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变频器在水厂恒压供水控制系统的应用1 引言出厂水的恒压供水是自来水生产流程中的重要一环，送水压力的稳定及精度直接影响到千家万户的正常用水。
在能源日益紧张的今天，变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果，以及在国民经济领域的广泛适用性，而且变频调速在改变水泵性能和自动控制方面优势明显。
下面以揭阳市第二水厂的送水泵房恒压控制系统为例作分析。
2 系统分析2.1 结构描述为降低生产成本，改善工艺条件，提高生产效率及安全性，消除水锤效应的破坏性，平滑调节出厂水压力。
揭阳市第二水厂送水系统采用由plc、变频器(内藏pid)、变频泵、定速泵、自动化仪表及计算机等组成了串级全自动调节控制系统。
如图1所示。
图1 串级全自动调节控制系统泵房主要配备:1台telemecanique公司的plc tsx8740、2台施耐德公司的gd2377变频器、2台250kw的变频泵、3台250kw的定速泵，向城市管网供水。
中控室值班人员可将出厂水压力通过计算机人机界面输入到plc中，plc 根据标准的出厂水压力值及实际出厂水压力值之差，经计算，改变变频器的输出频率，调节电机转速，达到调整出厂水压力的作用，进行闭环控制。
并且安装了就手动及plc自动控制两种运行模式，可以将mcc柜及现场控制柜互相切换。
根据市区实际用水情况，安装了pc全自动调节程序，各用水时段压力调整如附表所示:附表各用水时段压力调整值2.2 施耐德gd2377变频器施耐德gd2377变频器具有如下特点:(1) 降低电机启动电流和配电容量，避免增容投资。
在电网电压下直接启动电动机，其容量不得大于电网容量的15～20%，选用gd2377变频器后，可把变压器的容量下降至传统驱动方式时的40～50%。
(2) 降低启动机械应力，减少直接起动带来的机械冲击力和机械的磨损，延长电机及相关设备的寿命;(3) 软起动、软停机，具有过流保护、直流侧欠压过压保护、模块过温保护、短路保护、环境温度检测等功能;(4) 开放式操作显示键盘和屏幕，操作灵活，便于故障诊断;(5) 微处理控制系统，pid控制功能，支持多种通讯接口，性能可靠;(6) 具有自动复位、自动重新启动功能，可以在故障解除或系统恢复后重新启动系统。
引言当前阶段，纸张是人们生产生活中必不可少的工具，在加快信息交流、提升人们生活质量方面起到了很大的作用[1]。
随着社会的不断发展，人们对纸张的质量要求越来越高，这对造纸行业提出了相对更高的要求[2]。
造纸过程中会涉及很多环节，且绝大部分环节都会使用大量的水[3]。
在我国这样水资源比较匮乏的国家，如何在保证纸张生产质量的前提下，尽可能降低水的使用量，是所有造纸工厂面临的问题[4-5]。
随着造纸领域技术水平的不断提升，设计出了恒压供水系统，该系统的应用不但可以降低水的使用量，同时还能够显著提升纸张的生产质量[6]。
其中变频器是恒压供水系统中最关键的部件之一。
1恒压供水系统整体方案概述如图1所示为基于西门子变频器的恒压供水系统结构框图。
从图中可以看出，造纸车间会设置水塔用于存储自来水，随着造纸车间用水量的不断增加，水塔中自来水的水位会随之不断降低。
通常水位越低则整个供水管网中的水压会随之降低。
利用液位计和液位变送器可以对水塔中自来水的水位情况进行实时检测，并将检测结果输送到控制器中。
另外，在水泵机组出口部位还设置了压力传感器，基于该压力传感器及压力变送器可以对水泵机组出口部位的水压进行实时检测，检测结果同样直接传输至控制器中。
控制器对管网中的水压情况和水塔中自来水的水位情况进行综合分析，根据压力和水位实际情况下达控制指令对变频器进行控制，使其输出对应的电源频率，控制电机的启动数量及电机的实际转速，已达到控制供水系统水压的目的。
图2所示为基于西门子变频器的恒压供水系统工作原理图，水位和水压监测信号输入到控制器中，控制器和PC机之间通过PROFIBUS-DP通讯总线及通讯模块等实现数据信息之间的交互，对监测信号进行分析与处理。
控制器根据分析计算结果下达变频器的输出电源频率大小以及电动阀门的开度值大小。
变频器根据指令可以对水泵切换电路进行控制，决定水泵的启动数量，同时还可以对启动水泵的电源频率进行控制，通过这种方式确保水压恒定。
![变频器在恒压供水中的应用[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/3b64988bd0d233d4b14e69f6.png)
浅谈变频器在恒压供水系统中的应用摘要：在“高产、高能、高效”的三高社会中，如何有效的提高经济效益成为企业的重中之重。
其中，提高设备技术含量，加强技术革新是重要手段之一。
本文主要阐述变频器在工厂恒压供水系统中的应用，分析了恒压供水系统的工作原理及其系统功能。
关键词：变频器恒压供水系统工作原理l 引言恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器(plc)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入cpu运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。
