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第1篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：變頻器；恒壓供水；PLC；PID

引言

恒壓供水的基本思路是：采用電機調速裝置控制水泵組調速運行，并自動調整水泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時達到穩定供水壓力和節能的目的。系統任意設定供水壓力值，其與反饋總管的實際壓力值通過PID 調節后控制調速裝置，以調節水泵機組的運行速度，從而調節系統的供水壓力。該系統采用變頻器和PLC進行聯合控制。變頻器采用PID恒定控制，它采集外部信號作為反饋信號。PLC對水泵的運行模式、機組的選擇及機組的起動停止等進行控制。以上控制信號都為PLC的輸入信號。

一、變頻恒壓供水系統的現狀

長期以來傳統的區域、樓宇供水系統都是由市政管網經過二次加壓和水塔或天面水池來滿足用戶對供水壓力的要求。在這種供水系統中加壓泵通常是用最不利用水點的水壓要求來確定相應的揚程設計，然后泵組根據流量變化情況來選配，并確定水泵的運行方式。由于小區用水有著季節和時段的明顯變化，日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調整加上出口閥開度調節供水的水量水壓，大量能量消耗在出口閥而浪費，而且存在著水池“二次污染”的問題。

從目前的供水行業調查結果表明，變頻調速是一項有效的節能降耗技術，其節電率很高，幾年能將因設計冗余和用量變化而浪費的電能全部節省下來，又由于其具有調速精度高，功率因數高等特點，使用它可以提高出水質量，并降低物料和設備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪聲，改善車間勞動條件，滿足生產工藝要求。因此將 PLC 及變頻器應用于供水系統，可滿足城市供水系統對可靠性、穩定性、經濟節能性的要求

變頻器可以優化電機運行，所以也能夠起到增效節能的作用。根據全球著名變頻器生產企業ABB的測算，單單該集團全球范圍內已經生產并且安裝的變頻器每年就能夠節省1150億千瓦時電力，相應減少9，700萬噸二氧化碳排放，這已經超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。

變頻恒壓供水控制系統通過測到的管網壓力，經變頻器的內置PID調節器運算后，調節輸出頻率，實現管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知PLC進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現象的產生，泵的啟停將聯動其出口閥門。

二、PID控制

根據反饋控制原理，我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環系統。但被控制的系統特點是非線性、大慣性的系統，現代控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID控制來保持靜態精度。這通過PLC加智能儀表可實現該算法，同時對PLC的編程來實現泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

為維持供水網的壓力不變，在管網上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統是一個大滯后系統，為提高響應速度，不易直接采用PID調節器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現對控制系統調節作用。

三、PLC的特點及應用

可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心的工業控制裝置。它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，具有可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，近年來在工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到普通應用，越來越多的工廠設備采用PLC、變頻器、人機界面等自動化器件來控制，使設備自動化程度越來越高。

1．PLC技術特點

可編程序控制器是專為在工業環境下應用而設計的工業計算機，其出現后就受到普遍重視，發展也十分迅速，在工業自動控制系統中占有了極其重要的地位，最重要的原因是它與現有的各種控制方式相比較，具有如下獨一無二的特點：

（1）可靠性高

（2）控制程序可變，具有很好的柔性

（3）編程方法簡單易學

（4）功能強，性能價格比高

（5）體積小，重量輕，能耗低

2．PLC 的應用

由于可編程控制器的上述特點，使其在國民經濟的各個領域都得到了廣泛的應用，應用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面。

（1）開關量邏輯控制

（2）運動控制

（3）過程控制

（4）數據處理

（5）通信聯網 轉貼于

四、變頻恒壓供水系統的設計

1.恒壓供水系統電氣控制圖：

圖1 恒壓供水系統電氣控制圖

三臺水泵由變頻器直接驅動， 進行恒壓控制， 變頻器的起動、停止分為手動和PLC自動控制。

2.變頻調速恒壓供水系統軟件設計

為方便編程和調試，系統控制器PLC采用模塊化編程， 主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊三個部分構成。

3.變頻器參數設定

變頻器參數和PID參數設定按照使用說明和經驗整定。五.結束語

采用PLC作為控制器，硬件結構簡單，成本低，系統實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。變頻恒壓供水系統是目前最先進，合理的節能供水系統，與傳統的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經濟性、還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有很大優勢。

參考文獻

[1] 吳小軍等，電氣控制與可編程序控制器應用[M]北京 中國建材工業出版社，2004

第2篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：城市供水；變頻恒壓供水；供水系統

西昌市位于安寧河中段的邛海之濱、安寧河畔。安寧河兩岸群山起伏，呈南北向帶狀分布，東有帽兒山、螺髻山，西有牦牛山、磨盤山，隔河對峙。境內絕大部分地域處于海拔1500米以上，以高原中山為主，約占80%，其余20%為斷陷河谷平原或山間盆地，形成“八分山地二分壩，壩內八分土地二分水”的地貌形態。全市地勢呈北高南低，由北向南傾斜，地勢以高原中山為主。境內嶺谷高差十分懸殊，最高點在西昌、普格、德昌三市縣交匯處的螺髻山，主峰海拔4359米；最低點在雅礱江深切河谷的蕎地鄉桐子林，海拔1160米。

西昌市的氣候季節性差異很大，冬半年受熱帶大陸性氣團控制而晴暖干燥，夏半年受赤道海洋性氣團的影響，雨量充沛，這兩種不同氣團的更替，在西昌的地理條件下形成西昌的氣候特點是冬暖夏涼，氣溫年變化小，日照充足，溫差小，干、濕季分明。全年盛行偏南風，大風較多。

西昌市主導風向以南風、南偏西風為主，其次是北風和北偏西風，歷年平均風速1.3m/s，靜風頻率為40%。

由于西昌市的地理氣候特點，市內的高層建筑設計上都考慮了二次供水裝置，以解決城市高低和枯水期造成的供水不足現象，實施二次供水有很大的必要性。

目前，城市供水系統為實現恒壓供水，常采用的供水系統控制方案主要有三種，即邏輯電子電路控制供水方案、單片機電路控制供水方案和變頻器與控制器集成控制供水方案。作為城市供水系統常用系統方案中的一種，變頻恒壓供水系統的工作原理是怎樣的？其有何特點？該系統方案在城市供水系統中的應用有何重要意義？而在我國現有的城市供水系統中，變頻恒壓供水系統又有著怎樣的廣泛應用呢？以下主要從這幾個對城市供水系統中變頻恒壓供水系統的應用問題進行簡單介紹。

