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時間：2022-05-18 12:10:04
序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇變頻供水系統范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
一、水資源概況
水，并不是取之不盡，用之不竭的，節約水，我們要從身邊的每一件事做起，從生活的點點滴滴做起。中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1/4?？鄢y以利用的洪水涇流和散布在偏遠地區的地下水資源后，我國現實可利用的淡水資源量則更少，僅為11000億立方米左右，人均可利用水資源量約為900立方米。我國水資源短缺、水污染嚴重 、水土流失嚴重 、水價嚴重偏低、水資源浪費嚴重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。于是節水顯得尤為重要，節水是指通過行政、技術、經濟等管理手段加強用水管理，調整用水結構，改進用水方式，科學、合理、有計劃、有重點的用水，提高水的利用率，避免水資源的浪費。
1、必要性：
20世紀90年代 ，在我國城鄉供水及水泵抽灌系統中，電機以額定轉速運行，并以額定出水量供水，當用水量減少或在用水低谷時，管網壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞，這樣造成電能與水資源的浪費。然而目前，變頻恒壓供水的調速系統可以實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統之一。在實際應用中如何充分利用專用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻恒壓供水設備、降低成本、保證產品質量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢，而且具有顯著的節能效果。
2、工作原理；
設備投入運行前，首先應設定設備的工作壓力等相關運行參數，設備運行時，由壓力傳感器連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號，并將其轉換為電信號傳送至變頻控制系統，控制系統將反饋回來的信號與設定壓力進行比較和運算，如果實際壓力比設定壓力低，則發出指令控制水泵加速運行，如果實際壓力比設定壓力高，則控制水泵減速運行，當達到設定壓力時，水泵就維持在該運行頻率上。當用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網的壓力穩定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，變頻器自動將原工作在變頻狀態下的泵，投入到工頻運行，以加大管網的供水量，保證壓力穩定。若兩臺泵運行仍不能保證管網的壓力穩定，則依次將變頻工作狀態下的泵投入到工頻運行，而將下一臺泵投入變頻運行。當用水量減少時，變頻器以最低速信號運行，如這時壓力上限信號仍出現，則PLC將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停下一臺工頻運行的泵，直到最后一臺泵用主變頻器恒壓供水。如果一臺泵連續運行時間超過3小時，則切換下一臺泵，避免了某一臺泵工作時間過長，確保了泵的可靠壽命，進一步提高了工作效率，節約了能源。
變頻調速恒壓供水系統由變頻器、泵組電機、供水管網、儲水箱、（智能PID調節器）、壓力變送器、PLC控制單元等部分組成，控制系統原理圖如圖1-1所示。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網水壓。智能PID調節器實現管網水壓的PLC調節。PLC控制單元則是泵組管理的執行設備，同時還是變頻器的驅動控制，根據用水量的實際變化，自動調整其它工頻泵的運行臺數。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便。水泵電機實現變頻軟啟動， 消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊，延長機電設備的使用壽命。
智能PID調節器屬于PLC擴展模塊，可以與AD＼DA模塊一起使用，得到過程控制模塊的效果。同時它的功能可以被變頻器的某些功能代替，達到同樣的控制效果。其控制原理圖如圖1-2所示。
圖1-2 恒壓供水系統控制原理框圖二
三、全自動變頻恒壓供水系統特點及適用范圍
1、系統特點：
（1）高效節能。按需要設定供水壓力，根據管網用水量來變頻調節水泵轉速，使水泵始終在高效率工況下運行，同普通的無塔供水設備相比，節能效果達到20%。
（2）對電網沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接起動時對電網的沖擊和干擾，并且設備控制系統具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、 過熱等多種保護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。
（3）人機界面觸摸面板操作，設計參數靈活方便?？伸`活設定頻率下限，加速時間、減速時間、換泵時間等各種工作參數，能夠顯示系統運行時間，查閱各種故障原因。
（4）定時喚醒功能。由于系統是根據管網用水量的多少來決定投入運行水泵的臺數，所以當用水量長期在某一小范圍內變化時就會使得某臺水泵長期運行而磨損嚴重，而其他水泵長期不使用造成生銹，設定本功能后則可方便的解決該問題。對于同流量的多臺水泵，為使各泵平均工作時間相同，須設置定時換泵功能。在設定了定時換泵功能后，當一臺變量泵連續工作時間超過設定值后，且有變量泵處于“休息”狀態，則變頻器自動切換啟動“休息”時間最長的變量泵，并停止原變量泵，以保證各臺水泵運行時間均等，延長水泵使用壽命。換泵時間可任意設定。
（5）當變頻器發生故障時，能夠自動轉換至工頻運行，確保供水不間斷。突然停電后再來電，設備能夠自動啟動運行。
2、適用范圍：
變頻恒壓系統廣泛應用于居民區、賓館及其它公共建筑的生活用水、鍋爐補給水，加壓泵站、各類工礦企業的生產用水、消防用水、鍋爐恒壓補水、輸油管道增壓、注水系統、農田灌溉等。
四、總結
目前變頻恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發展。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮建設中成片開發、智能樓宇、網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。但國內變頻調速恒壓供水系統的水壓閉環控制系統的研究還是不夠的，因此，有待于進一步研究改善，使其能夠被更好的應用于生活、生產實踐中。堅持把節約用水放在首位，強化城市節約用水管理，努力創建節水型城市，實施可持續發展。
參考文獻
1、賀玲芳.基于PLC控制的全自動變頻恒壓供水系統.西安科技學院學報，2000；
