傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的提升方式是采用水塔、高水位水箱或氣壓罐等設(shè)備，這些設(shè)備經(jīng)濟(jì)成本高并且能量消耗較大。
而基于ＰＬＣ和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)將電氣控制技術(shù)與變頻器技術(shù)融為一體，大大提高了供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，供水系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，這在能源日漸緊缺的今天顯得尤為重要。因此，研究基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)對改善居民生活水平、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等具有非常重要的意義。設(shè)計了以ＰＬＣ為核心的變頻恒壓供水系統(tǒng)，以解決城市供水管網(wǎng)的水壓浮動較大的問題。根據(jù)網(wǎng)管的壓力自動地調(diào)節(jié)供水量，解決了居民生活用水的水壓波動問題，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。但是上述方法仍然存在著諸多問題，比如運(yùn)行成本高，供水壓力不穩(wěn)定等。因此，本文利用變頻器對水泵電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，利用ＰＬＣ控制變頻－工頻切換，經(jīng)ＰＩＤ調(diào)節(jié)器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，從而設(shè)計閉環(huán)供水自動控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
１ 供水系統(tǒng)介紹
１．１ 供水系統(tǒng)主要參數(shù)
供水系統(tǒng)如圖１所示。水泵將水池中的水抽出，并上揚(yáng)至一定高度，以滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活所需的供水壓力和水流量。
圖１ 供水系統(tǒng)示意圖
１）流量
在單位時間內(nèi)流過管道某一橫截面的水量，稱之為流量，用Ｑ 表示，單位為ｍ３／ｓ、ｍ３／ｍｉｎ或ｍ３／ｈ。
２）壓力
水在管路中的壓強(qiáng)，稱為壓力，用ｐ 表示，單位為Ｍｐａ。
３）全揚(yáng)程
單位質(zhì)量的水被水泵所上揚(yáng)的高度，稱為揚(yáng)程，如圖１所示。將水上揚(yáng)到一定高度，是水由動能轉(zhuǎn)化成勢能的過程。在這個過程中包括克服管道阻力所做功，并且要使水保持一定的流速。那么，全揚(yáng)程就可以定義為在忽略管道阻力的情況下，水泵將水上揚(yáng)的最大高度。全揚(yáng)程可以說明水泵的泵水能力，用ＨＴ表示，單位為ｍ。
４）損失揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程
水在管道中流動時克服管道阻力所做的功，必定會有一定的揚(yáng)程損失，這部分揚(yáng)程稱之為損失揚(yáng)程。因此，水泵將水克服一切阻力后所上揚(yáng)的實(shí)際高度，稱為實(shí)際揚(yáng)程，實(shí)際揚(yáng)程是全揚(yáng)程與損失揚(yáng)程相減的差值，用ＨＡ表示。
５）管阻
在管道系統(tǒng)中，管路、截門等管件對水流的阻力，稱為管阻。
１．２ 供水系統(tǒng)的特性
１）水泵的揚(yáng)程特性
水泵的揚(yáng)程特性為在轉(zhuǎn)速一定的條件下，全揚(yáng)程ＨＴ和流量Ｑ 之間的函數(shù)關(guān)系ＨＴ＝ｆ（Ｑ）。如圖２所示的曲線“３”為在額定轉(zhuǎn)速情況下水泵的揚(yáng)程特性，曲線“４”為在轉(zhuǎn)速下降時水泵的揚(yáng)程特性。圖中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ?。磦€點(diǎn)是供水工作點(diǎn)。
當(dāng)系統(tǒng)工作于曲線３的Ａ 點(diǎn)時，用戶用水需求量較小，所對應(yīng)的流量ＱＡ較小。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程ＨＴＡ較大。
