基于變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的設計

摘 要：隨著現(xiàn)代話信息技術的不斷進步，使得變頻調速技術隨之出現(xiàn)，并且被各行各業(yè)廣泛的應用到生產的各個領域中。同時，本技術被廣泛的應用是因為變頻調速恒壓供水設備自身存在安全、水質高、節(jié)能等優(yōu)勢和特色，并且其在日常生活中發(fā)揮出很大的作用，因此其在現(xiàn)實生活中的應用非常普遍。本文主要是根據變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的運行原理，探索和分析了ABB ACS510的供水專用的變頻器的相關功能，以及探討了新型的恒壓供水系統(tǒng)的有關理念和設計方案。

關鍵詞：變頻器；恒壓供水；系統(tǒng)；設計

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1 傳統(tǒng)的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)相關的基本原理概述

在一般情況下，隨著社會生產需求的不斷增加，從而也使得傳統(tǒng)的變頻調速系統(tǒng)在現(xiàn)實的社會生活中應用非常廣泛，而這種供水系統(tǒng)的主要組織機構部分有：水泵組、壓力儀表、循環(huán)軟啟動變頻柜、管路系統(tǒng)等。同時，該系統(tǒng)內部中的變頻調速器、低壓電器，以及PLC部分構成了變頻柜。而具體的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計方案如下圖1所展示的內容。

從理論上來分析，通常情況下，利用變頻器是為了給整個系統(tǒng)中的電機提供一定的可變頻率的電源，并使得電機利用該系統(tǒng)發(fā)出的電來促使電機能夠實現(xiàn)無級調速，最終實現(xiàn)管網中的水壓可以達到連續(xù)而變化的狀態(tài)。同時，通過利用傳感器來實現(xiàn)對管網水壓的檢測，并且利用對壓力單元原先設定好的數值來實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)中產生的水壓值的需求和期望[1]。其中，常規(guī)的控制有兩種。一種控制方式是通過在可編程控制器中輸入壓力設定信號和壓力反饋信號之后，并且經過可編程控制器自身的PID控制程序的一系列計算，最終實現(xiàn)把轉速控制信號傳遞給變頻器的過程。另外一種控制方式是在PID回路調節(jié)器中導入壓力設定信號和壓力反饋信號，然后再由PID調節(jié)器在經過自身調節(jié)器的計算之后，最終實現(xiàn)把給轉速調節(jié)信號傳遞變頻器的過程。在通常的系統(tǒng)運行過程中，需要利用一至三臺的水泵來實現(xiàn)對供水設備的控制，而在這其中有一至二臺的水泵是用來工作的，另外的一臺是用來以備不時需的。此外，在所有運行的水泵中，有一臺水泵會被用來作為變頻泵。對于該水泵的具體的運行原理大致如下：在整個系統(tǒng)運行中，當供水設備在正式進行開始工作之前，需要首先啟動變頻泵的開關，并且當系統(tǒng)中管網的水壓達到原先設定的規(guī)定值的最大范圍時，此時需要將其數據值穩(wěn)定在某個特定的范圍內。同時，由于水壓值會隨著水量的不斷增加而逐漸的降低，而這一信號會被接收隨即被傳入到系統(tǒng)的可編程控制器中或者是PID調節(jié)器中，進而經過上述系統(tǒng)部件之后的信號會出現(xiàn)提示并轉變?yōu)橐粋€比用水量增加前大的信號，最終出現(xiàn)變頻器的輸出頻率不斷上升，并且使得水泵轉動的速度變快，進而出現(xiàn)水壓值持續(xù)升高的現(xiàn)象。此外，如果水泵中出現(xiàn)用水量增加的情況，促使其輸出的頻率不斷上升并到達最大值，但管網的水壓值卻還是無法到達最初設定的數值時，此刻就需要利用上述兩種方式來實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的控制、啟動一臺工頻泵。與之相反的是，如果出現(xiàn)用水量減少的情況，變頻器的輸出頻率值會達到最小，此時可編程控制器或者是PID回路調節(jié)器會提示減少一臺工頻泵[2]。

在上圖1所示的設計圖中，M1～M3是電機，P1～P3是水泵，JC1～JC6是電機上的開關、暫停，以及切換使用的交流接觸器部位。同時，通過根據變頻器實際的運行情況來作分析，其轉速所需要用的控制信號主要是通過該系統(tǒng)中的可編程控制器而發(fā)出的，因此，需要在可編程控制器上設計出模擬量輸入接口和模擬量輸出接口的安裝部位，以此來改善這一問題。目前，雖然我國信息技術得到了迅速的發(fā)展，但是在我國的市場上，存在的帶有模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器的數量還是比較少的，所以其的價格是非常昂貴的，這在無形中會提高了購買供水設備的預算成本[3]。但是，如果僅僅只是單純的設計出一個開關來控制輸入或輸出的可編程控制器，是不足以滿足社會生產的需求的，但是其總的經濟成本也是同上者一致的。因此，在對變頻調速恒壓供水控制設備進行前期的設計和規(guī)劃時，尤其是需要特別的注意對PID控制信號部分的設計，以此來實現(xiàn)節(jié)電節(jié)水，降低供水設備的目的。

