由于地理分布、经济条件和相关技术人才的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。大中城市水厂，特别是发达地区大型水厂的自动化程度很高，而小城市和城镇水厂，特别是落后地区小型水厂的自动化程度较低，甚至还是空白。在一些已实现自动化的水厂中，虽然自动化系统和设备与其他行业，如化工、电力等相比并不差，甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。

　　国内实现水厂自动化控制的方法主要是新建和扩建工程。大型水厂建设项目依靠引进外资和全套技术设备，水厂工艺自动化水平高，但设备和控制系统投资很大。中小水厂自动化的设计、工程服务以国内为主，但系统中关键技术和设备仍以引进国外产品为主，在设备选型及工程服务上采取国内与国外相结合的办法。这种办法不但大大降低了水厂在自控系统中的投资，而且实现了工程售后服务的本地化，有利于该行业的长远发展。

　　我国水厂自动化控制系统的发展过程可分为三个阶段：第一阶段是分散控制阶段，该阶段水厂各部分分别进行自动控制，各独立系统互不相关；第二阶段是水厂综合自动化阶段，在该阶段整个水厂作为一个综合自动化控制系统进行生产，同时各个独立子系统又可以独立工作，该系统共享整个水厂的信息，同时又有分散控制的可靠性。现阶段大部分水厂处于此阶段；第三阶段是供水系统的综合自动化阶段，该阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。目前我国的中小型水厂大部分处于第一或第二阶段，只有很少大型水厂达到了第三阶段。在国外，如加拿大、美国等发达国家基本实现了供水系统的全自动化，而且开始进行分质供水，把自来水中生活用水和直接饮用水分开，另设管网，直通住户，实现饮用水和生活用水分质、分流，达到直饮的目的，并满足优质优用、低质低用的要求，同时对水厂内部的自控系统也在不断地进行改进和提高。

　　在水处理行业中，普遍存在着用水量变化较大的问题，在不同的季节、不同的时段，用户用水的需求量有很大的差别，存在着明显的用水高峰特征，因此水处理厂供水系统的给水压力需要随用户的用水需求量变化而变化。在低峰时，如果水泵机组按高峰期的用水量运行，虽可通过调节阀门来满足用水需求，但供水能量损耗大，而且还会影响机组的正常运行。因此，根据用水需求自动控制水泵机组运行，且实现节能，是水厂自动化技术的一项重要内容，因此变频调速的恒压供水系统孕育而生。

　　变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电效率很高，几乎能将因设计冗余和用水量变化而浪费的电能全部节省下来。变频调速控制技术，是指以变频调速原理为基础，在保证供水可靠性的前提下，根据供水系统用水量的变化情况，自动调整水泵工况，使之始终尽可能地在高效区间内运行，以达到降低能耗、提高效率的目的。这一技术是比较科学，可靠性较高的一种调节水泵工况的方式。它具有调速精度高、功率因数高等特点，使用它可以提高产品质量、产量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪音，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。

　　变频器是一种以变频调速技术为基础通过改变频率来调整电机转速的工业装置。作为一种先进的调速装置，变频器不但调速范围广、可靠性高、操作与维护方便，而且节电效果明显。在水处理行业变频器具有广阔的发展前景，有关其应用研究也一直得到相关工程领域的重视。应用变频器来实现变频节能供水，可以采用恒压变量或变压变量两种方式来实现。恒压变量供水系统通过调整变频器转速（即供水流量）来保证供水压力不变，该系统技术比较成熟，应用广泛。变压变量供水系统则根据用户用水量的变化同时调整变频器转速（即供水流量）和供水压力，很明显该方案节能效果更好。但是由于水头损失等受各种因素影响，难以准确确定，实际应用的很少。

　　这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱，但成本较低。

　　这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。

　　该方式下变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部 PID 控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入 PID 回路调节器，由 PID 回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。

　　由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或 PID 回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口处另接一块 PWM 调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制器的输入信号，这样不但成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID 回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID 控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

　　针对传统的变频调供水设备的不足之处，不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。这些产品将 PID 调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于 PID 运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对 PID 算法的编程，而且 PID 参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。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，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置 PID 功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。

　　总之，变频供水方式从运行原理及运行过程分析方面探讨，可以看出此供水方式具有节能的优点，但具体问题需要具体分析，在变频恒压供水系统的设计过程中需要注意许多设计要点，否则无法取得预期的节能效果。

　　[1]黄立培， 张学. 变频器应用技术及电动机调速. 北京：人民邮电出版社，2007.