當(dāng)系統(tǒng)工作于曲線３的Ｂ點(diǎn)時，用戶用水需求量較大，所對應(yīng)的流量ＱＢ較大。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程ＨＴＢ較小。
圖２ 調(diào)節(jié)流量的方法
可見，揚(yáng)程特性反映了用戶用水需求量的大小。
２）管道阻力特性
管道阻力特性為在管道閥門開度一定的條件下，全揚(yáng)程ＨＴ和流量Ｑ 之間的函數(shù)關(guān)系ＨＴ＝ｆ（Ｑ），簡稱為管阻特性。如圖２所示的曲線“１”和曲線“２”。
管阻特性的意義是為了提供一定的供水流量所需的全揚(yáng)程的大小。圖２中，曲線“２”是閥門全開時的管阻特性。
由Ｃ點(diǎn)所對應(yīng)的流量ＱＡ和Ｂ點(diǎn)所對應(yīng)的流量ＱＢ
可以看出，當(dāng)供水流量較小時，所需的揚(yáng)程ＨＴＣ也較?。划?dāng)供水流量較大時，所需的揚(yáng)程ＨＴＢ也較大。
１．３ 恒壓供水的控制目標(biāo)
滿足用戶對流量的要求是供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)，而流量的大小取決于水泵的揚(yáng)程，但是對水泵揚(yáng)程的測量與控制比較困難。設(shè)Ｑｇ為供水能力，Ｑｎ為用水需求量，ｐ 為管道中水壓，則三者之間的平衡關(guān)系如下：
當(dāng)供水能力Ｑｇ大于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 上升；
當(dāng)供水能力Ｑｇ小于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 下降；
當(dāng)供水流量Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 不變。
所謂供水能力是指水泵所能提供的水流量，其大小取決于水泵的容量大小和管道的阻力情況。而用水流量是指用戶實(shí)際使用的需求量，其大小取決于用戶的用水量。因此，供水能力和用水流量之間的矛盾主要反應(yīng)在水壓力的變化上。所以，控制了水壓力也就相應(yīng)地控制了流量，這就是恒壓供水所要控制的最根本目標(biāo)。
１．４ 供水系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)方法
在供水系統(tǒng)中，最基本的控制對象就是流量。常用調(diào)節(jié)流量的方法有閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種。
１）管道閥門調(diào)節(jié)
在保持水泵轉(zhuǎn)速不變（額定轉(zhuǎn)速）的前提下，通過改變閥門開度來調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為閥門控制法。閥門調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)就是水泵供水能力保持不變，用調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)供水流量，即通過改變管路中阻力大小來改變供水流量。
在圖２中，減小閥門開度，使供水流量由ＱＢ減小到ＱＡ，管阻特性將由曲線“２”變化到曲線“１”，而揚(yáng)程特性保持不變，仍然為曲線“３”，供水工作點(diǎn)由Ｂ點(diǎn)移至Ａ點(diǎn)。此時，流量減小了，揚(yáng)程由ＨＴＢ增大到ＨＴＡ。
２）水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
在保持閥門開度不變的前提下，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)就是在閥門開度最大且保持不變的情況下，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量，即通過改變水泵揚(yáng)程來改變供水流量，以適應(yīng)用戶用水需求量。
在圖２中，降低水泵轉(zhuǎn)速，使供水流量由ＱＢ減小到ＱＡ，揚(yáng)程特性將由曲線“３”變化到曲線“４”，而管阻特性保持不變，仍然為曲線“２”，供水工作點(diǎn)由Ｂ點(diǎn)移至Ｃ點(diǎn)。此時，流量減小了，揚(yáng)程由ＨＴＢ下降到ＨＴＣ。
將管道閥門調(diào)節(jié)方法和水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法相比較，可知，采用調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)水流量，降低了電動機(jī)使用功率，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。因此，本文采用的就是調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方法。
２ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)控制原理
２．１ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成
圖３所示為恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖。由圖３可見，變頻器有兩個控制信號。
圖３ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖
１）目標(biāo)信號ＸＴ
目標(biāo)信號ＸＴ是變頻器模擬給定端“ＦＶ（０）”得到的信號。該信號與壓力的控制目標(biāo)值相對應(yīng)。
２）反饋信號ＸＦ
反饋信號ＸＦ是由壓力變送器ＳＰ反饋到變頻器模擬輸入端“ＦＩ（０１）”的信號，該信號反映了實(shí)際壓力值的的大小。
２．２ 壓力傳感器
壓力傳感器可以通過檢測供水總管路的出水壓力，從而為系統(tǒng)提供反饋信號。壓力傳感器種類有多種，常用的兩種壓力傳感器有壓力變送器和遠(yuǎn)傳壓力表。圖４所示為這兩種壓力傳感器的接法。
１）壓力變送器ＳＰ
如圖４（ａ）所示，壓力變送器是將流體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘栞敵龅钠骷?。所以，壓力變送器的輸出信號是隨著壓力變化而變化的電流或電壓信號。當(dāng)距離比較遠(yuǎn)時，電流信號應(yīng)?。础玻埃恚?。本文采用的是壓力變送器。
２）遠(yuǎn)傳壓力表Ｐ
如圖４（ｂ）所示，其基本結(jié)構(gòu)為在指針軸上添加一個可以使電位器滑動的觸點(diǎn)裝置，實(shí)質(zhì)上就是一個阻值隨著壓力變化而變化的電位器。
圖４ 壓力傳感器及接法
２．３ 系統(tǒng)工作原理
圖５所示為變頻器內(nèi)部ＰＩＤ控制框圖。由圖５可見，給定信號ＸＴ與反饋信號ＸＦ兩者之間是相減的關(guān)系，其相減結(jié)果得到偏差信號ΔＸ＝ＸＴ－ＸＦ。通過ＰＩＤ調(diào)節(jié)，得到了頻率給定信號ＸＧ，此信號可以控制變頻器的輸出頻率ｆＸ。
圖５ 變頻器內(nèi)部ＰＩＤ控制框圖
１）用水需求量減小時的平衡過程當(dāng)用戶用水需求量減小時，供水能力Ｑｇ大于用水需求量Ｑｎ，則ｐ 上升，ＸＦ也上升，ΔＸ 減小，ｆＸ下降，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，Ｑｇ下降，直至ｐ 恢復(fù)到目標(biāo)值。當(dāng)供水能力Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，恢復(fù)供需平衡。
２）用水需求量增加時的平衡過程當(dāng)用戶用水需求量增加時，供水能力Ｑｇ小于用水需求量Ｑｎ，則ｐ 下降，ＸＦ也下降，ΔＸ 增大，ｆＸ上升，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，Ｑｇ增加，直至ｐ 恢復(fù)到目標(biāo)值。當(dāng)供水能力Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，恢復(fù)供需平衡。
３ 基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
對于傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，電動機(jī)工作在額定功率，流量和出水壓力只能靠閥門來控制。使用ＰＬＣ和變頻器控制，通過控制電動機(jī)運(yùn)行臺數(shù)和轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到調(diào)節(jié)流量和壓力的目的，徹底地取消了增壓氣罐、高位水箱以及水塔等設(shè)備，排除了水質(zhì)的二度污染，從而提高了供水的質(zhì)量、操作方便、自動化程度高且節(jié)約能源。
３．１ 多臺水泵的切換
為了保證用戶對供水流量的要求，系統(tǒng)常采用多臺水泵聯(lián)合供水。通過用一臺變頻器來控制多臺水泵相互協(xié)調(diào)工作，稱為“１”控“Ｘ”，其中Ｘ 是水泵臺數(shù)。在不同季節(jié)和不同時間段用戶用水需求量變化是很大的，為避免能源浪費(fèi)，應(yīng)采用“多用多開”，“少用少開”的原則。
３．２ 主電路說明
