变频调速在恒压供水系统中的
变频调速技术在采暖恒压供水系统中的应用
崔风 梅
（ ｈ ｎ ａ ｇ Ｏ ｌ ｏ ｐ ｎ ｉ ｉ ｕ ｐｎ ｔｔ ｎ Ｔｅ ｉ １ ０ ， ｈｎ ） Ｆ ｎ ｅ ｇ ｕ Ｃ ｉ ｅ ｇ ｅ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉ Ｃ ｍ ａ ｙ Ｔ Ｌｎ Ｐ ｍ ｉ Ｓ ｉ ， ｉ ｎ １ ２ ０ Ｃ ｉａ ｅ ｇ ｇ ａｏ Ｌ ｇ ｅｇ ｎｈ ｉ ｕ Ｆｎ ｍ ｉ Ｚ
摘
要： 分析 了原采暖供水 系统及所存在的问题 。设计采用一拖三控制系统 ， 介绍一款设计新颖 、 专用于风机 、 水泵控制 的变频 器在恒压
供 水 系 统 中 的应 用 ， 到恒 压 供 水 、 能 降 耗 的 目的 。 达 节 恒 压供 水 自控 系 统 节 能
关键 词 ： 变频 调 速
要求 。伴随着 晶闸管技术的 Ｅ趋完善 ，在电机调速方面人们更多 ｌ
恒压供水变频调速原理
恒压供水变频调速原理恒压供水系统是一种能够调节水泵出水压力的系统，通过使用变频器对水泵进行控制，可以实现根据需求自动调节水泵的运行频率，从而保持恒定的供水压力。
本文将详细解释与恒压供水变频调速原理相关的基本原理。
1. 变频调速基本原理为了理解恒压供水变频调速原理，我们首先要了解变频调速的基本原理。
变频调速是通过改变电机的供电频率来调节其转速。
传统的交流电机是通过电网提供的标准频率（例如50 Hz）来运行的，而变频器可以改变供电频率，从而改变电机的转速。
变频器通过将交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为可调的交流电，实现对电机转速的调节。
变频器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.输入电源：将交流电源输入到变频器中。
2.整流：将交流电转换为直流电。
3.滤波：通过滤波电路，将直流电平稳地输出。
4.逆变：将直流电转换为可调的交流电。
5.输出电源：将交流电输出到电机。
通过调节变频器输出的交流电频率，可以改变电机的转速。
这样就实现了对电机的调速。
2. 恒压供水系统原理恒压供水系统是一种能够根据需求自动调节水泵出水压力的系统。
它通过使用变频器来控制水泵的运行，从而实现恒定的供水压力。
恒压供水系统的基本原理如下：1.检测压力：安装在供水管道上的压力传感器会检测当前的供水压力，并将检测结果反馈给控制系统。
2.控制逻辑：控制系统会根据检测到的压力信号，与预设的目标压力进行比较，并计算出所需的出水流量。
3.变频器控制：控制系统将所需的出水流量转化为对变频器的控制指令。
变频器会根据指令改变电机的供电频率，从而控制水泵的转速。
4.反馈调节：水泵的运行会引起供水压力的变化，压力传感器会不断检测当前的压力，并将结果反馈给控制系统。
控制系统会根据反馈的压力信号进行调节，确保出水压力始终保持在预设的目标压力范围内。
5.水泵保护：恒压供水系统还会监测水泵的电流和温度等参数，以保护水泵不会超负荷运行或发生故障。
通过以上步骤，恒压供水系统可以根据实际需求，自动调节水泵的转速，从而保持恒定的供水压力。
PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水中的运用浅析
PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水中的运用浅析摘要：目前，依据工业生产中使用的工业恒压供水系统，在工业供水的要求以及供水指标方面全都采用了PLC及变频调速技术来控制加压泵房中的水泵。
通常情况下，PLC以及变频调速技术控制系统主要包含以下部分，即软件以及硬件两大部分，在本篇文章中，主要阐述了系统中的硬件、软件以及系统的工作原理以及在二次加压泵房恒压供水中的运用等。
并且依据实际的试验情况得出科学合理的结论，在PLC及变频调速技术使用到二次加压泵房恒压的供水系统当中，具有良好的稳定性以及可靠性。
关键词：PLC及变频调速技术；二次加压泵房；恒压供水；应用浅析引言：伴随着经济的不断发展，供水技术得到了一定的更新，并且其逐渐成为了人类社会生活的重要保障，对于我们国家的经济发展来说意义深远。
对于变频调速技术而言，是最新型的并且已经发展成熟的交流电机无极调速技术，可以通过变频调速技术自身独特的优良控制的能力，将其广泛的应用到控制速度的领域之内，特别是我们国家的供水行业当中。
但是，由于工业中所使用的二次加压泵房的恒定供水的过程当中，却对于供水质量以及可靠性有着极高的要求，因此在恒压供水技术方面就特别的严格，这就需要将变频调速技术逐步的全面应用到整个供水系统当中。
因为恒压供水方式具有先进性、操作简单等优点。
在泵站进行供水的过程中具有一些所描述的几项功能：在最大程度上确保水压的恒定、控制系统的自动运行，将多台泵自动设置为自动切换模式、整个控制系统的睡眠以及唤醒等。
其中，PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水中的运用情况如下所示。
1.恒压供水系统的硬件基本构造工业中的恒压供水系统硬件的主要构造主要包含了压力传感器、PLC以及相应的变频器，在恒压供水系统当中，这些都是整个恒压供水系统的主要控制设施，通过传感器以及PLC及变频器可以在最大程度上实现所需要的功能。
