基于温度控制变频给水的改造

尹世耀

摘 要：首先分析了原始系统恒压给水的不足之处，根据改善目标并对其进行了总体布局设计和监控设计。利用三菱的温度控制模块Q64TCCT实现根据水温的变化来控制水泵给水的多少，阐述了变频给水的方案，根据总体方案的特点，分配PLC输入输出点模块的选择，具有一定的实用性和参考价值。

关键词：温度控制；变频给水；改造

前言

供水控制，归根结底，是为了满足生产对流量及水温的需求。流量是供水系统的基本控制对象，但流量的检测比较困难，费用也较高。考虑到在动态供水情况下，供水槽内水的温度的高低与供水能力和用水需求之间的平衡情况有关：当供水能力大于用水量时，冷却水槽内水温上升；当供水能力小于用水量时，则冷却水槽内水温降低；当供水能力等于用水量时，则冷却水槽内温度保持不变。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在冷却水槽内水温的变化上。从而温度就成了用来作为控制流量大小的参变量，也就是说，保持冷却水槽内水温恒定，也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态，恰到好处地满足了生产的用水要求，这就是该系统变频供水所要达到的目的。

1 系统构成

1.1 生产现状分析

1.1.1 生产过程中需对物料进行冷却，该环节中高温的物料从生产设备中挤压出来，在冷却水箱中经过冷却水进行冷却，冷却水是以恒压送入冷却水箱内的，由于水泵没有变频器的控制，流量的大小通过手阀进行调节，水泵正常运转，则系统压力将增高，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样就会使管路中水压增大，造成对管路的损害。

1.1.2 阀门调整使运行工况达到了要求，但降低了能量的有效利用比例，从而导致损耗能量增加，无论物料的多少冷却水以衡量保持水箱内水的循环，设备改善前是以进入水箱内物料最大化为依据的设计进水量，但物料小于设计值时，就造成了供水的浪费。

1.1.3 水箱内物料小于设计的最大值时，水箱内水温也与设计不一致，在工艺上会对物料的内部形变产生不可控的影响。

1.2 方案设计分析

经过改造后的冷却水箱控制系统如图1所示，该控制系统由冷却水箱、冷却水温度传感器、给水泵、冷却水风冷风扇和储水罐等组成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面盖板加装7个冷却风扇，在泄水口，增加手阀和电控阀，自动控制是使用电控阀控制水的排出，手阀用于设备维修或应急使用。冷却水箱内有一个温度传感器、两个液位开关。液位开关传感器为开关量传感器，测量水的水温高低，反应无水或水溢出状态。

2.2 上位机是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主体机设备的人机交互设备进行控制画面设计，增加人机对话窗口，使操作更人性化。设定的冷却水箱温度在某一个温度数值，当温度高于该设定值时，冷却系统启动。

2.3 温度传感器检测冷却水箱内的水温，当温度达到设定值30℃时，启动冷却风扇，降低水温。如果冷却水箱内温度在开启风扇的状态下，温度继续上升，当温度达到35℃时增加进水量以降低冷却水温度。

3 系统设计

系统设备的选用：根据系统的输入输出并结合主体设备的控制系统，该系统在本体设备的PLC基板插槽内添加PLC模块使用三菱的输入模块QX41，输出模块QY41P和温度控制模块Q64TCCT作为系统的控制模块。

变频调速给水系统有如下优点：

（1）采用恒压调速，第一是提高水泵效率，第二是减少了用阀门节流引起的压力损失，具有双重节能效果。根据电机水泵水压与流量的运行特性可知（在理想状况下）：

泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n 1三者的关系如下式：

电机所耗功率与电机转速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q与电机转速成正比，即

Q1/Q=n1/n

扬程与电机转速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-额定流量；N-额定流量Q时的轴功率；n-水泵的额定转速；H-扬程；P-电机轴功率；η-泵的效率

