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恒压水控的工作原理

1 恒压水控系统概述

恒压供水是指用户在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。在高层建筑中，通常采用恒定管网的压力来维持对高层的供水。

恒压供水系统的基本控制策略是:采用可编程控制器也就是我们所说的PLC与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行。并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，以保证供水管网的压力保持在设定值。运用了恒压水控技术以后，既可以满足生产供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，为居民供水提供便利。

2 PLC、变频器在现代水控系统中的运用

自来水厂的自动控制系统一般分为两大部分，一是水源地深水泵的工作控制，而另外一种则是水厂区变频恒压供水控制。水厂区变频恒压供水控制运用十分广泛，水厂在运用变频恒压供水控制时，水源通过水厂区对水池的水进行消毒处理后，使得加压泵向管路进行恒压供水，其间，就需要选用PLC和上位机组成实时数据采集和监控系统。

对深水泵进行远程控制，并且对供水泵采用变频器进行恒压控制，通过PLC、变频器在现代水控系统中的运用，可以保证整个水厂的工作电机安全，可靠地运行。

3 运用PLC、变频器水控系统的特性

运用了变频器和PLC的恒压供水系统，变频器可以为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速。从而使管网水压连续变化。此外压力变送器还具有检测管网水压的作用。PLC则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，实现自动化运行。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便，对于消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命具有很大的作用。

变频器、PLC在水控系统中的运用设计

利用变频器与PLC设计水控系统，需要根据供水管道的压力值控制水泵电机转速，将压力维持在所需的压力值上，将平时不必消耗的能量节省下来，从而达到节电的目的。设计主要的流程分为以下几个步骤：

1 恒压供水系统主电路设计

在现代工业运用中，恒压水控系统一般包括3台水泵电动机M1、M2、M3， 通过模拟设定，其中Ml的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。设计电路时，为该系统设计一台变频器依次控制每台水泵，来实现恒压控制。

为了使得系统具有变频和工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状

可以设计其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行，KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M 3工频运行， FU为主电路的熔断器，变频器是风机水泵负载专用变频器MM430，通过合理的分析，可以得到的恒压供水系统主电路

变频器、PLC恒压供水系统的组成设计主要包括四个大的板块：

一是压力传感器，是水控系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。

二是PLC控制器,是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。

三是变频器，作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，***终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。

***后还有水泵组成，供水系统的执行机构，通过变频器控制电动机的转速，***后达到控制水泵流量大小的。

据城市供水电气控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，由于城市供水电气控制系统的输入/输出端口较多，而其控制过程相对复杂，结合变频器、PLC恒压供水系统的组成设计，可以规划出变频器、PLC恒压供水系统的组成

PLC和变频器在水控系统中的运用改进

现代水控系统运用PLC与变频器还存在着一定的局限性。主要体现在主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。

使用变频器时也存在着一些缺点：如使用变频器会产生干扰电波，影响到同一电网的敏感元件。在工业实践中，常常产生一些问题困扰着水控系统的工作人员，对此，通过分析，可以总结出几条对于运用变频器和PLC的常见应急措施：

1 变频泵过压跳闸问题

以某水务局的水控系统为例，一台100KW工频泵和一台160KW变频泵并联为市区供水为例，当100KW工频泵拉闸停机时，变频泵报过压跳闸。某水务局水控设计图如

通过这一具体的案例分析可以知道工频泵工作时，水流在管道中高速流动，形成很大的惯性。当工频泵突然停止，管道中产生负压，形成空化现象，负压将水从变频泵中吸入，推动叶轮转动，使电动机的转速高于变频器的输出转速，电动机产生发电效应。为此，可以通过在变频器上加装制动电阻来解决变频泵过压跳闸这一问题。

2电动机过流现象

在鄂尔多斯某水务局一台变频水泵，当变频器输出频率达到16Hz时，总是会出现变频器过流跳闸的现象。通过分析，可以知道因为变频器驱动的是水泵，水泵按平方率特性曲线输出，不会在某频率出现过载情况。那么变频器过流另有原因。

断开电动机，空载运行正常，再接入电动机，仍然在16Hz左右出现过流跳闸。换一台电动机，运行正常，说明过流是电动机故障。

对此，为了处理电动机的过流问题，可以分解电动机，发现电动机绕组有短路现象。原来变频器的输出频率上升时，电压也在上升，当电压上升到匝间击穿电压时，变频器过流跳闸。

3 水泵变频器过载

某供水单位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)变频器拖动水泵负载，如图5所示。使用过程中变频器经常报E013过载，检查故障电流记录58A，经查说明书：风机、水泵变频器过载能力为：110％ 额定电流1分钟，通过研究发现：变频器的过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。

本例机型为P型机，当变频器输出电流达到95％持续时间达到1小时时，即报“E013”。当变频器输出电流达到110％、持续时间达到1分钟也同样报E013。

经现场了解和查看，发现水泵负载长期工作在48Hz，电流长期在58A左右，报E013的原因为变频器带载能力不够，需要更换更高一级的变频器，即更换为TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37KW）。

4 PLC与变频器在水控系统运用的改进措施

为了提高水控系统的恒压稳定性与安全性，对于PLC与变频器的使用有着一些注意事项以及改进措施。

为了实现对设备的分散控制和集中管理，水控系统应当采用了三层网络进行控制，主电路中变频与工频中使用的接触器应采用带有机械联锁的接触器，并且应当严禁将工频电源引入到变频器中。

变频器的供电部分除了加装空气开关外，***好加装快速保险，以保证由于过电流造成的损坏PLC编程要考虑的问题。而作为***重要的人机操作界面的变频器操作面板，它不仅能够实现参数的输入功能，还能实现频率、输出功率、输出转矩、端子状态、闭环参数、长度等物理量的监控，以及对这些物理量进行存储与修改。

于是，适当的通过变频器的故障报警显示，对上述物理量进行适当修改，来排除变频器的有关故障也显得十分必要。

多点网络控制技术是是通信技术、计算机技术、控制技术发展的结合点，它既能独立运行，也可连成网络，实现集散自动化系统的复杂控制功能，应用领域覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业领域，用这种技术设计的自来水厂分布式监控系统，经多年的实际运行证明，系统性能稳定，运行可靠，报警及时，且对于变频器以及PLC的稳定性具有可靠地保障。运用这种控制技术对结合了变频器以及PLC的水控系统，具有较大的推广价值。

结论

运用了变频器和PLC的水控系统，不仅性能稳定可靠，而且能够非常好地控制可编程序控制器及其有关设备，水控系统与工业控制系统联成一个整体，对于恒压水控系统的功能扩充和设计创新，实为重要。