关键词：；恒压供水；模糊PID控制
水资源和电能在我们的日常生活和工作中起着至关重要的作用，虽然我们国家资源丰富，但资源的浪费和污染也非常严重，所以做好节能减排的工作是非常迫切的。为了能够满足城市高效节能的供水要求，应该对从前的进行优化，把从前传统的供水系统转变成恒压变频供水系统，提高供水系统的自动化控制程度，增强中小城市供水系统的性能，科学合理的降低供水能耗、实现高效供水。
在以前的供水系统中传统的PID控制方式已经取得了较好的控制效果，而本文通过传统PID控制方式与模糊控制方法相结合，来探索一种更好的控制策略，提升恒压供水系统的供水性能。这种新的供水控制策略可以使得供水节能效果更显著，操作更加简单，调节时间大大的缩短，提升恒压供水的稳定性、安全性，为人民的生产生活做好保障。这种供水系统的应用范围非常广，既可以用于中小城市的市政供水又可以用于化工和其他工业用水中。
目前，恒压变频供水方式是新型的供水方式，它可以灵活的控制水泵的转速来改变供水管网的水流量，当用水流量较大时，系统的各台水泵逐渐启动，并利用变频/工频切换来实现供水管网的水压恒定，以保证用户正常用水；而夜间用水量减少时，恒压变频供水系统将根据用水情况逐渐减少工作的水泵数量，并通过工频切换为变频的方式实现管网水压的恒定，保证供水流量一直跟随用水流量的变化而变化。
供水的目的是为了满足用户的用水需求，而用水流量和供水流量是影响供水管网压力的最直接原因。当系统的供水量小于用水量时，管网水压下降；当供水量等于用水量时，管网水压恒定；当供水量大于用水量时，管网水压上升。由此可见，供水管网的压力是反映供求之间矛盾的关键。因此，可将供水管网的水压作为检测量，由系统根据管网水压的变化改变水泵机组的频率，进而调节供水量，实现供水流量和用水流量之间的动态平衡，使恒压变频供水系统稳定地工作在管网水压的设定值。
变频技术简单地说就是把直流电变换为电压和频率可变的交流电，或者把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压和频率可变的交流电。前者即将直流电转变为电压和频率可变的交流电需要经过逆变的过程，而后者即将电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压和频率可变交流电需要经由整流和逆变两个过程，逆变是整流的逆向过程。在这些变化过程中，电源频率均发生了变化。
近年来，恒压供水系统通常结合变频调速根据管网压力的变化情况通过微机监测和运算，自动地调节水泵转速以满足用户用水的要求。这样的供水系统具有显著的节能效果和可靠地稳定性，因此是目前最合理的先进供水系统。
恒压变频供水系统将可编程控制器作为控制中心，通过检测实际管网水压与管网水压的设定值进行比较，经运算处理后输出控制信号改变水泵的工作频率，使供水系统自动稳定于设定的管网压力值，实现管网水压的闭环调节。当用水量增加时，系统调节水泵的工作频率使水泵的转速提高，加大供水量；当用水量减少时，系统调节水泵的工作频率使水泵的转速减小，进而减少供水量，这样既保证了供水效率又满足了用户对水压的要求，实现了“用多少水，供多少水”。
