时间：2022-04-27 11:24:13
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇变频供水系统，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：变频恒压设计
中图分类号：S611文献标识码： A
变频恒压供水系统具有节能环保、安全可靠等特点得到广泛的应用。通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
一、变频恒压供水系统的主要结构及组成
本设计中，由PLC构成系统的控制机构，从系统的结构图，可以看出管网水压通过安装在总水管上的压力测量计测量，测得的压力值传送给压力变送器，压力变送器把测得的压力信号转换成电信号(模拟量)再传送给PLC，由于PLC不能直接处理模拟量，所以必须通过A/D转换模块，把模拟量转换成数字量后，再经过PLC内部PID程序运算处理，把PLC的运算结果通过D/A转换模块送至变频器控制端，从而调整变频器的输出频率、改变电机的转速，以达到维持水压的恒定。为了防止电机空转，通过安装在蓄水池中的液位计来检测液位状况，当液位过低时，电机停止工作。
二、控制系统的基本要求、组成和工作原理
变频恒压供水系统控制的基本要求如下：①供水压力基本恒定，换泵时的水压波动小；②共有4台水泵，3台主水泵，1台辅助泵；③变频器的速度以及工、变频运行由管网压力变送器来控制；④通过脉冲式水表可以完成用水量的计量；⑤通过组态监控系统实现稳定的住宅小区变频恒压供水控制过程。本系统是通过闭环控制系统达到控制管道内水压的作用，也就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。变频恒压供水系统由变频器、水泵、PLC以及压力变送器等构成闭环控制系统。其系统框图如图1所示
针对目前供水系统存在的问题：主要表现在用水高峰期，特别是早、晚两个时间段，正是人们烧饭洗衣服的时候，这时管网中的水的需求量大大高于供给量，水泵提供的管道中水的压力不断降低，出现供不应求的现象。除了早、晚两个时间段以外的时间，即用水低峰期，这时用水量大大降低，管网中水的需求量远远低于供给量，水泵提供的管道中水的压力不断升高，出现供过于求的现象，这样有可能使水管爆裂，甚至损坏用水设备，造成能源的浪费。本系统主要通过西门子PLC对水泵进行节能优化控制，通过西门子变频器调整水泵的运行状态和运行台数，达到稳定水压和节约电能的目的。系统通过压力变送器采集管道中水压信号，PLC采集到该信号后，由A/D转换模块将采集信号值与设定值进行比较，西门子PLC能够进行PID控制，PID是比例、积分、微分的缩写，比例调节的作用是能够加快调节速度，积分的作用是减小误差，从而消除静差，微分的作用是改善系统的动态性能。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。供水压力经PID调节后的输出量将通过交流接触器组切换后输出给水泵的电动机，最终由PLC根据频率变化来控制水泵的运行数量和工变频运行状态，以此来确保管道水压的稳定。变频恒压供水系统总体结构图如图2所示。
三、水泵装置的特性曲线
变频调速恒压供水系统中配置i台工作主泵(一般i=l～3台)、1台小泵及1个气压水罐。供水系统工作特性分析如图l所示。
为最不利配水点与水源最低水位的高程差，为最不利配水点的工作压力(水头)，曲线l为主泵在额定转速n。下的Q一H曲线高效区，曲线2为主泵在转速下的Q一H曲线高效区，曲线3为小泵在额定转速下的Q—H曲线高效区，曲线4为i台主泵在额定转速n。下的并联Q一H曲线；曲线5为管道特性曲线。曲线为通过曲线1左端点a的相似工况抛物线，曲线为通过主泵额定工况点()的相似工况抛物线，曲线为通过曲线l右端点b的相似工况抛物线。工况点()为供水系统最大流量与扬程，为供水系统的恒压值。
四、水泵及气压水罐的选择
小流量工况点的为主泵在调速后高效区运行的最小流量，亦为气压给水系统中小泵供水的最大流量，为气压给水系统的允许最低供水压力值，即小泵启动的理论最低压力值。为此，所选择的小泵的曲线高效段右侧通过工况点e点或在e点附近且不低于e点。在小泵的Q一H曲线高效段左侧确定一点，通过管道损失计算，使研的最大值不超过系统中配水点的最大供水压力限值。在小泵Q—H曲线高效段内合理确定气压水罐的最低工作压力值(不低于)和最高压力(不高于)，即合理确定气压水罐内的工作压力比。由及巩平均值，在小泵曲线上确定与其对应的小泵的流量，根据规范相关条款的要求，计算气压水罐的调节容积和气压水罐的总容积，即可选定气压水罐的型号。
五、系统硬件设计
以此为例：利用西门子MM420变频器、西门子S7-200PLC、压力变送器等器件构成闭环控制系统，以调节水泵的工变频情况，实现变频恒压供水。
3.1主电路电气原理图变频恒压供水系统总电路图，如图3所示，接触器KM1、KM3、KM5分别控制1#电机、2#电机、3#电机的变频运行，接触器KM2、KM4、KM6分别控制1#电机、2#电机、3#电机的工频运行，接触器KM7控制辅助泵的工频运行，PLC的模拟输出端子M、V控制变频器的运行。为了更好地保护电机的运行，在电路中加入热继电器，它的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。FR1、FR2为1#电机、2#电机过载保护用的热继电器，FR3、FR4为3#电机、辅助泵过载保护用的热继电器。
六、系统的软件设计
本供水系统主要用于住宅小区生活用水，其用水量主要集中在早、晚两个时间段，早上用水量主要集中在6点-9点这个时间段，晚上用水量主要集中在18点-22点这个时间段，除了这两个时间段以外，平时都处于低流量状态。与通常的工频气压给水设备相比，采用变频恒压供水系统实现低流量时的恒压供水节能效果可达30%。系统启动运行时，首先启动辅助泵工频运行供水，当用水量增大，当前管网压力小于系统设定压力时，1分钟后，PLC通过变频器启动l#水泵变频运行，同时关闭辅助泵的运行。在l#水泵变频运行（从0Hz向上调整）中，PLC根据水压变化进行PID调节来控制流量，维持水压。当1#水泵变频运行到50Hz时，如果用水量继续增加，当前管网压力仍小于系统设定压力时，1分钟后，由PLC给出控制信号，将l#水泵与变频器断开，l#水泵由变频运行转为工频运行，同时变频器启动2#水泵变频运行。
七、结论
变频恒压供水系统是将压力传感器提供的管网压力信号，传送给变频器，根据传感器的采样值与变频器的设定值进行比较，通过内置的PID功能进行数据处理，将处理结果作为变频器频率的给定输入，控制变频器的输出频率，从而控制水泵的转速，保持供水管道的压力恒定．在用水高峰期，居民用水量增加，管网压力随之下降，此时压力的变化通过PID运算后，最终应使变频器输出频率增加，使水泵电机转速增加或增加投入运行的水泵台数，以此来增加管网压力，保证供水能力。
参考文献
[1]王晓军，杨庆煊，许强.可编程控制器原理及应用【M】工北京北学工业出版社，2010.
