随着人们对供水质量和饮用水水质要求的不断提高，变频恒压供水方式应用越来越广，它不仅很好地解决了老式屋顶水箱供水方式带来的水质二次污染问题，而且对水泵、电机也起到了很好的机械保护作用和有效地节约了电能的消耗，同时其具备的软起停功能和根据负载变化自动调节电机水泵转速或增加/减少投入运行的台数，从而避免了电机起动过程中对电网和机械设备造成的冲击以及人工操作的繁杂性。变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。本文将介绍基于PLC控制的多泵循环变频恒压供水系统方式下的各种需求分析及其过程实现方法。

　　变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

　　通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

　　按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。

　　合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

　　变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

　　当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

　　该系统采用的是西门子可编程序控制器S7200系列，PLC编程采用STEP7 MicroWIN V4，它是S7200PLC的视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。为了提高整个系统的性价比，该系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟量则由PID调节器和变频器来控制。

　　泵组的切换。开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先），1#泵变频启动，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起误动作）后，1#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，2#泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动3#、4#泵，泵的切换过程同上；若开始时1#泵备用，则直接启2#变频，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，3#泵变频启动，如水压仍不满足，则启动4#泵，泵的切换过程同上；若1#、2#泵都备用，则直接启3#变频，具体泵的切换过程与上述类同。

　　同样，若3台泵（假设为1#、2#和3#）运行时，3#泵变频运行降到0Hz，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使1#泵停止，变频器频率从0Hz迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使2#泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。

　　由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。通常变频状态下变频器频率给定信号来自于PID调节仪的DC4～20mA输出，以此来调节电机水泵的运转速度，满足恒压目的。

　　变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2泵1。 直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行 (对于这个切换过程，我在这里要声明，这个切换必须和软启动的过程一样，才可以切换，要不会影响设备的寿命，严重的会烧毁变频器和电机) ，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。

　　要使系统稳定的运行变频转工频开关切换时间TMC，设置TMC是为了确保在加泵时，泵由变频转为工频的过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对应的交流接触器不会同时吸合而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流过大而对电网产生的冲击，所以在允许范围内TMC必须尽可能的小。上下限频率持续时间TH和TL 变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系统以变频器运行的频率是否达到上限（下限）、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵（减泵），这个判断的时间就是TH（TL）。如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量的变化时就很可能引起频繁的加减泵动作；两种情况下都会影响恒压供水的质量。

　　通过以上各部分的分析与描述可知，在进行控制系统设计之前，必须调查清楚用户的需求，然后综合考虑各需求之间的关系和处理方法。基于PLC控制的多泵循环变频恒压供水系统采用PLC的开关量输入/输出方式来控制电机的起动与停止、状态迁移、检修与故障处理等功能，通过PID仪表、压力变送器来实现变频驱动电机水泵的速度调节(当然也可以通过触摸屏和模拟量输入输出混合模块来实现变频速度调节)，从而达到恒压供水的目的。控制系统在程序设计时充分考虑到负载均衡性原则，采取“先入先出”的排队策略，执行变频方式轮值，确保各泵使用率基本均衡。

　　随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。目前变频恒压供水系统追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

　　变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在变频器发展的初期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率的控制，升降速控制，正反转控制，起动控制以及制动控制，以及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性，可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果的发现，国外许多生产变频器的厂家开始自行研究并推出具有恒压供水功能的变频器，一些生产变频器的厂家就推出了适合于恒压供水系统的应用模式，它具有变频泵固定方式，变频泵循环方式等，将PID调节器和PLC简易可编程控制器等硬件集成在变频器内。只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这类设备微化了电路结构，降低了设备成本。但是也存在着一定的缺点，有些技术指标还不能达到用户的要求。

　　以往的恒压供水设备往往采用诸如利用电接点压力表等来控制泵的起停，把压力控制在一定的范围之内亦或是采用带有模入/模出的可编程控制器或PID调节器与变频器配合使用来实现恒压供水，前者为机械式的联锁,运行中存在较大的压力波动而后者设备成本高，PID算法编程难度大，调试困难。

