摘  要：本文結(jié)合作者實際工作經(jīng)驗，介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，供大家參考。

 

　　關(guān)鍵詞：樓宇；變頻調(diào)速；恒壓供水；系統(tǒng)設(shè)計

 

　　Abstract: Combined with the author’s practical work experience, we introduce the basic principle of the constant pressure water supply and the system composition basics, for your reference.

 

　　Key words: building; frequency control; constant pressure water supply; system design

 

　　中圖分類號：TV674  文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）

 

　　本文研究設(shè)計的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可運用于居民小區(qū)的高層樓宇，在本供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式，可根據(jù)實際需要水壓的變化自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，實現(xiàn)恒壓供水，系統(tǒng)增加了夜間小流量睡眠功能，睡眠后低壓仍然能自動喚醒變頻運行，在最大程度上節(jié)能降耗。系統(tǒng)自動化程度高,可以做到無人職守狀態(tài)。

 

　　隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和進(jìn)步，目前城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不能因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在突然發(fā)生火災(zāi)時能可靠供水。針對這兩個方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速恒壓無塔供水系統(tǒng)。

 

　　1 變頻調(diào)速恒壓供水基本原理

 

　　1.1 工藝要求

 

　　對生活/消防水泵雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：

 

　　1.1.1生活供水時，該系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運行，消防供水時，該系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運行。

 

　　1.1.2 水泵根據(jù)恒壓的需求，采用“先開先停”的原則介入和退出。

 

　　1.1.3 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過三個小時，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作的時間過長。

 

　　1.1.4 水泵在啟動時要有軟啟動功能。

 

　　1.2 系統(tǒng)組成和基本工作原理

 

　　以一個生活/消防水泵雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ 來控制注水閥 TV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給 PLC，作為低水位報警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水各用三臺泵，平時電磁閥YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，水泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺供消防用水泵使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。火災(zāi)結(jié)束后三臺泵再改為三臺生活供水泵進(jìn)行使用。

 

　　2 控制系統(tǒng)設(shè)計

 

　　產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開著時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定。

 

　　但建造水塔需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但是今天需要辦到這一點已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。

 

　　3 硬件與軟件實現(xiàn)

 

　　3.1 主電路設(shè)計

 

　　在主電路中，采用一臺變頻器控制三臺生活水泵電機(jī)和三臺消防水泵電機(jī)，生活水泵電機(jī)都具有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，消防采用工頻工作狀態(tài)。KM1、KM3、KM5、分別為電機(jī)M4、M5、M6工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM2、KM4、KM6 分別為電機(jī) M4、M5、M6變頻運行時接通電源的控制接觸器，KM10為接通變頻器電源用的接觸器，它的啟動由PLC的輸出端 Y13來控制。

 

　　除此之外，電路中還設(shè)有保護(hù)功能，6 臺電動機(jī)分別接上三個額定電流為35A的熱繼電器，對電機(jī)過載進(jìn)行保護(hù)。為了實現(xiàn)對電機(jī)和控制電路的短路保護(hù)，電路中設(shè)有三個額定電流為 50A 的熔斷器和一個額定電流為196A 的空氣開關(guān)（QS）。變頻器電源輸入端子（R，S，T）經(jīng)過空氣開關(guān)與熔斷器三相電源連接，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與設(shè)定不一致時，需要調(diào)換輸出端子（U，V，W）的任意兩相，電動機(jī)一定要保證在工頻輸出電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。

 

　　供水壓力設(shè)定值通過變頻器的2和5端子（0～5V）設(shè)定，10端子是頻率設(shè)定電源，由 DC24V 電源供電的壓力傳感器得到實測壓力信號后，通過電流分配器然后由變頻器4端接收此信號，此測量值與給定值比較得到差值，通過變頻器內(nèi)置PID進(jìn)行計算,調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率。當(dāng)變頻器故障時，由A-C端導(dǎo)通，輸出報警信號給PLC的輸入端X7（無故障時，B-C導(dǎo)通，A-C端不導(dǎo)通）。然后PLC控制切斷水泵機(jī)組的運行，同時PLC輸出端Y6進(jìn)行聲光報警。變頻器的正轉(zhuǎn)啟動和復(fù)位端由PLC輸出端Y11和Y12控制，頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出到PLC的X11與X10輸入端并與壓力上下限一起作為PLC的增泵、減泵控制信號。

 

　　3.2 控制電路設(shè)計

 

　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求，首先要對PLC輸入輸出口進(jìn)行配置。

 

　　3.2.1 在該 PLC 控制系統(tǒng)中，三臺生活水泵 M4,M5,M6 均可變頻工作，也可工頻工作，由接觸器進(jìn)行切換，三臺消防工頻工作水泵，需由PLC 的9個輸出信號進(jìn)行控制。

 

　　3.2.2 蓄水池進(jìn)水閥由 PLC 控制開關(guān)閥門，占1 個輸出端，蓄水池水位檢測由液位檢測傳感器返回 PLC，占PLC 一個模擬端輸入口；

 

　　3.2.3 變頻器的啟停占 PLC 的1個輸出端，復(fù)位占1個輸出端，控制變頻器電源用接觸器開關(guān)占 1 輸出端；

 

　　3.2.4 故障聲光報警占 PLC的1個輸出端；自動和手動占PLC一個輸出口；

 

　　3.2.5 壓力傳感器向PLC 返回一個4～20mA 的電流信號，作為壓力反饋，占1個模擬端輸入口；火災(zāi)信號輸入占一個輸入口；

 

　　3.2.6 控制系統(tǒng)的啟動、停止，消防水泵啟動和停止需占PLC 4 個輸入端；

 

　　3.2.7 6 臺電機(jī)過載占 6 個輸入端；

 

　　3.2.8 PLC共使用輸入端子16個；輸出端子18個；

 

　　3.2.9 PLC的 A/D轉(zhuǎn)換器中液位傳感器和壓力傳感器各占一個輸入端。

 

　　4 結(jié)論

 

　　變頻恒壓無塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制--即雙恒壓系統(tǒng)。介紹了變頻恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，從系統(tǒng)的整體設(shè)計方案和實際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實際生活的需要，設(shè)計了樓宇變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序。以 PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

 

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