基于溫度控制變頻給水的改造

尹世耀

摘 要：首先分析了原始系統(tǒng)恒壓給水的不足之處，根據(jù)改善目標并對其進行了總體布局設計和監(jiān)控設計。利用三菱的溫度控制模塊Q64TCCT實現(xiàn)根據(jù)水溫的變化來控制水泵給水的多少，闡述了變頻給水的方案，根據(jù)總體方案的特點，分配PLC輸入輸出點模塊的選擇，具有一定的實用性和參考價值。

關鍵詞：溫度控制；變頻給水；改造

前言

供水控制，歸根結底，是為了滿足生產(chǎn)對流量及水溫的需求。流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高?？紤]到在動態(tài)供水情況下，供水槽內水的溫度的高低與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關：當供水能力大于用水量時，冷卻水槽內水溫上升；當供水能力小于用水量時，則冷卻水槽內水溫降低；當供水能力等于用水量時，則冷卻水槽內溫度保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在冷卻水槽內水溫的變化上。從而溫度就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持冷卻水槽內水溫恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了生產(chǎn)的用水要求，這就是該系統(tǒng)變頻供水所要達到的目的。

1 系統(tǒng)構成

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1.1 生產(chǎn)過程中需對物料進行冷卻，該環(huán)節(jié)中高溫的物料從生產(chǎn)設備中擠壓出來，在冷卻水箱中經(jīng)過冷卻水進行冷卻，冷卻水是以恒壓送入冷卻水箱內的，由于水泵沒有變頻器的控制，流量的大小通過手閥進行調節(jié)，水泵正常運轉，則系統(tǒng)壓力將增高，管網(wǎng)壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞，這樣就會使管路中水壓增大，造成對管路的損害。

1.1.2 閥門調整使運行工況達到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導致?lián)p耗能量增加，無論物料的多少冷卻水以衡量保持水箱內水的循環(huán)，設備改善前是以進入水箱內物料最大化為依據(jù)的設計進水量，但物料小于設計值時，就造成了供水的浪費。

1.1.3 水箱內物料小于設計的最大值時，水箱內水溫也與設計不一致，在工藝上會對物料的內部形變產(chǎn)生不可控的影響。

1.2 方案設計分析

經(jīng)過改造后的冷卻水箱控制系統(tǒng)如圖1所示，該控制系統(tǒng)由冷卻水箱、冷卻水溫度傳感器、給水泵、冷卻水風冷風扇和儲水罐等組成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面蓋板加裝7個冷卻風扇，在泄水口，增加手閥和電控閥，自動控制是使用電控閥控制水的排出，手閥用于設備維修或應急使用。冷卻水箱內有一個溫度傳感器、兩個液位開關。液位開關傳感器為開關量傳感器，測量水的水溫高低，反應無水或水溢出狀態(tài)。

2.2 上位機是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主體機設備的人機交互設備進行控制畫面設計，增加人機對話窗口，使操作更人性化。設定的冷卻水箱溫度在某一個溫度數(shù)值，當溫度高于該設定值時，冷卻系統(tǒng)啟動。

2.3 溫度傳感器檢測冷卻水箱內的水溫，當溫度達到設定值30℃時，啟動冷卻風扇，降低水溫。如果冷卻水箱內溫度在開啟風扇的狀態(tài)下，溫度繼續(xù)上升，當溫度達到35℃時增加進水量以降低冷卻水溫度。

3 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設備的選用：根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出并結合主體設備的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在本體設備的PLC基板插槽內添加PLC模塊使用三菱的輸入模塊QX41，輸出模塊QY41P和溫度控制模塊Q64TCCT作為系統(tǒng)的控制模塊。

變頻調速給水系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

（1）采用恒壓調速，第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門節(jié)流引起的壓力損失，具有雙重節(jié)能效果。根據(jù)電機水泵水壓與流量的運行特性可知（在理想狀況下）：

泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式：

電機所耗功率與電機轉速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q與電機轉速成正比，即

Q1/Q=n1/n

揚程與電機轉速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間有如下近似關系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-額定流量；N-額定流量Q時的軸功率；n-水泵的額定轉速；H-揚程；P-電機軸功率；η-泵的效率