随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。
进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。
作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。
目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用pi 控制器，因plc不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字pid调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的crt 画面显示、故障报警及打印报表等功能。
自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。
2 组成及工作原理一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为1 5kw大泵为30kw，三台泵的协调工作以满足供水需要。
水厂变频循环投切恒压供水系统一. 前言自来水厂的供水泵站中，供水系统一般由若干台扬程相近的水泵组成，调节水压和流量的传统方法是，按期望输出的水压和流量用人工控制水泵运行的台数。
如供水能力4-6万吨/日的自来水厂，水泵的配置方案有多种，其中一种可行的方案是三台160kW和一台90kKW水泵组成。
系统工作时，传统的方法是，若供水量较大，显然，流量和管网水压已经不能满足要求，这时需人工投入水泵，根据现场管网水压情况由工人来决定投入160kW水泵还是90kW水泵；若供水量减小，管网水压会升高，此时又需人工切除水泵。
在深夜用水量较小时，为节能考虑用一台90kW水泵供水。
由于水泵的流量较大，为避免“水锤”效应，人工投切时，投入泵应遵循“先开机，后开阀”、切除泵应遵循“先关阀，后停机”的操作程序。
若是小功率的水泵，水泵的出水侧都装有普通止回阀，其本上能自动保证以上的操作程序，只是停机时止回阀关闭前的瞬间还是有“水锤”效应产生，如果安装的是“微阻缓闭止回阀”，停机时基本上也不存在“水锤”效应。
二. 变频恒压供水的控制方案由于城市自来水的用量随季节的变化而变化，随每日时段不同而变化。
为使供水的水压恒定，最常见的办法是采用变频恒压供水系统，即压力变送器装在主管网上检测管网压力信号，再将此压力信号送到变频器（PLC）的模拟信号输入端口，由此构成压力闭环控制系统，管网压力的恒定依赖变频器的调节控制。
对于多泵情况，可以两种不同的控制系统方案，一种是“顺序控制方案”，系统图如图一所示图一顺序控制方案系统图图中：BP1—变频器；BU2～BU4--软起动器,PT—压力变送器。
由图一可见，变频器连接在第一台水泵电机上，需要加泵或减泵时，由变频器RO1～RO3端口输出信号起动或停止其他的水泵，这时水泵的起动采用自耦减压起动装置或软起动器。
这种方案的特点是水泵电机不需要在变频和工频之间切换；第一台水泵永远连接在变频器上，没有切换过程中的失压现象；由于变频泵以外的泵都有软起动器，所以不需要再做备用系统，当变频器故障时，可用软起动器手动起动M2～M4水泵，保证供水不致中断；每台电机都有起动器，初始投资较大。
浅析变频器在恒压供水系统中的应用
前面讲过PLC控制变频器应用模式之一：端子运行指令通道+端子模拟量通道。
该模式典型的应用就是在恒压供水中，利用远传压力表检测检测管道压力，转换成0-10V电压或4-20MA电流模拟量反馈到PLC中，经过PLC
进行PID运算，再将运算结果变成模拟量输出，通过变频器的端子模拟量输入通道控制变频器频率从而调节水泵转速，这样形成闭环调节实现恒压供水控制，如下图：
我们以西门子V20变频器为例，来讲解变频器与PLC之间如何进行配合控制。
由于PLC标配不带模拟量输入输出功能，所以选用一个模拟量输入输出模块EMAM06进行扩展，接线图如下：
0+，0-为模拟量输入接口，1M, 1为模拟量输出接口，DI1为V20数字输入端子，连接PLC的输出点Q0.0用于控制变频器启停，DIC为数字输入的公共端，图中连接24V电源的负极。
连接宏方法如下：
选择连接了对应的宏，如果个别参数不符合控制要求，再通过手动方式修改一下即可。
变频器在恒压供水系统中的应用发布时间：2021-01-15T03:48:47.705Z 来源：《云南电业》2020年8期作者：邹志坤[导读] 使用变频器作为恒压供水系统，不仅可以在一定程度上延长水泵的使用寿命，而且可以节省能源。
（沈阳百福得机械有限公司 114000）摘要：使用变频器作为恒压供水系统，不仅可以在一定程度上延长水泵的使用寿命，而且可以节省能源。
在恒压供水系统中，变频器的工作下可以提高水压的稳定性，即使在高峰和低耗水的时间段内也可以通过系统的智能来调节水压。
变频器技术、PC和触摸屏可以的完美实现结合。
同时，在科技迅猛不发展的今天，变频器在恒压供水系统中已经有了性价比高，节约能源，智能转换、工作可靠等等高水平优势，而且可以很多程度上提高了供水质量。
关键词：恒压供水；变频器：应用引言电厂化水车间泵站承担着恒压供水的重要任务，泵的负载会消耗大量电能，为了完成一些必要的工作，消耗的电能是这类负载的重要组成部分。
所以，提高泵站效率，降低能耗对节约系统用电具有重要意义。
