變頻恒壓供水系統工作原理電路設計及實訓裝置的原理研究

變頻恒壓供水系統是指在供水管網中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網的出口壓力值是根據用戶需求確定的。傳統的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等設施實現的。
一、變頻恒壓供水系統的特點
1.采用可編程控制器，程序靈活多變，精度高，可靠性強，功能多，反映速度快。
2.均配有穩壓泵或穩壓罐穩壓，在用水量小到一定值時，主泵可停止運轉，減少水泵電機的機械磨損并且節約電能。
3.對水泵均為軟啟動，延長設備壽命，消除了啟動電流對電網的沖擊。
4.根據用水量的變化，水泵循環變頻運行，先啟的先停，使水泵均衡工作。當一臺泵運轉六小時或二十四小時，自動切換到另一臺。
5.最大的特點為雙恒壓控制，生活消防可公用的一套設備，為用戶節約投資。而且一機兩用，大大的提高了使用效率。
6.結構緊湊，占地面積小 ，安裝快，投資省，運行穩定。無污染。
二、變頻恒壓供水系統的工作原理

變頻恒壓供水系統以管網水壓 (或用戶用水流量)為設定參數，通過微機控制變頻器的輸出頻率從而自動調節水泵電機的轉速，實現管網水壓的閉環調節 (PID)，使供水系統自動恒穩于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率升高，水泵轉速加快，供水量相應增大；用水量減少時，頻率降低，水泵轉速減慢，供水量亦相應減小，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供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用該設備不需建造高位水箱，水塔，水質無二次污染，是一種理想的現代化建筑供水設備。
三、變頻恒壓供水系統的適用范圍
1.各種類型的自來水廠，供水站。
2.工業與民用建筑的生活、生產、消防用水系統。
3.公共設施賓館，飯店的生活熱水，空調供水系統。
4.油田的輸油管道，油泵站恒壓輸送系統和工廠、礦山通風機風壓調節系統。
5.熱水鍋爐定壓及熱水管道的定壓系統。
四、恒壓供水系統的原理設計
1.主電路設計
系統采用手動和自動兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動，壓力傳感器將母管壓力反饋給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，以維持水壓恒定。若用水量大到1臺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到工頻運行，同時將另一臺水泵投入到變頻運行，增加管網供水量以保證壓力穩定。當用水量減少時，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供水量，整個系統保證變頻運行時只有1臺泵變頻恒壓供水。系統采用變頻泵循環方式，以“先開先關”順序關泵，既保證了系統有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現“繡死”現象。系統主電路圖如圖2所示。

2.控制電路設計
控制電路如下圖3所示，SB1控制系統的啟動，SB2控制系統的停止，當水泵出現過載時，A5燈亮。當變頻器出現故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的變頻、工頻運行指示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運行指示燈。

3.PLC控制流程圖設計
根據恒壓供水操作要求，PLC控制系統要隨時監控自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，PLC控制程序設計的主要任務是接收各種外部開關量信號的輸入，判斷當前的供水狀態、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動作，進而調整水泵的運行。PLC和變頻器是本系統的核心部分，系統穩定運行的關鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數的設定。本系統采用手動或自動兩種工作方式，系統啟動后，泵1首先進人變頻運行，當檢測到壓力上限信號時，變頻泵切換為工頻，啟動另一臺泵變頻運行，當檢測到壓力下限信號時，工頻泵切除，僅變為變頻泵工作，系統設計程序流程圖如圖4所示。

