恒压供水系统应用

2024-07-01

恒压供水系统应用（精选十篇）

恒压供水系统应用篇1

关键词：工频,变频,供水压力,设定压力,PID运算,恒压供水

0 引言

湛江市技师学院有一万多师生员工, 生活用水量较大, 且楼层高低不一, 又没有水塔, 从而造成用水高峰的时候, 高楼层的用水很不方便, 有时候水很小, 有时候没有水用, 管理人员要经常对供水水泵进行开关的控制, 且劳动量很大。因此, 为了满足全校师生员工正常用水, 节约用电, 本文设计了一套全自动的恒压供水系统。

本系统的特点在于不管是用水高峰, 还是用水低潮, 保证每个用户都能正常用水, 并且以最少的能耗而保证全校师生员工正常用水, 减少管理人员的劳动量。本系统使用了水泵轮流工作程序, 水泵可以在用水低潮的时候, 轮流休息, 以避免某台水泵长期工作而缩短了工作寿命。

1 整个恒压供水系统的组成 (如图1所示)

体系分别由供水部分、压力采集部分、电气控制部分组成。从图1可以看出, 电气控制部分为主要控制, 其细分为PLC、变频器、继电器组。压力采集部分主要完成压力反馈与A/D转换的功能。供水部分分为外来供水、供给本校使用水。

2恒压供水系统流程图

恒压供水系统由PLC起到总控制作用。系统启动后, PLC根据管理人员给定的供水压力与输出供水压力而做出相应的自动控制过程。其控制过程由继电器组功率放大后, 再由继电器控制水泵的工频或变频的运行。供水压力的粗调节由启动工频运行水泵的台数完成, 供水压力的精调节由变频运行的水泵完成。恒压供水系统流程图如图2所示。

3三恒压供水系统主回路

三恒压供水系统主回路以图3所示。

4 变频器的PID设定与连接

恒压供水工作的精调整都是由变频器自身的PID运算实现。本系统中压力传感器的输出电流与被测量成正比, 变频器采用负运算;A540系列变频器由参数Pr128决定负运算工作方式。

通过变频器面板设定一个给定频率作为压力给定值, 安装在供水管上压力传感器反馈来的压力信号 (4m A对应0MPa, 20m A对应0.5MPa) 的传感器调节水泵的供水压力作为压力负反馈接至变频器的辅助输入端4、5;变频器、PLC时刻跟踪管网压力与压力给定值之间的偏差变化情况, 经变频器的PID运算, 调节变频器输出频率, 改变水泵转速, 并通过PLC控制水泵工频电源供电与变频电源供电的切换, 自动控制水泵投入运行的台数, 实现闭环控制, 使水压不偏离压力给定值, 保持水压恒定。

变频器PID设置相关参数如下表1。

连接图如图4所示。

5 PLC的控制

PLC在本系统中的作用是控制交流接触器组进行工频---变频的切换和水泵的工作台数的调整。其工作流程图如图5所示:

在图5中, 恒压水系统有两种运行方式, 一种是手动控制, 一种是自动控制。

在手动控制中, 要求管理人员输入相应的运行水泵后, PLC才有相应的控制输出来控制水泵运行, 这样可以方便调系统的运行状态, 水泵的维修与保养都是在手动方式下完成的。

在自动控制中, PLC根据供水压力来自动调整水泵的工作台数, 每当供水压力值低于给定供水压力值时, 变频器提高输出的频率, 水泵也相应提高转速而加大供水压力, 当变频器的输出频率达到上限, 且供水压力还不到给定供水压力值时, PLC将增加工作水泵数量, 以保证供水压力在给定的供水压力范围;反之PLC却减少工作水泵数量。在用水低潮时, 水泵轮流休息, 以提高使用的寿命。它们的运行过程如下所述。

系统启动时, KM0闭合, 1#水泵以变频方式运行, 当变频器的运行频率超出设定值时, 输出一个上限信号, PLC通过这个上限信号后将1#水泵由变频运行方式转换为工频运行方式, KM0断开, KM1吸合, 同时KM2吸合, 变频启动2#水泵运行。如果再次接收到上限信号, 则KM2断开KM3闭合, 2#水泵由变频运行转为工频运行方式, 同时KM4闭合3#水泵变频运行。

如果变频器频率偏低, 即压力过高, 输出的下限信号使PLC关闭KM4、KM3, 开启KM2, 2#水泵变频运行, 再次收到下限信号时就关闭KM2、KM1, KM0吸合, 只剩下1#水泵变频运行。水泵轮流工作的时候, 只是三台水泵的先后时序换了。PLC接线I/O分配图如图6所示。

6恒压供水系统的调试

系统调试是对程序结果进行全面的检查, 找出问题并纠正其错误, 使可能发生的问题与错误, 尽量消灭在正式运行之前。通常调试的方法大多数是采用静态调试法与动态调试法。所谓静态调试法是用人工的方式对程序的编写进行审核, 找出其中错误, 这种方法不用运行程序。而动态调试法是通过程序的运行, 在程序的“动态”执行中检查并处理各种出现错误。本系统是采用动、静态相结合的调试方法。

7 结论

原来由于没有变频运行的水泵, 供水压力很难保证, 通常是少一台水泵运行时, 供水压力不够, 多一台水泵运行时, 压力过大, 且水泵电机工作电流很大, 造成能量大耗。因此造成夜间高层楼的用水没有水用, 白天又要一位管理人员现场管理。

该系统投入使用后, 保证了全校师生员工的正常生活用水。该系统运行效果稳定, 故障率少, 节能明显, 减少了管理人员的工作强度。

本系统是一个居住集中、楼层高低不一, 且没有水塔的生活区的自动恒压供水系统, 系统实用性强、节能、有着推广应用的价值。

参考文献

[1]FX2N系列微型可编程控制器使用手册.随机资料.

[2]FR-A540E系列变频器使用手册.随机资料.

