摘要：在水厂加压站的运行过程中，变频恒压供水的应用，可以提升供水效率和质量。主要介绍了变频恒压供水在水厂加压站中的应用，分析了软件和硬件的具体实现，以此为工作的开展提供理论参考。
关键词：水厂，加压站，变频恒压供水
1恒压供水系统工作要求
本文所设计的是一个利用ＰＬＣ的ＰＩＤ控制的变频恒压供水系统，要求既能够实现手动操作控制还可以实现自动操作控制。该系统中的水泵由电动机作为动力，为了保证系统的可靠性，除了拥有正常运行的电动机Ｍ１外，还拥有一台备用电动机Ｍ２，在系统中分别由ＫＭ１和ＫＭ２控制，水泵累计运行１００ｈ轮换１次，每次轮换后水泵重新启动和停电后水泵重新启动都要求有５ｓ的报警；当任何一个电动机作为动力在运行过程中出现异常时要求能够自动切换到另一台电动机，手动操作运行时要求不能自动轮换。采用ＰＬＣ的ＰＩＤ调节功能来实现压力恒定，采用ＰＬＣ的特殊功能模块的模拟输出来控制变频器的频率，实现电动机转速的调节；系统设定压力可调，并可通过触摸屏对系统压力进行设定；触摸屏要求能够显示设定压力、实际压力、水泵的运行时间和转速及报警信号等。
2恒压供水的控制目标
供水系统的主要控制目标就是满足用户对流量的要求，而流量的大小取决于水泵的扬程，但是对水泵扬程的测量与控制比较困难。设Ｑｇ为供水能力，Ｑｎ为用水需求量，ｐ为管道中水压，则三者之间的平衡关系如下：当供水能力Ｑｇ大于用水需求量Ｑｎ时，则水压ｐ上升；当供水能力Ｑｇ小于用水需求量Ｑｎ时，则水压ｐ下降；当供水流量Ｑｇ等于用水需求量Ｑｎ时，则水压ｐ不变。所谓供水能力是指水泵所能提供的水流量，其大小取决于水泵的容量大小和管道的阻力情况。而用水流量是指用户实际使用的需求量，其大小取决于用户的用水量。因此，供水能力和用水流量之间的矛盾主要反应在水压力的变化上。所以，控制了水压力也就相应地控制了流量，这就是恒压供水所要控制的最根本目标。
3供水系统压力波动原因
供水系统运行离不开变频自动恒压供水系统的稳定性和实时性，实时性指的是随着用水量的变化，系统能及时自动调整运行频率保证出口压力恒定，稳定性指的是随着用水量的变化，系统压力不会发生太大的波动，使水泵出口压力维持在一个固定值范围。某矿供水系统出现自动停泵，则是系统稳定性差造成系统超压所致。经过多次认真分析研判，判断造成水泵出口压力超出高限压力值的主要原因是远传压力表反馈回的信号失真、ＰＩＤ调节仪参数调节不合理。
4系统构成
恒压供水系统的压力传感器主要作用是对管网中的水压进行检测。一般来说，在用水量较大的时段，水压通常偏低；在用水量较小的时段，水压通常会升高。对于这种压力的变化，压力传感器通常会把水压的高低变化情况转化为电流信号或是电压信号大小的变化，并且传递给调节器。调节器内有事先设定好的水管压力给定值，在接收到压力传感器给定的管网水压实测值之后，其就会根据给定值和实测值的具体情况进行综合分析处理，然后依照相关的调节规律，发出相应的系统调节信号。比如，调节器在接收到水压实测值之后，通过与给定值做差比较发现实测值比给定值小，这意味着系统水压达不到理想水压要求，因此，调节器就会发出信号使水泵电机转速提升。反之，如果做差比较发现实测值比给定值大，这意味着系统水压已经超过了理想水压，因此，调节器就会发出信号使水泵电机转速降低。需要注意的是，调节器输出的信号通常为在4mA—20mA范围间变化的电流信号或者是0V—10V范围间变化的电压信号，这些模拟信号的量值一般与之前提到的给定值和实测值的差值成比例变化，以此驱动执行设备。对于变频恒压供水系统而言，变频器就是其执行设备。
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5软件和硬件系统的实现
5.1控制硬件设计