本系統(tǒng)采用的ＰＬＣ型號為西門子Ｓ７－２００，變頻器型號為歐姆龍３Ｇ３ＭＸ２型變頻器，圖６所示為１控３恒壓供水系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)采用ＰＬＣ來控制變頻器。變頻器的Ｓ１（１）端子由ＰＬＣ的Ｙ０點(diǎn)控制，ＳＣ（Ｌ）端子與ＰＬＣ的ＣＯＭ點(diǎn)相連接。在ＰＬＣ的ＣＯＭ 點(diǎn)設(shè)置了復(fù)位按鈕，用于變頻器的復(fù)位操作。由信號處理器的Ｕ０點(diǎn)和ＣＯＭ 點(diǎn)接變頻器的“ＦＶ（０）”和“ＳＣ（Ｌ）”端子用于變頻器頻率給定。變頻器的異常輸出信號Ａ端子接ＰＬＣ的Ｘ２點(diǎn)，Ｃ端子與ＣＯＭ點(diǎn)相連接。
圖６?。笨兀澈銐汗┧到y(tǒng)主電路
圖７所示為基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的流程。系統(tǒng)啟動后，如果接收到頻率上限信號，則表示供水壓力過低，需要執(zhí)行增泵程序，增加水泵工作數(shù)量；如果接收到頻率下限信號，則表示供水壓力過高，需要執(zhí)行減泵程序，減少水泵工作數(shù)量；如果某臺水泵運(yùn)行時間較長，則執(zhí)行輪換程序，避免這臺水泵長時間工作?，F(xiàn)就用水需求量非常大，需要３臺水泵全部投入運(yùn)行的情況進(jìn)行舉例分析。首先１號泵運(yùn)行，當(dāng)用水需求量變大時，若１號泵已經(jīng)達(dá)到了額定頻率５０Ｈｚ，水壓還是不足，則延時一段時間，將１號泵設(shè)置為工頻運(yùn)行狀態(tài)。同時，將２號泵設(shè)置為變頻運(yùn)行，輸出頻率降為０Ｈｚ，逐步提高輸出頻率，當(dāng)２號泵達(dá)到額定頻率５０Ｈｚ時，水壓依然不足，則將２號泵設(shè)置為工頻運(yùn)行，同時，將３號泵設(shè)置為變頻運(yùn)行。反之，當(dāng)用水量變小時，各水泵逐一退出工頻運(yùn)行。采用這樣的運(yùn)行方式，可以有效地減少水泵的頻繁啟停，同時，因?yàn)樽冾l器調(diào)節(jié)迅速，在實(shí)際管網(wǎng)對水壓的波動做出響應(yīng)之前，使水壓平穩(wěn)過渡，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
圖７ 基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)流程
而基于ＰＬＣ和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)將電氣控制技術(shù)與變頻器技術(shù)融為一體，大大提高了供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，供水系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，這在能源日漸緊缺的今天顯得尤為重要。因此，研究基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)對改善居民生活水平、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等具有非常重要的意義。設(shè)計了以ＰＬＣ為核心的變頻恒壓供水系統(tǒng)，以解決城市供水管網(wǎng)的水壓浮動較大的問題。根據(jù)網(wǎng)管的壓力自動地調(diào)節(jié)供水量，解決了居民生活用水的水壓波動問題，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。但是上述方法仍然存在著諸多問題，比如運(yùn)行成本高，供水壓力不穩(wěn)定等。因此，本文利用變頻器對水泵電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，利用ＰＬＣ控制變頻－工頻切換，經(jīng)ＰＩＤ調(diào)節(jié)器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，從而設(shè)計閉環(huán)供水自動控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
１ 供水系統(tǒng)介紹
１．１ 供水系統(tǒng)主要參數(shù)
供水系統(tǒng)如圖１所示。水泵將水池中的水抽出，并上揚(yáng)至一定高度，以滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活所需的供水壓力和水流量。
圖１ 供水系統(tǒng)示意圖
１）流量
