关于变频恒压供水系统的理论分析

王建荣 陈晓磊

摘 要：变频恒压供水控制系统，采用变频调速运行方式，根据水压的变化，自动调节水泵电动机的转速和加减泵，实现恒压供水。

关键词：可编程控制器;变频调速;恒压供水

在居民生活用水、工业用水、各类自来水厂、油田、油库、锅炉定压供热和恒压补水喷淋及消防等供水系统中，如果采用传统的水塔、高位水箱、气压增压等设备，不单占地面积和设备投资大，维护困难，且不能满足高层建筑、工业、消防等高水压、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水的量的随机性，采用传统方法难以保证供水的实时性，且水泵的选取往往是按最大供水量来确定，而高峰用水时间较短，这样水泵在很长一段时间内有较大余量，不仅水泵效率低，供水压力不稳，而且造成大量电力浪费。 而基于PLC和变频器采用串行总线方式通讯的变频恒压供水系统， 采用变频调速方式，自动调节水泵电机转速，保持供水压力的恒定。在用水低谷时投入小流量泵，降低电能损耗。当变频器故障时，仍能自动运行，保证不间断供水，同时故障消除后能自动起动，实现无人值守全自动运行。这种可编程控制器控制的变频恒压供水系统，它既能解决人工操作的繁杂劳动和精神压力，又能节约能源。

变频恒压供水控制系统有 PLC控制器、触摸屏显示器、变频调速器、压力变送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备，以及三台水泵（水泵数量可以根据需要设置）和一台小流量泵等构成。供水系统总出水管上安装压力变送器，检测水压力。蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器和液位变送器输出的信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过控制系统运算后，通过控制变频器的输出频率，来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定。，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统：自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较，输出水位低报警信号或直接停机。触摸屏显示器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力、设定供水压力和各泵的工作状态等信息;可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，能正常供水，还可以做到无人值守。

该系统具有手动和自动两种运行方式。选择手动运行方式时，按启动按钮泵或停止按钮，可根据需要而分别启停各水泵。这种方式仅供检修或控制系统出现故障时时使用。在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，如果水池水位符合设定水位要求，一号泵变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变频器输出频率从 0赫兹开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈给PLC，经PLC运算后，控制变频器的频率输出;如压力不够，则频率上升到50赫兹，延时一定时间后，将一号泵切换为工频，二号泵变频交流接触器吸合，变频启动二号水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，以此类推，增加水泵。

如果用水量减小，出水压力超过设定压力，则 PLC控制变频器 ，降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力 .如果变频器输出频率低于某一设定值（水泵出水频率一般为25赫兹），而出水压力仍高于设定压力值时，PLC开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，PLC放弃计时，继续变频调速运行;若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，根据先投先停的原則，PLC将停止正在运行的水泵中运行时间最长的工频泵，直至出水压力达到设定值。对于国居民生活供水和其他用水时段性较强的供水系统，可设置一台小流量水泵。

在自动供水的过程中，PLC实时检测水池水位。若水位低于设定的报警水位时，蜂鸣器发出缺水报警信号;若水位低于设定的停机水位时，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并发出停机报警信号;若水池水位高于设定的水池上限水位时，系统会自动关断水池给水管电动阀门。

有时电源会突然断电，若无人值班，恢复供电后热系统无法启动会造成断水，为此，本系统设置了通电后自动变频启动方式。在电源恢复后，PLC会发出指令，蜂鸣器发出警告，然后按自动运行方式变频启动一号泵，直到稳定的运行至给定水压值。当出现消防报警信号时，系统立即按照消防压力运行。

当变频器突然发生故障，蜂鸣器报警，PLC发指令使全部水泵停机，然后一号泵工频运行，经一定延时后根据压力变化情况，再使二号泵工频运行。此时，PLC切换泵是根据实际水压的变化在工频泵间切换。当出现水池无水停机，电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时，蜂鸣器均能发出警报声。条件许可时， 还可添加控制模块，在变频器、电动机发生故障时，能通过远程通信口拨打叫值班人员电话，通知有关人员前来维修，所有故障解决恢复正常后，自启动前也要发出报警信号。

总之，变频恒压供水控制系统，采用变频调速运行方式，根据水压的变化，自动调节水泵电动机的转速和加减泵，实现恒压供水，节能降耗。况且系统增加了小流量泵，能延长主泵电动机的使用寿命。变频器故障后仍能自动运行，基本保证不间断供水，同时，采用 PLC与变频器通讯的方式控制变频器运行，具有一定的先进性。