2 新型變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計

為了充分的改善PID調節(jié)器和可編程器的不足，并且擴展其特色功能，越來越多的公司開始開發(fā)更多的新型的變頻器，從而促使了越來越多帶有應用軟件的新型變頻器在人們的日常生活中廣泛的出現(xiàn)。本文主要以華為的TD2100供水專用變頻器為例，并作出相關介紹。

2.1 ABB ACS510供水專用變頻器主要功能

ABB ACS510供水專用變頻器是集合供水控制和供水管理于一體的系統(tǒng)，并且其自身的PID調節(jié)器可以簡單、便捷的構成供水的閉環(huán)系統(tǒng)，其主要的功能有如下幾個方面：

（1）多種供水種類和方式的選擇，能夠保證四臺泵可以實現(xiàn)變頻循環(huán)和自由切換的功能。此外，由于該系統(tǒng)存在著循環(huán)泵方式和固定泵方式兩種切換方式，以及另外的先啟先停和先啟后停，并且所有的生產過程都是可以從這幾種方式間進行合理的搭配選擇。

（2）選擇固定的時段進行壓力設置。該系統(tǒng)劃分了六段定時壓力給定設置，并且通過利用生活供水的壓力和流量變化，最終實現(xiàn)用戶的滿足需求。

（3）固定的進行輪流和交換。該系統(tǒng)的主要特色是可以利用其定時輪換的功能來實現(xiàn)有效地控制和管理備用泵在長期不用的情況下而生銹的現(xiàn)象，從而來降低設備的經濟成本，實現(xiàn)設備的綜合利用。

（4）實現(xiàn)對排污泵的控制。該功能主要是由于變頻器自身帶有的霧水檢測液位的傳感器，因此，一旦出現(xiàn)泵房內部的污水到達所設定的最高警戒水位時，該系統(tǒng)便會自動開啟的實現(xiàn)排污、控制的功能。

（5）故障自動電話撥號功能。該功能可以在系統(tǒng)或者變頻器出現(xiàn)故障時，通過自身的通信接口來實現(xiàn)與外部設備的信號連接，以此來撥動原先設定的電話號碼，從而來通知相關的維修人員進行處理。

2.2基于ABB ACS510供水專用變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設計

通過在ABB ACS510供水專用變頻器的恒壓供水系統(tǒng)中增加PID運算，可以有效的減少可編程控制器的內部存儲量，而且可以有效的控制PID的有關數據參數在線上調試和運行的難度。此外，該系統(tǒng)的設計有效的降低了購買設備時的經濟成本和生產成本，同時又有力的提高了企業(yè)生產的社會效率。因此，利用優(yōu)化PID調節(jié)器算法的方式，可以確保水壓調節(jié)能夠平穩(wěn)和水壓反饋值的準確。

3 總結與展望

通常情況下，變頻調速恒壓供水設備是自帶的可編程控制器有輸入或者輸出兩種形式，此外還包括PID調節(jié)器，但是在實際的應用過程中，對于PID算法進行編程還是比較困難的，而且該設備的購買成本較高，調試的難度也大。但是，隨著我國現(xiàn)代化社會的改革進程不斷深入，促使了我國的信息技術得到了充分的發(fā)展，從而也對變頻器的功能進行了更大程度的開發(fā)，并且通過該技術的進步來實現(xiàn)對變頻調速恒壓供水設備設計的完善和創(chuàng)新，從而為人們的生活帶來更多的方便。另外一方面，由于變頻調速恒壓供水設備自身的投資額度較小，且系統(tǒng)運行機制安全、可靠，而設備的體積小，使得其占地面積也小。同時，該設備具有節(jié)電節(jié)水、自動化程度高、操作便捷等方面的優(yōu)勢。因此，在日常的生活中，變頻調速恒壓供水設備更多的被應用于住宅小區(qū)及其高層建筑生活消防供水系統(tǒng)中，并且充分的發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻

[1]張學輝，程顯吉，韓培成.基于PLC及變頻器的恒壓供水實訓系統(tǒng)開發(fā)[J].科技信息，2011，09：99-100.

[2]熊建國.基于PLC的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2013.

[3]彭旭昀.一種基于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)[J].機電工程技術，2005，10：61-63+105.