变频恒压补水系统的设计及应用

黄海

摘 要：文章举例简述了变频恒压补水系统在供暖系统中疑难问题的解决方案及实际使用效果，以实例总结其自动化程度高，高效节能的优点。

关键词：变频器；通讯；传感器

变频恒压补水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统。随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压补水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。恒压补水是指在用户端在任何时候用水量发生变化时，始终保持回水压力不变，这样既保证了供水能力，使系统管网压力稳定，又使供水质量大大提高。变频恒压补水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在小区供水、工厂供水和供暖系统控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。

1 恒压补水策略

举例某单位的的供热系统恒压补水设备共分2套，每套设备包括4KW补水泵2台，分别为武警楼补水和生活水补水管道补充水源。要想保持供暖系统压力的稳定，补水系统的压力稳定是关键。中央控制器通过安装在总出水管的远传压力信号，调节水泵的转数，始终保持对供热系统恒压补水，并达到节约电能的效果。当系统水膨胀时，通过电接点电力表控制电磁阀开启，达到稳定保护作用，从而实现全自动高效节能恒压补水的目的。

每套供水系统采用2台水泵机组并联供水方式，选用施耐德ATV312系列变频器，功率为5.5KW，内置PID控制。控制器选用施耐德Twido系列PLC，内置以太网接口。先进的自动控制技术和供热补水系统相结合，具有自动补水、自动泄水和超压报警等功能。具有自动泄水和超压报警等功能，全部实现自动化控制，无需专人看管。使整个系统结构紧凑、安全可靠、工艺先进，技术领先、高效节能、运行可靠。

系统设有转换开关，可选择系统在自动、本地手动和远程手动状态下工作。

1.1 自动

当选择自动状态工作时，PLC首先利用变频器起动一台加压泵，此时安装管网上的传感器将实测的管网压力反馈进变频器，与预先设定的给定压力进行比较，通过变频器内部PID运算，调节变频器输出频率.在管网压力与设定压力产偏差大时，变频器输出频率接近工频而管网压力仍达不到压力设定值，PLC将启动延时信号，延时后把当前工作的变频泵由变频切换到工频下工作，并关断变频器，再将变频器切换到另一台泵，由变频器起动该泵，这样可根据压力大小调节投入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。

水泵的起停方式按照“先起先停”控制方式，同时在每次启动设备时判断启动时间短的水泵优先运行，这样有助于水泵的保养。

1.2 本地手动

当选择本地手动状态时，可在现场控制柜通过按钮控制2台泵单独在变频或者工频下运行与停止，这主要用于定期检修临时供水。

1.3 远程手动

当选择手动状态时，可在上位机通过软件控制2台泵单独在变频或者工频下运行与停止。

2 解决通讯距离问题

现今随着自动化技术发展的需求在某些大型工业、企业或特定环境下会出现设备多、区域广、线路长、设备分布不均匀的现象，工业现场信号采集设备多采用4-20mA的输出方式，通讯距离在50米左右，工业数据变送器多采用RS232或RS485电气协议，通讯距离也需要在200米以内，但要求把这些设备的信号直接传到统一中控室实现远程自动化监控显然是不现实的。

经过多方比较和测试，再实例中我们选用分布式结构，用施耐德PLC来接入信号采集设备，施耐德PLC具有以下优势：价格低廉、自带以太网接口，自带Modbus通信模块，编程调试简便。在实施的时候，将采集设备接入到PLC的模拟量模块中，PLC经过计算或换算，将信号通过光纤以太网传到中控室。对于数据变送器，我们选用摩莎公司的串口服务器来将RS232、485协议转换成以太网协议。

3 故障保护策略

对水位过低、水压上下限报警、变频器故障等故障给出报警，并做出相应的故障处理。

3.1 欠水位故障

停止全部的电机运行，防止水泵空转。当欠水位信号解除后，延时一段时间，自动起动系统。

3.2 压力上下限报警

输出报警信号，报警信号30s内未解除，则停止全部的电机运行。信号解除则自动起动系统。

如压力到达设定需要泄水的压力值，或是用于高限保护的压力开关输出报警信号时，系统停止水泵运行，同时启动泄水电磁阀泄水。如果设备到达超高压，系统将采用急停方式停机并产生报警信号，提示工作人员。

3.3 变频器故障

变频器故障报警也接入到控制器内，如果变频器有故障报警后，系统产生报警信号，用于提示工作人员，同时系统会自动切换到水泵工频运行方式进行补水，由于采用工频方式，没有了变频器的调速和PID 调节，水压无法恒定，系统的PID恒压供水就不起作用，为了防止停开一台水泵会产生压力不足而增开一台有会出现压力过高而造成系统频繁切换的情况，故采用延时方式，延时时间为20分钟。