水資源和電能在我們的日常生活和工作中起著至關重要的作用，雖然我們國家資源豐富，但資源的浪費和污染也非常嚴重，所以做好節能減排的工作是非常迫切的。為了能夠滿足城市高效節能的供水要求，應該對從前的供水系統進行優化，把從前傳統的供水系統轉變成恒壓變頻供水系統，提高供水系統的自動化控制程度，增強中小城市供水系統的性能，科學合理的降低供水能耗、實現高效供水。
在以前的供水系統中傳統的PID控制方式已經取得了較好的控制效果，而本文通過傳統PID控制方式與模糊控制方法相結合，來探索一種更好的控制策略，提升恒壓供水系統的供水性能。這種新的供水控制策略可以使得供水節能效果更顯著，操作更加簡單，調節時間大大的縮短，提升恒壓供水的穩定性、安全性，為人民的生產生活做好保障。這種供水系統的應用范圍非常廣，既可以用于中小城市的市政供水又可以用于化工和其他工業用水中。
目前，恒壓變頻供水方式是新型的供水方式，它可以靈活的控制水泵的轉速來改變供水管網的水流量，當用水流量較大時，系統的各臺水泵逐漸啟動，并利用變頻/工頻切換來實現供水管網的水壓恒定，以保證用戶正常用水；而夜間用水量減少時，恒壓變頻供水系統將根據用水情況逐漸減少工作的水泵數量，并通過工頻切換為變頻的方式實現管網水壓的恒定，保證供水流量一直跟隨用水流量的變化而變化。
供水的目的是為了滿足用戶的用水需求，而用水流量和供水流量是影響供水管網壓力的最直接原因。當系統的供水量小于用水量時，管網水壓下降；當供水量等于用水量時，管網水壓恒定；當供水量大于用水量時，管網水壓上升。由此可見，供水管網的壓力是反映供求之間矛盾的關鍵。因此，可將供水管網的水壓作為檢測量，由系統根據管網水壓的變化改變水泵機組的頻率，進而調節供水量，實現供水流量和用水流量之間的動態平衡，使恒壓變頻供水系統穩定地工作在管網水壓的設定值。
變頻技術簡單地說就是把直流電變換為電壓和頻率可變的交流電，或者把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變的交流電。前者即將直流電轉變為電壓和頻率可變的交流電需要經過逆變的過程，而后者即將電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變交流電需要經由整流和逆變兩個過程，逆變是整流的逆向過程。在這些變化過程中，電源頻率均發生了變化。
近年來，恒壓供水系統通常結合變頻調速根據管網壓力的變化情況通過微機監測和運算，自動地調節水泵轉速以滿足用戶用水的要求。這樣的供水系統具有顯著的節能效果和可靠地穩定性，因此是目前最合理的先進供水系統。
恒壓變頻供水系統將可編程控制器作為控制中心，通過檢測實際管網水壓與管網水壓的設定值進行比較，經運算處理后輸出控制信號改變水泵的工作頻率，使供水系統自動穩定于設定的管網壓力值，實現管網水壓的閉環調節。當用水量增加時，系統調節水泵的工作頻率使水泵的轉速提高，加大供水量；當用水量減少時，系統調節水泵的工作頻率使水泵的轉速減小，進而減少供水量，這樣既保證了供水效率又滿足了用戶對水壓的要求，實現了“用多少水，供多少水”。
這種供水方式不需要建造高位水箱、水塔等，既節約了成本，又沒有了水質二次污染的可能，是一種理想化的供水方式。這種供水方式是目前較先進的供水方式，比傳統的供水方式可靠性更高，穩定性更好，既節能環保又安全高效，自動化水平高，而且經濟實惠。并且這種變頻供水系統在生活中的應用越來越廣，范圍越來越大，不僅適用于工廠、學校、居民區等用水場合，也適用于各種自來水廠、供暖循環用水系統和工廠循環冷卻水系統等。
恒壓變頻供水系統的發展離不開變頻調速技術，變頻調速技術是恒壓變頻供水系統的核心。通過調查研究發現國外都是采用一臺水泵配一臺變頻器的方式，這樣就要求在一套供水系統中有多少臺水泵機組就要有多少臺變頻器，成本較高，加大了生產投入。隨著變頻技術在供水系統中的應用越來越廣泛，大家逐漸發現并認同恒壓變頻供水系統具有明顯的節能效果，自動化水平高，而且還具有高穩定性和較強的可靠性。很多國外生產廠家最先發現商機，開始完善變頻器的功能，生產出可以應用于供水系統的變頻器。像日本Samco公司，就推出了高度集成的供水基板，這種供水基板是將多種硬件設備集成在一起，然后通過命令等形式完成其控制功能，這種基板上擁有配備齊全的功能模塊，可以直接控制基板里邊的電磁接觸器動作，并且具備“變頻泵固定模式”和“變頻泵循環模式”兩種形式。但是這種專用的變頻器基板構成的供水系統最多只能有7臺水泵機組。這種配置雖然將電路高度集成化，降低了生產成本，但系統的動態性能和穩定性不高，局限了系統本身的帶負載能力，而且輸出接口的擴展功能沒有靈活性，無法實現數據通信，不能用于要求較高的供水系統，在實際應用過程中會產生很大的局限性。
目前在做變頻恒壓供水系統時，國內很多公司都采用了與國外一樣的控制方式構成供水系統的閉環調節，即單臺變頻器帶動單臺泵或者單臺變頻器控制多個泵。在這些供水系統中有的企業為了節省成本采用單片機及相應的軟件予以實現。如原深圳華為電氣公司，推出了無需外接PLC和PID調節器的恒壓供水專用變頻器（5.5kw-22kw），這種專用變頻器很多最多控制4臺電動機 ，操作不太方便，同時其輸出接口限制了帶負載容量，又不具有數據通信功能，而且在系統的節能性、開放性、穩定性等方面還遠遠不能滿足用戶的需要，是以只可把它用于用水需求小系統。還有一些公司采用傳統的PID控制方式，并將可編程邏輯控制器與通用變頻器一起使用來構成供水系統，并配合觸摸屏、組態軟件等監控軟件等。這種控制方法比較集約化，節約成本，而且系統的可靠性提高，方便工作人員集中管理，并且系統的編程和調試操作簡單。
隨著科技的發展，電氣電子行業的產品不斷地更新換代，變頻器也逐漸的被廣泛應用。在恒壓供水系統中，這種應用已經不再陌生，恒壓變頻供水系統的系統性能也在不斷改善。為了能更好的應用于工業生產和人民生活，通常結合先進算法對恒壓變頻調速系統進行設計以提高變頻恒壓供水系統的性能。
參考文獻
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中圖分類號：S611文獻標識碼： A
變頻恒壓供水系統具有節能環保、安全可靠等特點得到廣泛的應用。通過變頻器調節輸入交流電的頻率而調節異步電動機的轉速，從而改變水泵的出水流量來調節供水系統的壓力。因此，供水系統變頻的實質是三相異步電動機的變頻調速，通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。
一、變頻恒壓供水系統的主要結構及組成
本設計中，由PLC構成系統的控制機構，從系統的結構圖，可以看出管網水壓通過安裝在總水管上的壓力測量計測量，測得的壓力值傳送給壓力變送器，壓力變送器把測得的壓力信號轉換成電信號(模擬量)再傳送給PLC，由于PLC不能直接處理模擬量，所以必須通過A/D轉換模塊，把模擬量轉換成數字量后，再經過PLC內部PID程序運算處理，把PLC的運算結果通過D/A轉換模塊送至變頻器控制端，從而調整變頻器的輸出頻率、改變電機的轉速，以達到維持水壓的恒定。為了防止電機空轉，通過安裝在蓄水池中的液位計來檢測液位狀況，當液位過低時，電機停止工作。
二、控制系統的基本要求、組成和工作原理