　　水资源及能源紧缺是制约我国经济发展的重要因素，节水节能是我国社会经济持续发展的基本国策。而传统的在建楼房施工及消防用水供水系统，电机以额定的转速持续运转，并以额定出水量供水，当用水量减少或在用水低谷时，电机也不能停，这样造成管网压力过高，水龙头和输水管道被损坏等，也造成电能与水资源的浪费。为了改变这种状况，建设资源节约型、环境友好型工地，中建四局厦门万科湖心岛项目设计并安装了一种可吊装变频水泵供水系统，以满足现有技术的不足。

　　一种可吊装变频水泵供水系统技术，提供了一种自动化可变频恒压稳定的供水系统，其采用先进的变频技术，使水泵根据需水量自动调节供水量，在保证不同楼层用水的情况下，稳定了水压，提高了用水质量，有效地满足了在建楼房各楼层施工及消防用水的供给。同时利用气压罐的调节作用，实现了水泵的间断性工作，降低了耗电量，保护了电机，节约了成本。另外还采用新型灌装集水箱集水，可吊装，安拆方便，可重复利用。

　　水泵机组以变频方式开始工作时，电机以软启动方式启动运转，将水从集水箱里抽取后送入供水管网及气压罐，并由远传压力表实时检测供水管网及气压罐里的水压，当第一台水泵电机以变频方式运行并达到额定功率后，而供水管网和气压罐里的水压却还未达到设定压力时，第二台水泵电机便自动启动，并以工频方式运行，直至供水管网及气压罐里的水压达到设定压力。当供水管网及气压罐里的水压达到设定压力后，水泵机组便停止工作进入睡眠，此时由气压罐储存的水和能量来保持供水管网里的水压。当大量用水导致供水管网里的水压下降后，远传压力表便将检测到的管网实际压力与设定压力进行比较后输出偏差信号，偏差信号经变频器转换后输出相应频率的电源来启动一台水泵，水泵的转速随着偏差信号而改变，使管网压力不断向设定压力趋近。通过闭环控制系统不断检测、不断调整的反复过程实现了管网压力的恒定，并使水泵根据需水量自动调节供水量，从而达到节水、节能的目的。

　　施工前应认真审阅变频水泵的安装使用说明书，了解施工要点，并对参加施工人员进行详细的技术交底，确定各项准备工作准备到位后开始进行施工。

　　1）水泵机组进场后，用汽车吊将水泵机组及安装所需各附件、工具等搬运至即将安装位置，由供货单位委派技术人员指导现场卸装。

　　所示设置2.5m（长）*2.5m（宽）*0.25m（高）的上反式水泵机组基础承台，承台采用C20混凝土浇筑而成。而后在距离水泵机组承台1.2m处每隔1m设置一道2.5m（长）*0.25m（宽）*0.25m（高）的上反式罐装集水箱基础，共设置4道，同样采用C25混凝土浇筑而成。

　　1-水管，2-灌装集水箱，3-电控箱，4-水泵，5-止水阀，6-气压罐，7-压力表，8-止回阀，9-导线）集水箱安装

　　集水箱运输至指定安装位置后，采用一台16T的汽车吊进行吊装，集水箱为新型罐装集水箱，长5m，直径2m，水平居中安置在集水箱基础上。

　　确定好水泵机组的安装位置后，将水泵机组的底座准确就位于水泵机组基础承台上，用地脚螺栓将泵组底座与基础承台进行固定，并用水平仪检查泵组底座的水平，而后按照水泵安装说明进行泵体安装。为了防止管路震动和水锤现象发生，在泵体和泵座之间加橡胶垫减震。

　　气压罐采用隔膜气压罐，安装在水泵组的中间，用汽车吊进行吊装，并用地脚螺栓与基础承台进行固定。

　　将集水箱、水泵机组、气压罐及用水端用钢制管道连接起来，每台水泵的进出水口应配有法兰供管道，并设可曲挠橡胶接头，以便减震。管道安装时需注意各个阀门的安装位置，水泵附近的管道安装在支架上，使泵壳上没有附着压力；在震动小、水压平稳的出水管路安装远传压力表；吸水管严禁漏气，要设法使吸水管向集水箱方向有1/50～1/100的坡度。

　　电控箱为变频电控箱，安装在水泵机组侧面，而后用导线将电控箱与水泵机组及远传压力表接通。

　　一切安装完毕后接通电源进行水泵机组的调试运行，并进行水压试验，调试完毕后便可投入使用。

　　水泵采用型号为50QDL16-160的立式轻型多级泵，功率为15KW，欧亚体育扬程189m。气压罐采用容积为0.77m3的隔膜气压罐，设计压力为1.6MPa。蓄水箱采用新型的罐装集水箱，集水箱长5m，直径2m，容积为15m3，全钢结构，可吊装，可重复利用。