[3]刘守操, 余文烋，刘结成，许振茂编.可编程序控制器与变频技术.

PLC在恒压供水系统中的应用篇2

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自控与监测 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒压供水系统中的应用

华北电力大学机械工程学院(河北 071003)韩庆瑶

李巧红

刘崇伦

【摘要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

参数增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述过程变量 010～110 实数双字

给定值 4 实数双字 I 8 实数双字 I/ O 12 实数 I http://ki.net 1本文由cpzt贡献

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的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

表 1 PID 回路表格式

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【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型双字 0 I 二、系统方案设计恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

GM 通用机械 38 过程变量当前值 PV n 给定值 S Pn 输出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.reserved.11 PID 算法

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一、前言

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一、前言

表 1 PID 回路表格式

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【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式进行工作的。能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

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一、前言

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一、前言随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式进行工作的。

表 1 PID 回路表格式

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【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

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恒压供水系统应用篇3

关键词:无负压变频恒压供水城市供水应用

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0064-01

1 无负压变频恒压供水的特点

普通变频恒压供水方式存在着能源浪费、二次污染、给城市管网造成负压等等弊端。无负压变频恒压供水,既能利用自来水管道的原有压力,又能利用足够的储存水量缓解高峰用水,且不会影响城市管网的正常供水。

1.1 不会对水质造成二次污染

无负压变频恒压供水设备是直接与市政管网连接,中间没有其它环节,省去了低位水箱,系统全密封运行,异物不能进入系统内部,不与空气直接接触,不会对水质造成二次污染,同时降低了成本,节省了水泵房的占地面积,降低了建筑负荷。

1.2 充分利用管网余压,节约运行成本

无负压变频恒压供水设备在运行时借助市政自来水的压力,在原有管网压力的基础上叠加所需的压力差,差多少,补多少,充分利用管网的余压,系统自动调整水泵运行台数或调整水泵转速,实现一直在高效率点运行。大大节省了运行费用,符合国家节能的要求。

1.3 低区供水稳定,停电不停水

无负压变频供水系统直接和市政自来水管网相连,在停电时加压泵虽停止工作,但自来水管网压力依旧可维持低区用户供水,即使在停水时,用户也可以靠稳流灌存水维持短时间供水。

1.4 减少系统损失,节约能源

无负压变频供水系统全自动运行无须专人值守,也没有水质处理仪器,免去定期清洗、消毒等工作;减少了系统滴、漏、益流的损失。节能效果十分显著。

2 系统运行原理

(1)当自来水压不足致使压力下降时,防负压装置和稳流罐中的检测装置采集稳流罐中的真空度及水信号,通过控制柜控制防负压装置和稳流罐中的特殊装置动作,抑制负压产生,保证城市管网不受影响。

(2)设备正常运行时,系统叠压(无负压)直接供水,通过实际用水情况设定用水点工作压力,用负压反馈来调节变频器频率。如果实际压力高于设定压力,降低变频器频率,反之升高变频器频率。

(3)当设备进水压力不小于出水设定压力时,水泵机组进入休眠状态,系统通过旁通管直接供水。

3 节水、节能情况比较

3.1 传统的供水方式:浪费现象严重

(1)水资源浪费。

水池(水箱)经常存在跑、冒、滴、漏、蒸发等现象,且水池(水箱)的定期清冼,清洗水箱时必须将原水箱中的水全部放完再用大量自来水冲洗,造成了大量的水资源浪费。

假设北京市人口共1300万,每5000人共用1个水箱,共需水箱2600个,每只水箱按80t计算,每个水箱每年至少清洗2次,全市每年为清洗水箱白白放掉的自来水就要高达416万吨。

(2)电资源浪费。

市政管道有压水放入水池或水箱中,原有的水压力变为0。送到用户的水又要从0开始加压,造成能量的白白浪费,北京市每年的生活总用水量大约为7亿吨,利用市政水压直接供水的水量50%左右,其它50%为加压供水,所需水泵重复加压每天的耗电量为

=80882(kWh)

W----水泵的耗电量(kWh)

r----水的密度(kg/m3)

Q----水的流量(m3/s),取11m3/s

H----水被提升的高度,市政给水压力一般为0.2～0.3MPa,本计算中H=20米

t----水泵的运行时间(h),计算一天的耗电量取24小时

1----水泵的效率,取80%。

2----电机的效率,取80%。

该部分用水是由若干台水泵进行加压的,但计算的方法相同。每天重复加压浪费的电能就8万度电,在能源如此紧张的状态下,应该采用更好的供水方法,减少能源的浪费。

这种运行方式能耗大,设备运行费用较高。

3.2 无负压给水方式:节水、节能、运行经济

(1)节水。

全封闭结构,杜绝了跑、冒、滴、漏现象。不存在清洗、消毒用水。每年可以节约大量的自来水以及水箱清洗的费用。

(2)节能。

设备与自来水管直接串接,可以充分利用自来水管道的原有压力,在自来水管网原有压力的基础上进行加压。如果自来水管道的压力满足要求,设备就停止工作,节能效果显著。以六层楼为例,用水高峰期时,水压可以达到4层,用水低峰期时,可以供到6层。無负压供水设备只是在用水高峰期时对5～6层用水进行加压,用水低峰期时不用加压供水。能耗大大降低,可达到50％～80％以上。

(3)低区停电不停水。

突然停电的情况下,无负压供水设备利用管网的原有压力,给用户供水。做到停电不停水。

(4)运行经济。

这种运行方式能耗小,设备运行维护费用低,比较经济。

4 安装情况比较

4.1 普通变频恒压供水方式

普通变频恒压供水方式供水,必需修建水池或水箱,如果采用水池,水池内有严格的内防腐要求,施工周期长,工程量大。水池结构墙上要预留很多套管,增加了泄漏点,加大了施工难度,使管道和设备布置、安装复杂;如果结构墙上套管预留不准确,会给施工、安装带来更多的困难。如果采用水箱,水箱的基础施工,水箱的安装、灌水试验、管道的连接,安装较复杂。其次不论修建水池还是安装水箱,都占用了很大的建筑面积。

4.2 无负压变频恒压供水方式

无负压设备成套出厂,用户的自来水进水管和出水管直接与设备对接,安装简单,施工周期短,并且大大地节约了占地面积。

5 结语

无负压恒压供水具有广阔的发展空间,在节能、节水、节地、节省建设资金等方面优势显著,成为取代水池、水箱等传统二次供水设施的首选。但要实现无负压供水设备的持续发展,市场急需规范,必须设置进入门槛,制定高水平的行业标准,使无负压供水系统真正达到节水、节能、节约成本的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国城市供水条例第二十一条.