而变频器控制当前是相对先进的节能系统。
通过检测水压，调节泵频率并结合PLC控制可以轻松实现提高效率且减少能耗。
1.变频器恒压供水系统简介恒压变频控制系统的原理是在其工作状态下，将供水出水管的水压自动最为第一调节对象，在这期间，变频器还会通过系统功能的自动识别板块，来对出水主管口在实际工作中现实存在的供水压力通过遵循控制器系统中认为设置的压力限额来进行识别控制。
同时，在系统中的供水压力限额是可以通过人工设置来达到一定的恒定额。
可以是每个周期时间量中所表现为的常数。
因此，这就需要通过人为设定，将变频器在一定时间段内设定的恒定压力要保持在出水口实际供水压力的设定压力下。
如下图所示，当水管内的实际流水压力比系统运行过程中所设定压力限额要低，且水管中的水量持续加大时，控制系统将接受正压差。
计如果在操作过程中实际供水压力高于设定压力，则情况正好相反：变频器的输出频率降低，水泵速度降低，因此实际供水压力增加。
变频器PID控制在水厂恒压供水中的应用摘要：随着变频调速技术的发展变频恒压供水系统已逐渐取代传统的供水系统广泛应用于高层建筑工业消防住宅小区的生活供水系统。
基于变频器内置PID闭环调节功能与PLC逻辑控制功能的恒压供水系统具有节能、自动化程度高、便于通信监控、工作稳定可靠、供水质量高的性能特点，在自来水厂、企业生产用水、农田灌溉等恒压供水系统得到了广泛的应用，具有较高的实用价值。
分析、讨论其设计方法和步骤具有一定的实践意义。
关键词：变频器PID控制；水厂恒压供水；应用1、前言近年来，变频器的应用范围越来越广阔，在恒压供水系统中应用具有PID功能的变频器，和传统的气压罐供水系统、高位水箱供水系统以及恒速泵供水系统相比，其能耗较少，具有较强的灵活性，并且供水质量更高。
在实际应用中，基于PID功能的变频器对于供水系统的阀门、泵组进行逻辑控制，实时监控供水系统的各个控制点和运行参数，为了恒压供水系统的规范化管理提供了重要技术支持。
2、恒压供水系统结构和原理据有关部门统计，目前我国大部分的水泵控制，采用传统的电力拖动方式，水泵在工频下恒速运转，水泵的能源消耗约占企业能源消耗的80%～90%。
这样，一方面造成了较大的能源浪费，另一方面容易造成“水锤效应”，使运行中的水泵平均负载率低，致使水泵本身功效下降。
而结合数字PID控制技术的恒压供水系统，可改善水泵起动性及运行特性，提高电力系统的系统效率。
一般规定城市管网的水压，只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须“提升”水压才能满足用水要求。
以前，大多采用传统的水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，但都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果往往是增大了水泵的轴功率和能量损耗。
用恒压供水系统控制实现了水泵电机无级调速，在用水量发生变化时，保持水压恒定，以满足用水要求，是先进、合理的节能型供水系统。
2.1结构组成恒压供水系统是指管网中水压不会随着水量的大小而发生变化，其时刻保持基本恒定，不仅可以满足建筑物中不同楼层的用水需求，而且避免了电机处于空转状态浪费大量的电能。
三晶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。
变频器在工厂恒压供水系统中的典型应用
变频器/恒压/供水系统 PLC
1引言
恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。
随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。
进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。
作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。
目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID 调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。
自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。
2组成及工作原理
一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为15kW大泵为30kW，三台泵的协调工作以满足供水需要。
系统组成如图1所示。
图1供水系统组成框图
该系统由一台PLC和两台变频器、两个压力传感器、控制柜及相关设备组成。
利用一台变频器可以控制两台30kW水泵的运转，改造后，1#泵15kW始终处于工频运转，两台30kW水泵由变频器的控制实现变工况运转。
1#泵工频运转一般不能满足最小用水量，因此供水时首先投入1#泵和2#泵，2#泵工作在变频
启动状态，随着压力会自动调节频率的高低以保持压力的恒定，在用水量不大时，2#泵和1号泵同时工作可以满足要求，如果用水量增大，2#泵会自动切换到工频状态，并给PLC发出信号，继而变频启动3#泵30kW，此时1#，2#泵工作在工频状态，3#泵工作在变频状态。
由于3#泵的自动调节功能，从而保证系统的恒压。