1 變頻恒壓供水系統工作原理及特點分析

（一）變頻恒壓供水系統工作原理

結合圖1中我國城市變頻恒壓供水系統的圖示來看，工作過程中，系統根據管道中壓力傳感器檢測到的水壓的變化情況，通過DP3-SVAB把水壓變化信息轉化成為標準的4—20mA的連續性的電流信號，通過電流信號對變頻器進行控制，調整其運行的頻率，進而實現對水泵轉速的自動調整與控制，實現恒壓供水的基本功能。

（二）變頻恒壓供水系統特點分析

結合以上對城市變頻恒壓供水系統工作原理的介紹來看，由于系統是結合城市實際用水狀況對水泵的開動臺數進行選擇，通過對水泵轉速的調整使其始終保持在一種高效運行的狀態。因此，變頻恒壓供水系統具備節水、節電和運行可靠的基本特點。

1．節水

變頻恒壓供水系統是根據城市實際的用水情況來進行管網壓力的設定，對水泵的出水量進行自動的控制和調整，這有效避免了城市供水中水資源的跑。漏問題。

2．節電

從本質上來看，變頻恒壓供水系統是一種經過優化的節能系統，其能夠根據供水需求來調節水泵的開關臺數，使水泵可以實現最大限度的節能化運行，有效控制供水系統對電力資源的消耗，實現節電的效果。

3．運行可靠

變頻恒壓供水系統通過變頻器來實現對水泵的軟啟動，使水泵能夠完成由工頻向變頻的無沖擊性切換，避免了城市供水管網的沖擊、管網壓力超限以及管道破裂等問題的發生，維持了城市供水系統整體運行的穩定性與可靠性。

2 城市供水系統中變頻恒壓供水系統的應用價值

結合目前變頻恒壓供水系統在我國城市供水中的應用來看，作為一種具備節水、節電和運行可靠等特點的供水系統，變頻恒壓供水系統的應用價值相對突出，概括來看可歸納為三點：

1．能夠提升城市供水的整體質量

在我國大部分城市中，不管是工廠還是小區，其用水量的多少始終處于動態性的變化當中國，因此城市供水中供水不足與供水過剩的問題時有發生。這種用水與供水的不平衡集中體現在供水壓力方面：用水多、供水少，供水壓力則低；用水少、供水多，供水的壓力則大。而變頻恒壓供水系統的應用則可以維持城市供水壓力的相對恒定，使城市供水與用水之間保持一種平衡的狀態，使城市供水的整體質量得到有效提升。

2．具備較突出的社會和經濟意義

對城市中某些特殊的用戶或者是部分工業產業而言，城市供水系統的恒壓狀態是相對重要的。舉例來看，對于某些特殊的生產項目，若生產過程中出現供水不足的問題，則會對產品質量形成一定影響，使產品報廢，嚴重的情況下還有可能造成設備的損壞。

3．可以提高城市供水系統的運行效率

在現代電力技術不斷發展完善的條件下，變頻恒壓供水系統也處于不斷完善和優化的發展狀態，系統的啟動更平穩；系統啟動電流可始終維持在額定電流的范圍內，避免系統啟動時對整個電網的不良沖擊；系統啟動與停機過程中存在的水錘效應也可以被消除；同時水泵轉速的降低還能夠延長其使用壽命。

3 城市供水系統中變頻恒壓供水系統的應用

基于變頻恒壓供水系統的應用特點和應用價值，目前我國城市供水中對該系統的應用相對廣泛。具體來看，普通循環的軟啟動變頻供水系統、全流量的高效變頻供水系統、生活消防合用的變頻供水系統、消防變頻恒壓供水系統以及帶有小流量的循環軟啟動的變頻供水系統等，這些變頻恒壓供水系統在我國城市供水系統中都有著較為普遍的應用。

第3篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：變頻技術 二次供水 節能降耗 應用

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)05-0102-01

由于受西寧市南高北低的地理條件限制，自來水采用重力流進入城區后，為了滿足南部高地勢區域的壓力要求，供水集團公司在南部地區設置了二十二座二次供水加壓泵站。基本采用了變頻調速技術以提高泵站運行的安全可靠性，降低泵站的運行成本。

1、變頻調速技術工作原理

變頻調速技術是通過一定的技術手段，將固定的50HZ交流電頻率（工頻），調節改變成用電設備的供電頻率（變頻），以達到控制設備轉速及輸出功率的目的。

設備啟動后，一臺主泵在變頻器控制下，變頻運行，當供水壓力達到設定值且流量與用水量平衡時，水泵電機穩定在某一轉速。當用水量增加（減少）時，水泵將按變頻器設定的速率加速（減速）至另一穩定轉速。當變頻泵達到最大轉速后，用水量仍在增加，系統將變頻泵切換到工頻運行，然后變頻器切換到另一臺水泵，使之變頻運行。多臺泵組合供水時，每當變速泵達到最大轉速時，都將發生上述切換，并有新的水泵投入運行。而當水量減少時，變頻泵降低轉速，系統將按先開先停的順序，逐臺關閉工頻泵，直到剩下一臺變頻泵運行。

2、變頻系統的功能特點

變頻調速內含交流變頻調速技術和微電腦檢測控制技術，對水泵進行全流量恒壓控制，具備很多特點。

2.1 高效節能

系統按所需壓力設定，自動調節水泵轉速和水泵運行臺數，使供水設備運行在高效節能的最佳狀態。

2.2 供水壓力穩定

系統實現閉環控制，能自動調節系統壓力和設定壓力的差值，使系統壓力保持恒定，流量連續可調。

2.3 PID調節功能實現自動運行

由壓力傳感器反饋的水壓信號直接送入PLC的A/D端口，設定壓力值及PID參數值，并通過PLC計算按程序完成水泵系統的控制。系統參數在實際運行中可隨機調整。

2.4“休眠”功能

系統運行時經常遇到用戶用水量較小或不用水的情況，為了節能，系統具備可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于下限時，變頻器停止工作。當變頻器頻率達到設定啟動值后啟動水泵運行。

2.5 延長電機、水泵使用壽命

各泵均為軟啟動，消除了全壓啟動時的沖擊電流，延長了設備的使用壽命，采用各泵循環軟啟動，促使各泵不會因長久不用而生銹或頻繁使用而磨損。

2.6 變頻調節，有效避免了“水錘”現象

3、應用變頻技術提高二次供水系統運行效益

(1)變頻供水系統具有高效節能、壓力調節精度高、流量連續可調節的優點。應用變頻技術緩解高地勢地區供水矛盾，調節供水管網壓力的平衡，保障城市供水服務壓力。特別為滿足城區高樓層用戶和遠程用戶正常水壓要求,提供了技術保障。使客戶投訴大幅減少。產生了很好的社會效益。

