變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理電路設(shè)計(jì)及實(shí)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(shí)，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(hù)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(shí)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(shí)，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(duì)水泵均為軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，消除了啟動(dòng)電流對(duì)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(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)六小時(shí)或二十四小時(shí)，自動(dòng)切換到另一臺(tái)。
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(hù)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(wú)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(hù)用水流量)為設(shè)定參數(shù)，通過(guò)微機(jī)控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時(shí)，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(shí)，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(hù)對(duì)水壓和水量的要求，同時(shí)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(wú)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(lèi)型的自來(lái)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(jì)
1.主電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動(dòng)，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(guò)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(tái)水泵全速運(yùn)行也不能達(dá)到給定壓力時(shí)，PLC將該水泵由變頻運(yùn)行投入到工頻運(yùn)行，同時(shí)將另一臺(tái)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(shí)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，減少供水量，整個(gè)系統(tǒng)保證變頻運(yùn)行時(shí)只有1臺(tái)泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開(kāi)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(zhǎng)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(jì)
控制電路如下圖3所示，SB1控制系統(tǒng)的啟動(dòng)，SB2控制系統(tǒng)的停止，當(dāng)水泵出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，A5燈亮。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，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(jì)
根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時(shí)監(jiān)控自來(lái)水以及供水口的情況來(lái)決定是否要起動(dòng)水泵，PLC控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號(hào)去控制繼電器、接觸器、等的動(dòng)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(dòng)或自動(dòng)兩種工作方式，系統(tǒng)啟動(dòng)后，泵1首先進(jìn)人變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到壓力上限信號(hào)時(shí)，變頻泵切換為工頻，啟動(dòng)另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到壓力下限信號(hào)時(shí)，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序流程圖如圖4所示。

五、變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的原理設(shè)計(jì)

本裝置集PLC、變頻調(diào)速、過(guò)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(shí)物模型），控制平臺(tái)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(dòng)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_(tái)采用PLC+變頻器的開(kāi)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(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)，為教學(xué)研究變頻恒壓供水技術(shù)提供一個(gè)開(kāi)放的操作平臺(tái)。它是一款適合于大學(xué)及中、高職院校電氣自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、建筑電氣、智能建筑等專(zhuān)業(yè)的綜合型實(shí)訓(xùn)設(shè)備。
1.系統(tǒng)特點(diǎn)：
1)控制平臺(tái)采用PLC+變頻器的開(kāi)放式控制結(jié)構(gòu)，提供組態(tài)軟件和PLC開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)控制方案，靈活性強(qiáng)。
2)控制平臺(tái)有熱過(guò)載保護(hù)、過(guò)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(shí)的給水系統(tǒng)，有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種控制方式，當(dāng)自動(dòng)控制失效時(shí)，系統(tǒng)由手動(dòng)控制方式運(yùn)行。
4)控制對(duì)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(dòng)力系統(tǒng)由四臺(tái)水泵構(gòu)成，其中兩臺(tái)常規(guī)變頻循環(huán)泵，一臺(tái)休眠小泵，一臺(tái)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(dòng)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(xiàn)～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(duì)象模型1200mm×805mm×1590mm，控制柜800mm×600mm×2000mm
5)安全保護(hù)：具有漏電自動(dòng)保護(hù)裝置
3.實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：
1)控制屏結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)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(dòng)態(tài)壓力控制
6)生活水系統(tǒng)的分時(shí)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(guò)流保護(hù)）：?jiǎn)蜗嘟涣麟?nbsp; 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(kāi)發(fā)環(huán)境，可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)控制方案。
(1)生活供水管網(wǎng)的恒壓供水
(2)可實(shí)現(xiàn)以天為周期的定時(shí)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(dòng)休眠小泵運(yùn)行實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小流量下的生活供水
(4)火警狀態(tài)，可自動(dòng)啟動(dòng)消防泵，完成消防模式下的恒壓供水
(5)可實(shí)現(xiàn)帶上位機(jī)系統(tǒng)的PID控制
3)手動(dòng)控制裝置
控制系統(tǒng)采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，手動(dòng)控制器在實(shí)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(dòng)控制器失效的狀態(tài)下，手動(dòng)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(dòng)控制前，可用手動(dòng)控制器檢驗(yàn)動(dòng)力線(xiàn)路和動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)由四臺(tái)水泵構(gòu)成，其中兩臺(tái)常規(guī)變頻循環(huán)泵，一臺(tái)休眠小泵，一臺(tái)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(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)供水過(guò)程的全監(jiān)控。實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人值守的起閉、循環(huán)切換水泵。由于變頻器具有軟啟動(dòng)的功能，消除了啟動(dòng)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而延長(zhǎng)泵的使用壽命。實(shí)際運(yùn)行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動(dòng)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(jià)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)。