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变频器自动恒压供水控制原理
一、变频恒压供水系统的构成及原理
变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力,经变频器的内置PID调节器运算后,调节输出频率,实现管网的恒压供水.变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC进行变频泵逻辑切换.为防止水锤现象的产生,泵的启停将联动其出口阀门.
系统工作原理间图如下所示.假设整个系统由四台水泵,一台变频器,一台PLC和一个压力变送器及若干辅助部件构成.各部分功能如下：安装于供水管道上的压力变送器将管网压力转换成1—5伏的电信号；变频调速器用于调节水泵转速以调节流量；PLC用于逻辑切换.
此外,上述系统还配备了外围辅助电路,以保障自动控制系统出现故障时可通过人工调节方式维持系统运行,保证连续生产.
二、设备选型说明
变频恒压供水系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成.变频控制柜由断路器、变频器、接触器、中间继电器、PLC等组成.
1.供水系统选用原则
（1）蓄水池容量应大于每小时最大供水量.
（2）水泵扬程应大于实际供水高度.
（3）水泵流量总和应大于实际最大供水量.
（4）变频控制柜选型：
用户可根据供水量和供水高度确定水泵型号及台数,然后对控制柜进行选型.
2.变频器
根据工艺要求,建议配用ABB ACS600系列变频器.ACS 600系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术,结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器.它具有很宽的功率范围,优良的速度控制和转矩控制特性,完整的保护功能以及灵活的编程能力,较高的可靠性和较小的体积.
主要技术数据：
功率范围：2.2-3000kW
电源电压：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%；
电源频率：48-63Hz
控制连接：2个可编程的模拟输入（AI）；1个可编程的模拟输出（AO）；5个可编程的数字输入（DI）；2个可编程的数字输出（DO）.
连续负载能力：150% In,每10分钟允许1分钟
串行通讯能力：标准的RS—485接口可使变频器方便地与计算机连接.
保护特性：过流保护、I2t、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、欠压缓冲、电机欠/过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、AI信号丢失保护等.
外型结构紧凑,安装方便.产品经过多种电气安全规范认证,符合GE、UL及质量认证体系ISO9001和ISO4001等.
变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式,它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制,无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制.
ACS600变频器内置PID、PFC、预磁通等八种应用宏,只需选择需要的应用宏,相应的所有参数都自动设置,输入输出端子也将自动配置,这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间,减少出错.
3.可编程序控制器
PLC建议采用西门子S7-200型.SIMATIC S7-200 可编程序控制器是模块化中小型PLC系统,能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务,各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时,可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲.
多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块.当任务规模扩大,可随时使用附加模块对PLC进行扩展.
三.应用范围
1.该系统既可用于生产、生活用水,亦可用于热水供应,恒压喷淋等系统.
a.可广泛用于工业企业、生活、生产供水系统及企业自备并改造工程,自来水厂、生活小区及消防供水系统.
b.可用于各种场合的恒压、变压、冷却水和循环供水系统.
c.可用于污水泵站、污水处理及污水提升系统.
d.可用于农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统.
e.可用于宾馆、大型公共建筑供水及消防系统.