　　随着电力电子技术的发展，变频器的功能也越来越强，充分利用变频器内置的各种功能，合理采用带有内置PID调节器和简易PLC功能的变频器和压力传感设备来实现恒压供水，既做到了无级调速下稳定的、高品质的供水质量，又降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试的时间。

　　水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块，与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试更为简单、方便。

　　本系统用在办公大楼的生活用水，根据办公大楼的用水特点选用ACS510系列的变频器为主件的供水系统。ACS510系列变频器有很多种的运行模式可以选择，根据本次设计使用的特点而选用了PFC控制模式，这是一种交替式水泵控制模式。如图3.1所示，整个系统由三台水泵，一台内置PID调节器的变频器，一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；本系统采用压力变送器(反馈4～20mA电流)。

　　本变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。

　　执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图3-3中的3个水泵分为二种类型:

　　调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。

　　恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。

　　水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。

　　变频器: 变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。它是整个变频恒压供水控制系统的核心。

　　电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。

　　控制面板是人与机器进行信息交流的途径。通过控制面板使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从控制面板上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。控制面板还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。

　　通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等。

　　当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

　　应用宏的使用使变频器的应用更加简单，调试更加方便，用于水泵的应用宏主要有PID、PFC、SPFC这三种方式。

　　PID应用宏适用于一台变频器拖动一台水泵的应用，可以做恒压，恒流量，恒温等的控制。

　　PFC应用宏通常用于一台变频器拖动多台水泵的情形。分为两种功能：一种是无定时切换的PFC，另一种是有定时切换的PFC。选择无定时切换状态时，如果增加继电器的扩展，结果能最多控制七台电机。一台电机变频调速运行，其他的电机恒速运行作为压力补充。选择有定时切换状态时，最多可控制6台电机。一台电机变频调速运行，其他的电机备用恒速运行，并且变频调速运行可在多台电机之间互相切换。

　　SPFC应用宏也称为带循环软启功能的PFC,该功能可以使变频器变成一台软启动器加一台变频器联合工作，并且一台变频器可拖动六台电机。但是在这种模式下没有定时切换功能。循环软启动功能工作过程是这样：当1号电机的工作频率达到电网的工频时，电机同传动单元脱离经过延时后直接接入电网运行，这时2号电机接入传动单元，2号电机根据变频器内部PID的预算结果逐渐增加频率，直到满足实际的工作压力。如果有3--6号电机则按照上述的步骤进行启动。停止时按照标准的PFC运行方式停车。

　　另外，变频器内置模块中还具有火灾模式，通常用于紧急情况下的变频器运行，在消防水系统中可利用这种模式。它可以通过DI口激活，如果此功能被激活变频器就会忽略绝大多数故障，忽略任何外部命令和给定值，忽略所有的通讯指令，但是可以通过密码保护。变频器在紧急情况下会尽可能的延长运行时间，直至自身损毁。火灾模式下，变频器即可以正反转运行，又可以在PID模式下运行，也可以在恒速下运行。

　　总之，应用宏的选择将使变频器的应用更加简单，调试更加方便。而且用户只需设计好所需的应用宏，相关的参数就设置完成了。并且全部逻辑数据都来自变频器的内部，无需在使用外部PLC控制，节省了外部设备的连接数。使设备的使用更贴近普通用户。

　　本变频恒压供水系统原理，主要是由内置PID调节器及简单可编程控制器的变频器（ABB ACS510）、压力变送器、液位传感器、电控设备以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

　　通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入变频器内置PID调节器，调节器将实际压力与给定压力进行比较，并经过PID运算，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力范围内；当用水量很少时（如深夜），系统压力长时间无变化，变频器便进入休眠状态，水泵停止运行；用水量增加时，系统压力降到一定值后，变频器被自动唤醒开始工作，这样既节约了能源，又减少了设备磨损。

　　以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而在本系统中，直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高了供水品质。

　　在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，按实际需要随意设定压力给定值，根据压差调整水泵的工作情况，实现恒压供水，使给水泵始终在高效率下运行，在启动时压力波动小。使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

