一種簡單的變頻恒壓供水系統的設計方案

　　1.引言

　　隨著變頻調速技術的發展和人們對生活用水質量的提高，變頻恒壓供水系統取代了傳統的供水系統，已普遍用于居民用水系統。目前，國內大多數企業仍使用傳統恒壓泵進行切換加壓的供水方式，水壓不穩，而且造成能源浪費。所以，開發可靠性高，價格優廉、控制性能好的恒壓供水系統具有很高的實用價值。變頻恒壓供水方式與過去水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢，而且具有節能效果。目前變頻恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發展。本文采用PLC和變頻器實現恒壓供水控制系統的設計。水壓波動小，運行平穩。是當今先進合理的節能供水系統。

　　2.變頻調速恒壓供水系統結構及原理

　　系統采用兩水泵進行供水，選用FRENIC5000 G11S變頻器，PLC選用歐姆龍小型PLC，變頻調速控制是恒壓供水系統的核心，系統由變頻器控制水泵將水直接加壓或減壓送至管網出口，根據測得的管網出口處的壓力，由壓力傳感器將壓力信號送入PID調節器，PID調節器根據壓力設定值與壓力實際值的偏差，對壓力進行PID調節，輸出頻率給定信號IRF（4~20mA）給變頻器，變頻器根據頻率給定信號IRF控制水泵的轉速，并在PID調節器上設定壓力的上下限，PID將此信號送入PLC控制器，從而實現兩臺水泵之間的工頻、變頻的切換。其系統原理圖如圖1所示。

　　3.恒壓供水系統設計

　　3.1 主電路設計

　　系統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，與預先設定的給定壓力比較，通過PID運算，調節變頻器的輸出頻率，以維持水壓恒定。若用水量大到1臺水泵全速運行也不能達到給定壓力時，PLC將該水泵由變頻運行投入到工頻運行，同時將另一臺水泵投入到變頻運行，增加管網供水量以保證壓力穩定。當用水量減少時，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供水量，整個系統保證變頻運行時只有1臺泵變頻恒壓供水。系統采用變頻泵循環方式，以“先開先關”順序關泵，既保證了系統有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現“繡死”現象。系統主電路圖如圖2所示。

　　3.2 控制電路設計

　　控制電路如下圖3所示，SB1控制系統的啟動，SB2控制系統的停止，當水泵出現過載時，A5燈亮。當變頻器出現故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的變頻、工頻運行指示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運行指示燈。

　　其PLC控制器的I/O點數分配如表1所示。

　　4.PLC控制流程圖設計

　　根據恒壓供水操作要求，PLC控制系統要隨時監控自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，PLC控制程序設計的主要任務是接收各種外部開關量信號的輸入，判斷當前的供水狀態、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動作，進而調整水泵的運行。PLC和變頻器是本系統的核心部分，系統穩定運行的關鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數的設定。本系統采用手動或自動兩種工作方式，系統啟動后，泵1首先進人變頻運行，當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行，當檢測到壓力下限信號時，工頻泵切除，僅變為變頻泵工作，系統設計程序流程圖如圖4所示。

　　5.結論

　　本方案由OMRON C系列小型PLC控制器結合富士FRENIC 5000G11S系列變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統，達到恒壓供水的目的，實現真正意義上的無人值守的起閉、循環切換水泵。由于變頻器具有軟啟動的功能，消除了啟動大電流對電網的沖擊，從而延長泵的使用壽命。實際運行情況證明了本系統具有可靠性高、自動化程度高、便于維護和高節能性等特點，具有很大的應用價值，可廣泛應用于工業供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統。