2.技术指标
a．最大供水高度：200米
b．最大流量：1000立方米/小时
c．压力波动：≤0.25兆帕
d．水泵电机功率：0.75KW-280KW
阿里阿涅德 -
用电子式水位开关与PLC搭配使用
余辉 -
变频器在恒压供水中的应用
随着人们生活质量的提高，在生活用水方面的质量要求也越来越高。同时，由于工厂工艺的要求，对供水质量也得出了更高的要求。变频恒压供水以其环保、节能和供水质量高等优点在供水行业中越来越得到认同。在城市小区化的发展中，采用以小区或社区为统一整体的供水方案，会使设备的利用率及节能比例大大提高，并减少初始投资和占地面积。
一、变频恒压供水代替传统恒压供水的优点
1. 变频恒压供水能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及开水笼头时的共振现象。
2. 避免了泵的频繁启动及停止，而且启动平滑，减少了电机水泵的启动冲击，增加了电机水泵的使用寿命，也避免了传统供水中的水锤现象
3. 传统供水中设计有水箱，不但浪费了资金，占用了较大的空间，而且水压不稳定，水质有污染，不符合卫生标准，而采用变频恒压供水，此类问题也就迎刃而解了。
4. 采用变频恒压供水，系统可以根据用户实际用量，自动进行检测，控制马达转速，达到节能效果。避免了水塔供水无人值班时，总要开启一个泵运行的现象，节省了人力及物力
5. 变频恒压供水可以自动实现多泵循环运动功能，延长了电机水泵的使用寿命。
6. 变频恒压供水系统保护功能齐全，运行可靠，具有欠压、过流、过载、过热、缺相、短路保护等功能。
二、工作原理
变频恒压供水系统采用一电位器设定压力（也可采用面板内部设定压力），采用一个压力传感器（反馈为4~20mA或0-10V）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID回路，PID回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制马达转速。如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过PLC作工频/变频切换，使实际管网压力与设定压力相一致。
另外，随着用水量的减少，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的。
三、适用范围
采用变频恒压供水，具有高效节能，压力稳定，运行可靠，操作简单，安装方便，占地少，噪音低，无污染，投资低，效益高等优点。特别适用于：
1. 宾馆、写字楼、公寓、居民小区等场所的生活给水和热水采暖系统。
2. 高层建筑、大型民用建筑的消防给水系统。
3. 工矿生产企业
4. 各类自来水厂
变频器在恒压供水上的应用
一、变频恒压供水的特点
1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。
2. 占地面积小，投入少，效率高。
3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4. 运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。5. 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。6. 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。二、节能原理由水泵的工作原理可知：水泵的流量与水泵（电机）的转速成正比，水泵的扬程与水泵（电机）的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。流量基本公式：Q∝N H∝N2 KW=Q*H∝N3以上Q代表流量，N代表转速，H代表扬程，KW代表轴功率。例如：将供电频率由50HZ降为45HZ，则P45/P50=（45/50）3= 0.729，即P45=0.729 P50；将供电频率由50HZ降为40HZ，则P40/P50=（40/50）3= 0.512，即P40=0.512 P50。水泵一般是按供水系统在设计时的最大工况需求来考虑的，而用水系统在实际使用中有很多时间不一定能达到用水的最大量，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，造成电机用电损失，而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定，通过改变转速来调节用水供应，并可通过降低转速节能收回投资。从下图我们可以形象的看到三种流量控制方式的比较。100KW三种流量控制方法的耗电实测比较表：
流量% 变频器轴功率KW% 输入阀门控制
轴功率KW% 输出阀门控制
轴功率KW% 理想轴功率KW%
50 15 60 84 12.5
60 25 64 89.5 21.6
70 38 68 95 34.3
80 55 72.5 99.5 51.2
90 79 84 103.5 73
100 108 106 107 100
很多电机拖动设备都存在全余量较大、工作效率低、电能耗量大、启动电流大、工作噪声大等难题。且不断的影响企业的经济效益，而投资变频器可以从根本上解决这些问题，一般情况下，完全可以改善工艺条件,并且投资回收期不超过10个月。三、变频恒压供水设备的主要应用场合1、高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水；2、各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等；3、中央空调系统；4、自来水厂增压系统；5、农田灌溉，污水处理，人造喷泉；6、各种流体恒压控制系统。
四、变频恒压供水设备的系统组成变频器是整个变频恒压供水系统的核心部分。其系统组成：水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵的转速，实现了一个闭环控制系统。由于三晶变频器本身具有PID调节功能，可以不选用外置PID调节器，调节更加平稳。
五，变频器PID简易使用范例
（1） 假设反馈通道选择（0-10V），远传压力表的量程范围0-1MPA
（2） 接线
（3）设定的参数如下：
1, F039以实际需要，一般设为外部端子控制，即F039=2，
2， F040=40输出频率由PID输出决定；
F041=50PID启动，即MI1功能选择为PID启动功能；
3， F073=0.1PID输入选择， 0表示PID的设定值来源，由F027设定；1表示PID的反馈值来源，模拟输入VI为来源；
4， F027=50%设定值来源（系统要求压力为0.5MPa）