1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成
恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠大，在用水量少時(shí)來開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)的會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)維修的時(shí)候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個(gè)比較簡(jiǎn)單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費(fèi)的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換的，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余的水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同的水量需求。如圖3-1供水系統(tǒng)方案圖。

圖3-1 供水系統(tǒng)方案圖
圖中，水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l器可接受的模擬量信號(hào)。變頻器接受反饋信號(hào)后，根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的比值，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)來控制自身的輸出頻率，從而對(duì)水泵進(jìn)行速度控制?？刂葡到y(tǒng)的工作原理：變頻調(diào)速恒壓供水控制zui終是通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，水泵是供水的執(zhí)行單元。通過調(diào)速能實(shí)現(xiàn)水壓恒定是由水泵特性決定的。如圖3-2：

圖3-2 供水系統(tǒng)原理框圖
（1）壓力變送器
圖中在管道中裝壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低;用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o變頻器，壓力變送器輸出信號(hào)是隨著壓力而變的電壓或電流信號(hào)。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)取電流信號(hào)以消除因線路壓降而引起的誤差。通常取4～20mA，以利于區(qū)別零信號(hào)（信號(hào)系統(tǒng)工作正常，信號(hào)值為零）和無信號(hào)（信號(hào)系統(tǒng)因斷路或未工作而沒有信號(hào)）。壓力變送器一般選取在離出水口較遠(yuǎn)的地方，否則容易引起系統(tǒng)振蕩。
（2）遠(yuǎn)傳壓力表
遠(yuǎn)傳壓力表的基本結(jié)構(gòu)是在壓力表的指針軸上附加了一個(gè)能夠帶動(dòng)電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的裝置。因此，從電路器件的角度看，實(shí)際上是一個(gè)電阻值隨壓力而變的電位器。使用時(shí)可將遠(yuǎn)傳壓力表與變頻器直接連接。圖中P為遠(yuǎn)傳壓力表。
電機(jī)功率較大時(shí)，系統(tǒng)可為每臺(tái)電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器，在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被 PLC檢測(cè)到，變頻器通過控制基板自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足水壓要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。
當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在zui低速信號(hào)有效，這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號(hào)仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到zui后一臺(tái)泵用主頻器恒壓供水。
2 恒壓供水的原理
變頻器控制1#變量泵與管道壓力變送器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)變頻器運(yùn)行到全速而反饋壓力仍達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，變頻器首先降速到頻率設(shè)定值，同時(shí)內(nèi)部1#繼電器動(dòng)作觸發(fā)2#泵軟啟動(dòng)器開始運(yùn)行工頻泵，投入2#工頻泵運(yùn)行。這時(shí)變頻提速，尋找恒壓點(diǎn)完成*級(jí)無擾動(dòng)切換。當(dāng)變頻器運(yùn)行到低速而監(jiān)測(cè)達(dá)到壓力設(shè)定時(shí)，在切除工頻泵之前，變頻首先提速后，再將先投入的工頻泵切除。工頻泵的投切分級(jí)循環(huán)方式可定義。
（1）手動(dòng)工頻控制方式
當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)為工頻運(yùn)行，按下啟動(dòng)按鈕1SB（綠），接觸器KM1閉合，水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行信號(hào)燈HL0將亮，按下停止按鈕4SB（紅），水泵電機(jī)將停止運(yùn)行。該控制方式一般用于當(dāng)變頻器出現(xiàn)問題時(shí)使用。
（2）自動(dòng)變頻控制方式
當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)將投入自動(dòng)變頻控制方式，變頻器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的，當(dāng)壓力增大時(shí)，將減小輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，減小供水量，當(dāng)壓力減小時(shí)，將增大輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，增大供水量。
3 系統(tǒng)功能
（1）  PID的調(diào)節(jié)功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)(4-20MA或-5V)直接送入變頻器，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過計(jì)算比較以切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。
（2） “休眠”功能
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下*，變頻器停止工作，2＃泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當(dāng)水壓繼續(xù)升高時(shí)將停止1泵，當(dāng)水壓下降到一定值時(shí)將先啟動(dòng)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)2＃泵，當(dāng)頻率到達(dá)一定值后將啟動(dòng)1＃泵調(diào)節(jié)2＃泵的轉(zhuǎn)速。
