变频调速在恒压供水系统中的应用

变频调速在恒压供水系统中的应用

吴光阳

中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450003

摘要：当前，科技水平日新月异，电子产品获得了前所未有的巨大发展，这些产品的应用为电动机控制系统带来了更多备选方案。水压稳定是居民生活区供水的重要需求特点之一，正如我们所知，居民生活用水时间主要集中在白天，昼夜用水量存在着很大的差异，如果我们能够将变频调速技术应用到恒压供水系统中来，将会收获巨大的节能效益。

关键词：变频调速；水泵；恒压供水系统；

在我们的高度集成的工业自动化生产中，水的使用是不可缺少的一部分。尤其是对一些重要工艺设备来说，对供水的温度和压力有很高的要求，供水压力过大对工艺设备造成损害；供水压力过小不满足工艺要求，因此需要对工艺设备供水的压力较高的控制。研究变频调速在工业的冷却循环水恒压供水系统中的应用。

一、概述

1.控制系统介绍。变频调速的冷却循环水系统，主要由控制系统和冷却循环水系统组成。在变频恒压供水系统中，依靠控制柜、变频柜以及操作员站或者工程师站对循环水泵进行控制，依靠循环水泵对工艺设备进行供水。该系统主要由PLC可编程控制器、变频器、循环水泵、封闭式冷却器、压力传感器、温度传感器以及其他设备构成。工作的流程是通过生产厂房内的循环水管上的压力传感器，采集循环水管末端的压力信号，并将压力信号上传到PLC控制器中，PLC控制器将根据当前水压值与设定水压值进行比较，将比较值通过PID运算后经过变频器进行控制循环水泵的转速，从而自动调节循环水管的水压，使其稳定在满足工艺设备要求的给定值。由市政水管经过软水器进入循环水池，循环水池中的液位传感器监测水池液位，当低液位时，停止循环水泵；正常液位时，通过循环水泵将循环水池的水打到屋顶上的封闭式冷却器中，进行冷却，将冷却之后的冷冻水由循环水管供给工艺设备用水，降温之后的循环水进入循环水池，形成一个封闭循环。

2.控制系统结构控制。系统的结构主要由PLC编程器和变频器组成，其中PLC控制器选择西门子产品。模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求，各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务，简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活，方便用户和简易的无风扇设计，当控制任务增加时，可自由扩展，大量的集成功能使它功能非常强劲。变频器选择ABB产品，变频器在控制的时候进行了绝缘的包装，为的是在控制过程中的安全性，另外因为信号的转化是在这里完成的，因此这里的材料都是选用了精细的材料，准确度和灵敏度都很高。

3.控制系统原理。变频器的控制系统是一个比较的复杂的系统，因此在控制的是时候，需要按照一定的步骤才可以，这样才可以保证控制的效率和控制的精确度。控制的时候遵循一定的原理，控制系统的主要的原理包括两个，其中PLC编程器为控制中心，控制的时候会先选择一定压力设定值，输入到PLC控制器的程序中，设定值就是在工作的时候对于变频器的控制的值的一种设定。设定值需要与实际反馈循环水管末端压力值进行比较。压力信号和变频的反应信号都是在控制的时候的一种参考，想要提高控制系统的精确度，需要对反应信号进行及时的感应，并对他们进行一种比较，然后就还可以对供水系统进行压力的调整，控制有压力的转化，是压力符合要求的数值。按照情况选择水的泵入泵出，保证压力的数值的稳定。