變頻恒壓供水系統控制的基本要求如下：①供水壓力基本恒定，換泵時的水壓波動?。虎诠灿?臺水泵，3臺主水泵，1臺輔助泵；③變頻器的速度以及工、變頻運行由管網壓力變送器來控制；④通過脈沖式水表可以完成用水量的計量；⑤通過組態監控系統實現穩定的住宅小區變頻恒壓供水控制過程。本系統是通過閉環控制系統達到控制管道內水壓的作用，也就是根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統行為與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。變頻恒壓供水系統由變頻器、水泵、PLC以及壓力變送器等構成閉環控制系統。其系統框圖如圖1所示
針對目前供水系統存在的問題：主要表現在用水高峰期，特別是早、晚兩個時間段，正是人們燒飯洗衣服的時候，這時管網中的水的需求量大大高于供給量，水泵提供的管道中水的壓力不斷降低，出現供不應求的現象。除了早、晚兩個時間段以外的時間，即用水低峰期，這時用水量大大降低，管網中水的需求量遠遠低于供給量，水泵提供的管道中水的壓力不斷升高，出現供過于求的現象，這樣有可能使水管爆裂，甚至損壞用水設備，造成能源的浪費。本系統主要通過西門子PLC對水泵進行節能優化控制，通過西門子變頻器調整水泵的運行狀態和運行臺數，達到穩定水壓和節約電能的目的。系統通過壓力變送器采集管道中水壓信號，PLC采集到該信號后，由A/D轉換模塊將采集信號值與設定值進行比較，西門子PLC能夠進行PID控制，PID是比例、積分、微分的縮寫，比例調節的作用是能夠加快調節速度，積分的作用是減小誤差，從而消除靜差，微分的作用是改善系統的動態性能。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。供水壓力經PID調節后的輸出量將通過交流接觸器組切換后輸出給水泵的電動機，最終由PLC根據頻率變化來控制水泵的運行數量和工變頻運行狀態，以此來確保管道水壓的穩定。變頻恒壓供水系統總體結構圖如圖2所示。
三、水泵裝置的特性曲線
變頻調速恒壓供水系統中配置i臺工作主泵(一般i=l～3臺)、1臺小泵及1個氣壓水罐。供水系統工作特性分析如圖l所示。
為最不利配水點與水源最低水位的高程差，為最不利配水點的工作壓力(水頭)，曲線l為主泵在額定轉速n。下的Q一H曲線高效區，曲線2為主泵在轉速下的Q一H曲線高效區，曲線3為小泵在額定轉速下的Q—H曲線高效區，曲線4為i臺主泵在額定轉速n。下的并聯Q一H曲線；曲線5為管道特性曲線。曲線為通過曲線1左端點a的相似工況拋物線，曲線為通過主泵額定工況點()的相似工況拋物線，曲線為通過曲線l右端點b的相似工況拋物線。工況點()為供水系統最大流量與揚程，為供水系統的恒壓值。
四、水泵及氣壓水罐的選擇
小流量工況點的為主泵在調速后高效區運行的最小流量，亦為氣壓給水系統中小泵供水的最大流量，為氣壓給水系統的允許最低供水壓力值，即小泵啟動的理論最低壓力值。為此，所選擇的小泵的曲線高效段右側通過工況點e點或在e點附近且不低于e點。在小泵的Q一H曲線高效段左側確定一點，通過管道損失計算，使研的最大值不超過系統中配水點的最大供水壓力限值。在小泵Q—H曲線高效段內合理確定氣壓水罐的最低工作壓力值(不低于)和最高壓力(不高于)，即合理確定氣壓水罐內的工作壓力比。由及鞏平均值，在小泵曲線上確定與其對應的小泵的流量，根據規范相關條款的要求，計算氣壓水罐的調節容積和氣壓水罐的總容積，即可選定氣壓水罐的型號。
五、系統硬件設計
以此為例：利用西門子MM420變頻器、西門子S7-200PLC、壓力變送器等器件構成閉環控制系統，以調節水泵的工變頻情況，實現變頻恒壓供水。
3.1主電路電氣原理圖變頻恒壓供水系統總電路圖，如圖3所示，接觸器KM1、KM3、KM5分別控制1#電機、2#電機、3#電機的變頻運行，接觸器KM2、KM4、KM6分別控制1#電機、2#電機、3#電機的工頻運行，接觸器KM7控制輔助泵的工頻運行，PLC的模擬輸出端子M、V控制變頻器的運行。為了更好地保護電機的運行，在電路中加入熱繼電器，它的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現電動機斷電停車，起到過載保護的作用。FR1、FR2為1#電機、2#電機過載保護用的熱繼電器，FR3、FR4為3#電機、輔助泵過載保護用的熱繼電器。
六、系統的軟件設計
本供水系統主要用于住宅小區生活用水，其用水量主要集中在早、晚兩個時間段，早上用水量主要集中在6點-9點這個時間段，晚上用水量主要集中在18點-22點這個時間段，除了這兩個時間段以外，平時都處于低流量狀態。與通常的工頻氣壓給水設備相比，采用變頻恒壓供水系統實現低流量時的恒壓供水節能效果可達30%。系統啟動運行時，首先啟動輔助泵工頻運行供水，當用水量增大，當前管網壓力小于系統設定壓力時，1分鐘后，PLC通過變頻器啟動l#水泵變頻運行，同時關閉輔助泵的運行。在l#水泵變頻運行（從0Hz向上調整）中，PLC根據水壓變化進行PID調節來控制流量，維持水壓。當1#水泵變頻運行到50Hz時，如果用水量繼續增加，當前管網壓力仍小于系統設定壓力時，1分鐘后，由PLC給出控制信號，將l#水泵與變頻器斷開，l#水泵由變頻運行轉為工頻運行，同時變頻器啟動2#水泵變頻運行。
七、結論
變頻恒壓供水系統是將壓力傳感器提供的管網壓力信號，傳送給變頻器，根據傳感器的采樣值與變頻器的設定值進行比較，通過內置的PID功能進行數據處理，將處理結果作為變頻器頻率的給定輸入，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉速，保持供水管道的壓力恒定．在用水高峰期，居民用水量增加，管網壓力隨之下降，此時壓力的變化通過PID運算后，最終應使變頻器輸出頻率增加，使水泵電機轉速增加或增加投入運行的水泵臺數，以此來增加管網壓力，保證供水能力。
參考文獻
中圖分類號：TD744 文獻標識碼：A
水泵供水系統依據每個地區對水需求量的不同來調節變化水泵的流量和壓力以及管道中的流量，以此來滿足各個地區的用水需求。在水泵供水系統中，一般有兩種主要的方式來對水泵流量進行調節，第一種方式是通過開大供水閥使其流量上升或者關小供水閥使流量下降來進行節流調節。在傳統式的水泵控制裝置中，一般都是靠調節水泵的進出口閥門的開口程度來調節水流和水壓的，但是這樣做會出現一些問題，由于是通過調節水泵的出口閥門開口度來抑制電機過載問題的，因此，這樣做就會導致閥門開度過小或者是流量小時壓力過高等問題的出現。第二種做法是，通過控制水泵的調速來進行調節，當水泵轉速高時，供水流量就會增加，當轉速下降時，流量就會降低，通過對供水系統中的水泵進行調節來改變供水的流量。
1核心概念界定
1.1變頻技術
變頻技術顧名思義，就是一種通過改變定子供電頻率來實現電機變速的技術手段。在當今所有的變速技術手段中，變頻調速比任何一種交流調速方式都具有無可比擬的優越性，在世界范圍內發生了重大變革，是當今一款性能最好，應用最廣的高效技術。變頻技術采用計算機智能控制，實現了工業交流電機的無線調速，它可以依據負載的變化而調節變速，實現了能源節約，提高了生產效率，優化了資源的合理利用。
變頻器水泵供水系統，能夠實現24小時式的持續運行，根據壓力信號自動調節，供水質量較好，能有效地避免水泵因頻繁啟動導致停止或縮短使用壽命等情況的發生。恒定的水壓供水系統，保護功能強大，運行安全可靠，具有欠壓、過流、過載、過熱、缺相、短路保護等方面的功能。
1.2水泵供水系統
