变频恒压供水系统在油田居民区的应用

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摘要：本文论述了为实现节能的恒压给水，设计出一套“一拖三”无负压变频恒压供水系统及标准的程序设计，在油田家属区具有推广性。

关键词：变频恒压无负压PLC程序设计节能推广应用

供水公司纯化水厂管理下的纯梁加压站，向居民楼供水由抽水泵把地下蓄水池的水压到居民楼上供居民使用，因蓄水池年久，存在二次污染，经改造建了一套无蓄水池的无负压变频恒压给水系统。原来的情况是：自来水先流进蓄水池内，在用抽水泵把蓄水池的水压到楼上使用，这样自来水管网中的原有压力无法被水泵利用，势必造成能量的浪费，而且蓄水池需二次消毒设备投资较大。无负压给水设备系直接利用自来水管网压力的一种叠压供水方式，卫生、节能、投资少，占地面积少，它是把自来水管网的水首先流进稳流罐，并通过负压消除器将罐内的空气排除，当出口压力传感器检测到自来水管网压力满足供水要求时，系统不经过加压泵由旁通管道直接供水；当检测到管网压力不满足供水要求时，检测压力差额由加压泵差多少补多少；当自来水量不足时，空气由负压消除器进入稳流罐破坏罐内真空，可自动抽取稳流罐内的水供给，且管网内不会产生负压。变频恒压给水系统，即能力用自来水管道原有压力，又能利用足够储水量缓解高峰用水，不会对管网产生吸力，且节能。

1、 恒压供水系统的结构：该系统主要由3台水泵、1台变频器、1台PLC、模拟量输入/输出单元及压力控制器、远传压力表组成。其中PLC、压力传感器和模拟量输入/输出组成闭环反馈控制系统。

根据实际情况我们重新选用了部分器件，设计出了标准PLC程序，实现了由“一拖二”变“一拖三”水泵循环运行及变频恒压供水。

2、 工作原理和PLC控制要求

2、1 水泵循环运行程序按“先进先出”原则控制

根据这个小区的实际用水情况，在系统中预先设定管道出水压力，本系统设定恒压0.3MPa。先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器上限值50Hz而出口压力仍低于0.3MPa时，将1#水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降的0，并启动2#泵进行变频运行；当2#泵工作频率达到50Hz后，出口压力仍未达到0.3MPa时，系统把2#泵切入工频运行，并启动3#泵进行变频运行，直至出口压力达到设定压力时，系统维持恒定压力。反之，若变频器工作频率下降至下限值25Hz而出口压力仍高于0.3MPa时，侧令1#泵停机，系统处于一工一频运行状态，此时压力还高于0.3MPa时系统将2#泵停止，留下3#泵变频运行，使系统继续维持恒定压力，若出现出口压力低的信号系统将返回初始状态，又开始一轮循环。 以后系统将根据用水量的不断变化，对3台泵进行不断地启动、变频、工频、停止等循环操作，使系统的供水压力将始终稳定在所设定的压力上。

2、2设置换机间隙时间

当机泵由变频切换至工频运行时，为防止操作过电压，必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动闭合，以防止操作时的过电压；当机泵由工频切换至变频运行时，也必须延时几秒接触器才闭合，以防止电动机高速运转时产生的感应电动势寻坏变频器。延时时间以电动机功率而设定。该系统电机功率是11KW，取值2S。

2、 3确保“工频---变频”转换时的互锁

控制每台电机“工频---变频”转换的接触器辅助触点必须互锁；PLC程序中的“软触点”也需互锁，以保证可靠切换，防止变频器输出端与工频电源发生短路。

2、 4 为消除水压出现 “假信号”需设置水泵切换前的延时时间

为防止水泵切换过于频繁，除在变频器PID调节时注意调节积分I值、微分D值的大小，合理设置出水管道压力控制器上下限值外，若出现“出口压力低”或“出口压力高”的水泵切换信号以后，延时100---250S，

维持目前运行状态，以消除假信号。当再次出现水泵切换信号后，才真正水泵切换。

3自动运行程序设计功能说明

4 设备调试

4、1PLC模拟调试 将设计好的梯形图程序通过专用电缆写入PLC，依据顺序功能图，用小型开关模拟PLC实际的输入信号，通过PLC机壳上各输出点编号对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计要求。为缩短调试时间，可将定时器时间临时缩短。

4、2变频器参数设置与现场调试下限频率：25Hz、上限频率：50Hz；

PID的调试：初次调节时，P可按中间偏大值来预置，如有振荡，要适当地减少P；I的取值大，能有效克服振荡，但供水压力恢复较慢；D的取值与拖动系统惯性有关，惯性较小者，微分时间也应短些。反复调节P、I、D值，直至既不振荡，供水压力又恢复的快为止。

5、 结束语完成PLC模拟调试后，再到现场实行系统的统一调试获得了成功，达到了设计的目的。通过近一年的使用，PLC控制的无负压变频恒压供水系统压力稳定，与以往蓄水池恒压供水相比节电60%。本系统还具有标准的通讯接口可与城市供水系统上位机进行联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理监控及经济运行手段。本设计的节能性和标准化编程设计可推广到“一拖四―― 一拖六”；适用于油田家属区的恒压稳定供水。

参考文献：

[1] 张燕宾.《变频器的安装使用与维修》. 中国电力出版社 ，2004年

[2]姚福来.《变频器、PLC及组态软件技术》.机械工业出版社，2007年