淺談恒壓供水系統(tǒng)

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多，以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出來越來越高的要求。無人值守泵站的全自動變頻恒壓供水也日趨普遍，本系統(tǒng)主要介紹有三臺機(jī)泵組成的泵站變頻調(diào)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變頻、恒壓、無級調(diào)速。

關(guān)鍵詞：富士FRN55P11S-4CX變頻器；施耐德PLC；恒壓供水

1 變頻器恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的理論模型

源水由凈水廠過濾、凈化等工序處理完成后，送入泵站凈水池，經(jīng)水泵加壓輸出到用戶管網(wǎng)。加壓泵站的管線輸出口裝有壓力傳感器，用來檢測管線出口壓力，并將壓力信號傳輸給變頻器內(nèi)部的PID運算器，變頻器內(nèi)部PID運算器將此信號與原設(shè)定值進(jìn)行比對后，輸出控制信號，控制變頻器頻率，從而改變加壓水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定管網(wǎng)水壓的目的。

利用PLC和變頻器來實現(xiàn)恒壓供水的自動控制，現(xiàn)場壓力信號的采集由壓力傳感器完成。整個系統(tǒng)可由電腦利用工控組態(tài)軟件進(jìn)行實時監(jiān)控。

變頻恒壓供水系統(tǒng)中，水泵是控制對象；保持管網(wǎng)恒定水壓是控制目標(biāo)；壓力信號的閉環(huán)反饋是控制的方法。文章所討論的供水系統(tǒng)由3臺水泵機(jī)組、1臺PLC和2臺變頻器組成。水泵可變供電回路由工頻回路和變頻回路組成。通過變頻器內(nèi)置PLC控制器將各個水泵按照設(shè)定的順序，有序的投入或者停止運行，使整個供水回路處于最佳的配置狀態(tài)。

2 控制單元

2.1 供水壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)

加壓泵站管線的出口壓力通過壓力傳感器采集并傳輸給變頻器，再經(jīng)變頻器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將采集的模擬量轉(zhuǎn)換成可用來計算的數(shù)字量，變頻器內(nèi)部的PID控制模塊，將此數(shù)字量與預(yù)先設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，比較后的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，以改變變頻器頻率的方式輸出。用戶用水量增大時，管線壓力極具下降，就會出現(xiàn)一臺變頻器不夠用的情況，這就需要有一臺或者多臺變頻器工頻運行，一臺變頻運行，由PLC配合控制各個交流接觸器，切換各電機(jī)運行狀態(tài)，維持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。

2.2 保護(hù)環(huán)節(jié)

在日常工作當(dāng)中，要對控制電路當(dāng)中的電壓、電流進(jìn)行實時監(jiān)測，由PLC判斷并作出保護(hù)動作。

（1）電網(wǎng)過電壓保護(hù)。

（2）電機(jī)過電流或過熱保護(hù)。

（3）變頻器內(nèi)部故障動作。

3 供水自動控制系統(tǒng)總體方案解說

（1）系統(tǒng)的運行方式分為手動、自動兩種，他們由一個轉(zhuǎn)換開關(guān)控制操作。PLC對此轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。手動時，由工人通過對面板上的按鈕和開關(guān)，進(jìn)行水泵的啟停操作；自動時，PLC先控制一臺變頻器啟動，與此同時，管線出口的壓力傳感器將壓力信號反饋給變頻器，并與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，經(jīng)過變頻器內(nèi)部PID運算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率。

（2）用戶用水量高峰時期，用水量加大，管線壓力下降，變頻器輸出頻率已為設(shè)定最大頻率而管線出口壓力扔達(dá)不到壓力設(shè)定值時，PLC將當(dāng)前工作的變頻泵切換到工頻工作，另一臺水泵變頻工作。實現(xiàn)一臺工頻一臺變頻的雙泵供水。用水需求減小時，變頻器的輸出頻率下降，當(dāng)下降到頻率下限，壓力仍為設(shè)定值時，PLC切除變頻泵，原工頻水泵變頻運行，以控制管網(wǎng)壓力與給定壓力保持一致，維持恒壓供水。

4 主要電路

（1）運行時，KM0閉合，M1變頻運行。

（2）當(dāng)變頻器頻率提升到了設(shè)定最大值時，輸出一個頻率上限信號，給控制PLC，控制PLC控制KM0斷開，KM1閉合，將M1改為工頻運行，同時，閉合KM3，使M3變頻啟動。

（3）如果變頻器運行到頻率下限，輸出一個頻率下限信號給PLC，PLC控制KM1、KM3斷開，KM0閉合，只剩1號變頻工作。

5 控制電路

PLC的Q2～Q6五個輸出信號口分別分配給M1、M3工頻、變頻工作，M2變頻工作；Q0、Q1控制兩臺變頻器的啟停；I4～I(xiàn)7分別檢測兩個變頻器的極限頻率；I1作為緊急停車按鈕，控制整個系統(tǒng)全線停車；I3檢測變頻器手動/自動工作方式；I11、I12分別檢測壓力傳感器的上下限信號。

F1變頻器的U、V、W輸出端經(jīng)一個接觸器后，接M1泵電機(jī)，F(xiàn)2變頻器的U、V、W輸出端鏈接M3泵電機(jī)，M1、M3泵電機(jī)再分別經(jīng)過兩個交流接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這四個接觸器由PLC控制，對變頻器進(jìn)行工頻、變頻切換工作。

6 結(jié)束語

文章以有三臺水泵機(jī)組的無人值守泵站為基礎(chǔ)，全面闡述了一套由多臺水泵機(jī)組、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、可編程控制器等主要設(shè)備組成的全自動恒壓變頻供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水能夠克服傳統(tǒng)供水效率低、手動、人為參與等缺點，有節(jié)能高效、穩(wěn)定、自動化程度高、維護(hù)方便的特點。

參考文獻(xiàn)

[1]王建，徐洪亮.富士變頻器入門與典型應(yīng)用[M].中國電力出版社，2008.

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