[2]刘永刚.无负压设备的工作原理及应用.山西建筑,2006,32(19):158～159.

[3]伊君.无负压供水设备初步探讨[J]. 中国建筑信息,2006(1):6～7.

联合泵房恒压供水系统的应用篇4

关键词：PLC,变频器,压力传感器,恒压供水

济三煤矿生产、生活中的用水量随时间而变化, 季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集中体现在水压上, 用水多而供水少则水压低, 用水少而供水多时则水压高。恒压供水系统节能效果明显, 管路压力平稳, 避免了在控制压力临界点电机的频繁启停, 延长了电机的使用寿命, 降低了各项维修费用。

1 联合泵房目前供水状况

济三煤矿的生产、消防及生活等用水均由地面联合泵房供给, 由于各台水泵的压力很难控制在工艺范围之内, 造成系统压力与流量脉动大, 工作不稳定, 并且每天数次开泵、停泵, 各泵始终处于工频—停止—工频运行状态, 不仅启动频繁, 而且能耗大, 夜间低峰时压力更难控制。

2 恒压供水系统简介

恒压供水控制系统的基本控制原理:采用电动机调速装置与可编程 (PLC) 控制系统, 进行优化控制泵的调速运行, 并自动调整泵的运行台数, 完成供水压力的闭环控制, 在管网流量变化时达到稳定供水压力和节能降耗的目的。系统控制目标是总管的出水压力, 系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较, 其差值输入CPU运算处理后, 发出控制指令, 控制泵的投运台数和运行电机的转速, 从而实现给水总管压力稳定在设定的压力值上。

控制原理框图 (如图1) 。

系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能, 系统通过安装在出水总管上的压力传感器, 实时将压力、流量非电量信号转换为电信号, 输入至可编程控制器 (PLC) 输入模块, 信号经CPU运算处理后于设定的信号进行比较运算, 得出最佳的运行工况参数, 由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值, 控制泵的运行台数及工况, 并实现对每台泵的调节控制。

3 系统组成及作用

恒压供水系统由PLC控制系统、压力变送器、低压电器控制柜和水泵等组成。通过变频器和继电器、接触器控制水泵机组运行状态, 实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时, 压力变送器不断将管网水压信号换成电信号送入PLC, 经PLC运算处理后, 获得最佳控制参数, 通过变频器和继电控制元件自动调整水泵机组高效运行。

3.1 PLC集中控制系统

在该系统中, 变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源, 实现电动机的无级调速, 从而使管路水压可控;传感器的任务是检测管路水压;压力设定单元为系统提供满足需要的水压期望值;压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后, 经可编程控制器内部PID控制程序的计算, 输给变频器一个转速控制信号。

3.2 PID的功能

将压力传感器反馈的水压信号送入PID调节器, 调节器将模拟量输出给变频器进行变频调节。PID控制器根据压力设定值与实际测定值进行PID运算, 并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。

3.3 压力变送器

在生活、生产用水的管道出口处安装变送器各一台, 通过压力变送器将管路压力信号传输到PLC, 通过PLC控制PID调节控制供水压力。

4 系统运行基本过程

联合泵房整个系统是由压力传感器、变频器、电控设备、电动机和泵等组成的。启动设备以后, 上位机控制变频器从输出端输出逐渐上升的频率和电压, 对1#泵进行软启动。当频率上升达到电动机的额定转速而压力仍然不能满足要求的时候, 则上位机控制1#泵脱开变频器转入工频运行;此时, 上位机控制2#泵进行软启动, 并根据管路的压力调速运行来控制管路的压力, 压力过高时上位机发出指令, 1#泵停止工作;当压力再次降低时 (低于设定值) 2#泵变频升速到电动机的额定转速, 直至转入工频运行, 1#泵变频软启动。

供水管路的供水量和供水压力是随用户的用水要求全日瞬时变化的, 水泵机组如果按照额定流量和额定压力工频运行则能耗大, 压力随流量的变化而波动。通过出口压力传感器将实际运行中的压力信号变换成标准电信号, 输入给上位机, 经过运算放大处理后, 再根据偏差的大小来自动地整定P、I、D控制参数, 控制变频器和水泵机组, 按照实际的用水量和压力要求来变频运行, 以达到高效节能和改善供水品质的目的。

5 结语

联合泵房24h供水, 平均日供水量1.2万m3/d, 该泵房安装水泵3台 (其中1台备用, 配套电机75kW) , 原供水方式为工频直供, 阀门控制水压, 改为恒压供水系统, 恒压工作压力0.52MPa。采用ABB510变频器据统计, 在供水量不变的前提下, 安装变频器后每日节约电能190~250kW·h。用电无功功率因数由0.80提高至0.88。安装变频器后, 由于日平均转速明显下降, 轴上的平均扭矩和磨损减小, 水泵、电机的寿命大为提高。同时由于对水泵实行软启动, 管网破坏明显减小。据估计, 恒压供水后, 每年节约水泵、管网维修费用约5万元。

参考文献

[1]文君, 汪引红, 郑涛.变频恒压供水控制技术在泵站供水系统中的应用[J].工业安全与环保, 2006, 6.

