变频调速恒压供水系统设计

摘要：随着社会经济的不断发展，带来的结果就是水资源日益紧张，城市小区供水系统的建设显得尤为重要。本课题采用了变频技术、电气技术与现代控制技术，运用PLC 和变频器协同工作,用变频器进行压力调节,以变频器、可编程控制器 作为系统控制的核心部件。本文详细介绍了系统组成， PLC 的控制程序及系统运行控制流程。

关键词：PLC; 恒压供水; 变频调速。

1.研究目的及意义

在水资源日益紧张的今天，城市小区的重点建设——小区供水系统的建设显得尤为重要。供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活。本课题研究的目的在于使供水方式朝着高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术的节能效果显著且控制方式稳定可靠，居民生活用水的小区恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出。^[1] 基于PLC和变频技术的恒压供水系统采用了变频技术、电气技术与现代控制技术。该系统大大提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

变频调速(Variable Velocity Variable Frequency)节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自80 年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机只要采用该项技术就能取得非常显著的节能效果。该系统的实现基本上能解决目前我国供水系统中存在的可靠性不高、自动化程度低、能耗浪费严重的问题。^[2]

2.国内外研究概括

国内对变压供水的研究始于上世纪九十年代。1998年，何政斌等对实现变压变量运行的设备及其运行效果进行了研究^[3]。2000年，王伟等对如何进行变频调速变压供水系统进行了设计^[4]。同年，吴楚辉等将PXW9型智能控制器应用于实现变压供水之中^[5]。2001年，黄治钟等讨论了变频变压供水在空调冷却水循环系统中的应用^[6]。2003年，王乐勤等提出了实现变压供水所面临的问题:不利点压力的传输问题，控制器的设计问题^[7] 。2005年，蔡穆英等采用最不利点恒压控制的变压供水方式对水厂供水进行变频变压控制^[8]。但采用该方法，由于最不利点一般距离水泵较远，压力信号的传输在实际应用中受到诸多限制，因此有些学者就提出了用无线网络传输的方式将压力信号传送至水厂的智能控制器，通过变频器控制水泵电机的转速，来实现供水系统节能运行频变压供水系统^[9]。2007年，马学文等在如何降低水泵能耗问题上，推荐使用变压供水以减少能耗^[10] 。2008年，顾情等再次证明了使用最不利点恒压供水能够在水泵系统中稳定的工作^[11]。即到目前为止，国内在研究变压供水的学者大多认为的变压供水，其实质是随着用户需求的改变，保持最不利点压力恒定，其实现过程中是将压力传感器设置在用户侧采集压力信号，通过远程传输给供水控制器来实现变压供水。

与国内相比，国外关于变压供水的概念，提出的比较早。在上世纪七十年代，一些学者就提出使用变频器来代替节流阀的作用，变压供水的目的是要消除节流阀门所造成的能量损失，水泵的运行过程曲线为水泵节流阀门全开时的泵装置特性曲线。1982年，Hickock就提出使用调速系统可以在水泵及风机系统中节能^[12]。1984年，Pottebaum将变频器应用于水泵电机驱动中，并对如何选型进行了相应的指导^[13]。1988年，Coulbeck等通过预测用水量和需求水压优化调度泵站水泵实现变压控制^[14]。1997年，An Aijun等提出了一种从数据样本中寻找规则预测用水量的方法实现对供水系统的变压控制^[15]。2006年，Inmaculada等利用年需水量曲线对泵站水泵进行优化设计，根据需水量曲线得到管道压力 特性曲线，从而对供水系统进行变压控制^[16]。2008年，Bortoni等人在对某泵站用水量预测的基础上将变压供水和多泵优化运行算法相结合对一泵站进行了优化设计^[17]。总的来看，国外关于水泵变压运行的研究主要集中在用水量预测和管网优化方面，在已知管网用水量的前提下，根据管网决定水泵机组最佳的出水流量和压力^[18]。