(2)變頻供水系統具有顯著的節能降耗功效。二次供水加壓站一般由三至四臺水泵電機組成。以某加壓站為例，該泵站由1臺15KW、2臺30KW電機水泵相互協調工作以滿足供水系統的需要。2臺30KW水泵電機實現變頻、工頻運行，1臺15KW水泵電機始終處于工頻工作狀態。根據現場實際測算，3臺電機日運行時間為24小時、20小時、10小時。按下述三種方式進行電耗比較：

利用閥門調節供水量時電耗為

P=（30×2+15）×24=1800KWH

利用停泵運行方式調節供水量時電耗為

P=（14×24）+（30×20）+（30×10）=1260KWH

利用變頻器調節供水量時電耗為

兩臺30KW電機分別變頻運行10小時、8小時

P=P(0.4+0.6X+0.3X) 其中X=Q/Q0

=30×(0.4+0.6×0.8+0.3×0.8) ×18

=604.8KWH

水泵運行電耗為15×24=360+604.8=964.8KWH

根據城區供水水壓需求，變頻系統以供水管網瞬時變化的水壓為穩定參數，通過微機控制輸出頻率，自動跟蹤調節水泵轉速，實現對系統水壓的ID閉環調節。如管網保持在0.45MP。水泵工作在最佳工況點上變頻泵組效率達到80%，經上述計算加壓泵站運行電耗分別下降50%、25%，經濟效益顯著。

隨著經濟快速發展，供水面積、服務人口持續增長。水泵控制采用變頻技術應用于二次供水系統中提高了供水效率和供水水質，是一種理想的二次供水解決方式。

參考文獻

第4篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：PLC 變頻調速 恒壓供水系統 監控系統

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）03-0001-01

傳統的供水方式有恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調速的供水方式、單片機變頻調速供水系統等。但它們均存在一些不足，例如浪費水電現象嚴重，且效率低，且居民及企業用水不方便，且繳納水費較高。

1 系統的硬件

可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。利用PLC智能控制系統進行供水系統的控制。

PLC主要是用于實現變頻恒壓供水系統的自動控制，它主要負責的任務：根據系統運行情況，使三臺水泵自動投入運行；可以讓三臺水泵自動實現變頻泵的輪換；并且有軟件啟動功能；操作方式又分為手動/自動控制功能，但需要注意的是只有應急或檢修的情況下才可以選擇手動方式；除此以外，一旦系統出現異常情況便會發出警報

2 系統的軟件設計

其實系統主要控制功能是通過軟件進行實現，結合實際要求，對泵站軟件設計分析如下：

（1）由“恒壓”要求出發的工作泵組數量管理。通過調節工作水泵的臺數以確保水壓恒定。因為在水壓降落時變頻器的輸出頻率要相應升高，所以判斷是否需要啟動新水泵，它的依據是其輸出頻率是否達到設定值。一般情況下通過比較指令即可實現。但為了確保系統的精確性，在判別其頻率達是否達到設定值時，應當濾除偶然波動引起的頻率變化的情況，所以在程序中應采用一定的措施制止此類情況發生。

（2）多泵組泵站泵組管理規范。在前文中已經提到了，讓三臺水泵輪流在變頻情況下運行，不得兩臺同時運行，且其連續運行時間不得超過規定的12小時。這就要求進行水泵切換時要確保它是合理工作的。具體的操作是：將現行運行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。除了上述問題，在泵組管理中還應注意泵的工作循環控制。

（3）程序的結構及程序功能的實現。模擬量單元及PID調節均需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。在這三部分中，主程序處于核心地位，所負責的功能最多；子程序主要是用來存放系統的初始化的一些工作，中斷程序主要是完成PID控制的定時采樣及輸出控制。還應注意的地方是白天、夜間模式所設定的壓力值不同，而這兩值可以直接在程序中進行設定。其中規定白天模式系統設定值為滿量程的90%，夜間模式系統設定值為滿量程的70%。

根據控制要求統計控制系統的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如（表1）所示。

3 監控系統的設計

圖1為城市小區恒壓供水系統監控界面：從該界面可以觀測到其顯示區包括當前時間，水壓給定值和水壓當前值，其操作區包括電源的啟停，及系統的工作模式自動/手動，其報警區包括水壓，水位及故障從該界面還可以得到有關三臺水泵運行情況等。

4 結語

文中進行相關較為全面的PLC的變頻調速恒壓供水系統設計，基于篇幅設計內容需要較為簡潔，但從設計過程來看這一系統對于相關系統的意應用具有一定的參考價值。

參考文獻

第5篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：變頻器恒壓供水閉環控制節能

中圖分類號：TN773文獻標識碼： A 文章編號：

前言

鶴崗誠基水電熱力有限責任公司南部供水系統由富力泵站、鹿林加壓站和南山配水池組成，富力泵站以0.76Mpa恒壓運行，在保證鹿林山地區用水的前提下，多余水量送到鹿林加壓站，由鹿林加壓站將水送至南山配水池，通過自流供南山地區用水。為保證富力泵站的恒壓供水和南山配水池有調節水量的能力來滿足南山地區用水，誠基水電熱力有限責任公司在富力泵站、鹿林加壓站安裝了變頻器，通過PLC實現了南部供水系統的自動化控制。

高壓變頻器的工作原理

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一種頻率的電能控制裝置。變頻器由移相變壓器、功率單元和控制器組成。它采用直接“高-高”形式，6KV輸入直接高壓 6KV輸出， 6KV系列有15個功率單元，單元串聯多電平拓撲結構，每相由5個功率單元串聯而成，每個功率單元可以互換，其電路結構如圖3為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出。

功率單元輸入側由移相變壓器供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成30脈沖整流方式，經過多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，大大改善網側的電流波形。輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，完全適合舊設備的改造。

控制器由高速單片處理器、人機界面和PLC共同構成，單片機實現PWM控制，人機界面提供了全中文監控界面實現遠程監控和網絡化控制，內置PLC則用于信號的邏輯處理。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有抗電磁干擾性能。控制柜內備有UPS不間斷供電電源，當控制電源掉電時，不影響變頻器的正常運行。恒壓供水

富力泵站恒壓供水的工作原理：測量元件為壓力傳感器，將它設在水泵機組出水口，Vi為恒定供水壓力設定值，供水壓力V作為輸出量，構成閉環控制系統。變頻器內部的PLC采集供水壓力值V與泵站給定值Vi進行比較和運算，通過PID進行調整，將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，直至達到供水壓力的給定值Vi。不管系統供水流量如何變化，供水壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。

