变频技术在恒压供水上的应用

程致梁

摘 要：建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据高校用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了供水系统存在成本高，可靠性低，水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。

关键词：变频调速，PLC，恒压供水，自动控制

水已经成为当今中国的热点问题，供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的，变频调速恒压供水有它自身的特点：

1.供水量在短时间内变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。

2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。

3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。

从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化自动节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，保证产品质量等有着重要意义。

目前，就国内而言，归结起来主要采用以下三种方法：

（1）水池-水泵（恒压变频或气压罐）-管网系统-用水点

这种方式是集中供水。对于一、二层是商业群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前较多采用此种供水方案。一般设计有地下生活水池一座，集中恒压变频供水，不设屋顶水箱。主水泵一般有三台，二开一备自动切换，副泵为一般为一小流量泵，夜间用水量小时主泵自动切换到副泵，以维持系统压力基本不变。

首先恒压变频供水保证出水压力不变，根据用水量大小进行变频供水。各台水泵自动轮换使用，即最先投入使用的水泵最早退出运行，这样各台水泵寿命均等，而且一旦水泵出现故障，该系统能自动跳过故障泵运行。如图1-1所示。

（2）水池-水泵-高位水箱-用水点

此方式也是集中供水。单幢次高层和高层建筑的高压供水区较多采用该种方案。一般也需要设计有一座地下水池，通过两台水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水点。

（3）单元水箱-单元增压泵-单元高位水箱-各单位用水点

此方式已简化为单元总水表进水。单元水箱和单元增压泵实际上是一个整体，我们称之为单元增压器。由于有屋顶水箱，高水位时停泵，低水位时启泵，这样，水泵也有了停息时间，既省电又不至于一停电就停泵无水供应，用水有了保障，社会效益较好。

水池-水泵（恒压变频或气压罐）-管网系统-用水点是目前国内外普遍采用的方法。

该系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象。

水池-水泵-高位水箱-用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用户。但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染。

恒压供水系统可适用于生活水、工业用水以及消防等多种场合的供水。以三台水泵组成的供水系统为例，变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、PLC控制系统、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成。其工作过程：PLC首先检测给水池液位保护开关是否动作，否则直接由变频器启动第一台水泵；同时由远传压力表测出出水口管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值（设定上下限）比较后，控制变频器输出频率，调节水泵转速。当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。

市网来水用高低水位控制其EQ来控制注水阀，它们自动把水注满水池，只要水位低于高水位，则自动向水池注水。水池的高低水位信号也直接送给PLC最为报警用。位保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离相差不是很大。生活供水和消防供水公用三个水泵。平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少按一定逻辑控制運行，使生活供水在恒压条件下运行。当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台水泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态下进行。火灾结束后，三台水泵再改为生活供水使用。

升压控制系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1，启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1处在调速运行状态。当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速。当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频（即5O Hz）时，水压仍低于设定值，PLC自动将第二台泵M2启动投入到变频运行，同时将变频泵M1切换到工频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频（即5O Hz）时，水压仍低于设定值，PLC自动将最后一台水泵M3启动投入到变频运行，同时将变频泵M2切换到工频运行，系统恢复对水压的闭环调节。此时如果变频器输出频率达到工频及3台泵全负荷工作，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。

降压控制当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行的水泵M3关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生如上转换，直到剩下最后一台变频泵运行为止。当一台水泵变速运行，用水量接近于零，水泵最小转速为临界转速时（这是变速运行水泵最小工作转速），可根据这一工作状态的长短和系统用水的特点，使系统转入间歇运行或小容量水泵运行。此设计运行维护简单方便，对于操作人员不要求具备专业的水处理知识，只根据操作说明书和操作规程就可以对整个水厂进行操作管理，因此，采用此设计建设的供水方式适应性强。

这种水处理技术未来发展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水发展方向，是现代人们生活所要求的并且前景光明。

参考文献

[1] 周万珍，高鸿斌（第一版）.PLC分析与设计应用[M]. 北京：北京机械工业出版社，2004

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[3] 姚厚伟.变频器供水系统中的应用与节能[M]. 北京：航空航天大学出版社，2003

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