这种供水方式不需要建造高位水箱、水塔等，既节约了成本，又没有了水质二次污染的可能，是一种理想化的供水方式。这种供水方式是目前较先进的供水方式，比传统的供水方式可靠性更高，稳定性更好，既节能环保又安全高效，自动化水平高，而且经济实惠。并且这种变频供水系统在生活中的应用越来越广，范围越来越大，不仅适用于工厂、学校、居民区等用水场合，也适用于各种自来水厂、供暖循环用水系统和工厂循环冷却水系统等。
恒压变频供水系统的发展离不开变频调速技术，变频调速技术是恒压变频供水系统的核心。通过调查研究发现国外都是采用一台水泵配一台变频器的方式，这样就要求在一套供水系统中有多少台水泵机组就要有多少台变频器，成本较高，加大了生产投入。随着变频技术在供水系统中的应用越来越广泛，大家逐渐发现并认同恒压变频供水系统具有明显的节能效果，自动化水平高，而且还具有高稳定性和较强的可靠性。很多国外生产厂家最先发现商机，开始完善变频器的功能，生产出可以应用于供水系统的变频器。像日本Samco公司，就推出了高度集成的供水基板，这种供水基板是将多种硬件设备集成在一起，然后通过命令等形式完成其控制功能，这种基板上拥有配备齐全的功能模块，可以直接控制基板里边的电磁接触器动作，并且具备“变频泵固定模式”和“变频泵循环模式”两种形式。但是这种专用的变频器基板构成的供水系统最多只能有7台水泵机组。这种配置虽然将电路高度集成化，降低了生产成本，但系统的动态性能和稳定性不高，局限了系统本身的带负载能力，而且输出接口的扩展功能没有灵活性，无法实现数据通信，不能用于要求较高的供水系统，在实际应用过程中会产生很大的局限性。
目前在做变频恒压供水系统时，国内很多公司都采用了与国外一样的控制方式构成供水系统的闭环调节，即单台变频器带动单台泵或者单台变频器控制多个泵。在这些供水系统中有的企业为了节省成本采用单片机及相应的软件予以实现。如原深圳华为电气公司，推出了无需外接PLC和PID调节器的恒压供水专用变频器（5.5kw-22kw），这种专用变频器很多最多控制4台电动机 ，操作不太方便，同时其输出接口限制了带负载容量，又不具有数据通信功能，而且在系统的节能性、开放性、稳定性等方面还远远不能满足用户的需要，是以只可把它用于用水需求小系统。还有一些公司采用传统的PID控制方式，并将可编程逻辑控制器与通用变频器一起使用来构成供水系统，并配合触摸屏、组态软件等监控软件等。这种控制方法比较集约化，节约成本，而且系统的可靠性提高，方便工作人员集中管理，并且系统的编程和调试操作简单。
随着科技的发展，电气电子行业的产品不断地更新换代，变频器也逐渐的被广泛应用。在恒压供水系统中，这种应用已经不再陌生，恒压变频供水系统的系统性能也在不断改善。为了能更好的应用于工业生产和人民生活，通常结合先进算法对恒压变频调速系统进行设计以提高变频恒压供水系统的性能。
参考文献
[1] 王凯. 基于模糊PID的恒压供水系统研究[D]. 淄博：山东理工大学，2009.
[2] 周峰. 基于西门子PLC控制器的恒压供水系统设计[D].天津：天津大学，2010.
[3] 黄辉. 高效变频恒压供水系统研制与应用[D].杭州：浙江工业大学，2012.
[4] 刘汪龙. 基于变频调速的高楼供水系统变压运行机理及控制策略研究[D]. 长沙：中南大学，2012.
[5] 宋星. 基于组态、变频器和PLC控制的恒压供水系统[D]. 合肥：安徽大学，2010.
[6] 张德田. 基于模糊控制的变频调速在恒压供水系统中的应用研究[D]. 保定：华北电力大学，2012.