[2]倪敬, 姜晓勇, 施江肖, 等.变频器在节能恒压供水系统中的应用[J].机电工程, 2001, 5.

[3]邓巍.PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用[J].新疆石油学院学报, 2001, 2.

[4]黄鹏.住宅小区变频调速恒压供水系统节能设计分析与应用[J].中外建筑, 2 01 0, 1.

恒压供水系统应用篇5

1引言

供水系统在各行各业的生产和生活中都起着至关重要的作用。如何保证供水系统安全、可靠、稳定地运行是很多行业都很关注的问题。把先进的PLC控制技术和变频技术等自动化控制技术应用到供水领域，成为对供水系统的要求。

在供水系统中，如果用户用水量需要变化时，利用改变阀门开度变化传统的调整方法，会造成供水压力不足或过大情况，容易造成资源浪费和产生安全隐患。因此，在一些用水量变化大、水压控制高且流量完全由用户确定的供水系统采用变频调速技术则显得尤为重要。

图1变频恒压供水系统原理图

2变频恒压供水工作原理

变频恒压供水就是变频调速技术在供水中的应用，其采用PID调节技术，使供水压力恒定在一个设定范围，其具有恒水压力波动小，节能效果明显。实验中采用循环软启方式。

它的工作原理是：当变频泵运行到工频50Hz时，此时的实际供水压力若还没有达到设定的供水压力，不是直接启动另外一台水泵，而是将当前以变频运行的水泵直接切换到工频方式运行，而以变频方式启动另外一台水泵，以达到维持系统压力的目的。在切换水泵时，按照先启先停的方式进行。这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都可以被使用到。变频恒压供水系统的原理图，如图1所示。

从图1可以看出，在系统运行过程中，将供水管网实际压力与设定压力比较，将得到的压力差经过PID控制器计算与转换，得到变频器输出频率的变化值后，调节水泵机组的运行方式和运行速度，最终使实际供水压力与设定压力值相等。

图2 系统结构框图系统硬件设计

变频恒压供水系统结构原理图[1][2]如图2所示。系统由水箱、管路、阀门和水泵机组、电气操作系统和各种传感器、仪表等组成。电气操作系统由PLC(德国SIEMENS公司的S7-200型)、变频器(MM440)、小型断路器、交流接触器、热继电器、直流电源、小型电磁继电器以及各种指示灯和主令器件组成；传感器和仪表包括温度传感器、压力传感器、电压变送器、电流变送器、功率变送器等。

在此系统中，传感器将供水管中的压力转换成电量信号后，传送到PLC的特殊功能模块，进行数据处理后传给变频器控制电动机。变频器[3]是这个系统中的核心器件，通过PLC对变频器的控制，就可以改变供水管中的压力[4]，实现恒压供水的要求。PLC将模拟量输入、输出模块经过转换后的数据进行PID运算，然后将计算值输出变频器，变频器根据输入的模拟量，改变输出的电压及频率，从而实现对电机转速的调节，改变管内压力值。

根据控制要求[5]，水泵机组由四台水泵组成。第一台水泵变压不足时，将第一台水泵切入工频运行，再投入第二台变频泵第四台水泵启动。停泵时先停第一台工频泵，再停第二台工频先开先停。

图3 主程序流程图系统软件设计 4.1程序模块设计

软件系统设计基于Windows平台的32位编程软件包STEP-7 Micro WIN，采用模块化设计方法，主程序的流程图如图3所示。

除主程序的流程以外，程序模块设计还涉及到定时器T0初始化程序、中断服务程序、故障报警子程序等相应的模块。

4.2组态软件

本系统我们采用WINCC组态软件[6]。WINCC是一个工控系统中的一个电脑控制组态软件，它他可以和PLC通讯，可以点击组态中的按钮来操作一些设备的运行或停止；PLC是可编程控制器[7]，可以利用自己的程序来控制一些设备的运行顺序和状态，是工业中必不可少的一种控制方式。

因组态软件不能直接读取AIW通道中的数据，所以运用STEP7中的传送指令，将AIW通道中的数据传送到变量存储区中，以便组态软件从中读取数据。

4.3WINCC与S7-200PLC的通信

WINCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS两种协议之一进行。通过PROFIBUS协议进行WINCC与S7-200系列PLC通信的实现,需要以下几点：(1)软硬件要求

PC机，Windows98操作系统；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同类板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模块；Profibus电缆及接头；安装CP5412板卡的驱动；安装WINCC 4.0或以上版本；安装COM Profibus软件。(2)组态

首先，打开SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。(3)设置PG/PC interface 在设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。(4)WINCC的设置

在WINCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，设定参数。(5)建立变量

WINCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的，即In表示WINCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WINCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。(6)优缺点

优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好；

缺点：传送数据区域有限(最大64字节)，在PLC中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。

应用场合：适用于要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

图4 系统实时监测界面

5系统运行实时监测界面图4为系统实时监测界面。

6结束语

文中介绍的新型供水方式不论在设备的投资运行的经济性，还是系统的稳定性和可靠性，自动化程序等方面，都是具有无法替代的优势，而且具有显著的节能效果。目前，该系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展，而追求高度智能化、系列化、标准化将成为必然趋势。

恒压供水系统的控制模式分析篇6

关键词：恒压供水；变频器；同步切换；控制模式

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)35-0115-02

长期以来我国在工业生产循环供水、市政供水等方面技术一直比较落后，自动化程度很低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低高层用户无水可用的现象，而在用水低峰期，如高层住宅的夜间供水，水的供给量往往远大于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时会缩短各类阀件的使用寿命，甚至有可能引起水管的爆裂。

