变频供水系统范例(3篇)
变频供水系统范文篇1
随着电力电子器件向大功率化、高频化、模块化、智能化方向发展，极大地促进了变频调速整机系统性能的提高，变频器整机的控制性能、自诊断和自保护功能越来越强。在变频调速控制系统中，加入微处理器、单片机、PLC构成的复合系统功能更强。各种功率水平、价格档次且性能上各具特点的变频器广泛应用于工业生产、社会生活的各个领域。在城市供水系统中，使用变频调速技术，在提高供水质量及优化供水系统性能的同时，节电效果可观。下面就北京局部地区的小区、饭店供水系统的变频调速技术应用例给予介绍和分析。
2某小区热水供暖系统一次网中调速供水应用例
北京育新花园小区热水供暖系统一次网采用3台ISB200/150-400-50A型水泵，其中1台备用。根据系统一次网的设计流量，采用1台水泵即可满足系统的正常使用要求。热水供暖系统一次网为实现在室外温度变化时，循环水泵保持在最佳流量工况下运行的目标，系统一次网的循环流量应随着系统热负荷的变化而动态调整。对小区热水供暖系统一次网采用“质量-流量优化调节”，对应不同的热负荷，系统循环水量在整个采暖季的分布情况和调节情况对应关系如表1。
表1系统一次网循环水泵两种方法调节流量时的轴功率比较
表1中数据表明:系统一次网在流量为159t/h和300t/h的工况下运行的时间较多，大约各占700个小时;而流量小于150t/h和大于400t/h的工况运行时间较少，大约各占80个小时。用变频器驱动水泵电机，进行质量-流量优化调节，实现供暖系统的优化运行。
表1中的数据给出了热水供暖系统一次网中在不同的循环水量状态下运行时，传统的循环水泵阀门调节和变频调速调节的轴功率对比。电价以0.6元/kWh计算，系统一次网循环水泵在一个采暖季里，采用阀门调节流量，运行电耗费用:123，9022×0.6=7.4万元(人民币);采用变频调速方式，运行电费支出:43，040×0.6=2.6万元。一个采暖季中，小区热水供暖系统一次网循环水泵使用变频调速方式可减少电耗80，802kWh，节省费用4.8万元。
市场上变频器的价格大约在800～900元/kW，ISB200/150-400-50A型水泵的功率为75kW，循环水泵配用变频调速设备使用投资大约为元6万元左右，从统计数据上看，不到两个采暖季就可收回投资。
3某饭店供水系统应用例
北京西直门外地区某饭店的供水系统原来由3台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀门，供检修和调节水量用。经变频调速改造后，新系统中除了有变频器以外，还有反映管网压力的压力传感器和电接点压力表及信号放大系统，还有实现逻辑控制的PLC。PLC控制3台水泵的启动和停止，压力传感器为变频器提供了反馈量，并和变频器组成了压力闭环系统，使系统始终在恒压状态工作。电接点压力表用来检测管路的最小压力。
新系统中，一台变频器循环启动3台泵，1号、2号泵的功率是15kW,3号泵为11kW。经测算1号泵或2号泵全力工作一般就会满足整个系统的最大用水量，3号泵是备用泵。白天供水投入1号泵，使它工作在变频调速状态，构成压力闭环系统。但为了均衡水泵的使用寿命，采用定时换泵的方式8小时轮换一个班次，即8小时后，2号泵工作运行，1号泵转为备用，循环使用。当夜间供水量减小，或这两台泵处于检修状态时，3号泵启动并变频运行和维持恒压。
系统采用了富士变频器FRN15P11S-4CX，容量23kVA，额定电流30A，频率变动范围0～120Hz，1号和2号泵的型号为80DL50-20×3额定电压380V，额定电流30A，额定转速1450rpm。3号泵的型号为65LG3620×3，是立式多级分段式离心泵。由于变频器在任何一个确定的时间只驱动一台泵的拖动电机，故3台泵的启动、停止采用逻辑控制实现相互闭锁，保证可靠切换。为确保控制要求的实现，将3台电机所有的控制、保护、检测单元全部集中在一个控制柜里。