　　汽车吊一台，经纬仪一台，水平仪一台，卷尺两把，手电锯一台，振动棒一台，铁锤一把，扳手两套，活动扳手两把，千斤顶四台。

　　与传统的技术相比，该技术实现了水泵机组根据用水量变频工作，降低了耗电量。据测算，一台功率为18.5KW的卧式多级泵（扬程136.2m）以工频方式每天连续工作15个小时需耗电277.5度，工业用电按1.1元/度计算，则每天电费为：1.1*277.5=305.25元；每年的电费为：305.25*365=111416.25元。采用新技术后，水泵机组可根据每天的用水量变频工作，“多用水多耗电、少用水少耗电、不用水不耗电”，据测算，一台15KW的变频水泵平均每天只需80度电，工业用电按1.1元/度计算，每天只需电费：1.1*80=88元，每年只需电费：88*365=32120元。与传统的技术相比，该技术每年可节约电费：111416.25-32120=79296.25元。

　　因本技术采用新型灌装集水箱集水，无需再做蓄水池，故节省了做蓄水池的人工和材料。若做一个与灌装集水箱同等大小的15m3的蓄水池，需要零星砌体4.2m3（按5m长，2m宽，1.5m高计算），按零星砌体工程综合单价1585元/m3计算，采用新型灌装集水箱后可节省人工和材料费：1585*4.2=6657元。

　　可吊装变频水泵供水系统技术，实现了水泵机组根据需水量自动调节供水量，在保证不同楼层用水的情况下，稳定了水压，提高了用水质量，节约了水资源，同时降低了耗电量，保护了电机，节约了成本。并且安拆方便，可重复利用，是一项经济节能、绿色环保的新技术。

　　[1] 王维玲，李同玲.变频泵组合运行方式和节能分析[J].给水排水.2007年03期.

　　传统的供水方式主要是通过采用恒速供水和水塔存储供水方式，前者有大量的能耗损失，频繁启停电机会给系统带来冲击，而后者导致供水压力不一致。国外普遍采用一个水泵配置一个变频器的方式，但成本较高。本系统主要研究一种新型供水方式----变频恒压方式，通过变频设备控制水泵的频率，从而使水泵的转速改变地下水箱出水的流量。通常情况下，只有一台水泵处于变频运行，其他水泵处于停止或工频运行状态。变频运行的水泵通过频率的改变对流量进行细调，从而保证水压基本不变，使高层建筑供水更加灵活、高效和节能。

　　本系统通过研究PCC来控制变频器从而实现变频恒压供水。通过变频器恒压供水方案的分析设计出系统的主电路、控制电路及各个硬件的连接电路，所使用的控制器是贝加莱X20系列PCC，通过控制器操纵西门子供水专用的MM430型变频器进行PID控制供水。控制系统由PCC完成，而系统中采用的变频器则主要负责PID的整合及频率调节。

　　本系统采用一个变频器拖动4台水泵的方式，用PCC作为控制器，根据压力变送器反馈的数据改变变频器的频率和水泵运行台数，其中一台水泵作为备用水泵。通过PCC控制变频器，水泵的转速会根据变频器的实际运行频率来改变。当用水量增大时，供水管道内安装的压力检测计检测到的压力值会降低，传感器把压力信号变成标准信号传输至压力控制器。压力传感器输出0-10V的信号到PCC和变频器，变频器的频率从而开始增大。如果变频器提高频率达到工频后仍不能满足压力的下降，则改台水泵就切换至工频运行，变频器开始软启动下一台水泵从而维持水压的稳定；当用水量减少时，压力检测计检测到的压力值就会增加，变频器的频率就开始降低，如果变频器降低的频率达到水泵的启动频率仍然不能满足压力的上升，则该台水泵退出运行。

　　本系统选用的水泵型号为100DL3型，共计4台，给水泵供电的电机功率选择为30千瓦；供水管道内的压力传感器采用YTZ-150型，传感器为两线MPa；断路器QF5起过流、欠压保护和电气隔离作用，本系统中考虑的过载能力为150%，故额定电流为90A；断路器QF1-QF4用于水泵工频运行时保护系统，额定电流为150A；接触器的触点控制电机的运行，额定电流必须大于电机的额定电流，所以选择为70A；PCC按钮回路供电电压是24V直流，采用LAY3-11型，UN=24V，IN=0.3A；变频器选用西门子专用供水设计的MM430型，具有很好的可靠性。

