵，又有效的防止备用泵长期不用出现“绣死”现象。系统主电路图如图2所示：

图2 系统回路图

3.2 控制电路设计

控制电路如下图3所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，当水泵出现过载时，A5灯亮。当变频器出现故障时，A6灯亮。A1、A2分别为泵1的变频、工频运行指示灯，A3、A4分别为泵2的变频、工频运行指示灯。其PLC控制器的I/O点数分配如表1所示：

表1 I/0点数分配

输入 输出

启动按钮 0002 泵1变频控制 0500

停止按钮 0003 泵1工频控制 0501

压力上限信号 0004 泵2变频控制 0502

压力下限信号 0005 泵2工频控制 0503

变频器故障信号 0006 泵过载指示灯 0504

变频器故障报警指示 0505

图3 系统控制回路图

4.PLC控制流程图设计

根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，PLC控制程序设计的主要任务是接收各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态、输出信号去控制继电器、接触器、等的动作，进而调整水泵的运行。PLC和变频器是本系统的核心部分，系统稳定运行的关键取决于PLC程序的合理性和可行性以及变频器参数的设定。本系统采用手动或自动两种工作方式，系统启动后，泵1首先进人变频运行，当检测到压力上限信号时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当检测到压力下限信号时，工频泵切除，仅变为变频泵工作，系统设计程序流程图[5]如图4所示：

图4 变频恒压供水系统设计流程图

5.结论

由OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器和压力传感器组成的恒压供水系统，达到恒压供水的目的，实现真正意义上的无人值守的起闭、循环切换水泵。由于变频器具有软启动的功能，消除了启动大电流对电网的冲击，从而延长泵的使用寿命。该系统可广泛应用于工业供水、生活供水、消防供水、集中供热等供水系统。实际运行情况证明了本系统具有可靠性高、自动化程度高、便于维护和高节能性等特点，具有很大的应用价值。

参考文献

[1]魏景田.基于变频调速的恒压供水系统[J].科技资讯，2008（2）：48-49.

[2]李丽敏，叶洪海，张玲玉.PLC恒压供水系统的设计[J]自动化与仪器仪表，2008（01）：19-25.

[3]郑平，范学玲，赵振林.基于PLC与变频调速的恒压供水系统设计[J].硅谷，2010（12）：57.

变频供水系统篇（9）

1 供水系统分析及变频器的特点

人们在生活和工农业生产中离不开水，水是生命存活的必备资源，是关系到人类幸福指数的核心物质。随着社会的发展，人口数量不断增加，城市人口逐年提高，住宅楼向高层化、集中化进展，人均日用水量也在急剧增加，使得在用水高峰期供水压力不足，高层的建筑上不去水，而低峰期则压力过高，又造成能源浪费。而压力过高也存在着安全隐患，易造成爆管事故，同时影响正常供水和居民用水，给居民生活带来不便。

社会的发展也伴随着科技的创新，居民用水面临的上述问题能够得到很好的解决。为此，设计出变频器恒压供水方式。恒压供水，是供水系统保持供水压力恒定，使供水和用水之间保持平衡，即用水量多时供水量多，用水量少时供水量也少。这样就满足了在不同用水量状况时总能保持供水管网中的水压基本恒定，满足终端用水客户的需求。

变频技术是应交流电动机无级调速的需要而诞生的，变频器是把电网提供的工频（50赫兹）交流电变换成输出频率连续可调的交流电，以实现交流电动机平滑变速运行的设备。（三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（1-s），f即为电源频率P为电机极对数 s代表转差率）交流电动机变频调速技术是一项广泛应用的节能技术，它可以实现设备的软起动和软停止，降低对电网的冲击，同时也降低了设备的故障率，大幅减少了电能的消耗，同时减少了机械磨损，确保系统安全稳定、长周期运行。

2 变频恒压供水系统的硬件组成及控制原理

变频恒压供水系统是由压力传感器、变频器、可编程序控制器（PLC）、水泵机组及若干辅助部件构成的闭环控制系统。

2.1 硬件的功能

压力传感器 压力传感器是将测得的压力信号转换成电信号的器件。是使用最为广泛的一种传感器，应用于各种工业自控环境中。压力传感器的精度直接影响系统的控制质量。变频供水系统中的压力传感器一般采用电阻式传感器或压力变送器，压力传感器的输出信号传递到变频器。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller），也称为可编程逻辑控制器，简写为PLC。 是整个恒压供水系统的核心控制部件。PLC是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它使用可编写程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能。PLC的工作原理也就是通过对外部输入的状态进行检测、并对输入的数据进行运算和处理后，再输出控制量。它具有编程简单易学、工作可靠性高、安装维护方便等特点。

变频器 是一种将电网供电频率50Hz的交流电转换成输出频率连续可调的交流电的电气设备，是输出频率可调的电源。因为异步电动机的转速公式为n=60f/P（1-s），从中可以看出，改变电动机供电电源的频率f，可以实现电动机的无级调速。在恒压供水系统中变频器接收来自传感器采集的压力信号，通过变频器内部自带的采样程序及PID闭环程序与用户设定的压力构成闭环， 对终端设备电机（水泵）进行控制，以达到水泵恒压力供水的要求。供水系统中可以一台变频器控制多台电动机（水泵）即水泵组的运行，也可以每台变频器只控制一台电动机（水泵）运行。

水泵组 把电动机和水泵连成一体，通过调节电动机的转速来控制水泵水量和水压的变化，是恒压供水系统的执行机构。恒压供水系统中通常设置多台水泵（3台为例），供水量大时开启3台，供水量小时开1台或2台。每台水泵的出水管均有手动阀，以供维修和调节水量之用。水泵组中的水泵统一协调工作，以满足供水需要。