在單位時間內(nèi)流過管道某一橫截面的水量，稱之為流量，用Ｑ 表示，單位為ｍ３／ｓ、ｍ３／ｍｉｎ或ｍ３／ｈ。
２）壓力
水在管路中的壓強(qiáng)，稱為壓力，用ｐ 表示，單位為Ｍｐａ。
３）全揚(yáng)程
單位質(zhì)量的水被水泵所上揚(yáng)的高度，稱為揚(yáng)程，如圖１所示。將水上揚(yáng)到一定高度，是水由動能轉(zhuǎn)化成勢能的過程。在這個過程中包括克服管道阻力所做功，并且要使水保持一定的流速。那么，全揚(yáng)程就可以定義為在忽略管道阻力的情況下，水泵將水上揚(yáng)的最大高度。全揚(yáng)程可以說明水泵的泵水能力，用ＨＴ表示，單位為ｍ。
４）損失揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程
水在管道中流動時克服管道阻力所做的功，必定會有一定的揚(yáng)程損失，這部分揚(yáng)程稱之為損失揚(yáng)程。因此，水泵將水克服一切阻力后所上揚(yáng)的實(shí)際高度，稱為實(shí)際揚(yáng)程，實(shí)際揚(yáng)程是全揚(yáng)程與損失揚(yáng)程相減的差值，用ＨＡ表示。
５）管阻
在管道系統(tǒng)中，管路、截門等管件對水流的阻力，稱為管阻。
１．２ 供水系統(tǒng)的特性
１）水泵的揚(yáng)程特性
水泵的揚(yáng)程特性為在轉(zhuǎn)速一定的條件下，全揚(yáng)程ＨＴ和流量Ｑ 之間的函數(shù)關(guān)系ＨＴ＝ｆ（Ｑ）。如圖２所示的曲線“３”為在額定轉(zhuǎn)速情況下水泵的揚(yáng)程特性，曲線“４”為在轉(zhuǎn)速下降時水泵的揚(yáng)程特性。圖中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ?。磦€點(diǎn)是供水工作點(diǎn)。
當(dāng)系統(tǒng)工作于曲線３的Ａ 點(diǎn)時，用戶用水需求量較小，所對應(yīng)的流量ＱＡ較小。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程ＨＴＡ較大。
當(dāng)系統(tǒng)工作于曲線３的Ｂ點(diǎn)時，用戶用水需求量較大，所對應(yīng)的流量ＱＢ較大。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程ＨＴＢ較小。
圖２ 調(diào)節(jié)流量的方法
可見，揚(yáng)程特性反映了用戶用水需求量的大小。
２）管道阻力特性
管道阻力特性為在管道閥門開度一定的條件下，全揚(yáng)程ＨＴ和流量Ｑ 之間的函數(shù)關(guān)系ＨＴ＝ｆ（Ｑ），簡稱為管阻特性。如圖２所示的曲線“１”和曲線“２”。
管阻特性的意義是為了提供一定的供水流量所需的全揚(yáng)程的大小。圖２中，曲線“２”是閥門全開時的管阻特性。
由Ｃ點(diǎn)所對應(yīng)的流量ＱＡ和Ｂ點(diǎn)所對應(yīng)的流量ＱＢ
可以看出，當(dāng)供水流量較小時，所需的揚(yáng)程ＨＴＣ也較?。划?dāng)供水流量較大時，所需的揚(yáng)程ＨＴＢ也較大。
１．３ 恒壓供水的控制目標(biāo)
滿足用戶對流量的要求是供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)，而流量的大小取決于水泵的揚(yáng)程，但是對水泵揚(yáng)程的測量與控制比較困難。設(shè)Ｑｇ為供水能力，Ｑｎ為用水需求量，ｐ 為管道中水壓，則三者之間的平衡關(guān)系如下：
當(dāng)供水能力Ｑｇ大于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 上升；
當(dāng)供水能力Ｑｇ小于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 下降；
當(dāng)供水流量Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，則水壓ｐ 不變。
所謂供水能力是指水泵所能提供的水流量，其大小取決于水泵的容量大小和管道的阻力情況。而用水流量是指用戶實(shí)際使用的需求量，其大小取決于用戶的用水量。因此，供水能力和用水流量之間的矛盾主要反應(yīng)在水壓力的變化上。所以，控制了水壓力也就相應(yīng)地控制了流量，這就是恒壓供水所要控制的最根本目標(biāo)。
１．４ 供水系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)方法
在供水系統(tǒng)中，最基本的控制對象就是流量。常用調(diào)節(jié)流量的方法有閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種。