随着电力电子器件向大功率化、高频化、模块化、智能化方向发展，极大地促进了变频调速整机系统性能的提高，变频器整机的控制性能、自诊断和自保护功能越来越强。在变频调速控制系统中，加入微处理器、单片机、PLC构成的复合系统功能更强。各种功率水平、价格档次且性能上各具特点的变频器广泛应用于工业生产、社会生活的各个领域。在城市供水系统中，使用变频调速技术，在提高供水质量及优化供水系统性能的同时，节电效果可观。下面就北京局部地区的小区、饭店供水系统的变频调速技术应用例给予介绍和分析。
2某小区热水供暖系统一次网中调速供水应用例
北京育新花园小区热水供暖系统一次网采用3台ISB200/150-400-50A型水泵，其中1台备用。根据系统一次网的设计流量，采用1台水泵即可满足系统的正常使用要求。热水供暖系统一次网为实现在室外温度变化时，循环水泵保持在最佳流量工况下运行的目标，系统一次网的循环流量应随着系统热负荷的变化而动态调整。对小区热水供暖系统一次网采用“质量-流量优化调节”，对应不同的热负荷，系统循环水量在整个采暖季的分布情况和调节情况对应关系如表1。
表1系统一次网循环水泵两种方法调节流量时的轴功率比较
表1中数据表明:系统一次网在流量为159t/h和300t/h的工况下运行的时间较多，大约各占700个小时;而流量小于150t/h和大于400t/h的工况运行时间较少，大约各占80个小时。用变频器驱动水泵电机，进行质量-流量优化调节，实现供暖系统的优化运行。
表1中的数据给出了热水供暖系统一次网中在不同的循环水量状态下运行时，传统的循环水泵阀门调节和变频调速调节的轴功率对比。电价以0.6元/kWh计算，系统一次网循环水泵在一个采暖季里，采用阀门调节流量，运行电耗费用:123，9022×0.6=7.4万元(人民币);采用变频调速方式，运行电费支出:43，040×0.6=2.6万元。一个采暖季中，小区热水供暖系统一次网循环水泵使用变频调速方式可减少电耗80，802kWh，节省费用4.8万元。
市场上变频器的价格大约在800～900元/kW，ISB200/150-400-50A型水泵的功率为75kW，循环水泵配用变频调速设备使用投资大约为元6万元左右，从统计数据上看，不到两个采暖季就可收回投资。
3某饭店供水系统应用例
北京西直门外地区某饭店的供水系统原来由3台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀门，供检修和调节水量用。经变频调速改造后，新系统中除了有变频器以外，还有反映管网压力的压力传感器和电接点压力表及信号放大系统，还有实现逻辑控制的PLC。PLC控制3台水泵的启动和停止，压力传感器为变频器提供了反馈量，并和变频器组成了压力闭环系统，使系统始终在恒压状态工作。电接点压力表用来检测管路的最小压力。
新系统中，一台变频器循环启动3台泵，1号、2号泵的功率是15kW,3号泵为11kW。经测算1号泵或2号泵全力工作一般就会满足整个系统的最大用水量，3号泵是备用泵。白天供水投入1号泵，使它工作在变频调速状态，构成压力闭环系统。但为了均衡水泵的使用寿命，采用定时换泵的方式8小时轮换一个班次，即8小时后，2号泵工作运行，1号泵转为备用，循环使用。当夜间供水量减小，或这两台泵处于检修状态时，3号泵启动并变频运行和维持恒压。
系统采用了富士变频器FRN15P11S-4CX，容量23kVA，额定电流30A，频率变动范围0～120Hz，1号和2号泵的型号为80DL50-20×3额定电压380V，额定电流30A，额定转速1450rpm。3号泵的型号为65LG3620×3，是立式多级分段式离心泵。由于变频器在任何一个确定的时间只驱动一台泵的拖动电机，故3台泵的启动、停止采用逻辑控制实现相互闭锁，保证可靠切换。为确保控制要求的实现，将3台电机所有的控制、保护、检测单元全部集中在一个控制柜里。
表2给出1台15kW的水泵分别在定速和变速情况下运行测得的数据。
从表2中数据对比知道，水泵变频运行后:
电源电压下降了63%，电机定子电流下降41.3%
电源频率下降12%，功率因数提高3.1%
流量减少4%水压降低7.7%
转速下降8.9%
使用计算调速前后的功率之比，式中p为有功功率，U1、I1分别为电机定子线电压和线电流。
工频运行时有:;
变频运行时有:。功率差p1-pB=8.22(kW)。每年360个工作日，每个工作日平均工作16个小时，可节约电能w=(p1-pB)×16×360=47347.2(kWh)，电价按0.6元/kWh计算，每年可节约电费支出2.84万元。而购买变频设备的费用是2万多元，从分析知道，1年便可以回收设备投资。
