变频器的稳压供水系统开发

王建明

（佛山市顺德区中等专业学校，广东佛山 528300）

1 引言

利用变频器进行恒压供水，其技术已经比较成熟，效果良好，广泛应用于住宅楼、商住楼、宾馆饭店、写字楼、工矿企业的生产、生活、消防及深水井的供水系统中。但恒压供水系统一般需用PLC，并配合变频器进行PID的参数设置，形成闭环控制。这就使工程实施过程复杂，财力投入较大。因此，在一些小系统供水中，实用性差，性价比相对不高。

某职业技术院校学生分住在两个生活楼区，并且相距超过1公里。若采用恒压供水系统，不仅需要两套，而且每套设备投入都很大。实际中，学生的用水时间又比较集中，往往导致供水水压不足，严重影响高楼层宿舍的生活用水。为此采用变频器的遥控设定功能来实现高楼的稳压供水目的，不仅节能效果良好，而且硬件设备投入少。

2 功能介绍

变频器的遥控设定功能，实际上是变频器通过接受外部开关的通断信号，来不断地调整输出频率，从而调整水泵电机的转速，以达到稳定供水压力的目的。这一功能又被称为频率UP／DOWN升降功能，即通过变频器外部接线端所连开关的通断，来控制变频器的频率升降，从而改变负载的输出，非常适用于远距离遥控和多地控制。

变频器的遥控功能如图1所示，当多功能端口被设定为UP／DOWN功能时，在启动信号S1接通的前提下，若S2也接通，则频率在给定频率的基础上以0.01Hz的单位增加（具体增加速率，与各品牌变频器及加减速参数设定有关）。当S2断开时，则频率上升停止，电动机按S2断开时的频率运行。同理，若S3接通，则频率下降，直到S3断开，电动机按断开时的频率运行。电动机上升下降后的运行频率不会高于上限频率，也不会低于最初给定频率，以保证电动机在某一频率范围内升降。

图1 变频器遥控功能

FR-E500、A700、E700 等变频器，通过 Pr59 和Pr79的设置来实现多段速或UP／DOWN功能的选择。当 Pr79＝3、Pr59＝0时，RH、RM、RL三个端用于实现多段速选择功能，当 Pr79＝2或3、Pr59≠0（为1、2、3）时，RH、RM、RL 三个端用于实现 UP／DOWN功能。若Pr79＝2，则初始给定频率由外部电位器给定；若Pr79＝3，则初始给定频率由PU面板设定。Pr59取1、2、3时，实现效果如图2所示。

即Pr59＝1时，具有变频器停电记忆功能，再次启动时以停电前速度运行（此功能需每隔1分钟向变频器内的EEPRAM存放一次当前频率数值，易损坏EEPRAM，无特殊需要，不建议使用）；若Pr59＝2，则变频器在停电后再次启动，将以初始给定频率运行；若Pr59＝3，则即使变频器不停电，每次重新得到STF或STR启动信号后，都将以初始给定频率运行。Pr59的这三种情况，用户可以根据需要选择应用。RL信号用于清除记忆的频率。

图2 时序图

由图2可知，电动机的运行频率在初始给定频率和上限频率之间。因此，利用其输出特点，可将所控制对象的输出控制在一定的范围内。控制UP／DOWN功能的信号是开关信号，不受线路电压降的影响，抗干扰能力强，适于远距离操作；系统调节简便且不易损坏，可靠性好，也适用于多地操作。如车间行车、起重机械、深水泵、生产线的操作台等。同时，这种控制方式还适用于对精度要求不高的恒值控制中，如本文中所述的稳压供水系统。

