變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧 映 鑫

(長(zhǎng)安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院，陜西 西安　710021)

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變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧 映 鑫

(長(zhǎng)安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院，陜西 西安710021)

根據(jù)變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，介紹了該供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，從技術(shù)指標(biāo)、安裝調(diào)試、使用方法、遠(yuǎn)程監(jiān)控等環(huán)節(jié)，闡述了變頻恒壓供水系統(tǒng)的操作要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效的供水目標(biāo)。

供水系統(tǒng)，變頻器，水泵，電壓

0　引言

目前，在建筑給水系統(tǒng)中常用的給水方式有直接給水方式、單設(shè)水箱的給水方式、設(shè)儲(chǔ)水池和水泵的給水方式、水泵水箱聯(lián)合給水方式、氣壓給水方式和變頻恒壓給水方式。而其中的變頻恒壓給水方式具有高效節(jié)能、用水壓力恒定、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式對(duì)供水量和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供水的較精確控制。

1　設(shè)計(jì)原理框圖

如圖1所示，本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制方式。壓力檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置于水泵出口處，在檢測(cè)點(diǎn)處設(shè)置壓力傳感器，將現(xiàn)場(chǎng)壓力值經(jīng)遠(yuǎn)傳壓力表返回到給定信號(hào)值處，經(jīng)比較后，偏差信號(hào)通過(guò)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后送入變頻器，變頻器通過(guò)改變水泵電機(jī)的電壓和頻率值改變水泵轉(zhuǎn)速，使檢測(cè)點(diǎn)處壓力值基本保持不變，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。

2　設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)擬設(shè)計(jì)一供水量在20 m3～30 m3之間，揚(yáng)程在50 m～70 m之間，始終由單臺(tái)泵供水，具有主備泵的變頻恒壓供水系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)擬采用OMRON CPM1A型的30點(diǎn)形式的PLC作為控制器，富士FRN11VG7S-4C型變頻器作水泵電機(jī)的調(diào)速控制。

2.1主電路及控制電路

設(shè)計(jì)如圖2所示主電路圖，圖中M1，M2為帶動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)，采用低壓斷路器QF1控制進(jìn)出線電源，QF2用于保護(hù)變頻器，用KM1實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停控制，QF3用于保護(hù)PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器將遠(yuǎn)傳壓力表采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)處理后送入變頻器。電機(jī)M1和M2在變頻情況下與變頻器連接，通過(guò)KM2和KM4的控制實(shí)現(xiàn)啟停，可通過(guò)一個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K控制變頻器的FWD和REV端子，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水目的。工頻情況下，電機(jī)M1和M2分別通過(guò)QF4和QF5與工頻電源直接連接，通過(guò)KM3和KM5實(shí)現(xiàn)啟停控制。低壓短路器可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的短路和欠電壓保護(hù)等功能；熱繼電器FR1和FR2起過(guò)載保護(hù)作用。

本設(shè)計(jì)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式控制，其中手動(dòng)模式用于在工頻交流電下測(cè)試水泵電機(jī)的完好性。

如圖3所示，在控制電路中，PLC根據(jù)相應(yīng)口的輸入信號(hào)控制輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水泵的啟停、變頻/工頻運(yùn)行、運(yùn)行指示、故障報(bào)警等。

1)自動(dòng)模式：通過(guò)自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇旋鈕SA1將控制系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)模式，自動(dòng)模式下，按下變頻器啟停按鈕SB1后啟動(dòng)變頻器，按下啟動(dòng)按鈕SB2后水泵電機(jī)即可接入變頻器變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。可通過(guò)主備泵切換旋鈕SA2切換主泵和備泵。

2)手動(dòng)模式：通過(guò)自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇旋鈕SA1將控制系統(tǒng)設(shè)置為手動(dòng)模式，手動(dòng)模式下，分別通過(guò)1號(hào)泵啟動(dòng)按鈕SB4和停止按鈕SB5控制1號(hào)泵的啟停；通過(guò)2號(hào)泵啟動(dòng)按鈕SB6和停止按鈕SB7控制2號(hào)泵的啟停，將水泵電機(jī)接入工頻電網(wǎng)下運(yùn)行，用于測(cè)試水泵電機(jī)性能。

3)故障自投：自動(dòng)模式下，兩水泵分別為主泵和備泵。若運(yùn)行時(shí)主泵發(fā)生故障，立即切斷相應(yīng)電機(jī)電源，備用電機(jī)解除備用狀態(tài)，延時(shí)30 s，自投。

4)各種指示及報(bào)警：HL1為變頻器正常工作指示燈，HL2，HL4分別為2臺(tái)水泵變頻情況下正常工作指示燈，HL3，HL5分別為2臺(tái)水泵工頻情況下正常工作指示燈，HL6和HL7分別為2臺(tái)水泵故障指示燈，HL8為變頻器故障指示燈，HA為故障警鈴。