关键词：恒压变频供水系统；自动控制；简析
中图分类号：F407文献标识码： A
随着经济社会的逐步发展、人民生活水平的不断提高，对于城市供水系统的可靠性以及供水质量的要求也在提升。利用先进的电气技术对供水系统实行自动化控制，能够满足整个城市的供水需求。与此同时，传统的PID控制方式存在着供水压力偏差、抗干扰能力差等缺点。因此，有必要在现有供水系统控制方式的基础上，研发一种新型的控制方式。
一、恒压变频供水系统的原理及应用
恒压变频供水系统的构成较为复杂，简而言之，可以分为以下几大主要部分：可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器以及其他控制器件。
恒压变频供水系统的工作原理为：通过用户家中安装的压力仪表，对用户端的压力信号进行实时的采集和反馈。然后，将信息反馈到可编程控制器（PLC），可控制编程器通过对反馈信息和设定压力值进行比较，然后通过一系列内部运算，按照运算结果对变频器的输出频率进行控制，从而实现调节水泵电机转速的目的，这样便可以实现用户供水情况的实时调节。
恒压变频供水系统的优势在于能够对供水管网进行实时调节，从而维持一个基本平衡的水压。恒压变频供水系统之所以得到广泛应用，主要是因为其既可以实现用户的稳定供水，又可以保证水泵电机的运转效率，即不会使水泵电机出现空转的现象。这样既减少了能耗，又节约了电能。（参见图1 ）
图1 恒压变频供水系统运行原理
二、恒压变频供水系统的自动控制策略
长期以来，对于恒压变频供水系统的自动控制，使用较多的是模糊控制策略。顾名思义，模糊控制策略就是建立在人的思维模糊性基础上，不依赖于被控对象数学模型的一种控制策略，模糊控制策略本质上属于专家控制方式。模糊控制策略通过对人脑的推理过程进行仿制，将以往恒压变频供水系统操作者的经验浓缩成一条条控制规则，对这些控制规则进行模糊处理，然后存储到计算机当中，由计算机根据这些控制规则实施恒压变频供水系统的自动控制。
模糊控制策略之所以能够得到广泛应用，主要是由于其自身具有的适应性强、调节时间短等优点。除此之外，模糊控制策略还具有结构简单、操作方便等优点。
与此同时，也应该看到，模糊控制策略自身也具有一些缺点，较为突出的是其静态性能较差。模糊控制策略静态性能较差这一缺点，容易导致恒压变频供水系统的实际供水压力达不到计算机的设定值。之所以会这样，主要是因为模糊控制策略使用的模糊控制器，其输入方式为误差及误差变化。因此，在输入过程中会导致积分控制的缺失，因而出现了静态性能不佳等一系列缺陷。总而言之，模糊控制策略最大的缺陷就在于不能够很好地对恒压变频供水系统的压力误差进行消除。
三、基于GA优化的供水系统模糊PID复合
模糊控制策略虽然具有以上缺点，但不可否认的是，其具备良好的动态性能以及快速响应能力。因此，想要实现恒压变频供水系统自动控制的优化，可以将PID控制策略引入到模糊控制策略中，这样既能够发挥模糊控制策略自身的优势，又能够提升其静态性能及调整精确性。这就是当前恒压变频供水系统使用较多的自动控制策略：模糊PID复合控制策略。（参见图2 ）
图2 模糊PID复合控制策略
这种控制策略的优势在于能够将控制器应用到供水系统中，从而实现了恒压变频供水系统的复合控制。
基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其优势在于将模糊控制策略、PID控制策略及遗传算法融合起来。既能够保证恒压变频供水系统的适应性与操作性，又能够做到对其响应速度、供水质量及静态性能进行提升。特别是对于一些用水量波动较大的高层建筑来说，基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其控制效果提升更加明显。除此之外，该控制策略不需要对传统的恒压变频供水系统进行硬件方面的改动，仅仅需要对其进行控制策略上的改进，即实行相应的软件编制即可。因而，该控制策略可广泛应用于住宅小区、高层建筑和其他对供水质量要求较为严苛的场所。
结束语：
本文主要对恒压变频供水系统的自动控制进行了分析。在分析其工作原理和应用效果的基础上，对以往使用较多的模糊控制策略进行了分析。并且结合模糊分析策略的优缺点，分析了新型的基于GA优化的模糊PID复合控制策略的优势所在。希望通过本文的分析，能够给我国的恒压变频供水系统自动控制研究提供一些参考，从而进一步推动我国恒压变频供水系统的快速发展，进而使我国的城市供水系统能力得到全面提升。
参考文献：
关键词：变频器；恒压补水；PLC系统；电动机；自动控制
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.186
0 引言
伴随着近几年我国房地产行业的快速发展和我国各级城市城镇化速度的加快，以及我国工业和经济的快速发展、城市建设的飞速发展、城市人口显著增多，人们对生活水平的要求也不断提。对城市的供水系统、供暖系统及消防系统的要求逐渐增高，对系统的质量、稳定性等要求的也越来越高。再加上现阶段我国能源紧缺，城市污染严重，所以利用先进的自动化控制技术以及信号反馈技术结合电机动力技术，设计出性能高、节能性强又能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。
现阶段大多数变频器恒压自控供水系统大致由外部控制台安装的可调节控制器、控制柜内的编程变频器、一台或多台水泵组成的电机组、远程压力信号传感器、和控制柜等电器元件构成。系统大多数采用一台变频器拖动一主一备双泵体形式，也可以根据需要设计一台变频器拖动一台或者托动多台电机泵体，主要根据现场情况设计而定。该系统以供水系统管道出口的水压为控制目标和检测反馈信号的对象，通过设计的自控供水系统控制，实现供水主管道的实际供水压力稳定在需求设定的供水压力。因此，简单来说变频恒压自控供水系统的目标就是使供水管道出口供水实际压力稳定在需求组设定的供水压力上，当实际供水压力低于或者高于设定压力，远传压力信号传感器反馈的信号会按比例转换成电压或者电流反馈给系统的主体可编程变频器，随即变频器会根据反馈信号的大小自动增高或降低当前的输出频率使输出电机的转速增大或降低，从而提高或降低供水压力，当然变频器的此种调节是根据反馈的信号大小，即实际压力与设定压力的差值来调节输出频率值的，可以根据需要设定变频器调节输出频率的下限跟上限值。当反馈频率达到设定压力时变频器会自动停止输出频率使水泵停止运转。这种调节过程可被重复执行，总使供水管道出口的实际压力和设定压力一直保持相对平等状态。
由于变频器自控补水系统应用领域非常广，设备也比较繁琐，所以介绍变频控制电机水泵的恒压供水系统重点并做简要分析：
1 变频器恒压供水系统的基础设计思路
在变频器恒压供水系统的设计时，可以采用一台变频器连接单一电动机或者几台电动机，现阶段大多的恒压供水系统都采用一拖二的方式，即一台电机与变频输出电源连接作为主泵，另一台电机通过控制线路连接变频器TA、TB两个常开触点，并进行设定，当实际压力值远低于设定压力值时备用泵就会启动。在设计时要注意各个电机的输入电流前面需要接入一个断路保护器，用来实现变频器的工频状态的电机过流、过热保护。电机当前的工作电压和电流可在变频器面板上查看，在试运行行发现旋转方向与设定不一致时，需要调换输出端子（U， V， W）的任意两相即可，尽量不要通过变频器的FWD跟REV来调节，一定注意对于有工/变频转换的两种状态的电动机，必须要保证在工频拖动和变频拖动两种情况下电机旋向的一致性。
2 变频器恒压供水系统的基本控制方式与编程
变频器的起动和停止主要采用变频器的控制面板完成，在操作中无论是变频器自带的控制面板上的运行和停止键（FWD、REV）或者是外控端的启动键一定要与使用转向一致。在设计时如果该系统输入、输出电流过大一定要按照设计要求采用相应规格的电缆并做电磁隔离和强弱电间的保护程序，在交流接触器之间采用中间继电器胡锁程序来实现强电和弱电之间的隔离以方便控制，对系统保护。所有控制电路之间要存在互锁关系，利用组内互锁和组间互锁两种关系，严禁出现几台电动机同时工作和一台电动机同事接在工频电源和变频电源的情况。变频器控制恒压供水系统还需要根据所应用场合进行编程设计，一般最主要的即输入设定压力、输入启动频率、启动方式、上下限频率等，还可根据拖带水泵方式选择中间继电器来实现控制多台水泵机的运行方式。在进行控制电路设计时还应该设计系统阀门和当前工作状态，以及故障状态指示灯的设计，这些可以根据与变频器输出端子相联的中间继电器或者连接输出电流的交流接触器的常开触点的断开/闭合状态来实现相应指示灯的点亮和熄灭，显示当前系统电机的工作状态或故障状态。
3 变频器恒压供水系统远程压力信号传感器的设计
变频器的反馈信号的输入是依远程压力传感器检测的管网压力信号，一般以标准校验过的远传压力表的0～l0V的电压信号或以4～20mA电流信号进行传输的。按照变频器要求一般接到V+、VI、GND实现远程信号的反馈：控制系统原件的设计除了要考虑所需端子数目外，还要考虑控制系统实际需求外，要留有一定的余量，必要时可加外接继电器控制和接线端子，以为新设备的加入或设备调整留有余地。现阶段的变频器主程序的现场编程工作基本由厂家安装技术人员完成，除了需要对恒压供水模拟量（压力）设定外，还需要对变频器设置系统的反馈信号方式、反馈信号模拟量比例系数、启动频率、控制方式、运转方式、主副泵供水方式等设定以构成一套完成可操作的PLC恒压供水控制系统。
随着我国城市建设中各种工程的技术发展以及变频器被广泛的应用，与此同时的能量日益紧缺，城市污染越来越重，在这种情况下，变频恒压自控供水系统的使用已经涉及各种供水、供暖领域，当然也对变频恒压自控供水系统的技术提出更高的要求。同时研究方向日趋走向节约能源于便于监控操作。所以变频器恒压自控供水系统技术在先阶段工程领域使用的过程中，仍然有必要对其进行更深入的研究。
参考文献：
[1]冯丽，张森.变频器的应用及维护[M].广州：华南理工大学出版社，2009：40-41.