供水系統又叫做供水設備，是為了緩解因壓力不足而導致的水流高度及其流量無法滿足用戶需求的目的。水泵供水系統一般都包含水泵機、變頻控制器和壓力傳感器及其常用的輔助器件等，當然，不同類型的水泵供水系統也會包含不同的設備類型。目前，變頻供水設備主要有這么幾種類型：無負壓供水設備、無塔變頻供水設備、雙模變頻供水設備、家用一體式供水設備、數控氣壓式供水設備和超靜音管中泵變頻供水設備等。
2變頻水泵供水系統的主要構造
變頻水泵供水系統一般包括：PLC控制器、上位機控制PC機、變頻調速器BP、壓力變送器PT、軟啟動器BU、水位變送器LT、接觸器K1-K6和其他電控設備、水泵等主要部分。一般而言，壓力變送器處于供水系統的總出水管上，每一個用水處的水池里面也安裝兩只水位變送器；PLC控制器一般由西門子S7-300式的模塊組成；運用MP277-10寸觸摸屏作為人機界面；CPU則是315-2dp規格的；電源模塊主要是PS307-10A；模擬量的輸入模塊是SM331，輸出模塊則為SM332；數字量的輸入模塊是SM321，輸出模塊是SM322；通信模塊是用CP343-1和CP342-5式的以太網及485總線來進行通信的。
3變頻技術在水泵供水系統中的具體運用
3.1變頻技術的節能原理
變頻器主要是通過調節交流電動機的轉速來實現節能功能的，它除了具備卓越的調速性能之外，還具有顯著的節約能源之功效，是當今產品技術改造和更新換代的理想調速裝置。變頻器的應用，可以顯著提高水泵電機轉度的控制精度，使得變頻器能在最節能的速度下運轉。依據流體力學中的基本原理，我們可知：軸功率與轉速的三次方呈正比，當水泵的轉速降低時，其功率需要按照轉速的三次方降低，由此可見，精確的調整轉速對于節能具有可觀的效果。
3.2變頻技術的控制原理
變頻技術在水泵供水系統中的控制原理詳見圖1所示。壓力變送器和水位變送器電源都是運用PLC式電源模塊提供的通用DC24V型號的電源，輸出信號則采用4～20mA電流環信號，當檢測到壓力和水位信號與預設值經過PID運算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調整變頻器電動機的轉速，在水位限制內來保持供水的壓力、流量處于恒定狀態。在這種運行原理下，就構成了以設定壓力為基準的壓力閉環系統。通過自動監測水池里水位的低限信號，輸出水位低限信號或直接停機來做到無人值守式的遠程控制。
3.3變頻器技術主要工作流程
變頻控制系統一般都有兩種主要的工作方式：現地控制和遠程遙控。
（1）現地控制
現地控制一般具有手動操作及其信號顯示等基本功能，工作人員在檢查和維修變頻器故障時，可以根據工作的具體需求來控制水泵的啟動、停止狀態。
（2）遠程遙控
變頻器在運作過程中，主要是通過循環投切的方式來啟動主、備兩種水泵，軟啟動器在變頻器故障的狀態下能夠通過轉換按鈕的操作來代替變頻器。當自動開關合上之后，主泵電機開始通電，變頻器控制輸出從OHz開始上升并監控壓力傳感器的數據壓力。當壓力不強時，輸出頻率會持續上升，直到可以達到50Hz之后，主泵切換到工頻狀態，變頻器切入到備用泵使變頻器能夠順利啟動，啟動變頻器后，繼續加大水量，使壓力達到一定標準之后，水泵能以正常的頻率進行工作并保持輸出時的壓力狀態。假如水泵在運行過程中突然出現停電或者停機等故障時，需要等待電源恢復或者系統自動恢復之后才能繼續按照預先設置好的工作流程實現多臺水泵的順序變頻啟動、停止和循環變頻等環節。
3.4供水系統的調頻設置
變頻器式的水泵供水系統中，工作人員需要將總供水管路的最高輸出壓力設定為最大的工作壓力，通過合理地設定變頻器壓力來提升壓力曲線，輸出最大的壓力和最高、最低的運行頻率。這樣做的目的在于，能夠使供水系統中的兩臺水泵總會有一個水泵處于變頻運行中，而另外一個水泵則處于工頻或者是停機狀態中。當前我國的變頻器水泵供水系統中，大部分的時間內都是只有一個主泵的工作是設定在低頻工作段之內的，而備用的那個水泵一般都是處于停機狀態中，這樣做可以有效地提高整個供水系統的節能效果。
4總結語
變頻器式的供水系統相對于傳統水塔或高位水箱、氣壓供水系統而言，具有安全性高、效率好、自動化程度高、經濟實惠等方面的優勢，被廣泛應用于我國的社會生產生活中。在供水系統中采用變頻器技術，使水泵變頻的啟動更加平穩，對整個電網的沖擊破壞力也得到減小，系統大部分時間都處于一種低頻狀態下工作，其工作的可靠性較高，節能性能較好，對其進行投入應用，具有重大的現實戰略意義，值得被廣泛推廣應用。
參考文獻
[1] 冉晟伊，熊于菽.變頻技術在供水系統中的應用[J].應用科學，2009（01）.
[2] 王強，李齊權.變頻技術在恒壓供水系統中的應用[J].節能技術，2009（01）.
2某小區熱水供暖系統一次網中調速供水應用例
北京育新花園小區熱水供暖系統一次網采用3臺ISB200/150-400-50A型水泵，其中1臺備用。根據系統一次網的設計流量，采用1臺水泵即可滿足系統的正常使用要求。熱水供暖系統一次網為實現在室外溫度變化時，循環水泵保持在最佳流量工況下運行的目標，系統一次網的循環流量應隨著系統熱負荷的變化而動態調整。對小區熱水供暖系統一次網采用“質量-流量優化調節”，對應不同的熱負荷，系統循環水量在整個采暖季的分布情況和調節情況對應關系如表1。
表1系統一次網循環水泵兩種方法調節流量時的軸功率比較
表1中數據表明:系統一次網在流量為159t/h和300t/h的工況下運行的時間較多，大約各占700個小時;而流量小于150t/h和大于400t/h的工況運行時間較少，大約各占80個小時。用變頻器驅動水泵電機，進行質量-流量優化調節，實現供暖系統的優化運行。
表1中的數據給出了熱水供暖系統一次網中在不同的循環水量狀態下運行時，傳統的循環水泵閥門調節和變頻調速調節的軸功率對比。電價以0.6元/kWh計算，系統一次網循環水泵在一個采暖季里，采用閥門調節流量，運行電耗費用:123，9022×0.6=7.4萬元(人民幣);采用變頻調速方式，運行電費支出:43，040×0.6=2.6萬元。一個采暖季中，小區熱水供暖系統一次網循環水泵使用變頻調速方式可減少電耗80，802kWh，節省費用4.8萬元。
市場上變頻器的價格大約在800～900元/kW，ISB200/150-400-50A型水泵的功率為75kW，循環水泵配用變頻調速設備使用投資大約為元6萬元左右，從統計數據上看，不到兩個采暖季就可收回投資。
3某飯店供水系統應用例
北京西直門外地區某飯店的供水系統原來由3臺泵組成，每臺泵的出水管均裝有手動閥門，供檢修和調節水量用。經變頻調速改造后，新系統中除了有變頻器以外，還有反映管網壓力的壓力傳感器和電接點壓力表及信號放大系統，還有實現邏輯控制的PLC。PLC控制3臺水泵的啟動和停止，壓力傳感器為變頻器提供了反饋量，并和變頻器組成了壓力閉環系統，使系統始終在恒壓狀態工作。電接點壓力表用來檢測管路的最小壓力。
新系統中，一臺變頻器循環啟動3臺泵，1號、2號泵的功率是15kW,3號泵為11kW。經測算1號泵或2號泵全力工作一般就會滿足整個系統的最大用水量，3號泵是備用泵。白天供水投入1號泵，使它工作在變頻調速狀態，構成壓力閉環系統。但為了均衡水泵的使用壽命，采用定時換泵的方式8小時輪換一個班次，即8小時后，2號泵工作運行，1號泵轉為備用，循環使用。當夜間供水量減小，或這兩臺泵處于檢修狀態時，3號泵啟動并變頻運行和維持恒壓。
