變頻恒壓供水係統工作原理電路設計及實訓裝置的原理研（yán）究

變頻恒壓供水係統是指在供水管網中用水量發生（shēng）變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供（gòng）水（shuǐ）管網的出口壓力值是根據用（yòng）戶（hù）需求（qiú）確定的。傳（chuán）統的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等（děng）設施實現的。
一、變頻恒壓供水（shuǐ）係統的特點
1.采用可（kě）編程（chéng）控製器，程（chéng）序靈活多變，精度高，可靠性強，功（gōng）能多，反映速度快。
2.均配有穩壓泵或（huò）穩壓罐穩壓，在用水量小（xiǎo）到一定值時，主泵可停止運轉，減少水泵電機的機（jī）械磨損並且節約電能。
3.對水泵均為軟啟（qǐ）動，延長設備壽命，消除了啟動電流對（duì）電網的衝擊。
4.根據用水（shuǐ）量的變化，水泵循環變頻運行，先啟的先停，使水泵（bèng）均衡工作。當一台泵運轉六小時或二十四小時，自動切換到另一台。
5.最大的特點為雙恒壓控製，生活消防可公用的一套設備，為用（yòng）戶節約投（tóu）資。而且一機兩用，大大的提高了使（shǐ）用（yòng）效率。
6.結構緊湊，占地麵積小 ，安裝快，投資省，運行穩定。無汙（wū）染。
二、變頻恒壓供水係統的工作原理

變頻恒壓供水係（xì）統以管網水壓 (或用戶用水流（liú）量)為設定參（cān）數，通過微機（jī）控製變頻器的輸出頻率從而自動調節水泵電機的轉（zhuǎn）速，實現管（guǎn）網水壓的閉環調節 (PID)，使供水係統自動恒穩（wěn）於設定的壓力值：即用水量增加時，頻率升高，水泵轉速加快，供水量相應增大；用水量減少（shǎo）時，頻率降（jiàng）低，水泵轉速減慢（màn），供水量亦（yì）相應減小，這樣就保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求，同時達到了提高供水品質和（hé）供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用（yòng）該設備不需建造（zào）高位水箱，水塔，水質無二次汙染，是一種理想的現代化建築供水設備。
三、變頻恒（héng）壓供水係（xì）統的適用範圍
1.各種（zhǒng）類型（xíng）的自來水廠，供水站。
2.工（gōng）業與民用建築的生活、生產、消防用水係統。
3.公共設施賓館，飯（fàn）店（diàn）的生活熱水，空調供水係統（tǒng）。
4.油田的輸油管道，油泵站恒壓輸送係統和工廠、礦山通風機風壓調節係統。
5.熱水鍋爐（lú）定（dìng）壓及（jí）熱水管道的定壓係統。
四、恒壓供水係統的原理設計
1.主電（diàn）路設計
係統采用手動和自動兩種（zhǒng）控製方式，PLC首（shǒu）先（xiān）使主水泵變頻啟動，壓力傳感器（qì）將母管壓力反饋給PLC，與預先設定的給定壓力比較，通過PID運算，調節變頻器的輸出頻率，以維持水（shuǐ）壓恒定。若用水量大到1台水泵全速運行也不能達到給定壓力時，PLC將該水泵由變頻運行投入（rù）到（dào）工頻運行，同（tóng）時將另（lìng）一台水泵投入到變頻運行，增加管網供水量（liàng）以（yǐ）保證壓力穩定。當（dāng）用水量減少時，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供（gòng）水量，整個係（xì）統保證變頻運行時隻有1台泵變頻恒壓供水。係統（tǒng）采用變頻泵（bèng）循環方式（shì），以“先開先關”順序關泵，既保證了係統有備（bèi）用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現“繡死”現象。係（xì）統主電路圖如圖2所示（shì）。

2.控製（zhì）電路設計
控製電路如下圖3所示，SB1控製係統的啟（qǐ）動，SB2控製係統的停止，當水泵出現過載時，A5燈亮（liàng）。當變頻器（qì）出現故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的（de）變頻（pín）、工頻運行指（zhǐ）示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運（yùn）行指示燈。

3.PLC控製流程（chéng）圖設計（jì）
根據恒壓供（gòng）水操作要求，PLC控製係統要（yào）隨時監控自來水（shuǐ）以及供水口的情況來決定是否（fǒu）要起動水泵，PLC控製（zhì）程序設計的主要任務是接收（shōu）各種外部開關量信號的輸（shū）入，判斷當前（qián）的供水狀（zhuàng）態、輸出信號去（qù）控製繼電器、接觸器、等的（de）動（dòng）作，進而調整水泵的運行。PLC和變頻器是本係統的核心部分（fèn），係統穩定運行的關鍵取決於PLC程序的合理性（xìng）和可行性以及變頻（pín）器參（cān）數的設定。本（běn）係統采用（yòng）手動或自動兩種工作方式，係統啟動後，泵（bèng）1首先進人變頻運行，當檢（jiǎn）測到壓力上限信號時，變頻泵切換為工頻（pín），啟動另一台泵變頻運行，當檢測到壓力下（xià）限信（xìn）號（hào）時，工頻泵（bèng）切除，僅變為變頻泵工作（zuò），係統（tǒng）設計程序流（liú）程圖如圖（tú）4所示。