　　[2] 宗红星。变频器内置PID功能在恒压给水系统中的应用。城镇供水2006

　　目前，大多数城镇的水厂都是把从较远的水源地区运输过来水进行再次过滤、加压后在供给当地的用户使用的中转站，确保本地区的用水的出厂管的压力的数值在一个平衡的范围内，这项工作较复杂，系统精确性能较低，因此水厂的整个供水系统还需要整体的提高。通过对水厂供水节能过程中变频技术误区的研究分析，欧亚体育促进水厂整体效益的提高。

　　变频技术节能是水厂运中的一个节能观点，是通过变频电机的在不同的负荷状况下进行自动的电机转速调控，从而改变电机的输送功率，达到节约用电的目的。在各大城市的众多供水行业中，应用最广泛的是通过变频技术进行控制水厂供水泵的运转状况欧亚体育。部分水厂由此在扩建设计中选用大扬程、大流量型号的水泵，运用变频技术进行对水泵的控制，并且认为这样就能够实现节能降耗、低能耗供水的目的。然而，水厂的供水情况是参照相关城市的用水情况而变化的，同时出厂水量随着季节、时日以及城市的发展状况而变化。由此可见，采用的变频技术控制水厂供水泵的供水不是在任何条件下都能够节能的，电费在水厂的运营成本中占有很大的比重，因此采用高能效转化的节电方式对提高水厂的经济效益有很大的意义。

　　城市的供水行业是一项基础的城市公共设施。通常水厂在设计修建或者是扩建、改建是以城市的中远期发展进行规划的，因此在扩建和新建水厂时，供水能力的设计都是以城市的规划建设为基础，应当走在城市发展的前列，不能够给城市的发展建设拖后腿；所以在设计水厂的供水能力时要满足且高于城市当前的实际供水量；在设计、规划、建设水厂时容易采用大扬程、大流量型号的水泵，达到水厂供水能力一步到位，同时运用变频技术进行对水泵的控制节约供水电能的消耗，降低水厂的运行成本，这是扩改建、新建水厂的普遍存在现象；这样就易造成水厂在供水过程中水泵设备出现大马拉小车的现象。这种现象给水厂管理者和设计者造成的误区是：虽然现在是大马拉小车，但是为了满足城市将来的发展需求，供水能力要大于实际的需水量是不可避免的；当前使用的是变频自控系统进行供水的控制，变频技术不会对电能造成浪费。文中通过对水泵的设计原理、变频自控系统、电机效率等方面，探讨了变频自控供水系统在怎样的情况下才能够达到节能的效果。

　　城市的供水一般采用的是离心式水泵进行供水，离心式水泵是把电机产生的机械能转换成输送水的势能和电能的装置。在水泵装置能量的转换过程中，产生的能量损失是容积损失、机械损失以及水力损失三个部分。其中容积损失是由于泵体与叶轮之间的间隙产生的水由高压区流回到低压区无效能量的损失；机械损失是指轴与轴承、轴封以及叶与水之间因运动摩擦而产生的能量损失；水力损失指液体在流经叶轮转换装置、泵吸液室、压液室等元件时的沿程摩擦损失，由于收缩、扩大、转弯等的局部阻力处发生冲击造成的冲击损失。在这三部分的能量损失中，对于特定流体各特定泵拉来讲，容积损失和机械损失是基本固定的，只有水力损失受泵的转速、流量的影响比较大，同时也是变频技术在水厂供水节能上不能避免的致命要点。以流体力学的角度来看：液体在湍流过程中的沿程摩擦损失和局部阻力损失和流量的平方成正比；水力损失是流体在流动过程中摩擦能量的损失以及泵体内流体在冲击泵壳或者叶轮叶片产生能量损失的总和。根据水泵的设计原理可以发现：水泵在设计流量、流速的条件下工作能够不发生冲击损失，也就是说冲击损失为零。然而水泵的运行状况偏离离了设计工况，就会发生和流量成平方关系的冲击损失，且在工作流量低于设计流量时，产生的冲击损失远远大于工作流量大于设计流量时产生的冲击损失；因此为了降低水流的冲击损失，水泵的运转操作要尽量的早设计流量附近运转。