首先，在恒压供水系统的整个管网干线当中，需要安装压力传感器，通过压力传感器可以对于管网内的水压进行检测，与此同时，还可以将水压转化为恒压供水系统的电流信号，从而可以提供给PLC变频器一定的能量。
变频调速技术在恒压自动供水系统中的应用
3 运行效果分析
3.1 理论分析
从式(1) , (2) , (3)可以推导出， 电动机所消耗 的功率(在此忽略损耗， 认为与水泵的轴功率相等)
抚 力 传 启 摇
含4 -)d: I4 f
变 倾 拼
电 动 机 电 动 机 一 一 电 动 机 电 动 机
行了恒压供水改造， 并利用单片机技术进行阀门开 度控制， 实现了供水系统自 动化， 达到了 恒压运行，
节能效果明显。
系 一 水 泵 一 一 水 泵 一 东 泵
1 系统组成及特点
变频调速恒压供水系统结构见图 1。该系统共 有 4 台机组， 控制系统由变频器、 控制装置( 以单片
我区某水厂采用 VVVF 变频器对水泵机组进
供电电源:交流 10kv,50Hz; 水泵配用电 机:10KV/ 1000KW; 运行方式:全 自 动连续运行， 具有手动切换功
能; 单级水泵扬程:72 米。 本系统组成的最主要特点是: 采用变频、 工频 切换运行功能， 即当变频器带动电动机运行到工频 频率时， 由单片机组成的控制装置自 动地将这台电
机为核心) 、 信号传感器、 电动执行器等组成。系统 的控制量为。 的管道压力信号，由安装在供水 ^-5v 管网人口的压力传感器来提供， 控制装置将管网的 压力信号与系统的给定值相比较， 根据压力偏差进 行闭环调节， 控制变频器的输出频率和水泵的运转 状态， 从而改变供水管网中的水压大小， 使系统达
环调频， 合理利用资源之目的。
其中QI,H， 为转速n， 和P， 时的流量、 压力(扬 程) 和轴功率， Q2,H: 和P: 为转速n2时的流量、 压 力(扬程)和轴功率， 即流量与转速成正比， 压力(扬 程)与转速的平方成正比， 轴功率与转速的立方成 正比。 可见， 改变水泵的转速， 即可成平方倍的改变 水泵的输出压力， 进而改变管网的供水压力， 并成 立方倍的改变轴功率。例如， 电动机转速下降为额 定值的80%时， 流量减少 20%， 压力减少36%， 而轴
变频调速恒压供水系统在城市供水中的应用
从而造成 了能量浪费 ， 同时 由于管 网压力增 大 ， 使 管 用水 的低谷 。用水高峰 和低谷时用水 量 的偏 差很大 。因而 ， 供水 泵扬程升高 ， 网、 阀门等设备故 障率增加 。 不足 和供水过 剩的 现象时有 发生 。而 供水 和用水之 间 的不平 衡 集 中地反 映在供水 管网的压力上 ， 即： 用水量多 而供水量 少 ， 则 压
述 了该系统的附带功能 ， 指 出其满足 了用户 用水需求 ， 提高 了供 水质量 ， 节约 了电能 ， 降低 了成本。 关键词 ： 变频调速 ， 供水系统 ， 运行 ， 功能
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ９ ９ １ ． ３ 文献 标 识 码 ： Ａ
１ 变频 调速 恒压供 水 的必 要性
－
１ ３Ｏ ・
第４ ０卷 第 ２期 ２ ０ １ ４年 １月
山 西 建 筑
Ｓ Ｈ ＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ ｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ． ２ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
文章编号 ： ＇ １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ １ ３ ０ — ０ ２
１ ） 满足了用பைடு நூலகம்用水需求 ， 提高 了供水质量。
泵轴 功率 与
Ｑ围成的 面积成 正比。此时轴 功率 Ｐ ， 与Ｑ ， Ｈ，
Ｏ Ｑ 围成 的面积成 正比。根据生产工艺要 求 ， 当用 城市用水大体可分 为居 民家庭 用水 、 公共 服务 用水 、 生 产运 的乘积 即 Ｈ 水 流量需从 Ｑ 减 小到 Ｑ 时 ， 如果采用 调节 阀门方法 （ 相 当于增 营用水以及消 防用 水 。各类 用水 的用水 时间 和用水量 是 随时变 ， 使管阻特性从 曲线 ｒ ， 变副 曲线 ｒ ， 系统 由原来 的工 化的 ， 与人们起居 作息生活 习惯 、 季节 变化 、 生产 计划等方 方面面 加管 网阻力 ） 。 变到新 的工作点 Ａ 运行 。此时水泵扬程为 ， 轴功率 Ｐ 的因素有关 。根据 以往一年 中的用水情 况知道 ， 每 日用水 高峰一 作点 Ａ Ｈ ２ Ｏ Ｑ 成正 比。从 图 １中可 以看 出， 利 用调节 阀调节 流 般发生在上午 ９ ： Ｏ ０～１ ２ ： Ｏ ０ ， 此时生活用 水 、 工业 用水量大 。夏 季 与面积 Ａ 量时会出现用水量 减少 ， 水泵扬程增 大 ； 用水量 增大 ， 而水泵扬 程 高温期 间用水高峰会 出现在下午 ４ ： Ｏ ０～ ９ ： Ｏ ０ ， 这是居 民淋洗用水 的集 中体 现。０ ： Ｏ ０～ ４ ： Ｏ ０除 工业用 水外 ， 居 民很少 用水 ， 此时 是 减小的现象。特别 是用 水量减 少时 ， 由于水 泵转 速 不变 ， 而使 水
变频调速在恒压供水系统中的应用
． ３ 起动 平稳 用水高峰 期没水 严 重影 响人们 的生活 ， 在高 峰期 过后住在低层 １