　　经过I/O分配得出，本系统共有25路数字量输入信号、10路数字量输出信号和2路模拟量输入信号，故PCC选用B&R的X20型，CPU使用X20CP1484，输入模块选用2只X20DI9371和1只X20DI4371，输出模块选用1只X20DO9322模块，模拟量输入选用采用1只X20AI4622模块。

　　B&R的PCC编程软件是Automation Studio，可新建一个工程，打开硬件配置，选择的CPU是X20CP1484，再打开X2X link配置系统的输入与输出。控制变频恒压供水系统的各个按钮和开关安装在控制柜上，可以对系统进行控制。供水管网中的压力反馈信号AIW0和变频器实际运行频率的信号AIW2都输入至PCC中，PCC通过分析反馈的信号和设定的值比较来确定频率的增减及变频与工频的转化。频率的增减通过KM1-KM4进行控制，增加水泵台数或减少水泵台数可以通过KM5-KM8进行控制。当系统发生故障时，水位低信号或水泵组合错误时，系统故障灯亮起，系统自动停止。

　　变频器的压力设定值是通过操作面板上的加减按键来设定的。当设定好压力值后，远程压力传感器测量实际水压，并反馈至PCC。PCC中水压的上下限分别为0.15MPa和0.6MPa，所对应PCC内部值分别是5000和20000；反馈的数据经PCC计算分别与设定的最低效率和最高频率比较，最低频率设置为30Hz，最高频率设为50Hz，分别对应PCC内值10000和15000。如果小于10000则最低频率标志置位，开始频率过低的程序；如果大于15000则最高频率标志置位，开始频率过高的程序控制，随后就按通变频器开始工作。

　　控制系统时有手动和自动两种控制方式。手动控制先是手动选择供水的组合，共有4种选择组合。选择一种组合后系统先检查是否存在故障，若没有发现故障就不会出现报警，可以开始手动控制各个水泵。若按下手动变频启动1号水泵，1号水泵就会开始以变频方式工作，当要把水泵切换到工频运行时，可以按下工频切换按钮。如果此时水泵的频率达到了工频值，则1号水泵会自动切换至工频状态。若不能满足切换条件，则保持变频运行。

　　实现自动控制程序时，首先选择一种水泵组合，以1、2、3号水泵组合为例。组合选择完毕后，变频器延时1S启动，1号水泵以变频方式启动。当实际压力下降时，变频器频率开始增大，当频率上升至50Hz压力仍在下降，则变频向工频切换信号有效。延时1S后1号水泵由变频变为工频运行，同时2号水泵以变频方式启动，此时系统为“1工2变”状态。当2号水泵变频运行，实际压力还继续下降，变频器再次开始上升达到50Hz时压力仍在下降时，2号水泵变频向工频切换信号有效。延时1S后2号水泵由变频转换为工频运行，同时3号水泵以变频方式启动，此时系统状态为“1工2工3变”运行。

　　通过对国内外恒压变频供水设施现状的分析，设计出一套适合国情的供水系统。通过本次设计，成功的解决了普通恒压变频供水方式能耗损失以及供水压力不平衡问题，使供水更加灵活节能。

　　由于受西宁市南高北低的地理条件限制，自来水采用重力流进入城区后，为了满足南部高地势区域的压力要求，供水集团公司在南部地区设置了二十二座二次供水加压泵站。基本采用了变频调速技术以提高泵站运行的安全可靠性，降低泵站的运行成本。

　　变频调速技术是通过一定的技术手段，将固定的50HZ交流电频率（工频），调节改变成用电设备的供电频率（变频），以达到控制设备转速及输出功率的目的。

　　设备启动后，一台主泵在变频器控制下，变频运行，当供水压力达到设定值且流量与用水量平衡时，水泵电机稳定在某一转速。当用水量增加（减少）时，水泵将按变频器设定的速率加速（减速）至另一稳定转速。当变频泵达到最大转速后，用水量仍在增加，系统将变频泵切换到工频运行，然后变频器切换到另一台水泵，使之变频运行。多台泵组合供水时，每当变速泵达到最大转速时，都将发生上述切换，并有新的水泵投入运行。而当水量减少时，变频泵降低转速，系统将按先开先停的顺序，逐台关闭工频泵，直到剩下一台变频泵运行。

