變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成
從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、通訊接口以及報(bào)警裝置等部分組成。 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，他們用...
從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、通訊接口以及報(bào)警裝置等部分組成。
1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，他們用于將水供入管網(wǎng)，圖3.3中的4個(gè)水泵分為三種類型:
調(diào)速泵：是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。
快速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。當(dāng)水泵采用循環(huán)的控制方式時(shí)，M1、M2、M3既可以做調(diào)速泵，也可以作為恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式時(shí)，M1、M2、M3中只有一臺(tái)可以調(diào)速泵，其余兩臺(tái)作為恒速泵。
附屬小泵：它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下（例如：夜間）對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充。系統(tǒng)中使用附屬小泵的原因在于變頻泵暫時(shí)無(wú)法在實(shí)際使用中實(shí)現(xiàn)其恒壓供水，尤其是夜間和管網(wǎng)有小流泄壓現(xiàn)象時(shí)會(huì)出現(xiàn)超壓或斷流。
在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構(gòu)成水泵組有下幾個(gè)原因：
（1）用幾個(gè)小功率的水泵代替一臺(tái)大功率的水泵，使水泵選型容易，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)更適合于大功率的供水系統(tǒng)。
（2）供水系統(tǒng)的增容和減容容易，不需要更換水泵，只要再增加恒速水泵即可。
（3）以小功率的變頻器代替大功率的變頻調(diào)速器，以降低系統(tǒng)投入成本，增加系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
（4）附屬小泵的加入，使系統(tǒng)在用水量很低時(shí)（如：夜間）可以停止所有的主水泵，用小水泵進(jìn)行補(bǔ)水，降低系統(tǒng)的運(yùn)行噪音。
（5）在用水量不太大時(shí)，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行，這樣可以提高水泵的運(yùn)行壽命，同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
對(duì)于多泵并聯(lián)的母管制供水系統(tǒng)，既要保證恒壓供水，又要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，一般均采用如下的設(shè)計(jì)原則：多泵并聯(lián)，大小泵結(jié)合，調(diào)速泵保證管網(wǎng)壓力，水泵臺(tái)數(shù)的增減保證流量，小泵實(shí)現(xiàn)小流量保壓。
具體方案如下：
（1）一般不用一臺(tái)大泵，寧可用多臺(tái)小泵，這樣有利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
（2）調(diào)速泵為主泵，流量最大，揚(yáng)程要比其他水泵高出30%-50%,有利于擴(kuò)大調(diào)速效果，只能在超過(guò)實(shí)際壓力的富裕揚(yáng)程內(nèi)調(diào)節(jié)流量，大大的制約其調(diào)節(jié)范圍。
（3）定速泵的選擇可以采用相同揚(yáng)程，不同流量的泵，這樣也有利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
（4）為了進(jìn)行小流量的保壓（例如深夜），系統(tǒng)中有一臺(tái)小流量的泵。
（5）調(diào)速泵采用變頻器調(diào)速，一備一用的固定拖動(dòng)不進(jìn)行切換操作。水泵檢修時(shí)可采用冷切換方式暫時(shí)切換到其他泵上做調(diào)速運(yùn)行。
（6）其他泵可采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器或用PLC實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動(dòng)操作。
變頻器與工頻電網(wǎng)之間的相互切換問(wèn)題，使用冷切換是最簡(jiǎn)單、最安全的切換方式，但是它只能用于可以分為異步切換和同步切換兩種方式。目前流行的多泵恒壓供水系統(tǒng)變頻循環(huán)軟啟動(dòng)控制方案都采用異步切換的方式，因此就不可避免地會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的電流沖擊和機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的保護(hù)跳閘和設(shè)備的損壞，也不可避免地會(huì)引起供水系統(tǒng)的壓力和流量的擾動(dòng)。
2信號(hào)檢測(cè)
在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括來(lái)水出水水壓信號(hào)、液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)：
（1）水壓信號(hào)：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。
此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入，在來(lái)水不足和出水超壓（電接點(diǎn)壓力表控制）時(shí)控制水泵的起動(dòng)與停止。
（2）液位信號(hào)：它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足，信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵沒(méi)水空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自在安裝于水源處的液位傳感器或電接點(diǎn)壓力表。
（3）報(bào)警信號(hào)：它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常，是否有溢流現(xiàn)象（地下室用），該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。
3控制系統(tǒng)
供水控制系統(tǒng)已被安裝在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。
（1）供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵）進(jìn)行控制。
（2）變頻器：它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有兩種工作方式;
變頻循環(huán)式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，
將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。
變頻固定式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。
(3)電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地/遠(yuǎn)控等工作。
4人機(jī)界面
人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。通過(guò)人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)示，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。
5通訊接口
通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以喝組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：同時(shí)通過(guò)通訊接口，還可以講現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。
6報(bào)警裝置