[2]王涛，王爱国.PLC及变频技术实现的恒压供水系统[J].自动化博览，2004（06）.
1.1PLC变频调速恒压供水系统结构
基于PLC和变频调速器控制的智能恒压供水系统，具有完善的控制和保护功能，明显的经济节能效益。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器（PLC）和变频调速装置优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数， 完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。变频调速恒压供水系统一般由信号检测、控制器、变频器、执行机构、电控设备和报警装置等组成。
信号检测包括水压信号检测和液位信号检测。水压信号检测反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。液位信号检测反映水泵的进水水源是否充足，信号有效时控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。
控制器是整个供水控制系统的核心。控制器根据变送器检测到的压力和液位信号进行分析， 通过变频调速器和接触器对执行机构（水泵）进行控制。
在供水控制系统中，变频器根据控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。变频器还为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。
执行机构由一组水泵组成，它们用于将水送人用户管网。水泵分为两种类型：调速泵和辅助泵。调速泵由变频调速器控制，根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。辅助泵只在工频状态下运行。速度恒定。此泵主要工作在夜间用水量很少的情况下，用以维持管网压力。
电控设备由继电器、接触器、转换开关等电气元件组成。在供水系统中用于控制器完成对水泵的变频―工频切换和手动―自动切换等。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，完成对电动机的控制。
作为一个控制系统，报警时必不可少的重要组成部分。由于供水系统的设计要求进行压力闭环调节和水泵机组的变频运行与工频运行的同步切换，所以，为了保证系统的安全、可靠、平稳运行，防止因超调、过电压、过电流、缺水造成故障，因此对主电路的电压、电流等进行监测，通过检测变送装置，有PLC判别报警类别，进行显示和保护动作控制。为了保证供水系统的正常运行，设计了水位、压力上下限等报警装置。
1.2 PLC变频调速恒压供水原理
恒压供水的基本思路是： 变频恒压供水系统主要是由PLC、变频器、动力控制线路以及水泵等组成。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号通过A/D变换变成标准数字信号送入变频器的PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力；当用水量超过或低于一台泵的供水量时，通过PLC控制器加减泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的凋速，实现恒压供水。
2 PLC变频调速恒压供水系统的硬件设计
根据PLC恒压供水的原理，系统的电气控制图主要框图为：
图 系统的电气控制总框图
由以上系统电气总框图可以看出，系统所需要的主要硬件包括：水泵机组、变频器、PLC及扩张模块、压力变送器及数显仪构成。
3 PLC变频调速恒压供水系统的软件设计
3.1PLC变频调速恒压供水系统的程序
PLC变频调速恒压供水系统的程序如图5：
图5 PLC变频调速恒压供水系统程序图
在供水系统中，变频器、PID调节器、压力变送器、电机、水泵等构成了一个闭环控制系统，可以对供水能力实现有效的自动调节，从而实现恒压供水。其实现方法是，首先据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。
4结论
本文介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统，PLC变频调速的应用实际运行分析表明，PLC变频控制系统设计方案是合理的、经济的，它为该系统的安全、经济运行提供可靠的技术保障，并具有节能、PID调节、运行可靠、经济性好电机控制更容易实现负荷自动调节等优点，是供水系统设计与改造中最先进的选择之一，同时PLC变频控制系统技术还可以用于引风机、送风机等自动控制系统中，是过程控制发展的新方向。
参考文献
[1]付立思，王卫星.可编程逻辑[M].第一版.北京：中国水利水电出版社，2002.1-40.
[2]齐占庆，王振臣.电气控制技术[M].第一版.北京：机械工业出版社，2002.179-213.
[3]邱文渊，童国道.国内外变频器技术的现状及我国发展策略初探[J].电子与自动化，1995，（5）：3-5.
【关键词】PCC；变频；恒压
1、概述
传统的供水方式主要是通过采用恒速供水和水塔存储供水方式，前者有大量的能耗损失，频繁启停电机会给系统带来冲击，而后者导致供水压力不一致。国外普遍采用一个水泵配置一个变频器的方式，但成本较高。本系统主要研究一种新型供水方式----变频恒压方式，通过变频设备控制水泵的频率，从而使水泵的转速改变地下水箱出水的流量。通常情况下，只有一台水泵处于变频运行，其他水泵处于停止或工频运行状态。变频运行的水泵通过频率的改变对流量进行细调，从而保证水压基本不变，使高层建筑供水更加灵活、高效和节能。
2、变频恒压供水系统分析
本系统通过研究PCC来控制变频器从而实现变频恒压供水。通过变频器恒压供水方案的分析设计出系统的主电路、控制电路及各个硬件的连接电路，所使用的控制器是贝加莱X20系列PCC，通过控制器操纵西门子供水专用的MM430型变频器进行PID控制供水。控制系统由PCC完成，而系统中采用的变频器则主要负责PID的整合及频率调节。
3、变频恒压供水系统的硬件电路设计
本系统采用一个变频器拖动4台水泵的方式，用PCC作为控制器，根据压力变送器反馈的数据改变变频器的频率和水泵运行台数，其中一台水泵作为备用水泵。通过PCC控制变频器，水泵的转速会根据变频器的实际运行频率来改变。当用水量增大时，供水管道内安装的压力检测计检测到的压力值会降低，传感器把压力信号变成标准信号传输至压力控制器。压力传感器输出0-10V的信号到PCC和变频器，变频器的频率从而开始增大。如果变频器提高频率达到工频后仍不能满足压力的下降，则改台水泵就切换至工频运行，变频器开始软启动下一台水泵从而维持水压的稳定；当用水量减少时，压力检测计检测到的压力值就会增加，变频器的频率就开始降低，如果变频器降低的频率达到水泵的启动频率仍然不能满足压力的上升，则该台水泵退出运行。
图1 PCC控制的变频供水系统框图
本系统选用的水泵型号为100DL3型，共计4台，给水泵供电的电机功率选择为30千瓦；供水管道内的压力传感器采用YTZ-150型，传感器为两线制0-10V，压力范围是0-1.0MPa，精度是0.01MPa；断路器QF5起过流、欠压保护和电气隔离作用，本系统中考虑的过载能力为150%，故额定电流为90A；断路器QF1-QF4用于水泵工频运行时保护系统，额定电流为150A；接触器的触点控制电机的运行，额定电流必须大于电机的额定电流，所以选择为70A；PCC按钮回路供电电压是24V直流，采用LAY3-11型，UN=24V，IN=0.3A；变频器选用西门子专用供水设计的MM430型，具有很好的可靠性。
经过I/O分配得出，本系统共有25路数字量输入信号、10路数字量输出信号和2路模拟量输入信号，故PCC选用B&R的X20型，CPU使用X20CP1484，输入模块选用2只X20DI9371和1只X20DI4371，输出模块选用1只X20DO9322模块，模拟量输入选用采用1只X20AI4622模块。
4、变频恒压供水系统的软件设计
B&R的PCC编程软件是Automation Studio，可新建一个工程，打开硬件配置，选择的CPU是X20CP1484，再打开X2X link配置系统的输入与输出。控制变频恒压供水系统的各个按钮和开关安装在控制柜上，可以对系统进行控制。供水管网中的压力反馈信号AIW0和变频器实际运行频率的信号AIW2都输入至PCC中，PCC通过分析反馈的信号和设定的值比较来确定频率的增减及变频与工频的转化。频率的增减通过KM1-KM4进行控制，增加水泵台数或减少水泵台数可以通过KM5-KM8进行控制。当系统发生故障时，水位低信号或水泵组合错误时，系统故障灯亮起，系统自动停止。