 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率參數(shù)設(shè)置。
 “休眠確認(rèn)時(shí)間”用參數(shù)設(shè)置，當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間如小于休眠時(shí)間td時(shí)，即td＜tn時(shí)變頻器繼續(xù)工作，當(dāng)td＞tn時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。“喚醒值”由供水壓力下限啟動(dòng)，當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由變頻器向PLC發(fā)出喚醒指令。
　經(jīng)測(cè)試“休眠值”為10HZ。
“休眠確認(rèn)時(shí)間”td:20s
“喚醒值”70%
（3） 通訊功能
該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS232或485接口，PLC可選用三菱的FX0n，計(jì)算機(jī)可以與一套或多套系統(tǒng)進(jìn)行通訊.利用計(jì)算機(jī)同時(shí)可以監(jiān)測(cè)：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數(shù)。
4 恒壓供水系統(tǒng)控制分析
水泵出口壓力恒定控制，它適用于管網(wǎng)系統(tǒng)阻力損失占總揚(yáng)程比例較小的情況。
管網(wǎng)末端壓力恒定控制，適用于小區(qū)管網(wǎng)線路長(zhǎng)，流量變化產(chǎn)生的阻力損失占總揚(yáng)程比例較大時(shí)，以管網(wǎng)末端不利點(diǎn)，所需壓力進(jìn)行恒壓控制，達(dá)到zui節(jié)能的要求?？刂品绞降倪x擇，要結(jié)合供水規(guī)模，供水對(duì)象，設(shè)備費(fèi)用，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)及我國現(xiàn)有電器產(chǎn)品性能等進(jìn)行綜合考慮比較后確定。水泵出口恒壓控制，由于電控系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，便于查出故障和維護(hù)，故在我國建筑小區(qū)供水系統(tǒng)采用廣泛。
 水泵轉(zhuǎn)速變化幅度一般調(diào)在（80%~100%）n，n為水泵每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，單位r/min，因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)機(jī)組和電控設(shè)備的總效率比較高。
當(dāng)啟信號(hào)輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)*臺(tái)泵當(dāng)該泵達(dá)到zui高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí)，先停止zui先啟動(dòng)的泵。
4.1 過程控制
以兩臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，變頻器控制可編程控制器軟啟動(dòng)1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)供水量Q<1/3Qmax時(shí)（Qmax為兩臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的zui大流量），可編程控制器CPU根據(jù)根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1/3Qmax<Q<Q<Qmax時(shí)，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)軟啟動(dòng)2#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工況，此時(shí)2#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)zui不利點(diǎn)的供水壓力恒定。
4.2 控制系統(tǒng)保證
（1）工頻/變頻控制方式的轉(zhuǎn)換操作
為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻/變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或設(shè)備檢修維護(hù)等原因而造成無法供水的現(xiàn)象，要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動(dòng)工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開關(guān)或組合開關(guān)作為選擇操作設(shè)備。
（2）自動(dòng)運(yùn)行
即每一臺(tái)泵具有變頻自動(dòng)恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時(shí)，可自動(dòng)投入另外一臺(tái)或幾臺(tái)工頻泵運(yùn)行。
（3）手動(dòng)運(yùn)行
當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時(shí)，為確保用水，每臺(tái)泵可分別以手動(dòng)工頻方式運(yùn)行。將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“工頻”檔位，操作人員可以根據(jù)需要自己決定起動(dòng)或停止任意一臺(tái)泵的運(yùn)行。由于在該操作方式下， PID、變頻器等均不參加控制，因此，從技術(shù)角度上來說，該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定，所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供設(shè)備故障檢修時(shí)使用。
5 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚(yáng)程H、流量Q及功率的關(guān)系
（揚(yáng)程：是指水泵單位質(zhì)量的液體通過泵后所獲得的能量，通常稱之為揚(yáng)程。用H表示。
流量：流量是水泵在單位時(shí)間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量，常用的流量是體積流量，用Q表示，其單位是m3 /h。
根據(jù)流體力學(xué)原理可知，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，其揚(yáng)程H、流量Q及水泵功率P也隨之變化，他們之間有以下關(guān)系：
Q2/Q1=(n2/n1)
 H2/H1=(n2/n1)2
 P2/P1=(n2/n1)3
即流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；水泵功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。下面表3-1可較為直觀的理解。
表3-1離心水泵的參數(shù)