系統采用了富士變頻器FRN15P11S-4CX，容量23kVA，額定電流30A，頻率變動范圍0～120Hz，1號和2號泵的型號為80DL50-20×3額定電壓380V，額定電流30A，額定轉速1450rpm。3號泵的型號為65LG3620×3，是立式多級分段式離心泵。由于變頻器在任何一個確定的時間只驅動一臺泵的拖動電機，故3臺泵的啟動、停止采用邏輯控制實現相互閉鎖，保證可靠切換。為確?？刂埔蟮膶崿F，將3臺電機所有的控制、保護、檢測單元全部集中在一個控制柜里。
表2給出1臺15kW的水泵分別在定速和變速情況下運行測得的數據。
從表2中數據對比知道，水泵變頻運行后:
電源電壓下降了63%，電機定子電流下降41.3%
電源頻率下降12%，功率因數提高3.1%
流量減少4%水壓降低7.7%
轉速下降8.9%
使用計算調速前后的功率之比，式中p為有功功率，U1、I1分別為電機定子線電壓和線電流。
工頻運行時有:;
變頻運行時有:。功率差p1-pB=8.22(kW)。每年360個工作日，每個工作日平均工作16個小時，可節約電能w=(p1-pB)×16×360=47347.2(kWh)，電價按0.6元/kWh計算，每年可節約電費支出2.84萬元。而購買變頻設備的費用是2萬多元，從分析知道，1年便可以回收設備投資。
表21臺15kW的水泵變頻調速前后各項指標對比
4水泵變頻調速的綜合結果
從以上某小區熱水供暖系統一次網中調速供水和飯店供水系統應用例中知道:水泵經變
頻調速以后，除了具有很好的節能效果外，在以下性能指標上獲得了提高:
(1)實現了軟啟動;工作電流下降，電機運行溫度明顯下降，同時減少了機械磨損，機械檢修工作量也大幅減少。
(2)各種保護功能完善，沒有再發生因過載、單相運行而燒毀電機的現象，確保了安全運行。
(3)實現了軟啟動，避免了無調速水泵啟動對周邊設備及電網的沖擊。
(4)能自動維持恒壓供水并無級調節水壓;供水質量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。
(5)自動化程度提高，提高了水泵的運行效率。
5結語
根據調查資料顯示，北京地區的供水系統應用變頻調速技術有一定的普及程度，但還有
很大潛力，繼續在北京地區的供水系統中普及應用變頻調速技術，經濟和社會效益是明顯的，技術優勢也是明顯的，尤其是具有較大幅度的節能效果。但同時也有一些問題，如:變頻恒壓供水系統停電既停水。另外變頻器工作產生的高次諧波對電網電壓有一定影響，尤其是電網有效容量越小，變頻器容量越大，影響程度就越大，這種影響會使電力電容、電抗器、變壓器容易發熱，并產生電磁諧振，電動機、發電機產生附加損耗，繼電器產生誤動作。我國的GB12668-90中規定:電氣設備使用時，引起的電壓畸變率要小于10%，任何奇次諧波不超過5%，偶次諧波不超過2%，使用變頻器后，在電網局部地區可能會出現電壓畸變超出國標的情況，宜采取相應的措施處理。
1 恒壓供水控制
所謂的恒壓供水控制就是采用變頻調速對不同的水量變化對水壓進行控制，使得水壓始終可以保證在一個恒定值，以保證城市正常的生產，居民日常生活的用水需求。恒壓供水控制方式是目前國內外先進供水控制方式，它可以保證水壓的恒定，并實現供水系統進行集中的控制與監管，它相對于傳統的供水方式而言穩定性和可靠性非常的高，同時它的操作簡單方便，可進行自動化操作管理更還可以節約電能。
2 變頻調速控制原理
變頻恒壓供水系統主要由電動機、水泵機組、測壓穩壓罐、壓力傳感器、變頻控制柜、閥門和管道等組成。首先要先通過傳感器對水的壓力進行反饋，再通過調節變頻器進行輸出，以此來調節三相異步電動機的轉速，從而對水泵的出水流量進行控制，實現供水壓力的恒定。所以說，變頻恒壓供水系統的變頻，實質就是三相異步電動機的變頻調速過程。
3 變頻調速系統設計原則
簡單來說，就要保證泵的節能性且保證恒定供水。
4 變頻恒壓供水系統設計實例
4.1 設備選用
對于變頻恒壓供水系統的設備選用，首先應考慮的是運用計算機進行供水系統的遠程控制和管理（多數機械設備的變頻都是選用與PLC進行結合的技術），通過PLC進行控制的變頻恒壓供水系統包括可編程控制器、變頻器、壓力變送器和水泵，（大多數情況下可編程控制器都會選用西門子S7-200系列的PLC進行變頻控制以及現場設備的運行控制），此系統同時具有手動與自動兩種工作操作方式，且具有自診斷故障功能和自處理故障功能，同時可在發生故障的第一時間發出報警信號，泵的電動機功率為220KW，以PID計算方法進行水壓的閉環控制。
4.2 變頻恒壓供水系統的原理圖設計
水泵電機的轉速是由變頻器進行控制的，以此來實現水壓的恒壓控制。當系統被啟動時，首先應閉合空氣開關，并把轉換開關調到變頻位置，此時電流通過開關送到交流接觸器和熱繼電器上，再進行加載到達變頻器上，這時變頻器輸出驅動，變頻電機開始啟動運行；此時應要注意的是，當檢測得到的管網壓力大于設定值，則系統不能被啟動，而當管網壓力小于設定值時，系統正常被啟動。
當變頻器出現故障時，為了保證城市居民的正常用水，應當采用臨時的手動工頻進行供水控制。首先要切斷加在變頻器上的三相電源，并將電源連接在工頻中，當按下啟動按鈕后，接觸器KM1、KM2和時間繼電器得電，電機開始轉動，當電機的轉速達到指定數值時，時間繼電器KT開始動作，此時KM1、KM2主觸點隨即斷開，接觸器KM3得電閉合，此時電機的額定電壓已進入到了全壓的運行狀態，即達到臨時手動供水目的。
4.3 變頻器功能參數設置（見表1）
4.4 節能分析
根據水泵的比例定律可以得出，水泵動力下管道內的水流流量分別與變頻調速的轉速及其損耗功率都成正比，而其轉速的三次方與功率同樣也成正比，所以變頻調速的控制方式供水所消耗的功率要比閥門控制方式供水消耗的功率小很多，節能效果才會顯著，這也是變頻調速供水系統具有節能效果的最基本方面。
在整個供水系統中，當管道、管路中水流閥門的開度保持不變的情況下，可以表現出供水系統的基本特性，還可以表現出所處的工作點的揚程特性，其揚程特性曲線是以全揚程與流量間的關系的曲線H1=f（QG）表示的；當水泵的轉速不發生變化時，其可以變現出管阻特性，管阻特性曲線則用揚程H與流量Q之間的關系H=f（Qu）表示；而當管道閥門或管路閥門的開度不同時其變現出得管阻特性曲線也會不同。揚程特性曲線與管阻特性曲線的交叉點形成了供水系統的工作點，被稱之為供水系統的工作點，此點的供水系統是處于平衡狀態的，系統運行也十分穩定；所謂的供水功率是供水系統在向用戶進行供水時所消耗的功率P（KW）。
恒壓供水技術是采用變頻器對電動機的轉動頻率進行改變，以達到調節水泵轉速，改變水泵出水口的壓力，這種方式可以降低水管道所受的阻力，進而減少了截流造成的能源損失。
5 結束語
結合實踐，將變頻技術應用于城市的供水系統，通過PLC進行變頻調速，使得城市用水控制系統完全上升到了自動化的階段，不僅可以起到節能環保的作用，其運行系統更加穩定可靠，其控制操作也更加簡便安全。
Abstract: Combined with the author’s practical work experience, we introduce the basic principle of the constant pressure water supply and the system composition basics, for your reference.
