变频恒压供水系统设计

邓 映 鑫

(长安大学电子与控制工程学院，陕西 西安　710021)



变频恒压供水系统设计

邓 映 鑫

(长安大学电子与控制工程学院，陕西 西安710021)

根据变频恒压供水系统设计原理，介绍了该供水系统的设计方案，从技术指标、安装调试、使用方法、远程监控等环节，阐述了变频恒压供水系统的操作要点，实现了节能、经济、高效的供水目标。

供水系统，变频器，水泵，电压

0　引言

目前，在建筑给水系统中常用的给水方式有直接给水方式、单设水箱的给水方式、设储水池和水泵的给水方式、水泵水箱联合给水方式、气压给水方式和变频恒压给水方式。而其中的变频恒压给水方式具有高效节能、用水压力恒定、延长设备使用寿命和功能齐全等优点，通过改变水泵电机转速的方式对供水量和压力进行调节，可以实现对供水的较精确控制。

1　设计原理框图

如图1所示，本设计采用闭环控制方式。压力检测点设置于水泵出口处，在检测点处设置压力传感器，将现场压力值经远传压力表返回到给定信号值处，经比较后，偏差信号通过PID调节器调节后送入变频器，变频器通过改变水泵电机的电压和频率值改变水泵转速，使检测点处压力值基本保持不变，进而达到恒压供水的目的。

2　设计方案

现拟设计一供水量在20 m3～30 m3之间，扬程在50 m～70 m之间，始终由单台泵供水，具有主备泵的变频恒压供水系统。

本设计拟采用OMRON CPM1A型的30点形式的PLC作为控制器，富士FRN11VG7S-4C型变频器作水泵电机的调速控制。

2.1主电路及控制电路

设计如图2所示主电路图，图中M1，M2为带动水泵的电动机，采用低压断路器QF1控制进出线电源，QF2用于保护变频器，用KM1实现变频器的启停控制，QF3用于保护PID调节器，PID调节器将远传压力表采集的现场信号处理后送入变频器。电机M1和M2在变频情况下与变频器连接，通过KM2和KM4的控制实现启停，可通过一个万能转换开关K控制变频器的FWD和REV端子，实现电机正反转控制，变频器通过调节频率改变电机转速，实现变频恒压供水目的。工频情况下，电机M1和M2分别通过QF4和QF5与工频电源直接连接，通过KM3和KM5实现启停控制。低压短路器可实现对电机的短路和欠电压保护等功能；热继电器FR1和FR2起过载保护作用。

本设计有自动和手动两种模式控制，其中手动模式用于在工频交流电下测试水泵电机的完好性。

如图3所示，在控制电路中，PLC根据相应口的输入信号控制输出信号，实现自动控制水泵的启停、变频/工频运行、运行指示、故障报警等。

1)自动模式：通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为自动模式，自动模式下，按下变频器启停按钮SB1后启动变频器，按下启动按钮SB2后水泵电机即可接入变频器变频运行，实现变频恒压供水。可通过主备泵切换旋钮SA2切换主泵和备泵。

2)手动模式：通过自动/手动模式选择旋钮SA1将控制系统设置为手动模式，手动模式下，分别通过1号泵启动按钮SB4和停止按钮SB5控制1号泵的启停；通过2号泵启动按钮SB6和停止按钮SB7控制2号泵的启停，将水泵电机接入工频电网下运行，用于测试水泵电机性能。

3)故障自投：自动模式下，两水泵分别为主泵和备泵。若运行时主泵发生故障，立即切断相应电机电源，备用电机解除备用状态，延时30 s，自投。

4)各种指示及报警：HL1为变频器正常工作指示灯，HL2，HL4分别为2台水泵变频情况下正常工作指示灯，HL3，HL5分别为2台水泵工频情况下正常工作指示灯，HL6和HL7分别为2台水泵故障指示灯，HL8为变频器故障指示灯，HA为故障警铃。

PLC的I/O分配表设计如表1所示。

表1　I/O分配表

2.2梯形图

梯形图设计如图4所示。通过图4，可实现变频器和水泵电机的启停、自动和手动模式选择、主备泵选择、故障信号处理等功能。

3　操作使用说明

本系统以VVVF变频器、PLC和PID调节器为中心控制器件，组成闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。一共设置2台水泵，1台为工作泵，另1台为备用泵，两泵的工作状态可

以在任意时刻进行切换。让2台电动机分时工作，并且在工作泵出现故障时，备用泵能在短暂延时后自行启动。

3.1主要技术指标

1)额定电压和频率：380 V/220 V；50 Hz；2)备用泵投入工作延时时间：30 s。

3.2安装调试方法

1)在安装前检查性能，合上低压断路器开关，变频器、PLC和PID调节器电源指示灯亮。2)选择手动模式，水泵电机在工频电压下运行，检测电机是否完好。3)切换为自动模式，按下相应按钮启动变频器和工作水泵，相应指示灯亮，变频器根据远传压力表所检测的现场水压信号调节输出频率，控制水泵电机的转速，实现变频恒压供水。检查运行情况，若一切正常运行，再设置人为故障，此时警铃报警。然后检查另一水泵能否经过30 s延时后自投。4)在1台泵工作若干小时后进行主/备泵切换，看切换能否正常进行，若能自动切换，则说明设计成功。

3.3使用方法

1)手动和自动模式切换：旋钮SA1为自动和手动模式切换旋钮，若不进行操作，默认自动模式。2)主泵和备泵切换：旋钮SA为主泵和备泵切换旋钮，若不进行操作，默认1号泵为主泵，2号泵为备泵。3)手动启停：按钮SB5和SB6可分别实现手动控制1号泵启动和停止，按钮SB7和SB8可分别实现控制2号泵的启动和停止。4)各种指示灯及警铃：指示灯HL1为变频器的工作指示灯；HL2，HL4分别为1号泵和2号泵的变频运行状态下的工作指示灯；HL3，HL5分别为1号泵和2号泵的工频运行状态下的工作指示灯；指示灯HL6和HL7分别为1号泵和2号泵的故障指示灯；指示灯HL8为变频器频率越限故障指示灯；警铃HA为1号泵和2号泵的故障报警指示。

3.4远程监控

操作人员可在控制室对控制系统试下远程监测与控制，人机界面友好，系统工作稳定、安全、高效、经济，可实现建筑设备的自动化控制和管理。

4　结语

在选择供水方式时，应考虑如市政供水的水压、水量情况、建筑物的规模、当地供电可靠性及用户要求等方面的因素。兼顾各个方面来看，目前，变频恒压供水是一个较为经济合理、技术运行可靠且安全的供水方式，适合大力推广。

[1]秦春莺.高层建筑给水设计探讨[J].山西建筑,2005,31(1):98-99.

[2]张承慧,崔纳新,李珂.交流电机变频调速及其应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]徐德，张明军.双泵恒压供水变频调速PLC控制系统[J].山东工业大学学报，1998，28(3):272-275.

On design for variable frequency and constant pressure water supply system

Deng Yingxin

(Chang’anUniversity,SchoolofElectronicandControlEngineering,Xi’an710021,China)

According to the design principle for the variable frequency and constant pressure water supply system, the paper introduces the design scheme of the water-supply system, illustrates its operation points from the technical indexes, installation and adjustment, utility methods, and remote inspection, and realizes the energy-saving, economical and effective water-supply aims.

water-supply system, frequency changer, pumper, voltage

1009-6825(2016)23-0140-02

2016-06-01

邓映鑫(1992- )，男，在读本科生

TU991

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