　　变频调速内含交流变频调速技术和微电脑检测控制技术，对水泵进行全流量恒压控制，具备很多特点。

　　系统按所需压力设定，自动调节水泵转速和水泵运行台数，使供水设备运行在高效节能的最佳状态。

　　系统实现闭环控制，能自动调节系统压力和设定压力的差值，使系统压力保持恒定，流量连续可调。

　　由压力传感器反馈的水压信号直接送入PLC的A/D端口，设定压力值及PID参数值，并通过PLC计算按程序完成水泵系统的控制。系统参数在实际运行中可随机调整。

　　系统运行时经常遇到用户用水量较小或不用水的情况，为了节能，系统具备可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于下限时，变频器停止工作。当变频器频率达到设定启动值后启动水泵运行。

　　各泵均为软启动，消除了全压启动时的冲击电流，延长了设备的使用寿命，采用各泵循环软启动，促使各泵不会因长久不用而生锈或频繁使用而磨损。

　　(1)变频供水系统具有高效节能、压力调节精度高、流量连续可调节的优点。应用变频技术缓解高地势地区供水矛盾，调节供水管网压力的平衡，保障城市供水服务压力。特别为满足城区高楼层用户和远程用户正常水压要求,提供了技术保障。使客户投诉大幅减少。产生了很好的社会效益。

　　(2)变频供水系统具有显著的节能降耗功效。二次供水加压站一般由三至四台水泵电机组成。以某加压站为例，该泵站由1台15KW、2台30KW电机水泵相互协调工作以满足供水系统的需要。2台30KW水泵电机实现变频、工频运行，1台15KW水泵电机始终处于工频工作状态。根据现场实际测算，3台电机日运行时间为24小时、20小时、10小时。按下述三种方式进行电耗比较：

　　根据城区供水水压需求，变频系统以供水管网瞬时变化的水压为稳定参数，通过微机控制输出频率，自动跟踪调节水泵转速，实现对系统水压的ID闭环调节。如管网保持在0.45MP。水泵工作在最佳工况点上变频泵组效率达到80%，经上述计算加压泵站运行电耗分别下降50%、25%，经济效益显著。

　　随着经济快速发展，供水面积、服务人口持续增长。水泵控制采用变频技术应用于二次供水系统中提高了供水效率和供水水质，是一种理想的二次供水解决方式。

　　随着人们生活水平的不断提高，对于用水的需求量和要求也越来越高。随着计算机技术和向工业和民用领域的不断渗透，几乎所有领域都在使用计算机技术，在计算机技术中加入自动控制系统能够使控制更加灵活多变，直观性强，控制精度高，不需要浪费大量的劳动力，因此计算机自动控制系统在国民生产和生活的各个领域中得到了广泛的应用。

　　恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，需要保持出水口压力不变的供水方式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。随着计算机控制技术、变频调速技术和PLC技术的日益成熟和广泛的应用，利用先进的控制算法和智能的控制设备有机结合组成的自动供水系统以其良好的性能和操作性受到了越来越多用户的青睐。

　　PLC变频恒压供水系统的恒压变流量供水功能，是通过变频器、PLC、接触器和继电器对水泵的运行状态进行有效控制而实现的，其中系统的核心是PLC和变频器。在运行设备时，水泵的出水管处设置一个压力传感器，实现对管网的压力进行实时监控，并将监控信号传输至PLC，再由PLC将这一反馈信号与压力设定值进行比较、PID运算等处理后，输出标准的控制信号至变频控制器的模拟信号输入端，控制变频器的输出频率，进而对水泵电动机的转速进行控制，并确保其转速与管网内所需流量的一致性，以此实现恒压变量供水的最终目的。

　　水泵M1、M2、M3、M4可变频运行也可工频运行，通过8个交流接触器实现4台泵的工频和变频运行切换。每个接触器需接入PLC两个输入点(接触器状态的常开和常闭点)，一个输出点(线台电机的热继电器需4个输入点;变频器控制需要4个输入点(运行、准备好、故障和报警)，5个输出控制点(电源接触器、启动/停止、恒速1、恒速2、斜率)。因此，本恒压供水系统共需数字输入点24个，数字输出点13个，选用西门子S7－200(CPU226XP)PLC即可满足要求， PLC自带24个DI输入和16个DO输出。另外，需要3个模拟量输入回路:管网出水压力信号、水箱水位信号、变频器运行频率反馈信号;1个模拟量控制回路:变频器转速给定信号。选配1个PLC的扩展模块EM235，配置有4个12位的模拟量输入口和1个12位的模拟量输出口，可以满足模拟量的输入输出需要。3路输入1路输出，管网出水压力和水箱水位信号为4～20mA的电流模拟量信号，变频器频率控制和反馈输入/输出采用的0～10V的电压模拟量信号，直接接入EM235模块。

