變頻+PLC恒壓供水

變頻調速技術是一種新型成熟的交流電機無極調速技術，它以其獨特優良的控制性能被廣泛應用于速度控制領域，特別是供水行業中。由于安全生產和供水質量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格的要求，因而變頻調速技術得到了更加深入的應用。恒壓供水方式技術先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節約電能、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）控制系統可手動/自動運行

（3）多臺泵自動切換運行；

（4）系統睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統處于睡眠狀態，直至有用水需求時自動喚醒；

（5）在線調整PID參數；

（6）泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。

將管網的實際壓力經反饋后與給定壓力進行比較，當管網壓力不足時，變頻器增大輸出頻率，水泵轉速加快，供水量增加，迫使管網壓力上升。反之水泵轉速減慢，供水量減小，管網壓力下降，保持恒壓供水。

系統采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置，實現所需功能。 安裝在管網干線上的壓力傳感器，用于檢測管網的水壓，將壓力轉化為4～20 mA的電流或者是0~10V的電壓信號，提供給變頻器。

變頻器是水泵電機的控制設備，能按照水壓恒定需要將0～50 Hz的頻率信號供給水泵電機，調整其轉速SAJ變頻器功能強大，即預先編置好的參數集，將使用過程中所需設定的參數數量減小到最小，參數的缺省值依應 用宏的選擇而不同。系統采用PID控制的應用宏，進行閉環控制。變頻器根據恒壓時對應的電壓設定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制宏自動調節，改變頻率輸出值來調節所控制的水泵電機轉速，以保證管網壓力恒定要求。系統的其它優點

用戶用水量一般是動態的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，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，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。

恒壓供水系統對于用戶是非常重要的。在生產生活供水時，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響生活質量，嚴重時會影響生存安全，如發生火災時，若供水壓力不足或或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以，用水區域采用正藝恒壓供水系統，能產生較大的經濟效益和社會效益。

隨著電力技術的發展，變頻調速技術的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水 箱和壓力罐等供水設備，起動平穩，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現節水、節電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。

通常在同一路供水系統中，設置多臺常用泵，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。后種方法根據壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恒壓的目的，就一個閉環回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來的發展方向，比如上海正藝科技的恒壓供水控制系統就可實現一變頻器控制任意數馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達的系統。

根據反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恒值比較，形成閉環系統。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，從而形成閉環系統。但被控制的系統特點是非線性、大慣性的系統，控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態精度。這通過PLC加智能儀表可時現該算法，同時對PLC的編程來時現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。

要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統是一個大滯后系統，不易直接采用PID調節器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現對控制系統調節作用。

用變頻調速來實現恒壓供水，與用調節閥門來實現恒壓供水相比，節能效果十分顯著（可根據具體情況計算出來）。其優點是：

1、 起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；

2、 由于泵的平均轉速降低了，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；

一般地說，當由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時，上海正藝科技的工程師建議，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。

雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。

在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調節器的情況下，升、降速時間應盡量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定的動態響應過程。如變頻器本身具有PID調節功能時，只要在預置時設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時間將自動失效。

1、 節電：優化的節能控制軟件，使水泵實現最大限度地節能運行；

2、 節水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象；

3、 運行可靠：由變頻器實現泵的軟起動，使水泵實現由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網沖擊、避免管網壓力超限，管道破裂。

4、 聯網功能：采用全中文工控組態軟件，實時監控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。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：如某臺泵出現故障，主動向上位機發出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統出現故障，用戶可以直接操作手動系統，以保護供水。

六、系統應用范圍

1、 自來水廠、加壓泵房

2、 居民生活區、賓館及其它建筑

3、 企業生產用水

4、鍋爐循環水系統

5、 農田灌溉系統

同其它供水方式相比較，變頻恒壓供水系統，除了具有顯著的節能效果外，還有以下顯而易見的優勢：

1、恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

2、由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。

3、水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。徹底消除水錘現象。

4、實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

1、變頻水泵控制柜的結構及原理

變頻水泵控制柜系統通過測到的管道壓力，經變頻器系統內置的PID調節器運算，調節輸出頻率，然后實現管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知PLC的進行變頻泵切換。為防止水錘現象的產生，泵的開關將聯動其出口閥門。

變頻水泵控制柜工作原理如下:

各類直接從市政管網進水的水池（箱）。如：各類建筑的地面蓄水池的進水，地面鍋爐的冷水補水，地面空調系統冷卻水循環水池的補水，地面熱水循環水池的補水，消防和噴淋專用地面蓄水池的進水.智能變頻恒壓供水節能控制柜,變頻供水節能控制柜假設整個系統由四臺水泵，一臺變頻器，一臺PLC的和的PID和一個壓力變送器及若干輔助部件構成。各部分功能如下：安裝于供水管道上的壓力變送器將管網壓力轉換成1-5伏的電信號;變頻調速器用于調節水泵轉速以調節流量;PLC的用于邏輯切換。 此外，上述系統還配備了外圍輔助電路，以保障自動控制系統出現故障時可通過人工調節方式維持系統運行，保證連續生產。

2、變頻水泵控制柜特點：

根據水池（箱）內水位的高低自動控制電磁閥（或電動閥）的啟閉，以控制水箱(池)的進水并使水池（箱）自動保持一定水量供用戶使用。

3、變頻水泵控制柜選型說明 　變頻水泵控制柜主要由變頻控制箱，壓力傳感器，水泵等組成。變頻控制柜由斷路器，變頻器，接觸器，中間繼電器，PLC的等組成。

變頻水泵控制柜系統選用原則

水泵揚程應大于實際供水高度。

水泵流量總和應大于實際最大供水量。

變頻水泵控制柜選型：

用戶可根據供水量和供水高度確定水泵型號及臺數，然后對控制柜進行選型。

結論

一個質量較高的變頻控制箱，從設計，工藝，制作制造，運輸，包裝，是實際要求較高的產品，要求各個環節質量保障，才能作出較高質量和水平的控制柜。

1、自來水供水、生活小區及消防供水系統，亦可用于熱水供應、恒壓噴淋等系統。

2、工業企業生活、生產供水系統及工廠其它需恒壓控制領域（如空壓機系統的恒壓供氣、恒壓供風）。各種場合的恒壓、變壓控制，冷卻水和循環供水系統。

3、污水泵站、污水處理及污水提升系統。

4、農業排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統。

5、賓館、大型公共建筑供水及消防系統。

1、輸送介質：冷熱清潔、非易燃易爆并不含固體顆粒或纖維的液體。

2、液體溫度：常溫型 -15 ℃至 +70 ℃ 熱水型 +70 ℃ 至 +120℃

3、周圍環境：無水滴、蒸汽，無漂浮性塵埃及金屬微粒場所。無日光照射，高溫及嚴重落塵場所。無腐蝕、易 燃性氣體及液體場所。無震動、保養檢查容易之場所。

4、環境溫度：最高 +45℃且通風良好。