变频器的压力设定值是通过操作面板上的加减按键来设定的。当设定好压力值后，远程压力传感器测量实际水压，并反馈至PCC。PCC中水压的上下限分别为0.15MPa和0.6MPa，所对应PCC内部值分别是5000和20000；反馈的数据经PCC计算分别与设定的最低效率和最高频率比较，最低频率设置为30Hz，最高频率设为50Hz，分别对应PCC内值10000和15000。如果小于10000则最低频率标志置位，开始频率过低的程序；如果大于15000则最高频率标志置位，开始频率过高的程序控制，随后就按通变频器开始工作。
控制系统时有手动和自动两种控制方式。手动控制先是手动选择供水的组合，共有4种选择组合。选择一种组合后系统先检查是否存在故障，若没有发现故障就不会出现报警，可以开始手动控制各个水泵。若按下手动变频启动1号水泵，1号水泵就会开始以变频方式工作，当要把水泵切换到工频运行时，可以按下工频切换按钮。如果此时水泵的频率达到了工频值，则1号水泵会自动切换至工频状态。若不能满足切换条件，则保持变频运行。
实现自动控制程序时，首先选择一种水泵组合，以1、2、3号水泵组合为例。组合选择完毕后，变频器延时1S启动，1号水泵以变频方式启动。当实际压力下降时，变频器频率开始增大，当频率上升至50Hz压力仍在下降，则变频向工频切换信号有效。延时1S后1号水泵由变频变为工频运行，同时2号水泵以变频方式启动，此时系统为“1工2变”状态。当2号水泵变频运行，实际压力还继续下降，变频器再次开始上升达到50Hz时压力仍在下降时，2号水泵变频向工频切换信号有效。延时1S后2号水泵由变频转换为工频运行，同时3号水泵以变频方式启动，此时系统状态为“1工2工3变”运行。
5、结论
通过对国内外恒压变频供水设施现状的分析，设计出一套适合国情的供水系统。通过本次设计，成功的解决了普通恒压变频供水方式能耗损失以及供水压力不平衡问题，使供水更加灵活节能。
参考文献
【关键词】恒压供水系统；变频技术；PLC技术；供水质量
恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器（PLC）和变频调速装置优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。
一、系统组成及工作原理
变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及四台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。
系统采用四台水泵并联运行方式，通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。
所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
二、系统硬件选择
（一）可编程控制器选择
可编程序控制器采用SIEMENS的S7-200系列CPU-226主机，I/O点数为40点（24个输入点和16个输出点），具有两个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。模拟量输入采用4路12位A/D模拟量输入的EM231模块，具有较高的精度。PLC编程采用STEP7-Micro/WIN编程软件，它提供一个完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换。主要检测元件有光电开关、压力检测开关，共计12个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等，共三个输出点。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。四台水泵由变频器直接驱动，进行恒压控制，变频器的起动、停止分为手动和PLC控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关，PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC只进行检测报警，由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换。当选择自动功能时，所有控制、报警均由PLC完成。
（二）变频器选择
变频器选用SIEMENS的MM系列或ABB的ACS-400系列风机/泵类专用变频器，它们具有RS-485通讯接口，性价比较高。PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率、累计运行时间和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，并通过触摸屏显示出来，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了PLC宝贵的I/O端口，又获得了大量变频器的信息。
（三）控制电路设计
在控制电路设计中，注意到系统自动/手动转换、每台水泵的变频接触器和工频接触器、各水泵的变频接触器在电气上的连锁，防止系统中出现一台水泵工频和变频电源同时接通或多台水泵同时接通变频电源的现象。
三、系统应用
（一）系统流程
为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。当系统处于手动运行时，按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。
其中：数据采集子程序完成对主水管压力的数据采集。控制量运算子程序完成变频器控制量的计算和控制量的输出，控制量的计算按PID控制规律进行。
（二）系统操作
合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。同时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，自动关断水池给水管电动阀门。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。
四、结论
与传统供水技术相比，变频调速技术具有如下优点：
1.节电，这是变频恒压供水系统最显著的优点，节能量通常在10%～40%。
2.卫生节水，根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水系统实行闭环供水后，取消了水塔、水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”。
3.运行可靠，变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力由变频器来实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管道破裂。
4.控制灵活，可分段、定时供水。
5.自我保护功能完善。
6.延长设备寿命，保护电网稳定。
7.占地少，投资回收期短，一般约为两年。
参考文献：
[1]张春霞.变频调速及PLC技术在恒压供水系统中的应用[J].矿业快报，2004，（10）.
[2]陈少雄，赵霞.变频器―PLC在供水控制系统的应用[J].微计算机信息，2004，20（10）.
[3]变频技术在智能化系统中的应用Ⅰ[J].IB智能建筑与城市信息，2006，（5）.
关键词：变频恒压无负压PLC程序设计节能推广应用
供水公司纯化水厂管理下的纯梁加压站，向居民楼供水由抽水泵把地下蓄水池的水压到居民楼上供居民使用，因蓄水池年久，存在二次污染，经改造建了一套无蓄水池的无负压变频恒压给水系统。原来的情况是：自来水先流进蓄水池内，在用抽水泵把蓄水池的水压到楼上使用，这样自来水管网中的原有压力无法被水泵利用，势必造成能量的浪费，而且蓄水池需二次消毒设备投资较大。无负压给水设备系直接利用自来水管网压力的一种叠压供水方式，卫生、节能、投资少，占地面积少，它是把自来水管网的水首先流进稳流罐，并通过负压消除器将罐内的空气排除，当出口压力传感器检测到自来水管网压力满足供水要求时，系统不经过加压泵由旁通管道直接供水；当检测到管网压力不满足供水要求时，检测压力差额由加压泵差多少补多少；当自来水量不足时，空气由负压消除器进入稳流罐破坏罐内真空，可自动抽取稳流罐内的水供给，且管网内不会产生负压。变频恒压给水系统，即能力用自来水管道原有压力，又能利用足够储水量缓解高峰用水，不会对管网产生吸力，且节能。
1、 恒压供水系统的结构：该系统主要由3台水泵、1台变频器、1台PLC、模拟量输入/输出单元及压力控制器、远传压力表组成。其中PLC、压力传感器和模拟量输入/输出组成闭环反馈控制系统。
根据实际情况我们重新选用了部分器件，设计出了标准PLC程序，实现了由“一拖二”变“一拖三”水泵循环运行及变频恒压供水。
2、 工作原理和PLC控制要求
2、1 水泵循环运行程序按“先进先出”原则控制