的 居 民又 由 于 压 力 过 大 ， 容易产生爆 管现象。 以上这些情况对供 水 系 统 提 出 了新 的 要 求 ， 供 水 系 统 应 依 据 不 同时 段 对 水 量 的 不 同 需求 ， 给 水 压 力 相 应 的发 生 变 化 ， 用 水 高 峰 期提 高水 压 ， 用 水 少 时 水压降低， 合理调节供水压力， 提高供水质量。
２ｏ１ ３ ２１
变频调速在恒压供水系统 中的应用
屈 文 斌
（ 陕西工业职业技术学院， 陕西成 阳 ７ １ ２ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 针 对 在 用 水 过 程 中 缺水 或水 压 不 够 及 在 用 水 量 少 时 ， 水 压 过 大 产 生 爆 管 的 问题 ， 在 供 水 系 统 中采 用 变 频 器 ， 根 据 给 定 压
力信号和反馈压力信号调节水泵转速 ， 使管网中水压恒定的 同时， 实现 了用 水量 与给 水量 的最佳 匹配 ， 达到 了节能、 节水 的 目
的。
关键 词 ： 恒压供水 ； 变频器 ； 调速控制 ； 节 能
ｒ ’ ｌ ■ ’ ’ １ ｎｅ ａｐｐｌ ＇ ｉ ‘ ｃ ａｔ Ｊ ｉ ‘ ｏｎ ０Ｉ ｎ ｔ 一 ｒ ｅｑｕｅｎｃ ｙ Ｃｏｎｔ ・ ｒ ｏｌ １ １ ● ｎ ｅｏｎｓ ｔ ・ ａｎｔ － ｐｒ ｅｓｓ Ｕｒｅ ｗ ａｔ ・ ｅｒ
或供 水压力不 足事 件的发生 ， 由于供水压力 不足， 可 能会影 响产
品的产量或质量 ， 且会导 致部分设备不 能正常工作， 严 重 时 甚 至 会造 成设备损坏 ； 居 民 的 生 活 用 水 同样 受 到 供 水 压 力 的影 响 ， 如
变频恒压供水简介
1 前言
工程公司培训
水塔
1 前言
工程公司培训
高位水箱
1 前言
工程公司培训
(2) 水池－水泵（恒压变频）－管网系统－用水点 此方式也是集中供水。对于多幢住宅的建筑 小区，目前较多采用此种供水方案。一般设计有 地下生活水池一座，集中恒压变频供水，不设屋 顶水箱。最不利的用水点是顶层住宅。主水泵一 般有3--4台， 3用一备自动切换，辅助泵为一小流 量泵，夜间用水量小时主泵自动切换到辅助泵， 以维持系统压力基本不变。
下图是施耐德ATV61 变频器的PID 系统工作 原理： 工程公司培训
2 变频恒压供水介绍
工程公司培训
以上介绍可见，变频器作为恒压供水系 统中的核心驱动元件，有着十分重要的作 用，所以在选择变频器的时候，质量和性 能就成为选择变频器非常重要的条件，目 前市场上供水行业应用的主流变频器为欧 美产品，施耐德电气在工业领域有着悠久 的历史， 新研发的ATV61 是风机水泵应用 的最高端产品。
1 前言
工程公司培训
变频器恒压 供水系统
1 前言 1.2 经济和社会效益比较
工程公司培训
第一种方式采用传统的水塔、高位 水箱，楼底水泵将蓄水池的用水打到楼 顶水箱，楼顶水箱中的水在利用自身的 重力压到用水管道。这是一个很简单的 供水模式，它最主要的问题就在于水泵 工作时间的控制上面了，刚开始时，专 门安排专职人员开关水泵，没水了开泵， 水满出来了就关泵。这样做不仅麻烦， 还浪费了人力，而且高位水塔的清洗也 成问题。
2 变频恒压供水介绍
工程公司培训
该供水系统变频器的作用是为电机提 供可变频率的电源，实现电机的无级调速， 从而使管网水压连续变化。传感器的任务 是检测管网水压。压力设定单元为系统提 供满足用户需要的水压期望值。
水泵变频调速技术在供水系统中的应用
水泵变频调速技术在供水系统中的应用摘要：近年来，变频调速技术在供水系统中发展很快，但实际应用中仍然存在误区，导致节能效果不尽人意。
本文针对水泵变频调速技术的特点，对其在供水系统中的应用简单谈一下看法和经验，以供参考。
关键词：变频技术；水泵；供水系统；应用1水泵变频调速技术的节能作用水泵节能离不开工况点的合理调节。
调节方式一般有两种：一种是管路特性曲线的调节，如关阀调节；另一种是水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。
在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多。
因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。
而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：n=60f（1－s）／p式中：f——水泵电机的电源频率（Hz）；p——电机的极对数；由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。
电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。
这就是水泵变频调速的节能作用。
在实际生产中，工频运行的水泵比采用调频的水泵大概多耗能30﹪左右。
2水泵变频调速技术的影响因素水泵调速一般是减速问题。
当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。
超范围调速则难以实现节能的目的。
因此，变频调速不可能无限制调速。
一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。