供水系统的设计。应能满足用户对流量的基本需求。以及一定的压力和节能的需要。满足用户对流量的需求是供水系统控制的基本原则。所以，流量是系统的基本控制对象，流量的大小受到扬程、管阻等因素的影响，但这些因素又难以进行具体测量和控制。在动态情况下，由于管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间有如下的平衡关系：

供水能力Q_C>用水需求Q_U,则压力上升；

供水能力Q_C<用水需求Q_U,则压力下降；

供水能力Q_C=用水需求Q_U，则压力不变。

因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了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。这就是恒压供水系统的基本控制思想。要保证检测点的压力值恒定不变，就需要根据用水需求Q_U的变化，不断地去改变供水能力Q_C。且前被广泛采用的变频调速供水系统就是通过变频器来调节水泵的转速，从而实现对水泵扬程及流量的控制，可以即时地改变供水能力Q_C。

变频调速恒压供水系统主要由执行机构、信号检测、PLC控制系统(或者单片机、DDC)、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成，其一般的工作过程：首先检测给水池液位是否正常，若无异常则可直接由变频器启动第一台水泵，同时由压力表测出管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值(设定上下限)比较后。控制变频器输出频率，调节水泵转速；当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。本文将就变频器与水泵之间的控制模式问题进行重点讨论。

1常用控制模式分析

1.1模式一：一台变频器不断地在不同泵之间进行切换控制

多泵恒压供水系统为了提高变频器的使用效率，减少设备的投入费用，常采用一台变频器拖动多台电机变频运行的方案。当变频器带动电机达到额定转速后，就要将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器再去起動其他的电机。这种控制方式应用非常广泛，节能效果明显，由于只使用了一台变频器，故投资也相对较少。但是由于不可避免地要进行工频电网和变频器之间的相互切换操作，所以也相应地带来一系列困难：

(1)一般的切换方式出于保护的目的，在变频向工频切换时，先切断变频电源，经过足够的延时使水泵电机的反电动势降低到一定程度之后再由软启动器再次启动水泵，但是由于延时的存在会引起水压较大的波动，而且延时越久，水压波动越明显。

(2)为了避免水压波动过大，保证供水质量，可以采用同步切换的方式来实现。同步切换是指不经过任何的延时。而是直接进行变频电源向工频电网的切换。若能保证在切换前后频率和相位一致，电机即可在变频电源和工频电网之间实现平滑过渡，水压也不会产生大的起伏。但是，如果不一致则在切换时会产生瞬时大电流，有时会大大超过电动机的额定电流，导致断路器跳闸，严重时损坏电机。由于变频器电压输出起始相位具有随机性，要防止过电流的产生，就必须对切换时的相位进行控制。可以在系统中引人锁相环实现上述控制的要求。在切换时由锁相环锁定变频器输出电压的相位和频率，使变频器输出电源与工频电网电源同频同相，再切断变频电源，将水泵转至工频电网，这样就可以有效地克服切换过程中的过电流现象∞。但是系统的设计难度、设备成本也会因此增加。

(3)水泵并联运行的问题。水泵组中仅有一台水泵为变频运行，理论上这样可以有利于提高水泵组的整体效率，而实际上相当于性能曲线不同的水泵并联运行。当变速泵在较低转速工作时，定速泵与变速泵并联，相当于小泵与大泵的并联，有可能会使两台水泵都在低效区运行，出现变频泵作虚功的现象，即水泵消耗能量、有转速但无流量。这无论对于变频泵或工频泵的运行都是不利的，可能引起水泵电机的损坏。因此当系统采用“一变多定”的调节方式时，更要严格控制变速泵的调速范围。

1.2模式二：变频器只控制一台泵，其他泵只进行工频启停切换

这样控制线路更为简单，可以回避变频器切换时锁相的难题，但是依然不能避免水压大幅波动与并联运行所带来的困难。目前一些水泵专用变频器已经具备了PID控制功能，通过一个AI口直接接收压力变送器的模拟输入信号，内置PID环路即可实现对水压的控制，这样可以省去安装PLC的成本，在一些水压要求不严格的小型系统中。模式二的优势更加明显。

1.3模式三：多台水泵同时由多个变频器控制。即同步变频

以同一控制信号改变所有并联水泵的运行频率。各时刻各水泵运行频率相同，若运行台数不变，水泵组并联运行曲线可以完全并联，其变化类似于某单独水泵。这样的变频控制系统结构简单，不存在变频泵与工频泵切换的问题。可以很好地解决模式一、模式二中水压大幅波动及变频泵作虚功等问题，系统运行的可靠性得到进一步的提升，但是由于对变频器的数量要求较多，成本将会大幅提高。本模式主要适用于对系统可靠性要求较高，水压控制要求严格的场所。

2结论

恒压供水在设备冷却系统上的应用篇7

水泵电机启动方式采用ABB软启动，软启动改变了电机启动性能，避免了水锤效应，但软启动在电机运行时不能有效调节电机运行状态，即不能依据用水量变化自动调节供水量，而设备冷却用水量随季节气温不同而相差较大，设备因检修或其它原因停机时，用水量也不一样，造成了用水与供水间的不平衡，不仅浪费了水资源，也增加了生产成本和管理难度。为此，决定将冷却供水系统改为变频恒压供水，以解决这一生产矛盾。

1 改进措施

根据我公司水泵运行情况，不论改为PLC+变频器控制水泵还是利用变频器PFC循环运行，均要求大功率的变频器，需投入较大资金。水泵运行实际情况是每增开一台循环水泵，水管压力增加0.18MPa，而生产设备用水压力只需保持0.43MPa即可满足设备冷却要求，将其中一台水泵电机改为变频控制，其余2台仍为工频运行。

1.1 改为变频器后水泵控制流程图（见图2)

如图2所示：在出水管安装压力传感器，由压力传感器采集供水的水压模拟信号，送到变频器，利用变频器内置PID功能将压力传感器送回的4～20mA信号(反馈值)与泵的出口压力(设定值)进行比较，再控制变频器输出，即控制水泵电机运行速度，从而使反馈值与设定值一致，保持恒定的水压，实现水量变化的自动调节。