根据这个小区的实际用水情况，在系统中预先设定管道出水压力，本系统设定恒压0.3MPa。先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器上限值50Hz而出口压力仍低于0.3MPa时，将1#水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降的0，并启动2#泵进行变频运行；当2#泵工作频率达到50Hz后，出口压力仍未达到0.3MPa时，系统把2#泵切入工频运行，并启动3#泵进行变频运行，直至出口压力达到设定压力时，系统维持恒定压力。反之，若变频器工作频率下降至下限值25Hz而出口压力仍高于0.3MPa时，侧令1#泵停机，系统处于一工一频运行状态，此时压力还高于0.3MPa时系统将2#泵停止，留下3#泵变频运行，使系统继续维持恒定压力，若出现出口压力低的信号系统将返回初始状态，又开始一轮循环。 以后系统将根据用水量的不断变化，对3台泵进行不断地启动、变频、工频、停止等循环操作，使系统的供水压力将始终稳定在所设定的压力上。
2、2设置换机间隙时间
当机泵由变频切换至工频运行时，为防止操作过电压，必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动闭合，以防止操作时的过电压；当机泵由工频切换至变频运行时，也必须延时几秒接触器才闭合，以防止电动机高速运转时产生的感应电动势寻坏变频器。延时时间以电动机功率而设定。该系统电机功率是11KW，取值2S。
2、 3确保“工频---变频”转换时的互锁
控制每台电机“工频---变频”转换的接触器辅助触点必须互锁；PLC程序中的“软触点”也需互锁，以保证可靠切换，防止变频器输出端与工频电源发生短路。
2、 4 为消除水压出现 “假信号”需设置水泵切换前的延时时间
为防止水泵切换过于频繁，除在变频器PID调节时注意调节积分I值、微分D值的大小，合理设置出水管道压力控制器上下限值外，若出现“出口压力低”或“出口压力高”的水泵切换信号以后，延时100---250S，
维持目前运行状态，以消除假信号。当再次出现水泵切换信号后，才真正水泵切换。
3自动运行程序设计功能说明
4 设备调试
4、1PLC模拟调试 将设计好的梯形图程序通过专用电缆写入PLC，依据顺序功能图，用小型开关模拟PLC实际的输入信号，通过PLC机壳上各输出点编号对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计要求。为缩短调试时间，可将定时器时间临时缩短。
4、2变频器参数设置与现场调试下限频率：25Hz、上限频率：50Hz；
PID的调试：初次调节时，P可按中间偏大值来预置，如有振荡，要适当地减少P；I的取值大，能有效克服振荡，但供水压力恢复较慢；D的取值与拖动系统惯性有关，惯性较小者，微分时间也应短些。反复调节P、I、D值，直至既不振荡，供水压力又恢复的快为止。
5、 结束语完成PLC模拟调试后，再到现场实行系统的统一调试获得了成功，达到了设计的目的。通过近一年的使用，PLC控制的无负压变频恒压供水系统压力稳定，与以往蓄水池恒压供水相比节电60%。本系统还具有标准的通讯接口可与城市供水系统上位机进行联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理监控及经济运行手段。本设计的节能性和标准化编程设计可推广到“一拖四―― 一拖六”；适用于油田家属区的恒压稳定供水。
参考文献：
关键词：学校供水；变频节能
1变频调速恒压供水系统的组成及工作原理
变频调速恒压供水系统主要包括：控制器（PID，PLC）、变频器、微机控制、电气控制和水泵机组等部分组成（见图1）。由此构成一个压力负反馈闭环控制系统（见图2）。该系统通过安装在水泵出水管上的压力传感器，把出口压力变成0- 5v的模拟信号，经前置放大、多路切换、A/ D变换成数字信号，送入单片机，经单片机运算与给定参量进行比较，得出一调节参量，经由D/ A变换把这一调节参量送给变频器，控制其输出频率变化[1-2]。用户需水量与频率的变化有关：用水多时，频率提高，水泵电机转速加快。
2变频调速恒压供水系统的节能原理
2.1调速原理
水泵电机绝大部分是二相交流异步电动机，根据交流电机的转速特性，电动机的转速n的大小与电压、、电源频率f、电机的极对数P及转差率、的大小有关，由下式表示：
n= 60f（1-s）/p
式中 n一电机转速，r/ min；
f一电流频率，Hz；
s一转差率，一般取0.2；
P一电机极对数。
当水泵电机选定后，p、s都为定值，也就是说电机转速的大小与电源的频率高低成正比，频率越高，转速越高，频率越低，转速也就越低。变频调速就是根据这一原理应用微机和压力传感器，将供水管网所需压力选定，管网内流量的变化引起压力变化，由传感器将变化的压力信号传给微机，经微机处理后，变频器改变水泵电机供电频率，从而改变电机的转
速，达到管网测压点的压力恒定。以满足管网最不利点的用水要求。
2.2变频调速泵节能原理
供水系统的水泵在变速运行时通过改变水泵的转速，从而调节输出流量以适应用水量的变化，并可保证管网压力的恒定，水泵始终在高效率的工作状况下运行。用水量减少时，水泵转速降低。由于水泵的轴功率与转速的二次方成正比，转速下降时，轴功率急剧下降。故变速调节流量在提高机械效率和减少能源损耗方而，是最为经济合理。
轴功率与转速的关系式：
式中 N一额定轴功率，kW；
N1一变速运行时轴功率，kW；
n1一变速后的转速，r/ min；
n一额定转速，r/ min。
当水泵转速降低10%时，轴功率降低27%。当水泵转速降低20%时，轴功率降低49%。恒速泵与变速泵（变频调速）的轴功率相比，当水泵运行的平均流量为额定流量的80%以下时，恒压变频调速供水系统节能近50%，节能效果特别显著。
3变频调速恒压供水系统的循环变频控制原理
变频调速恒压供水系统可控制多台（2～6）性能相同的水泵，其中总有一台（任意一台）水泵处于变频调速状态，其他为恒速或停机等待状态。
以3台水泵为例，采用可编程控制器（PLC）及变频器（带PID），循环变频控制原理[3-4]。如下：首先规定各参数的代表符号：P0（压力设定值），P1（压力检测信号值），f（变频器输出频率），f0（变频设定最高频率），f1（变频器设定最小频率）。加上启动信号后，变频启动1号泵，比较P0与P1的值，如果P0>P1，则f上升；反之，则下降。
当f f0时，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动。此时若f仍大于f0，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动，1号泵继续工频运行。当f f1时，则停止1号泵，2号泵工频运行，3号泵继续变频运行；若f仍小于f1，则停止2号泵，3号泵继续变频运行。当f再次大于f0时，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵停止；此时若f仍大于f0，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动，3号泵继续工频运行。
当f f1时，2号泵继续变频运行，1号泵继续工频运行，停止3号泵；若f仍小于f1，则停止1号泵，2号泵继续变频运行。当f f0时，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动；此时若f仍大于f0，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵继续工频运行。当f f1时，则停止2号泵，3号泵继续工频运行，1号泵继续变频运行；若f仍小于f'1，则停止3号泵，1号泵继续变频运行。
这样，使每台水泵在工频和变频之间切换，水泵之间做到先开先停，后开后停，即所谓循环调频，合理利用资源。
4变频调速恒压供水系统的特点
4.1系统安全可靠
采用变频调速技术实现交流电机平滑调速，启动电流小，减小了启动时对电网的冲击和对管路、阀门的机械冲击，延长了管路和阀门的使用寿命，使交流调速系统的性能指标能与直流调速系统媲美。
4.2控制精确
自动环节采用了PLC与变频器控制，多台电机均能可靠地实现软启动，避免了启动电流过大对电网的影响，大大延长了设备的使用寿命。
4.3高效节能
节能效果显著，控制器依据测量压力自动调节管网压力，实现恒压变量或变压变量控制，在高用水期内多台泵工作，在低用水期内自动减少工作水泵的台数，使水泵一直在高效率下运行，既满足了供水需要，又节约了电能。
5结语
高校校园供水系统采用变频调速恒压供水装置可节约电能，压力传感器最好装于最不利用水点。变频范围在40- 50Hz，电动机及水泵木身的效率均工作于高效区，节能效果明显。
参考文献：
[1]许振茂.变频调速装置及调试、运行与维修.北京：兵器工业出版社
[2]郭立君.泵与机.北京：水利电力出版
关键词：PLC；变频器；恒压供水；自动控制
