關于變頻恒壓供水控制系統的研究

摘要：在社會經濟突飛猛進的今天，人們生活水平也得到了很大的提高，對城市供水的質量和供水系統的可靠性、穩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的科學合理方案，并就變頻恒壓供水控制系統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：變頻調速；恒壓供水；控制系統；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，可持續發展道路是當今應對環境問題的必經之路。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能的能夠適應人類供水需求的變頻恒壓供水控制系統。

1 自來水變頻恒壓供水控制系統的設計及研究

變頻恒壓供水控制系統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控制多臺水泵，從而達到管網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在運行過程中的數據。從這點看來，自來水變頻恒壓供水控制系統的設計研究根據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的研究方案。其通過把PID調節器和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換實現，難以找到PID的調節參數，調節范圍較小，系統穩定性較低，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精度比較高，控制的算法可以靈活變化，對參數的調整也比較方便，具有相對較高的性價比。但是這種方法開發的時間長，對已經固化的程序修改過程麻煩，現場調試的靈活性較差。另一方面，變頻器運行過程中會產生比較大的干擾。要提高變頻恒壓供水控制系統的穩定性，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有良好的通信接口，便于控制，與其他系統的數據進行傳輸快速便捷。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根據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，從而達到快速調試現場的目的。還有，PLC具有較高的抗干擾能力和穩定性，加強了系統的可靠性。因此，這類的變頻恒壓供水控制系統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

協調。

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、數據傳輸便捷、穩定性高、精度準確等優勢，是最適用于變頻恒壓供水控制系統的。

2 變頻恒壓供水控制系統在人飲工程中的應用

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

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，而小區直飲水系統已經越來越普及，成為小區生活用水系統特別是一些新建的住宅小區的不可缺少的一部分。一般情況下，小區水管分為兩種：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，系統還能把有關信息傳輸到相關軟件，從而進行調控。這個供水系統作為一個子站，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的主要元器件有與產水共用的PLC，與變頻通訊連接的通訊模塊，與組態通訊連接的通訊模塊，與產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元器件進行接線，使水泵進入機組，對組態和PLC通訊設定參數，對壓力以及P、I、D設定參數，對系統供水進行監控等。以此保證小區生活供水壓力恒定，保證居民能夠正常用水。

3 變頻恒壓供水控制系統在城市供水中的重要性

3.1 對居民區供水的重要性

城市的住宅區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實現了水泵電機無極調速。其根據實際用水量的變化自動調節系統參數，使水壓保持穩定，以滿足各樓層居民的用水需求，是當代最合理、最節能的供水系統。

3.2 對機場供水的重要性

變頻恒壓供水控制系統對機場供水也起著重要作用。機場供水系統出現問題會直接影響機場的營運，變頻恒壓供水控制系統有手動和自動兩種控制模式，能進行恒壓控制，能根據主泵運行時間交換主泵，能根據用水量切換主泵和輔泵以及在主泵出現故障時進行報警等。其穩定性、可靠性高，操作簡單，節能性強，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控系統中，以便水廠及時做出調整。這種供水系統方便設定壓力值，恒壓效果佳，穩定可靠，節約能源，無人值守時也可以自動調整，保證了當地居民的用水設備。

3.4 其他

除了居民區供水、機場供水和水泵供水之外，變頻恒壓供水控制系統在深井泵恒壓系統、消防用水系統、工業鍋爐補水系統、制冷空調等各領域也廣泛應用。變頻恒壓供水控制系統在保持壓力定值的過程中，最大限度地節約了水資源及其他能源，提高了用水質量，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的發展趨勢。恒壓控制技術的提高，可以加強供水控制系統的穩定性和提高節能效率，功能全面，操作方便，有利于數據的快速傳輸，對經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過不斷的設計、研究、試驗和改進之后，已經不斷地趨向成熟，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）