2.1水泵性能对调速范围的影响对于同一台水泵来说，当输送介质不变仅转速改变时，其性能参数变化遵循比例定律。
即流量与转速的一次方成正比，扬程与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。
但是在实际使用中，水泵比例定律的运用是有条件的，当管路阻力曲线静扬程等于零时，水泵变频前后工况基本符合比例定律的规律。
恒压供水变频调速原理
恒压供水变频调速原理一、引言恒压供水变频调速是一种新型的水泵控制技术，它可以根据水流量的变化自动调整电机转速，使得水压保持恒定。
该技术具有节能、稳定、可靠等优点，在市场上得到了广泛应用。
二、恒压供水变频调速原理1. 变频器控制恒压供水变频调速的核心是变频器，它通过改变电机的输入电源频率和电压来实现控制。
当需求水量增加时，变频器会自动提高电机转速以增加流量，从而保证水压不变；当需求水量减少时，变频器会降低电机转速以减少流量，从而避免过度耗能。
2. PID控制算法为了更精确地控制水泵运行状态，恒压供水系统通常采用PID控制算法。
PID是三个参数的缩写：比例（P）、积分（I）和微分（D）。
P参数表示在当前误差下所需输出信号与误差之间的比例关系；I参数表示在一段时间内累计误差并将其与输出信号相加；D参数表示根据当前误差和先前误差之间的差异来调整输出信号。
PID控制算法可以根据实际情况动态调整这些参数，以实现最佳的水泵控制效果。
3. 传感器检测恒压供水系统还需要一些传感器来监测水流量、水压和电机转速等参数。
这些传感器将采集到的数据反馈给变频器和控制器，以便它们能够做出相应的调整。
例如，当水流量超过设定值时，变频器会自动提高电机转速以增加流量；当水压低于设定值时，变频器会自动降低电机转速以减少流量。
三、恒压供水变频调速系统组成1. 变频器变频器是恒压供水系统的核心部件，它可以将输入电源频率和电压调节到所需的输出频率和电压。
通常情况下，变频器还具有过载保护、短路保护、欠压保护等功能。
2. 控制器控制器是恒压供水系统中另一个重要的部件，它可以根据传感器反馈的数据来控制变频器和其他设备的运行状态。
通常情况下，控制器还具有故障诊断、报警提示等功能。
3. 传感器传感器是恒压供水系统中采集数据的主要部件，它可以检测水流量、水压、电机转速等参数。
通常情况下，传感器还具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等特点。
4. 电机电机是恒压供水系统中的动力源，它通过变频器控制来实现转速调节。
变频调速在恒压供水系统中的应用
用一台调速装置自动控制并调整两台泵 QZHP Y 的输出功率。调速供水系统图中调速装置包 P. 二 括一台变频器、一块扩展板和一套控制配电 10 2 7 1o 盘 (可由PLC 取代) 以及安装在主管上的压 这样整个供水系统所具有的节能潜力为: 力传感器。传感器所采集的压力信号是整个 W=(P- P,)t 系统的基本参数。管网压力仅靠一台泵调速 其中 P 为整个系统水泵所有消耗的总轴 功率(KW),t 为水泵的年运行时间(小时/ 年)。 运行就可保证水压，另一台泵如长期不用将 出现腐蚀。调速系统为防止出现此种情况特 管网特性曲线与水泵特性曲线之交点即 动换泵功能， 防泵锈死。 并且调速系统 为泵的正常使用工况点。从管网特性上求的 设有自 管网实际所需的性能和水泵与管网性能的匹 一旦发生故障可立即用手动控制恢复恒压。 其控制图、主线路图如图2(a ) (b ): 配情况，以此作为水泵节能的依据。
1 引言 我单位及部分自备水源住宅居民供水大 多采用一台主泵加一台副泵直接向供水管网 供水的方式。由于整个供水系统没有一个水 塔等恒压装置，完全靠人为手动控制来调节
各用水时段的供水压力，而且无水压调节装
3 水泵变速运行的可行性分析
3. 1 水泵的基本参数特性
离心泵是传送水或其他流体的机械， 广 泛运用于工业和生产供水系统中. 其输出 特 性即决定于水泵的种类也随供水管网的阻力 特性曲线不同而异。 离心泵的H- Q 曲线如图1所示。每台泵 只有在等于原设计工况 ( 点 A ) 时，效率 才为最高点。偏离这个工况点 (在B ， 两 C 点间) 效率就会降低，水泵在高效率区运行 其耗能也会最省。 根据以上分析，按照供水系统的实际流
3.2 水泵 调速运 行的节电 原理
如图 3 所示: 水泵运行工况点 D 是泵的
基于PLC的变频调速恒压供水系统设计与实现
基于PLC的变频调速恒压供水系统设计与实现一、本文概述随着工业自动化的发展，变频调速技术在供水系统中的应用越来越广泛。
基于PLC（可编程逻辑控制器）的变频调速恒压供水系统，以其高效、稳定、节能的特点，成为当前供水系统设计的重要趋势。
本文旨在探讨基于PLC的变频调速恒压供水系统的设计与实现方法，以期为相关领域的工程应用提供有益的参考。
文章首先介绍了供水系统的基本构成和功能需求，包括恒压供水的重要性以及变频调速技术在供水系统中的应用优势。
随后，详细阐述了基于PLC的变频调速恒压供水系统的总体设计方案，包括硬件选型、软件编程、系统控制策略等方面。
在此基础上，文章重点探讨了系统实现过程中的关键技术问题，如PLC编程实现、变频器的选择与配置、压力传感器信号的采集与处理等。
通过本文的研究，期望能够为供水系统的设计与实现提供一种有效、可靠的解决方案，同时推动变频调速技术在供水领域的应用和发展。
二、系统需求分析和设计目标随着现代工业技术的快速发展，供水系统的稳定性和效率成为了评价一个城市或企业基础设施水平的重要指标。