因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n1=80%n时，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。当然，这种理论上的估算只能作为一个参考，在水泵的实际工作运行中，由于各种因素的影响，不可能完全达到这样的节能效果。

通过现有的技术资料可知，采用变速调节，阀门全开状态，无水压损耗，根据工况的要求自动调节电机之速度，使之与负荷相适应，使水泵适应流量和扬程变化的要求，即在管道特性曲线基本不变时，采用改变转速来改变泵的Q-H特性曲线。使它的工作点保持在高效段，达到输入功率减少的目的。

（2）有效的控制了冷却水箱内水温变化，以水温为控制对象，使其在工艺允许的范围内变化，从而有效控制了物料在品质方面的潜在隐患。

4 结束语

基于温度控制变频供水的改造，既在节能方面起到了显著效果，同时在对供水管路等设备的使用寿命上也有改善，在工艺方面消除了不可控因素的影响。整个系统运行稳定，可靠性高。无论从经济的角度考虑，还是从技术方面分析，具有一定的实用性和参考价值。

参考文献

[1]吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书[M].北京：机械工业出版社，2007，7.

[2]韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可编程控制器原理、应用及通信基础[M].北京：机械工业出版社，1997.

[5]吕方.可编程序控制器应用教程[M].北京：水利水电出版社，2003.endprint

摘 要：首先分析了原始系统恒压给水的不足之处，根据改善目标并对其进行了总体布局设计和监控设计。利用三菱的温度控制模块Q64TCCT实现根据水温的变化来控制水泵给水的多少，阐述了变频给水的方案，根据总体方案的特点，分配PLC输入输出点模块的选择，具有一定的实用性和参考价值。

关键词：温度控制；变频给水；改造

前言

供水控制，归根结底，是为了满足生产对流量及水温的需求。流量是供水系统的基本控制对象，但流量的检测比较困难，费用也较高。考虑到在动态供水情况下，供水槽内水的温度的高低与供水能力和用水需求之间的平衡情况有关：当供水能力大于用水量时，冷却水槽内水温上升；当供水能力小于用水量时，则冷却水槽内水温降低；当供水能力等于用水量时，则冷却水槽内温度保持不变。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在冷却水槽内水温的变化上。从而温度就成了用来作为控制流量大小的参变量，也就是说，保持冷却水槽内水温恒定，也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态，恰到好处地满足了生产的用水要求，这就是该系统变频供水所要达到的目的。

1 系统构成

1.1 生产现状分析

1.1.1 生产过程中需对物料进行冷却，该环节中高温的物料从生产设备中挤压出来，在冷却水箱中经过冷却水进行冷却，冷却水是以恒压送入冷却水箱内的，由于水泵没有变频器的控制，流量的大小通过手阀进行调节，水泵正常运转，则系统压力将增高，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样就会使管路中水压增大，造成对管路的损害。

1.1.2 阀门调整使运行工况达到了要求，但降低了能量的有效利用比例，从而导致损耗能量增加，无论物料的多少冷却水以衡量保持水箱内水的循环，设备改善前是以进入水箱内物料最大化为依据的设计进水量，但物料小于设计值时，就造成了供水的浪费。

1.1.3 水箱内物料小于设计的最大值时，水箱内水温也与设计不一致，在工艺上会对物料的内部形变产生不可控的影响。

1.2 方案设计分析

经过改造后的冷却水箱控制系统如图1所示，该控制系统由冷却水箱、冷却水温度传感器、给水泵、冷却水风冷风扇和储水罐等组成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面盖板加装7个冷却风扇，在泄水口，增加手阀和电控阀，自动控制是使用电控阀控制水的排出，手阀用于设备维修或应急使用。冷却水箱内有一个温度传感器、两个液位开关。液位开关传感器为开关量传感器，测量水的水温高低，反应无水或水溢出状态。

2.2 上位机是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主体机设备的人机交互设备进行控制画面设计，增加人机对话窗口，使操作更人性化。设定的冷却水箱温度在某一个温度数值，当温度高于该设定值时，冷却系统启动。