中图分类号：F403.3 文献标识码：A
近年来，供水系统的供水质量及节能越来越引起人们的广泛关注。笔者2006年暑假带学员到合作企业进行工学结合培训期间，就帮助该企业搞了供水系统技术改造，有效地实现了企业供水水压的恒定和节能目标。
1 企业原供水系统存在的问题
该企业因位于市区边缘地带，市政自来水压力较低，故建加压站充压供水。其原有供水系统使用继电接触器进行控制，水压控制由值班电工手工操作，通过启停加压站的水泵及调节出口阀开关来实现。这种控制方式自动化程度低，系统线路复杂，故障频繁，维护困难，需要工人24小时看守泵房，能效低，电能浪费严重，水压不够稳定，对员工生活、企业生产和消防安全都产生不利的影响，很有必要对其进行技术改造。
2 技术改造方案
经过深入调研，结合具体情况，笔者制定了供水系统技术改造方案，其要点如下：
2.1 系统结构及控制要求
新的供水系统由主供水回路、备用回路、加压站（蓄水池及泵房）组成，泵房安装2台泵机，采用市政自来水管网和蓄水池水源向企业管网供水，有多个电动阀控制供水回路和水流量。
供水系统的控制要求如下：
供水系统设定出水恒压为0.6MPa。当外来自来水压力低于设定水压，或企业用水量大，管网水压低于设定水压时，控制系统能自动控制水泵的工作模式及投入运行的水泵台数。系统以水管压力与设定压力保持一致为原则，时刻采集极限频率信号和压力反馈信号，通过PLC进行逻辑判断并输出相应的指令，控制水泵工频电源供电与变频器供电的切换，进而控制水泵的运行，以保证供水系统的水压恒定。
2.2 控制系统的硬件设计及工作原理
2.2.1 系统主电路硬件设计及PLC的I/O分配
改造后的控制系统由三菱FX2N—60MR型PLC、FR—A540—15K—CHT1.5KW型变频器作为控制主机，加上PS4型压力传感器及其压力模块、数模转换模块、接触器、自动开关、蓄水池水位电极、水塔水位电极及显示报警装置等组成。系统主电路如图1所示。
系统通过PLC转换开关，可选择自动和手动两种工作方式。当选择手动方式时，可控制各泵在工频下运行与停车，用于定期检修或变频器出现故障时临时供水。在自动方式下，两台水泵可变频工作，也可工频工作，由PLC4个输出点（Y1—Y4）控制其接触器（KM1—KM4）线圈的得电与失电。
系统选用带电接点式的水压传感器，它能将检测到的压力信号对应转换成相应的电信号反馈进变频器。系统不但有水压检测功能，还有水泵电机过载保护、供电相序故障显示、变频器故障检测与报警功能。如果出现故障，系统会自动停机，同时故障指示灯发亮。系统对水泵电机的各种运行状态也进行相应的灯光显示。PLC的I/O分配图如图2所示。
2.2.2 控制系统工作原理
系统设计时要根据供水系统的设定压力值给变频器设定一个给定频率值。供水系统工作时，安装在水泵出水管的压力传感器通过相关转换模块将检测到的压力值转换成相应的电信号，反馈到变频器，再经过A/D转换模块转换成数字量信号，输入到变频器的PID控制模块，与压力设定值进行比较。如果传感器的压力信号低于设定压力时，变频器就会将频率升高去改变水泵转速，并通过PLC控制水泵工频电源供电与变频电源供电的切换，自动控制水泵运行的台数，实现闭环控制，使供水压力保持恒定。当用水需求量较大时，变频器输出频率接近工频（50HZ），此时若供水压力还达不到设定压力值时，则延时3秒后变频器的高频信号进入PLC，通过PLC将1#水泵电机由变频运行转换成工频运行，并起动2#水泵电机变频运行，以确保供水压力恒定。当用水要求量下降时，压力传感器的压力变化信号与设定压力在变频器中比较后，产生偏差电压经PID控制器运算，令变频器的输入频率下降，当降至频率下限（20HZ）时，则PLC延时3秒后关闭2#泵，留1#泵工频运行。若用水量不断减小时，PLC就将1#泵切换为变频运行供水，使水压保持恒定。
2.3 变频器的参数设置
变频器的参数设置如下表：
2.4 系统的程序设计
根据系统工作原理和电路逻辑功能，笔者用三菱GX Developer编程软件进行PLC程序编写，绘制梯形图。但为了保险起见，Y1与Y2、Y1与Y3、Y2与Y4之间在程序中也进行了互锁，即Y1与Y2不能同时有输出，Y1与Y3、Y2与Y4也同样不能同时有输出，否则，就会发生变频器同时拖动两台泵，或工频电直接串入变频器输出端U、V、W而损坏变频器等严重事故。系统程序流程图如图3所示。因篇幅所限，PLC梯形图略。
3 结束语
系统经调试后投入运行，经1年多来的使用表明完全达到设计要求，系统安全、稳定、可靠性高、能耗低、使用维护方便，无需专人值守泵房。不管外来自来水压力及企业用水量如何变化，系统都能保证供水压力恒定。据企业测算，供水系统与改造前比较，每年可节约电费、值守工人工资、设备维修费共10多万元。实践证明，PLC与变频器配合控制，能较好地实现恒压供水和节能降耗增收的目标。
参考文献：
关键词：供水系统；变频控制器；可调速机组；常见故障分析
O 引言
变频器的应用日益广泛，尤其在工业生产中的应用更是占据举足轻重的地位，在实际工作中对变频器的结构能够深入了解，对其主要电气器件的特性、更多的常用参数的功能以及其常见故障的分析显得越来越重要。我们自来水公司的水源泵站和水厂目前大多应用该装置。汤河水源泵站于上世纪九十年代年引进使用的变频设备是德国西门子公司制造的电流型simovert-A变频调速机组，这在是当时是我国较早引进的设备。大家都公认，变频调速设备其具备一些特有的优点，具体在我们自来水公司水厂供水加峰时，其优越的特有性能更是彰显无遗：
（1）机泵的软启动功能减少了对电网的冲击和对供电容量的要求，同时有效的防止产生水锤现象；
（2）机泵的平均转速有所降低，泵的平均转矩也相应降低，损耗减少，维修周期加长，使用寿命也延长许多；
（3）节能高效性可达到23%～59%；
（4）自动化程度极高，非常便于实时监控管理；
（5）界面简单便于操作，运行安全可靠，调整水量的动作指令反应迅速性，供水管网压力调整及时性，有利于公司的管理和统一调度。
虽然变频器的性能优越、可靠程度高，日常使用过程中也应制定使用、检查、维护制度，如果使用不当，检查与维护不落实，流于形式，变频器扔可能运行不佳或发生故障，因此日常维护与检查应依据制度，做到及时性和有效性。
变频器的构成部分包括：电源回路、IPM驱动及保护回路、主回路、控制逻辑回路，冷却风扇等几部分，其单元化的结构形式，并且是采用SNT表面帧装技术的电路板，对故障部位的确定和处理都带来极大的便利条件，通常只需要依据故障具体情况，直接查出故障所在的单元或者模块并进行及时更换即可。
1 变频器主回路常见的故障及分析
主回路的主要构成元件包括：三相或者单相的整流桥，IPM逆变桥，滤波电容器，平滑电容器，接触器，限流电阻等，这些构成元件中常见故障大多是因电解电容造成的，电解电容寿命的长短主要是根据在其两端部加载的直流电压及内部温度来确定的，通常电容器的选型在设计主回路时就已经选定了，因此对电解电容器的寿命起到决定性因素的是其内部的温度，变频器的寿命直接受到电解电容自身相对温度的变化的影响，一般情况下如果每次上升达到10度，其寿命就会减低为原寿命的50%，正因为如此一是要在安装时重点考虑变频器适合的环境温度。二是要对其实施常态化的检查、维护、保养，以便于防止因粉尘量大而造成过热和短路现象的产生。
通常对电容器进行维护时，一般采取用比较容易测量的静电电容量的方式去判定电解电容器的劣化程度，如果静电电容容量比额定值降低超过80%以上，其绝缘阻抗也达到5MΩ以下时，此时电解电容器就应该考虑进行更换。
变频器出现故障的情形：当变频器在正常运行、进行加速或者进行减速时都会出现过流而跳闸的情况。
对变频器的该故障进行分析：首先应正确区分开是因为负载原因造成的，还是因为变频器自身的原因造成的。假如通过查询变频器的历史故障记录而查询到其跳闸时的瞬时电流已经超过其额定电流或者电子热继电器的设定值时，然而加载其两端的三相电压和电流却是平衡的，这时应该研究是否存在过载或突变的情形，例如存在电动机堵转等现象，当负载惯性比较大时，应当考虑加速时间适当延长，这时变频器自身并没有损坏，倘若在跳闸时其电流却应在变频器的额定电流或者电子热继电器的事前已经设定的设定值范围以内，可以判定是IPM模块或者其相关联部分产生了故障，通常情况下可以先通过测量变频器主回路的输出端子U、V、W各项，并分别和直流一侧的P、N端子之间的正反两方向的电阻借以判断出该模块是否已经损坏。假如在其减速时IPM模块产生过流异或是变频器本身对地短路引起跳闸，通常是由于逆变器的上半桥的模块部分或者其驱动电路产生故障；假如在其加速时IPM模块产生过流，应该是其下半桥的模块部分或者其驱动电路产生故障，造成上述这些故障的原因大多是因为有外部粉尘进入到变频器的内部或者变频器周围的环境潮湿造成的。
1999年8月11日早晨5：00左右加峰时。变频器在进行加速的过程当中就出现了过流跳闸情形，变频器所显示的故障代码是38。通过对以上情形分析并检查以后知道当时是IPM的逆变桥损坏而造成了跳闸现象，经过更换了IPM的逆变桥之后，变频器当时既回复到正常工作状态。