Key words: building; frequency control; constant pressure water supply; system design
中圖分類號：TV674文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）
本文研究設計的變頻調速恒壓供水系統可運用于居民小區的高層樓宇，在本供水系統中采用變頻調速運行方式，可根據實際需要水壓的變化自動調節水泵電機的轉速或加減泵，實現恒壓供水，系統增加了夜間小流量睡眠功能，睡眠后低壓仍然能自動喚醒變頻運行，在最大程度上節能降耗。系統自動化程度高,可以做到無人職守狀態。
隨著現代社會的發展和進步，目前城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不能因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在突然發生火災時能可靠供水。針對這兩個方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是應用PLC控制的變頻調速恒壓無塔供水系統。
1 變頻調速恒壓供水基本原理
1.1 工藝要求
對生活/消防水泵雙恒壓供水系統的基本要求是：
1.1.1生活供水時，該系統應低恒壓值運行，消防供水時，該系統應高恒壓值運行。
1.1.2 水泵根據恒壓的需求，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。
1.1.3 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過三個小時，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作的時間過長。
1.1.4 水泵在啟動時要有軟啟動功能。
1.2 系統組成和基本工作原理
以一個生活/消防水泵雙恒壓無塔供水系統為例來說明其工藝過程，市網來水用高低水位控制器EQ 來控制注水閥 TV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給 PLC，作為低水位報警用。為了保障供水的持續性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水各用三臺泵，平時電磁閥YV2 處于失電狀態，關閉消防管網，水泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態（生活用水低恒壓值）下進行；當有火災發生時，電磁閥 YV2 得電，關閉生活用水管網，三臺供消防用水泵使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態（消防用水高恒壓值）下進行?；馂慕Y束后三臺泵再改為三臺生活供水泵進行使用。
2 控制系統設計
產生水壓的設備是水泵，水泵轉動的越快，產生的水壓就越高。傳統的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開著時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位繼續供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定。
但建造水塔需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數量或提高水泵的轉動速度以保證管網中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調節。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機速度調節技術不發達的年代是不可設想的，但是今天需要辦到這一點已經變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉速的平滑連續調節提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。
3 硬件與軟件實現
3.1 主電路設計
在主電路中，采用一臺變頻器控制三臺生活水泵電機和三臺消防水泵電機，生活水泵電機都具有變頻/工頻兩種工作狀態，消防采用工頻工作狀態。KM1、KM3、KM5、分別為電機M4、M5、M6工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM2、KM4、KM6 分別為電機 M4、M5、M6變頻運行時接通電源的控制接觸器，KM10為接通變頻器電源用的接觸器，它的啟動由PLC的輸出端 Y13來控制。
除此之外，電路中還設有保護功能，6 臺電動機分別接上三個額定電流為35A的熱繼電器，對電機過載進行保護。為了實現對電機和控制電路的短路保護，電路中設有三個額定電流為 50A 的熔斷器和一個額定電流為196A 的空氣開關（QS）。變頻器電源輸入端子（R，S，T）經過空氣開關與熔斷器三相電源連接，當電機旋轉方向與設定不一致時，需要調換輸出端子（U，V，W）的任意兩相，電動機一定要保證在工頻輸出電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會產生很大的轉換電流，致使轉換無法成功。
供水壓力設定值通過變頻器的2和5端子（0～5V）設定，10端子是頻率設定電源，由 DC24V 電源供電的壓力傳感器得到實測壓力信號后，通過電流分配器然后由變頻器4端接收此信號，此測量值與給定值比較得到差值，通過變頻器內置PID進行計算,調節變頻器輸出頻率。當變頻器故障時，由A-C端導通，輸出報警信號給PLC的輸入端X7（無故障時，B-C導通，A-C端不導通）。然后PLC控制切斷水泵機組的運行，同時PLC輸出端Y6進行聲光報警。變頻器的正轉啟動和復位端由PLC輸出端Y11和Y12控制，頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出到PLC的X11與X10輸入端并與壓力上下限一起作為PLC的增泵、減泵控制信號。
3.2 控制電路設計
根據系統控制要求，首先要對PLC輸入輸出口進行配置。
3.2.1 在該 PLC 控制系統中，三臺生活水泵 M4,M5,M6 均可變頻工作，也可工頻工作，由接觸器進行切換，三臺消防工頻工作水泵，需由PLC 的9個輸出信號進行控制。
3.2.2 蓄水池進水閥由 PLC 控制開關閥門，占1 個輸出端，蓄水池水位檢測由液位檢測傳感器返回 PLC，占PLC 一個模擬端輸入口；
3.2.3 變頻器的啟停占 PLC 的1個輸出端，復位占1個輸出端，控制變頻器電源用接觸器開關占 1 輸出端；
3.2.4 故障聲光報警占 PLC的1個輸出端；自動和手動占PLC一個輸出口；
3.2.5 壓力傳感器向PLC 返回一個4～20mA 的電流信號，作為壓力反饋，占1個模擬端輸入口；火災信號輸入占一個輸入口；
3.2.6 控制系統的啟動、停止，消防水泵啟動和停止需占PLC 4 個輸入端；
3.2.7 6 臺電機過載占 6 個輸入端；
3.2.8 PLC共使用輸入端子16個；輸出端子18個；
3.2.9 PLC的 A/D轉換器中液位傳感器和壓力傳感器各占一個輸入端。
4 結論
變頻恒壓無塔供水系統包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制--即雙恒壓系統。介紹了變頻恒壓供水的基本原理以及系統構成的基礎，從系統的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯系實際生活的需要，設計了樓宇變頻調速恒壓供水系統的硬件電路和軟件程序。以 PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。
參考文獻：
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1 供水系統分析及變頻器的特點