2.3 温度传感器检测冷却水箱内的水温，当温度达到设定值30℃时，启动冷却风扇，降低水温。如果冷却水箱内温度在开启风扇的状态下，温度继续上升，当温度达到35℃时增加进水量以降低冷却水温度。

3 系统设计

系统设备的选用：根据系统的输入输出并结合主体设备的控制系统，该系统在本体设备的PLC基板插槽内添加PLC模块使用三菱的输入模块QX41，输出模块QY41P和温度控制模块Q64TCCT作为系统的控制模块。

变频调速给水系统有如下优点：

（1）采用恒压调速，第一是提高水泵效率，第二是减少了用阀门节流引起的压力损失，具有双重节能效果。根据电机水泵水压与流量的运行特性可知（在理想状况下）：

泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n 1三者的关系如下式：

电机所耗功率与电机转速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q与电机转速成正比，即

Q1/Q=n1/n

扬程与电机转速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-额定流量；N-额定流量Q时的轴功率；n-水泵的额定转速；H-扬程；P-电机轴功率；η-泵的效率

因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n1=80%n时，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。当然，这种理论上的估算只能作为一个参考，在水泵的实际工作运行中，由于各种因素的影响，不可能完全达到这样的节能效果。

通过现有的技术资料可知，采用变速调节，阀门全开状态，无水压损耗，根据工况的要求自动调节电机之速度，使之与负荷相适应，使水泵适应流量和扬程变化的要求，即在管道特性曲线基本不变时，采用改变转速来改变泵的Q-H特性曲线。使它的工作点保持在高效段，达到输入功率减少的目的。

（2）有效的控制了冷却水箱内水温变化，以水温为控制对象，使其在工艺允许的范围内变化，从而有效控制了物料在品质方面的潜在隐患。

4 结束语

基于温度控制变频供水的改造，既在节能方面起到了显著效果，同时在对供水管路等设备的使用寿命上也有改善，在工艺方面消除了不可控因素的影响。整个系统运行稳定，可靠性高。无论从经济的角度考虑，还是从技术方面分析，具有一定的实用性和参考价值。

参考文献

[1]吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书[M].北京：机械工业出版社，2007，7.

[2]韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可编程控制器原理、应用及通信基础[M].北京：机械工业出版社，1997.

[5]吕方.可编程序控制器应用教程[M].北京：水利水电出版社，2003.endprint

摘 要：首先分析了原始系统恒压给水的不足之处，根据改善目标并对其进行了总体布局设计和监控设计。利用三菱的温度控制模块Q64TCCT实现根据水温的变化来控制水泵给水的多少，阐述了变频给水的方案，根据总体方案的特点，分配PLC输入输出点模块的选择，具有一定的实用性和参考价值。

关键词：温度控制；变频给水；改造

前言

供水控制，归根结底，是为了满足生产对流量及水温的需求。流量是供水系统的基本控制对象，但流量的检测比较困难，费用也较高。考虑到在动态供水情况下，供水槽内水的温度的高低与供水能力和用水需求之间的平衡情况有关：当供水能力大于用水量时，冷却水槽内水温上升；当供水能力小于用水量时，则冷却水槽内水温降低；当供水能力等于用水量时，则冷却水槽内温度保持不变。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在冷却水槽内水温的变化上。从而温度就成了用来作为控制流量大小的参变量，也就是说，保持冷却水槽内水温恒定，也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态，恰到好处地满足了生产的用水要求，这就是该系统变频供水所要达到的目的。

1 系统构成

1.1 生产现状分析

1.1.1 生产过程中需对物料进行冷却，该环节中高温的物料从生产设备中挤压出来，在冷却水箱中经过冷却水进行冷却，冷却水是以恒压送入冷却水箱内的，由于水泵没有变频器的控制，流量的大小通过手阀进行调节，水泵正常运转，则系统压力将增高，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样就会使管路中水压增大，造成对管路的损害。

