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《自動化應用雜志》2015年第三期

1電路結構

變頻恒壓供水系統(tǒng)一般由數(shù)臺水泵驅動實現(xiàn)供水。這些水泵并不是同時工作的，而是根據用戶用水量的多少和當前管網的水壓由PLC自動地控制哪臺水泵工作，哪臺水泵暫時停止的。以3臺水泵為例，控制水泵驅動電機的主電路如圖2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工頻運行分別由接觸器KM1、KM3、KM5控制，其變頻運行分別由接觸器KM2、KM4、KM6來控制?？刂仆慌_水泵電機的工頻接觸器和變頻接觸器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同時接通，將導致工頻電源和變頻器的輸出端相連接，使變頻器的逆變橋迅速損壞。所以，控制同一臺水泵電機的工頻與變頻的接觸器必須有可靠的互鎖環(huán)節(jié)。另外，變頻器的價格比一般的電氣設備高，從節(jié)省投資的角度考慮，一般選擇只用一臺變頻器拖動的方式。工頻運行的水泵對水壓起到“粗調”的作用，而精確控制壓力的“細調”是由變頻器來實現(xiàn)的。工頻運行的水泵電機其能量消耗是確定的。系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能的主要途徑：系統(tǒng)能夠根據用水情況，停掉一些工頻運行的水泵，既避免了壓力過高，又實現(xiàn)了節(jié)能；可以使某臺水泵變頻運行，變頻降低轉速具有很大的節(jié)能效果。

2控制原理與流程

供水壓力是通過PLC控制各水泵的輪流工作實現(xiàn)“粗調”和變頻器對單臺水泵的“細調”來實現(xiàn)的。

2.1“粗調”的實現(xiàn)（1）加泵：當反饋的實際出水管網壓力小于設定壓力導致變頻器的輸出頻率上升至上限頻率時，如果實際出水管網壓力仍低于設定壓力一定范圍一定時間，則當前泵切換為工頻運行，重新啟動另一臺水泵變頻運行。（2）減泵：當反饋的實際出水管網壓力大于設定壓力導致變頻器的輸出頻率下降至下限頻率時，如果實際壓力仍高于設定壓力一定范圍一定時間，則停止變頻泵的運行，并將正在工頻運行的一臺水泵變?yōu)樽冾l運行。

2.2“細調”的實現(xiàn)水壓閉環(huán)控制原理如圖3所示。PID控制器既可以用PLC編程實現(xiàn)，也可以用變頻器的內置PID算法實現(xiàn)。

2.3工-變頻切換的控制流程以實際壓力小于給定壓力為例，PLC對某兩臺水泵之間工頻和變頻進行切換的邏輯關系（多臺水泵可類推）如圖4所示。

2.4休眠狀態(tài)當系統(tǒng)處于單泵變頻運行時，如果用水量急劇減小甚至為0時，變頻器頻率會降至頻率下限以下，當這種情況持續(xù)一定時間時，系統(tǒng)停掉所有運行的水泵，僅由儲氣罐來保壓。比如，在夜晚休息基本無用水需求時，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，將極大地節(jié)省電能消耗。處于休眠狀態(tài)的控制系統(tǒng)當檢測到管網壓力降低一定范圍時，退出休眠狀態(tài)，恢復供水。

3不同供水方式的功耗對比

水泵的揚程特性與功率消耗關系如圖5所示。水泵供水流量的調節(jié)可以通過兩種途徑實現(xiàn)：（1）水泵電機轉速不變，改變出口閥門開度的閥門調節(jié)法(不用變頻器使所有水泵均工頻運行，用戶閥門開度改變時流量改變即屬于此法），如圖5中的曲線①和②。關小閥門減小供水流量（流量Q1減小為Q2，水泵實際工作點由B點移動到E點），所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DEF的面積，面積有減小，但減小量很小。（2）出口閥門開度不變或全開，改變水泵電機轉速的轉速調節(jié)法，如圖5中的曲線③和④。當水泵電機的轉速從額定轉速下降，同樣使供水流量從Q1減小為Q2，水泵的實際工作點由B點移動到H點，其所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DHG的面積，面積減小量非常顯著。相比與高層建筑而言，生產車間一般高度較低，需要的空載功率較小，可以提供較寬的電機調速范圍，所以節(jié)電效果更為顯著。某軋鋼車間高壓除鱗水泵應用變頻改造前后的電能消耗對比如表1所示，可以看出變頻改造后節(jié)省的電能和費用都相當可觀。

4結語

隨著資源和環(huán)境矛盾的日益突出，變頻與計算機等高效和智能化技術在未來建設中必將獲得越來越廣泛的應用。

作者：喬志剛熊薇薇單位：武漢理工大學華夏學院信息工程系