一般而言，三台泵同时投入是绝对能满足要求的。
控制系统硬件组成图如图2所示。
图2控制系统硬件组成图
注：MC1、MC2互锁，MC3、MC4互锁，MC6用于切断2#运行，MC7用于切断3#运行。
如果3#泵工频运转压力不能满足要求的话，则该变频器会自动切除，退出工作，使3#泵处于工频。
该系统组成简单，系统成本低，可靠性高。
3系统功能
该系统选用FR-500日本三菱变频器。
该系统中具有以下功能。
3.1 自动切换变频/工频运行功能
变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：
（1）方式0：基本工作方式。
变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率，控制其他辅助泵启停。
即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。
由此控制增减工频运行泵的台数。
（2）方式1：交替方式。
变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。
（3）方式2：直接方式。
当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。
3.2 PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20mA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。
3.3“休眠”功能
系统运行时经常会遇到用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可
以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2#、3#泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。
当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3#泵，当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3#泵的转速。
“休眠值”变频器输出的下限频率PR507设置。
“休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td＜tn时变频器继续工作，当td＞tn时变频器将进入休眠状态。
“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。
经测试“休眠值”为10Hz；“休眠确认时间”td:20s；“唤醒值”70%。
3.4 通讯功能
该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。
此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。
4系统的节能分析
节能的功率可用下式表示：Δp=p(0.4+0.6x-x3) 其中x=Q/Q0＝N/N0；Q为实时水量；Q0为满负荷的水量；P为满负荷的功率；N0为额定功率；N为实时功率。
这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为：1#泵24小时；2#泵大致运行19小时；3#泵仅运行13小时。
如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(30×2＋15）×24×360＝648000kWh；利用停止泵运转方式为：［（15×24）＋（30×10）＋（30×13）］×360＝378000kW；利用变频工作时：3#泵始终处在状态为13小时；2#泵变频工作为7小时(3#泵不工作，2#泵工作时间)；如果水量调到80%时计算两个泵节电量为：P×h＝30×(0.4+0.6×0.8-0.83)×(13＋7)×360＝10800kWh；这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为：648000-475200 +79488＝280800kWh；按每度电0.4元计算，每年可节省电费：280800×0.4＝112320元。
可见每年可节省电费约10万元左右。
5结束语
（1）恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。
（2）由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。
(3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
(4)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
(5)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。
由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。
钟文裕廖媛敏
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