關于變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究

摘要：在社會經(jīng)濟突飛猛進的今天，人們生活水平也得到了很大的提高，對城市供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性的要求也更進一步。文章設計研究了自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的科學合理方案，并就變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在人飲工程中的應用以及在城市供水中的重要性進行了深入探討和分析。

關鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；控制系統(tǒng)；PLC

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0014-02

從目前的趨勢來看，人類賴以生存的有限的能源越來越緊缺，可持續(xù)發(fā)展道路是當今應對環(huán)境問題的必經(jīng)之路。水是人們生活中必不可缺的一部分，而我國城市長期在供水方面的技術比較落后，造成供水設備的損壞、水資源的浪費等現(xiàn)象。因此，為了解決城市供水所面臨的問題，必須要利用先進的計算機技術、自動化技術以及控制技術，通過先進的科學技術設計研究出高性能和高節(jié)能的能夠適應人類供水需求的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。

1 自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設計及研究

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要是由壓力傳感器、壓力變送器、可編程控制器（PLC）、變頻器、人機界面（HMI）、水泵機組、恒壓控制單元和低壓電器等部件構成。其工作原理就是用恒壓控制單元令變頻器控制一臺水泵或者循環(huán)控制多臺水泵，從而達到管網(wǎng)水壓恒定的效果和水泵電機的軟啟動及變頻水泵與工頻水泵之間得以切換，與此同時還能傳輸系統(tǒng)在運行過程中的數(shù)據(jù)。從這點看來，自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設計研究根據(jù)不同的場所有以下三個方案可供選擇。

1.1 供水基板的變頻器、水泵機組和壓力傳感器的組合

這是一種相對較為簡單的自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究方案。其通過把PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器這些硬件設置在變頻器供水基板上，并且設置指令代碼，使PID和PLC等硬件的電控功能得到很好的運用。這種方法的好處是通過把電路結構進行簡化，降低了設備的成本，但是也有缺點——顯示壓力設定值和壓力反饋值麻煩，對于不同時間段的不同恒壓要求不能做到自動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，難以找到PID的調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)范圍較小，系統(tǒng)穩(wěn)定性較低，輸入接口的可擴展性較低，帶負載容量受到限制等。所以此方案一般用在要求較低的、容量較小的場所。

1.2 變頻器、單片機、人機界面和壓力傳感器的組合

一方面，這種自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)精度比較高，控制的算法可以靈活變化，對參數(shù)的調(diào)整也比較方便，具有相對較高的性價比。但是這種方法開發(fā)的時間長，對已經(jīng)固化的程序修改過程麻煩，現(xiàn)場調(diào)試的靈活性較差。另一方面，變頻器運行過程中會產(chǎn)生比較大的干擾。要提高變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須要實施一些有效的抵御干擾的措施。這種方案適用于特定領域的范圍較小的變頻恒壓供水。

1.3 變頻器、PLC、人機界面和壓力傳感器的組合

這種自來水變頻恒壓供水控制系統(tǒng)有良好的通信接口，便于控制，與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行傳輸快速便捷。另外，因為PLC的模塊化和系列化使得這種方式通用性比較強，用戶可以將各種不同的控制系統(tǒng)根據(jù)自身的需要組合在一起。在硬件設計方面，只要確定PLC的硬件配置和

I/O的外部接線，就可以在控制要求發(fā)生改變的情況下便捷地利用PC機來改變控制程序，從而達到快速調(diào)試現(xiàn)場的目的。還有，PLC具有較高的抗干擾能力和穩(wěn)定性，加強了系統(tǒng)的可靠性。因此，這類的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)能夠適應各種不同的場所，對大容量的供水機也能夠較好地

協(xié)調(diào)。

綜上所述，第三點“通用變頻器、PLC、人機界面和壓力傳感器”的組合方案由于擴展靈活、數(shù)據(jù)傳輸便捷、穩(wěn)定性高、精度準確等優(yōu)勢，是最適用于變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的。

2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在人飲工程中的應用

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在生活中的應用范圍越來越廣，不僅適用于居民區(qū)、醫(yī)院、企業(yè)等生活供水的控制，也適用于各種自來水廠、水泵站、供熱循環(huán)用水系統(tǒng)和空調(diào)循環(huán)用水系統(tǒng)等工業(yè)和民用方面。其代替了傳統(tǒng)的水塔、氣壓罐等供水方式，不但節(jié)約了水資源，還使供水系統(tǒng)的性能得到了很大的改善，并延長了系統(tǒng)的使用壽命。下面筆者介紹了變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在人飲工程中的

