在生產(chǎn)、生活的實(shí)際中，用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

圖3-1    住宅區(qū)恒壓供水示意圖

恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出水口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛的應(yīng)用，利用內(nèi)部包含用PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件有機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵輸出流量，以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻器恒壓供水，如上圖3-1所示。

利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能，如圖3-2，目標(biāo)信號(hào)SP是一個(gè)與壓力的控制目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。反饋信號(hào)PV是壓力變送器PS反饋回來的信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)反映實(shí)際壓力的信號(hào)。SP和PV兩者是相減的，其合成信號(hào)MV＝（SP-PV)，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)處理后得到頻率給定信號(hào)，決定變頻器的輸出頻率f。當(dāng)用水流量減小時(shí)，供水能力Q_G＞用水流量Q_U，則供水壓力上升，PV↑，合成信號(hào)（SP-PV)↓，變頻器輸出頻率f↓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n↓，供水能力Q_G↓直至壓力大小回復(fù)到目標(biāo)值，供水能力與用水流量重新平衡（Q_G=Q_U)時(shí)為止；反之，當(dāng)用水流量增加，使Q_G<Q_U時(shí)，則PV↓→MV＝（SP-PV)↑→f↑→n↑→Q_G↑→Q_G=Q_U，又達(dá)到新的平衡。

圖3-2　變頻器PID調(diào)節(jié)功能

實(shí)際應(yīng)用中，單臺(tái)水泵供水一般不能滿足用水要求，常用多泵單變頻恒壓供水。即是“一拖多”控制方案，這種多臺(tái)泵調(diào)速的方式，系統(tǒng)通過計(jì)算判定目前是否已達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加（投入）或減少（撤出）水泵。即當(dāng)一臺(tái)水泵工作頻率達(dá)到最高頻率時(shí)，若管網(wǎng)水壓仍達(dá)不到預(yù)設(shè)水壓，則將此臺(tái)泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器將自動(dòng)起動(dòng)第二臺(tái)水泵，控制其變頻運(yùn)行。此后，如壓力仍然達(dá)不到要求，則將該泵又切換至工頻，變頻器起動(dòng)第三臺(tái)泵，直到滿足設(shè)定壓力要求為止（最多可控制6臺(tái)水泵）。反之，若管網(wǎng)水壓大于預(yù)設(shè)水壓，控制器控制變頻器頻率降低，使變頻泵轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)頻率低于下限時(shí)自動(dòng)切掉一臺(tái)工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保持恒定。

由于“一拖多”變頻恒壓供水系統(tǒng)需要涉及壓力PID控制、工頻和變頻的邏輯切換、輪換控制、巡檢控制等功能，所以需要由專門的程序控制來實(shí)現(xiàn)。目前流行的“一拖多”變頻供水系統(tǒng)主要由以下3種方式：

此系統(tǒng)以多臺(tái)水泵并聯(lián)供水，系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)恒定的壓力值，當(dāng)用水量變化而產(chǎn)生管網(wǎng)壓力的變化時(shí)，通過遠(yuǎn)傳壓力表，將管網(wǎng)壓力反饋給PI控制器，通過PI控制器調(diào)整變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速以保持恒壓供水；如不能滿足供水要求時(shí)，則變頻器將控制多臺(tái)變頻泵和工頻泵的起停而達(dá)到恒壓變量供水。微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)如圖3-3所示。

圖3-3　微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

 

PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)與微機(jī)控制器類似，所不同的是PLC除了完成供水控制外，還可以完成其他的特殊功能，具有更大的靈活性。

采用供水專用的變頻器，不需另外配置供水系統(tǒng)的控制，就可完成對(duì)由2～6臺(tái)水泵組成的供水系統(tǒng)的控制，使用相當(dāng)方便；供水專用變頻器=普通變頻器+PLC，是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng)，其內(nèi)置供水專用PID調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入；這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器及簡(jiǎn)易的可編程序控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的供水專用變頻器，由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程序控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。

西門子的ＭＭ430變頻器供水專用變頻器框圖如圖3-4所示。

 

 

圖3-4�。停�430變頻器供水框圖

 

由于我院實(shí)驗(yàn)室中的變頻器為通用型，沒有多泵切換功能，故我們采用PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻器采用MM440，PLC采用S7-200，實(shí)現(xiàn)“一拖二”方式。

在加泵過程中,變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器內(nèi)部輸出繼電器動(dòng)作，作為一個(gè)控制信號(hào)將電動(dòng)機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，而變頻器再去啟動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)。以達(dá)到電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)和節(jié)能的目的，切換過程由PLC控制實(shí)現(xiàn)。減泵時(shí)，則由PLC控制直接停止工頻運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。采用“啟先�！狈绞�。

以電動(dòng)機(jī)M1為例，首先將KM2閉合，M1由變頻器恒流啟動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)到達(dá)50Hz同步轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器MM440內(nèi)部輸出繼電器動(dòng)作，送出一個(gè)開關(guān)信號(hào)給PLC，由PLC控制KM2斷開，KM1吸合，電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)由電網(wǎng)供電。以此類推。變頻器繼續(xù)啟動(dòng)其他電動(dòng)機(jī)。如果某臺(tái)電動(dòng)機(jī)需要調(diào)速，則可安排到最后啟動(dòng)，不再切換至電網(wǎng)供電，而由變頻器驅(qū)動(dòng)調(diào)速。

    在本系統(tǒng)的切換中，對(duì)變頻器的保護(hù)是切換控制可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。系統(tǒng)中可采用硬件和軟件的雙重連鎖保護(hù)。啟動(dòng)過程中，必須保證每臺(tái)電動(dòng)機(jī)由零功率開始升速。為減少電流沖擊，必須在達(dá)到50Hz時(shí)才可切換至電網(wǎng)。KM2斷開前，必須首先保證變頻器沒有輸出，KM2斷開后，才能閉合KM1，KM1和KM2不可同時(shí)閉合。PLC控制程序必須有軟件連鎖。

MM440變頻器有兩個(gè)模擬輸入端ADC1和ADC2，可讓一個(gè)模擬輸入端用作反饋信號(hào)輸入，另一個(gè)模擬輸入端用作給定PID的目標(biāo)值，這樣使得PID的目標(biāo)值能平滑地隨意設(shè)定，操作很方便。模擬輸入端ADC2接入反饋信號(hào)0～10V，同時(shí)也把反饋信號(hào)送給S7-200的模擬輸入端；給定的PID目標(biāo)值由ADC1端通過S7-200的模擬輸出輸給定。因此，這里PLC采用S7-200  CPU224RLY+EM231+EM232。

觸摸屏采用TP170B，直接與S7-200進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，通過觸摸屏能直接給PLC啟/�？刂泼�令以及給M440變頻器提供PID的目標(biāo)值，同時(shí)能直接顯示網(wǎng)管的壓力值。