液位控制

當鹿林加壓站的來水量能夠滿足南山地區的用水量時，通過南山配水池的水位變送器輸出的模擬量經過A/D轉換經光纖送到鹿林加壓站，再經D/A轉換傳到變頻器的PLC中，由PLC控制水泵的轉速達到南山配水池水位恒定的目的。當鹿林加壓站的來水量不能滿足南山地區的用水量時，加壓站的水泵轉速將不受南山配水池水位的控制，由鹿林加壓站的來水流量計輸出的模擬量信號通過PLC來控制水泵的轉速，達到來水量與出水量的平衡，而南山地區的用水量將通過配水池內的水量來滿足。以上控制過程都是在無人操作的情況下自動完成的，運行后取得了良好的經濟效益和社會效益。社會效益

1.降低了職工的勞動強度，延長了設備的使用壽命。

2.富力泵站、鹿林加壓站采用變頻器后，實現了水泵的軟啟動，減少了工頻啟動水泵時所造成的對水泵、管路、閘閥等的沖擊，增加了設備的使用壽命，減少了設備的維修量。

3.富力泵站根據設定的壓力實現閉環運行恒壓供水；鹿林加壓站通過來水量和南山配水池的水位實現閉環運行。以上運行過程都是在變頻器內PLC的控制下運行的，無需泵站運行人員對設備運行情況進行實時監控和頻繁操作水泵，減輕了職工的勞動強度。

4.變頻器的使用使電機從零轉速啟動，避免了工頻啟動電流大所造成的對電機和電網的沖擊，延長了設備的使用壽命，節省了設備投資。

5.變頻器具有完善、靈敏的故障檢測、診斷、報警、跳閘等功能，保證電機水泵始終安全運行。

經濟效益

1.富力泵站、鹿林加壓站通過安裝變頻器調節水泵的轉速來控制水泵的供水量，避免了因采用調節出水閘閥的開度來水泵供水量而消耗在閥板的能量損失，大大地節省電能。

富力泵站3#機組（355KW/6KV）在壓力為0.76Mpa流量為900m3 /h時工頻運行的電流為33.5A。而在相同的壓力、流量的情況下，變頻運行的電流為27.3A。富力泵站安裝變頻器至今運行半年共節電：

P=1.732UICOS∮t

=1.732×6KV×（33.5-27.3）A×0.88×24H×180天

=24.5萬千瓦時

以每千瓦時電0.5元計算可節資：0.5元/千瓦時×24.5萬千瓦時=12.25萬元

2.鹿林加壓站1#機組（132KW/0.38KV）在壓力為0. 60Mpa流量為350m3 /h時工頻運行的電流為210A。而在相同的壓力、流量的情況下，變頻運行的電流為180A。富力泵站安裝變頻器至今運行半年共節電：

P=1.732UICOS∮t

=1.732×0.38KV×（210-180）A×0.88×24H×180天

=7.5萬千瓦時

以每千瓦時電0.5元計算可節資：0.5元/千瓦時×7.5萬千瓦時=3.75萬元

3.按此方式運行南部系統一年可節電64萬千瓦時，可節約資金32萬元。

變頻器運行的規劃

富力泵站機械室內沒有取暖設施，在沒有安裝變頻器前電機運行電流高，電機本身產生的熱量就能滿足機械室內冬季的取暖問題；安裝變頻器后，電機運行電流低其產生的熱量已無法滿足室溫的要求。變頻器的變壓器、功率模塊均是發熱元件，通過風機的強排風對其進行冷卻，單位正在設計將熱源進行收集、利用，用其解決泵房冬季取暖的問題。

利用變頻器支持Profibus、Modbus、TCP/IP等種通訊協議，將變頻器的運行參數傳輸到遠端系統調度室，對其進行監測。還可以通過上位機對變頻器進行實時狀態監控，實現遠方對變頻器的啟動、停車、設定運行頻率、查看故障記錄等控制操作，除安排必要的維修人員外可實現無人看守，從而降低勞動力。

第6篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：PLC；變頻器；恒壓供水

中圖分類號：TN773文獻標識碼： A

引言

隨著人們生活水平的不斷提高，對于用水的需求量和要求也越來越高。隨著計算機技術和向工業和民用領域的不斷滲透，幾乎所有領域都在使用計算機技術，在計算機技術中加入自動控制系統能夠使控制更加靈活多變，直觀性強，控制精度高，不需要浪費大量的勞動力，因此計算機自動控制系統在國民生產和生活的各個領域中得到了廣泛的應用。

1、系統的控制要求

恒壓供水是指在供水網中用水量發生變化時，需要保持出水口壓力不變的供水方式。供水網系出口壓力值是根據用戶需求確定的。傳統的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設施實現的。隨著計算機控制技術、變頻調速技術和PLC技術的日益成熟和廣泛的應用，利用先進的控制算法和智能的控制設備有機結合組成的自動供水系統以其良好的性能和操作性受到了越來越多用戶的青睞。

2、恒壓供水系統的構成

PLC變頻恒壓供水系統的恒壓變流量供水功能，是通過變頻器、PLC、接觸器和繼電器對水泵的運行狀態進行有效控制而實現的，其中系統的核心是PLC和變頻器。在運行設備時，水泵的出水管處設置一個壓力傳感器，實現對管網的壓力進行實時監控，并將監控信號傳輸至PLC，再由PLC將這一反饋信號與壓力設定值進行比較、PID運算等處理后，輸出標準的控制信號至變頻控制器的模擬信號輸入端，控制變頻器的輸出頻率，進而對水泵電動機的轉速進行控制，并確保其轉速與管網內所需流量的一致性，以此實現恒壓變量供水的最終目的。

圖一 變頻器恒壓供水系統

3、控制器件的選擇

3.1、PLC可編程控制器

水泵M1、M2、M3、M4可變頻運行也可工頻運行，通過8個交流接觸器實現4臺泵的工頻和變頻運行切換。每個接觸器需接入PLC兩個輸入點(接觸器狀態的常開和常閉點)，一個輸出點(線圈控制)。8個交流接觸器共需要16個輸入點，8個輸出點。4臺電機的熱繼電器需4個輸入點;變頻器控制需要4個輸入點(運行、準備好、故障和報警)，5個輸出控制點(電源接觸器、啟動/停止、恒速1、恒速2、斜率)。因此，本恒壓供水系統共需數字輸入點24個，數字輸出點13個，選用西門子S7－200(CPU226XP)PLC即可滿足要求， PLC自帶24個DI輸入和16個DO輸出。另外，需要3個模擬量輸入回路:管網出水壓力信號、水箱水位信號、變頻器運行頻率反饋信號;1個模擬量控制回路:變頻器轉速給定信號。選配1個PLC的擴展模塊EM235，配置有4個12位的模擬量輸入口和1個12位的模擬量輸出口，可以滿足模擬量的輸入輸出需要。3路輸入1路輸出，管網出水壓力和水箱水位信號為4～20mA的電流模擬量信號，變頻器頻率控制和反饋輸入/輸出采用的0～10V的電壓模擬量信號，直接接入EM235模塊。

