恒壓供水變頻器控制原理

1、調速原理

交流電機轉速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機轉速，f為交流電頻率，s 為轉差率，p為極對數(shù)。

電機選定之后s 、p則為定值，電機轉速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實現(xiàn)對電機變頻無級調速。

2、根據離心泵的負載工作原理可知：

流量與轉速成正比：Q∝N

轉矩與轉速的平方成正比：T∝N2

功率與轉速的三次方成正比：P∝N3

而且變頻調速自身的能量損耗極低，在各種轉速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率，由此可知在使用變頻調速技術供水時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系：

P變=N3P額=Q3P額

采用出口閥控制流量的方式，電機在工頻運行時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系：P閥=（0.4 0.6Q）P額

其中，P為功率

N為轉速

Q為流量

例如設定當前流量為水泵額定流量的60%，則采用變頻調速時P變=Q3P額=0.216P額，而采用閥門控制時P閥=（0.4 0.6Q）P額=0.76P額，節(jié)電=（P閥-P變）/P閥*100%=71.6%。

由此可見從理論計算結果可以看到節(jié)能效果非常顯著，而且在實際運行中小區(qū)變頻恒壓供水技術比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。

而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網用水量減少到單臺主泵流量的約1/6-1/8時，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動小功率的休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節(jié)能。

根據反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，在控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調節(jié)器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調節(jié)作用。

隨著變頻調速技術和可編程控制器的飛速發(fā)展，以及其應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產領域得到廣泛使用，在其它領域（如民用和家庭自動化）的應用也得到了迅速的發(fā)展。

由于變頻調速技術和可編程程序控制器的應用靈活方便，在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應用。采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID結合，根據系統(tǒng)狀態(tài)可快速調整供水系統(tǒng)的工作壓力，達到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果。

在工業(yè)現(xiàn)場控制領域，可編程控制器（PLC）一直起著重要的作用。隨著國家在供水行業(yè)的投資力度加大，水廠運行自動化水平不斷提高，PLC在供水行業(yè)應用逐步增多。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活，同時可以設置參數(shù)、顯示數(shù)據、以動畫等形勢描繪自動化過程，使得PLC的應用可視化。

變頻恒壓供水成為供水行業(yè)的一個主流，是保證供水管網在恒壓狀態(tài)的重要手段。現(xiàn)代變頻器完善的網絡通信功能，為電機的同步運行，遠距離集中控制和在線監(jiān)控等提供了必要的支持。通過與PLC連接的觸摸屏，可以使控制更加形象、直觀，操作更加簡單、方便。

組合應用PLC、觸摸屏及變頻器，采用通信方式對變頻器進行控制來實現(xiàn)變頻恒壓供水。

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來的發(fā)展方向。

一般的供水系統(tǒng)，由于供水量及可靠性的要求，都采用多臺泵并聯(lián)運行的方式。這樣也有利于當供水量在大范圍內變化時，通過水泵的臺數(shù)調節(jié)實現(xiàn)經濟運行，但是僅用臺數(shù)調節(jié)，不能保證恒壓供水，且其運行效率也不高。水泵采用轉速調節(jié)流量，運行的經濟性最好。但對于容量較大的供水系統(tǒng)，若采用全容量轉速調節(jié)，投資太大，也無必要。所以對于多臺水泵的供水系統(tǒng)，用一臺調速泵即可實現(xiàn)全容量范圍的恒壓供水，其它的泵只要定速運行。即用臺數(shù)調節(jié)和轉速調節(jié)共同保證供水量變化范圍內的恒壓供水。

系統(tǒng)中的調速泵一般用變頻器拖動。變頻器除了通過調節(jié)水泵轉速實現(xiàn)恒壓供水外，也可通過切換控制用作其它泵的軟起動設備。

1、維持水壓恒定；

2、控制系統(tǒng)可手動/自動運行；

3、多臺泵自動切換運行；

4、系統(tǒng)睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；

5、在線調整PID參數(shù)；

6、泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。

1、 節(jié)電：變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；

2、 衛(wèi)生節(jié)水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

3、 運行可靠：變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網沖擊、避免管網壓力超限，管道破裂。

4、 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。

5、 自我保護功能完善：新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護等