１）管道閥門調(diào)節(jié)
在保持水泵轉(zhuǎn)速不變（額定轉(zhuǎn)速）的前提下，通過改變閥門開度來調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為閥門控制法。閥門調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)就是水泵供水能力保持不變，用調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)供水流量，即通過改變管路中阻力大小來改變供水流量。
在圖２中，減小閥門開度，使供水流量由ＱＢ減小到ＱＡ，管阻特性將由曲線“２”變化到曲線“１”，而揚(yáng)程特性保持不變，仍然為曲線“３”，供水工作點(diǎn)由Ｂ點(diǎn)移至Ａ點(diǎn)。此時，流量減小了，揚(yáng)程由ＨＴＢ增大到ＨＴＡ。
２）水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
在保持閥門開度不變的前提下，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)就是在閥門開度最大且保持不變的情況下，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量，即通過改變水泵揚(yáng)程來改變供水流量，以適應(yīng)用戶用水需求量。
在圖２中，降低水泵轉(zhuǎn)速，使供水流量由ＱＢ減小到ＱＡ，揚(yáng)程特性將由曲線“３”變化到曲線“４”，而管阻特性保持不變，仍然為曲線“２”，供水工作點(diǎn)由Ｂ點(diǎn)移至Ｃ點(diǎn)。此時，流量減小了，揚(yáng)程由ＨＴＢ下降到ＨＴＣ。
將管道閥門調(diào)節(jié)方法和水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法相比較，可知，采用調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)水流量，降低了電動機(jī)使用功率，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。因此，本文采用的就是調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方法。
２ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)控制原理
２．１ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成
圖３所示為恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖。由圖３可見，變頻器有兩個控制信號。
圖３ 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖
１）目標(biāo)信號ＸＴ
目標(biāo)信號ＸＴ是變頻器模擬給定端“ＦＶ（０）”得到的信號。該信號與壓力的控制目標(biāo)值相對應(yīng)。
２）反饋信號ＸＦ
反饋信號ＸＦ是由壓力變送器ＳＰ反饋到變頻器模擬輸入端“ＦＩ（０１）”的信號，該信號反映了實(shí)際壓力值的的大小。
２．２ 壓力傳感器
壓力傳感器可以通過檢測供水總管路的出水壓力，從而為系統(tǒng)提供反饋信號。壓力傳感器種類有多種，常用的兩種壓力傳感器有壓力變送器和遠(yuǎn)傳壓力表。圖４所示為這兩種壓力傳感器的接法。
１）壓力變送器ＳＰ
如圖４（ａ）所示，壓力變送器是將流體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘栞敵龅钠骷?。所以，壓力變送器的輸出信號是隨著壓力變化而變化的電流或電壓信號。當(dāng)距離比較遠(yuǎn)時，電流信號應(yīng)?。础玻埃恚?。本文采用的是壓力變送器。
２）遠(yuǎn)傳壓力表Ｐ
如圖４（ｂ）所示，其基本結(jié)構(gòu)為在指針軸上添加一個可以使電位器滑動的觸點(diǎn)裝置，實(shí)質(zhì)上就是一個阻值隨著壓力變化而變化的電位器。
圖４ 壓力傳感器及接法
２．３ 系統(tǒng)工作原理
圖５所示為變頻器內(nèi)部ＰＩＤ控制框圖。由圖５可見，給定信號ＸＴ與反饋信號ＸＦ兩者之間是相減的關(guān)系，其相減結(jié)果得到偏差信號ΔＸ＝ＸＴ－ＸＦ。通過ＰＩＤ調(diào)節(jié)，得到了頻率給定信號ＸＧ，此信號可以控制變頻器的輸出頻率ｆＸ。
圖５ 變頻器內(nèi)部ＰＩＤ控制框圖
