變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

徐青青

(宿遷學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇宿遷 223800)

水是人類不可缺少的資源。供水的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響著人們的正常工作和生活。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于目前能源日益緊缺的現(xiàn)狀能起到緩解的作用，所以設(shè)計(jì)該系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生［1］。

1 變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、PID控制器、壓力傳感器和水泵電動(dòng)機(jī)等部分組成。系統(tǒng)通過檢測(cè)水泵電動(dòng)機(jī)的出口水壓，將其信號(hào)送至壓力傳感器，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過數(shù)模(A/D)轉(zhuǎn)換，作為變頻器的輸入信號(hào)，控制變頻器頻率和轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大;當(dāng)用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)減小，這樣就保證了用戶對(duì)水壓和水量的要求［2］，同時(shí)達(dá)到了“用多少水，供多少水”的目的。變頻恒壓供水系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理框圖

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)分為主電路和控制電路兩大部分。

a．主電路。

變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路如圖2所示。主電路工作在工頻/變頻兩種模式下，KM2，KM4，KM6，KM7分別為電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3，M4工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。KM1，KM3，KM5分別為電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4分別是4臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)用的熱繼電器［3］。

圖2 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖

b．控制電路。

變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制電路如圖3所示。由于考慮到強(qiáng)電和弱電之間的切換，所以在工頻/變頻之間進(jìn)行互鎖環(huán)節(jié)的設(shè)置，這樣可以使設(shè)定的壓力值自動(dòng)作適當(dāng)調(diào)整，以避免在工頻/變頻之間頻繁切換?？刂齐娐酚深l率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算信號(hào)放大的“驅(qū)動(dòng)電路”和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成［4-5］。

3 變頻恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作過程

圖3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖

變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作過程簡(jiǎn)述如下：首先起動(dòng)輔助泵穩(wěn)壓供水，通過壓力變送器把壓力信號(hào)變?yōu)?～20mA信號(hào)送至變頻器。系統(tǒng)通過變頻器來控制水泵的轉(zhuǎn)速，通過管網(wǎng)水壓來調(diào)節(jié)供水量。根據(jù)用水量的不同，變頻器可對(duì)水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著變頻器的工作頻率的不同，在變頻器中設(shè)定上限和下限檢測(cè)值。當(dāng)水壓增大，達(dá)到上限值，無法滿足用水需求時(shí)，PLC通過變頻器起動(dòng)1#主水泵，關(guān)閉其他輔助泵，通過PID控制器來調(diào)節(jié)1#水泵。當(dāng)1#水泵仍然不能滿足要求時(shí)，PLC發(fā)出1#水泵停止的信號(hào)，同時(shí)起動(dòng)2#水泵，這時(shí)1#水泵轉(zhuǎn)換為工頻恒速，2#水泵處于變頻軟起動(dòng)狀態(tài)，1#和2#水泵并聯(lián)運(yùn)行，但是只有2#水泵處于變頻狀態(tài)。如果還不能滿足需求，按照循環(huán)步驟繼續(xù)增泵，但是在增泵過程中，始終保持一臺(tái)水泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)［6］。

3.2 軟件部分設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由主程序和子程序組成。主程序包括上電初始化程序、水泵起動(dòng)程序、水泵變頻/工頻切換程序、加減水泵臺(tái)數(shù)程序、報(bào)警程序［7］。圖4為恒壓供水系統(tǒng)的主程序流程圖。其余程序流程圖略。

圖4 恒壓供水系統(tǒng)的主程序流程圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的變頻恒壓供水系統(tǒng)，其中水泵電動(dòng)機(jī)是采用軟起動(dòng)方式，避免電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流沖擊，這樣可延長(zhǎng)水泵電動(dòng)機(jī)的使用壽命。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便，對(duì)于操作人員不要求具備專業(yè)的水處理知識(shí)，只需根據(jù)操作說明書和操作規(guī)程就可以對(duì)整個(gè)水廠進(jìn)行操作管理。因此，本文設(shè)計(jì)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用較普遍。

［1］ 李景魁．基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．煤礦機(jī)械，2012，33(10)：147-148．

［2］ 海心．電氣控制與PLC［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

［3］ 鄭鳳翼．圖解西門子S7-300/400系列PLC入門［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2010．

［4］ 郁漢琪．電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［M］．南京：東南大學(xué)出版社，2008．

［5］ 宋須彤．我國(guó)城市發(fā)展有關(guān)問題分析［J］．城鎮(zhèn)供水，2001(2)：32-35．

［6］ 王廷才．變頻器原理及應(yīng)用［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

［7］ 宋柏生．PLC系統(tǒng)配置及軟件編程［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2008．