变频器选用：ABB ACS510-01-246A-4+ACS-CP-D+ACS/H-CP-EXT;

压力变送器选用：精巧型压力变送器，型号：AOP10X3JE2010，量程：0～1MPa，输出：4～20mA。

1.2 变频器最低频率设置

由于循环水泵是单向阀控制，因此电机需要一定的转速才能打开单向阀向设备供水，所以变频器必须设置最低频率，保证电机在此转速下运行能冲开单向阀，为设备提供冷却水。水泵电机运行频率与供水量测试结果如表1所示。

从表1看出，变频器频率在20Hz以上时，管道才有流量检测，46Hz运行时供水量增加较大，因此我们将最低频率设置为40Hz。

根据生产用水情况，供水压力需长期保持在0.40～0.44MPa之间，才能满足设备冷却。当2台工频运行水泵的其中一台水泵因机械或电气故障停机将造成水压不足，影响设备运行，给生产带来不确定因素，因此需考虑增加一台水泵作备用泵，备用泵启停由安装在出水管上电接点压力表控制，其控制流程如图3所示。

在图3中，当出水管压力低于0.40MPa时，电接点压力表动合触点闭合，经时间继电器延时后(根据生产用水情况设置延时时间为5分钟)，备用泵电机启动，为生产提供用水，此时变频器控制水泵仍自动调节供水量，保证生产恒压供水。

当出水管压力高于0.44MPa，变频器控制的水泵电机在设置的最低频率运行，此时变频器控制的水泵电机做无用功，浪费电能，为避免此情况的出现，需要在变频器4022～4025参数里设置变频器睡眠时间、压力与唤醒时间。由于变频器设置最低运行频率，故设定睡眠值为40.2Hz(高于稳定的输出频率0.1～0.3即可)。当管道压力达到上限压力0.44MPa后，为防止水压在0.44MPa波动，造成变频器频繁启动，需设置延时。根据我公司生产用水情况，设为二十分钟后进入睡眠状态，等到压力低落到下限压力0.40MPa后，延时2分钟唤醒，变频器进入运行状态，保证生产车间用水。

2 改进效果

2.1 节水效益

循环水冷系统自改为变频恒压控制后，明显改善了生产用水情况。改用恒压供水前后的对比见表2。

从表2可看出，自改为恒压供水后，每小时供水总流量减少了200～450m3，在设定压力内随用水量变化而供水，避免了传统供水方式的损耗，达到了节约用水的目的。

2.2 节电效益

通过采用变频调速恒压控制，可在不同季节、设备开停时有效即时地调控水量，电机稳定在最小功率运行，电耗降低，改进前后对比见表3。

从表3看出，改进后平均每小时可节能35 kWh，以此计算每年可节能35×24×365=306600kWh，节能效果明显。

变频恒压冷却循环供水系统通过检测管网压力变化，通过调节运算控制变频器的输出频率和输出电压，从而调节变频水泵的转速，达到恒压变频供水的目的。该项改进措施不但解决了生产难题，同时节约了水资源，降低了生产成本，具有较好的社会、经济效益。

摘要：该厂设备都采用开放式循环水冷却方式, 此方式不能自动调节供水量, 常造成用水与供水间的不平衡。因此, 将供水系统改为变频恒压供水, 即是在出水管上安装压力传感器及变频器, 通过信号传递与反馈, 对水泵电机运行速度进行控制, 从而实现水量的自动调节。

恒压供水系统应用篇8

目前,城市供水系统多采用人工直接控制加压泵来实现所谓的恒压供水,即半自动化的传统的PID控制技术来实现的,很难达到满意的控制效果,工作效率也比较低,并且还会造成较大的能源浪费。

模糊控制技术是智能控制的一个重要分支,它克服了经典控制理论依靠系统数字模型的缺点,是一种基于语言规则和模糊推理的高级控制策略和新颖技术。本文将模糊控制技术应用于供水系统的控制过程,采用单片机作为主控器,单片机通过驱动电路控制变频器,从而达到控制加压泵,进而实现恒压供水。此系统控制效果好,性能更加稳定可靠,节能效果明显。

1 模糊控制算法

模糊控制系统的基本结构如图1所示。

其中,s为系统给定的恒压设定值,y为系统输出用于控制加压泵,e和ec分别是系统误差和误差变化率,u为控制信号,E,EC,U为相应的模糊量,它们的论域分别划分为15个等级,即e=ec=u={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}。将e,ec,u划分为若干个模糊子集,并根据控制对象的特点,给出各模糊子集的隶属度。输入输出变量语言选取{NB(负大),NM(负中),NS(负小),0(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}。

系统采用双输入单输出控制器,由实际工作经验可以得到一系列模糊控制规则,采用“if…then…”结构模糊条件判别语句,如:if E=NB and EC=NB then U=PB,即误差为负大值并且误差变化率为负大值时,模糊控制量U取最大值。

应用模糊推理合成算法,求出模糊控制量U,再按照一定的判决方法进行判决,即可求出精确模糊量。

以上模糊控制器的设计方法运算量很大,故本系统引入一个修正因子K,得到自调整修正因子Fuzzy控制器的控制规则

U=-〈KE+(1-K)EC〉

式中K=(Kn-K0)E/(N+K0),0〈K0〈K〈Kn〈1,并且定义论域为:

E=EC=U={-N,…,-1,0,1,…,N}

当误差E增加时,修正因子K增加,E的加权程度加大;反之,E的加权程度减小。因此,随着E的变化,K自动变化,符合E和EC的权重要求。在被控对象的阶次较高时,对EC的加权值应大于对E的加权值,故K取较小的值在被控对象的阶次较低时,情况正好相反,K取较大值。

