自來水供水中水泵變頻調速技術應用分析

孫連彬

摘 要：變頻調速技術的應用，可有效提高供水工程的穩定性與可靠性，實現恒壓供水，能夠滿足各種工況下的供水需求。本文將可編程控制器與變頻器相結合，運用變頻調速技術實現自來水恒壓供水。在系統中采用PLC技術對變頻器進行控制，經測試后工作穩定，可實現自動化控制變頻器的頻率變化，即使水泵出現故障，也依然能夠保持正常工作狀態，在實際應用中優勢明顯。

關鍵詞：自來水;供水;變頻;調速;設計

現在人們將許多的自動化控制技術及網絡技術等運用到供水系統中，使得供水系統跟上時代的發展。恒壓供水系統具有技術先進、水壓恒定、操作方便等優勢，在保證穩定性的同時還實現了資源的高效利用，避免了水資源的浪費，有效地節省了資金。

1系統硬件電路設計

1.1硬件設備系統架構

設計方案為用1臺變頻器控制4臺電機中的1臺，當其中1臺受變頻器控制時，其他電機都以工頻運行，根據實際情況判斷變頻器控制哪一臺電機。這種方案在減少了變頻器臺數的同時，并沒有減少該系統應有的功能[1]。該系統的主要硬件設備包括以下幾個部分：PLC、變頻器、水泵電機組、壓力傳感器、液位傳感器。

1.2 PLC的選型

可編程控制器選擇型號為S7-200-226PLC，變頻器等其他器件在該控制器上都有連接點。輸出的電流大小為400 m A。該CPU擁有24個輸入點、16個輸出點。此外，有一個EM222模塊上有8個數字量輸出，它屬于一種小型PLC，但有著特別強大的功能，可以代替許多硬件完成復雜工作。模擬量選擇EM235模塊，它的輸入點有4個，輸出點有1個[3]。該模塊將1～5 V的信號轉化為標準信號，1 V對應為3 200，轉化為標準信號后為0～32 000，同時將模擬量輸出模塊也轉化為標準信號。

1.3變頻器的選型

變頻器型號為MICROMASTER 430，該變頻器是水泵類負載專用的變頻器[4];它的最低功率為7.5 k W，最高功率為250 k W，三相交流電為380～480 V;它擁有特別高的穩定性和靈敏性，可以操控軟件實現多種功能。在水泵的多泵切換中，一個變頻器控制多臺水泵的啟停。水泵是通過接觸器投入系統運行，變頻器通過輸出繼電器控制接觸器，從而控制水泵的投入數量;該變頻器不僅可以控制數量，還可以控制單臺水泵的轉速，最終達到恒壓的狀態。

1.4水泵電機組

水泵選擇IS100-65-315型水泵。國標單極單吸離心式清水泵;泵的吸入口直徑為100 mm;泵的出水口直徑為65 mm;泵的葉輪直徑為315 mm。電機選擇Y80-355小型三相變頻異步電機，該電機擁有安全可靠的制動功能。

1.5壓力傳感器的選型

壓力傳感器選擇MIK-P300，它采用了強度比較高的一種芯體，是集成電路，可以將壓力傳感器接收到的信號快速轉化為0～5 V直流或0～10 V直流、4～20 m A的標準信號，可以直接與PLC連接，還可以遠距離傳輸;其材質為不銹鋼，可在腐蝕性環境中工作。抗干擾能力強，穩定性高，而且結構種類多，可以在溫度為-40～85℃的環境下使用，具有極高的性價比。

1.6液位變送器的選型控制要求

液位變送器選擇的型號為MIK-P260，可以直接與PLC相連接。該變送器廣泛應用于工業控制中，工作溫度為0～85℃、精度為±0.5%FS、溫漂為2%FS（0～60℃）、24V直流供電、多級電氣保護;設置量程為0～7m。

2控制電路設計

2.1控制要求和控制電路

在啟動系統之前，先設定系統參數（包括壓力值的上限和下限，液位測量值的上限和下限），控制電機的啟停。當監測到水位低于下限值時，自動打開補水閥，向水池中自動供水;監測到水池水位超過上限值時，停止補水;當監測到水池沒有水時，所有的電機都停止工作，并且每隔一段時間輪詢一次，以保證電機正常工作[2]。

當系統啟動后，第一臺電機啟動，隨著水壓的上升，第一臺電機的轉速越來越快，當達到一個上限值之后，第一臺電機變為工頻運行，此時第二臺電機連接變頻器，開始變頻運行，第三臺、第四臺電機依次類推，直到滿足當前水壓要求，電機停止加速;當檢測到水壓下降，低于設定值時，最后一臺電機頻率減小，速度降低，然后依次減泵，如果壓力值還是大于設定值，則所有的電機退出工作。當電機轉到手動模式時，由人工控制電機的啟動與停止，第一臺電機以工頻運行。

當某一臺電機發生故障時，該臺電機的故障指示燈亮，并且自動退出供水，其余電機仍正常工作，這時就可以檢修故障電機，檢修完后重新投入工作，不會影響其他電機的正常運行。

2.2 PLC模塊接線圖

該PLC的供電電源為24 V直流電，主電路連接220 V的交流電，經過KM1與PLC相連接，EM235模塊負責模擬量的輸入和輸出，接壓力傳感器和液位變送器，另一塊與變頻器連接，用于控制變頻器的啟動與停止。

3系統運行仿真

在組態王6.55軟件中啟動工程瀏覽器，從中找到設備，選擇COM2進入設備串口的設定，對通信參數進行設定。波特率設置為9 600，通信超時9 000 ms，通信方式為RS232，參數設定完成后與PLC連接;選擇“西門子”PLC的型號為S7-200，然后將通信方式選擇為PPI，PPI通信為“西門子”S7-200專有的一個通信協議，其他型號的可編程控制器是沒有的[3]。將PLC的地址與數據類型一一對應，添加與系統有關的數據變量，分別有4臺水泵、工頻運行、變頻運行、輪詢時間、壓力設定、故障反饋、水位設定等參數。變量類型包括內存實數型、內存整數型、內存離散變量、I/O離散、實數變量等。設計系統監控界面。通過程序多次調試，實現了通過增大或減小壓力測定值觀察4臺電機的啟動情況;每臺電機都有故障按鈕，可以進行故障測試，同時有急停按鈕。在系統運行時點開實時曲線、報警畫面，都會有相對應的曲線和數值[4]。

4結語

文章首先闡述了恒壓供水系統在現代生活中的重要性，接著指出了變頻恒壓供水的必然性，然后圍繞系統的主電路及控制電路的設計，提出基于PLC的變頻調速的控制策略，最后通過組態王軟件進行仿真驗證了此系統的可行性。該系統不僅能保證供水的可靠性，還具有施工方便、維修簡易、節能效果好的優點。

參考文獻

[1]高靜.變頻恒壓供水控制系統在軟水站的應用[J].自動化應用，2020（08）：27-28.

[2]藏博.自來水供水中水泵變頻調速技術分析[J].江西建材，2017（18）：65+64.

[3]朱利歡.水泵電機變頻調速技術的應用探微[J].裝備維修技術，2019（03）：151.

[4]白蕾，孟嬌嬌，辛旗.基于PLC與變頻器的恒壓供水系統設計[J].電子測量技術，2018，41（04）：61-65.