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《自動化應(yīng)用雜志》2015年第三期

1電路結(jié)構(gòu)

變頻恒壓供水系統(tǒng)一般由數(shù)臺水泵驅(qū)動實現(xiàn)供水。這些水泵并不是同時工作的，而是根據(jù)用戶用水量的多少和當前管網(wǎng)的水壓由PLC自動地控制哪臺水泵工作，哪臺水泵暫時停止的。以3臺水泵為例，控制水泵驅(qū)動電機的主電路如圖2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工頻運行分別由接觸器KM1、KM3、KM5控制，其變頻運行分別由接觸器KM2、KM4、KM6來控制。控制同一臺水泵電機的工頻接觸器和變頻接觸器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同時接通，將導(dǎo)致工頻電源和變頻器的輸出端相連接，使變頻器的逆變橋迅速損壞。所以，控制同一臺水泵電機的工頻與變頻的接觸器必須有可靠的互鎖環(huán)節(jié)。另外，變頻器的價格比一般的電氣設(shè)備高，從節(jié)省投資的角度考慮，一般選擇只用一臺變頻器拖動的方式。工頻運行的水泵對水壓起到“粗調(diào)”的作用，而精確控制壓力的“細調(diào)”是由變頻器來實現(xiàn)的。工頻運行的水泵電機其能量消耗是確定的。系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能的主要途徑：系統(tǒng)能夠根據(jù)用水情況，停掉一些工頻運行的水泵，既避免了壓力過高，又實現(xiàn)了節(jié)能；可以使某臺水泵變頻運行，變頻降低轉(zhuǎn)速具有很大的節(jié)能效果。

2控制原理與流程

供水壓力是通過PLC控制各水泵的輪流工作實現(xiàn)“粗調(diào)”和變頻器對單臺水泵的“細調(diào)”來實現(xiàn)的。

2.1“粗調(diào)”的實現(xiàn)（1）加泵：當反饋的實際出水管網(wǎng)壓力小于設(shè)定壓力導(dǎo)致變頻器的輸出頻率上升至上限頻率時，如果實際出水管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定壓力一定范圍一定時間，則當前泵切換為工頻運行，重新啟動另一臺水泵變頻運行。（2）減泵：當反饋的實際出水管網(wǎng)壓力大于設(shè)定壓力導(dǎo)致變頻器的輸出頻率下降至下限頻率時，如果實際壓力仍高于設(shè)定壓力一定范圍一定時間，則停止變頻泵的運行，并將正在工頻運行的一臺水泵變?yōu)樽冾l運行。

2.2“細調(diào)”的實現(xiàn)水壓閉環(huán)控制原理如圖3所示。PID控制器既可以用PLC編程實現(xiàn)，也可以用變頻器的內(nèi)置PID算法實現(xiàn)。

2.3工-變頻切換的控制流程以實際壓力小于給定壓力為例，PLC對某兩臺水泵之間工頻和變頻進行切換的邏輯關(guān)系（多臺水泵可類推）如圖4所示。

2.4休眠狀態(tài)當系統(tǒng)處于單泵變頻運行時，如果用水量急劇減小甚至為0時，變頻器頻率會降至頻率下限以下，當這種情況持續(xù)一定時間時，系統(tǒng)停掉所有運行的水泵，僅由儲氣罐來保壓。比如，在夜晚休息基本無用水需求時，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，將極大地節(jié)省電能消耗。處于休眠狀態(tài)的控制系統(tǒng)當檢測到管網(wǎng)壓力降低一定范圍時，退出休眠狀態(tài)，恢復(fù)供水。

3不同供水方式的功耗對比

水泵的揚程特性與功率消耗關(guān)系如圖5所示。水泵供水流量的調(diào)節(jié)可以通過兩種途徑實現(xiàn)：（1）水泵電機轉(zhuǎn)速不變，改變出口閥門開度的閥門調(diào)節(jié)法(不用變頻器使所有水泵均工頻運行，用戶閥門開度改變時流量改變即屬于此法），如圖5中的曲線①和②。關(guān)小閥門減小供水流量（流量Q1減小為Q2，水泵實際工作點由B點移動到E點），所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DEF的面積，面積有減小，但減小量很小。（2）出口閥門開度不變或全開，改變水泵電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法，如圖5中的曲線③和④。當水泵電機的轉(zhuǎn)速從額定轉(zhuǎn)速下降，同樣使供水流量從Q1減小為Q2，水泵的實際工作點由B點移動到H點，其所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DHG的面積，面積減小量非常顯著。相比與高層建筑而言，生產(chǎn)車間一般高度較低，需要的空載功率較小，可以提供較寬的電機調(diào)速范圍，所以節(jié)電效果更為顯著。某軋鋼車間高壓除鱗水泵應(yīng)用變頻改造前后的電能消耗對比如表1所示，可以看出變頻改造后節(jié)省的電能和費用都相當可觀。

4結(jié)語

隨著資源和環(huán)境矛盾的日益突出，變頻與計算機等高效和智能化技術(shù)在未來建設(shè)中必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

作者：喬志剛熊薇薇單位：武漢理工大學華夏學院信息工程系