浅谈变频恒压供水系统的实现

1 / 6浅谈变频恒压供水系统的实现摘要：本设计主要针对工厂、都市乡村等恒压供水系统设计，实现供水水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成多种功能。从当前节能技术的实践出发，阐述了 PLC 控制技术和变频调速技术在供水系统中的应用。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了 PLC 控制系统的硬件和软件设计。 关键词：变频器；恒压供水；PLC；PID 引言 恒压供水的基本思路是：采用电机调速装置控制水泵组调速运行，并自动调整水泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节能的目的。系统任意设定供水压力值，其与反馈总管的实际压力值通过 PID 调节后控制调速装置，以调节水泵机组的运行速度，从而调节系统的供水压力。该系统采用变频器和 PLC 进行联合控制。变频器采用 PID 恒定控制，它采集外部信号作为反馈信号。PLC 对水泵的运行模式、机组的选择及机组的起动停止等进行控制。以上控制信号都为 PLC的输入信号。 一、变频恒压供水系统的现状 长期以来传统的区域、楼宇供水系统都是由市政管网经2 / 6过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在这种供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。 从目前的供水行业调查结果表明，变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电率很高，几年能将因设计冗余和用量变化而浪费的电能全部节省下来，又由于其具有调速精度高，功率因数高等特点，使用它可以提高出水质量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪声，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。因此将 PLC 及变频器应用于供水系统，可满足城市供水系统对可靠性、稳定性、经济节能性的要求 变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。根据全球著名变频器生产企业 ABB 的测算，单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年就能够节省 1150 亿千瓦时电力，相应减少 9,700 万吨二氧化碳排放，这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。 变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经变频器3 / 6的内置 PID 调节器运算后，调节输出频率，实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号可适时通知 PLC 进行变频泵逻辑切换。为防止水锤现象的产生，泵的启停将联动其出口阀门。 二、PID 控制 根据反馈控制原理，我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现代控制和 PID 相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用 PID 控制来保持静态精度。这通过 PLC 加智能仪表可实现该算法，同时对 PLC 的编程来实现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。 为维持供水网的压力不变，在管网上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，为提高响应速度，不易直接采用 PID 调节器进行控制，而采用 PLC 参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。 三、PLC 的特点及应用 可编程控制器是以微处理器为核心的工业控制装置。它4 / 6将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普通应用，越来越多的工厂设备采用 PLC、变频器、人机界面等自动化器件来控制，使设备自动化程度越来越高。 1PLC 技术特点 可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，其出现后就受到普遍重视，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有了极其重要的地位，最重要的原因是它与现有的各种控制方式相比较，具有如下独一无二的特点： 可靠性高 控制程序可变，具有很好的柔性 编程方法简单易学 功能强，性能价格比高 体积小，重量轻，能耗低 2PLC 的应用 由于可编程控制器的上述特点，使其在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面。 开关量逻辑控制 运动控制 5 / 6过程控制 数据处理 通信联网 四、变频恒压供水系统的设计 1.恒压供水系统电气控制图：图 1 恒压供水系统电气控制图 三台水泵由变频器直接驱动,进行恒压控制,变频器的起动、停止分为手动和 PLC 自动控制。 2.变频调速恒压供水系统软件设计 为方便编程和调试,系统控制器 PLC 采用模块化编程,主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块三个部分构成。 3.变频器参数设定 变频器参数和 PID 参数设定按照使用说明和经验整定。五.结束语 采用 PLC 作为控制器,硬件结构简单,成本低,系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变