關于變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析

王建榮 陳曉磊

摘 要：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，采用變頻調速運行方式，根據(jù)水壓的變化，自動調節(jié)水泵電動機的轉速和加減泵，實現(xiàn)恒壓供水。

關鍵詞：可編程控制器;變頻調速;恒壓供水

在居民生活用水、工業(yè)用水、各類自來水廠、油田、油庫、鍋爐定壓供熱和恒壓補水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中，如果采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設備，不單占地面積和設備投資大，維護困難，且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水的量的隨機性，采用傳統(tǒng)方法難以保證供水的實時性，且水泵的選取往往是按最大供水量來確定，而高峰用水時間較短，這樣水泵在很長一段時間內有較大余量，不僅水泵效率低，供水壓力不穩(wěn)，而且造成大量電力浪費。 而基于PLC和變頻器采用串行總線方式通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)， 采用變頻調速方式，自動調節(jié)水泵電機轉速，保持供水壓力的恒定。在用水低谷時投入小流量泵，降低電能損耗。當變頻器故障時，仍能自動運行，保證不間斷供水，同時故障消除后能自動起動，實現(xiàn)無人值守全自動運行。這種可編程控制器控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)，它既能解決人工操作的繁雜勞動和精神壓力，又能節(jié)約能源。

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)有 PLC控制器、觸摸屏顯示器、變頻調速器、壓力變送器、水位變送器、交流接觸器等其它電控設備，以及三臺水泵（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設置）和一臺小流量泵等構成。供水系統(tǒng)總出水管上安裝壓力變送器，檢測水壓力。蓄水池安裝液位變送器，PLC具有模擬量輸入檢測模塊，檢測壓力變送器和液位變送器輸出的信號，將檢測的壓力信號與設定的壓力信號經過控制系統(tǒng)運算后，通過控制變頻器的輸出頻率，來調整電動機的轉速，保持供水壓力的恒定。，這樣就構成了以設定壓力為基準的壓力閉環(huán)系統(tǒng)：自動檢測水池水位信號與設定的水位低限比較，輸出水位低報警信號或直接停機。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實際供水壓力、設定供水壓力和各泵的工作狀態(tài)等信息;可以通過觸摸屏在線修改設定供水壓力和控制水泵的運行。該系統(tǒng)還設有多種保護功能，尤其是強電邏輯硬件互鎖功能，能正常供水，還可以做到無人值守。

該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式。選擇手動運行方式時，按啟動按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時時使用。在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，如果水池水位符合設定水位要求，一號泵變頻交流接觸器吸合，電機與變頻器連通，變頻器輸出頻率從 0赫茲開始上升，此時壓力變送器檢測壓力信號反饋給PLC，經PLC運算后，控制變頻器的頻率輸出;如壓力不夠，則頻率上升到50赫茲，延時一定時間后，將一號泵切換為工頻，二號泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動二號水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設定壓力，以此類推，增加水泵。

如果用水量減小，出水壓力超過設定壓力，則 PLC控制變頻器 ，降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力 .如果變頻器輸出頻率低于某一設定值（水泵出水頻率一般為25赫茲），而出水壓力仍高于設定壓力值時，PLC開始計時，若在一定時間內，出水壓力降低到設定壓力，PLC放棄計時，繼續(xù)變頻調速運行;若在一定時間內出水壓力仍高于設定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達到設定值。對于國居民生活供水和其他用水時段性較強的供水系統(tǒng)，可設置一臺小流量水泵。

在自動供水的過程中，PLC實時檢測水池水位。若水位低于設定的報警水位時，蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號;若水位低于設定的停機水位時，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機報警信號;若水池水位高于設定的水池上限水位時，系統(tǒng)會自動關斷水池給水管電動閥門。

有時電源會突然斷電，若無人值班，恢復供電后熱系統(tǒng)無法啟動會造成斷水，為此，本系統(tǒng)設置了通電后自動變頻啟動方式。在電源恢復后，PLC會發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動運行方式變頻啟動一號泵，直到穩(wěn)定的運行至給定水壓值。當出現(xiàn)消防報警信號時，系統(tǒng)立即按照消防壓力運行。

當變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機，然后一號泵工頻運行，經一定延時后根據(jù)壓力變化情況，再使二號泵工頻運行。此時，PLC切換泵是根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵間切換。當出現(xiàn)水池無水停機，電動機欠壓、過壓、錯相、電機故障等情況時，蜂鳴器均能發(fā)出警報聲。條件許可時， 還可添加控制模塊，在變頻器、電動機發(fā)生故障時，能通過遠程通信口撥打叫值班人員電話，通知有關人員前來維修，所有故障解決恢復正常后，自啟動前也要發(fā)出報警信號。

總之，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，采用變頻調速運行方式，根據(jù)水壓的變化，自動調節(jié)水泵電動機的轉速和加減泵，實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能降耗。況且系統(tǒng)增加了小流量泵，能延長主泵電動機的使用壽命。變頻器故障后仍能自動運行，基本保證不間斷供水，同時，采用 PLC與變頻器通訊的方式控制變頻器運行，具有一定的先進性。