摘  要：本文結合作者實際工作經驗，介紹了恒壓供水的基本原理以及系統構成的基礎，供大家參考。

 

　　關鍵詞：樓宇；變頻調速；恒壓供水；系統設計

 

　　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“先開先停”的原則介入和退出。

 

　　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。火災結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：

 

　　[1]王永華.現代電氣控制及 PLC 應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

 

　　[2]程周.可編程控制器原理與應用[M].北京：高等教育出版社 2003.

 

　　[3]崔金貴.變頻調速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討[M].蘭州鐵道學院學報，2000（1）:84-88.

 

　　[4]張燕賓.變頻調速應用實踐[M].北京：機械工業出版社，2002，135-137.

 

　　[5]趙相賓.談我國變頻調速技術的發展及應用[J].電氣傳動，2000（2）：32-35.