　　通常情况下，水泵的工作频率的运行设计点在整个装置中具有最高的转换效率。变频技术控制水泵的节能只有在一定的限制下才能够达到预期的节能效果，反之会因为能效转换的降低而增加水厂供水的运营成本。因此水厂应当选用合适扬程型号的水泵，促进能效的转换，降低运营成本。

　　水厂在使用变频技术进行供水后，应当结合实际的需要对水泵装置进行合理的搭配，使变频技术能够正确的使用，达到较好的节能效果。通常水厂的管理负责人经常会忽视这一问题。这是由于水厂的设计是由资深的权威部门进行，而水厂仅仅负责管理运行，但实际的管理中，若没有正确的理解和运用水泵系统的技术特性和运行特性，水厂就不能达到低耗能高效率的运行。

　　由于考虑城市供水是走在城市建设的前端，因此在设计建设水厂时应当按照“不同性能、流量匹配的泵组进行定速运行，同时选择水泵运行特性曲线较平缓、设计流量和设计压力合理的效率曲线”。一般单位是设备会出现经济使用寿命的问题，通过对相关资料的了解，供水行业的中使用的水泵的经济使用寿命通常为7年。因此，城市的供水量的供给规划，梯度安排应当选用匹配合理的泵型，适时的增加使用的泵型，使新建的水厂能够始终保持着经济，高效、可靠的运行效果。

　　随着变频技术的不断发展和人们对生活用水质量要求的提高，变频供水设备在的应用逐渐的广泛。通过变频技术的具体运行状态和应用的分析研究，减少变频技术在水电厂供水节能系统中应用的误区，为水厂赢取更多的社会效益和经济效益。

　　[1]谭世海，熊隽迪，李忠芬，冉启阳.变频技术在给水泵节能改造中的应用[J].电机与控制应用.2010(2).

　　变频调速系统是近年来新发展起来的技术手段，用以满足人们对于高品质的调速需求。供水系统也引入了变频技术，变频调速器的引入更好地解决了供水的自动化需求问题，并且由于其设备的投资较少并且其稳定的系统运行性能，深受用户的青睐。另外随着变频调速技术的发展变频器的占地面积也不大，并且还可以通过操控达到节水节电的效果。在理论认识上，变频器的引入优点颇多，但是实际操作以及应用时由于型号选择不当以及控制方式等问题，反而会费电费水，而达不到节能的目的。

　　循环软启动类型的变频供水设备是在现实应用中最为广泛的，整个系统组成较为简单，主要包括了水泵、变频柜、仪表、以及各种管路交错组成。这里需要提到的是，这种系统的水泵应当选取型号相同的二至四台为宜。下面就以三台作为例子进行详尽的分析。日常供水主要是使用一台水泵进行供水，但是当使用量增加，一台水泵的供水不足以满足水量的要求时，变频柜就会在将运行水泵转变成工频运行后开启第二台水泵。以此类推，当两台水泵共同运行也不能满足水量需求时则将第二台也转变成工频然后开启第三台。当水量使用减少时，再按照启动的顺序，将水泵依次停止，最后将第一台水泵恢复恒压。一次变频运行结束。另外由于供水系统在平时的供水中主要是使用一台水泵，因此会设定水泵的运行时间，依次保证水泵不会超负荷运转，这个时间的设定视实际情况而定。当超过了特定的时间变频柜就会停止水泵的运行，启动下一台，这个时间可以随时的根据需求进行调整，不仅可以保证系统的正常运行，同时也可以延长机械的使用寿命。双恒压的接口是变频控制器能够节能的特殊结构，双恒压的供水功能是实现节能的基础。这种变频式的供水系统应用于一些林区的供水，功率一般不会过大，由于适用的区域用水流量变换不大，所以一般采用循环水系统。

　　当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300-1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15kW左右，系统的零流量频率f0一般为25-35Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：①变频主泵+工频辅泵；②变频主泵+工频辅泵+气压罐；③变频主泵+气压罐；④变频主泵+变频辅泵+气压罐。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1-2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3-6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5-3kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计变频供水。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PID调节器发出低频切换信号，延时后，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PID调节器发出满频信号，延时后，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。

