变频恒压供水控制系统的设计与实现

变频恒压供水控制系统的设计与实现

李峰

新疆中泰纺织科技有限公司 新疆 阿拉尔市 843300

摘要：众所周知，人们的生活和生产离不开水，对于人类的生存而言，日常生活用水非常重要，没有了生活用水，生活秩序将被打乱，严重影响环境和生活质量。而对于供水系统来说，稳定的水源是其最终目标。这就对供水系统的控制部分提出了要求。基于此，设计一种变频恒压供水控制系统，该系统具有安全可靠，自动化程度高，节能效果显著等优点。

关键词：变频恒压；供水控制；系统；设计

引言

随着居民小区对供水系统需求量的日益增多，传统的供水方式已经满足不了现代化供水的需求，变频恒压供水控制系统应运而生，随着该系统的不断推广和普及，小区居民逐渐意识到该系统的应用可以使日常供水变得更加快捷、方便和高效，所以，该系统的推广和使用得到了越来越多居民的青睐和喜爱。该系统主要实现了自动运转、设置自动压力等功能，具有很强的通用性，大大提高了小区居民的用户体验，为实现小区供水的高效性和便捷性。

1变频恒压供水系统工作原理

变频恒压供水系统主要组成部分有：三台水泵、主电路、频率变换设备、压力测试设备、PLC等组成。变频器对电源供电的频率特性进行转换，工作中PLC结合实际运行环境的情况，闭环调整所有设备的状态，定时轮换改变三台水泵中的主工作泵状况。达到平衡水泵工作点的目的调节出水口的实际流量值。水压力变送器实时将管网的压力反馈给PLC，PLC控制变频器调节电机转速保持水压恒定，从而保证整个系统的平稳运行。变频器：把电压值恒定、频率固定的交变电源利用二极管等元件的单向导电性，将其变成具有适合供水系统调节使用的可变电压和频率特性的电源。VVVF原理实施的基本方法：PAM、PWM。（1）PAM：原理是经过整流和逆变把具有电压恒定、频率固定特点的正弦电源变成具有适合供水系统调节使用的可变的电压和频率特性的电源。整流和逆变之间必须符合特定的要求，控制电路实现十分复杂繁琐，因此不常用。（2）PWM：就是把输出电压的在每半个周期波形均分成若千个脉冲波。利用PWM中电压的均值和电压占空比的正变换关系，在将其经过逆变电路，也就是说PWM只需通过控制反相元件调节电源的频率，改变占空比，最终把具有电压恒定、频率固定特点的正弦电源变成具有适合供水系统调节使用的可变的电压和频率特性的电源。实现原理简单，电路设计简单，操作简单，这种方法使用最多。为了有效地避免水泵在低效率段运行，变频器工作的频率不能太低。水泵转速的工况调节就必须限制在一定得范围内。水泵的调速范围主要取决于水泵本身的特性和用户所需的扬程。每一个型号的水泵都有其固定的水系最大调速范围。而最低调速范围则需根据用户具体的扬程来确定。在实际工作时一般都将扬程设定在高效区，水泵的调速范围会有所减小。实际的频率变化范围是小于50Hz的，这会使转速也会有所减慢，但并不是很多。电动机带负载的能力也会因此而受到影响，能力也会有所下降。系统在这种工作方式下基本上还可以维持电动机的最大工作效率。

2变频调速系统设计原则

通常情况下，在对变频恒压供水控制系统进行设计的工程中，需要严格遵循以下几个基本原则，第一，在对储水池容量进行设计时，要保证其容量要超过每小时的最大供水总容量。第二，在对水泵扬程的高度进行设计时，要保证其高度要超过每小时的最大供水高度。第三，在对水泵流量总和进行设计时，要保证其流量总和要超过每小时的最大供水总容量。只有严格遵守以上几个原则，才能为保证变频恒压供水控制系统的强大功能起着至关重要的影响。与此同时，也有利于大大提高用户的良好体验。

3控制系统设计

3.1控制功能和控制过程

系统由一台PLC控制器，一台变频器，二台水泵，三台接触器，一套液位控制器，一组压力传感器及声光报警器等组成。系统可分为三大部分：执行机构、信号检测机构、控制机构。1）执行机构：执行机构由二台水泵组成，1号泵工频运行，也可变频运行；2号泵只变频运行，由变频调速器控制。2）信号检测机构：检测信号包括管网水压信号反应的是用户管网水压值，此信号是模拟信号，接入变频器模拟输入端子。水池水位信号反应水箱水位高低，水位过高时发出报警信号，这时需关掉水箱进水阀。报警信号是当水泵电机过载、变频器异常而发出的信号，该信号为开关量信号。3）控制机构：包括PLC控制器、变频器和电控设备三部分。PLC控制器是供水控制系统的核心，直接对变频器运行情况、电网过电压等信息进行采集；对变频器信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，变频器是对水泵进行转速控制的单元，其跟踪水压传感器送来的信号改变调速泵的运行频率，完成转速控制。

3.2变频恒压控制系统的硬件与软件设计

在变频恒压控制系统的硬件设计方面，采用单片机进行控制，附属硬件设备包括了变频器、压力传感器、电网电压的测试信号、水泵电机电流检测信号、变频器的故障控制信号。同时还包括了键盘、LCD液晶显示频、RS-232通讯电路以及同步切换电路。变频器采用的类型为西门子MM430水泵类专用变频器，额定功率为250KW。水泵压力传感器采用的是工业控制CYG2000系列金属片式压力传感器，数据显示采用液晶显示，反馈电流与水泵的管道压力之间的函数关系为：I=16P+4。在单片机控制模块中，采用的型号是美国德州仪器公司生产的MSC1230型，该类型的单片机具有很强的数据处理能力，体积小集成程度高，能够实现精确的设计与数据运算。在信号输入硬件设备中，将电流信号和电压信号经过放大滤波器进行转换成模拟信号，最终转化为数字信号。电流的输出信号通常为4-20mA，然后将电流信号通过串联电阻转化为电压信号，利用模电信号放大器可以将电流信号经过两级放大，转变成稳定的电压信号，数值为0-10V，然后经过数字信号的转换。由于磁场的相互作用，会导致电压信号的噪声较大，所以在电路中应该采用一定的滤波措施，增加信噪比。在实际运行的过程中，电机的启动与运行会产生严重的电磁干扰，对滤波模拟电路会产生严重的影响，目前主要采用以下几个方面的措施进行改善，可以增加电容的方式进行降低噪声，防止电源和电机接地系统中把噪声电流降至最低，耦合电容与降噪电流之间的关系，不应该选用对温度较为敏感的电容进行，如果降噪电流较大，还需要装置一个电流补偿措施，一般为电路板上的电容之和的60倍左右。水泵系统的水压测量电路通常采用光耦隔离技术，主要目的是为了实现输出电路和输入电路很好的隔离，降低尖峰脉冲对电路的干扰，提高信号传输过程中的信噪比。在软件系统设计过程中，应该充分考虑到数字信号与模拟信号之间的转换问题。

结语

变频恒压供水系统保证了生产供水的稳定性和可靠性，具有很强的自诊断能力，降低了故障发生的概率，减轻了工人的劳动强度，节水、节电效果显著，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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