恒壓水控的工作原理

1 恒壓水控系統概述

恒壓供水是指用戶(hù)在任何時(shí)候，不管用水量的大小，總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。在高層建筑中，通常采用恒定管網(wǎng)的壓力來(lái)維持對高層的供水。

恒壓供水系統的基本控制策略是:采用可編程控制器也就是我們所說(shuō)的PLC與變頻調速裝置構成控制系統，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調速運行。并自動(dòng)調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環(huán)控制，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設定值。運用了恒壓水控技術(shù)以后，既可以滿(mǎn)足生產(chǎn)供水要求，還可節約電能，使系統處于可靠工作狀態(tài)，為居民供水提供便利。

2 PLC、變頻器在現代水控系統中的運用

自來(lái)水廠(chǎng)的自動(dòng)控制系統一般分為兩大部分，一是水源地深水泵的工作控制，而另外一種則是水廠(chǎng)區變頻恒壓供水控制。水廠(chǎng)區變頻恒壓供水控制運用十分廣泛，水廠(chǎng)在運用變頻恒壓供水控制時(shí)，水源通過(guò)水廠(chǎng)區對水池的水進(jìn)行消毒處理后，使得加壓泵向管路進(jìn)行恒壓供水，其間，就需要選用PLC和上位機組成實(shí)時(shí)數據采集和監控系統。

對深水泵進(jìn)行遠程控制，并且對供水泵采用變頻器進(jìn)行恒壓控制，通過(guò)PLC、變頻器在現代水控系統中的運用，可以保證整個(gè)水廠(chǎng)的工作電機安全，可靠地運行。

3 運用PLC、變頻器水控系統的特性

運用了變頻器和PLC的恒壓供水系統，變頻器可以為電機提供可變頻率的電源，實(shí)現電機的無(wú)級調速。從而使管網(wǎng)水壓連續變化。此外壓力變送器還具有檢測管網(wǎng)水壓的作用。PLC則是泵組管理的執行設備，同時(shí)還是變頻器的驅動(dòng)控制，根據用水量的實(shí)際變化，實(shí)現自動(dòng)化運行。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，對于消除了對電網(wǎng)、電氣設備和機械設備的沖擊，延長(cháng)機電設備的使用壽命具有很大的作用。

變頻器、PLC在水控系統中的運用設計

利用變頻器與PLC設計水控系統，需要根據供水管道的壓力值控制水泵電機轉速，將壓力維持在所需的壓力值上，將平時(shí)不必消耗的能量節省下來(lái)，從而達到節電的目的。設計主要的流程分為以下幾個(gè)步驟：

1 恒壓供水系統主電路設計

在現代工業(yè)運用中，恒壓水控系統一般包括3臺水泵電動(dòng)機M1、M2、M3， 通過(guò)模擬設定，其中Ml的功率為45kW，M2為22kW，M3為22kW。設計電路時(shí)，為該系統設計一臺變頻器依次控制每臺水泵，來(lái)實(shí)現恒壓控制。

為了使得系統具有變頻和工頻兩種運行狀態(tài)，當變頻泵達到水泵額定轉速后，如水壓在所設定的判斷時(shí)間內還不能滿(mǎn)足恒壓值時(shí)，系統自動(dòng)將當前變頻泵狀

可以設計其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M 3工頻運行， FU為主電路的熔斷器，變頻器是風(fēng)機水泵負載專(zhuān)用變頻器MM430，通過(guò)合理的分析，可以得到的恒壓供水系統主電路

變頻器、PLC恒壓供水系統的組成設計主要包括四個(gè)大的板塊：

一是壓力傳感器，是水控系統的控制輸入量，能否準確采集該信號決定控制系統的精度及可靠性。

二是PLC控制器,是整個(gè)控制系統的核心，通過(guò)對外界輸入狀態(tài)進(jìn)行檢測，對外界輸入的數據進(jìn)行運算處理后，輸出相應的控制量。

三是變頻器，作為核心控制器的后續控制單元，對終端設備進(jìn)行控制，***終達到控制要求。例如多段調速、變頻器調速等。

***后還有水泵組成，供水系統的執行機構，通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機的轉速，***后達到控制水泵流量大小的。

據城市供水電氣控制系統的功能要求，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來(lái)考慮，由于城市供水電氣控制系統的輸入/輸出端口較多，而其控制過(guò)程相對復雜，結合變頻器、PLC恒壓供水系統的組成設計，可以規劃出變頻器、PLC恒壓供水系統的組成

PLC和變頻器在水控系統中的運用改進(jìn)

現代水控系統運用PLC與變頻器還存在著(zhù)一定的局限性。主要體現在主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開(kāi)放的：如專(zhuān)用總線(xiàn)、專(zhuān)家通信網(wǎng)絡(luò )及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語(yǔ)言雖多數是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語(yǔ)言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。

使用變頻器時(shí)也存在著(zhù)一些缺點(diǎn)：如使用變頻器會(huì )產(chǎn)生干擾電波，影響到同一電網(wǎng)的敏感元件。在工業(yè)實(shí)踐中，常常產(chǎn)生一些問(wèn)題困擾著(zhù)水控系統的工作人員，對此，通過(guò)分析，可以總結出幾條對于運用變頻器和PLC的常見(jiàn)應急措施：