　　系统主要硬件及其设备包括：PLC及其扩展模块、变频器、水泵机组、压力变送器、液位变送器。PLC是系统实现恒压供水的主体控制设备，本系统采用西门子公司S7-200系列PLC，它执行速度快，抗干扰能力强，性价比较高，比较经济实惠。PLC与上位机之间的通信采用PC/PPI电缆，支持点对点接口(PPI)协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换，用户程序有三级口令保护，可以对程序实施安全保护。根据控制系统实际所需输入输出端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此根据系统需求选用S7-200型PLC的主模块为CPU226，另外系统需要1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，所以需要扩展模块，扩展模块选择EM235。变频器我们选用西门子公司的MM440，该变频器足够高实现系统的变频调节功能，且质量可靠、功能齐备。

　　主电路图如图2所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别为1#、2#、3#水泵。接触器QA1、QA2、QA3分别控制M1、M2、M3的变频频运行；接触器QA5、QA6、QA7分别控制M1、M2、M3的工频频运行；BB1-BB6分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QA0、QA10、QA11、QA11分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关。本系统采用三泵循环变频运行方式，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下做变速运行以控制供水压力，其余水泵在工频下做恒速运行，在用水量小的情况下，只用一台水泵以变频模式运行供压，当单台变频泵连续运行时间超过3h，则要切换下一台水泵以变频模式运行，此即“倒泵功能”，这样能够有效避免某一台水泵工作时间过长而造成损失。故此在同一时间内只有一台水泵处在变频模式下运行，但三台水泵可以相互切换轮流做变频泵。

　　在设计供水泵时，制动出两种控制方式，即自动控制和手动控制。自动控制模式下，PLC在对检测的压力差进行PID调节后，再将调整频率输送至变频器以控制水泵的起停和转速，从而将水压控制在设定范围内，即恒压系统自动控制。在手动控制模式下，控制人员要以手动的形式在上位机上对3台水泵的频率进行设定，再直接启动系统即可。

　　如果电机的转速达到上限，并保持一定的时间后，水压的反馈值始终未能达到设定值，则该泵需切换至工频状态，另一台泵则切换至变频状态变频供水，随着电机转速的上升，水压反馈值将会达到设定值，此后电机的转速会维持平衡;而一旦无法达到给定值，则按照上述方法，将这几台水泵逐个变频起动，同时工频挂网开始运行。如果其反馈压差大于设定值时电机转速下降，当转速下降至某转速值后，管道中的水压将达到设定值，此时电机转速恒定。若两台电机运行中，其中一台变频，一台工频，电机转速下降到下限值一定时间后，仍超转速，变频泵停车，切换原工频泵到变频运行，电机的转速下降，在电机转速下降到那个设定范围后，水压信号便达到给定值。

　　变频器要与供水泵相匹配，若变频器频率远大于供水泵功率，会产生控制精度降低、资源浪费的现象发生，整套系统性能也会下降，同样也不能选择变频器频率远小于供水泵功率。线路接好后，要对变频器进行初始参数设置，不准直接运行。对变频器进行快速设置，以确定变频器的工作参数，以对系统进行自动调整，使系统水泵运行数量和负荷相匹配。在实际运行中，要对积分项和比例项的参数进行调整，来确保系统的动态、静态反应速度。为加快反应速度，可增加比例项，再增加积分项，来达到优化响应速度和系统稳定性的目的。

　　系统设计完成后对系统功能进行了测试，系统能够根据管道压力的实时情况与设定值进行比较，并根据反馈结果对水泵转速进行控制，以达到控制管道压力的目的。上位监控软件能够实现系统启、停的控制，手动和自动模式的切换，调整系统的控制参数，显示当前压力、各水泵的工作状态、变频器的频率输出值等参数，系统实现了对整个恒压供水系统的监控。

　　[1]宋星.基于组态、变频器和PLC控制的恒压供水系统[D].安徽大学,2010.

　　恒压供水的基本思路是：采用电机调速装置控制水泵组调速运行，并自动调整水泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节能的目的。系统任意设定供水压力值，其与反馈总管的实际压力值通过pid 调节后控制调速装置，以调节水泵机组的运行速度，从而调节系统的供水压力。该系统采用变频器和plc进行联合控制。变频器采用pid恒定控制，它采集外部信号作为反馈信号。plc对水泵的运行模式、机组的选择及机组的起动停止等进行控制。以上控制信号都为plc的输入信号。

　　长期以来传统的区域、楼宇供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在这种供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。

　　从目前的供水行业调查结果表明，变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电率很高，几年能将因设计冗余和用量变化而浪费的电能全部节省下来，又由于其具有调速精度高，功率因数高等特点，使用它可以提高出水质量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪声，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。因此将 plc 及变频器应用于供水系统，可满足城市供水系统对可靠性、稳定性、经济节能性的要求