　　对比较大的林区用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL-1/3Qm时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3Qm-1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。

　　变频柜控制核心由PLC和多功能PID调节仪构成，以三种泵配置为例系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。

　　目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜间小流量“费电”问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率fL一般在 28Hz 以上。如30kW的潜水泵，小流量频率按30Hz计算，每天夜间近 6h 内约有 50kW·h 电能“浪费”，一年就是 18000kW·h，这还未计入白天小流量时的用电。

　　对多层建筑，《建筑设计防火规范》GBJ16-87第8.1.2条规定“消防给水宜与生产、生活给水管道合用”。但对高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。而12层以内小高层建筑(特别是住宅楼群)，生活消防压力差别不大，若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供水设备。同时有以下优点：(1)生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。(2)生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵,且便于设备管理和维护。(3)设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。(4)水泵软启动软停车，无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有1台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。

　　供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能“浪费”，达不到预期目标。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。

　　[1] 蒙联光.变频调速“无负压”供水技术的应用[J]. 中国科技信息. 2010(14)

　　[2] 邵起超.变频调速技术在铁路供水中的应用[J]. 科技信息. 2008(27)

　　[3] 黄华灶.浅谈变频调速装置在水泵电机上的节电应用与控制方案[J]. 中国科技信息. 2008(18)

　　随着控制技术的发展与完善,变频器及PLC在各个行业的应用愈来愈广, PLC与变频器的可靠性与灵活性得到了用户的认可。该文介绍一种采用PLC和变频器的恒压供水控制系统,以下分别阐述系统组成、系统功能、工作原理和安全措施。

　　变频恒压供水系统原理如1所示，假设整个系统由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、流量传感器、动力控制线台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

　　变频恒压供水控制系统通过安装在出水管网上的压力传感器测到管网压力，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，调节其输出频率，并控制水泵的转速，实现管网的恒压供水。变频器用于调节水泵转速以调节流量，PLC用于逻辑切换。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

　　此外，系统还配备了辅助电路，以保障自动控制系统出现故障时可通过人工调节方式维持系统，保证连续生产。

　　自来水厂的自动控制系统一般分为两大部分，一是水源地深水泵的工作控制，而另外一种则是水厂区变频恒压供水控制。水厂区变频恒压供水控制运用十分广泛，水厂在运用变频恒压供水控制时，水源通过水厂区对水池的水进行消毒处理后，使得加压泵向管路进行恒压供水，其间，就需要选用PLC和上位机组成实时数据采集和监控系统。对深水泵进行远程控制，并且对供水泵采用变频器进行恒压控制，通过PLC、变频器在现代水控系统中的运用，可以保证整个水厂的工作电机安全，可靠地运行。

　　利用变频器与PLC设计水控系统，需要根据供水管道的压力值控制水泵电机转速，将压力维持在所需的压力值上，将平时不必消耗的能量节省下来，从而达到节电的目的。设计主要的流程分为以下几个步骤：

　　在现代工业运用中，恒压水控系统一般包括 3台水泵电动机 M l、M 2、M 3，通过模拟设定，其中Ml的功率为 45kW，M2为22kW，M3 为 22kW。设计电路时，为该系统设计一台变频器依次控制每台水泵，来实现恒压控制。为了使得系统具有变频和工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。可以设计其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制 Ml、M2、M3 变频运行，KM1、KM3、KM5 分别控制 Ml、M2、M 3工频运行， FU 为主电路的熔断器，变频器是风机水泵负载专用变频器 MM430，通过合理的分析，可以得到的恒压供水系统主电路设计图如图 2 所示。

　　3.2变频器、PLC 恒压供水系统的组成设计变频器、PLC 恒压供水系统的组成设计主要包括四个大的板块：一是压力传感器，是水控系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。二是 PLC 控制器,是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。三是变频器，作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，最终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。最后还有水泵组成，供水系统的执行机构，通过变频器控制电动机的转速，最后达到控制水泵流量大小的。变频器、PLC 恒压供水系统的组成如图 3 所示。

