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1、变频恒压供水系统摘要：本文详细的介绍了系统的控制原理及硬件电路，系统实现了变频输出与工频市电之间的切换，使每台泵的电机均可通过同一变频器实现软启动，解决了电机冲击，水锤作用，避免了临界点造成的电机的频繁启动，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数量和转速使整个系统始终保持在高效节能的最佳状态。系统安装维护方便，运行稳定、可靠。关键词： 电机 变频器 供水系统Variable frequency constant pressure water supply systemAbstract：The controlling principly in detail the hardware
2、 circuit are presents in detail.The soft starting of mnltimotors used the same invertor fourthemore, the electricity crash, water crash, freguently starting of momtor were also avoided. It can regulate automatically the quantily and rotational speed of the water pump with the variation the load Its
3、also facility to mount and maintain, reliable to operating, and precise to supervise and control. Key Word：PLC Transtucer Water supply system1绪 论近年来，随着自动控制技术和变频技术的不断发展，由于水泵是采用最大供水量设计的，由于用水高峰时间短，很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。住宅区集中用水量急剧增加，在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，在上班时间用水量很小供水
4、压力过高，在下班后用水高峰期时供水压力足，仅仅靠供水值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患，追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。2系统方案目前,住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统。随着经济的发展,现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能效果略差,但独有投资节省,运行效率高的优势;具有变频供水系统启动平稳,对
5、电网冲击小,降低水泵平均转速,消除“水锤效应”,延长水泵阀门、管道寿命,节约能源等优点,因此目前仍被普遍采用。3 系统硬件设计3.1变频器基础 1VVVF：改变电压、改变频率的缩写。2CVC：恒电压、恒频率的缩写各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200V/60Hz（50Hz）100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变频器。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为inverter(逆变器)。由于变频器设备
6、中产生变化的电压或频率的主要装置叫inverter，故该产品本身就被命名为inverter，即：变频器。变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以inverter的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。3.2 变频器控制在供水系统中,4台泵的运行状态为一台处于变频而其他泵有可能处于工频。所以,每台泵
7、的供电接触器其上口电源均来自与变频器输出和电网的三相电源。供水管网压力进入PLC,经处理和转换后再由PLC以模拟量的方式输出,将该输出模拟量信号与变频器的模拟量反馈信号连接,作为变频器对管网压力的检测。同时,再将变频器输出的频率信号接入PLC,作为频率的检测和控制缘。变频器中还有一些开关量的设置,如变频器的启停控制（由PLC输出的数字点控制）,多台泵运行的连锁控制（多台泵的手/自动转换信号控制）等。在“变频自动”运行方式下,先利用变频器启动并运行一台泵,同时系统检测供水管网的实时压力,当供水管网压力低于设定值时（外界用水量增加）,系统完成变频泵频率的上调,当频率到达50Hz时,管网压力仍低则启
8、动第一台工频泵（由PLC采用星/角启动控制）。以此类推,顺序实现工频泵的加入。当供水管网压力高于设定值时（外界用水量减少）,系统完成变频泵频率的下调,当频率到达10Hz时,管网压力仍高则摘除一台工频泵（由PLC控制）。以此类推,顺序实现工频泵的摘除。系统采用定时轮换工作制,其变频的工作顺序为1#2#3#4#,当切换时,为了防止工频电源和变频输出短路,必须先将变频器关闭,待外部将其接触器连接好后再开启变频器。工频和变频接触器应有机械上的联锁。变频调速器自身具有过压、过流、断相、过热保护和故障显示等。3.3 PLC电路设计 早期的PLC只能做些开关量的逻辑控制，因而叫PLC，但近年来，PLC采用微
9、处理器作为中央处理单元，不仅有逻辑控制功能，还有算术运算、模拟量处理甚至通信联网功能，正确应称为PC，但为了与个人计算机有所区别，仍称其为PLC。PLC的特点：1、灵活、通用控制功能改变，只要改变软件及少量的线路即可实现。2、可靠性高、抗干扰能力强。硬件方面：采用微电子技术开关动作由无触点的半导体电路及大规模集成电路完成，CPU与输入输出之间，采用光电隔离措施，隔离了它们之间电的联系。软件方面：有自身的监控程序，对强干扰信号、欠电压等外界环境定期检查，有故障时，存现状态到存储器，并对其封闭以保护信息；监视定时器WTD，检查程序循环状态，超出循环时间时报警；对程序进行校验，程序有错误进输出报警信
10、息并停止执行。使用简单：采用自然语言梯形图语言编程方式，编程容易，更改方便。输入输出接口可以与各种开关、传感器、继电器、接触器、电磁阀连接，接线简单。4 系统软件设计管网水压控制采用PID算法。带有积分变速积分的PID控制方案，大大减小了超调量。因此PLC内部的PID算式改造为式中Kc调节器的比例系数Ti调节器的积分时间Td调节器的微分时间e调节器的偏差信号f(e)变速积分控制系数，取其中参数A用于确定变速积分的分离区间，取A=(1/3)SP（其中SP为管网水压设定值）c(t)pv(t)e(t)sp(t)M(t)PID调节器执行机构被控对象测量元件图4-1模拟量闭环控制框图为实现在变频器故障情
11、况下的全自动供水方案，采用以管网水压为目标的水泵工频切换方式。为防止在水泵在水泵停开一台水压不足而增开一台水压过高所造成的切换振荡，系统采用在线辩识水压控制区间的控制方案，即只有越过控制区间，泵才进行切换。假设当前水压控制区间为X01X02（X01SPX02）。当管网水压越过这个区间时，经一定延时，泵即开始切换。待系统切换完后，水压值为P1，则以P1为依据从新建立水压控制区间X11X12，并按式（3）取值即可避免系统切换振荡。当变频器的频率值低于10Hz时,系统并不时立刻摘工频泵,而需要进行一定时间的延时,摘泵的顺序是先投入的工频泵后摘,而后投入的工频泵则先摘。下段程序是完成工频泵在摘泵时的联
12、锁控制,即在出现摘泵条件时,应在规定的延时时限下方可操作,避免在信号出现时连续摘泵现象的出现。5 总结本论文研究的是变频恒压供水系统。恒压供水系统以PLC和变频器为核心进行设计，借助于PLC强大而灵活的控制功能和内置PID的变频器优良的变频调速性能，实现了恒压供水的控制。该系统采用PCL控制变频器进行PID调节，按实际需要随意设定压力给定值，根据压差调整水泵的工作情况，实现恒压供水，使给水泵始终在高效率下运行，在启动时压力波动小，可控制在给定值的5%范围内。恒压供水在日常生活中非常重要，基于PLC和变频器技术设计的生活恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。因实现了恒压
13、自动控制，不需要操作人员频繁操作，节省了人力，提高了供水质量，减轻了劳动强度，可实现无人值班，节约管理费用。对整个供水过程来说，系统的可扩展性好，管理人员可根据每个季节的用水情况，选择不同的压力设定范围，不但节约了用水，而且节约了电能，达到了更优的节能方式，实现供水的最优化控制和稳定性控制。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。参考文献1变频调速应用实践主编：张燕宾 机械工业出版社2SPWM变频调速应用技术主编：张燕宾 机械工业出版社3常用低压电器原理及控制技术主编：王仁祥 机械工业出版社4可编程控制器在工业控制中的应用主编：魏孔平 化学工业出版社5陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社，19966可编程控制器原理及应用 主编：王冬青 人民邮电出版社7变频器控制技术与应用 主编：姚锡禄 电子工业出版社