3 功能的具体应用

在学生宿舍供水系统中，对供水压力的要求不高，只需保证高楼层在用水高峰期时，水压能保持在3Mpa左右即可。因此在实施中，可以在高楼层用水处安装远传压力表，并通过变送器接到压力控制仪上。通过压力显示仪上的两个上下限触点，将它们分别调至2.8Mpa和3.2Mpa时闭合，利用变频器的UP／DOWN功能端口RH、RM，即可实现稳压供水，这时水压在 2.8～3.2Mpa 之间变化。压力显示仪面板如图3所示。以下为本系统所用的器件。

（1）YTZ-150远传压力表

如图4所示电阻远传压力表，特别适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。并可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上，以实现集中检测和远距离控制。同时该仪表还能就地指示压力，以便于现场检查。

（2）1151压力变送器

如图5所示为1151压力变送器，其设计精巧，安装使用和调校方便简单。

（3）XMY-10压力数字显示仪

如图6所示，该压力数字显示仪是一种检测、控制压力参数的数字式二次仪表。它与相应的压力变送器、传感器配套使用，可适用于生产过程中的气态、液态介质压力的集中检测和控制。该系列仪表能接收配套的一次仪表的输出信号，转换后用LED数码管直接显示出被测介质的压力值，可带有上、下限灯光报警和发出上、下限位式信号，具有读数直观、抗震性能好、工作稳定、使用寿命长、安装维修方便等特点。

FR-E740-CH型变频器在此不再详述。

图3 压力显示仪面板

图4 远传压力表

图5 压力变送器

图6 压力数字显示仪

该系统的控制过程为：首先采用YTZ-150远传压力表，测量高楼层供水位置的水压，通过变送器转换后，将信号传送给XMY-10压力数字显示仪，并设定显示仪的上限数值为3.2Mpa、下限数值为2.8Mpa。在与变频器的连接上，只需分别将显示仪接线板上的上、下限触点接线桩，与变频器上的RM、RH连接。系统的整体框架结构如图7所示。

图7 整体框架结构图

设置好初始给定频率及上限频率参数Pr1后，变频器就可以上电工作。工作中，如果水压低于或降至2.8Mpa，下限触点接通，从而接通升速端子RH，频率开始上升，电动机转速也上升，压力升高。当升高到一定水压时，下限触点断开，频率不再升高，但电动机仍然保持该转速转动并输出流量。如果此时用水达到平衡，则电动机维持该转速不变。如果用水减少，那么水压就会继续上升，当上升到3.2Mpa时，上限触点接通，从而接通降速端子RM，频率开始下降，电动机的转速也就开始下降，输出流量减少，压力下降。降到一定压力时，上限触点断开，电动机又维持在某一个转速，使用水达到平衡。在整个过程中，用水量与供水量一旦不平衡，就会接通RH或RM，从而调整变频器的频率输出，改变电动机转速，以求达到平衡。变频器会根据用水量，不断地进行升速和降速的调整。

4 应用效果

该供水系统的设计主要针对用水高峰期，平时完全不必投入。因此，可由宿舍管理老师根据学生用水的规律，手动启停该系统。当然，也可以通过计时装置，自动控制该系统的运行时段，从而既保证供水水压，又达到节能的目的。

这种供水方式有别于恒压供水，水压并不是恒定不变，而是稳定在一个满足要求的波动范围内。在这一控制过程中，不像PID控制，既要投入大量的硬件资金，又要进行复杂的现场PID参数调试及设备维护，特别适用于控制精度要求不高，控制对象单一（如本例中，为一泵一机形式）的场合。UP／DOWN功能控制系统与PID控制系统类似之处是电动机始终处于运转状态，而不象普通的开关控制，电动机或到位停止，或者全速运行，不断地启动和停止，既不利于水压稳定，也不节能。

以上是应用变频器技术在改造学生宿舍稳压供水系统中的具体情况。在实际应用中，该系统效果良好，实用性强，达到节能目的。

［1］张燕宾，变频器应用教程［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［2］姚锡禄，变频器技术应用［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［3］张选正，张金远.变频器应用技术与实践［M］.北京：中国电力出版社，2009.