人們在生活和工農業生產中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關系到人類幸福指數的核心物質。隨著社會的發展，人口數量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進展，人均日用水量也在急劇增加，使得在用水高峰期供水壓力不足，高層的建筑上不去水，而低峰期則壓力過高，又造成能源浪費。而壓力過高也存在著安全隱患，易造成爆管事故，同時影響正常供水和居民用水，給居民生活帶來不便。
社會的發展也伴隨著科技的創新，居民用水面臨的上述問題能夠得到很好的解決。為此，設計出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統保持供水壓力恒定，使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量多，用水量少時供水量也少。這樣就滿足了在不同用水量狀況時總能保持供水管網中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。
變頻技術是應交流電動機無級調速的需要而誕生的，變頻器是把電網提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續可調的交流電，以實現交流電動機平滑變速運行的設備。（三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p（1-s），f即為電源頻率P為電機極對數 s代表轉差率）交流電動機變頻調速技術是一項廣泛應用的節能技術，它可以實現設備的軟起動和軟停止，降低對電網的沖擊，同時也降低了設備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時減少了機械磨損，確保系統安全穩定、長周期運行。
2 變頻恒壓供水系統的硬件組成及控制原理
變頻恒壓供水系統是由壓力傳感器、變頻器、可編程序控制器（PLC）、水泵機組及若干輔助部件構成的閉環控制系統。
2.1 硬件的功能
壓力傳感器 壓力傳感器是將測得的壓力信號轉換成電信號的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應用于各種工業自控環境中。壓力傳感器的精度直接影響系統的控制質量。變頻供水系統中的壓力傳感器一般采用電阻式傳感器或壓力變送器，壓力傳感器的輸出信號傳遞到變頻器。
可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也稱為可編程邏輯控制器，簡寫為PLC。 是整個恒壓供水系統的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎，綜合計算機、通信、聯網以及自動控制技術而開發的新一代工業控制裝置。它使用可編寫程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序控制、計數、計時和算術運算功能。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態進行檢測、并對輸入的數據進行運算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學、工作可靠性高、安裝維護方便等特點。
變頻器 是一種將電網供電頻率50Hz的交流電轉換成輸出頻率連續可調的交流電的電氣設備，是輸出頻率可調的電源。因為異步電動機的轉速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動機供電電源的頻率f，可以實現電動機的無級調速。在恒壓供水系統中變頻器接收來自傳感器采集的壓力信號，通過變頻器內部自帶的采樣程序及PID閉環程序與用戶設定的壓力構成閉環， 對終端設備電機（水泵）進行控制，以達到水泵恒壓力供水的要求。供水系統中可以一臺變頻器控制多臺電動機（水泵）即水泵組的運行，也可以每臺變頻器只控制一臺電動機（水泵）運行。
水泵組 把電動機和水泵連成一體，通過調節電動機的轉速來控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統的執行機構。恒壓供水系統中通常設置多臺水泵（3臺為例），供水量大時開啟3臺，供水量小時開1臺或2臺。每臺水泵的出水管均有手動閥，以供維修和調節水量之用。水泵組中的水泵統一協調工作，以滿足供水需要。
2.2 變頻器恒壓供水系統的控制原理
壓力傳感器檢測管網壓力，將壓力信號轉換為標準電信號送進變頻器的模擬量輸入端，與設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置的PID運算將結果轉換為頻率調節信號，以調整水泵電動機的電源頻率，進而實現控制水泵轉速，調節了供水系統的供水量，達到恒壓供水的目的。
自動運行時，由PLC控制電動機的工頻運行和變頻運行繼電器，依據條件進行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運行先啟動1#泵，當用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網恒速運行，同時啟動2#泵并進入變頻運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止；如果用水量繼續增加，當2#泵加速運行變頻器輸出頻率達到工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網恒速運行，同時3#水泵啟動變頻運行，系統對水壓閉環調節，直到水壓達到設定值為止；當用水量下降水壓增高時，變頻器輸出頻率降到啟動頻率而水壓仍高于設定值，停止該水泵的運行，系統恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值；當用水量繼續下降，每當減速運行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運行，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。
系統還設置了手動運行模式，該模式主要用于系統出錯或是變頻器的故障檢修。
3 變頻器恒壓供水的優勢
1）采用變頻器恒壓供水系統，實現了真正意義上的無人值守全自動供水控制；
2）電動機啟動電流從零逐漸增加到額定電流，啟動時間相應延長，對電網沒有較大的沖擊；
3）系統實現了軟啟動，消除啟動電流大的沖擊，減輕了機械啟動轉矩對電機的機械損傷，延長了電機和泵的使用壽命；
4）可以消除啟動和停機時的水錘效應；
5）系統可以按照需求來設定壓力，系統根據設定的壓力自動調節水泵轉速和水泵運行臺數，使設備運行在高效節能的最佳狀態，從而達到了節水節電節省人力的節能目的。
【參考文獻】
[1]張威.PLC與變頻器項目教程[M].機械工業出版社.
前言：隨著現代社會的而不斷發展，為了實現工作的高效，自動化控制已經成為了工業生產中的一項基本要求。在供水系統中應用PLC和變頻器就是為了實現對供水系統的自動化控制。但是在近些年的自動化系統的分析中卻出現了水源污染和資金的浪費等問題，對此我們對PLC與變頻器組成的恒壓供水系統進行了系統化的分析，并通過不斷的優化系統來解決實際應用中的問題。
1.PLC、變頻器與恒壓供水系統的概述
1.1 可編程控制器（PLC）技術
可編程控制器（PLC）實質上是一種具有專門為工業環境應用而設計的可以編程的控制器，是一種新型的可靠的工業自動化的控制設備。可編程處理器主要以循環掃描的原理工作，具體包括輸入采樣，用戶程序執行和輸出刷新這三個階段的循環掃描。而它的主要硬件就是計算機的硬件設備，具體包括中央處理器，存儲器，輸入設備，輸出設備，通信接口等。所以綜合上述的工作原理和外部設備可以得知可編程控制器操作簡單，而且可靠性比較強。而且可編程控制器（PLC）技術也已經比較成熟，在冶金領域和水處理領域已經被廣泛使用。
1.2 變頻器技術
變頻器技術簡單來講就是把電壓以及頻率不變的交流電變為電壓和頻率可變的交流電的一種裝置。變頻器具體的工作原理主要分為兩個部分，第一部分是把通過變頻器技術把單項或者是三項的交流電變成直流電，第二部分則是把第一步得到的直流電逆變成三相交流電。變頻器在調壓，調頻，穩壓，調速方面有著明顯的優勢，而且在電壓的穩定性和設備的操作性以及節能等方面也有著比較明顯的優點。