因額定流量Q=100%時，n=100%，N=100%，若n1=90%n時，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節(jié)電27.1%。若n1=80%n時，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節(jié)電48.8%。當然，這種理論上的估算只能作為一個參考，在水泵的實際工作運行中，由于各種因素的影響，不可能完全達到這樣的節(jié)能效果。

通過現(xiàn)有的技術資料可知，采用變速調節(jié)，閥門全開狀態(tài)，無水壓損耗，根據(jù)工況的要求自動調節(jié)電機之速度，使之與負荷相適應，使水泵適應流量和揚程變化的要求，即在管道特性曲線基本不變時，采用改變轉速來改變泵的Q-H特性曲線。使它的工作點保持在高效段，達到輸入功率減少的目的。

（2）有效的控制了冷卻水箱內水溫變化，以水溫為控制對象，使其在工藝允許的范圍內變化，從而有效控制了物料在品質方面的潛在隱患。

4 結束語

基于溫度控制變頻供水的改造，既在節(jié)能方面起到了顯著效果，同時在對供水管路等設備的使用壽命上也有改善，在工藝方面消除了不可控因素的影響。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高。無論從經(jīng)濟的角度考慮，還是從技術方面分析，具有一定的實用性和參考價值。

參考文獻

[1]吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，7.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應用（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可編程控制器原理、應用及通信基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[5]呂方.可編程序控制器應用教程[M].北京：水利水電出版社，2003.endprint

摘 要：首先分析了原始系統(tǒng)恒壓給水的不足之處，根據(jù)改善目標并對其進行了總體布局設計和監(jiān)控設計。利用三菱的溫度控制模塊Q64TCCT實現(xiàn)根據(jù)水溫的變化來控制水泵給水的多少，闡述了變頻給水的方案，根據(jù)總體方案的特點，分配PLC輸入輸出點模塊的選擇，具有一定的實用性和參考價值。

關鍵詞：溫度控制；變頻給水；改造

前言

供水控制，歸根結底，是為了滿足生產(chǎn)對流量及水溫的需求。流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高?？紤]到在動態(tài)供水情況下，供水槽內水的溫度的高低與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關：當供水能力大于用水量時，冷卻水槽內水溫上升；當供水能力小于用水量時，則冷卻水槽內水溫降低；當供水能力等于用水量時，則冷卻水槽內溫度保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在冷卻水槽內水溫的變化上。從而溫度就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持冷卻水槽內水溫恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了生產(chǎn)的用水要求，這就是該系統(tǒng)變頻供水所要達到的目的。

1 系統(tǒng)構成

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1.1 生產(chǎn)過程中需對物料進行冷卻，該環(huán)節(jié)中高溫的物料從生產(chǎn)設備中擠壓出來，在冷卻水箱中經(jīng)過冷卻水進行冷卻，冷卻水是以恒壓送入冷卻水箱內的，由于水泵沒有變頻器的控制，流量的大小通過手閥進行調節(jié)，水泵正常運轉，則系統(tǒng)壓力將增高，管網(wǎng)壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞，這樣就會使管路中水壓增大，造成對管路的損害。

1.1.2 閥門調整使運行工況達到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導致?lián)p耗能量增加，無論物料的多少冷卻水以衡量保持水箱內水的循環(huán)，設備改善前是以進入水箱內物料最大化為依據(jù)的設計進水量，但物料小于設計值時，就造成了供水的浪費。

1.1.3 水箱內物料小于設計的最大值時，水箱內水溫也與設計不一致，在工藝上會對物料的內部形變產(chǎn)生不可控的影響。

1.2 方案設計分析

經(jīng)過改造后的冷卻水箱控制系統(tǒng)如圖1所示，該控制系統(tǒng)由冷卻水箱、冷卻水溫度傳感器、給水泵、冷卻水風冷風扇和儲水罐等組成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面蓋板加裝7個冷卻風扇，在泄水口，增加手閥和電控閥，自動控制是使用電控閥控制水的排出，手閥用于設備維修或應急使用。冷卻水箱內有一個溫度傳感器、兩個液位開關。液位開關傳感器為開關量傳感器，測量水的水溫高低，反應無水或水溢出狀態(tài)。