传统的供水系统往往存在能耗高、调节性差、压力不稳定等问题，无法满足现代供水系统的要求。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于PLC的变频调速恒压供水系统设计方案。
稳定性需求：供水系统需要保持长时间的稳定运行，确保供水压力的稳定性，避免因压力波动对供水质量造成影响。
节能性需求：传统的供水系统往往存在能耗高的问题，新的供水系统需要采用先进的控制技术，降低能耗，提高能源利用效率。
调节性需求：供水系统需要能够根据实际需求，自动调节供水流量和压力，以满足不同时段、不同区域的供水需求。
实现供水系统的恒压供水：通过PLC控制系统，实时监测供水压力，根据压力变化自动调节变频器的输出频率，从而控制水泵的转速，实现恒压供水。
提高供水系统的稳定性：采用先进的控制算法，确保供水系统在各种工况下都能保持稳定的运行状态，避免因压力波动对供水质量造成影响。
基于变频调速技术的恒压供水系统设计
舞 技研 】 【术发
基 于 变 频 调 速 技 术 的恒 压 供 水 系 统设 计
马 伟 辛春 红
山东
丁 立 新
日照 ２６２ ） ７ ８ ６
（ 日照职业技术 学院
摘
要 ： 对供水系统 的现状进行分析 ，针对现行供水 系统的不足 ，提 出一种基于变频 调速技术 的恒压 供水系统 ，为先进 供水系统 的研 制提供参考 。
器 的价 格 仅 比通用 变 频器 略 高一 点 ，但功 能 却强 很 多 ，因此 ，在 满足 工 艺
要 求 的情况 下应优 先 采用 。
４ ２ 恒压 供 水 的 主 电路 。恒压 供 水 系 统 的 主 电路 主要 由隔 离 变压 器 ．
正 比 ，又 因为转 速 ｎ 电源 频 率 ｆ 正 比， 因此 ， 当用 水量 减少 时 ，可 以通 与 成 过 减小 电源 频率 ｆ 减少 供 水量Ｑ ，不 用在 管道 中设置 阀 门 了。利 用变 频 调速 可选 择 小容 量水 泵 ，只 需使 水泵 在用 水 高峰 时 工作 在最 高频 率 即额 定频 率 ５赫 兹 ，其 他时 间根 据 需求 量 工作 在额 定频 率 以下 。 因此 ，利 用变 频调 速 Ｏ
控制 给水 量 。水 泵 正常 工作 时 的供 水量 是最 大 供水 量 ， 以保 证 用水 高 峰时 的需 求 。在 用水 高峰 过后 ，供水 量始 终 高于 需 求量 ，只 能将 阀门调 小来 减 少给 水量 。因此 ，水 泵在 大 部分 工 作时 间 内的 能量 输 出比实 际 需要 的 多 ， 多余 的 能量 则消 耗在 调节 阀门上 ，不 仅造 成 能 量损 失较 大 ，而 且 阀门和 管 道 受水 流冲 击需 经常 检修 和更 换 ，也有 不小 的花 费。 现 行 供水系 统 中的 小容 量水 泵 多采用 直接 起动 的 方式 ，起 动 电流大 ， 对 电网有 ～ 定的 冲击 。大 容 量的 水泵 使用 降 压起 动装 置 起动 ，虽然 减少 了 对 电网的冲 击 ，但 添 置降压 起 动装置 及 以后 的维护 费用 也不 小 。
变频调速在恒压供水系统中的节能效果分析
４ １ 图 解 ．
如 图 １所 示 一 水 系坑 中 的 调 速 运 行 主 要是 改 变水 泵 装 置 的 工 况 点 ． 供 在 城 市 管 罔用 水 量 随 时 问变 化 的情 况下 ． 何 充 分 利 用 Ｑ～ Ｈ 曲线 高教 工 作 如 区扩 展 水 泵 的 有效 范 围 基 本 规 律 是 用相 似定 律 中的 比例 律 ： 其
性 ， 给 排 水厦 市政 部 门挺 供 参 考 。 为
关犍 词 ： 变颠 器 ； 能 ； 水 乐统 节 供
中 图分 粪号 ： ＴＵ９ Ｌ６ ９
文献标识码 ； Ａ
随 着 建 筑 环 境 工 程 的 发展 ． 给排 水 工 程 必须 满 足 城 市 分 区 供 水 和 高 层
建 筑 用 水 的 要 求 ． 域 市 用 水量 丑 排 污 流 量 的鼓 动会 导 致 供 水 不足 或 污 水 而
收稿 日期 ：０ １ ｉ —０ ２ ０一 １ ５
变 频 调 速在 恒 压 供 水 系统 中的节 能效 果 分 析
杨 云龙 ， 学翔 李ຫໍສະໝຸດ （ 原 理 工 大 学 建筑 与 环境 工程 学 院 ， 西太 原 ．３ ０４ 太 山 ００２ ）
摘 要 ： 过 介 绍 恒 压 供 水 系统 原 理 ． 析 其 节 能 效 果在 理 论 和 实践 上 的 可 行 通 分
量 和 水 位 ； 于 和 上位 机联 接 ｝ 实 现 反 复 多 敬 起停 ， 便 易
２ 交 流 电 动 机 的 调 速 方 法
由 Ｎ —Ｎ １ ） 异 步 电 动 机 本 质 上 分 为 两类 ： 节 旋 转 磁场 的 同 步 （ 一ｓ ． 调 转 速 Ｊ＿高教 方 法 ） 转 差 率 ｓ（ 技方 法 ） ｖ（ 和 低 。其 中 ＝６ ×＾ ／ 前 者 可 以 ０ Ｐｔ 分 为 变颓 调 速 和 变楹 调 速 － 目前 变 颤 调速 占统 治 地位 。异 步 电 机一 般 的 变
变频微控调速装置在恒压供水系统中的应用
根 据计算结果 向变频 调速器发 出调速指 令 ，使水泵减 速至
从 而 使压 力 稳 定 在Ｈ。 。这样 ，在 恒 压 变 量 工 作 方 式 下 处
改造与更新
程 即保 持泵出 口压力一 定的前提 下 ，分别测 出系统在工频 和变频状 态下 的电机 的输 入功率 ，计算 出变 频调速装置在 恒压变量供水方式下的节电率 。测试结果见表 Ｉ 。