表21台15kW的水泵变频调速前后各项指标对比
4水泵变频调速的综合结果
从以上某小区热水供暖系统一次网中调速供水和饭店供水系统应用例中知道:水泵经变
(1)实现了软启动;工作电流下降，电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损，机械检修工作量也大幅减少。
(2)各种保护功能完善，没有再发生因过载、单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。
(3)实现了软启动，避免了无调速水泵启动对周边设备及电网的冲击。
(4)能自动维持恒压供水并无级调节水压;供水质量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。
(5)自动化程度提高，提高了水泵的运行效率。
5结语
根据调查资料显示，北京地区的供水系统应用变频调速技术有一定的普及程度，但还有
很大潜力，继续在北京地区的供水系统中普及应用变频调速技术，经济和社会效益是明显的，技术优势也是明显的，尤其是具有较大幅度的节能效果。但同时也有一些问题，如:变频恒压供水系统停电既停水。另外变频器工作产生的高次谐波对电网电压有一定影响，尤其是电网有效容量越小，变频器容量越大，影响程度就越大，这种影响会使电力电容、电抗器、变压器容易发热，并产生电磁谐振，电动机、发电机产生附加损耗，继电器产生误动作。我国的GB12668-90中规定:电气设备使用时，引起的电压畸变率要小于10%，任何奇次谐波不超过5%，偶次谐波不超过2%，使用变频器后，在电网局部地区可能会出现电压畸变超出国标的情况，宜采取相应的措施处理。
参考文献
【关键词】变频器；恒压供水；PLC
1 供水系统分析及变频器的特点
人们在生活和工农业生产中离不开水，水是生命存活的必备资源，是关系到人类幸福指数的核心物质。随着社会的发展，人口数量不断增加，城市人口逐年提高，住宅楼向高层化、集中化进展，人均日用水量也在急剧增加，使得在用水高峰期供水压力不足，高层的建筑上不去水，而低峰期则压力过高，又造成能源浪费。而压力过高也存在着安全隐患，易造成爆管事故，同时影响正常供水和居民用水，给居民生活带来不便。
社会的发展也伴随着科技的创新，居民用水面临的上述问题能够得到很好的解决。为此，设计出变频器恒压供水方式。恒压供水，是供水系统保持供水压力恒定，使供水和用水之间保持平衡，即用水量多时供水量多，用水量少时供水量也少。这样就满足了在不同用水量状况时总能保持供水管网中的水压基本恒定，满足终端用水客户的需求。
变频技术是应交流电动机无级调速的需要而诞生的，变频器是把电网提供的工频（50赫兹）交流电变换成输出频率连续可调的交流电，以实现交流电动机平滑变速运行的设备。（三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（1-s），f即为电源频率P为电机极对数 s代表转差率）交流电动机变频调速技术是一项广泛应用的节能技术，它可以实现设备的软起动和软停止，降低对电网的冲击，同时也降低了设备的故障率，大幅减少了电能的消耗，同时减少了机械磨损，确保系统安全稳定、长周期运行。
2 变频恒压供水系统的硬件组成及控制原理
变频恒压供水系统是由压力传感器、变频器、可编程序控制器（PLC）、水泵机组及若干辅助部件构成的闭环控制系统。
2.1 硬件的功能
压力传感器 压力传感器是将测得的压力信号转换成电信号的器件。是使用最为广泛的一种传感器，应用于各种工业自控环境中。压力传感器的精度直接影响系统的控制质量。变频供水系统中的压力传感器一般采用电阻式传感器或压力变送器，压力传感器的输出信号传递到变频器。
可编程序控制器（Programmable Logic Controller），也称为可编程逻辑控制器，简写为PLC。 是整个恒压供水系统的核心控制部件。PLC是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它使用可编写程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能。PLC的工作原理也就是通过对外部输入的状态进行检测、并对输入的数据进行运算和处理后，再输出控制量。它具有编程简单易学、工作可靠性高、安装维护方便等特点。