應用。

人們對生活用水的要求隨著生活水平的提高也不斷增加，而小區(qū)直飲水系統(tǒng)已經(jīng)越來越普及，成為小區(qū)生活用水系統(tǒng)特別是一些新建的住宅小區(qū)的不可缺少的一部分。一般情況下，小區(qū)水管分為兩種：一種自來水用于洗手、洗東西等非飲用類；另一種則是經(jīng)過臭氧消毒、過濾、紫外線處理后可以做飯、燒開后飲用的自來水。而變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的目的則是將這些直飲水安全、正常地輸送到居民家中。與此同時，系統(tǒng)還能把有關信息傳輸?shù)较嚓P軟件，從而進行調(diào)控。這個供水系統(tǒng)作為一個子站，需要A/D模塊、PLC、通訊模塊、變頻器、壓力傳感器、流量傳感器、工控機、水泵機組等硬件設備。這個變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要元器件有與產(chǎn)水共用的PLC，與變頻通訊連接的通訊模塊，與組態(tài)通訊連接的通訊模塊，與產(chǎn)水共用的模擬量模塊、變頻器、傳感器等硬件各一個，熱繼電器兩個，接觸器四個等。然后就是對控制柜內(nèi)元器件進行接線，使水泵進入機組，對組態(tài)和PLC通訊設定參數(shù)，對壓力以及P、I、D設定參數(shù)，對系統(tǒng)供水進行監(jiān)控等。以此保證小區(qū)生活供水壓力恒定，保證居民能夠正常用水。

3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在城市供水中的重要性

3.1 對居民區(qū)供水的重要性

城市的住宅區(qū)水壓一般只是保證到六層以下，而上面樓層則需要提升水壓才能正常得到自來水使用。傳統(tǒng)的水塔、高位水箱等供水設備提高水壓的方式基本上是通過提高水泵的用水高度，而變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了水泵電機無極調(diào)速。其根據(jù)實際用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，使水壓保持穩(wěn)定，以滿足各樓層居民的用水需求，是當代最合理、最節(jié)能的供水系統(tǒng)。

3.2 對機場供水的重要性

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)對機場供水也起著重要作用。機場供水系統(tǒng)出現(xiàn)問題會直接影響機場的營運，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)有手動和自動兩種控制模式，能進行恒壓控制，能根據(jù)主泵運行時間交換主泵，能根據(jù)用水量切換主泵和輔泵以及在主泵出現(xiàn)故障時進行報警等。其穩(wěn)定性、可靠性高，操作簡單，節(jié)能性強，是機場生活供水的重要

部分。

3.3 對新橋增壓泵站的重要性

當供水廠與水廠距離較遠時，因為管路損耗可能會導致不能正常供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)能夠在用水高峰時增加水壓，用水低峰時還能將壓力、水泵的情況反映到水廠的監(jiān)控系統(tǒng)中，以便水廠及時做出調(diào)整。這種供水系統(tǒng)方便設定壓力值，恒壓效果佳，穩(wěn)定可靠，節(jié)約能源，無人值守時也可以自動調(diào)整，保證了當?shù)鼐用竦挠盟O備。

3.4 其他

除了居民區(qū)供水、機場供水和水泵供水之外，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在深井泵恒壓系統(tǒng)、消防用水系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐補水系統(tǒng)、制冷空調(diào)等各領域也廣泛應用。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在保持壓力定值的過程中，最大限度地節(jié)約了水資源及其他能源，提高了用水質(zhì)量，避免了水池的二次污染。

4 結語

由此可見，變頻恒壓供水控制技術逐漸成為我國供水行業(yè)的發(fā)展趨勢。恒壓控制技術的提高，可以加強供水控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高節(jié)能效率，功能全面，操作方便，有利于數(shù)據(jù)的快速傳輸，對經(jīng)濟效益和社會效益起到了一定的促進作用。變頻恒壓供水控制技術在經(jīng)過不斷的設計、研究、試驗和改進之后，已經(jīng)不斷地趨向成熟，但是還是存在著許多問題有待解決，因此，對變頻恒壓供水控制技術的不斷完善是刻不容緩的。

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作者簡介：向啟明（1972—），男（壯族），廣西南寧市邕寧區(qū)蒲廟電灌管理站工程師，研究方向：水利水電。

（責任編輯：黃銀芳）