表2给出1台15kW的水泵分别在定速和变速情况下运行测得的数据。
从表2中数据对比知道，水泵变频运行后:
电源电压下降了63%，电机定子电流下降41.3%
电源频率下降12%，功率因数提高3.1%
流量减少4%水压降低7.7%
转速下降8.9%
使用计算调速前后的功率之比，式中p为有功功率，U1、I1分别为电机定子线电压和线电流。
工频运行时有:;
变频运行时有:。功率差p1-pB=8.22(kW)。每年360个工作日，每个工作日平均工作16个小时，可节约电能w=(p1-pB)×16×360=47347.2(kWh)，电价按0.6元/kWh计算，每年可节约电费支出2.84万元。而购买变频设备的费用是2万多元，从分析知道，1年便可以回收设备投资。
表21台15kW的水泵变频调速前后各项指标对比
4水泵变频调速的综合结果
从以上某小区热水供暖系统一次网中调速供水和饭店供水系统应用例中知道:水泵经变
频调速以后，除了具有很好的节能效果外，在以下性能指标上获得了提高:
(1)实现了软启动;工作电流下降，电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损，机械检修工作量也大幅减少。
(2)各种保护功能完善，没有再发生因过载、单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。
(3)实现了软启动，避免了无调速水泵启动对周边设备及电网的冲击。
(4)能自动维持恒压供水并无级调节水压;供水质量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。
(5)自动化程度提高，提高了水泵的运行效率。
5结语
根据调查资料显示，北京地区的供水系统应用变频调速技术有一定的普及程度，但还有
很大潜力，继续在北京地区的供水系统中普及应用变频调速技术，经济和社会效益是明显的，技术优势也是明显的，尤其是具有较大幅度的节能效果。但同时也有一些问题，如:变频恒压供水系统停电既停水。另外变频器工作产生的高次谐波对电网电压有一定影响，尤其是电网有效容量越小，变频器容量越大，影响程度就越大，这种影响会使电力电容、电抗器、变压器容易发热，并产生电磁谐振，电动机、发电机产生附加损耗，继电器产生误动作。我国的GB12668-90中规定:电气设备使用时，引起的电压畸变率要小于10%，任何奇次谐波不超过5%，偶次谐波不超过2%，使用变频器后，在电网局部地区可能会出现电压畸变超出国标的情况，宜采取相应的措施处理。
参考文献
变频供水系统范文
关键词：恒压变频供水系统；自动控制；简析
中图分类号：F407文献标识码：A
随着经济社会的逐步发展、人民生活水平的不断提高，对于城市供水系统的可靠性以及供水质量的要求也在提升。利用先进的电气技术对供水系统实行自动化控制，能够满足整个城市的供水需求。与此同时，传统的PID控制方式存在着供水压力偏差、抗干扰能力差等缺点。因此，有必要在现有供水系统控制方式的基础上，研发一种新型的控制方式。
一、恒压变频供水系统的原理及应用
恒压变频供水系统的构成较为复杂，简而言之，可以分为以下几大主要部分：可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器以及其他控制器件。
恒压变频供水系统的工作原理为：通过用户家中安装的压力仪表，对用户端的压力信号进行实时的采集和反馈。然后，将信息反馈到可编程控制器（PLC），可控制编程器通过对反馈信息和设定压力值进行比较，然后通过一系列内部运算，按照运算结果对变频器的输出频率进行控制，从而实现调节水泵电机转速的目的，这样便可以实现用户供水情况的实时调节。
恒压变频供水系统的优势在于能够对供水管网进行实时调节，从而维持一个基本平衡的水压。恒压变频供水系统之所以得到广泛应用，主要是因为其既可以实现用户的稳定供水，又可以保证水泵电机的运转效率，即不会使水泵电机出现空转的现象。这样既减少了能耗，又节约了电能。（参见图1）