４９ ． ０２ ． ３． ９５ ４． １ ２
变频微控调速 系统主要 由主控 制器 、变频 调速器和变 量控制器等所组成。 主控制器是整个 控制 系统 的心脏 ，它 自动地 全面管理
协 调 整 个 系 统 。 主控 制 器 根 据 现 场 需 要 决 定 电 机是 否 开 启 ， 开 启 几 台 电机 、哪 一 台变 频 运 行 、哪 一 台工 频 运 行 ，并 根 据 需要 自动 切 换 工频 和 变 频 运行 状 态 。
ｐ —— 电机磁极对数 ；
— —
电机定子电源频率 ，Ｈ ； ｚ
５ ——转差率 ； △ ——转速降 ，ｒ ｉ。 ｎ ／ ｎ ａ ｒ
通过变频装置改变电机定子电源频率 ，可改变电机同
步转速 从而使 电机 转速变化 ，这种调速方式 即为变频
调速 。
同时 ，根据水泵 （ 心泵）相 似定律 ，如 果改变水 泵 离 的转速／ ７ ， ，则水泵的排量 ｐ 和扬 程日以及ｐ 功率都会发生 相应 的改变 ，其关系式为 ：
消 耗 ，节 能 效果 非 常 显著 。
近年来 ，低压变 频调速 器在 油 田生 产 、生 活等许 多领
域 已得 到 了广 泛 的 应 用 。
恒压 变量供水是 典型 的负载 经常变 动的场 合 ，在 一天
变频调速在恒压供水系统中的应用
速就 是通过 改 变 电动 机 电源频率 实现 速度调节 的。 变频恒 压供 水 系统 采 用 一 电位 器 设 定压 力 ， 采 用 一个 压力 传感 器 （ 馈 为 ４ 反 ｍＡ～ ０ Ａ） 测管 网 ２ｍ 检 中压力 ， 力传 感 器 将 信 号 送 人 变 频 器 ＰＤ 回路 ， 压 Ｉ ＰＤ回路 处理 之后 ， 出一个 水 量增 加或 减少 信 号 ， Ｉ 送 控 制 电机转 速 。如在 一 定 延 时 时 间 内 ， 力还 是 不 压 足或 过 大 ， 通过 Ｐ Ｃ作 工频／ 频切 换 ， 实 际管 则 Ｌ 变 使 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 ， 调节 电动机 的转速 。
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｃ ｎｓａ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ｏ ｔｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｗａｅ －ｕ ｐ ｙｎｇ ｙ ｔｍ ； ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｔｎ ｓ ｅ ｄ— ｈ ｎ ｉ ｇ； ＰＩ ｔｒｓ ｐ ｌ ｉ ｓ ｓｅ ｑ ｅ ｃ — ｏ ｖ ｒｉ ｇ ｐ ｅ ｃ ａ ｇ ｎ Ｄ
Ｆｒ ｑ ｅ ｃ － ｏ ｖ ｒ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ－ ｈａ ｇ ｎ ｎｄ ｃ ｎ ｔ ｎ — ｅ ｓ ｒ ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｔｎ ｐ ｅ ｃ ｎ ｉ ｇ ａ ｏ ｓａ ｔｐｒ ｓ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｕ ｐ ｙ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｔｒ ｓ ｐ ｌ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
活 的需 要 。随着 变 频 调 速 技 术 及 Ｐ Ｃ控 制 技 术 的 Ｌ
由此 可知 ， 转速 Ｆ与频 率 厂成 正 比 ， ／ ， 只要 改 变频 率 厂
即可 改 变 电动机 的转 速 ， 频率 厂在 ０～５ Ｈｚ 当 ０ 的范 围 内变化 时 ， 电动 机转 速 调 节 范 围非 常 宽 。变 频调
变频调速技术在电厂恒压供水系统中的应用
Ｐ Ｉ Ｄ调节仪完成模拟量的采集 、运算和输 出。
下面以嵩屿 电厂生活水 系统 为例 ，介绍 变频恒 压供水系统的组成 、功能和控制效果 。
２ １ 系统组 成及 功 能 ．
圜
图 ２ 系统 控 制 原 理 框 图
系 统 原 理 框 图 如 图 ｌ所 示 ， 主 要 由 变 频 器 、 Ｐ Ｃ Ｉ 节仪 和低 压 电气元 件 组 成 。变 频 器 选 用 Ｌ 、ＰＤ调 日本 富 士 公 司 的 Ｐ ７型 变 频 器 ，Ｐ Ｃ选 用 Ｏ Ｒ Ｎ Ｌ Ｍ Ｏ Ｃ０Ｈ，ＰＤ调节仪 选 用 ０ Ｏ ＰＩ 。 ２ｏ Ｉ ＭＲ Ｎ ＩＬ 系 统具有 如 下功 能 ： 系统在 正 常 工 作 的时 候 ，变 频 器会 通 过 水 压 的
２ ３ 注意事 项 ．
一
台为变速泵 ，应先将定速泵按设计额定工况运行
运行的机组切换到工频运行 ，后 投入 的机组 由变频 后 ，再用变速泵来调整系统参数。
２４ 应 用效果 ．
该变频恒压供水 系统投 入正式运行后 ，工作稳 定可靠，性能 良好 ，维 护和检修 方便 ，供水质量 明
显提 高。不仅 改善 了工况 ，保 证 了最佳 的管 路压 力 ，
流量来 满 足 现 场 的 水 量 要求 ，这 种 方 式 容 易 造 成 管 数 ，以跟 踪设 定压 力 。