1 變頻泵過(guò)壓跳閘問(wèn)題

以某水務(wù)局的水控系統為例，一臺100KW工頻泵和一臺160KW變頻泵并聯(lián)為市區供水為例，當100KW工頻泵拉閘停機時(shí)，變頻泵報過(guò)壓跳閘。某水務(wù)局水控設計圖如

通過(guò)這一具體的案例分析可以知道工頻泵工作時(shí)，水流在管道中高速流動(dòng)，形成很大的慣性。當工頻泵突然停止，管道中產(chǎn)生負壓，形成空化現象，負壓將水從變頻泵中吸入，推動(dòng)葉輪轉動(dòng)，使電動(dòng)機的轉速高于變頻器的輸出轉速，電動(dòng)機產(chǎn)生發(fā)電效應。為此，可以通過(guò)在變頻器上加裝制動(dòng)電阻來(lái)解決變頻泵過(guò)壓跳閘這一問(wèn)題。

2電動(dòng)機過(guò)流現象

在鄂爾多斯某水務(wù)局一臺變頻水泵，當變頻器輸出頻率達到16Hz時(shí)，總是會(huì )出現變頻器過(guò)流跳閘的現象。通過(guò)分析，可以知道因為變頻器驅動(dòng)的是水泵，水泵按平方率特性曲線(xiàn)輸出，不會(huì )在某頻率出現過(guò)載情況。那么變頻器過(guò)流另有原因。

斷開(kāi)電動(dòng)機，空載運行正常，再接入電動(dòng)機，仍然在16Hz左右出現過(guò)流跳閘。換一臺電動(dòng)機，運行正常，說(shuō)明過(guò)流是電動(dòng)機故障。

對此，為了處理電動(dòng)機的過(guò)流問(wèn)題，可以分解電動(dòng)機，發(fā)現電動(dòng)機繞組有短路現象。原來(lái)變頻器的輸出頻率上升時(shí)，電壓也在上升，當電壓上升到匝間擊穿電壓時(shí)，變頻器過(guò)流跳閘。

3 水泵變頻器過(guò)載

某供水單位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)變頻器拖動(dòng)水泵負載，如圖5所示。使用過(guò)程中變頻器經(jīng)常報E013過(guò)載，檢查故障電流記錄58A，經(jīng)查說(shuō)明書(shū)：風(fēng)機、水泵變頻器過(guò)載能力為：110％ 額定電流1分鐘，通過(guò)研究發(fā)現：變頻器的過(guò)載保護按反時(shí)限曲線(xiàn)不同分為G型和P型。

本例機型為P型機，當變頻器輸出電流達到95％持續時(shí)間達到1小時(shí)時(shí)，即報“E013”。當變頻器輸出電流達到110％、持續時(shí)間達到1分鐘也同樣報E013。

經(jīng)現場(chǎng)了解和查看，發(fā)現水泵負載長(cháng)期工作在48Hz，電流長(cháng)期在58A左右，報E013的原因為變頻器帶載能力不夠，需要更換更高一級的變頻器，即更換為T(mén)D2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37KW）。

4 PLC與變頻器在水控系統運用的改進(jìn)措施

為了提高水控系統的恒壓穩定性與安全性，對于PLC與變頻器的使用有著(zhù)一些注意事項以及改進(jìn)措施。

為了實(shí)現對設備的分散控制和集中管理，水控系統應當采用了三層網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行控制，主電路中變頻與工頻中使用的接觸器應采用帶有機械聯(lián)鎖的接觸器，并且應當嚴禁將工頻電源引入到變頻器中。

變頻器的供電部分除了加裝空氣開(kāi)關(guān)外，***好加裝快速保險，以保證由于過(guò)電流造成的損壞PLC編程要考慮的問(wèn)題。而作為***重要的人機操作界面的變頻器操作面板，它不僅能夠實(shí)現參數的輸入功能，還能實(shí)現頻率、輸出功率、輸出轉矩、端子狀態(tài)、閉環(huán)參數、長(cháng)度等物理量的監控，以及對這些物理量進(jìn)行存儲與修改。

于是，適當的通過(guò)變頻器的故障報警顯示，對上述物理量進(jìn)行適當修改，來(lái)排除變頻器的有關(guān)故障也顯得十分必要。

多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)是是通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)發(fā)展的結合點(diǎn)，它既能獨立運行，也可連成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現集散自動(dòng)化系統的復雜控制功能，應用領(lǐng)域覆蓋所有與自動(dòng)檢測、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域，用這種技術(shù)設計的自來(lái)水廠(chǎng)分布式監控系統，經(jīng)多年的實(shí)際運行證明，系統性能穩定，運行可靠，報警及時(shí)，且對于變頻器以及PLC的穩定性具有可靠地保障。運用這種控制技術(shù)對結合了變頻器以及PLC的水控系統，具有較大的推廣價(jià)值。

結論

運用了變頻器和PLC的水控系統，不僅性能穩定可靠，而且能夠非常好地控制可編程序控制器及其有關(guān)設備，水控系統與工業(yè)控制系統聯(lián)成一個(gè)整體，對于恒壓水控系統的功能擴充和設計創(chuàng )新，實(shí)為重要。

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