图1恒压变频供水系统运行原理
二、恒压变频供水系统的自动控制策略
长期以来，对于恒压变频供水系统的自动控制，使用较多的是模糊控制策略。顾名思义，模糊控制策略就是建立在人的思维模糊性基础上，不依赖于被控对象数学模型的一种控制策略，模糊控制策略本质上属于专家控制方式。模糊控制策略通过对人脑的推理过程进行仿制，将以往恒压变频供水系统操作者的经验浓缩成一条条控制规则，对这些控制规则进行模糊处理，然后存储到计算机当中，由计算机根据这些控制规则实施恒压变频供水系统的自动控制。
模糊控制策略之所以能够得到广泛应用，主要是由于其自身具有的适应性强、调节时间短等优点。除此之外，模糊控制策略还具有结构简单、操作方便等优点。
与此同时，也应该看到，模糊控制策略自身也具有一些缺点，较为突出的是其静态性能较差。模糊控制策略静态性能较差这一缺点，容易导致恒压变频供水系统的实际供水压力达不到计算机的设定值。之所以会这样，主要是因为模糊控制策略使用的模糊控制器，其输入方式为误差及误差变化。因此，在输入过程中会导致积分控制的缺失，因而出现了静态性能不佳等一系列缺陷。总而言之，模糊控制策略最大的缺陷就在于不能够很好地对恒压变频供水系统的压力误差进行消除。
三、基于GA优化的供水系统模糊PID复合
模糊控制策略虽然具有以上缺点，但不可否认的是，其具备良好的动态性能以及快速响应能力。因此，想要实现恒压变频供水系统自动控制的优化，可以将PID控制策略引入到模糊控制策略中，这样既能够发挥模糊控制策略自身的优势，又能够提升其静态性能及调整精确性。这就是当前恒压变频供水系统使用较多的自动控制策略：模糊PID复合控制策略。（参见图2）
图2模糊PID复合控制策略
这种控制策略的优势在于能够将控制器应用到供水系统中，从而实现了恒压变频供水系统的复合控制。
基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其优势在于将模糊控制策略、PID控制策略及遗传算法融合起来。既能够保证恒压变频供水系统的适应性与操作性，又能够做到对其响应速度、供水质量及静态性能进行提升。特别是对于一些用水量波动较大的高层建筑来说，基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其控制效果提升更加明显。除此之外，该控制策略不需要对传统的恒压变频供水系统进行硬件方面的改动，仅仅需要对其进行控制策略上的改进，即实行相应的软件编制即可。因而，该控制策略可广泛应用于住宅小区、高层建筑和其他对供水质量要求较为严苛的场所。
结束语：
本文主要对恒压变频供水系统的自动控制进行了分析。在分析其工作原理和应用效果的基础上，对以往使用较多的模糊控制策略进行了分析。并且结合模糊分析策略的优缺点，分析了新型的基于GA优化的模糊PID复合控制策略的优势所在。希望通过本文的分析，能够给我国的恒压变频供水系统自动控制研究提供一些参考，从而进一步推动我国恒压变频供水系统的快速发展，进而使我国的城市供水系统能力得到全面提升。
参考文献：
变频供水系统范文
【关键词】变频器；PLC；恒压供水
1.引言
随着变频调速技术的发展和人们对生活用水质量的提高，变频恒压供水系统取代了传统的供水系统，已普遍用于居民用水系统。目前，国内大多数企业仍使用传统恒压泵进行切换加压的供水方式，水压不稳，而且造成能源浪费。所以，开发可靠性高，价格优廉、控制性能好的恒压供水系统具有很高的实用价值。变频恒压供水方式与过去水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。本文采用PLC和变频器实现恒压供水控制系统的设计[2]。水压波动小，运行平稳。是当今先进合理的节能供水系统。
2.变频调速恒压供水系统结构及原理