2.2 变频器恒压供水系统的控制原理

压力传感器检测管网压力，将压力信号转换为标准电信号送进变频器的模拟量输入端，与设定的压力值进行比较，并通过变频器内置的PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电动机的电源频率，进而实现控制水泵转速，调节了供水系统的供水量，达到恒压供水的目的。

自动运行时，由PLC控制电动机的工频运行和变频运行继电器，依据条件进行增泵升压和减泵降压控制。每次运行先启动1#泵，当用水量增高水压下降，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行，同时启动2#泵并进入变频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止；如果用水量继续增加，当2#泵加速运行变频器输出频率达到工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网恒速运行，同时3#水泵启动变频运行，系统对水压闭环调节，直到水压达到设定值为止；当用水量下降水压增高时，变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值，停止该水泵的运行，系统恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值；当用水量继续下降，每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时，则将此泵停止运行，直到剩下最后一台变频泵运行为止。

系统还设置了手动运行模式，该模式主要用于系统出错或是变频器的故障检修。

3 变频器恒压供水的优势

1）采用变频器恒压供水系统，实现了真正意义上的无人值守全自动供水控制；

2）电动机启动电流从零逐渐增加到额定电流，启动时间相应延长，对电网没有较大的冲击；

3）系统实现了软启动，消除启动电流大的冲击，减轻了机械启动转矩对电机的机械损伤，延长了电机和泵的使用寿命；

4）可以消除启动和停机时的水锤效应；

5）系统可以按照需求来设定压力，系统根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵运行台数，使设备运行在高效节能的最佳状态，从而达到了节水节电节省人力的节能目的。

【参考文献】

[1]张威.PLC与变频器项目教程[M].机械工业出版社.

变频供水系统篇（10）

1.引言

由于传统水塔供水系统存在线路复杂、故障率高、自动化程度低、二次污染等问题，其已不能适合现在生产生活的要求，对传统供水系统的现代化改造势不可挡。变频恒压供水系统具有诸多优点，无疑是最为理想的改造目标。

（1）水泵为二次方率负载，实施变频供水，其节能效果十分可观，为20%―40%。

（2）采用变频调速，可以彻底消除水锤效应。

（3）采用变频调速，水泵的工作寿命将大大延长。

2.工作原理

总之，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所需要达到的目的。

3.一控三的实施方案

该方案探讨的是基于PLC、变频器（一控三）为核心的恒压供水系统。PLC作为整个系统的控制部分，将接收到的压力传感器反馈信号与预设值作比较、数据处理，并发出逻辑控制命令，控制变频器输出频率的高低，改变水泵快慢转速，从而实现管网的恒压供水。图1是变频恒压供水的系统框图。

首先确定一个压力值p，该压力值为正常情况下保证相对泵站垂直距离最大的用户能正常用水的管网压力值。设3台水泵分别为1#泵、2#泵、3#泵，正常供水时只需2台水泵，其工作过程如下：

先由变频器起动1#泵变频运行，如管网水压大于p，则PLC输出指令控制变频器减小输出频率，降低水泵转速，最终保证管网水压等于p；如管网水压小于p，则变频器增大频率输出，水泵转速升高，保证管网水压等于p。若此时，1#泵频率为50Hz，而管网水压仍小于p，则系统自动延时1分钟，之后将1#泵转换为工频运行，起动2#泵变频运行，频率不断上升直至管网水压达到，此时供水系统处于“1工1变”的运行状态。当用水量减小，管网水压升高时（大于p），变频器输出频率降低，2#泵转速降低，保证管网水压恒定。当频率降到下限值时，管网水压仍高于p时，系统延时1分钟后则自动停掉2#泵，并将1#泵由工频运行转换为变频运行，继续保持水压为p。如此循环。

4.电路图

图2为变频恒压供水系统的主电路图。电源开关可以实现人工手动控制和PLC、变频器智能控制的转换。任意时刻，水泵只能处于变频控制和工频运行的一种状况，KM2/KM3、KM4/KM5、KM6/KM7接触器需要连锁控制。此连锁既能在硬件电路中实现，又可由PLC软件编程实现。电机变频运行时，无过载现象；当PLC处于工频运行时，为防止电机过载，需将热继电器串联电路中。

5. PLC变频器选型

PLC变频器的选择要根据现场要求选择。

5.1PLC选择

采用西门子S7-200型。S7-200可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时，可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。多种性能递增的CPU和丰富且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。整个PLC系统的配置如图3。

5.2变频器选择

根据工艺要求和方便调试等要求，选用ABBACS800系列变频器。ACS800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制的变频器，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制，完整的保护功能，灵活的编程功能，以及较高的可靠性和较小的体积，等等。ABB变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转速的精确控制。ACS800系列内置五个标准宏程序和两个用户宏程序，只需选择需要的应用宏启动，做出修改并且将结果存储到用户宏程序中。这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间，减少了出错的概率。

6.结语

该系统采用PLC控制变频器实现调速恒压供水，使用方便、工作可靠、系统压力恒定，具有较好的控制效果。系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。综上所述，采用PLC和变频器为核心部件构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，为供水领域的技术革新开辟了切实有效的途径。

参考文献：

［1］赵崇刚.变频器在小区变频恒压供水系统中的应用.机电工程技术，2008.8：41-43.

［2］ABB.ACS800标准应用程序7.x固件手册.