3.2、硬件系統構建

3.2.1、設備組成

系統主要硬件及其設備包括：PLC及其擴展模塊、變頻器、水泵機組、壓力變送器、液位變送器。PLC是系統實現恒壓供水的主體控制設備，本系統采用西門子公司S7-200系列PLC，它執行速度快，抗干擾能力強，性價比較高，比較經濟實惠。PLC與上位機之間的通信采用PC/PPI電纜，支持點對點接口(PPI)協議，PC/PPI電纜可以方便實現PLC的通信接口RS485到PC機的通信接口RS232的轉換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序實施安全保護。根據控制系統實際所需輸入輸出端子數目，考慮PLC端子數目要有一定的預留量，因此根據系統需求選用S7-200型PLC的主模塊為CPU226，另外系統需要1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點，所以需要擴展模塊，擴展模塊選擇EM235。變頻器我們選用西門子公司的MM440，該變頻器足夠高實現系統的變頻調節功能，且質量可靠、功能齊備。

3.2.2、電路設計基于PLC的變頻調速恒壓供水系統

主電路圖如圖2所示：三臺電機分別為M1、M2、M3，它們分別為1#、2#、3#水泵。接觸器QA1、QA2、QA3分別控制M1、M2、M3的變頻頻運行；接觸器QA5、QA6、QA7分別控制M1、M2、M3的工頻頻運行；BB1-BB6分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QA0、QA10、QA11、QA11分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關。本系統采用三泵循環變頻運行方式，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下做變速運行以控制供水壓力，其余水泵在工頻下做恒速運行，在用水量小的情況下，只用一臺水泵以變頻模式運行供壓，當單臺變頻泵連續運行時間超過3h，則要切換下一臺水泵以變頻模式運行，此即“倒泵功能”，這樣能夠有效避免某一臺水泵工作時間過長而造成損失。故此在同一時間內只有一臺水泵處在變頻模式下運行，但三臺水泵可以相互切換輪流做變頻泵。

圖二 變頻恒壓供水系統主電路圖

3.3、恒壓供水的實現

在設計供水泵時，制動出兩種控制方式，即自動控制和手動控制。自動控制模式下，PLC在對檢測的壓力差進行PID調節后，再將調整頻率輸送至變頻器以控制水泵的起停和轉速，從而將水壓控制在設定范圍內，即恒壓系統自動控制。在手動控制模式下，控制人員要以手動的形式在上位機上對3臺水泵的頻率進行設定，再直接啟動系統即可。

如果電機的轉速達到上限，并保持一定的時間后，水壓的反饋值始終未能達到設定值，則該泵需切換至工頻狀態，另一臺泵則切換至變頻狀態，隨著電機轉速的上升，水壓反饋值將會達到設定值，此后電機的轉速會維持平衡;而一旦無法達到給定值，則按照上述方法，將這幾臺水泵逐個變頻起動，同時工頻掛網開始運行。如果其反饋壓差大于設定值時電機轉速下降，當轉速下降至某轉速值后，管道中的水壓將達到設定值，此時電機轉速恒定。若兩臺電機運行中，其中一臺變頻，一臺工頻，電機轉速下降到下限值一定時間后，仍超轉速，變頻泵停車，切換原工頻泵到變頻運行，電機的轉速下降，在電機轉速下降到那個設定范圍后，水壓信號便達到給定值。

3.4、注意事項

變頻器要與供水泵相匹配，若變頻器頻率遠大于供水泵功率，會產生控制精度降低、資源浪費的現象發生，整套系統性能也會下降，同樣也不能選擇變頻器頻率遠小于供水泵功率。線路接好后，要對變頻器進行初始參數設置，不準直接運行。對變頻器進行快速設置，以確定變頻器的工作參數，以對系統進行自動調整，使系統水泵運行數量和負荷相匹配。在實際運行中，要對積分項和比例項的參數進行調整，來確保系統的動態、靜態反應速度。為加快反應速度，可增加比例項，再增加積分項，來達到優化響應速度和系統穩定性的目的。

4、結語

系統設計完成后對系統功能進行了測試，系統能夠根據管道壓力的實時情況與設定值進行比較，并根據反饋結果對水泵轉速進行控制，以達到控制管道壓力的目的。上位監控軟件能夠實現系統啟、停的控制，手動和自動模式的切換，調整系統的控制參數，顯示當前壓力、各水泵的工作狀態、變頻器的頻率輸出值等參數，系統實現了對整個恒壓供水系統的監控。

參考文獻：

[1]宋星.基于組態、變頻器和PLC控制的恒壓供水系統[D].安徽大學,2010.

[2]羅雪蓮.PLC控制的變頻器恒壓供水系統[J].變頻器世界,2005,02:97-99.

第7篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：恒壓供水系統；PLC控制；變頻器；優化設計

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A

1概述

可編程邏輯控制器（PLC）及其網絡是現代工業自動化的支柱之一，由于近年來PLC的數據運算處理、圖形顯示、聯網通信功能得到了很大的加強，使得PLC得以向過程控制滲透和發展。過程控制通常是指工業生產中連續的或按一定周期進行的生產過程自動控制。在過程控制領域，PID是最主要的調節器之一，其原理簡單、適用性和魯棒性強，最突出的特點是它不依賴于對象精確的數學模型，因此可以解決工業過程精確建模時的困難。

而變頻恒壓供水系統存在如下不足：

（1） 山于供水系統出口壓力與實際用水需求存在較大的滯后性，供水系統存在較大的周期性壓力波動。

（2） 變頻范圍只有在離心泵的特性曲線最佳工作范圍內，也就是下調頻率10%-30%才能顯示出其最大的節能效益，如再往下調頻率，就會出現水泵運轉而不出水的情況，即超出了離心泵的極限工作范圍。

（3） 在深夜用水量很小的時候，水泵在變頻器控制下較長時間內低頻運轉對水泵機械工作不利，同時耗能增加，約為額定功率的25%。針對上述問題，以PLC為核心，采用模糊控制技術和壓力補償策略實現的變頻恒壓供水控制系統較好地解決了上述問題。

2 系統組成及實現原理

該系統由多臺水泵機組成（根據需要）、一臺泵類專用變頻器、一臺可編程控制器，再家加上電磁閥、壓力傳感器等組成，水泵機組中，根據需要可以選取多種流量的水泵，以滿足不同時段的需要。

