變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理電路設(shè)計及實訓(xùn)裝置的原理研究

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

變頻恒壓供水系統(tǒng)以管網(wǎng)水壓 (或用戶用水流量)為設(shè)定參數(shù)，通過微機(jī)控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)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(dá)到了提高供水品質(zhì)和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用該設(shè)備不需建造高位水箱，水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水設(shè)備。
三、變頻恒壓供水系統(tǒng)的適用范圍
1.各種類型的自來水廠，供水站。
2.工業(yè)與民用建筑的生活、生產(chǎn)、消防用水系統(tǒng)。
3.公共設(shè)施賓館，飯店的生活熱水，空調(diào)供水系統(tǒng)。
4.油田的輸油管道，油泵站恒壓輸送系統(tǒng)和工廠、礦山通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
5.熱水鍋爐定壓及熱水管道的定壓系統(tǒng)。
四、恒壓供水系統(tǒng)的原理設(shè)計
1.主電路設(shè)計
系統(tǒng)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(yù)先設(shè)定的給定壓力比較，通過PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)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(yùn)行也不能達(dá)到給定壓力時，PLC將該水泵由變頻運(yùn)行投入到工頻運(yùn)行，同時將另一臺水泵投入到變頻運(yùn)行，增加管網(wǎng)供水量以保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，減少供水量，整個系統(tǒng)保證變頻運(yùn)行時只有1臺泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”順序關(guān)泵，既保證了系統(tǒng)有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現(xiàn)“繡死”現(xiàn)象。系統(tǒng)主電路圖如圖2所示。

2.控制電路設(shè)計
控制電路如下圖3所示，SB1控制系統(tǒng)的啟動，SB2控制系統(tǒng)的停止，當(dāng)水泵出現(xiàn)過載時，A5燈亮。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的變頻、工頻運(yùn)行指示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運(yùn)行指示燈。

3.PLC控制流程圖設(shè)計
根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時監(jiān)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(shè)計的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運(yùn)行。PLC和變頻器是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數(shù)的設(shè)定。本系統(tǒng)采用手動或自動兩種工作方式，系統(tǒng)啟動后，泵1首先進(jìn)人變頻運(yùn)行，當(dāng)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(yùn)行，當(dāng)檢測到壓力下限信號時，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖如圖4所示。

五、變頻恒壓供水系統(tǒng)實訓(xùn)裝置的原理設(shè)計

本裝置集PLC、變頻調(diào)速、過程控制、工程組態(tài)技術(shù)于一體。它由六層住宅消防、生活供水系統(tǒng)（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(qū)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(shè)備�？刂破脚_采用PLC+變頻器的開放式控制結(jié)構(gòu)，可以完成多種模式下的樓層恒壓供水實訓(xùn)實訓(xùn)，為教學(xué)研究變頻恒壓供水技術(shù)提供一個開放的操作平臺。它是一款適合于大學(xué)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(yè)的綜合型實訓(xùn)設(shè)備。
1.系統(tǒng)特點(diǎn)：
1)控制平臺采用PLC+變頻器的開放式控制結(jié)構(gòu)，提供組態(tài)軟件和PLC開發(fā)環(huán)境，可以讓學(xué)生自行設(shè)計控制方案，靈活性強(qiáng)。
2)控制平臺有熱過載保護(hù)、過流保護(hù)、漏電保護(hù)、接地保護(hù)、工頻和變頻聯(lián)鎖控制等多重保護(hù)機(jī)制。
3)控制系統(tǒng)能模擬真實的給水系統(tǒng)，有自動控制和手動控制兩種控制方式，當(dāng)自動控制失效時，系統(tǒng)由手動控制方式運(yùn)行。
4)控制對象全部使用不銹鋼和有機(jī)玻璃器件，保證不生銹、不易老化；模擬六層大樓給水系統(tǒng)，具有有生活水系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)兩種水路模型；動力系統(tǒng)由四臺水泵構(gòu)成，其中兩臺常規(guī)變頻循環(huán)泵，一臺休眠小泵，一臺消防泵，能夠模擬常規(guī)生活供水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)和夜間小流量供水系統(tǒng)，能夠生動模擬大樓給排水系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。
2.技術(shù)參數(shù)：
1)輸入電源：三相四線～380V±10%  50Hz
2)環(huán)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(hù)：具有漏電自動保護(hù)裝置
3.實訓(xùn)項目：
1)控制屏結(jié)構(gòu)認(rèn)識與調(diào)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(tǒng)靜態(tài)壓力控制
5)生活水系統(tǒng)動態(tài)壓力控制
6)生活水系統(tǒng)的分時控制
7)夜間休眠模式下的供水
8)消防狀態(tài)控制
9)綜合控制系統(tǒng)
4.基本配置：
1)電源控制柜（標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜）
(1)交流電源（帶有過流保護(hù)）：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(xié)議，提供了PLC開發(fā)環(huán)境，可以讓學(xué)生自行設(shè)計控制方案。
(1)生活供水管網(wǎng)的恒壓供水
(2)可實現(xiàn)以天為周期的定時控制壓力控制，以適應(yīng)供水壓力變化的需求
(3)夜間可啟動休眠小泵運(yùn)行實現(xiàn)最大限度節(jié)能，實現(xiàn)小流量下的生活供水
(4)火警狀態(tài)，可自動啟動消防泵，完成消防模式下的恒壓供水
(5)可實現(xiàn)帶上位機(jī)系統(tǒng)的PID控制
3)手動控制裝置
控制系統(tǒng)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(yīng)用中具有十分的重要性，在該裝置當(dāng)中加入該裝置具有如下作用：
(1)在自動控制器失效的狀態(tài)下，手動控制系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行
(2)在系統(tǒng)投入自動控制前，可用手動控制器檢驗動力線路和動力設(shè)備的運(yùn)行工況，可靠保護(hù)PLC和變頻器設(shè)備
4)恒壓供水模型
供水模型全部使用不銹鋼和有機(jī)玻璃器件，保證不生銹、不易老化；模擬六層大樓給水系統(tǒng)，具有有生活水系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)兩種水路模型；動力系統(tǒng)由四臺水泵構(gòu)成，其中兩臺常規(guī)變頻循環(huán)泵，一臺休眠小泵，一臺消防泵，能夠模擬常規(guī)生活供水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)和夜間小流量供水系統(tǒng)，能生動模擬大樓給排水系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)
5)監(jiān)控軟件
配備監(jiān)控系統(tǒng)軟件,可以實現(xiàn)對供水過程的全監(jiān)控。實現(xiàn)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和狀態(tài)分析。提供組態(tài)軟件，可以讓學(xué)生自行設(shè)計監(jiān)控界面。
六、總結(jié)
變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統(tǒng)，達(dá)到恒壓供水的目的，實現(xiàn)真正意義上的無人值守的起閉、循環(huán)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(wǎng)的沖擊，從而延長泵的使用壽命。實際運(yùn)行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動化程度高、便于維護(hù)和高節(jié)能性等特點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用價值，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統(tǒng)。