2 变频器的控制回路常见的故障及分析
电源部分的IPM电路板中的缓冲电容和平滑电容器，是控制回路影响变频器寿命的主要因素。他的原理和前面提到的相同，然而这里通过电容器中的脉动电流的值是一定的，基本上不会受到主回路负载的影响，因此决定其寿命的主要是通电的时间以及温度。
变频器的操作显示面板、控制回路和IPM驱动电路以及风扇等电源是通过电源电路板分别给提供源，一般都是从主电路输出的这些电源，电源通过开关在分别分配到各个支路上，假如其中某一路电源短路，除了损坏本路的整流电路外，其他部分的电源还可能受到影响，如因为操作不当而造成控制电源与公共接地短接，会出现电源电路板上部分开关电源损坏的现象，风扇电源的短路致使其他电源断电等，通常情况下通过对电源电路板的仔细观察，就不难发现其问题。
变频器的核心部分是逻辑控制电路板，它集中了CPU，RAM，MPU，EEPROM等规模庞大的集成电路，可靠性是非常高的，自身故障出现的概率极小，极特殊情况下会因为开机不佳而造成控制端子全部同时闭合，因而致使变频器产生EEPROM故障，这理只要对EEPROM重新复位就可以消除故障。
IPM电路板包括驱动、缓冲电路及过电压和缺相等保护电路，PWM信号从逻辑控制板过来并通过光耦使电压驱动信号输入IPM模块中，因此模块被检测的同时，IPM模块上的电耦也应进行测量，从而判定IPM电路板是否损坏。
3 变频器的逆变器的常见故障及分析
变频器出现故障的情形：正常启动电源以后，功率继续被增大过程当中，该装置停止保护动作，过压指示灯闪亮，通过检查会发现，主电路的两个逆变管被击穿损坏，各个可控硅管的触发脉冲都没有异常，更换一完好的可控硅管后电源再重新启动，启动电源后回复到正常工作状态，故障同时排出，但经过一段时间运行后，重新出现了相同的故障，故障时有时无状态出现。1994年4月10日，5#机组的变频器出现该种故障。
对变频器的该故障原因进行分析：根据故障产生现象进行初步判断，故障范围限定在逆变器的控制柜中，具置为其右上角的中频电压互感器之二次侧接线柱产生断裂却依然有接触，因而造成电气虚接故障，采取将虚接处焊接牢固措施后故障既消失。
变频器自动调频装置的源头既是中频电压互感器这部分，它和来源于中频电流互感器的信号的合成信号来决定产生逆变触发脉冲，其接线柱虚接现象出现后，用仪器是无法直接检测出来的。另一方面，因其自身结构及在控制柜内的安装位置，对其进行仔细观察是不大可能的，所以出现问题很难发现，即使虚接点暂时可以勉强维持变频器的运行，一但受到外界出现的较强的机械振动或者来源于电路自身产生强电流的冲击时，虚接点就会出现瞬间断开的情形，造成逆变触发脉冲失常，从而造成逆变桥出现严重过电压致使变晶闸管被击穿损坏。
4 变频器的冷却系统的常见故障及分析
变频器的冷却系统主要是由冷却风扇和散热片构成，其中的冷却风扇的寿命是比较短的，接近使用寿命时，风扇出现振动现象，噪音逐渐加大，直到最后停止转动，致使变频器的逆变模块散热功能消失，变频器既产生IPM过热跳闸。为了极大限度的地提高风扇的使用寿命，多数变频器生产厂家在风扇设计上，采取只在变频器运行时风扇才启动运行，电源开启时并不是立即投入运行。
[关键词]PLC控制 变频器 供水系统 特征 工作原理 设计应用 分析
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0355-01
随着社会经济的发展以及人们生活水平的不断提升，使得实际生产与生活中的用水需求不断提升，传统供水方式难以满足现代经济形势下的供水需求，进行供水系统运行控制形式的改进完善是当前面临的重要问题。基于PLC以及变频器的恒压供水系统就是在这种环境条件下设计提出的。PLC以及变频器控制的变频恒压供水系统在实际供水运行中，主要是通过对于水泵电机的供电频率的改变，以实现对于水泵转速的调节，来保证供水系统中的实际供水压力和系统设定的供水压力之间的一致性，从而实现用水量变化下的供水量随之变化，以满足相应的供水需求。与传统的供水系统相比，PLC以及变频器控制的恒压供水系统在供水运行中，不仅能够有效的降低供水运行中的能源消耗以及资源浪费现象，同时能够对于供水系统的使用寿命进行保障，具有较为突出的节能优势与效果。
一、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构与原理分析
1、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构组成分析
根据PLC以及变频器控制在恒压供水系统中的实际设置与应用情况，该系统主要是由PLC以及变频器、压力变送器、控制接触器、水泵等结构设备组成，在进行供水控制运行过程中，系统电路的连接设置则是采用一拖多的线路连接形式进行设置实现的，这样在系统供水运行过程中，系统中设置的水泵机组既可以以工频控制形式进行运行控制，也可以通过变频形式实现控制运行，以对于各种状况下供水需求进行满足。如下图1所示，为PLC以及变频器控制的恒压供水系统的主要电路连接示意图。
此外，在PLC以及变频器控制的恒压供水系统中，进行压力传感器的设置，主要是为了对于供水管网中的水压进行检测，因此，多设置在供水系统泵站的出水口位置处，以对于供水系统用水量变化引起的水压变化进行检测，同时将检测获取的信号转换成为电信号传送到变频器结构装置中，与变频器设定值进行比较基础上进行数据信号的处理，并将处理的数据结果通过频率形式传递出去，以对于供水系统的供水运行进行控制，以满足相应的供水需求。
2、PLC以及变频器控制的恒压供水系统工作原理分析
根据上述变频恒压供水系统的结构组成情况，在系统供水运行中，主要通过压力传感器以及变频器对于系统运行数据信息进行收集、处理，以实现对于系统运行的控制调节。但是，在供水系统工作运行中，一旦系统中用水量出现增加，发展到系统水泵进行全速的运行也不能够对于管网运行压力的稳定性进行控制保障的情况下，这时就会由系统中的PLC结合变频器的频率上限信号，将结构部分对于系统的运行控制工作转换成变频工作运行状态下的水泵机组运行状态，以实现系统的工频运行，同时将系统中的备用水泵采用变频器进行启动并开始工作运行，以实现供水系统管网供水量的增加，以满足系统供水运行需求。
此外，在应用上述调节控制方式仍然不能够对于供水系统的供水需求进行满足的情况下，则可以通过将系统中处于变频工作状态的水泵转换成工频运行状态，然后将备用水泵直接以变频运行方式进行运行启动，以保证供水系统的管网运行压力稳定，并且在供水量减小的情况下，通过PLC控制将工频运行状态水泵进行关闭，实现供水量的减小，以满足系统运行需求。
二、基于PLC与变频器的恒压供水系统设计分析
1、PLC程序设计分析
通过参数设置将变频器的OL、FU端子功能分别设置为上限频率和下限频率，作为上限频率和下限频率到达信号的输出端子。在自动状态下系统启动时，首先KM0和KNI吸合1号水泵在变频器控制下起动，延时5s，PLC对变频器的输出频率进行检测。当检测到变频器下限频率信号则关闭1号水泵；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC执行增泵动作，1号水泵改为工频运行并延时1s。此外，为了保护水泵及变频器，1号水泵的KMI与KM2之间的进行了电气互锁。当2号水泵投入变频运行后，延时5s， PLC继续对变频器输出频率进行检测.当检测到变频器下限频率信号，则关闭1号水泵，剩下2号水泵在变频状态下运行，如果PLC再次检测到变频器下限频率信号，则把2号水泵也关闭，反之当检测到变频器上限频率信号则PLC再执行增泵动作，来满足恒压供水目的。另外为了方便故障检查维修。在设计中增加了故障指示和故障报警输出，变频器本身具有短路保护、过载保护等功能，只需把变频器的故障输出点、接触器、热继电器等辅助触点接到PLC即可。PLC通过程序扫描这些输入点，如果发生故障则作出相应的动作。如检测到一台水泵出现过载情况，则切断该泵的接触器并投入备用泵，同时输出故障信号，以方便检查及时维修。
2、系统的运行调试分析
调试系统时，关键是对变频器参数的设置。由于系统的控制且标是将压力变送器采集到的实际压力与系统设置的压力进行比较，最终将实际压力稳定在设定压力值。这个目标可以通过调节变频器的PID参数实现。在实际调试时.如果水压在设定值上下有剧烈的抖动，则应该调节PID指令的微分参数，将值设定小一些，同时适当增加积分参数值。如果调整过于缓慢.水压的上下偏差很大，则系统比例常数太大，应适当减小直至参数能满足系统要求。
三、结束语
总之，基于PLC以及变频器的恒压供水系统在实际供水运行中，不仅具有较为的运行稳定性，并且能够根据供水量的变化，实现对于系统运行的调节，满足不同供水需求，进行基于PLC以及变频器的恒压供水系统设计分析，有利于促进PLC以及变频器控制技术在供水系统设计中的推广应用。
参考文献
[1] 孙东辉，王宏宇，赵秀芬.变频技术在中央空调冷却水压差控制中的应用[J].低压电器.2009（6）.