1.3 恒壓供水系統
恒壓供水系統無論在工業方面還是在國民生活方面都有著非常重要的意義，可以說恒壓供水系統是整個國民生活和經濟中的最重要的系統，在國家提倡綠色經濟的背景下恒壓供水系統能更多的減少能源和資源在使用中的浪費。是未來居民供水的一個使用趨勢。
2.基于PLC和變頻器的恒壓供水系統
2.1 系統的組成和原理
基于PLC和變頻器的恒壓供水系統，主要由可編程控制器（PLC）及其擴展模塊、變頻器、水泵機組和壓力變送器等組成[1]。供水系統的控制主要是通過對供水管道壓力的而控制來實現的。根據實際的要求，人為的設定一個水壓標準值，變PLC用來檢測管內的實時水壓，然后自動將檢測值與設定值作比較，PLC內部強大的計算能力，計算出為了維持設定水壓水泵電機應維持的轉速的電壓，輸出到變頻器端，變頻器根據接收到PLC輸出電壓，進而自動化調整到該轉速并維持運轉，保持恒壓的供水狀態。當用水量過大，而變頻器對水壓水泵電機轉速的控制不足以維持設定水壓時，系統中PLC模塊發揮重要的作用，PLC可根據變頻器的頻率將在變頻工作狀態下的泵轉入工頻運行狀態，并且自動將備用的變頻器和泵啟動，用以維持較大的管內水壓。而當管內水壓下降時，PLC自動轉換到變頻工作狀態，將備用泵關閉。
2.2 系統流程
2.2.1 系統上電
PLC控制元件判斷是否有警報信號輸入，警報信號包括PLC模塊自身故障、變頻器故障，供水系統的壓力超過設定值等，這些情況如果出現，就會在屏幕上顯示警示信號，警示信號一旦顯示，我們就應該停止程序，將故障處理以后在進行接下來的流程。
2.2.2 系統運行
首先根據供水的實際情況來設定可以達到供水要求時的管道的水壓，設定過程很簡單，只需在觸摸輸入屏上輸入電壓值即可。在觸摸顯示屏上還有運行開啟的按鈕，通過按鈕即可實現系統的啟動運行。系統運行后，PLC就可以檢測實時水壓，并通過PID運算的結果控制水泵的轉速，使管內水壓維持在設定值，系統維持正常工作。
2.2.3 水泵運行條件判斷
水泵運行過程中始終是多水泵運行狀態，但最多只有一臺水泵在變頻狀態下運行。為了延長水泵的使用壽命和解決維修時的不停產的問題，我們一般在系統中設置多臺臺水泵，采取輪替工作的模式，當一臺水泵運行到一定時間就自動轉換到另一臺水泵上繼續工作。如果出現一些特殊情況使用水量驟增，一臺水泵達到最大輸出功率仍不能滿足用水需求時，此時PLC模塊會對采集供水管道的水壓進行判斷，這是水泵運行中一個最重要的判斷點，若判斷結果顯示實際檢測值大于觸摸屏上的設定值，這時兩臺水泵會同時運行，系統繼續根據PID算法進行變頻控制[2]。
2.2.4 系統的故障判斷
系統運行的過程中，隨時可能出現一些故障，所以PLC模塊中始終進行故障的判斷，PLC自身的故障可自己檢測；變頻器發生故障時或者變頻器檢測到機電發生故障時也會向PLC發出故障信號。此時，PLC只要檢測到故障信號時，會自動停機并報警，等待工作人員維護。
3.系統的硬件設計
3.1 變頻器硬件設計
變頻器根據實際需要，我們選擇7.5kW的產品，變頻器內部可以通過檢測電動機的電流和電壓自動運行計算輸出頻率。變頻器的面板上還設有故障警示燈以及恢復啟動按鈕，方便故障后系統的重新啟動。變頻器的輸出端接一個接觸器接到四個泵上面，泵在通過另外四個接觸器連接到工頻電源上。
3.2 PLC硬件設計
PLC控制器x擇西門子一中的CPU224系列，I/O地址分配在控制器的說明書中有具體的展示。PLC的接線也較為復雜，根據I/O地址的分配進行接線，使其分別控制一個接觸器，PLC還具有模擬量輸出功能控制變頻器的輸出頻率，模擬量輸入功能檢測管網的水壓。
3.3 系統原理框圖
4.PLC和變頻器恒壓供水系統的發展前景
當今，PLC和變頻器恒壓供水系統的技術已經比較成熟，而且也被社會普遍承認，得到了廣泛的應用。出現這種情況的主要原因是在于PLC和變頻器恒壓供水系統在節省電，節水，可控性，耗能，反應速度和自我保護等方面相對于傳統的恒壓供水系統都有顯著的優勢和提高。而且隨著當今社會科技的高速發展，節能環保呼聲的愈長愈高，國家大的政策走向的側重，PLC和變頻器恒壓供水系統這種節能而且科技性強的設備的發展前景更是非常光明。所以，我們可以預見PLC和變頻器恒壓供水系統在以后的生活和工作生產中會得到更加廣泛的應用。
結語
綜上所述，PLC和變頻器的恒壓供水系統在工業及生活供水系統的供水中有著廣泛的應用，隨著相關技術的不斷發展，該供水系統在節約能源，可控性強，安全等許多方面顯示出一定的優勢。通過實踐總結也可以看出，PLC與變頻器恒壓供水系統可實現自動化運行，運行精準，平穩可靠，延長泵的使用壽命，節約了電能，得到了廣泛的認可。
一、系統總體方案的設計
1.供水控制系統的結構
供水控制系統的設計主要包括兩方面：一方面是機械結構的設計；另一方面是PLC和變頻器電氣控制方面的設計。
（1）主要組成部分。①壓力傳感器：作為系統的控制輸入量，能否準確采集該信號決定控制系統的精度及可靠性。②控制器：是整個控制系統的核心，通過對外界輸入狀態進行檢測，輸出控制量；對外界輸入的數據進行運算處理后，輸出相應的控制量。例如單片機、可編程邏輯控制器、計算機等。本系統采用西門子的SIMATIC S7-200系列。CPU226具有24個輸入點和16個輸出點，共40個I/O點。③變頻器：作為核心控制器的后續控制單元，對終端設備進行控制，最終達到控制要求。本系統主要采用全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉矩負載專用MM430型變頻器。功率范圍7.5kW至250kW。具有高度可靠性和靈活性。④水泵：供水系統的執行機構，通過變頻器控制電動機的轉速，最后達到控制水泵流量大小的要求。
（2）電氣控制系統。電氣控制系統主要包括操作面板、電氣控制柜等單元。在該系統中需要檢測較多的數字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，然后根據設定的程序進行數據處理，供水系統的監控主要包括水泵的自動啟?？刂啤⒐┧畨毫Φ臏y量與調節、系統水處理設備運轉的監視及控制、故障及異常狀況的報警等。電氣控制系統安裝在電氣控制柜中，包括供水控制器（PLC系統）、變頻器和電控設備三個部分。
2.恒壓供水系統的工作原理
變頻恒壓供水系統以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。所以，在某個特定時段內，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上。
二、恒壓供水系統電路設計
1.恒壓供水系統主電路設計
系統包括Ml、M2、M3三臺水泵電動機，功率分別為45kW、22kW、22kW。該系統為一臺變頻器依次控制每臺水泵實現恒壓控制，具有變頻和工頻兩種運行狀態。其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3工頻運行，FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電動機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3和QS4分別為變頻器和三臺泵電動機主電路的隔離開關；FU為主電路的熔斷器；變頻器是風機水泵負載專用變頻器MM430。
2.恒壓供水系統控制電路設計
控制電路的設計包括繼電控制電路及PLC控制電路。繼電控制電路圖設計SA為手動/自動轉換開關，SA撥在1的位置為手動控制狀態，撥在2的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1～SB8控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統在PLC程序控制下運行。其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3工頻運行。HL1～HL6為指示燈，其中HLl、HL3和HL5分別指示Ml～M3的工頻運行，HL2、HL4、HL6分別指示Ml～M3的變頻運行。HL7、HL8分別水位的上下限指示燈，KA為報警電鈴。KA1為生活消防轉換接觸器。HL9為自動運行狀態電源指示燈。HL10為報警指示燈。KA2為變頻器復位接觸器。