PLC根據輸入量與設定量的差及其變化率，通過模糊控制器的處理，輸出模擬信號至變頻調速器，變頻調速器控制水泵的轉數來調節管道內的實際壓力值趨向于設定壓力值，從而實現閉環控制的恒壓供水。對于多臺泵調速的方式，系統通過計算判定目前是否已達到設定壓力，決定是否增加（投入）或減少（撤出）水泵。采用變頻器循環工作方式，多臺電機均可設置在變頻方式下工作。

當變頻器工作在50Hz而管道壓力仍低于設定壓力的下限時，PLC便自動將該泵切換到工頻運行，同時自動低速啟動第一臺水泵，控制其變頻運行，直到達到設定壓力；當變頻器工作30Hz管道壓力仍處于高限時，一方面PLC自動控制停掉工頻運行電機；另一方面，將適當提升變頻器工作頻率，以保證壓力的穩定，然后進入正常調整狀態。當只有一臺電機運行且處于變頻方式而水壓仍處于超限時，則切換到小流量水泵進行變頻運行（通常稱為夜間模式）。

在變頻壓頻切換時，對設定的壓力值自動作適當調整，以避免在變頻壓頻之間頻繁切換。另外，也可通過比例閥進行管道壓力調整，讓電機工作于高效范圍，同時減小管道壓力波動。

系統硬件包括以下幾個部分：PLC處理器、基于Device Net 的設備網、Flex I/O模塊、主回路、控制器回路、變頻器及操作終端等。系統原理圖如下圖1所示。

3 PLC控制程序設計

根據上述原理分析，可以選用三菱Q系列的可編程序控制器，該系列PLC具有體積小、性能好、模塊組合方便等特點。根據需要，CPU模塊可選 Q OOJ CPU制系統模塊，再增加QX10、QY10、Q64DA、Q64AD等模塊就可完成相應的工作，PLC控制系統如圖2。

經電容的劇烈變化電流中的高頻成分將被抑制掉，電源電壓波動和瞬時變化也被抑制。多點接地法不但使放大器本身產生極小的噪聲，而且使放大器對噪聲有了良好的抑制能力，大大降低系統噪聲。

此種接地方式可有效地防止因地線電感及電容引起的干擾，但由于接地點間存在電位差，會使其噪聲較大，不適合于低頻工作，適用于10MHz以上的方式。在多點接地方式的多級電路中，必須注意排列各中一元電路的接地順序，其原則是應保證地線電流由小信號單元流向大信號單元，否則，就會引起干擾。

3.1 減小公共阻抗中的電感成分

盡可能降低公共阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗變頻器的噪聲。公共阻抗除了電阻外，還包含有容抗和感抗。由于噪聲往往具很高的頻率成分，所以，對于公共阻抗就不應單純地只看到它的電阻成分。常用的電線、印刷板上的印刷線，在高頻時其等效電路是由電阻和電感串聯而成的，頻率越高，感抗成分占整個阻抗的比例就越大。在電路中電感產生的噪聲電壓要遠遠大于電阻成分所產生的噪聲電壓。

無論是導線還是印刷線，其形成的公共阻抗中，電感成分是產生噪聲電壓的主要因素，所以在布線和設計印刷線路板時，要盡量降低作為公共阻抗的濘線或印刷線所含的電感量。對于地線可選用盡可能粗的濘線，有條件時可采用電感量很小的銅板條；印刷線路的地線也要盡量做到短而粗，必要時可用大體積的銅箔作為地線來降低其阻抗。

結語

PLC作為在工業控制中占主要地位的基礎自動化設備，可以同時實現對信號的檢測、監視和控制，非常適合于生產過程中的工業控制。這里使用PLC及其I/O擴展模塊在自行設計的恒壓供水系統中進行PID控制，獲得了滿足系統要求的控制參數，并通過De-vice Net實現了遠程控制。整個系統實現簡單，成本低廉且穩定性較高。

參考文獻

[1]阮友德，2l世紀高等職業教育機電類規劃教材[M].北京：人民郵電出版社.

[2]呂國芳，劉希濤.基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統中的應用[M].自動化儀表，2005，6（ 8）：52-53.

第8篇：變頻供水系統范文

關鍵詞：恒壓；變頻；供水系統

現代電力應用中，對我國的國標電力50Hz的頻率進行改變從而實現的交流電控制手段被稱為變頻技術，整個技術的核心元件是變頻器裝置。通過變頻器可以對我國50Hz的交流電進行頻率改變，以此來實現電機轉速的調節變化，即通過變頻器的運用將國標50Hz的交流電變化為頻率在30Hz到130Hz之間的浮動變化。同時，電壓的應用范圍也擴大至142v到270V之間，從而實現負載的合理利用，并達到一定降低功耗、減小損耗、延長設備的使用壽命的效果。

下面一起來認識一下基本解決臺站職工生活用水問題的變頻恒壓供水系統。

1 系統的組成

系統組成如圖1所示。

由圖1可以看出：1臺最新性能PID變頻控制柜、1個3噸的儲水箱、1個壓力罐、1個壓力表和2臺水泵并聯組成了尖端加壓供7k系統。系統設計可以自動運行來保證用戶的恒壓不定量用水需求，同時保證整個供水管網壓力始終穩定，系統始終處在一個相對高效節能的環境下，運用變頻器的目的是自動調節水泵的運行速度并調動單臺或者多臺的水泵參與系統的運行或者停止，從而使得整個供水系統始終保持在一個較為理想的恒壓環境下，操作簡單。

1.1 恒壓供水變頻控制柜

恒壓供水變頻控制柜主要由藍智（LANZ）變頻恒壓供水控制器和深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的變頻控制器組成。一體化主板式結構、除液晶顯示彈性鍍金插針外無任何多余線路插針或排線連接，適用EN，ANSI，UL，ASTM，ISTA國際運輸及儀器設備運行震動標準。整板設計，故障點少、電氣結構性能更穩定。線路板全面三防（防潮、防鹽霧、防霉）處理，以此來保證電子線路的元器件始終保持在干燥穩定的環境下，以免受到侵蝕，提升設備的穩定性和安全系數。

變頻控制柜是整個系統的核心。其主要功能及功能參數表如下：

（1）主要功能。整機簡約設計，操作方便，內容豐富。在面板上可以任意手動、自動控制任何一臺泵。工頻、變頻運行雙色燈區別指示。

全液晶中文參數顯示，數據清晰可見，有故障系統自動發生聲光報警，并提供設備供應商聯系方式。便捷的故障查詢功能：可保存10條故障信息，方便了解控制器系統的運行情況。具備時間、日期和密碼設定功能。選用模糊控制手段，對系統參數進行合理優化，整個系統容易上手，設備反應快，精細化程度高，切換泵時對管網壓力沖擊小。系統有定時換泵功能，從而避免水泵長時間運行，科學分配泵組運行時間，提高水泵壽命。

