變頻技術(shù)和PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究是針對(duì)提高供水質(zhì)量和節(jié)能問題而提出的，該文通過對(duì)舊系統(tǒng)中一直存在的問題簡(jiǎn)單地介紹水位在變頻技術(shù)、PLC技術(shù)及恒壓供水系統(tǒng)的作用下如何為用戶進(jìn)行供水，并從實(shí)踐方面說明，此系統(tǒng)在節(jié)約資源、供水質(zhì)量及運(yùn)作方面的良好效果。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) PLC技術(shù) 恒壓供水系統(tǒng) 供水質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TQ08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0061-01

現(xiàn)在，各個(gè)地方的生活用水量正隨著各住宅小區(qū)樓房的增多而大幅度地快速增加。隨著人們節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)供水的質(zhì)量要求也在迅速提高，而且，在對(duì)供水系統(tǒng)的可靠性和安全性方面的要求也在慢慢地提高。運(yùn)用PLC技術(shù)和變頻器而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量供水的無塔恒壓供水系統(tǒng)，不但在很大程度上大大地節(jié)約了資源，而且還使供水系統(tǒng)的可靠性和安全性得到了很好的改進(jìn)。恒壓供水在一定程度上滿足了用戶對(duì)水質(zhì)水量的需求，變頻調(diào)速為了節(jié)約能源，通常通過調(diào)節(jié)變頻器的速度來使輸水管道的壓強(qiáng)得到一定的穩(wěn)定。為了有效減少撫慰運(yùn)作和手動(dòng)運(yùn)作，為了避免某些繼電器因與機(jī)械接觸而發(fā)生不必要的故障，為了能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的軟啟動(dòng)，于是，運(yùn)用了PLC技術(shù)，以使整個(gè)供水系統(tǒng)的可靠性得到增強(qiáng)。下面主要根據(jù)變頻技術(shù)和PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面展開論述。

1.變頻器的工作原理

變頻技術(shù)是在安全而先進(jìn)的恒壓供水系統(tǒng)的主要技術(shù)。就目前而言，變頻變壓調(diào)速控制系統(tǒng)是眾多調(diào)控系統(tǒng)中性能最好、效率最高的。

1.1變頻器的基本構(gòu)成

完整的變頻器主要由控制電路和主回路（包括逆變器、濾波器、整流器）組合而成。

把三相交流整合成直流是整流器的主要作用，而用于緩沖負(fù)載和直流環(huán)流間的無功能量的則是濾波器。運(yùn)用六個(gè)半導(dǎo)體器件開關(guān)組合而成的三相橋式逆變電路是逆變器最主要的結(jié)構(gòu)模式，通過對(duì)逆變器主開關(guān)的通或斷的有效控制，能夠促使任意頻率的三相交流輸出。如果想控制整流器電壓以及逆變器的開關(guān)，并有效完成各種不同的保護(hù)作用，就必須完成對(duì)控制電路的有效管理。

1.2變頻器運(yùn)作的基本原理

變頻器的工作原理是運(yùn)用逆變器中的開關(guān)，并由控制電路按照電路運(yùn)行的相關(guān)規(guī)律來對(duì)開關(guān)的通或斷來實(shí)施控制，進(jìn)而通過逆變器的輸出接口來取得一系列的寬度不同而等福卻相同的矩形脈沖波性，以和電壓波的正弦值取得一樣的效果。

在實(shí)際情況的圖表中，通常把正弦波的正半周合理地分成n等分（n=12）。橫軸和每等分的正弦曲線所組成的面積均用與其大小一樣的等福矩形來替換。因此，由n個(gè)寬度不同而幅度卻相同的矩形脈沖組成的波的形狀和正弦波的正半周等效。也可以用一樣的方式來使正弦波的負(fù)半周等效。如果想對(duì)各個(gè)不同分段的矩形脈沖的寬度進(jìn)行確定，可以通過讓三角波和正弦波相交來實(shí)現(xiàn)。通過合理地變換正弦波的頻率可以有效地使逆變器的輸出端實(shí)現(xiàn)變頻。

2.控制系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

以前，對(duì)于供水控制系統(tǒng)的投資都比較多，而它在為用戶供水時(shí)，大多數(shù)都是同時(shí)運(yùn)用多臺(tái)水泵，而且所用的水泵的功率通常都很小。因此，在運(yùn)行中常常出現(xiàn)邏輯控制設(shè)計(jì)和主控電路設(shè)計(jì)不規(guī)范的現(xiàn)象。

