变频器在基于plc的城市恒压供水系统中的应用研究

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1、变频器在基于PLC的城市恒压供水系统中的应用研究：介绍了变频器在一种替代水塔供水的基于PLC的城市恒压供水系统的工作原理。系统采用变频调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵的个数。自动完成泵组软起动及无冲击切换，使水压平稳过渡。有效地解决了以往供水系统控制负荷波动大，调节频繁的难题。并配备相应的保护设施，当出现火警时，自动起动消防压力。采用钟控功能，使各泵进行轮休，延长了设备的使用寿命。　　关键词：PLC（可编程序控制器）变频器恒压供水　　　　随着经济的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，无论工厂的工业用水还是居民的生活用水，

2、都对城市的供水系统提出了更高的要求。工厂为了生产的稳定、产品质量的提高，在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，会影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏；又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡；等等这些都对城市的供水系统提出了新的要求。　　随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备已成为可能。选用PLC与变频器结合为核心构成的系统都能达到较好的控制效果。同时，软件设计简单，硬件接口简易可

3、行、可靠性高，整个系统的性价比非常高。　　1变频调速节能原理研究　　水管压力闭环控制系统的特性，如图1所示。图1中，Pg为水管给定压力，当供水系统的流量由给定流量QA减少为QB时，若水泵以恒速nA运转，则水管压力相应变为PB′，即PB′-PB″为多余压力。自动变颇调速后，转速则降为nB，水管压力稳定在Pg，而多余压力减少为Pg-PB″。　　当流量减少使转速下降时，轴功率降低很多。例如：当流量减少，转速降到90%，频率由50Hz降到45Hz，则轴功率将下降到72.9%;转速降到80%，频率由50Hz降到40Hz，则轴功率将下降

4、到51.2%等。当然，由于转速下降引起的效率下降及附加装置的损耗，实际节能的百分值有所下降，但节能效果仍是相当可观的。　　2变频恒压供水系统原理研究　　变频恒压供水系统的原理如图2所示，根据用水量的情况，PLC可编程控制器具有自动控制多台水泵的功能，它首先控制水泵电机软起动，变频运转。当频率上升到50Hz后，管道出口水压仍未达到设定值，系统起动第二台泵，并无冲击切换到工作频率电源。如果管道出口水压仍未达到设定值，变频器将继续起动第三台水泵，并无冲击地切换到工作频率电源，以此类推，直到水管出口水压达到设定值为止，实现水泵电机循

5、环软起动。变频器控制的3号泵同时执行压力反馈调节，确保出口水压稳定。当用水量减小时，3号调节水泵转速逐渐下降到某一个设定低速值，如管道压力仍高于设定值，然后停止该台水泵。停止一台水泵后，如果管道压力仍高于设定值，系统将如上再软停另一台水泵，以此实现水泵电机循环软停止，直到压力等于设定值。　　图2控制系统构成原理框图　　控制系统用一台变频器可以带三台水泵，每台水泵既可以工作在常规工频泵模式，也可以工作在变频泵模式。每台泵只能处于变频或工频其中一种工作模式，通过PLC的程序和外部接触器进行互锁，保证了它的安全与可靠。利用安置在管

6、X出口的压力传感器将水的压力信号传输到PID调节器，根据与调节器的设定值和报警上下限比较，送信号给PLC与变频器。泵的起、停分别由调节器的压力下限信号和变频器的频率下限信号决定。通过安装在出水管X上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，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X中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制加泵。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调速，实现恒

7、压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。　　为防止变频器50Hz驱动与市电50Hz驱动时电机输出功率不同造成反复加泵/减泵现象，程序中的加泵/减泵的切换点不是刚好等于设定值时就切换。加泵时压力判断点为：设定值-Δ，减泵时判断点为：设定值+Δ。其中Δ根据水压控制的精度要求而对应设置。同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由PLC的时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和消防报警实现）。此外，系统还有多种保护功能，尤

8、其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证水泵的及时维修和系统的正常供水。　　采用变频器控制水泵电机的转速，并自动调整泵的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管X流量变化时达到稳定供水压力和节能的目的。系统的控制目标是管X的出水压力。系统任意设定供水压力值，其与反馈管X的压力值通过PID调节后控