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可编程控制器与变频调速的综合应用
车威威李岩
（长春信息技术职业学院，吉林长券130103）
科技论坛
摘要：经济的高速发展、城市人口的增加、水资源的日益紧缺，以及人们对于用水方面要求的提高，对水资源的高效、科学的使用是在要求的范固，实现史频调违系统的创建
关键词：可程控制器；变频调速：节能
传统的水塔供水不仅浪费大量的水资源而且极易污染。而使用由率、输人电压、输人电流、输
可控缩程器和变频器组成的变频调速系统可以实现恒压供水。采用恒压供水极大的节约资源面且干净卫生，这是供水技术上的一大革新。构造一个基于变频调速系统控制的恒压供水系统可以有效的节约集体土地的使用，大大减少水资源的浪费，科学的调控管理供水。传统的供水方式必然被取而代之。面基于变频调速系统控制的恒压供水方式将被大量使用。
1变频调速恒压供水系统原理分析
1.1变预调速恒压供水的基本原理。供水行业中普通采用离心泵。离心泵的工作原理是"水泵开动前，先将泵和进水管灌满水，水泵运转后，在叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下，叶轮流道里的水被用向四周，压人蜗壳，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸人补充了这个容间。继而吸人的水又被叶轮用出经竭壳而进人出水管”。叶轮的转速越高，产生的水压越大。只有足够的水压才能将水输送到远处和较高的楼层。用户用水量不确定，这就要求水管里的水压保持恒定。相应的叶轮的转速也要受到控制，这时采用基于变频调速系统控制的恒压供水方式可以依据传感器所测得的水管重的各项数据对叶轮的转速进行控制。由于可编程控制器有者编程方便、易于调试等优点，使得整个供水系统更加的简清、易于操作。（图1）
1.2水泵变频调速节能的原理。供水系统中.普遍用阀门控制法、转速控制法两种方法来控制流量。阀门控制法是通过使水泵叶轮的转速不变而改变水系阅门开度来调节流量的方法。阅门控制法的本质是增加水在管道中的阻力从而进行改变水流量的。转速控制法的操作方法与阀门控制法完全相反的，即调节转速，保持阀门开度不变。转速控制法的本质是通过降低水泵叶轮的转速来使水的流速降低从而降低流量的。
1.3变预恒压供水系统的组成。变题恒压供水系统部分由可编程控制器(PLC)、变频器、传感器组成。传感器对管道里的水压进行实时监测并且把监测到的数据反馈给变频器内置判断模块，当传感器传回的压力参数大于原系统设定值时，变频器向可编程控制器反馈实时信号，可编程控制器根据反馈信号对变频器输出减速的指令。此时变颠器根据指令对水案进行减速处理，控制其叶轮降低转速，从而进行对管道水压的降低。同理，当传感器传回的压力参数小于愿设定值时，变频器向可编程控制器反馈实时信号，可编程控制器根据信号对变颠器输出加速的指令。变频器根据指令使水泵叶轮的转速增加。变频器根据可编程控制器的指令对水泵的运行状态进行调整，实现对水票的运行、停止、变速等操作，来使恒压供水系统管道里的水压保持在一个满足现有供水正常所需要的数值
2变频调速恒压供水系统的设计与实现
2.1变频调速恒压供水系统功能的设计。在规划电气控制部分时，要以系统的稳定性、可靠性、节能性为前提。实现以下功能：两种运行方式，循环反馈调节，实时监控，安全警报。两种运行方式包括自动运行和手动运行。手动运行通常用于系统调试和水泵检修，自动运行方式用于在正常运行状态下。在自动运行状态下，系统可以根据预先设定的参数和管道中水压的变化，自动调节水案叶轮的转速以及水泵的运行台数，时系统处于最佳性能。循环反馈调节是指通过传感器对管道压力进行动态检测监控，信号传送到PLC的模拟量采集模块中，再通过PLC 进行A/D转换，将模拟信号转换为数学信号并传送到变频器的内置 PID调节器中，并进行PID调节来实现对管道供水压力的循环反馈调节。系统可对变频器的运行状态进行实时监控，包括变颠器的运行频
作者简介：车成成（1982,9-)，女，吉林长春人，讲师
出电压、输出电流、运行功率等参数。安全警报发出时系统自动做出反应并对水泵进行保护，包括过载保护，过流过压保护、失速保护、缺相保护、过热保护等，以保证系统安全。
2.2恒压供水系统实现时的变频与工颠切换。大部分的中小型供水公司都会用一台小功率水泵和两台大功率水泵进行供水，用变频器使其中的一台大功率水泵采用变频调速的方式对供水管道
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图1恒压供水系统框图
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图2PID调节功能内部框图
中的流量进行调节来达到恒压供水的目的。其余的水泵都是用自耦变压启动来达到恒定速度供水的目的。但是由于水泵组的运行功率非常的大，当启动水泵组时会有非常的大的电流对水泵电机进行冲击，对水泵电机的便用寿命有者很大的影响而且强大的冲击电流会影响电网的稳定。为了延长电机的使用寿命和稳定电网，应使用一台变频器对多台水泵进行控制。这时就涉及了变频与工频的切换，要在变频转工频时保持工频与变频有着同样的相位才能让工频与变频之间进行完关的切换。这种方案不仅大大的减少了对水泵电机寿命的影响又使电网变得稳定。在需要检修时，可以保持供水不受影响的同时还能进行对水亲组的检修，大大增加了该系统的可用性
2.3变颠调速恒压供水系统功能的实现。设定水管压力的给定值，供水距离越远用水地点越高，系统所需供水压力越大。“给定值“即是系统正常工作时的恒压值。有些供水系统可能有多种用水目的如将生活用水与消防用水共用一个系站，水压的设定值可能不止一个，一般消防用水的水压要比生活用水高一些，本研究采用调节器进行调节。调节器有与之相对应的功能，可以很好的解决多目的用水的给定值设置间题。管道实时监测的数据传输到控制系统实现循环反馈调节。传感器传输的管道实时监测数据到控制系统，系统将接收数据与给定值进行比较，得到给定值与接受数据的差值。根据差值，系统进行对水案叶轮转速的调节，如实际值大于给定值则降低水系叶轮的转速。（图2）
调节器的比例-积分-微分(PID)参数均可根据实际情况自行设定，PID调节过程因调节器的内部构成不同有数学式调节及模拟量调节两种。以数字式调节为例，PLC将运算结果转换成模拟信号用于驱动
执行设备工作。此设备就是本研究中的变频器。 3结论
本研究基于可编程控制器和变频调速设计了一套变颠调速恒压供水系统。变频调速恒压供水系统由传感器所检测数据与给定值进行比较，经变频器调节水案叶轮转速，实现变颠调速恒压供水。经过笔者的长时间的运行测试，系统运行稳定极少出现间题，节能效率极高，操作复杂度极低，有着水塔等传统供水等方式无法比拟的优点
参考文献
[1]高新陵，宋晓平。变频调建恒压供水系统研制[河海大学学报， 2001,29(1): 115118
[2]杨凌云.PID调节器在恒压供水系统中的应用四微机算计信息， 1996,12(5):4951.