超高壓力、無水、壓力信號、防爆壓力等自動檢測功能，避免爆管和設備損壞，安全穩定。

故障自動檢測屏蔽功能，系統判斷出某一臺水泵無法工作的條件下，可以自動跳過該水泵，對其余的水泵根據需要開機。

可以根據實際的用水需求相應調節系統壓力，壓力調節精度達到小于+0.01MPa。

反饋信號全部采用光電隔離，抗干擾功能更強大。

完善的變頻器和電機電路保護系統，有效地實現了系統自動運行。

系統內所有的水泵互為主備，并自檢故障水泵，可按新的需要組合控制。

（2）功能參數表，如表1所示。

1.2 儲水箱

該5立方儲水箱采用不銹鋼材質，有1個自來水進水口、1個方便清洗水箱或對水箱進行維修時的排水口、1個浮球閥和1個磁浮子式液位計。

（1）浮球閥是由曲臂和浮球等部件組成的閥門，可用來自動控制水塔或水池的液面。具有保養簡單，靈活耐用，液位控制準確度高，水位不受水壓干擾且開閉緊密不漏水等特點；（2）液位計是物位儀表的一種。用來測量容器中液體介質的高低。

1主1副2臺水泵均采用臺州新界機電有限公司生產型號為Y68022三相異步電動機。額定功率1.1kW、額定電壓380V.額定電流2.51A、頻率50Hz、額定轉速2800r/min、重量僅為12kg。

1.3 壓力罐設備

所謂壓力罐，即通過對密閉罐體內的空氣進行增減壓來維持貯水量變化時罐體相同的水壓，因此也可以稱之為氣壓給水設備。壓力罐是整個系統的重要元件，連接水泵和供水管網，開啟水泵后，水泵一邊向系統內用戶供水，一邊向壓力罐供水，壓力罐水位的不斷上漲使得罐內氣體不斷被壓縮，管網壓力也隨之增加。當壓力增長到系統預先設計的數值時，罐體頂部的壓力氣表接通觸點，系統發出信號，水泵供電電路斷開，停止工作。當管網用戶用水量持續增大，在壓縮氣體作用下，儲水罐內的水被不斷壓入管網系統，隨著壓力罐水位降低，罐體體壓力也在不斷減小。當壓力進一步縮減至壓力數值下限時，電接點壓力表發出指令，水泵導通，開始工作。一般情況下，整個系統處于無人值守狀態即可，系統依照用水量變化，自行調節水泵的導通和斷開狀態，從而保證系統壓力降低時水泵可向管網供水。我臺設計系統選用的壓力罐為隔膜式壓力罐。

1.4 遠傳壓力表

遠傳壓力表適用于測量對鋼及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質的壓力。因為在電阻遠傳壓力表內部設置一滑線電阻式發送器，故可把被測值以電量傳至遠離測量的二次儀表上，以實現集中檢測和遠距離控制。

2 系統的特點

2.1 有效地杜絕了水壓不足的問題

穩壓變頻裝置的運用使得所有的用水設備都能保持水壓的始終恒定。密閉的系統環境，從根本上杜絕了傳統屋頂水箱密封性差的缺陷。取代傳統的屋頂水箱供水方式，消除了水污染的源頭。相應地降低了建筑成本，提高了建筑物屋頂等方位的利用率。取消傳統的屋頂水箱，使建筑受力減小，使得建筑物的建筑成本降低。

2.2 節約電能，縮小占地面積

采用變頻技術，水泵根據實際用水需求自動調節轉速，提高了設備的效率，并且系統不需要龐大的屋頂水箱和遠距離傳輸管線，施工量和施工期都大為縮減。

2.3 全自動化控制系統

系統全部實現自主研發，菜單多樣性，可以根據實際用水量實現水壓的精確控制。專用自主開發，具有多樣化功能，能夠提供尖端水準的精密控制。

3 實際使用中存在的問題

系統的設計理念為：當水壓達到設定壓力后，水泵停止工作，進入休眠狀態；當壓力下降到喚醒壓力時，啟動水泵工作。

商丘骨干發射臺臺站主樓為3層，而變頻供水系統安裝在室外空闊的地方，系統的出水口距離主樓約50米。

系統安裝初期，3樓用水明顯感覺水流忽大忽小，水壓不穩。后經過與廠家溝通，通過在1樓放水做實驗發現：如果一直用水，則電機一直高速運轉，水壓相對恒定。通過多次微調變頻控制器的設定壓力、休眠頻率、休眠延時、喚醒壓力、變轉工延時、工轉變延時等關鍵參數，水壓逐漸趨于平穩。

第9篇：變頻供水系統范文

【關鍵詞】 單片機 變頻器 傳感器 供水系統

水是生產生活中不可缺少的重要組成部分，城市的生活生產用水主要來自由自來水公司的市政管網提供。然而自來水的給水壓力通常只能達到0.35-0.4MPa，一般只能滿足8層樓的用水需求，隨著廣東梅州城區的發展，城市內的次高層和高層建筑的比例不斷增加，自來水的給水壓力已無法滿足次高層和高層建筑的生活和消防給水的要求，只能由生活小區依靠二次加壓給水設備進行增壓給水，本人居住的老城區，自來水管網還是上世紀舊時代的，老化的管網普遍漏水，水壓力不能達到要求（偏低）。

近年來，隨著單片機和變頻調速等自動化技術的成熟、普及和應用，變頻調速系統實現了電機無級調速，根據水泵出口的壓力情況自動調節水泵機組的轉速，通過壓力傳感器反饋到變頻器，由變頻器產生頻率的高低來控制電機的轉速，從而保持水壓恒定，以滿足人們對給水系統的要求。變頻調速恒壓給水系統無論是投資規模、運行的經濟性、可靠性、穩定性和自動化程度等方面都優于傳統的給水系統，而且還能有效的降低能耗。

本系統具備同時控制三臺水泵的功能，根據不同場合，不同需要可以采取三臺同時運行；二臺同時運行，一臺備用；一臺運行，二臺備用；定時換泵等多種工作方式。水泵電機全部采用軟起動，遵循先起動先停止的原則，具有變頻器頻率顯示和實時壓力顯示；變頻器故障、遠傳壓力表故障、欠壓超時和水位報警指示；可設定上限保護壓力，PID上升和下降周期及跟蹤周期；還可以設定哪個水泵先供電工作，達到設定壓力時通過壓力傳感器自動切斷水泵電源。無需增加水泵時時行定時換泵工作，具有強制換泵功能。

