變頻技術和PLC技術在恒壓供水系統中的應用研究

摘要：恒壓供水系統的設計及應用研究是針對提高供水質量和節能問題而提出的，該文通過對舊系統中一直存在的問題簡單地介紹水位在變頻技術、PLC技術及恒壓供水系統的作用下如何為用戶進行供水，并從實踐方面說明，此系統在節約資源、供水質量及運作方面的良好效果。

關鍵詞：變頻技術 PLC技術 恒壓供水系統 供水質量

中圖分類號：TQ08 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0061-01

現在，各個地方的生活用水量正隨著各住宅小區樓房的增多而大幅度地快速增加。隨著人們節能意識的增強，人們對供水的質量要求也在迅速提高，而且，在對供水系統的可靠性和安全性方面的要求也在慢慢地提高。運用PLC技術和變頻器而實現高質量供水的無塔恒壓供水系統，不但在很大程度上大大地節約了資源，而且還使供水系統的可靠性和安全性得到了很好的改進。恒壓供水在一定程度上滿足了用戶對水質水量的需求，變頻調速為了節約能源，通常通過調節變頻器的速度來使輸水管道的壓強得到一定的穩定。為了有效減少撫慰運作和手動運作，為了避免某些繼電器因與機械接觸而發生不必要的故障，為了能夠使系統實現有效的軟啟動，于是，運用了PLC技術，以使整個供水系統的可靠性得到增強。下面主要根據變頻技術和PLC技術在恒壓供水系統的設計和應用方面展開論述。

1.變頻器的工作原理

變頻技術是在安全而先進的恒壓供水系統的主要技術。就目前而言，變頻變壓調速控制系統是眾多調控系統中性能最好、效率最高的。

1.1變頻器的基本構成

完整的變頻器主要由控制電路和主回路（包括逆變器、濾波器、整流器）組合而成。

把三相交流整合成直流是整流器的主要作用，而用于緩沖負載和直流環流間的無功能量的則是濾波器。運用六個半導體器件開關組合而成的三相橋式逆變電路是逆變器最主要的結構模式，通過對逆變器主開關的通或斷的有效控制，能夠促使任意頻率的三相交流輸出。如果想控制整流器電壓以及逆變器的開關，并有效完成各種不同的保護作用，就必須完成對控制電路的有效管理。

1.2變頻器運作的基本原理

變頻器的工作原理是運用逆變器中的開關，并由控制電路按照電路運行的相關規律來對開關的通或斷來實施控制，進而通過逆變器的輸出接口來取得一系列的寬度不同而等福卻相同的矩形脈沖波性，以和電壓波的正弦值取得一樣的效果。

在實際情況的圖表中，通常把正弦波的正半周合理地分成n等分（n=12）。橫軸和每等分的正弦曲線所組成的面積均用與其大小一樣的等福矩形來替換。因此，由n個寬度不同而幅度卻相同的矩形脈沖組成的波的形狀和正弦波的正半周等效。也可以用一樣的方式來使正弦波的負半周等效。如果想對各個不同分段的矩形脈沖的寬度進行確定，可以通過讓三角波和正弦波相交來實現。通過合理地變換正弦波的頻率可以有效地使逆變器的輸出端實現變頻。

2.控制系統

2.1控制系統的總體設計

以前，對于供水控制系統的投資都比較多，而它在為用戶供水時，大多數都是同時運用多臺水泵，而且所用的水泵的功率通常都很小。因此，在運行中常常出現邏輯控制設計和主控電路設計不規范的現象。

通常，供水系統的控制電路運用的都是變頻器（VVVF），以及可編程控制器（PLC）、數字調節器（PID）等先進的控制裝置，以上裝置完成其控制效能時都要通過電腦芯片為內核來實現。

為了對調節工況進行有效監控，并實完成PID調制，于是特意選擇了數字顯示調節器；為了有效提高供水系統的安全系數，于是在調節水泵速度的時候，選用了22.5KW的日本富士變頻器；為了使控制電路更簡單，于是結合負荷的需要，選用了18.5KW的水泵以便于大容量供水。外部I/O可以控制的點較少，因此，若想達到調控要求，可編程控制器PLC選用20點即可。

2.2控制系統的應用

（1）為了便于編程和調試，系統流程的控制器運用了模塊化編程，它的重要組成部分分別是報警模塊、自動運行模塊、手動運行模塊以及故障診斷。其中，自動運行模塊又分為數據采集子程序、置初值子程序、控制量運算子程序、電機控制子程序、開機命令的檢測、系統的初始化等。當系統在手動運行階段時，合理使水泵停止或按下按鈕啟動，就根據實際情況對1#4#泵的啟停進行調控。但此方式通常是在變頻器發生故障和實施檢修時才會使用。

（2）1#泵電機會在系統操作啟動開關時通電，變頻器輸出功率也會從0 hz開始上升，同時PID調節器收到來自自壓力傳感器的信號，在進行計算后再和給定壓力參數作比較，并把調節參數輸送給變頻器，如果壓力不足，就需要把變頻器的頻率調整到50 hz，1#泵則通過變頻有效地轉換成工頻，啟2#變頻，從而使變頻器的頻率慢慢上升到一定數值，加泵的運行也如此；如果水量減少，為了使系統的運行能夠保持平穩，就要對PID調節器參數進行調節，并從最先開始啟動的泵開始使水量減少。如果電源發生間歇性停電，那么系統就會停機；在電源正常后，系統的正常運行就會自動恢復，并且1#泵變頻也會自動啟動，直到給定的水壓值的運行恢復穩定。通常用PLC檢測自動供水的水池水位，如果水位比預定的水位高，水池到水管的閥門就會自動關閉；如果水位比預定的報警水位低，蜂鳴器就會發出的缺水的報警信號。此系統自動完成對多臺泵軟啟動、循環變頻、停止的所有運行，而變頻自動功能就是此系統的最基本功能。

3.變頻調速技術和PLc技術的優點

變頻調速技術和PLC技術和傳統的供水技術相比，有以下優點：（1）節電，節能量大概是10%-40%，這是它最顯著的優點。（2）可對其靈活調控，實現定時、分段供水。（3）運行可靠安全，水管不易破裂。（4）用水衛生，有效防止水被“二次污染”。（5）可延長設備的使用壽命，維護電壓穩定。（6）占地少，投資回收期較短。（7）有效實現自我保護功能。

4.結語

變頻調速技術和PLC技術在恒壓供水系統中的應用，大大提高了供水質量，而且還在一定程度上有效地節約了用電量。因此，大力推廣變頻調速技術和PLC技術，一定能使人們的生活生產更加方便。