自调整修正因子Fuzzy控制具有较好的动态性能,随着E的变化修改控制规则,体现了一定的自适应能力,但不具有PID控制良好的静态性能,为此,本系统在自调整修正因子Fuzzy控制中引入PID控制,构成Fuzzy-PID控制器,其系统原理如图2所示。

控制策略:以误差E的大小作为自调整修正因子Fuzzy控制与PID控制的转换条件,令E=E0为转换点。在误差范围较大时(E>E0),为提高系统的动态响应速度,采用Fuzzy控制,随着误差的变化,自动调整修正因子,以提高系统的自适应能力。在误差转换点(E=E0)以及允许误差范围内(E

2 控制系统的实现

整个控制系统是由单片机、变频器、液压传感器、人机界面、加压泵等组成的一个闭环控制系统,系统原理框图如图3所示。主要工作原理是通过对实际水管的压力进行多点采集确定目前真正的水压,将此压力值与给定值相比较,通过模糊推理运算,确定变频器输出频率应该加大还是减小,进而使水压稳定在给定值,实现恒压供水的目的。

本系统采用8031单片机,传感器选用一体化的液压变送器。水压给定值可以通过键盘设定或者改变,显示部分可以显示当前水压等信息。

系统软件程序主要有:主程序、模糊化子程序、模糊运算子程序、键盘显示子程序、A/D及D/A转换子程序等等。

3 结束语

将模糊控制技术应用于变频调速恒压供水控制系统中,经实验室模拟实验表明:控制效果较好,性能稳定可靠,节能效果显著。该系统具有一定的实用性。

参考文献

[1]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[2]李坤锋,等.水厂加压泵站自动化系统[J].自动化技术与应用,2004,23(2):76-78.

恒压供水系统应用篇9

关键词：变频,恒压,控制系统,自动调节,高效节能

恒压供水调速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，在用水量变化的过程中调节水泵的运行速度，用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。

变频调速技术的一个重要特点是可以实现水泵的“软启动”，水泵从低频电源开始运转，即由低速逐渐升速，直至达到预定工况，而不是按照常规一启动就迅速达到额定转速。软启动的工作方式对电网的干扰小，无冲击电流，也适合于在几台水泵之间进行频繁的切换操作。这种启动方式在恒压供水情况下有独特的优点。

现有一个建筑供水系统，其要求为：正常供水量5 0 m 3/小时，最大供水量80m3/小时，扬程40米。用两台水泵供水，控制压力为0.3Mpa，控制范围0.3±0.03Mpa，同时设定压力可调。用二台水泵供水，压力控制点设在水泵出口处，用变频器、PCL控制器、调节器等组成压力闭环控制系统，以保证水泵出水压力的恒定。切换方式为：第一台水泵作变频泵，第二台泵作变频备用泵。当第一台水泵运行至工频时切换至工频电网，第二台水泵变频运行；用水量减少时，停下第二台泵，第一台泵切换为变频运行。顺序切换。

1、变频恒压供水系统工作原理

图1下面是给定的建筑给水设备系统的原理框图，由两台泵循环交替工作。

压力传感器向控制器提供实时压力值P，当P小于设定值P0时，1#泵电机通过控制器和接触器组从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和压力，开始旋转（软启动）。频率上升到供水管网供水压力和流量要求的响应频率，并随供水管网的供水流量变化而作出响应，调整频率实现调速运行。如果此时供水管网的供水量增加到大于Q/2，小于Q时，设备的输出频率上升到工频仍不能满足供水管网的供水要求，这时控制器发出指令，1#泵自动切换至工频运行，等到1#泵完全退出变频控制系统，立即启动2#泵进入变频控制，并自动根据压力传感器的反馈值响应其频率满足此时供水管网流量和压力的要求。如果流量大于Q或实时压力大于设定值P0，管网流量需求减小时，1#泵停止运行，2#泵根据压力响应变频调速运行；当管网流量增大时，2#泵工频运行，1#泵切换至变频运行；根据管网流量（压力）的变化，依次循环切换运行，始终保持管网供水压力的恒定。为保证系统运行的安全，在水池中加液位检测，将信号传入PLC控制器，在水池内无水时停止所有泵的运行。

2、变频恒压供水系统的控制过程

比例积分（PI）调节既能消除稳态误差，又能产生较积分调节快得多的动态响应。对于一些调节通道容量滞后较小，负荷变化不很大的调节系统，例如流量调节系统，压力调节系统，可以得到较好的效果。微分调节（D）用于超前校正，用于大惯性调节，而水压变化较快，不能用微分调节。因此，变频恒压供水系统控制采用比例积分（PI）调节。变频恒压供水系统控制框图如图2。

调节过程如下 (f下=下限频率, f上=上限频率) :

P↓→压差↑→PI↑→f↑→n↑→P

1）当P<P0时，1#泵频率从f下开始上升，P升高，在P=P0、f1=f1P时，1#泵在此频率上稳定运行；

2）当f1=f上时，仍P<P0时，1#泵转入工频运行，2#泵从f下启动，直到P=P0时，1#泵在工频运行，2#泵在此频率上稳定运行；

3）当P>P0时，1#泵停止，2#泵频率从f下开始上升，直到P=P0时，2#泵在此频率上稳定运行；

4）再次当P<P0时，2#泵频率从f下开始上升，P升高，在P=P0、f2=f2P时，2#泵在此频率上稳定运行；

5）当f2=f时，仍P<P0时，2#泵转入工频运行，1#泵从f下启动，直到P=P0时，2#泵在工频运行，1#泵在此频率上稳定运行。

以上过程往复循环，就可达到恒压供水的目的。

3. 系统组成部件的设计选用

3.1 泵的选择

由两台泵供水，正常供水量50M3/小时，最大供水量80M3/小时，扬程40米。在选择时，单台泵的流量要大于等于5 0M3/小时，根据上海凯泉泵业集团有限公司的第四代系列立式单机单吸离心泵使用说明书中的各种型号泵的参考表，选择离心泵KQL80/185-11/2，其管道口径为Ф80，功率为P=11Kw，流量为Q=56M3/小时，扬程为H=40米，转速为n=2960r/min。两台泵并列运行，置于同一控制箱内，由一台变频器控制切换运行。