PLC的I/O分配表設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　I/O分配表

2.2梯形圖

梯形圖設(shè)計(jì)如圖4所示。通過(guò)圖4，可實(shí)現(xiàn)變頻器和水泵電機(jī)的啟停、自動(dòng)和手動(dòng)模式選擇、主備泵選擇、故障信號(hào)處理等功能。

3　操作使用說(shuō)明

本系統(tǒng)以VVVF變頻器、PLC和PID調(diào)節(jié)器為中心控制器件，組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制水泵的運(yùn)行，保證用戶(hù)水壓恒定。一共設(shè)置2臺(tái)水泵，1臺(tái)為工作泵，另1臺(tái)為備用泵，兩泵的工作狀態(tài)可

以在任意時(shí)刻進(jìn)行切換。讓2臺(tái)電動(dòng)機(jī)分時(shí)工作，并且在工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵能在短暫延時(shí)后自行啟動(dòng)。

3.1主要技術(shù)指標(biāo)

1)額定電壓和頻率：380 V/220 V；50 Hz；2)備用泵投入工作延時(shí)時(shí)間：30 s。

3.2安裝調(diào)試方法

1)在安裝前檢查性能，合上低壓斷路器開(kāi)關(guān)，變頻器、PLC和PID調(diào)節(jié)器電源指示燈亮。2)選擇手動(dòng)模式，水泵電機(jī)在工頻電壓下運(yùn)行，檢測(cè)電機(jī)是否完好。3)切換為自動(dòng)模式，按下相應(yīng)按鈕啟動(dòng)變頻器和工作水泵，相應(yīng)指示燈亮，變頻器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表所檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)水壓信號(hào)調(diào)節(jié)輸出頻率，控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。檢查運(yùn)行情況，若一切正常運(yùn)行，再設(shè)置人為故障，此時(shí)警鈴報(bào)警。然后檢查另一水泵能否經(jīng)過(guò)30 s延時(shí)后自投。4)在1臺(tái)泵工作若干小時(shí)后進(jìn)行主/備泵切換，看切換能否正常進(jìn)行，若能自動(dòng)切換，則說(shuō)明設(shè)計(jì)成功。

3.3使用方法

1)手動(dòng)和自動(dòng)模式切換：旋鈕SA1為自動(dòng)和手動(dòng)模式切換旋鈕，若不進(jìn)行操作，默認(rèn)自動(dòng)模式。2)主泵和備泵切換：旋鈕SA為主泵和備泵切換旋鈕，若不進(jìn)行操作，默認(rèn)1號(hào)泵為主泵，2號(hào)泵為備泵。3)手動(dòng)啟停：按鈕SB5和SB6可分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制1號(hào)泵啟動(dòng)和停止，按鈕SB7和SB8可分別實(shí)現(xiàn)控制2號(hào)泵的啟動(dòng)和停止。4)各種指示燈及警鈴：指示燈HL1為變頻器的工作指示燈；HL2，HL4分別為1號(hào)泵和2號(hào)泵的變頻運(yùn)行狀態(tài)下的工作指示燈；HL3，HL5分別為1號(hào)泵和2號(hào)泵的工頻運(yùn)行狀態(tài)下的工作指示燈；指示燈HL6和HL7分別為1號(hào)泵和2號(hào)泵的故障指示燈；指示燈HL8為變頻器頻率越限故障指示燈；警鈴HA為1號(hào)泵和2號(hào)泵的故障報(bào)警指示。

3.4遠(yuǎn)程監(jiān)控

操作人員可在控制室對(duì)控制系統(tǒng)試下遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，人機(jī)界面友好，系統(tǒng)工作穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)，可實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備的自動(dòng)化控制和管理。

4　結(jié)語(yǔ)

在選擇供水方式時(shí)，應(yīng)考慮如市政供水的水壓、水量情況、建筑物的規(guī)模、當(dāng)?shù)毓╇娍煽啃约坝脩?hù)要求等方面的因素。兼顧各個(gè)方面來(lái)看，目前，變頻恒壓供水是一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)運(yùn)行可靠且安全的供水方式，適合大力推廣。

[1]秦春鶯.高層建筑給水設(shè)計(jì)探討[J].山西建筑,2005,31(1):98-99.

[2]張承慧,崔納新,李珂.交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]徐德，張明軍.雙泵恒壓供水變頻調(diào)速PLC控制系統(tǒng)[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，28(3):272-275.

On design for variable frequency and constant pressure water supply system

Deng Yingxin

(Chang’anUniversity,SchoolofElectronicandControlEngineering,Xi’an710021,China)

According to the design principle for the variable frequency and constant pressure water supply system, the paper introduces the design scheme of the water-supply system, illustrates its operation points from the technical indexes, installation and adjustment, utility methods, and remote inspection, and realizes the energy-saving, economical and effective water-supply aims.

water-supply system, frequency changer, pumper, voltage

1009-6825(2016)23-0140-02

2016-06-01

鄧映鑫(1992- )，男，在讀本科生

TU991

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