水泵變頻恒壓供水系統的供水方式
2013-4-26 15:06:21??????點擊：
水泵變頻恒壓供水系統的供水方式
供水系統在人們生活和工業應用當中是 不可少的。隨著人們生活水平的提高和現代工業的發展，人們對供水系統的質量和可靠性的要求越來越高。變頻恒壓供水系統能夠很好的滿足現代供水系統的要求。
在水泵變頻恒壓供水系統出現以前，有以下供水方式：
(1) 單臺恒定轉速泵的供水系統
這種供水方式是水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，嚴重影響了城市公用水管管網壓力的穩定，水泵整日不停運轉。這種系統簡單、造價較低，但耗電嚴重，水壓不穩，供水質量較差。
(2) 恒定轉速泵加水塔（或高位水箱）的供水系統
這種供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔注滿水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度時水泵啟動，水泵處于斷續工作狀態中。這種方式比前一種省電，供水壓力比較穩定，但基建設備投資大，占地面積大，水壓不可調，供水質量差。
(3)恒定轉速泵加氣壓罐的供水系統
這種供水方式是利用封閉的氣壓罐代替水塔蓄水，通過檢測罐內壓力來控制水泵的開與停。當罐中壓力降到壓力下限時，水泵啟動；當罐中壓力升到壓力上限時，水泵停止。這種方式，設備的成本比水塔要低很多。但是電機起動頻繁，易造成電機的損壞，能耗大。
變頻恒壓供水系統不僅克服了過去供水系統的缺點，而且有其自身的優點。此系統采用了先進的s7－200plc和變頻器mm440，s7-200具有低廉的價格和強大的指令，可以滿足多種多樣的小規模的控制要求，變頻器mm440具有很高的運行可靠性、功能的多樣性和全面而完善的控制功能。這種供水方式不僅提高了供水系統的穩定性和可靠性，而且實現水泵的無級調速，使供水壓力能夠跟蹤系統所需水壓，提高了供水質量。同時變頻器對水泵采取軟啟動，啟動時沖擊電流很小，啟動能耗小。
2 水泵變頻恒壓供水系統的基本特性
水泵變頻恒壓供水系統的基本特性是水泵在某一轉速下揚程h與流量q之間的關系曲線f (q)，前提是供水系統管路中的閥門開度不變。揚程特性所反映的是揚程h與用水流量q之間的關系。由圖1的揚程特性表明，流量q越大，揚程h越小。在閥門開度和水泵轉速都不變的情況下，流量q的大小主要取決于用戶的用水情況。
管阻特性是以水泵的轉速不變為前提，閥門在某一開度下，揚程h與流量q之間的關系h=f (q)。管阻特性反映了水泵轉動的能量用來克服水泵系統的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規律。由圖1可知，在同一閥門開度下，揚程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系統的供水能力。
揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統的平衡工作點，如圖1中a點。在這一點，用戶的用水流量和供水系統的供水流量達到平衡狀態，供水系統既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統穩定運行。當用水流量和供水流量達到平衡時，揚程ha穩定，供水系統的壓力也保持恒定。
圖1 供水系統的基本特性
3 變頻恒壓供水系統的構成及工作原理
3.1 系統的構成
水泵變頻恒壓供水系統采用西門子的s7-200 plc作為控制器，變頻器mm440是頻率調節器，交流接觸器和電動機作為執行機構，壓力傳感器作為控制的反饋元件。s7-200 plc選用內部控制模塊cpu224，模擬量2路輸入通用模塊、模擬量2路輸出通用模塊和pid模塊。cpu224有14路輸入/10路輸出，對于小型的控制系統而言夠用。pid模塊使用方便，在軟件中只需要配置pid的每個參數。
三相交流電與mm440的電源輸入口連接，經過變頻器變頻后的交流電接異步電動機，異步電動機帶動水泵轉動。s7-200數字輸出口輸出控制信號到交流接觸器，交流接觸器兩端連接的是工頻或變頻的三相交流電，主要起接通或斷開三相交流電與異步電動機。s7-200的模擬輸出口輸出控制電壓信號給mm440的模擬電壓輸入口ain1+和ain1-，該控制電壓主要調節交流電的頻率。壓力傳感器從供水網絡中反饋壓力信號，壓力信號經過濾波放大后輸入給s7-200的模擬輸入口。系統的結構如圖2所示。
3.2 系統的工作原理
水泵變頻恒壓供水系統是由三相異步電動機帶動水泵旋轉來供水，通過變頻器調節輸入交流電的頻率而調節異步電動機的轉速，從而改變水泵的出水流量來調節供水系統的壓力。因此，供水系統變頻的實質是三相異步電動機的變頻調速，通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。
異步電機的轉速為：
其中：
n0為異步電機同步轉速；
n為異步電機轉子轉速；
f為異步電機的定子輸入交流電的頻率；
s為異步電機的轉差率；
p為異步電機的極對數。
由上式可知，當異步電機的極對數p不變時，電機轉子轉速n與定子輸入交流電頻率f成正比。
當系統啟動，運行在自動模式時，此時手動模式無效。系統按照給定的水壓進行設定，plc根據給定的水壓自動調節交流電的頻率，準確跟蹤給定的供水壓力。在用水量高峰時期，系統的用水量猛增，揚程降低，供水量不足，供水水壓下降，1#電機輸入交流電的頻率會升高，以提高供水水壓。當交流電的頻率達到額定頻率，供水水壓仍然小于設定的水壓時，1#電機會自動切換到工頻狀態下，同時2#電機啟動并工作在變頻狀態。在夜間，系統的用水量遞減，揚程升高，供水量過大，2#電機會退出變頻狀態，1#電機由工頻切換到變頻狀態，并不斷調節交流電頻率，系統終要維持供水的設定壓力。當系統運行在手動模式時，自動模式無效。在自動模式出現問題或系統在維護期間時，系統才會采用手動模式。用戶根據需要，可以從plc的輸入開關輸入信號，選擇1#電機或2#電機運行在工頻狀態。
變頻恒壓供水系統的功能要求：系統的供水壓力能夠準確跟蹤給定供水壓力（穩態誤差在5％內）；可以自動進行自動模式/手動模式切換。
系統的控制原理框圖如圖3所示。壓力傳感器從供水管網反饋電壓信號，電壓信號經過濾波放大后送到s7-200的模擬輸入口，與給定的供水壓力信號比較形成壓力偏差信號，經過plc（s7-200）pid模塊pi調節后發出控制電壓信號，送到變頻器mm440的模擬輸入調節端口。送到變頻器mm440的模擬電壓信號與連接到變頻器mm440的三相交流電的頻率一一對應，調節控制電壓信號就可以調節三相交流電的頻率。系統是以供水管網的供水壓力為控制對象而構成的閉環控制系統，其設計是按照兩個電機就可以 滿足供水要求。
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