通常，供水系統(tǒng)的控制電路運(yùn)用的都是變頻器（VVVF），以及可編程控制器（PLC）、數(shù)字調(diào)節(jié)器（PID）等先進(jìn)的控制裝置，以上裝置完成其控制效能時(shí)都要通過電腦芯片為內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)。

為了對(duì)調(diào)節(jié)工況進(jìn)行有效監(jiān)控，并實(shí)完成PID調(diào)制，于是特意選擇了數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器；為了有效提高供水系統(tǒng)的安全系數(shù)，于是在調(diào)節(jié)水泵速度的時(shí)候，選用了22.5KW的日本富士變頻器；為了使控制電路更簡(jiǎn)單，于是結(jié)合負(fù)荷的需要，選用了18.5KW的水泵以便于大容量供水。外部I/O可以控制的點(diǎn)較少，因此，若想達(dá)到調(diào)控要求，可編程控制器PLC選用20點(diǎn)即可。

2.2控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）為了便于編程和調(diào)試，系統(tǒng)流程的控制器運(yùn)用了模塊化編程，它的重要組成部分分別是報(bào)警模塊、自動(dòng)運(yùn)行模塊、手動(dòng)運(yùn)行模塊以及故障診斷。其中，自動(dòng)運(yùn)行模塊又分為數(shù)據(jù)采集子程序、置初值子程序、控制量運(yùn)算子程序、電機(jī)控制子程序、開機(jī)命令的檢測(cè)、系統(tǒng)的初始化等。當(dāng)系統(tǒng)在手動(dòng)運(yùn)行階段時(shí)，合理使水泵停止或按下按鈕啟動(dòng)，就根據(jù)實(shí)際情況對(duì)1#4#泵的啟停進(jìn)行調(diào)控。但此方式通常是在變頻器發(fā)生故障和實(shí)施檢修時(shí)才會(huì)使用。

（2）1#泵電機(jī)會(huì)在系統(tǒng)操作啟動(dòng)開關(guān)時(shí)通電，變頻器輸出功率也會(huì)從0 hz開始上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器收到來自自壓力傳感器的信號(hào)，在進(jìn)行計(jì)算后再和給定壓力參數(shù)作比較，并把調(diào)節(jié)參數(shù)輸送給變頻器，如果壓力不足，就需要把變頻器的頻率調(diào)整到50 hz，1#泵則通過變頻有效地轉(zhuǎn)換成工頻，啟2#變頻，從而使變頻器的頻率慢慢上升到一定數(shù)值，加泵的運(yùn)行也如此；如果水量減少，為了使系統(tǒng)的運(yùn)行能夠保持平穩(wěn)，就要對(duì)PID調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并從最先開始啟動(dòng)的泵開始使水量減少。如果電源發(fā)生間歇性停電，那么系統(tǒng)就會(huì)停機(jī)；在電源正常后，系統(tǒng)的正常運(yùn)行就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，并且1#泵變頻也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，直到給定的水壓值的運(yùn)行恢復(fù)穩(wěn)定。通常用PLC檢測(cè)自動(dòng)供水的水池水位，如果水位比預(yù)定的水位高，水池到水管的閥門就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；如果水位比預(yù)定的報(bào)警水位低，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出的缺水的報(bào)警信號(hào)。此系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟啟動(dòng)、循環(huán)變頻、停止的所有運(yùn)行，而變頻自動(dòng)功能就是此系統(tǒng)的最基本功能。

3.變頻調(diào)速技術(shù)和PLc技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)和傳統(tǒng)的供水技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)電，節(jié)能量大概是10%-40%，這是它最顯著的優(yōu)點(diǎn)。（2）可對(duì)其靈活調(diào)控，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、分段供水。（3）運(yùn)行可靠安全，水管不易破裂。（4）用水衛(wèi)生，有效防止水被“二次污染”。（5）可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，維護(hù)電壓穩(wěn)定。（6）占地少，投資回收期較短。（7）有效實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)功能。

4.結(jié)語

變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了供水質(zhì)量，而且還在一定程度上有效地節(jié)約了用電量。因此，大力推廣變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)，一定能使人們的生活生產(chǎn)更加方便。