关键词：PLC技术；多台泵自动恒压供水系统；应用
供水系统与人们的生活息息相关，为提升供水的质量和打造出满意的供水服务，就需要采用合理的技术对供水系统进行控制。在目前的多台泵自动恒压供水系统中，应用最为广泛的技术类型就是PLC技术，该技术的应用，实现了对多台泵自动恒压供水系统有效控制。下面就对PLC技术在多台泵自动恒压供水系统中的应用方式进行深入的探究。
1 控制系统的组成
为了能够实现对恒压供水系统的有效控制，可以将PLC技术应用其中，同时配以相应的变频器，在将原有的系统进行扩展时，就可以将新研制的控制系统合理的应用到多台泵自动恒压供水系统中，从而实现变频控制。
1.1 主要设备
可编程控制器（PLC）：所选择的PLC要具备较强的抗干扰性能，能够在任何的环境下都可以正常的运作，适用于环境较为恶劣的工业生产中。同时，其也要具有较强的编程能力，操作简单，能够进行功能性拓展，可以灵活的输入和输出功能模块，实现拓展的最大化。所选用的可编程控制器也要具备较高的精确度，其内部配置相应的多量程功能模块，利用该模块来进行信息的接受和反馈。可将所发出的基本指令时间控制在0.70？滋s范围内，保障其不出现故障的时间可控制在29万h内，对工业的控制需求能够一一的满足。
PLC扩展模块：由于该模块需要与控制主机进行连接和通用，因此，选用的PLC拓展模块最好是模以量扩展模块，在这一模块中，设置有4条输入线路和1条输出线路，符合系统水压控制的要求，能够满足开关量切换的需求。
变频器：变频器与PLC进行联合应用，才能够有效的实现对多台泵自动恒压供水系统的控制，所以变频器的选择尤为重要，可以选择交流变频调速器，该变频器具有较强的转速性能，能够对转矩的调整进行快速的反应。同时该变频器还具有转差补偿的功能和保护功能，能够对供水系统实现有效的防护。该变频器的容量一般在165kVA左右，其驱动电动机的运作功率也在130kW左右，其既定的输出电流量为250A，具有操作简单以及切换方便的特点，而且所具备的各项性能都趋于稳定的状态。
压力变送器：最好选用电容式压力变送器或者是流量变送器。这种变送器本身的结构较为简单，在使用上具有操作便利的特点，并且由于其结构简单，其在安装的时候，也不会过于复杂，而且具有较高的精确度，性能可靠，应用安全，能够充分的满足控制的需求。
1.2 系统原理
在泵站的输出母管上安装压力变送器和流量变送器，将出水母管水压和流量转换为1～5V信号输入MAD02-CH将其转换为数字信号。该信号与压力给定值和流量给定值相比较，并经PID运算，由PLC输出控制信号经MAD02-CH转换为4～20mA的控制信号送往变频器，控制变频器输出频率，从而控制供水泵电动机转速，达到输出供水母管水压和流量稳定在设定值上。
2 系统设计
2.1 系统硬件设计
PLC恒压供水自动控制系统硬件接线如图1所示。本系统采用压力反馈控制和流量反馈控制。压力设定信号送入MAD02-CH的VIN1端，压力反馈信号由压力变送器转换为模拟电信号送入VIN2端，压力给定值和反馈值在PLC中经PID调节器控制后由MAD02-CH的VOUT1输出控制变频器实现恒压控制。为了实时监控恒压系统的压力，本系统利用数显表显示系统的压力设定值、压力测量值、流量设定值、流量测量值。由选择开关（K5）、（K6）选择所要显示的量后送MAD02-CH的VOUT2输出到数显表显示。
2.2 系统软件设计
2.2.1 切换原则的确定。程序首先从0Hz由变频器驱动第一台泵组，当频率上升50Hz，水压未达到设定水压时，经3分钟延时，若水压仍达不到设定水压值，则PLC控制第一台泵机从变频驱动转换到工频运行，然后PLC控制变频器再从0Hz启动第二台泵机变频运行。当水压大于设定值时，变频器输出频率逐渐降低到30Hz并保持2分钟，若2分钟内水压仍大于设定值，则PLC将第一台工频运行的泵机切断电源停机，第二台泵机快速拉升频率，电动机转速迅速提高，使水压保持在设定压力上。
2.2.2 转换时间的设置。为了确保变频器及泵机在变频与工频驱动切换过程中的安全，并使切换过程中水压波动小，在变频状态切换为工频状态时设置一定的转换时间，此时间以40ms～50ms为宜。变频切换为工频时首先切断变频器输出，然后接通工频电源。
2.2.3 软件参数的设置。合理设置系统的采样周期和PID调节器的参数，确保系统水压波动小于0.01MPa，水压值在设定值-时判断为加泵，水压值在设定值+时判断为减泵。系统采样周期过长、过短均影响水压稳定精度。本系统经现场调试选定为2s。
3 系统保护功能的实现
3.1 定时轮换基泵
在多台泵自动恒压供水系统中，如果一台泵出现故障就会严重影响到整个系统的应用寿命，而将PLC技术应用到该系统中，可以在这一系统中，安置相应的报警和报时装置。PLC可以对系统中的每一个泵的运行状况进行巡检，使得整个系统的泵都可以处于平稳运行的状态。而一台泵停用的时间不可以过长，也不能够长期的运行，PLC可以使得系统中的泵实现有效的替换，从而防止因为长期放置或者是长期运行，而导致泵磨损现象的出现。
3.2 故障检测与报警
在多台泵自动恒压供水系统中，本身也会设有相应的水位检测与报警装置，而在应用PLC技术后，变频器的故障检测与报警装置也会安装到该系统中，在系统出现故障的时候，可以及时的通知维修人员。在蓄水池中，会安放一个浮球，当水位超出正常值的时候，浮球就会上升，传感器就会将水位的变化传送到PLC中，PLC在接收到水位变化的信息后，就会及时的发出警报信号，以通知相关的人员来进行处理。
结束语
本文着重对PLC技术在多台泵自动恒压供水系统中的应用进行了深入的探究。依据实际的恒压供水系统需求，合理的对变频器以及PLC进行设计，以实现其技术在多台泵自动恒压供水系统中的有效应用，使得PLC技术的实际应用效果可以得到最大限度的凸显。由于该技术本身所具有的一些优势，在将其应用到多台泵自动恒压供水系统中后，不仅能够延长多台泵自动恒压供水系统的使用寿命，而且还能够支持消防用水，在实际的应用中，该技术具有良好的经济和社会价值。
参考文献
[1]张瑞祥.井下恒压供水系统的应用[J].山东煤炭科技，2011（4）.