2.2 上位機是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主體機設備的人機交互設備進行控制畫面設計，增加人機對話窗口，使操作更人性化。設定的冷卻水箱溫度在某一個溫度數(shù)值，當溫度高于該設定值時，冷卻系統(tǒng)啟動。

2.3 溫度傳感器檢測冷卻水箱內的水溫，當溫度達到設定值30℃時，啟動冷卻風扇，降低水溫。如果冷卻水箱內溫度在開啟風扇的狀態(tài)下，溫度繼續(xù)上升，當溫度達到35℃時增加進水量以降低冷卻水溫度。

3 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設備的選用：根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出并結合主體設備的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在本體設備的PLC基板插槽內添加PLC模塊使用三菱的輸入模塊QX41，輸出模塊QY41P和溫度控制模塊Q64TCCT作為系統(tǒng)的控制模塊。

變頻調速給水系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

（1）采用恒壓調速，第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門節(jié)流引起的壓力損失，具有雙重節(jié)能效果。根據(jù)電機水泵水壓與流量的運行特性可知（在理想狀況下）：

泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式：

電機所耗功率與電機轉速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q與電機轉速成正比，即

Q1/Q=n1/n

揚程與電機轉速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間有如下近似關系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-額定流量；N-額定流量Q時的軸功率；n-水泵的額定轉速；H-揚程；P-電機軸功率；η-泵的效率

因額定流量Q=100%時，n=100%，N=100%，若n1=90%n時，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節(jié)電27.1%。若n1=80%n時，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節(jié)電48.8%。當然，這種理論上的估算只能作為一個參考，在水泵的實際工作運行中，由于各種因素的影響，不可能完全達到這樣的節(jié)能效果。

通過現(xiàn)有的技術資料可知，采用變速調節(jié)，閥門全開狀態(tài)，無水壓損耗，根據(jù)工況的要求自動調節(jié)電機之速度，使之與負荷相適應，使水泵適應流量和揚程變化的要求，即在管道特性曲線基本不變時，采用改變轉速來改變泵的Q-H特性曲線。使它的工作點保持在高效段，達到輸入功率減少的目的。

（2）有效的控制了冷卻水箱內水溫變化，以水溫為控制對象，使其在工藝允許的范圍內變化，從而有效控制了物料在品質方面的潛在隱患。

4 結束語

基于溫度控制變頻供水的改造，既在節(jié)能方面起到了顯著效果，同時在對供水管路等設備的使用壽命上也有改善，在工藝方面消除了不可控因素的影響。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高。無論從經(jīng)濟的角度考慮，還是從技術方面分析，具有一定的實用性和參考價值。

參考文獻

[1]吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，7.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應用（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可編程控制器原理、應用及通信基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[5]呂方.可編程序控制器應用教程[M].北京：水利水電出版社，2003.endprint

摘 要：首先分析了原始系統(tǒng)恒壓給水的不足之處，根據(jù)改善目標并對其進行了總體布局設計和監(jiān)控設計。利用三菱的溫度控制模塊Q64TCCT實現(xiàn)根據(jù)水溫的變化來控制水泵給水的多少，闡述了變頻給水的方案，根據(jù)總體方案的特點，分配PLC輸入輸出點模塊的選擇，具有一定的實用性和參考價值。

關鍵詞：溫度控制；變頻給水；改造

前言

供水控制，歸根結底，是為了滿足生產(chǎn)對流量及水溫的需求。流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高。考慮到在動態(tài)供水情況下，供水槽內水的溫度的高低與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關：當供水能力大于用水量時，冷卻水槽內水溫上升；當供水能力小于用水量時，則冷卻水槽內水溫降低；當供水能力等于用水量時，則冷卻水槽內溫度保持不變?？梢姡┧芰εc用水需求之間的矛盾具體地反映在冷卻水槽內水溫的變化上。從而溫度就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持冷卻水槽內水溫恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了生產(chǎn)的用水要求，這就是該系統(tǒng)變頻供水所要達到的目的。