　　变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。根据全球著名变频器生产企业abb的测算，单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年就能够节省1150亿千瓦时电力，相应减少9,700万吨二氧化碳排放，这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。

　　变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经变频器的内置pid调节器运算后，调节输出频率，实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知plc进行变频泵逻辑切换。为防止水锤现象的产生，泵的启停将联动其出口阀门。

　　根据反馈控制原理，我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现代控制和pid相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用pid控制来保持静态精度。这通过plc加智能仪表可实现该算法，同时对plc的编程来实现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。

　　为维持供水网的压力不变，在管网上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，为提高响应速度，不易直接采用pid调节器进行控制，而采用plc参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

　　可编程控制器（plc）是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普通应用，越来越多的工厂设备采用plc、变频器、人机界面等自动化器件来控制，使设备自动化程度越来越高。

　　可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，其出现后就受到普遍重视，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有了极其重要的地位，最重要的原因是它与现有的各种控制方式相比较，具有如下独一无二的特点：

　　由于可编程控制器的上述特点，使其在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面。

　　三台水泵由变频器直接驱动, 进行恒压控制, 变频器的起动、停止分为手动和plc自动控制。

　　为方便编程和调试,系统控制器plc采用模块化编程, 主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块三个部分构成。

　　采用plc作为控制器,硬件结构简单,成本低,系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。变频恒压供水系统是目前最先进，合理的节能供水系统，与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有很大优势。

　　[1] 吴小军等，电气控制与可编程序控制器应用[m]北京 中国建材工业出版社，2004

　　前言：随着电力电子器件向大功率化、高频化、模块化、智能化方向发展，极大地促进了变频调速整机系统性能的提高，变频器整机的控制性能、自诊断和自保护功能越来越强。一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须“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，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从通用变频器问世以来，恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。4

　　1.1 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。

　　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。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。

　　变频器节能效果实际工作中更可观。以水厂为例，一水厂原供水方案为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。经技术改造改为两套供水系统均用变频器供水后，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。

　　2.1 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。

　　2.2 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。

　　2.3 一拖一单泵运行方式： 启用变频器内置PID功能或外用PLC（可编程控制器）均能实现恒压（流量）供水。此方案要求用户量与机电设备工作能力匹配。该方式接线简单使用电器件少，运行稳定，无管线冲击，维修工作量小，节能效果较其它方案优秀等特点。

　　目前国内各厂家生产的供水设备电控柜，除采用落后继电接触器控制方式外，大致有以下四类：

　　3.1逻辑电子电路控制方式：这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱。但成本较低。

　　3.2单片微机电路控制方式：这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。

　　3.3带PID回路调节器和/或可编程序控制器（PLC）的控制方式：该方式变频器的作有是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的 计算 ，输出给变频器一个转速控制信号。

　　3.4还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。

　　变频泵固定方式最多可以控制7台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”（适用泵容量不用场合）2种水泵关闭顺序。

　　4.2 变泵循环方式。变频泵循环方式最多可以控制4台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。灵活配置常规泵、消防泵、排污泵、休眼泵，便于实现供水泵房全面自动化。工作泵与备用泵不固死，可自动定时轮换。可以有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。工作小时自动累计功能，方便节能 分析 和设备状况维护。夜间供水量急剧减少时，可方便指定每日休眼工作的起始/停止时刻，并可设定休眼时的压力给定值。休眼期间，只有休眼水泵工作，变频器只监测管网压力，当压力低于设定压力时，系统自动唤醒。变频泵投入工作，当压力高于设定值时，系统再次进入休眠状态，只有休眠水泵运行。

　　4.3 变频器供水系统具有零星停机功能，在用户不用水的情况下会自动停机。故障泵退出功能，水泵出现损坏时，让故障泵自动退出工作。有消防信号外部输入接口，当有火警或消防信号到来时，系统能自动世换到消防模式，有多种消防工作模式可选，主要根据消防和生活管网是否共用，以及进水池是否共用等条件来进行选择。另有消防泵自动巡检功能，定时巡检周期可设定。 4.4利用通讯功能，可实现联网控制，便于楼宇自动化和管理。另外还有一些功能，如排污泵控制功能、进水池液位检测及控制、管网超压/欠压保护功能、温差及压差控制、故障自动电话拨号（当供水系统或变频器发生故障时，通过内置的RS232C串行通讯接口，与外接的MODEM设备进行信号连接，自动启动预先设定的电话号码和信息，及时通知设备维护人员进行相应处理，可以方便地实现泵房无人职守运行）。由此可见，供水专用变频器具有强大的功能，能满足供水系统的各种控制方案。若加上小型PLD，就可以满足更复杂的工艺要求。

