变频恒压供水系统的设计及应用

徐青青

(宿迁学院机电工程系，江苏宿迁 223800)

水是人类不可缺少的资源。供水的稳定性、经济性直接影响着人们的正常工作和生活。由于变频恒压供水系统对于目前能源日益紧缺的现状能起到缓解的作用，所以设计该系统便应运而生［1］。

1 变频恒压供水系统工作原理

变频恒压供水系统由变频器、PID控制器、压力传感器和水泵电动机等部分组成。系统通过检测水泵电动机的出口水压，将其信号送至压力传感器，转换为模拟信号，通过数模(A/D)转换，作为变频器的输入信号，控制变频器频率和转速。当用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大;当用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了用户对水压和水量的要求［2］，同时达到了“用多少水，供多少水”的目的。变频恒压供水系统原理框图如图1所示。

图1 变频恒压供水系统原理框图

2 变频恒压供水系统的硬件设计

变频恒压供水系统硬件电路的设计分为主电路和控制电路两大部分。

a．主电路。

变频恒压供水系统主电路如图2所示。主电路工作在工频/变频两种模式下，KM2，KM4，KM6，KM7分别为电动机M1，M2，M3，M4工频运行时接通电源的控制接触器。KM1，KM3，KM5分别为电动机M1，M2，M3变频运行时接通电源的控制接触器。FR1，FR2，FR3，FR4分别是4台水泵电动机的过载保护用的热继电器［3］。

图2 变频恒压供水系统主电路图

b．控制电路。

变频恒压供水系统的控制电路如图3所示。由于考虑到强电和弱电之间的切换，所以在工频/变频之间进行互锁环节的设置，这样可以使设定的压力值自动作适当调整，以避免在工频/变频之间频繁切换。控制电路由频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压/电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算信号放大的“驱动电路”和电动机的“保护电路”组成［4-5］。

3 变频恒压供水系统软件设计

3.1 变频恒压供水系统的工作过程

图3 变频恒压供水系统控制电路图

变频恒压供水系统的工作过程简述如下：首先起动辅助泵稳压供水，通过压力变送器把压力信号变为4～20mA信号送至变频器。系统通过变频器来控制水泵的转速，通过管网水压来调节供水量。根据用水量的不同，变频器可对水泵的转速进行调节。随着变频器的工作频率的不同，在变频器中设定上限和下限检测值。当水压增大，达到上限值，无法满足用水需求时，PLC通过变频器起动1#主水泵，关闭其他辅助泵，通过PID控制器来调节1#水泵。当1#水泵仍然不能满足要求时，PLC发出1#水泵停止的信号，同时起动2#水泵，这时1#水泵转换为工频恒速，2#水泵处于变频软起动状态，1#和2#水泵并联运行，但是只有2#水泵处于变频状态。如果还不能满足需求，按照循环步骤继续增泵，但是在增泵过程中，始终保持一台水泵运行在变频状态［6］。

3.2 软件部分设计

系统软件由主程序和子程序组成。主程序包括上电初始化程序、水泵起动程序、水泵变频/工频切换程序、加减水泵台数程序、报警程序［7］。图4为恒压供水系统的主程序流程图。其余程序流程图略。

图4 恒压供水系统的主程序流程图

4 结束语

本文设计的变频恒压供水系统，其中水泵电动机是采用软起动方式，避免电动机起动时的电流冲击，这样可延长水泵电动机的使用寿命。该系统在实际应用中，运行维护简单方便，对于操作人员不要求具备专业的水处理知识，只需根据操作说明书和操作规程就可以对整个水厂进行操作管理。因此，本文设计的变频恒压供水控制系统适应性较强，应用较普遍。

［1］ 李景魁．基于PLC的机械手控制系统设计［J］．煤矿机械，2012，33(10)：147-148．

［2］ 海心．电气控制与PLC［M］．北京：机械工业出版社，2008．

［3］ 郑凤翼．图解西门子S7-300/400系列PLC入门［M］．北京：电子工业出版社，2010．

［4］ 郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术［M］．南京：东南大学出版社，2008．

［5］ 宋须彤．我国城市发展有关问题分析［J］．城镇供水，2001(2)：32-35．

［6］ 王廷才．变频器原理及应用［M］．北京：机械工业出版社，2009．

［7］ 宋柏生．PLC系统配置及软件编程［M］．北京：中国电力出版社，2008．