恒壓供水是一種水利系統(tǒng)的供水方式。供水是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。

恒壓供水能夠保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

一、介紹

變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)，它以其優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)成熟、水壓恒定、操作方便、運(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：

1、維持水壓恒定；

2、控制系統(tǒng)可手動/自動運(yùn)行

3、多臺泵自動切換運(yùn)行；

4、系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；

5、在線調(diào)整PID參數(shù)；

6、泵組及線路保護(hù)檢測報警，信號顯示等。

將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時，變頻器加大輸出頻率，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。

二、系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為控制裝置，實現(xiàn)所需功能。安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器，用于檢測管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流或者是0~10V的電壓信號，提供給變頻器。

變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50 Hz的頻率信號供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速SAJ變頻器功能強(qiáng)大，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，將使用過程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進(jìn)行閉環(huán)控制。變頻器根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制宏自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

三、變頻器

1、變頻調(diào)速的特點(diǎn)及分析

用戶用水量一般是動態(tài)的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

2、變頻應(yīng)用方式

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運(yùn)算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向。

3、PID控制原理

根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該與這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可實現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來實現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。

4、變頻控制原理

用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計算出來）。其優(yōu)點(diǎn)是：

（1）起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；

（2）由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；

（3）可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)；

一般地說，當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動機(jī)時，只需使變頻器的配用電動機(jī)容量與實際電動機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時控制兩臺電動機(jī)時，原則上變頻器的配用電動機(jī)容量應(yīng)等于兩臺電動機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時。

雖然水泵在低速運(yùn)行時，電動機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時，電動機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動機(jī)過熱。因此，需要對電動進(jìn)行熱保護(hù)。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來進(jìn)行電動機(jī)的熱保護(hù)。

在主要功能預(yù)置方面，頻率應(yīng)以電動機(jī)的額定頻率為變頻器的工作頻率。升、降速時間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時，只要在預(yù)置時設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時間將自動失效。

5、恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行；

（2）節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；

（3）運(yùn)行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。

（4）控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。

（5）自我保護(hù)功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機(jī)發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護(hù)供水。

6、系統(tǒng)應(yīng)用范圍

（1）自來水廠、加壓泵房

（2）居民生活區(qū)、賓館及其它建筑

（3）企業(yè)生產(chǎn)用水

（4）鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)

（5） 農(nóng)田灌溉系統(tǒng)

7、同其它供水方式相比較，變頻恒壓供水系統(tǒng)，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下顯而易見的優(yōu)勢：

（1）恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

（2）由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。

（3）水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速時間加速，避免電動機(jī)啟動時的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。消除水錘現(xiàn)象。

（4）實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了人力。

四、設(shè)備

1、變頻水泵控制柜的結(jié)構(gòu)及原理

變頻水泵控制柜系統(tǒng)通過測到的管道壓力，經(jīng)變頻器系統(tǒng)內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算，調(diào)節(jié)輸出頻率，然后實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力信號）可適時通知PLC的進(jìn)行變頻泵切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的開關(guān)將聯(lián)動其出口閥門。

2、變頻水泵控制柜特點(diǎn)

根據(jù)水池（箱）內(nèi)水位的高低自動控制電磁閥（或電動閥）的啟閉，以控制水箱(池)的進(jìn)水并使水池（箱）自動保持水量供用戶使用。

3、變頻水泵控制柜主要由變頻控制箱，壓力傳感器，水泵等組成。變頻控制柜由斷路器，變頻器，接觸器，中間繼電器，PLC的等組成。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

1、自來水供水、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)，亦可用于熱水供應(yīng)、恒壓噴淋等系統(tǒng)。

2、工業(yè)企業(yè)生活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及工廠其它需恒壓控制領(lǐng)域（如空壓機(jī)系統(tǒng)的恒壓供氣、恒壓供風(fēng)）。各種場合的恒壓、變壓控制，冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)。

3、污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。

4、農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統(tǒng)。

5、賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。

六、工作條件

1、輸送介質(zhì)：冷熱清潔、非易燃易爆并不含固體顆粒或纖維的液體。

2、液體溫度：常溫型 -15 ℃至 +70 ℃ 熱水型 +70 ℃ 至 +120℃。

3、周圍環(huán)境：無水滴、蒸汽，無漂浮性塵埃及金屬微粒場所。無日光照射，高溫及嚴(yán)重落塵場所。無腐蝕、易 燃性氣體及液體場所。無震動、保養(yǎng)檢查容易之場所。

4、環(huán)境溫度：+45℃且通風(fēng)良好。