基于電機變頻調速的供暖系統補水泵恒壓設計

摘 要：隨著社會發展人們對供暖系統的可靠性提出了更高要求。但傳統供暖系統由恒速泵加壓供水，令水泵工作效率低、使用壽命短，且電氣的頻繁啟停對電網造成極大沖擊，提高了設備故障率。本文基于電機變頻調速實現了供暖系統補水泵的恒壓控制，彌補了傳統恒速控制的不足，具備推廣和應用價值。

關鍵詞：換熱站恒壓；電機變頻調速；PLC控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-01

傳統供暖系統由恒速泵加壓供水，電機為了適應供水量的變化需要頻繁地啟、停水泵，這樣不但令水泵電機的工作效率低、使用壽命短，而且電機的頻繁啟動和停止會給電網造成很大的沖擊，導致設備故障率升高。而且這些水泵都是以高出實際用水高度的壓力來提升水壓，造成了不必要的水泵軸功率和能量損耗。

本文利用PLC控制電路，設計了由供水控制器、變頻器和電控設備三大部分組成的換熱站補水泵自動恒壓系統。與傳統控制方法相比，不僅減少了所需的供水功率，更提升了補水泵的工作效率和電機運轉的穩定性，具備推廣和應用的價值。

一、補水泵二次回水自動恒壓原理

維持供暖系統二次回水壓力的恒定是系統正常運行的基本前提。在供暖系統中，為防止系統倒吸入空氣，回水管的水壓高度必須高于用戶端的充水高度，以避免管道的腐蝕。在供暖系統中，熱水通過循環泵運行，循環過程中管道、閥門的泄漏會降低循環水的水壓，需及時通過補水泵向供暖管網補水以確保供暖系統的正常運行。

為保持系統二次回水壓力的穩定，需根據設定壓力，利用補水泵調整輸出頻率。壓力傳感器通過實時監測系統狀態，將系統內熱水水壓轉換為反饋信號傳送至PLC；PLC比較該反饋信號與給定壓力值信號，以此判斷所需的補水量，并將相應的操作指令傳送至變頻控制柜。變頻控制柜接收指令后，通過變頻器改變速度頻率，以此控制補水泵的轉速，從而改變系統的補水量，達到維持供暖系統恒壓點壓力穩定的目的[1]。補水泵變頻恒壓流程如圖1所示。

結合換熱站實際運行情況，若給定系統內熱水水壓穩定值為WMPa，壓力傳感器將回水主管中的水壓轉換為10W～50WmA的反饋信號傳送至PLC的輸入端。設置PLC內的給定值為10Wkg：當系統內熱水水壓低于10Wkg時，PLC輸出操作指令使變頻器輸出頻率上升，回水主管開始補水；當系統內熱水水壓達到10Wkg時，反饋信號與給定信號基本相等，PLC輸出操作指令使變頻器輸出頻率下降，停止補水。供暖系統通過控制補水量確保了系統回水壓力的恒定。

二、補水泵變頻恒壓電路設計

補水泵變頻恒壓電路如圖2所示。系統主要由一臺S7—200可編程邏輯控制器、一臺ACS550變頻器、壓力傳感器、斷路器、熱繼電器、3臺水泵等構成。M1、M2、M3為3臺水泵。交流接觸器KM4、KM8、KM12分別控制1號、2號、3號水泵變頻運行。KM3、KM7、KM11分別控制1號、2號、3號水泵工頻運行。FR1、FR2、FR3分別為用于M1、M2、M3過載保護的熱繼電器。QF1、QF5、QF2、QF3、QF4分別為主電路、變頻器、3臺水泵工頻運行的斷路器。FVVV為變頻器，QZB為自耦減壓變壓器。

三、補水泵變頻調節程序設計

整個變頻恒壓供水控制系統要根據檢測到的輸入信號的狀態，按照圖1中的控制流程，通過變頻調速器和相應的應用元件實現補水泵的恒壓供水。

（一）系統通電，在收到有效的自控系統啟動信號后，啟動變頻器拖動調速水泵；通過恒壓控制器，根據用戶管網實際壓力和設定壓力的誤差來調節變頻器的輸出頻率。當輸出壓力與設定值相等，供水量與用水量相平衡時，轉速穩定。

（二）當用水量增加、水壓減小時，通過壓力閉環和恒壓控制器，增加水泵轉速至另一穩定值；反之減小水泵轉速。

（三）當用水量繼續增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz時，若用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且有備用水泵時，系統將變頻運行的泵切換為工頻運行；同時為滿足用戶對水量的需求，切換另一臺泵作變頻啟動泵，直至水壓達到設定值。

（四）若用水量繼續增加，則投入運行新的水泵，繼續如上轉換。當最后一臺水泵投入運行，壓力仍未到達設定值時，控制系統發出水壓超限報警。

（五）若水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率下至下限頻率，而實際水壓仍高于設定值，則在滿足減少水泵的條件下關閉變頻水泵，令泵1變頻運行，直至壓力重新達到設定值。

四、結語

變頻調速水泵的電機從零速以無級變速向工頻轉速過渡，運行較平穩，削弱對電網沖擊的同時亦延長了電機的使用壽命[2]。

與此同時，變頻調速系統使噪聲密度與噪聲音量明顯降低，改善了換熱站的工作運行環境與周邊居民的生活環境，經濟效益與社會效益兼具。

參考文獻

[1]馬愛龍.具有遠程監控功能的換熱站自動控制系統的研究和應用[D].河北工業大學，2007.

[2]邵宗義.變頻技術在熱水供暖系統中的應用[J].中國建設信息供熱制冷專刊，2004.

[3]JossonCx，PalssonO.P.，SeilingK.Modelingandparameterestimationofheatexchangers-astasticalapproach[J].JournalofDynacSystems，MeasurementandControl，TransactionsoftheASME，1992，114（4）.

[4]StuartA.Boyer.SCADA：SupervisoryControlandDataAcqusition[M].2nded.Carolina：InstrumentSocietyofAmerica，1999.