3.2 压力传感器的选择

压力传感器选用远传压力表。常用的是Y T Z-1 5 0型远传压力表，即可作为远地压力控制，由可作为就地检测直读，向调节器传送4～20mA的标准信号。

对于测量比较稳定的压力，量程上限选用大于或等于1.5倍常用压力；本系统工作压力为0.3Mpa，因此远传压力表选用0.5Mpa的压力表，精度为1.5级。为了便于管理和维护，将压力表设置在泵的出水口处。

3.3 变频器的选择

3.3.1选用富士变频器FRN-G9S 11-22KW, 设置f下 (下限频率) =20Hz, f上 (上限频率) =49Hz。

3.3.2变频器容量的选择:二台泵分别启动时, 变频器的额定电流IN:

其中:IS T——电动机的启动电流 (为额定电流的5-7倍)

∑IST——同时启动电动机的总启动电流

∑IMN——同时运行电动机的额定电流之和

K1——安全系数, 取K1=1.2

K2——变频器的过载能力, 取K2=1.5

本系统每次只有一台泵变频运行, 因此所选变频器的额定电流:

3.3.3变频器的功能设定

3.4 PID调节控制器的选择

调节控制器选用DB500系列小型数字指示调节仪中的DB530-F10型，具有高性能微处理器，可以进行模糊运算，调节输出DC4-20mA的标准电流信号。

3.4.1 调节器参数的整定：

当控制度（控制度就是数字控制器和模拟控制器所对应的过渡过程的误差平方的积分比）为1.05时，数字控制器和模拟控制器的控制效果相当。根据采样周期的经验数据，侧压力时T=3-10s, 本系统取T=3s。在PI控制时, T/TS=0.03, TI/TS=0.88, 则过渡过程时间TS=T/0.03=100s，那么积分时间常数TI=TS×0.88=88s。而比例常数K P一般用比例度来表示，经验数据为3 0%-8 0%，本系统取5 0%。微分时间常数TD=0。整定的参数从调节仪的设定键输入。

3.4.2 DB530-F10型调节仪的功能选择与设定：

电源：AC220V, 50Hz

输入信号：DC±20mA

调节方式：电流输出型PID

PID常数：进行手动设定，P:0.1～999.9%，I:0～9999秒

输出种类：电流输出型DC4-20mA

3.5 PLC控制器的选择

根据所设计的变频恒压供水控制系统要求及功能，系统的输入信号有;手动自动转换开关、启动按钮、停止按钮、压力上限、压力下限、1#和2#电机热保护、水池液位下限、变频器故障信号。共九个输入点。

系统的输出信号有：控制变频器的中间继电器、1#和2#电机工频运行接触器、1#和2#电机变频运行接触器。共五个输出点。

因此选择OMRON公司生产的CPM1A-20 CDR-A-V1型PLC控制器（20点）。根据控制器的地址号，I/O分配如下表：

泵的手动控制不通过PLC控制器，直接通过继电器控制系统实现。

对于PLC控制器输出的交流电路感性负载（交流接触器和继电器），并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC控制器影响。电阻值取50～120欧姆，电容值取0.1～0.47uf，电容的额定电压应大于电源峰值电压。

3.6 水池液位的控制

在建筑给水管网入口设计一个蓄水池，由水池蓄水给建筑日常用水提供水源，通过变频泵将水送到用户。在水池无水时，为了保证系统的设备安全，在水池内的入水管上安装浮球阀，自动控制水池的日常进水，在水池内安装浮球式液位计，只取低位信号传入PLC控制器，在水池无水时所有泵停止运行。液位传感器选用浮球式液位计GSK-1A型。

4. 系统主线路原理图

见图3。

切换过程如下：

(1）启动时，DZ闭合，KM3闭合，KM 1、KM2、KM4断开，M1变频运行，M2停止；

(2）压力下降时（小于设定值），DZ闭合，KM1、KM4闭合，KM2、KM3断开，M1工频运行，M2变频运行；

(3）压力上升时（大于设定值），DZ闭合，KM4闭合，KM1、KM2、KM3断开，M1停止，M2变频运行；往复循环，以达到供水压力的恒定。

5．经济效益分析

变频泵的运行功率N、供水量Q与转速n三者的关系如下式：

式中：Q——额定流量Q1<Q

N——额定流量Q时的轴功率

n——水泵的额定转速

当额定流量Q=100%时，n=100%，N=1 0 0%；若n 1=90%n时，Q1=9 0%Q, N1=72.9%N，即可节约27.1%电能；若n1=80%n时，Q1=80%Q, N1=51.2%N，即可节约48.8%电能。

参考文献

[1]金以慧.过程控制.清华大学出版社

[2]孙光伟.水暖空调电气控制技术.中国建筑工业出版社

[3]周志敏.变频器在小区恒压供水系统中的应用.城市.建筑智能系统.2003.10.P28

[4]李良仁.变频调速技术与应用.电子工业出版社

[5]丁学恭.电器控制与PLC.浙江大学出版社

变频器在恒压供水系统中的应用篇10

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。

摘要：变频器恒压供水系统能全天24小时维持恒定压力, 并根据压力的变化自动启用和关闭备用泵, 调节供水量, 避免传统供水中的水锤现象发生。文中从恒压供水系统的硬件组成及特点出发, 阐述了变频器在恒压供水系统中的应用。

关键词：变频器,恒压供水,PLC

参考文献

[1]张威.PLC与变频器项目教程[M].机械工业出版社.

[2]张娟, 吕志香.变频器应用与维护项目教程[M].化工工业出版社.