变频恒压供水系统主要需要用到压力传感器、PLC可编程控制器以及变频器三大关键设备。其中，压力传感器用于对压力的测量以及对压力信号的传递与转换，其型号的选择主要是根据环境条件和变频恒压供水系统性能技术参数的要求，并结合经济适用性来确定的。本文选用PT210CB—G1／4压力传感器。PLC是电气控制部分的关键设备，系统的恒压供水主要是依靠其发出的控制指令实现。在选取PLC型号时主要需要考虑I／O口的数量要求、供电要求以及压力信号采集模块的需求。本文选用西门子s7—200CPU224DC／DC／DC型控制系统PLC。变频器主要用于接收PLC发出的信号，从而对水泵机组的转速作出调整，并调节系统中的水流量，保证足够的供水压力。在选择变频器时，其调速范围、调速精度以及类型等都是重点考虑的内容，本文选用了西门子的MM440型变频器。
5.2软件系统
在软件系统的设置中，首先要使用合理的编程软件，进行控制程序的编写操作，以此来更好的对系统手动和自动的切换问题进行解决，并且完成参数的初始以及信号和通讯数据的预处理工作。此外，通过程序的编写，还能够进行泵的启动及切换，对停止方面的条件和顺序设置也能够有效的推动。当供水的压力出现不够充足的情况时，人们可以增大变频器输出的频率，反过来，人们就应该减小变频器的输出频率，从而使水压始终保持在一个稳定的状况中。在实际的编程过程中，人们需要考虑变频器频率调整过于频繁的情况，因为过于频繁会导致超调情况的出现，因此需要设置一个连续的采样，更好地使三次满足条件之后，获得及时的输出和调整。
5.3系统调试
在调试之前，首先连接触摸屏与计算机、ＰＬＣ的接口，其中触摸屏的ＲＳ２３２接口通过数据线接在电脑的主机接口，而ＲＳ４２２接口通过数据线连在可编程控制器ＰＬＣ的程序导入／导出接口，通过电脑中ＰＬＣ编程软件的ＦＸ０Ｎ－３Ａ特殊功能编写偏移／增益程序，外围接通该模块后，按下ＧＡＩＮ调节偏移量，按下ＯＦＦ－ＳＥＴ调节增益。依据触摸屏界面，将各个元件的参数设置好；将电脑上的程序分别导入触摸屏和ＰＬＣ；在调试触摸屏时ＰＬＣ程序设定为监视状态，点击按钮注意电脑程序中的软触点元件的情况，如果没有按照设定的动作进行，则需要查看程序中的触点属性与触摸屏的属性是否一致，观察触摸屏上所显示的时间是否正确；再对触摸屏上的输入寄存器的值进行改变，同时应注意ＰＬＣ程序对应的值是否发生相应的改变；将各个硬件的外围接线连接好；启动ＰＬＣ，把ＰＬＣ的开关置于运行状态，调整整个供水系统的压力；按下启动按钮后，应保证各设备的输出正常。系统的实际压力和所设定的压力应保持一致。若水压与所设置的压力不一致，而是出现时而偏高时而偏低的现象，则应及时调节ＰＩＤ参数，以保证系统正常运行。
结语
综上所述，我们可以得知，频调速技术是一种比较成熟的交流电机无极调速技术，这种技术有非常独特的优良性能，够广泛在供水控制领域当中进行使用，从而使恒压供水技术获得有效的发展。在实际的系统中，能够把反馈实际压力和给定的压力进行有效的比较和分析，当管网的压力不够充足的时候，会主动对变频器输出频率进行增大，从而使水泵的转速得到有效的加快，最终迫使管网的压力得到上升。反过来，在操作的过程当中，就是要减小变频器的输出频率，使管网的压力得到有效的下降，确保水压始终能够保持在恒定的状况下。
参考文献：
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[3]朱雪凌，张娟，许智勇，等．基于ＰＬＣ的变频恒压供水系统的设计［Ｊ］．华北水利水电大学学报（自然科学版），2013，34（2）：87－90.
论文作者:王瑾
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第17期
论文发表时间:2018/9/18
标签：水压论文; 压力论文; 供水系统论文; 水泵论文; 系统论文; 变频器论文; 信号论文; 《建筑模拟》2018年第17期论文;