基于PLC的变频调速恒压供水系统设计
1 引言 随着小区供水管网的更新，改造和扩建，某些地区的管网压力不均问题日益突出，即当供水管线较长时，在管网中产生较大的沿程水头损失，为了维持管网末梢服务压力，势必提高水厂的出厂压力，以至在管网前端服务压力过高，造成区域之间的水压差过大，在高压区供水能量浪费，漏水严重，甚至可能出现爆管，但如果降低出厂水压，又满足不了低压区的用水需求。
2 恒压供水系统节能分析控制器 变频调速供水系统是技术成熟的工业自动化供水解决方案，原理如图1所示。 当水泵以额定转速运行在工频状态下时，其特性如图2所示。在该运行方式下，为了满足最大流量下的压力要求，应该使pm=pd。由特性曲线可知，当流量减小时，管网压力随之升高。由于在大部分时间里q＜qm，所以如果水泵总是以工频方式运行就会形成图中ptpdpm三角形阴影区域所表示的能量浪费。而且，通过特性曲线我们还可以发现，在该工作方式下，管网压力变化范围很大，这会减少管网的使用寿命。 当水泵电机采用变频调速技术控制以后，水泵运行特性曲线如图3所示。由图可知，在该供水方式下，由于针对水流量的变化相应地及时调整水泵电机的转速，所以系统总能够运行在最佳效率状态下。这既保证了管网供水压力恒定，又达到了节能目的。 根据流体力学的有关原理知道，当采用变频调速控制方式时，流量q、扬程h、轴功率p、转速n存在如下关系： 通过这一组关系式我们可以进一步知道，由于轴功率的比值与电机转速的比值的3次方成正比，所以当流量的减小而使得电机转速减小时，节能的效果是很明显的。在理想情况下，当电机转速降为额定转速的80%时，水泵功率会下降到额定值的51.2%，即节约48.8%的电能。因此，变频调速控制方式在供水系统中的应用对节能的意义重大。
3 自动化方案实现 变频恒压供水控制系统，主要是由西门子公司生产s7-200plc、变频器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的按钮、转换开关和指示灯来控制系统的运行。系统方框图如图4所示。 通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成标准的电压或电流信号经em235送入s7-200plc，经与给定压力参数比较进行pid运算后，发出控制信号送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上。当用水量超过一台泵的供水量时，通过plc控制增加水泵。根据用水量的大小由plc控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水同时系统通过软件设计具有定时换泵和系统声、光报警及多种保护功能。
4 结束语 本文针对我国中小城市小区供水的特点，设计开发了一套基于plc的变频调速恒压供水自动控制系统。该系统利用单台变频器实现四台水泵电机的软起动和调速，同时把阀门控制和水泵电机控制都纳入自动控制系统。压力传感器采样管网压力信号经pid处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，通过改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调节，保证管网压力恒定。水泵在变频下均为软启动，切换平滑，冲击电流小，水泵机组寿命相应延长。用plc设计恒压供水系统的方案，稍加变化可适用于任何需要恒压的流量系统。
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