系统采用两水泵进行供水，选用FRENIC5000G11S变频器，PLC选用欧姆龙小型PLC[3]，变频调速控制是恒压供水系统的核心，系统由变频器控制水泵将水直接加压或减压送至管网出口，根据测得的管网出口处的压力，由压力传感器将压力信号送入PID调节器，PID调节器根据压力设定值与压力实际值的偏差，对压力进行PID调节，输出频率给定信号IRF（4～20mA）给变频器，变频器根据频率给定信号IRF控制水泵的转速，并在PID调节器上设定压力的上下限，PID将此信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频、变频的切换。其系统原理图如图1所示：
图1恒压供水系统原理图
3.恒压供水系统设计
3.1主电路设计
系统采用手动和自动两种控制方式，PLC首先使主水泵变频启动，压力传感器将母管压力反馈给PLC，与预先设定的给定压力比较，通过PID运算，调节变频器的输出频率[4]，以维持水压恒定。若用水量大到1台水泵全速运行也不能达到给定压力时，PLC将该水泵由变频运行投入到工频运行，同时将另一台水泵投入到变频运行，增加管网供水量以保证压力稳定。当用水量减少时，PLC首先将工频运行的泵停掉，减少供水量，整个系统保证变频运行时只有1台泵变频恒压供水。系统采用变频泵循环方式，以“先开先关”顺序关泵，既保证了系统有备用泵，又有效的防止备用泵长期不用出现“绣死”现象。系统主电路图如图2所示：
图2系统回路图
3.2控制电路设计
控制电路如下图3所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，当水泵出现过载时，A5灯亮。当变频器出现故障时，A6灯亮。A1、A2分别为泵1的变频、工频运行指示灯，A3、A4分别为泵2的变频、工频运行指示灯。其PLC控制器的I/O点数分配如表1所示：
表1I/0点数分配
输入输出
启动按钮0002泵1变频控制0500
停止按钮0003泵1工频控制0501
压力上限信号0004泵2变频控制0502
压力下限信号0005泵2工频控制0503
变频器故障信号0006泵过载指示灯0504
变频器故障报警指示0505
图3系统控制回路图
4.PLC控制流程图设计
根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，PLC控制程序设计的主要任务是接收各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态、输出信号去控制继电器、接触器、等的动作，进而调整水泵的运行。PLC和变频器是本系统的核心部分，系统稳定运行的关键取决于PLC程序的合理性和可行性以及变频器参数的设定。本系统采用手动或自动两种工作方式，系统启动后，泵1首先进人变频运行，当检测到压力上限信号时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当检测到压力下限信号时，工频泵切除，仅变为变频泵工作，系统设计程序流程图[5]如图4所示：
图4变频恒压供水系统设计流程图
5.结论
由OMRONC系列小型PLC控制器结合富士FRENIC5000G11S系列变频器和压力传感器组成的恒压供水系统，达到恒压供水的目的，实现真正意义上的无人值守的起闭、循环切换水泵。由于变频器具有软启动的功能，消除了启动大电流对电网的冲击，从而延长泵的使用寿命。该系统可广泛应用于工业供水、生活供水、消防供水、集中供热等供水系统。实际运行情况证明了本系统具有可靠性高、自动化程度高、便于维护和高节能性等特点，具有很大的应用价值。
参考文献
[1]魏景田.基于变频调速的恒压供水系统[J].科技资讯，2008（2）：48-49.
[2]李丽敏，叶洪海，张玲玉.PLC恒压供水系统的设计[J]自动化与仪器仪表，2008（01）：19-25.
[3]郑平，范学玲，赵振林.基于PLC与变频调速的恒压供水系统设计[J].硅谷，2010（12）：57.
[4]周雄，王浩.论变频控制节能技术及应用[J].贵州科学（增刊），2007，25：334-338.