二、变频调速在恒压供水系统中的应用

1.变频调速恒压供水系统的结构。这个系统是由三个水泵、一台PLC、一台变频器、以及压力传感器和模拟量输入和输出单元构成的。在这中间PLC、压力传感器和模拟量输入、输出单元组合在一起，形成了一个闭环反馈控制系统。PLC对系统内各水泵的运行具有控制作用，它能够控制运行中的水泵的台数，进而达到控制供水流量的目的。PLC内部装有PID调节器，PID调节器能够控制变频器，进而对变频泵进行速度调节，从而控制供水的流量。其中，PID调节器的工作原理是这样的：当居民用水量减少，管道的水压会上升，水压反馈信号会相应增大，此时为保证恒压供水系统的恒压值恒定不变，PID调节器输出信号会减小，在控制电路管理下的变频器输出电压随之降低，电机转数减少，供水流量减小，供水压力值也随之下降。当供水压力恢复到恒压供水系统的设定值，系统供水量与用水量恢复平衡，变频调速系统所输出的频率稳定下来。当用水量增大，供水量无法满足用水量时，水压反馈信号减小，PID调节器输出信号会随之增大，电动机转速增加，水泵的供水流量随之增大，相应的供水压力值上升，直到供水量和用水量再次恢复平衡。这样，通过PID的调节，变频器控制电动机转速，进而使水泵供水压力保持恒定。

2.变频调速恒压供水系统的控制原理。出水管网上装配有压力传感器，这样以来，传感器能够将出口搜集的压力信号转化成4mA～20mA的标准信号，然后将信号传输到PLC模拟量输入端口，经过PLC调节，在经过一系列的运算和对比，计算出调节参数发送给变频器，再由变频器向水泵发出运转指令，进而满足系统内的供水量，保证供水管网内的压力符合给定的压力值。当用水需求超过一台水泵的供水量时，PLC会以实际用水量为依据确定水泵数量的增减，变频器会对水泵进行实时调速从而实现恒压供水。在供水负荷发生改变的情况下，输入电动机的电压和频率也会发生相应改变，形成闭环控制系统。另外，此系统还具有多种功能，特别是它的硬件和软件功能强大、完善，保证当运行水泵发生故障、进行维修时,能够启动备用水泵进行正常的供水工作。

3.水泵的控制过程、图1是变频器外部接线图，当启动运行时，如果1号水泵变频启动，水泵的转速由零开始随着频率增加不断上升。若变频器的频率达到50HZ,水压不足未达到正常工作压力，经过一段时间的延时，1号水泵转换成工频运行，这时变频器的频率由50HZ降为0HZ。此时，2号水泵开始启动，若此时的水压仍然不足，便会启动3号水泵。

图1

同理，进行切泵的时候，如果三台水泵都处于运行状态，当3号水泵变频运行的频率降为0HZ的时候，水压依然处于超压状态,经过一段时间的延时后1号泵停止运行,变频器的频率由0HZ快速上升，如果这个时候水压仍处于超压状态上，就要延时一段时间，使2号泵停止运行。采用这样的切泵方式，有助于减少水泵的频繁启停给水泵带来的伤害，延长水泵的使用寿命。同时，在实际管网做出应对水压波动的反应以前，变频器的调节可以使水压保持较为平稳的状态，避免出现高层住户短时间断水的情况出现。

3.变频恒压供水的优势。变频调速恒压供水系统与传统的供水方式相比，它能够维持24小时恒定压力，还能根据压力信号大小实现无级压力调整，避免由于压力造成的管网破裂和水龙头开启时的共振现象。近年来，变频恒压供水系统渐渐取代了以往的高位水箱和压力罐供水设施，不仅大大节省了资金和设施占地空间，还能够减少水泵的损耗，大大延长水泵的使用寿命。变频恒压供水系统能够有效避免传统供水方式中启停时的“水锤效应”，避免供水系统中水压不稳，同时减少水质污染问题的出现。变频恒压供水系统能够根据用户的实际用水情况，自动进行调节，调整电机的转速，使其达到更好的节能效果。变频恒压供水能够支持多泵循环工作，这样一来，可以解决传统供水方式中无论何时必须开启至少一个泵运行的问题，大大节省了人力、物力。

总之，随着科学技术的发展，我们的经济得到巨大的发展，人们生活水平不断提高，大家对衣食住行质量的要求也渐渐高了起来。生活用水作为与人们生活息息相关的重要资源，自然会引起人们的广泛关注。变频恒压供水系统具有节能，供水质量好等优势，获得了社会各界的普遍认同。

参考文献：

[1]陈才.关于变频调速在恒压供水系统中的应用.2020.

[2]张志祥.变频器在水系统中的应用及节能原理分析.2019.