变频器 是一种将电网供电频率50Hz的交流电转换成输出频率连续可调的交流电的电气设备，是输出频率可调的电源。因为异步电动机的转速公式为n=60f/P（1-s），从中可以看出，改变电动机供电电源的频率f，可以实现电动机的无级调速。在恒压供水系统中变频器接收来自传感器采集的压力信号，通过变频器内部自带的采样程序及PID闭环程序与用户设定的压力构成闭环， 对终端设备电机（水泵）进行控制，以达到水泵恒压力供水的要求。供水系统中可以一台变频器控制多台电动机（水泵）即水泵组的运行，也可以每台变频器只控制一台电动机（水泵）运行。
水泵组 把电动机和水泵连成一体，通过调节电动机的转速来控制水泵水量和水压的变化，是恒压供水系统的执行机构。恒压供水系统中通常设置多台水泵（3台为例），供水量大时开启3台，供水量小时开1台或2台。每台水泵的出水管均有手动阀，以供维修和调节水量之用。水泵组中的水泵统一协调工作，以满足供水需要。
2.2 变频器恒压供水系统的控制原理
压力传感器检测管网压力，将压力信号转换为标准电信号送进变频器的模拟量输入端，与设定的压力值进行比较，并通过变频器内置的PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电动机的电源频率，进而实现控制水泵转速，调节了供水系统的供水量，达到恒压供水的目的。
自动运行时，由PLC控制电动机的工频运行和变频运行继电器，依据条件进行增泵升压和减泵降压控制。每次运行先启动1#泵，当用水量增高水压下降，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行，同时启动2#泵并进入变频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止；如果用水量继续增加，当2#泵加速运行变频器输出频率达到工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网恒速运行，同时3#水泵启动变频运行，系统对水压闭环调节，直到水压达到设定值为止；当用水量下降水压增高时，变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值，停止该水泵的运行，系统恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值；当用水量继续下降，每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时，则将此泵停止运行，直到剩下最后一台变频泵运行为止。
系统还设置了手动运行模式，该模式主要用于系统出错或是变频器的故障检修。
3 变频器恒压供水的优势
1）采用变频器恒压供水系统，实现了真正意义上的无人值守全自动供水控制；
2）电动机启动电流从零逐渐增加到额定电流，启动时间相应延长，对电网没有较大的冲击；
3）系统实现了软启动，消除启动电流大的冲击，减轻了机械启动转矩对电机的机械损伤，延长了电机和泵的使用寿命；
4）可以消除启动和停机时的水锤效应；
5）系统可以按照需求来设定压力，系统根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵运行台数，使设备运行在高效节能的最佳状态，从而达到了节水节电节省人力的节能目的。
【参考文献】
[1]张威.PLC与变频器项目教程[M].机械工业出版社.
[2]张娟，吕志香.变频器应用与维护项目教程[M].化工工业出版社.
关键词 供水专用变频器；恒压供水系统；节能
中图分类号 TU99，TN773 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0145-02
0 引言
。但是，在满足供水稳定及高效的情况下，还需要确保用水安全，以及保障所供水源的水质问题。供水安全保障成为电力技术发展的一个核心项目，在这基础上发展起来的变频器不仅达到满足供水需求的情况，而且采取变频器供水方式，利用恒压供水系统，可以稳定且节能地满足供水系统的要求。
1 主要性能及特点
采用供水专用变频器来供水，实际上利用普通变频器的优点，以及在此基础上，加入PLC的部分功能，二者结合起来大大提高了变频器的供水性能。供水变频器能够实现对供水量和供水需求的一体化管理，这样一来，就大大优化了对供水过程的管理。通过安装在管网上的压力传感器把水压转换成4mA～20mA的模拟信号，通过内置的PI调节器，即可方便地组成闭环控制系统，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行一番比较核对，当管网的压力不够时，变频器将自动增大输出频率，提高供水量，从而达到增加网管压力的目的。反之，变频器可以降低输出频率，降低水泵的转速，从而降低供水量。