本系統以AT89C51單片機和變頻器為核心，在水泵的出水管道上安裝一個遠傳壓力表，用于檢測管道壓力，并把出口壓力變成0～5V或4～20毫安的模擬信號，送到單片機系統的A/D轉換輸入端，再經A/D轉換變成相應的數字信號，送入AT89C51單片機進行數據運算和處理。單片機經運算后與設定的壓力值進行比較，得出偏差值，再經PID調節得出控制參數。經D/A轉換變成0～5V或0～10V的模擬信號，送入變頻器中，以控制其輸出頻率的大小，從而改變水泵電機的轉速，達到控制管道壓力的目的。

當實際管道壓力小于給定壓力時，變頻器輸出頻率上升，電機轉速加快，管道壓力開始升高；反之，變頻器頻率降低，電機轉速減小，管道壓力降低。如此上下調整多次，直到偏差值為零。這樣實際壓力圍繞設定壓力值上下波動，保持供水壓力恒定。系統組成的原理如圖1所示。

1 控制系統硬件設計

由單片機和變頻器組成的恒壓供水系統的硬件結構框圖如圖2所示。

本系統硬件以AT89C51單片機為核心，AT89C51單片機本身有4K的內存，所以不需外擴展內存；系統的顯示部分采用4片74LS164芯片驅動LED，LED顯示方式為靜態顯示方式，單片機的顯示信號輸出使用AT89C51的串行通訊口TXD、RXD，串行口工作于方式0，即移位寄存器方式。圖2中93C46為EEPROM（串行電可擦可編程只讀存儲器），用于保存開機設定時的原始參數，這樣系統斷電時，設定的數據能永久保存，再開機上電時無需再重新設定參數，即可以運行于斷電前的狀態。系統采用NE555組成硬件定時復位電路，可以有效防止程序死機現象，提高了系統抗干擾性能。復位電路每1秒鐘向AT89C51的RESET復位端發出復位信號，根據程序的需要，通過AT89C51的P3.4端可以隨時控制復位電路的起動和停止，當P3.4=0時，NE555的2引腳為低電平，停止復位；當P3.4=1時，NE555的2引腳為高電平，起動復位。系統中74LS273用于對繼電器輸出狀態鎖存，以防止輸出狀態擾。ULN2003為反向驅動芯片，同時在74LS273的CLEAR管腳外接了RC電路，用于開機上電時清零74LS273的輸出端，這樣可以防止繼電器的誤動作，對變頻器起到保護作用。同時在報警輸入端與CPU之間采用光耦隔離，以消除外部干擾。由于系統要求的響應速度并不快，因此，系統A/D輸入采用8位串行ADC0831逐次逼近模數轉換器，這樣可以節省AT89C51單片機的I/O口，降低系統成本。D/A輸出采用光耦隔離式D/A輸出，在報警輸入端與CPU之間也采用了光耦隔離，以消除外部干擾。這樣現場模擬量信號經AT89C51單片機運算處理后，向變頻器發出控制信號，改變變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機的轉速。

2 變頻器功能的預置

變頻器需要預置的主要是基本運行功能、升降速功能、保護功能等，通用變頻器都能夠這些功能。系統采用變頻器內部的PID功能時，其升、降速時間由PI的預置值決定，而降速時間的預置一般不起作用。

在不采用變頻器內部的PID功能的情況下（如采用單片機的PID控制算法），變頻器工作頻率的變化速度主要取決于預置的升、降速時間。升、降速時間過短，變頻器可能因過流或過壓而跳閘；升、降速時間過長，則會使變頻器調速系統反應遲緩，造成管路中欠壓或超壓時間過長，滿足不了恒壓供水的要求。因此，升、降速時間的確定，應根據現場的實際情況來調整。

（1）U/f圖形及轉矩補償功能的預置。對于水泵負載，通常選擇負補償最大的U/f曲線；如果滿足不了轉矩要求，則依次選取彎曲較小的U/f曲線。設定該功能的同時，要設定恒速運轉的電流限制功能。（2）運轉開始頻率的預置。一般情況下，水泵在低頻運行的意義并不大，有的水泵并不能從0Hz開始起動，所以應該預置運轉開始頻率，在運轉開始頻率以下，變頻器處于待機狀態，以利于更好地節能。在變頻器起動無過流的前提下，運轉開始頻率可預置高一些，一般設定0～20Hz（也可通過預置下限頻率來達到此目的）。（3）載波頻率的預置。載波頻率增高，可以減小電機噪聲，但將增加對外電路的干擾，尤其是對共用電源的儀表、控制器等的干擾，并且增加輸出端對地漏電，不利于較長距離的輸出。載波頻率降低，則電機噪聲增加，且輸出電流的諧波分量增大。（4）保護功能的預置。在保護功能中，輸出電流限制功能和過負荷報警功能，兩者的出廠值是相同的。如果前者功能動作，則降低輸出頻率或減緩升速過程中的頻率變化；后者功能動作，則報警停機。為使系統更好地工作，不出現停機，輸出電流限制功能的預置值應比過負荷報警功能的預置值小一些。

從實際運行效果來看，水泵電機起動平穩，系統動態性能良好，系統響應的穩定時間在30秒內，穩態性能穩定在±0.02MPa之間，抗干擾能力強，滿足了實際控制的需要。

自來水對人們的生活越來越重要，人們對供水的安全可靠性的要求不斷提高。給水壓力與流量對用戶的用水質量具有直接影響，因而對給水水壓、流量的控制，直接影響到給水系統的供水質量。給水泵組是一種長期運行的用電設備，節約泵組的電耗，對國家節能減排意義非常重大。把先進的自動化技術、控制技術、節能技術等應用于給水領域。針對城市高層建筑和消防供水系統的實際情況，以單片機和變頻器為主要單元組成變頻調速恒壓供水系統。采用自動控制原理實現對供水壓力的連續監督和控制，自動調節水泵電機加、減速，自動完成各泵的輪休、泵組軟啟動及無沖擊切換，使水壓平穩過渡，延長設備壽命，提高供水水量，降低能耗。在傳統的變頻調速方式上大大的提高了調速系統的性能。通過本項目的設計、研究及應用，不僅能夠節約水資源，減少設備維護，而且該系統結合高層建筑生活供水與消防供水于一體，在節約能源與水資源的前提下，既保證居民的生活用水，又提高了消防安全系數。具有較大的經濟和社會意義。

參考文獻：

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