　　现代水控系统运用 PLC与变频器还存在着一定的局限性。主要体现在主要是 PLC 的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O 模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC 互不兼容。使用变频器时也存在着一些缺点：如使用变频器会产生干扰电波，影响到同一电网的敏感元件。

　　变频器的输入部分为整流电路,整流电路由于由具有起开关作用的非线性元件组成,因而在开断电路的过程中产生高次谐波。变频器的输出部分为逆变电路,也由起开关作用的非线性元件组成。对于PWM控制方式,其输出的载波频率为10kHz。因此,在变频器输入和输出部分都存在高次谐波,从而使输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。

　　对于容量较小的变频器,高次谐波的影响较小。但当使用的变频器容量较大或数量较多时,产生了由高次谐波电流引起的高次谐波干扰。

　　抗干扰措施的基本原则有2个:一是在干扰源上抑制高次谐波,二是找到干扰的传播途径,然后将它切断。但是,以现有的技术水平要将高次谐波全部抑制是很难做到的,一旦变频器制造完成后,它的干扰特性也就已经确定了。因此,作为使用者,必须将重点放在如何切断干扰途径上。

　　(1)该系统中有泵的工频变频上行切换,为了系统的快速响应,切换时间最好越短越好,切换时时间差很小,所以各个泵的变频接触器与工频接触器最好用可逆接触器,电气线路与PLC程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。

　　(2)变频器上下行切换时间设定,如果设定值过大,则系统不能迅速对管网的用水量做出反应;如果设定值过小,则可能引起系统频繁的投入泵、撤出泵的动作;为此PLC程序中必须判断设定压力与运行压力之差,在临界切换状态时,只要不超过允许的误差范围内,不做泵的切换。

　　(3)变频器在上行切换时,必须要有瞬间禁止输出功能,对于没有此功能的变频器可用自由停车功能;所以选择变频器时要关注这个问题。

　　变频器-PLC调控技术在水压控制系统成功应用，有效地解决了控制负荷波动大，调节频繁的难题，证明了变频调速控制系统优越的技术性能和极其显著的经济效益，具有很好的推广应用价值和进一步的研究价值。

　　一般城市管网的水压无法完全满足所有用水居民的用水需求，绝大部分用户须通过提升水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔，高位水箱等等增压设备，它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力提升水量，其结果大大增加了能量损耗。

　　1.3 当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒，这意味着在不足0.5秒的时间里，水的流量从零猛增到额定流量，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，压力过高会爆管而过低导致管子的瘪塌。直接停机同样会引起压力冲击。从上表测试结果可见使用变频器调速后，可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程，合理控制供水压力减少管道冲击，最大限度保护管网，管件，同时也提高电机水泵的使用寿命。从上述测试还可以看出泵老化时严重影响出水量供水压力，维护维修不及时泵效率会大幅降低。

　　变频器节能效果实际工作中更可观。例如，我公司有一水厂，水厂原供水方案为280kw机电系统一工一变两套系统向市区管网以0.18mpa压力供水，工频供水系统为控制供水压力要采用勒阀门的方法。去年经技术改造改为两套供水系统均用变频器供水，严禁勒阀门通过变频器调频来控制供水压力。改变供水方法后该水厂当月电费较前月少近五万元，当年公司电费较上年减少近六十万元，可见使用变频器供水节能效果很明显，长期使用变频器 经济 效益可观。

　　变频调速恒压供水系统，经历了逐步完善的过程。综合早期的单泵恒压供水系统与近几年来被行业内人士普遍使用的多泵恒压调速供水系统诸多供水方式来看，我认为最优的恒压供水系统应为单泵直拖恒压供水系统。

　　3.1 变频器直拖电机变压（变流量）供水： 优点：接线简单，使用电器件少，完全启用变频器自身功能运行稳定，节电效果较明显，维修率较低。缺点：只能变压（流量）运行，节能空间有剩余。

　　3.2 多泵运行方式：控制回路用plc(可编程控制器)设计以三泵为例：优点：可控制实现恒压（恒流量）供水。缺点：只有一台泵变频调速运行，其余各泵均工频运行，节能一般,部分能量未被挖掘出来。维修工作量较大，运行稳定性较好。