變頻恒壓供水系統的研究

楊微

摘 要：傳統供水的方式主要有市政直接供水、天臺供水等。市政直接供水方式的缺點主要是不能保持管道中水壓的恒定，會影響部分設備，使其不能正常工作；天臺供水的缺點則是樓體壓力大，水質易受二次污染，基建投資多、耗能大等。而恒壓供水是國民生產生活中不可缺少的重要一環，這種方式改善了前兩種方式的缺點，使水泵實現最大限度地節能運行，根據用戶的實際用水情況設定管網中的壓力，從而減少了跑水、漏水現象，使供水系統運行更可靠。

關鍵詞：恒壓供水；變頻調速；節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.265

在實際的生產、生活中，用戶的用水量通常是變化的，所以會經常發生供水過剩或者供水不足的情況。這種用水量和供水量之間發生的不平衡現象通常通過供水壓力表現出來，即用水量多而供水量少，則供水壓力低；用水量少而供水量多，則供水壓力大。為了保證用戶的用水質量、使供水量和用水量之間保持平衡，保持供水壓力恒定（即恒壓供水）、實現用戶用水多時供水也多、用水少時供水也少，成為了供水系統的必須要遵守的行業規則。

節能減排一直是各行各業發展的關鍵，各種節能環保產品的應用更加廣泛，前景更加明朗。在變頻調速領域內，變頻器成為了該行業中節能減排、綠色環保的重要設備。隨著科技的發展，變頻器調速技術日益成熟，且在現代工業、民用領域廣泛應用。利用其內部包含用的PID調節器、PLC等器件有機結合而產生的變頻調速供水控制系統，則更大程度地調節了水泵輸出流量，保證了恒壓供水[1]。

1 變頻恒壓供水系統的原理

變頻恒壓供水系統是由變頻器、壓力傳感器、PLC等裝置構成來控制管道中水量的系統[2]。壓力傳感器安裝在管網的干線上，以便于反饋管網中的水壓大小，并將壓力信號轉化為變頻器中可用的電信號（4～20 mA的電流或是0～10V的電壓信號）。變頻器將恒壓供水時所對應的電壓信號的目標值與壓力傳感器反饋回來的電流信號進行比較，通過PID算法進行調節，來改變輸出的頻率信號（一般為0～50Hz），以調節水泵電機的轉速，保證管網中的壓力恒定。整個系統采用PID控制，進行閉環控制。

2 變頻恒壓供水系統的控制系統

2.1 變頻恒壓供水系統的控制系統的主電路

變頻恒壓供水系統的控制系統的主電路接線圖如圖1所示。

接觸器KM0和KM1控制1號水泵（M1）的變頻與工頻運行；接觸器KM2和KM3則控制2號水泵（M2）的變頻與工頻運行；接觸器KM4和KM5控制3號水泵（M3）的變頻啟動。其中3號水泵（M3）沒有連接工頻運行。

2.2 變頻恒壓供水系統的交流接觸器與PLC控制系統

變頻恒壓供水系統的交流接觸器控制回路接線圖如圖2所示。具體工作過程如下：

（1）整個變頻恒壓供水系統啟動時，KM0閉合，1號水泵（M1）實現變頻運行。

（2）當變頻器的運行頻率高于目標值時，則輸出一個上限信號，（若此時水壓不夠） PLC接收到上限信號后將1號水泵（M1）從變頻運行狀態切換到工頻運行狀態，KM0斷開KM1閉合，同時KM2閉合，2號水泵（M2）實現變頻運行。

（3）如果再次接收到變頻器的上限輸出信號，（若此時水壓還不夠）則KM2斷開，KM3閉合，2號水泵（M2）從變頻狀態切換到工頻運行狀態，同時KM4閉合，3號水泵（M3）變頻運行。

（4）若水壓過高，此時變頻器輸出頻率已經很低，則輸出下限信號使PLC關閉KM4、KM3，使其不作用，開啟KM2，使其閉合，2號水泵變頻運行。

（5）若再次收到下限信號（說明水壓高）就關閉KM2、KM1，使其不起作用，閉合KM0，只剩1號水泵變頻運行。

Y21～Y26分別控制接觸器KM0～KM5。KM0與KM1、KM2與KM3、KM4與KM5之間分別實現互鎖，目的是防止每組接觸器同一時間閉合而導致變頻器的輸出端接入電源輸出端，從而燒壞變頻器。

3 變頻恒壓供水系統的變頻控制回路

本文利用PLC開關量輸入/輸出模塊來控制變頻器拖動水泵電機運行。PLC控制接線圖如圖3所示，變頻器控制回路接線圖如圖4所示。

變頻器啟動運行靠PLC的Y0控制。變頻器的輸出端子FU、OL將檢測到的頻率上、下限信號送至PLC的輸入端子X4、X5。PLC的輸入端子X3為手動/自動切換信號。

在變頻器的輸入端子RT進行手動/自動切換調整時，PLC的輸出端子Y1來輸出信號，決定PID控制是否有效。跳閘報警端子與PLC的X2、COM端相連，一旦系統發生故障，跳閘報警輸出端檢測到信號，送至PLC， PLC立即控制Y0斷開，停止輸出。

PLC輸入端SB1為起動按鈕，SB2為停止按鈕。SA1為手動/自動切換開關，SA2～SA7為手動控制變頻/工頻的啟動和切換開關。

4 結束語

變頻恒壓供水控制系統主要采用變頻器、PLC、壓力傳感器等，對水泵電機進行恒壓調速。變頻調速恒壓供水系統可以根據壓力傳感器檢測到的管網中的壓力而自動調節水泵電機的轉速以及多臺水泵電機的啟動與停止，從而使管網中用戶端保持在恒定的水壓，使供水系統始終高效運行，既實現了節能的效果又保護了管網的供水環境。

參考文獻：

[1]楊柏松，熊建斌，李長庚.基于變頻器內置PID模塊的恒壓供水系統[J].電子設計工程，2015，23（10）：161-165.

[2]黃華.變頻技術及應用[M].北京：北京大學出版社，2012.