１）用水需求量減小時的平衡過程當(dāng)用戶用水需求量減小時，供水能力Ｑｇ大于用水需求量Ｑｎ，則ｐ 上升，ＸＦ也上升，ΔＸ 減小，ｆＸ下降，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，Ｑｇ下降，直至ｐ 恢復(fù)到目標(biāo)值。當(dāng)供水能力Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，恢復(fù)供需平衡。
２）用水需求量增加時的平衡過程當(dāng)用戶用水需求量增加時，供水能力Ｑｇ小于用水需求量Ｑｎ，則ｐ 下降，ＸＦ也下降，ΔＸ 增大，ｆＸ上升，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，Ｑｇ增加，直至ｐ 恢復(fù)到目標(biāo)值。當(dāng)供水能力Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ時，恢復(fù)供需平衡。
３ 基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
對于傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，電動機(jī)工作在額定功率，流量和出水壓力只能靠閥門來控制。使用ＰＬＣ和變頻器控制，通過控制電動機(jī)運(yùn)行臺數(shù)和轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到調(diào)節(jié)流量和壓力的目的，徹底地取消了增壓氣罐、高位水箱以及水塔等設(shè)備，排除了水質(zhì)的二度污染，從而提高了供水的質(zhì)量、操作方便、自動化程度高且節(jié)約能源。
３．１ 多臺水泵的切換
為了保證用戶對供水流量的要求，系統(tǒng)常采用多臺水泵聯(lián)合供水。通過用一臺變頻器來控制多臺水泵相互協(xié)調(diào)工作，稱為“１”控“Ｘ”，其中Ｘ 是水泵臺數(shù)。在不同季節(jié)和不同時間段用戶用水需求量變化是很大的，為避免能源浪費(fèi)，應(yīng)采用“多用多開”，“少用少開”的原則。
３．２ 主電路說明
本系統(tǒng)采用的ＰＬＣ型號為西門子Ｓ７－２００，變頻器型號為歐姆龍３Ｇ３ＭＸ２型變頻器，圖６所示為１控３恒壓供水系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)采用ＰＬＣ來控制變頻器。變頻器的Ｓ１（１）端子由ＰＬＣ的Ｙ０點(diǎn)控制，ＳＣ（Ｌ）端子與ＰＬＣ的ＣＯＭ點(diǎn)相連接。在ＰＬＣ的ＣＯＭ 點(diǎn)設(shè)置了復(fù)位按鈕，用于變頻器的復(fù)位操作。由信號處理器的Ｕ０點(diǎn)和ＣＯＭ 點(diǎn)接變頻器的“ＦＶ（０）”和“ＳＣ（Ｌ）”端子用于變頻器頻率給定。變頻器的異常輸出信號Ａ端子接ＰＬＣ的Ｘ２點(diǎn)，Ｃ端子與ＣＯＭ點(diǎn)相連接。
圖６?。笨兀澈銐汗┧到y(tǒng)主電路
圖７所示為基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的流程。系統(tǒng)啟動后，如果接收到頻率上限信號，則表示供水壓力過低，需要執(zhí)行增泵程序，增加水泵工作數(shù)量；如果接收到頻率下限信號，則表示供水壓力過高，需要執(zhí)行減泵程序，減少水泵工作數(shù)量；如果某臺水泵運(yùn)行時間較長，則執(zhí)行輪換程序，避免這臺水泵長時間工作?，F(xiàn)就用水需求量非常大，需要３臺水泵全部投入運(yùn)行的情況進(jìn)行舉例分析。首先１號泵運(yùn)行，當(dāng)用水需求量變大時，若１號泵已經(jīng)達(dá)到了額定頻率５０Ｈｚ，水壓還是不足，則延時一段時間，將１號泵設(shè)置為工頻運(yùn)行狀態(tài)。同時，將２號泵設(shè)置為變頻運(yùn)行，輸出頻率降為０Ｈｚ，逐步提高輸出頻率，當(dāng)２號泵達(dá)到額定頻率５０Ｈｚ時，水壓依然不足，則將２號泵設(shè)置為工頻運(yùn)行，同時，將３號泵設(shè)置為變頻運(yùn)行。反之，當(dāng)用水量變小時，各水泵逐一退出工頻運(yùn)行。采用這樣的運(yùn)行方式，可以有效地減少水泵的頻繁啟停，同時，因?yàn)樽冾l器調(diào)節(jié)迅速，在實(shí)際管網(wǎng)對水壓的波動做出響應(yīng)之前，使水壓平穩(wěn)過渡，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
圖７ 基于ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)流程