作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，房子因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行檢測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。
1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，他們用于將水供入管網(wǎng)，圖3.3中的4個(gè)水泵分為三種類型:
調(diào)速泵：是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。
快速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。當(dāng)水泵采用循環(huán)的控制方式時(shí)，M1、M2、M3既可以做調(diào)速泵，也可以作為恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式時(shí)，M1、M2、M3中只有一臺(tái)可以調(diào)速泵，其余兩臺(tái)作為恒速泵。
附屬小泵：它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下（例如：夜間）對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充。系統(tǒng)中使用附屬小泵的原因在于變頻泵暫時(shí)無(wú)法在實(shí)際使用中實(shí)現(xiàn)其恒壓供水，尤其是夜間和管網(wǎng)有小流泄壓現(xiàn)象時(shí)會(huì)出現(xiàn)超壓或斷流。
在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構(gòu)成水泵組有下幾個(gè)原因：
（1）用幾個(gè)小功率的水泵代替一臺(tái)大功率的水泵，使水泵選型容易，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)更適合于大功率的供水系統(tǒng)。
（2）供水系統(tǒng)的增容和減容容易，不需要更換水泵，只要再增加恒速水泵即可。
（3）以小功率的變頻器代替大功率的變頻調(diào)速器，以降低系統(tǒng)投入成本，增加系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
（4）附屬小泵的加入，使系統(tǒng)在用水量很低時(shí)（如：夜間）可以停止所有的主水泵，用小水泵進(jìn)行補(bǔ)水，降低系統(tǒng)的運(yùn)行噪音。
（5）在用水量不太大時(shí)，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行，這樣可以提高水泵的運(yùn)行壽命，同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
對(duì)于多泵并聯(lián)的母管制供水系統(tǒng)，既要保證恒壓供水，又要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，一般均采用如下的設(shè)計(jì)原則：多泵并聯(lián)，大小泵結(jié)合，調(diào)速泵保證管網(wǎng)壓力，水泵臺(tái)數(shù)的增減保證流量，小泵實(shí)現(xiàn)小流量保壓。
具體方案如下：
（1）一般不用一臺(tái)大泵，寧可用多臺(tái)小泵，這樣有利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
（2）調(diào)速泵為主泵，流量最大，揚(yáng)程要比其他水泵高出30%-50%,有利于擴(kuò)大調(diào)速效果，只能在超過(guò)實(shí)際壓力的富裕揚(yáng)程內(nèi)調(diào)節(jié)流量，大大的制約其調(diào)節(jié)范圍。
（3）定速泵的選擇可以采用相同揚(yáng)程，不同流量的泵，這樣也有利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
（4）為了進(jìn)行小流量的保壓（例如深夜），系統(tǒng)中有一臺(tái)小流量的泵。
（5）調(diào)速泵采用變頻器調(diào)速，一備一用的固定拖動(dòng)不進(jìn)行切換操作。水泵檢修時(shí)可采用冷切換方式暫時(shí)切換到其他泵上做調(diào)速運(yùn)行。
（6）其他泵可采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器或用PLC實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動(dòng)操作。
變頻器與工頻電網(wǎng)之間的相互切換問(wèn)題，使用冷切換是最簡(jiǎn)單、最安全的切換方式，但是它只能用于可以分為異步切換和同步切換兩種方式。目前流行的多泵恒壓供水系統(tǒng)變頻循環(huán)軟啟動(dòng)控制方案都采用異步切換的方式，因此就不可避免地會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的電流沖擊和機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的保護(hù)跳閘和設(shè)備的損壞，也不可避免地會(huì)引起供水系統(tǒng)的壓力和流量的擾動(dòng)。
2信號(hào)檢測(cè)
在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括來(lái)水出水水壓信號(hào)、液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)：
（1）水壓信號(hào)：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。
此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入，在來(lái)水不足和出水超壓（電接點(diǎn)壓力表控制）時(shí)控制水泵的起動(dòng)與停止。
（2）液位信號(hào)：它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足，信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵沒(méi)水空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自在安裝于水源處的液位傳感器或電接點(diǎn)壓力表。
（3）報(bào)警信號(hào)：它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常，是否有溢流現(xiàn)象（地下室用），該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。
3控制系統(tǒng)
供水控制系統(tǒng)已被安裝在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。
（1）供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵）進(jìn)行控制。
（2）變頻器：它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有兩種工作方式;
變頻循環(huán)式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，
將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。
變頻固定式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。
(3)電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地/遠(yuǎn)控等工作。
4人機(jī)界面
人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。通過(guò)人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)示，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。
5通訊接口
通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以喝組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：同時(shí)通過(guò)通訊接口，還可以講現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。
6報(bào)警裝置
作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，房子因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行檢測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。