变频器供水的控制系统可以细分为两大类，既变频泵固定方式和变频泵循环方式。可采用先启后停或先启先停的模式，或者一些组合的供水控制模式，也能够实现对供水性能的高效管理，这样可以实现最多4台变频循环泵或7台变频固定方式控制。变频器工作原理简单，但工作模式有很多种，不同的工作模式满足了设备对灵活性的要求，便于实现供水泵房全面自动化。变频器供水还能够实现流量监控功能，即实现零流量就停机的效果，供水可以按照用户的需求来实现，不用水时可以自动停机，这样就大大地降低了能耗。变频器系统最多6段的定时压力给定控制，以满足使用。可实现周末/节假日等各种特定日供水压力控制。定时轮换控制，可以有效地防止泵长期不用而发生的锈死现象，使各泵工作时间均衡，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。手动软启动功能，可实现循环方式时各泵的手动变频软启动，方便调试。管网超/欠压，火警/水池缺水等多种输入与检测保护，可保障供水系统的安全，有利于实现对管网系统的良好保护，进一步提高供水系统设备使用寿命。多种变频器故障处理模式，即使变频器故障，仍能保证生活和消防供水。供水变频器的内置污水检测液位传感器可以实现对污水的检测，当检测到泵房污水积水到达警戒水位时，可以及时进行自动化污水排放，实现了对机器的有效维护。休眠泵控制功能尤其适合于夜间供水量急剧减少的情况，机器的工作时长和休眠期可以经过人为设定而实现，方便用户在夜间不用或者不需要用到时，把变频器跳到停止状态。变频器在休眠期间，休眠小泵工作，变频器通过监测管网压力，当管网压力低于设定的休眠压力时，系统就会自动启动工作，这样变频器可以实现对休眠泵的控制，达到节能环保的功能。另外，变频器具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监视及经济运行的手段。变频器的功能非常强大，诸如此类技术，还有很多例子，由此看来，用供水专用变频器能够充分利用变频器的功能，满足供水系统的各种控制方案。
2 系统组成及合理选用
系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成。变频控制柜由断路器、供水变频器、接触器、中间继电器等组成。系统采用压力传感器和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。。
另外，变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，操作方便，同时设备分布相对集中，配置简单，但是在配置的选择上要谨慎，倘若配置选择或者使用不当，也会造成能源的浪费，因此，在选用设备方面，要进行周全的考虑，还必须考虑设备投资等问题，在保证可靠供水的前提下，充分发挥变频器的节能潜力。
3 变频器供水的优越性
变频器供水的优点是很鲜明的，首先，它具备节能，稳定，且环保的特点，变频器的工作原理很好地体现了这些优点。变频器虽然是一项高科技技术，但是，机器的设计理念非常人性化，用户使用起来非常方便。再者，变频器的供水质量是高于很多供水器的，它不仅保证了水源的稳定，持续供给，还能够保障水质的安全与高质量。在节省能源的时代背景下，在城乡化建设全面推进的当代，高效且有绿色化的供水系统越来越受到追捧。；第二，是节水；第三，是可靠的运行环境；第四，是可以实现良好的监控；第五，是具备控制灵活的特点；第六，则是配置灵活，自动化程度高，功能齐全，使用方便。
4 应用范围
自来水厂、生活小区及消防供水系统；2）工矿生产企业恒压供水系统；3）锅炉循环水系统；4）消防用水。
5 结论
变频调速是一项具有高科技含量的自动化程度很高的新型的调速控制方法，在电力技术突飞猛进的时代，变频器供水模式将会实现更大的技术革新，变频器供水不但会越来愈绿色化，低能耗化，还将会实现更加便捷的使用功能，以及，变频器的内部功能将有可能进一步完善。变频器的使用，提高了供水系统的安全性，也保障了居民用水的稳定性。借助变频器良好的节能性，提倡节约资源方案，使用被表现的淋漓尽致，提高供水效率，是一种高效节能的控制方式，是值得推广应用的技术，应用前景广阔。
参考文献
[1]刘多金.变频器供水设备的工作原理及优点[J].水利天地，2011（2）.