五、變頻恒壓供水系統實訓裝置的原理設計

本裝置集PLC、變頻調速、過程控制、工程組態技術于一體。它由六層住宅消防、生活供水系統（實物模型），控制平臺兩大部分組成，包含了可編程控制器、變頻器、變頻磁力驅動泵、休眠泵、消防泵、壓力變送器、壓力儀表、輸水管道、消防栓、家用水龍頭、蓄水池等工程設備。控制平臺采用PLC+變頻器的開放式控制結構，可以完成多種模式下的樓層恒壓供水實訓實訓，為教學研究變頻恒壓供水技術提供一個開放的操作平臺。它是一款適合于大學及中、高職院校電氣自動化、樓宇自動化、建筑電氣、智能建筑等專業的綜合型實訓設備。
1.系統特點：
1)控制平臺采用PLC+變頻器的開放式控制結構，提供組態軟件和PLC開發環境，可以讓學生自行設計控制方案，靈活性強。
2)控制平臺有熱過載保護、過流保護、漏電保護、接地保護、工頻和變頻聯鎖控制等多重保護機制。
3)控制系統能模擬真實的給水系統，有自動控制和手動控制兩種控制方式，當自動控制失效時，系統由手動控制方式運行。
4)控制對象全部使用不銹鋼和有機玻璃器件，保證不生銹、不易老化；模擬六層大樓給水系統，具有有生活水系統和消防水系統兩種水路模型；動力系統由四臺水泵構成，其中兩臺常規變頻循環泵，一臺休眠小泵，一臺消防泵，能夠模擬常規生活供水系統、消防供水系統和夜間小流量供水系統，能夠生動模擬大樓給排水系統的典型結構。
2.技術參數：
1)輸入電源：三相四線～380V±10%  50Hz
2)環境溫度：+4℃～+45℃
3)裝置容量：＜5kVA
4)外形尺寸：控制對象模型1200mm×805mm×1590mm，控制柜800mm×600mm×2000mm
5)安全保護：具有漏電自動保護裝置
3.實訓項目：
1)控制屏結構認識與調試
2)單泵控制變頻恒壓供水
3)雙泵切換變頻恒壓供水
4)生活水系統靜態壓力控制
5)生活水系統動態壓力控制
6)生活水系統的分時控制
7)夜間休眠模式下的供水
8)消防狀態控制
9)綜合控制系統
4.基本配置：
1)電源控制柜（標準機柜）
(1)交流電源（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)三相電源指示儀表
2)PLC
PLC采用歐姆龍CP系列控制器，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制方案。
(1)生活供水管網的恒壓供水
(2)可實現以天為周期的定時控制壓力控制，以適應供水壓力變化的需求
(3)夜間可啟動休眠小泵運行實現最大限度節能，實現小流量下的生活供水
(4)火警狀態，可自動啟動消防泵，完成消防模式下的恒壓供水
(5)可實現帶上位機系統的PID控制
3)手動控制裝置
控制系統采用手動控制和自動控制兩種控制方式，手動控制器在實際工程應用中具有十分的重要性，在該裝置當中加入該裝置具有如下作用：
(1)在自動控制器失效的狀態下，手動控制系統可以保證系統的可靠運行
(2)在系統投入自動控制前，可用手動控制器檢驗動力線路和動力設備的運行工況，可靠保護PLC和變頻器設備
4)恒壓供水模型
供水模型全部使用不銹鋼和有機玻璃器件，保證不生銹、不易老化；模擬六層大樓給水系統，具有有生活水系統和消防水系統兩種水路模型；動力系統由四臺水泵構成，其中兩臺常規變頻循環泵，一臺休眠小泵，一臺消防泵，能夠模擬常規生活供水系統、消防供水系統和夜間小流量供水系統，能生動模擬大樓給排水系統的典型結構
5)監控軟件
配備監控系統軟件,可以實現對供水過程的全監控。實現控制系統的參數整定和狀態分析。提供組態軟件，可以讓學生自行設計監控界面。
六、總結
變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統，達到恒壓供水的目的，實現真正意義上的無人值守的起閉、循環切換水泵。由于變頻器具有軟啟動的功能，消除了啟動大電流對電網的沖擊，從而延長泵的使用壽命。實際運行情況證明了本系統具有可靠性高、自動化程度高、便于維護和高節能性等特點，具有很大的應用價值，可廣泛應用于工業供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統。