恒压供水控制系统

摘要

随着社会的发展，恒压供水越来越重要。本系统以PLC与变频器控制水泵工作，根据压力给定的理想值信号及管网水压的反馈信号进行比较，变频器根据比较结果调节水泵的转速，达到控制管网水压的目的。文中重点叙述了变频节能原理，恒压供水原理及PID控制方式。并提供控制系统硬件和控制软件，经现场模拟调试成功，实现运行可靠、节能、低噪，维护简单等效果。

关键词：恒压供水；PLC控制；闭环PID

Abstract

With the development of society, more and more important in the constant pressure water supply. This system uses PLC and inverter control pump working pressure, according to the given ideal value signal and pressure of the pipe network compares the feedback signal, frequency converter according to the compared result, adjust the pump speed, to control the pressure of the pipe network for the purpose of. This paper mainly describes the energy saving principle of variable frequency, constant pressure water supply theory and PID control. And provides the control system hardware and control software, the simulation debugging success, to achieve reliable operation, energy saving, low noise, simple maintenance and effect.

Key Words：Constant pressure water supply；PLC control；Closed loop PID

1 引言

随着我国社会经济的发展，城市人口和城镇建设规模不断扩大，高层建筑与日俱增。对水、电、消防、智能化等基础供应配套要求也越来越高。如何有效提高高层建筑给水系统能量利用率，减少无效能耗，成为了高层建筑给水设计的首要问题。传统的供水方式有恒速泵加压供水、恒速泵加水塔的供水、恒速泵加高位水箱的供水和恒速泵-气压罐供水方式。虽然这些供水方式比较简单，但是由于其占地面积大、自动化程度低、耗能不合理、适应性差、维护不方便等原因不仅造成水资源和电资源的浪费，而且还会带来水质的二次污染。因此，我国目前更多的采用变频恒压供水系统。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体的变频恒压供水系统，不仅可以显著提高供水系统的稳定性和可靠性，而且也有利于实现供水系统的集中管理与监控。此外，变频恒压供水系统还具有良好的节能性，这在大力提倡节能的今天尤为重要。本系统研究和设计小区供水系统电气控制，满足2000人600住户小区生活用水和7层消防供水。利用PLC和HMI实现组态控制，以达到节能环保、控制系统可靠、操作方便、显示直观。采用以FX2N-32MR为主控器的控制系统设计，实现水压自动控制及变频与工频自动切换，并且用台达触摸屏为人机界面实现水压设置、系统状况显示，更加直观，用三菱变频器FR-A540驱动水泵的电机，实现工频变频运转，达到恒压变频的功效，在小区供水

上达到节能的效果。

2 恒压供水技术和优点

2.1工作原理

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵机组、电动机、管道和阀门等构成。通过传感器反馈水压调节变频器输出，进而调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。

2.2泵节能理论

（1) 供水系统的基本特性和工作点扬程特性:是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，全扬程与流量间的关系的曲线H1=f(QG)，称为扬程特性曲线，如图1曲线（1）所示。

（2）管阻特性：以水泵的转速不变为前提，扬程H与流量Q之间的关系H=f(Qu)，称为管阻特性曲线，不同阀门开度，管阻特性曲线不同。如图2-1曲线（2）所示。

（3) 供水系统的工作点:扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系

统的工作点，在这一点上，供水系统处于平衡状态，系统稳定运行。

（4) 供水功率:供水系统向用户供水时所消耗的功率P (KW)称为供水功率。

图2－1

供水系统的控制，流量是供水系统的基本控制对象。当用户需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。常用的调节方式有阀门控制法和转速控制法两种。

(1）阀门控制法：转速保持不变，通过关小或开大阀门不调节流量，以适应用户对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。

(2)转速控制法：阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。

由水泵的相似定律又称为比例定律可以看出，功率与转速的立方成正比，流量与转速成正比，损耗功率与流量成正比，所以调速控制方式要比阀门控制方式供水功率要小得多，节能效果显著, 这是变频调速供水系统具有节能效果的最基本方面。

2.3 恒压供水的优点

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，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、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。彻底消除水锤现象。

4、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