TD2100变频器具有多种工作方式。我单位到16层家属楼的四台泵循环软起动供水接线图如图1所示，变频器的R、S、T端子接38V交流输入，U、V、W是变频器的三相电压输出。由于采用了一变多恒的控制方案，故四个变频器通路上的接触器KM0、KM2、KM4、KM6采用了互锁。另外注意到同一时刻一台泵只能工作在变频器或恒压一种状态，所以电路设计中有KM0、KM1互锁，KM2、KM3互锁，KM4、KM5互锁。当H/A闭合时进入手动控制，此时H1与COM闭合为一台泵手动软起，一号电机上升到额定转数时，自动切换到工频；当H2与COM闭合为二号泵手动软起，二号电机上升到额定转数时，自动切换到工频；H3、H4分别控制3号泵和4号泵的手动软起，过程与1号、2号相同。
工作原理为：通过增减运行泵个数粗调，通过变频泵加速或减速微调，使管网实际压力趋于设定压力。
（1）增泵过程当检测到管网实际压力低于设定压力时，变频泵加速使管网压力上升。若实际压力上升到等于设定压力，则稳态后变频泵维持瞬间转速值不变：若变频泵加速到额定转速后，实际压力还低于设定压力，则将变频泵切换到工频运行，同时起动下一台泵变频运行。不断重复以上过程，直至实际压力与设定压力相等。
（2）减泵过程运行过程中当检测到实际压力高于设定压力时变频泵开始减速，使管网压力下降。若实际压力下降到等于设定压力时，则稳态后变频泵维持瞬时转速值不变；若变频泵减速到0时，实际压力还高于设定压力，则关掉最先起动的泵，且变频泵回到高速状态继续减速运行。不断重复以上过程直至实际压力与设定压力相等。
系统主要功能
（1）多段定时定压控制为了适应每日生活用水高峰，我们进行了定时定压控制，将一天24小时分为6个时段，在用水高峰期加压供水，所有参数通过面板上的按键设置。多段压力控制还指定了双休日为非受控日。
（2）补压小泵控制 适于一定时间内用水量急剧减小，且配有休眠小泵（即补压小泵）给水的场合。如大多数用户夜间用水量为0，电动机若按白天的转速运行，管网压力会超过设定压力很多。此功能将会逐台关断所有的生活供水泵，开启补压小泵运行维持管网压力。当管网压力低于设定的休眠压力时，系统自动唤醒变频泵投入工作，当管网压力高于设定时，系统再次进入休眠状态，只有休眠小泵运行。这样既实现了休眠泵的控制，又可以最大限度的节水节电。
（3）定时轮换控制通电一定时间后，系统自动检测有无休息的泵，若有则让休息的泵和工作的泵轮换，这样可以均衡各泵的运行时间，延长系统的使用寿命，且有效的防止因为备用泵长时间不用而发生锈死现象。在循环软起动方式下，变频泵将不参与轮换，而仅供频泵定时轮换。
（4）零流量停机设定PI偏差容限后，若实现压力一直大于设定压力上限范围，并且变频器工作在下限频率，则变频器会自动停机，只有实际压力小于设定压力上限范围，变频器才会唤醒。
【关键词】变频调速；恒压供水；无级调速；PLC控制
随着变频器的快速迭代，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用，特别是在供水行业，由电动机、泵组、压力仪表、变频器、微控制器和传感器等现代控制设备所构建的变频调速恒压供水系统以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，将我国供水行业的技术装备水平经历了一次飞跃。某一供水单位希望设计一套变频调速恒压供水系统，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。
1 变频调速恒压供水系统的总体分析
1.1 系统的功能要求
恒压供水要求用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费[1]。
（1）三台水泵中1台备用，其余2台处于工作状态。为了提高设备的综合利用率，工作泵与备用泵不固定；
（2）三台水泵均可实现变速、定速运行。但水泵运行的实际台数（1台还是2台）和电机速度，还要由住户用水量的高低来决定（进行不同频率的切换）；
（3）系统具有“手动”、“自动”控制切换；
（4）系统具有较完善的保护措施，以防止、避免事故的发生和扩大；
（5）具有完整的报警功能；
（6）对泵的操作要有手动和自动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。
1.2 系统设计原理分析