路 压力 波 动 过 大 ，维 护 费用 增 高 ，而 且 十 分 浪 费 电 能 。 目前 ，在水 泵 调 速 基 础 上 发 展 起 来 的恒 压 供 水 技 术 ， 已广 泛 应 用 于 中小 型泵 站 的 运行 控 制 ，这 在 提高供 水 质 量 、降耗 节 能及 自动化 生 产方 面 ，都 有 十分 明显 的经济 效益 和社 会效益 。
PLC和变频调速技术在恒压供水系统中的应用
恒 压供水 控 制 系统 由 Ｐ Ｃ控 制 器 、 频 器 、 Ｌ 变 触 摸屏 显 示 器 、 力 变 送 器 、 位 变 送 器 、 启 动 器 、 压 水 软
水泵电机组 、 电机保护装置 以及其它 电控设备等构
成 ， 图 １ 示ｌ 如 所 引。
数， 完成供水压力 的闭环控制 ， 在管 网流量变化时 能达 到稳定 供 水压力 和 节约 电能 的 目的ｕ 。 Ｊ
指用 户端在 任 何 时 候 ， 管 用 水 量 的 大小 ， 能 保 不 总 持 管 网 中水 压 的 基 本 恒 定 。 恒 压 供 水 系 统 的 控 制 策略是 采用 可 编程控 制 器 （Ｌ 和变 频调 速装 置优 Ｐ Ｃ） 化控制 泵组 的调 速 运行 ， 自动 调 整泵 组 的运行 台 并
控制和双恒压变量控制等 ， 定压精度在 ±１％内。 ｂ 具有 自动 、 ． 手动及异地操作功能。 ｃ 应用 Ｐ Ｃ和变频器对 电机进行软启动软停 ． Ｌ 止， 以减少设备损耗 ， 延长电机寿命。 ｄ 可进行智能化控制 ， ． 能任意修改指令 参数 ， 如压力设定值 、 压力上下 限值 、 控制 电机数量、 Ｉ ＰＤ
维普资讯
电
力 学
报
２０ 矩 ０６
供 水系 统 由 ３台水泵 组 成 ， 中 １台为备 用 水 其 泵 ， １台变 频器 切 换控 制 任意 １台电机 调 速 。可 由
变供电回路 由变频器提供 的变频 回路 和工频 回路 组成 ， 通过 Ｐ Ｃ将各水泵按一定 的规律投入 或切 Ｌ 除， 使供水获得最佳 的配置状态 。具体采用“ 先投 先停 ， 先停先投” 的原则对 ３台水泵设立运行 与停 止时间控制序列。为 了说明变频恒压控制的方式 ， 细 化 图 １中的水 泵 电机 部 分 ， 图 ２所 示 。 如
变频调速恒压供水系统的分析与研究
１ 变频调速的节能、 速原理 调
（） １变频调速恒压供水系统概述 变频调速恒压供水器 由电动机 、 泵组和变频调速 系统 、 压力仪表 、 管路系统等组成 。电动机 泵组 多由同型号的水 泵 ２ ４台并联而成 。由 变频器和工频电 网供 电， 根据供水系统运行状况 自动调节和切换 变频调速恒压供水器 的优点有 ： １ 对电网冲击小 ． ） 具有多种保护功能 ： ２ 发生故障时 ， ） 自动转换至工频 ， 确保供水不 间断 ： ３ 实现恒压 自动控制 ， ） 无需频繁操作 。 降低劳动强度 ： ４） 水泵转速 由外供水量决定 ， 系统运行可节约 电能 ：
（） ３ 变频调速 的节 能、 速原理 调 水泵机组通过改 变电源频率来改变 电机转 速 ． 进而改变水泵转 速 及工 况 ． 使其流量 与扬程适应 管网用水量变 化 ． 保持 管网最不利点 压 力恒 定 ． 到 节 能 达 如图 １ｎ ， 为水泵 特性 曲线 ， Ａ为管路特性 曲线 ． ｎ Ｈ 为管 网末 端服 务压 力 ， 为泵 出１压力 。当用水量达到最大 Ｑ 时 ， Ｈ’ ： ３ 一 水泵全速运转 ， 出 口阀门全开 ， 满负荷运行 ， 特性曲线 ｎ 和管路特性 曲线 交于 水泵 ｏ ｂ点 ， 出口压力 为 Ｈ’末端服务 压力恰为 Ｈ 。在 用水量 Ｑ 泵 ， 。 减 少至 Ｑ 的过程 中， ， 采用不同控制方案 ， 泵能耗不同。 １ 全速运 转 ， ） 靠关小 阀门控制 ： 路阻力特性 曲线 Ａ 变陡 ， 管 水泵 工况点 由 ｂ点上移 至 ｃ点 ． 管路所需扬程 由 ｂ点滑至 ｄ点 ． ｃ点和 ｄ点 扬程之差为能量浪费 ： ２ 变速运转 ， ） 靠泵出 口压力恒定控制 ： 当用 水量 Ｑ 下降时 ， 一 水泵 降低转速 。泵 出 口 力恒定 ， 压 工况 点始终在 Ｈ’ 上平 移。水量到 达 Ｑ 时， 水泵 特性 曲线为 ｎ， 网特性 曲线上移 至 Ａ 管 交点 ｅ为 此时 工况 点。管网不利点水 压升高到 Ｈ＞ ０ 。 Ｈ ， 为能量浪费 ； ｈ ３ 变速运 转 ， ） 靠管 网取 不利点压力恒 定控制 ： 当用水 量 Ｑ 下降 一 到 Ｑ时， 水泵降低转速 ， 水泵 特性曲线为 ｎ． ． 工况点 为 ｄ ， 点 恰好在管 网特性 曲线 Ａ 上 ， ０ 工况点沿 滑动 。管网服务压力 Ｈ 恒定 ， ０ 其扬程 与系统阻力相适应 ， 有能量浪费 ： 没 以上分析 表明 ． 取管 网不利点压力 为控制参数 ． 通过压 力传感器 以获得压力信 号 ． 组成 闭环 压力 自 调速系统 ． 控 以使水泵转 速保持与 调速装置控制压力相匹配 ． 可达到最佳节能效果。 此外 ． 不利点压力还 保证了用户水压稳定 ． 无论管路特性怎样变化 。 不利点水压恒定 。 由水泵相似原理 ： ｌ ＝ ２ Ｈ１ （ ｎ） Ｐ／￣（ｌ Ｑ／ ｎ ｎ ， ｎ ２ ｌ ｎ／ Ｑ２ Ｈ ２ Ｐ ｎ 式 中， Ｈ、 、 Ｑ、 Ｐ ｎ分别为泵流量 、 压力 、 的功率和转速 。 轴 由流体力学知 ， 管网压力 Ｐ 流量 Ｑ和功率 Ｎ的关系 为 Ｎ Ｐ 又 、 ＝ Ｑ， 功率与水泵电机转速成三次方正 比关系 ． 基于转速 控制 比基于流量控 制可以大幅度降低轴功率
PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用
1 引言恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水压力不足或短时断水，可能会影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。
又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。
所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。
基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID 相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。
2 系统结构与工作原理供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有1#～3#共3台150kW泵机。
另外，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。
由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开2台泵机向管网充压，供水量大时，开3台泵机同时向管网充压。
要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件，为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用PID调节器进行控制，而应采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。
可编程序控制器选择日本松下FP1-C40型，且配有A/D和D/A模块，其原理框图如图1所示。
变频器选择FRN1 60G7P-4实现电动机的调速运行。
控制系统主要由PLC、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。
控制核心单元PLC根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经PLC的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，PLC将0～5V的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动;PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。
通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。
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中总保持水压基本恒定，这样既能满足用户对水的需 求，又不会使电动机空转而浪费电能。将变频器引入 恒压供水系统，水泵转速由变频器依据给定压力信号 和反馈压力信号来调节，最终使管网中水压恒定。
1）恒压供水采用变频器改变电动机转速达到水泵出口压力稳定，比靠人工操作调节阀
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流冲击对电网电压造成的波动，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
5)节电效果明显，收回投资快，且长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大的。
系统的控制器
用水不多时，恒压供水控制
是通过变频器控制电动机M1， 随着用水高峰期的到来用水 量的增加， M1的工作频率 也跟着增大，如果在M1已经 升到最大频率50Hz时，供水 压力还没有满足要求，将M1 切换到工频电源供电，与此 同时将变频器用来控制电动 机M2，通过M2补充供水。 当用水高峰期过后，用水量 逐渐降低，尽管已将电动机 M2的频率降到0Hz，但供水 压力还是偏大时，则采取关 掉工频电源供电的M1，同时 快速升高电动机M2的频率， 进行恒压控制。
本系统通过智能中央处理器进 行PID控制，出水管网上的压力 控制器对水压采样并转化为相应 的电信号传送到PLC，PLC接收 到管网的实际压力信号与用户设 定的压力值进行比较，利用偏差 值控制然达不到用户设定压力时， 则将变频泵切换为工频运行，由 变频器软启动另一台泵并低频运 行。若实际压力大于设定压力时， 则自动停止工频泵，从而达到变 量恒压供水。若用水量极少时， 则停止所有主动，由辅泵和气压 罐工作恒压。
门开启度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)当供水系统要求泵出口流量小于额定流量时，则泵转速自动降低，不仅节能可观,而
且还减少了轴承的磨损和发热，从而延长了泵和电动机的机械使用寿命,综合经济效益 明显。
节省了人力。
3)因实现了恒压自动控制，不需要操作人员对阀门频繁操作，降低了人员的劳动强度， 4)水泵电动机采用变频软启动方式，按设定的加速时间加速，避免了电动机启动时的电