恒压供水变频调速控制系统设计

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1、恒压供水变频调速控制系统设计　　摘要本文分析了供水系统的3种传统控制方案，提出了变频调速恒压供水控制方案，分析了供水系统的元件构成，研究了变频调速的控制原理，选择了变频器和远传压力表等关键部件，设计了恒压供水变频调速系统的电路原理图，实现了变频、低功耗、安全供水。　　关键词恒压供水；变频器；调速　　中图分类号TP3文献标识码A文章编号1674-6708（2016）172-0209-02　　供水控制是节能降耗、体质增效的关键系统，能够对工业用水、生活用水实施科学调控，提高水资源的利用效率[1，2]。随着人口数量的增加、工业生产规模的扩大，水资源日益成为紧缺资源，大力提倡节约用水成为全社会共识

2、。一方面，需要大力普及节约用水观念，降低人为浪费水资源；另一方面，要不断进行技术创新，实现水资源的精量使用。因此，采用变频控制技术[3]，对传统供水系统进行自动化改造，对降低用水成本、提高用水效率具有重要技术价值和社会效益。　　1方案设计5　　供水系统的控制方案主要有3种，即恒速泵供水、高位储水供水和气压罐供水[4-6]，其中，恒速泵供水是利用速度不变的水泵实时提供输水动力，当达到用水需求时，需要关闭水泵，当再次用水时，需要再次开启水泵，频繁开启、关闭水泵，耗电量较大，影响局部电压稳定，故此种供水系统应用较少。高位储水则是扩大或延长水泵的工作时间，利用恒速水泵不断向储水池供水，利用储水池实

3、现用水备存，同时，减小水泵的开启、关闭频率，然而，高位储水泵需要建设较大的高位储水装置，占用空间大，造价成本高，在实际工程中应用较少。气压罐供水与高位储水供水的控制原理相同，区别在于，水泵的动力通过气压泵储存在气罐中。　　本文设计的供水系统拟采用变频控制原理，同时利用水压传感器测试供水管路的压力信号，利用PID进行水压与电动机频率之间的信号变化，利用可编程控制器实时调整电动机的作业频率。通过改变电动机作业频率，实现水泵转速随水压变化而调节，达到节约电能、电动机连续作业、动力与供水动态调整的目的。　　2恒压供水变频调速控制系统的构成　　2.1系统构成　　基于变频器进行恒压供水的控制系统构成如

4、图1所示，供水的动力元件主要包括水泵1、水泵2和水泵3，其中，水泵3起到辅助供水作用；水泵的作业调节元件为变频器，供水系统的信号采集及调控元件为PID控制器，供水系统的逻辑换算元件为可编程控制器，此外，在本系统设计中，用上位机作为监控器，用远传压力表作为供水系统末端的压力采集元件。　　2.2系统工作原理5　　压力传感器分布在供水系统末端的管网中，当供水系统水源不足时，管网中的压力随之减小，压力传感器检测到的电压信号减弱，并将电压信号传递到PID控制中，控制器将接收到的电信号传递到可编程控制器，经过逻辑运算后得到反馈信号，将反馈的电信号传递给水泵的变频器，通过变频器调节水泵的转速，改善供水系

5、统的动力状态，使供水系统处于供水工况，随着供水启动，供水系统压力逐渐升高，升高的压力信号实时被压力传感器采集，整套供水系统处于动态平衡调节中。　　3恒压供水变频调速控制系统的设计　　3.1变频调速选型　　变频器是一种电压频率变换器，即将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电，以供给电动机运转的电源装置。它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用，是水泵电机调速的执行者。　　变频调速原理如公式1所示，当电机的转差率和磁极对数固定时，通过改变电源频率，实现电机转速的调整。　　n=60f（1-s）/p（公式1）　　其中，n表示电机转速；f表示电源频率；s表示电机转差率；p表示电机磁极对

6、数。　　变频器的选用，需要综合考虑输入侧额定值、输出侧额定值、额定输出容量等。变频器容量的选择，一般根据负载性质及大小。变频器的控制方式主要有恒转矩负载、恒功率负载、二次方律负载3种。本系统设计中，综合考虑异步电动机的额定电流及变频器容量，选择西门子MicroMaster430型变频器，co-trustS7-200系列中的CPU224，其输入频率为47Hz～63Hz，输出频率未0Hz～650Hz，功率因数为0.98，变频器效率为96%～98%，防护等级为IP20。　　3.2可编程控制器选型5　　可编程控制器（PLC）是恒压供水变频调速控制系统的核心部件，PLC容量是指I/O点数的数量，点数

7、太多容易提高部件成本，点数太少导致余量不足，通常综合考虑被控对象的输入信号和输出信号的总点数，余量按照10%～15%的空间预留。本系统设计中，1路压力模拟量输入，1路电压模拟量输出，故选用TD200系列西门子变频器。　　3.3压力传感器　　本系统设计中，供水系统的压力信号采集需通过压力传感器，故选择了YTZ-150型电位器式远传压力表，该电阻远传压力表适用于测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。电阻远传