五、變頻恒壓供水（shuǐ）係統（tǒng）實訓裝置的（de）原理設計

本裝置集PLC、變頻調速、過程控製、工程組（zǔ）態技術於一體。它由六層住宅消防、生（shēng）活供水係統（實（shí）物模型），控製平台兩（liǎng）大部分組成，包含了可編程控（kòng）製器、變頻器、變（biàn）頻磁（cí）力驅動泵、休眠泵、消防泵、壓力變送器、壓力儀表、輸水管（guǎn）道、消防栓、家用水龍頭、蓄水池等工（gōng）程（chéng）設備。控製平台采用PLC+變頻器的開放式控（kòng）製結構，可以完成多種模（mó）式下的（de）樓層恒壓供水（shuǐ）實訓（xùn）實訓，為（wéi）教學研究變頻恒壓（yā）供水技術提供一個開放的（de）操作平台。它是一款適合於大學及中、高職院校電氣自動化（huà）、樓宇自（zì）動化、建築電氣、智能建築等專業的綜合型實訓設備。
1.係統特點：
1)控製平台采用PLC+變頻器的開放式控製結構，提供組態軟件和PLC開發環境，可以讓學生自行設計控製方案，靈活性強。
2)控製平台有熱過載保護、過流（liú）保護（hù）、漏電保護、接地保護、工頻和變頻聯鎖控製等多重保護機製。
3)控製係統能模擬真實的給水係統，有自（zì）動控製和手動控製兩種控製方式，當自動控製失效時，係統由（yóu）手動（dòng）控製方式運行。
4)控製（zhì）對象全部使（shǐ）用不鏽鋼和有機玻璃器件，保證不生鏽、不易（yì）老化；模擬六層大樓給水係統，具有有生活水（shuǐ）係統和消防水係統兩種水路模（mó）型；動（dòng）力係統由四台水泵（bèng）構成，其中兩台常規變頻循環泵，一台休（xiū）眠小泵，一台消防泵，能夠（gòu）模擬常規生活供水係統、消防供（gòng）水係統和夜間小流量供水（shuǐ）係統，能夠生（shēng）動模擬大樓給排水係統的典型結構。
2.技術參數：
1)輸入（rù）電（diàn）源：三相四（sì）線～380V±10%  50Hz
2)環境溫度：+4℃～+45℃
3)裝置容量：＜5kVA
4)外形尺寸：控製對象模型1200mm×805mm×1590mm，控製櫃800mm×600mm×2000mm
5)安全保護：具有漏電自動保護裝置
3.實訓項目：
1)控製屏（píng）結構認識與調試
2)單泵控（kòng）製變頻恒壓供水
3)雙泵切換變頻恒壓供水
4)生活水係統靜態壓力（lì）控製
5)生（shēng）活水（shuǐ）係統動態（tài）壓力控製
6)生活水係統的分時控製
7)夜間休眠模式下的供水
8)消防狀態控製
9)綜（zōng）合控（kòng）製係統
4.基本配置：
1)電源控製櫃（標準機櫃）
(1)交流（liú）電源（帶有過流保護）：單相交流電  220V  50Hz
三相交流電  380V  50Hz
(2)三相電源指示燈
(3)三相（xiàng）電源指示（shì）儀表
2)PLC
PLC采用歐姆龍CP係列控製器，采用HostLink通訊協議，提供了PLC開發環境，可以讓學生自行設計控製方案。
(1)生活供水管網的（de）恒壓供水
(2)可實現以（yǐ）天為周期的定（dìng）時控製壓（yā）力控製，以適應供水壓（yā）力變化的（de）需求
(3)夜間可啟動休眠小泵運行實現最大限度節能，實（shí）現小流量下的生活供水
(4)火警狀態，可自動（dòng）啟動消防泵，完成消防模式下的恒壓供水
(5)可實現帶上位機（jī）係統的PID控製
3)手動控（kòng）製裝置
控製係統采用手動控製和（hé）自動控（kòng）製兩種控製方式，手動控製器在實際工（gōng）程應用中具有十（shí）分的重要性，在該裝置當中加入該裝置具有如下作用：
(1)在自動控製（zhì）器（qì）失效的狀態下，手（shǒu）動控製（zhì）係（xì）統可以保證係（xì）統的可靠運行
(2)在係統投入自動控製前，可用手動控製（zhì）器檢驗（yàn）動力線路和動力設備的運行工況，可靠保護PLC和（hé）變頻器設備
4)恒壓供水模型
供水（shuǐ）模型（xíng）全部使（shǐ）用不鏽鋼和有機玻璃器件，保（bǎo）證不（bú）生鏽、不易（yì）老化；模擬六層（céng）大（dà）樓給水係統，具有有生活水係統和消（xiāo）防水係（xì）統兩種水路模（mó）型；動力係統由（yóu）四台水泵構成，其中兩台常規變頻循環泵（bèng），一台休眠小泵，一（yī）台消防泵，能夠模擬常規生活供（gòng）水係統、消防供水係統和夜間小流量供水係統，能生動模（mó）擬（nǐ）大樓給排水係統的典型結構
5)監控軟件
配（pèi）備監控係統軟件,可以實現對供水過程的全監控。實現控（kòng）製係統的參數整定（dìng）和狀態分析。提供組態軟（ruǎn）件（jiàn），可以讓學生自行設計監控界麵。
六、總結
變頻器和壓力（lì）傳感器組成的恒壓供水係統，達到恒壓供水的目的（de），實現真正（zhèng）意義上的無人值（zhí）守的起閉、循環（huán）切換水泵。由於變頻器具有軟啟動的功能，消（xiāo）除了啟動大電流對（duì）電網（wǎng）的衝擊，從而延（yán）長泵的使用壽命。實際運行（háng）情（qíng）況（kuàng）證明了本係統（tǒng）具有可靠性高、自動化（huà）程度高、便於維護（hù）和高（gāo）節能性等特點，具有很大的應用價（jià）值，可廣泛應用於工業供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水係統。