1 系統(tǒng)構成

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1.1 生產(chǎn)過程中需對物料進行冷卻，該環(huán)節(jié)中高溫的物料從生產(chǎn)設備中擠壓出來，在冷卻水箱中經(jīng)過冷卻水進行冷卻，冷卻水是以恒壓送入冷卻水箱內的，由于水泵沒有變頻器的控制，流量的大小通過手閥進行調節(jié)，水泵正常運轉，則系統(tǒng)壓力將增高，管網(wǎng)壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞，這樣就會使管路中水壓增大，造成對管路的損害。

1.1.2 閥門調整使運行工況達到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導致?lián)p耗能量增加，無論物料的多少冷卻水以衡量保持水箱內水的循環(huán)，設備改善前是以進入水箱內物料最大化為依據(jù)的設計進水量，但物料小于設計值時，就造成了供水的浪費。

1.1.3 水箱內物料小于設計的最大值時，水箱內水溫也與設計不一致，在工藝上會對物料的內部形變產(chǎn)生不可控的影響。

1.2 方案設計分析

經(jīng)過改造后的冷卻水箱控制系統(tǒng)如圖1所示，該控制系統(tǒng)由冷卻水箱、冷卻水溫度傳感器、給水泵、冷卻水風冷風扇和儲水罐等組成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面蓋板加裝7個冷卻風扇，在泄水口，增加手閥和電控閥，自動控制是使用電控閥控制水的排出，手閥用于設備維修或應急使用。冷卻水箱內有一個溫度傳感器、兩個液位開關。液位開關傳感器為開關量傳感器，測量水的水溫高低，反應無水或水溢出狀態(tài)。

2.2 上位機是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主體機設備的人機交互設備進行控制畫面設計，增加人機對話窗口，使操作更人性化。設定的冷卻水箱溫度在某一個溫度數(shù)值，當溫度高于該設定值時，冷卻系統(tǒng)啟動。

2.3 溫度傳感器檢測冷卻水箱內的水溫，當溫度達到設定值30℃時，啟動冷卻風扇，降低水溫。如果冷卻水箱內溫度在開啟風扇的狀態(tài)下，溫度繼續(xù)上升，當溫度達到35℃時增加進水量以降低冷卻水溫度。

3 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設備的選用：根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出并結合主體設備的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在本體設備的PLC基板插槽內添加PLC模塊使用三菱的輸入模塊QX41，輸出模塊QY41P和溫度控制模塊Q64TCCT作為系統(tǒng)的控制模塊。

變頻調速給水系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

（1）采用恒壓調速，第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門節(jié)流引起的壓力損失，具有雙重節(jié)能效果。根據(jù)電機水泵水壓與流量的運行特性可知（在理想狀況下）：

泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式：

電機所耗功率與電機轉速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q與電機轉速成正比，即

Q1/Q=n1/n

揚程與電機轉速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間有如下近似關系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-額定流量；N-額定流量Q時的軸功率；n-水泵的額定轉速；H-揚程；P-電機軸功率；η-泵的效率

因額定流量Q=100%時，n=100%，N=100%，若n1=90%n時，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節(jié)電27.1%。若n1=80%n時，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節(jié)電48.8%。當然，這種理論上的估算只能作為一個參考，在水泵的實際工作運行中，由于各種因素的影響，不可能完全達到這樣的節(jié)能效果。

通過現(xiàn)有的技術資料可知，采用變速調節(jié)，閥門全開狀態(tài)，無水壓損耗，根據(jù)工況的要求自動調節(jié)電機之速度，使之與負荷相適應，使水泵適應流量和揚程變化的要求，即在管道特性曲線基本不變時，采用改變轉速來改變泵的Q-H特性曲線。使它的工作點保持在高效段，達到輸入功率減少的目的。

（2）有效的控制了冷卻水箱內水溫變化，以水溫為控制對象，使其在工藝允許的范圍內變化，從而有效控制了物料在品質方面的潛在隱患。

4 結束語

基于溫度控制變頻供水的改造，既在節(jié)能方面起到了顯著效果，同時在對供水管路等設備的使用壽命上也有改善，在工藝方面消除了不可控因素的影響。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高。無論從經(jīng)濟的角度考慮，還是從技術方面分析，具有一定的實用性和參考價值。

參考文獻

[1]吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，7.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應用（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可編程控制器原理、應用及通信基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[5]呂方.可編程序控制器應用教程[M].北京：水利水電出版社，2003.endprint