1.1.2 阀门调整使运行工况达到了要求，但降低了能量的有效利用比例，从而导致损耗能量增加，无论物料的多少冷却水以衡量保持水箱内水的循环，设备改善前是以进入水箱内物料最大化为依据的设计进水量，但物料小于设计值时，就造成了供水的浪费。

1.1.3 水箱内物料小于设计的最大值时，水箱内水温也与设计不一致，在工艺上会对物料的内部形变产生不可控的影响。

1.2 方案设计分析

经过改造后的冷却水箱控制系统如图1所示，该控制系统由冷却水箱、冷却水温度传感器、给水泵、冷却水风冷风扇和储水罐等组成。

2 硬件添加

2.1 在水冷箱的上面盖板加装7个冷却风扇，在泄水口，增加手阀和电控阀，自动控制是使用电控阀控制水的排出，手阀用于设备维修或应急使用。冷却水箱内有一个温度传感器、两个液位开关。液位开关传感器为开关量传感器，测量水的水温高低，反应无水或水溢出状态。

2.2 上位机是KEYENCE的VT系列VT3-S10，所以利用主体机设备的人机交互设备进行控制画面设计，增加人机对话窗口，使操作更人性化。设定的冷却水箱温度在某一个温度数值，当温度高于该设定值时，冷却系统启动。

2.3 温度传感器检测冷却水箱内的水温，当温度达到设定值30℃时，启动冷却风扇，降低水温。如果冷却水箱内温度在开启风扇的状态下，温度继续上升，当温度达到35℃时增加进水量以降低冷却水温度。

3 系统设计

系统设备的选用：根据系统的输入输出并结合主体设备的控制系统，该系统在本体设备的PLC基板插槽内添加PLC模块使用三菱的输入模块QX41，输出模块QY41P和温度控制模块Q64TCCT作为系统的控制模块。

变频调速给水系统有如下优点：

（1）采用恒压调速，第一是提高水泵效率，第二是减少了用阀门节流引起的压力损失，具有双重节能效果。根据电机水泵水压与流量的运行特性可知（在理想状况下）：

泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n 1三者的关系如下式：

电机所耗功率与电机转速3次成正比，即

N1/N=（n1/n）3

流量Q与电机转速成正比，即

Q1/Q=n1/n

扬程与电机转速的平方成正比，即

H1/H=（n1/n）2

电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系

P=2.73HQ/η，

式中：Q-额定流量；N-额定流量Q时的轴功率；n-水泵的额定转速；H-扬程；P-电机轴功率；η-泵的效率

因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n1=80%n时，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。当然，这种理论上的估算只能作为一个参考，在水泵的实际工作运行中，由于各种因素的影响，不可能完全达到这样的节能效果。

通过现有的技术资料可知，采用变速调节，阀门全开状态，无水压损耗，根据工况的要求自动调节电机之速度，使之与负荷相适应，使水泵适应流量和扬程变化的要求，即在管道特性曲线基本不变时，采用改变转速来改变泵的Q-H特性曲线。使它的工作点保持在高效段，达到输入功率减少的目的。

（2）有效的控制了冷却水箱内水温变化，以水温为控制对象，使其在工艺允许的范围内变化，从而有效控制了物料在品质方面的潜在隐患。

4 结束语

基于温度控制变频供水的改造，既在节能方面起到了显著效果，同时在对供水管路等设备的使用寿命上也有改善，在工艺方面消除了不可控因素的影响。整个系统运行稳定，可靠性高。无论从经济的角度考虑，还是从技术方面分析，具有一定的实用性和参考价值。

参考文献

[1]吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书[M].北京：机械工业出版社，2007，7.

[2]韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社.

[4]常斗南，王健琪，李全力.可编程控制器原理、应用及通信基础[M].北京：机械工业出版社，1997.

[5]吕方.可编程序控制器应用教程[M].北京：水利水电出版社，2003.endprint