變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應用

李亮

摘要：重點介紹變頻調(diào)速技術在恒壓供水領域內(nèi)的應用，通過對電機調(diào)速方式、變頻器特有的V/f變頻調(diào)速性能以及供水系統(tǒng)的閉環(huán)控制方式進行分析，經(jīng)過現(xiàn)場的實際應用，變頻恒壓供水系統(tǒng)依據(jù)用水量的變化可自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，可降低供水企業(yè)生產(chǎn)耗電成本、提高管理水平和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：壓力；供水；轉速；變頻器；PID

1、供水系統(tǒng)分析及變頻器的特點

人們在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關系到人類幸福指數(shù)的核心物質。隨著社會的發(fā)展，人口數(shù)量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進展，人均日用水量也在急劇增加，使得在用水高峰期供水壓力不足，高層的建筑上不去水，而低峰期則壓力過高，又造成能源浪費。而壓力過高也存在著安全隱患，易造成爆管事故，同時影響正常供水和居民用水，給居民生活帶來不便。

社會的發(fā)展也伴隨著科技的創(chuàng)新，居民用水面臨的上述問題能夠得到很好的解決。為此，設計出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統(tǒng)保持供水壓力恒定，使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量多，用水量少時供水量也少。這樣就滿足了在不同用水量狀況時總能保持供水管網(wǎng)中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。

變頻技術是應交流電動機無級調(diào)速的需要而誕生的，變頻器是把電網(wǎng)提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，以實現(xiàn)交流電動機平滑變速運行的設備。（三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p（1一s），f即為電源頻率P為電機極對數(shù)s代表轉差率）交流電動機變頻調(diào)速技術是一項廣泛應用的節(jié)能技術，它可以實現(xiàn)設備的軟起動和軟停止，降低對電網(wǎng)的沖擊，同時也降低了設備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時減少了機械磨損，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定、長周期運行。

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成及控制原理

2.1硬件的功能壓力傳感器

壓力傳感器是將測得的壓力信號轉換成電信號的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應用于各種工業(yè)自控環(huán)境中。壓力傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的控制質量。變頻供水系統(tǒng)中的壓力傳感器一般采用電阻式傳感器或壓力變送器，壓力傳感器的輸出信號傳遞到變頻器。

可編程序控制器fProgrnmmableLogicControllerl，也稱為可編程邏輯控制器，簡寫為PLC。是整個恒壓供水系統(tǒng)的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎，綜合計算機、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。它使用可編寫程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態(tài)進行檢測、并對輸入的數(shù)據(jù)進行運算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學、工作可靠性高、安裝維護方便等特點。

變頻器是一種將電網(wǎng)供電頻率50Hz的交流電轉換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的電氣設備，是輸出頻率可調(diào)的電源。因為異步電動機的轉速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動機供電電源的頻率f，可以實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速。在恒壓供水系統(tǒng)中變頻器接收來自傳感器采集的壓力信號，通過變頻器內(nèi)部自帶的采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設定的壓力構成閉環(huán)，對終端設備電機（水泵）進行控制，以達到水泵恒壓力供水的要求。

水泵組把電動機和水泵連成一體，通過調(diào)節(jié)電動機的轉速來控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統(tǒng)的執(zhí)行機構。恒壓供水系統(tǒng)中通常設置多臺水泵（3臺為例），供水量大時開啟3臺，供水量小時開1臺或2臺。每臺水泵的出水管均有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用。水泵組中的水泵統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，以滿足供水需要。

2.2變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制原理

壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力，將壓力信號轉換為標準電信號送進變頻器的模擬量輸入端，與設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內(nèi)置的PID運算將結果轉換為頻率調(diào)節(jié)信號，以調(diào)整水泵電動機的電源頻率，進而實現(xiàn)控制水泵轉速，調(diào)節(jié)了供水系統(tǒng)的供水量，達到恒壓供水的目的。

自動運行時，由PLC控制電動機的工頻運行和變頻運行繼電器，依據(jù)條件進行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運行先啟動1#泵，當用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網(wǎng)恒速運行，同時啟動2#泵并進入變頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止；如果用水量繼續(xù)增加，當2#泵加速運行變頻器輸出頻率達到工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)恒速運行，同時3#水泵啟動變頻運行，系統(tǒng)對水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止；當用水量下降水壓增高時，變頻器輸出頻率降到啟動頻率而水壓仍高于設定值，停止該水泵的運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設定值；當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運行，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。

結束語：

綜上所述，利用變頻器恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)水泵電機的無級調(diào)速，從而消除供水系統(tǒng)中因起動和制動過程中動態(tài)轉矩太大而引起的水錘效應，加強了對電機的保護，延長了水泵和管道系統(tǒng)的壽命；避免了啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊，平均轉速降低后，在一定程度上節(jié)省了電能，節(jié)約了因多余耗電而產(chǎn)生的生產(chǎn)成本；而且還在一定程度上提高了恒壓供水系統(tǒng)的自動化控制程度，使得設備運行及供水更加安全，降低了設備操作人員的勞動強度，提高了供水企業(yè)的經(jīng)濟效益。