变频调速恒压供水系统的工作原理如下：压力传感器将主管网水压变换为电流信号，输入PID调节运算，与给定值进行比较，得出一个调节参数，再进入变频器，变频器根据要求调速，调节水泵电机的频率。当用水量较大时，一台泵在变频器的控制下恒压运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力达到设定值时，压力传感器上传的信号经PID调节再到变频器，变频泵的频率增大，转速变大；如果用水量增加很多，使变频器的输出频率达到最大值，仍不能使管网水压达到设定值时，PLC就发出控制信号，将刚才运行的水泵切换为工频状态，用变频器起动另一个泵。由PLC控制两台泵同时工作，一台变频运行，一台工频运行，若还不能满足，则再启动备用泵，两台工频，一台变频，如果此时还不能满足需要，则全部设为工频运行。相反，如果用水量减少，则按照相反的过程减少水泵的运行量。
由于变频器的转速控制信号是由PID回路调节给出的，所以对PLC来讲，不需要有模拟量输入接口和模拟量输出接口。减少了连线和附加设备，降低了给水设备的成本，增加了整套设备的可靠性。且PID回路调节可以进行量纲的变换，因而可以进行供水压力的直接设定，直观可靠。
2 变频调速恒压供水系统的电路设计
2.1 系统的总体规划
该系统主要由3台水泵（两台生活水泵，一台备用泵）、1台变频器（内带PID调节功能）、PLC、及线性压力传感器等组成。PLC控制各台水泵的运行状态（如工频运行、变频运行、停止），从而控制水泵的运行台数，在供水中利用PID回路调节功能将检测到的现场压力值与整定值进行比较[2]。比较后的信号送至变频器，对变频器进行调节，从而达到控制电泵速度的目的。水泵的速度具体的调节是采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制。
2.2 系统的主电路设计
该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M3，其中M3为备用，系统为一台变频器依次控制每台水泵实现转速的调节，并实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵[3]。主电路如图1所示。
2.3 PLC控制回路设计
控制电路包括继电器控制电路及PLC控制电路。
（1）PLC电路如图2所示。
上图给出了系统的PLC控制电路。其中SA1为手动/自动控制转换开关，SA2为自动起/停控制转换开关，P1表示压力小于设定值时闭合，P2表示压力大于设定值时闭合，SB1为1泵手动起动按钮，SB2为1泵手动停止按钮，SB3为2泵手动起动按钮，SB4为2泵手动停止按钮，SB5为3泵手动起动按钮，SB6为3泵手动停止按钮，SB7、SB8为变频器的启动和停止按钮，SB9为关闭报警声音按钮，SB10为复位按钮，X16、X17、X20、X21、X22分别接变频器、PLC及各电机的故障节点；KA0～KA10为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作以及故障显示和报警控制。
2）继电器外部连接图如图3所示。
3 系统的工作流程（图4）
首先，开主电源和PLC电源，然后根据需要选择手动或自动，如果选择手动，则根据需要选择各泵的运行，如果选择自动，开变频器后，系统会自动根据水压情况调节水泵的运行，当用水量大，水压过小的时候，PLC和变频器配合工作，根据需要来投入各泵的运行，变频调速无法满足时，PLC将各泵调整为工频运行。当水压变大时，PLC和变频器配合工作，切除相应的泵运行，如果水压一直过大时，PLC则调整1泵为变频运行。
4 小结
本文结合供水系统的现状，根据某供水单位的要求，设计了一套以变频调速技术为基础的变频调速恒压供水系统。系统采用一台变频器拖动3台（其中一台为备用）电动机的启动、运行与调速。PLC控制三台水泵的手动和自动装置，压力表采集管网压力信号，把此信号反馈到变频器的PID环节进行控制，再经变频器进行内部调整，从而输出适当的频率，调节电机的转速，进而利用PLC控制水泵电机的工频和变频之间的切换[5]。
变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，它具有节能、安全、高品质的供水质量等优点。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，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。
如果有需要，可加计算机控制和一些设备或器件，使其与楼宇监控中心进行通讯，进行界面管理和人机“对话”，实现远程控制。
【参考文献】
[1]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2000，55-56.
[2]冯垛生.变频器的应用与维护[M].广州：南华理工大学出版社，2001，26-27.
[3]姚锡禄.变频器控制技术与应用[M].福州：福建科学技术出版社，2005，56-57.
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