变频恒压供水系统的设计和运用

刘敏

摘 要：文章通过分析城市供水系統所存在的问题，已解决现代化城市用水为目的，根据变频调速的控制原理，对城市的供水系统进行恒压控制设计，结合实践得出变频调速对城市的供水压力进行恒压控制，不仅可以保持供水压力恒定，并且相对稳定，节能效果也十分理想，以变频调恒压这种供水方式来代替传统的供水方式可以达到用水量的合理化分配，并保证现代化城市供水量的稳定，满足城市居民正常生产、生活的用水需求。

关键词：城市用水；变频；恒压；供水系统设计

1 恒压供水控制

所谓的恒压供水控制就是采用变频调速对不同的水量变化对水压进行控制，使得水压始终可以保证在一个恒定值，以保证城市正常的生产，居民日常生活的用水需求。恒压供水控制方式是目前国内外先进供水控制方式，它可以保证水压的恒定，并实现供水系统进行集中的控制与监管，它相对于传统的供水方式而言稳定性和可靠性非常的高，同时它的操作简单方便，可进行自动化操作管理更还可以节约电能。

2 变频调速控制原理

变频恒压供水系统主要由电动机、水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、变频控制柜、阀门和管道等组成。首先要先通过传感器对水的压力进行反馈，再通过调节变频器进行输出，以此来调节三相异步电动机的转速，从而对水泵的出水流量进行控制，实现供水压力的恒定。所以说，变频恒压供水系统的变频，实质就是三相异步电动机的变频调速过程。

3 变频调速系统设计原则

简单来说，就要保证泵的节能性且保证恒定供水。

4 变频恒压供水系统设计实例

4.1 设备选用

对于变频恒压供水系统的设备选用，首先应考虑的是运用计算机进行供水系统的远程控制和管理（多数机械设备的变频都是选用与PLC进行结合的技术），通过PLC进行控制的变频恒压供水系统包括可编程控制器、变频器、压力变送器和水泵，（大多数情况下可编程控制器都会选用西门子S7-200系列的PLC进行变频控制以及现场设备的运行控制），此系统同时具有手动与自动两种工作操作方式，且具有自诊断故障功能和自处理故障功能，同时可在发生故障的第一时间发出报警信号，泵的电动机功率为220KW，以PID计算方法进行水压的闭环控制。

4.2 变频恒压供水系统的原理图设计

水泵电机的转速是由变频器进行控制的，以此来实现水压的恒压控制。当系统被启动时，首先应闭合空气开关，并把转换开关调到变频位置，此时电流通过开关送到交流接触器和热继电器上，再进行加载到达变频器上，这时变频器输出驱动，变频电机开始启动运行；此时应要注意的是，当检测得到的管网压力大于设定值，则系统不能被启动，而当管网压力小于设定值时，系统正常被启动。

当变频器出现故障时，为了保证城市居民的正常用水，应当采用临时的手动工频进行供水控制。首先要切断加在变频器上的三相电源，并将电源连接在工频中，当按下启动按钮后，接触器KM1、KM2和时间继电器得电，电机开始转动，当电机的转速达到指定数值时，时间继电器KT开始动作，此时KM1、KM2主触点随即断开，接触器KM3得电闭合，此时电机的额定电压已进入到了全压的运行状态，即达到临时手动供水目的。

4.3 变频器功能参数设置（见表1）

4.4 节能分析

根据水泵的比例定律可以得出，水泵动力下管道内的水流流量分别与变频调速的转速及其损耗功率都成正比，而其转速的三次方与功率同样也成正比，所以变频调速的控制方式供水所消耗的功率要比阀门控制方式供水消耗的功率小很多，节能效果才会显著，这也是变频调速供水系统具有节能效果的最基本方面。

在整个供水系统中，当管道、管路中水流阀门的开度保持不变的情况下，可以表现出供水系统的基本特性，还可以表现出所处的工作点的扬程特性，其扬程特性曲线是以全扬程与流量间的关系的曲线H1=f（QG）表示的；当水泵的转速不发生变化时，其可以变现出管阻特性，管阻特性曲线则用扬程H与流量Q之间的关系H=f（Qu）表示；而当管道阀门或管路阀门的开度不同时其变现出得管阻特性曲线也会不同。扬程特性曲线与管阻特性曲线的交叉点形成了供水系统的工作点，被称之为供水系统的工作点，此点的供水系统是处于平衡状态的，系统运行也十分稳定；所谓的供水功率是供水系统在向用户进行供水时所消耗的功率P（KW）。

恒压供水技术是采用变频器对电动机的转动频率进行改变，以达到调节水泵转速，改变水泵出水口的压力，这种方式可以降低水管道所受的阻力，进而减少了截流造成的能源损失。

5 结束语

结合实践，将变频技术应用于城市的供水系统，通过PLC进行变频调速，使得城市用水控制系统完全上升到了自动化的阶段，不仅可以起到节能环保的作用，其运行系统更加稳定可靠，其控制操作也更加简便安全。

参考文献

[1]冯冬青，孔祥伟，许仿.城市恒压变频供水系统的一种智能优化控制策略[J].郑州大学学报（工学版），2011（1）.

[2]柴利松，苏小光.恒温供水装置的自动控制[J].自动化仪表，2009（6）.