　　5 运用变频器的效果水泵经变频调速以后，除了具有很好的节能效果外，在以下性能指标上获得了提高:5.1实现了软启动;工作电流下降，电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损，机械检修工作量也大幅减少。5.2各种保护功能完善，没有再发生因过载、单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。5.3实现了软启动，避免了无调速水泵启动对周边设备及电网的冲击。5.4 能自动维持恒压供水并无级调节水压;供水质量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。5.5 自动化程度提高，提高了水泵的运行效率。 毕业论文

　　6 结语根据以上论述，供水系统应用变频调速技术有一定的普及程度，但还有很大潜力，继续在供水系统中普及应用变频调速技术，经济和社会效益是明显的，技术优势也是明显的，尤其是具有较大幅度的节能效果。

　　[1]王廷才,李晓媛;变频调速技术在风机上的应用[J];漯河职业技术学院学报;2005年01期

　　鹤岗诚基水电热力有限责任公司南部供水系统由富力泵站、鹿林加压站和南山配水池组成，富力泵站以0.76Mpa恒压运行，在保证鹿林山地区用水的前提下，多余水量送到鹿林加压站，由鹿林加压站将水送至南山配水池，通过自流供南山地区用水。为保证富力泵站的恒压供水和南山配水池有调节水量的能力来满足南山地区用水，诚基水电热力有限责任公司在富力泵站、鹿林加压站安装了变频器，通过PLC实现了南部供水系统的自动化控制。

　　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一种频率的电能控制装置。变频器由移相变压器、功率单元和控制器组成。它采用直接“高-高”形式，6KV输入直接高压 6KV输出， 6KV系列有15个功率单元，单元串联多电平拓扑结构，每相由5个功率单元串联而成，每个功率单元可以互换，其电路结构如图3为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。

　　功率单元输入侧由移相变压器供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成30脉冲整流方式，经过多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流，大大改善网侧的电流波形。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，完全适合旧设备的改造。

　　控制器由高速单片处理器、人机界面和PLC共同构成，单片机实现PWM控制，人机界面提供了全中文监控界面实现远程监控和网络化控制，内置PLC则用于信号的逻辑处理。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有抗电磁干扰性能。控制柜内备有UPS不间断供电电源，当控制电源掉电时，不影响变频器的正常运行。恒压供水

　　富力泵站恒压供水的工作原理：测量元件为压力传感器，将它设在水泵机组出水口，Vi为恒定供水压力设定值，供水压力V作为输出量，构成闭环控制系统。变频器内部的PLC采集供水压力值V与泵站给定值Vi进行比较和运算，通过PID进行调整，将结果转换为频率调节信号送至变频器，直至达到供水压力的给定值Vi。不管系统供水流量如何变化，供水压力值V始终维持在给定压力值Vi附近。

　　当鹿林加压站的来水量能够满足南山地区的用水量时，通过南山配水池的水位变送器输出的模拟量经过A/D转换经光纤送到鹿林加压站，再经D/A转换传到变频器的PLC中，由PLC控制水泵的转速达到南山配水池水位恒定的目的。当鹿林加压站的来水量不能满足南山地区的用水量时，加压站的水泵转速将不受南山配水池水位的控制，由鹿林加压站的来水流量计输出的模拟量信号通过PLC来控制水泵的转速，达到来水量与出水量的平衡，而南山地区的用水量将通过配水池内的水量来满足。以上控制过程都是在无人操作的情况下自动完成的，运行后取得了良好的经济效益和社会效益。社会效益

　　2.富力泵站、鹿林加压站采用变频器后，实现了水泵的软启动，减少了工频启动水泵时所造成的对水泵、管路、闸阀等的冲击，增加了设备的使用寿命，减少了设备的维修量。

　　3.富力泵站根据设定的压力实现闭环运行恒压供水；鹿林加压站通过来水量和南山配水池的水位实现闭环运行。以上运行过程都是在变频器内PLC的控制下运行的，无需泵站运行人员对设备运行情况进行实时监控和频繁操作水泵，减轻了职工的劳动强度。

　　4.变频器的使用使电机从零转速启动，避免了工频启动电流大所造成的对电机和电网的冲击，延长了设备的使用寿命，节省了设备投资。

　　5.变频器具有完善、灵敏的故障检测、诊断、报警、跳闸等功能，保证电机水泵始终安全运行。

　　1.富力泵站、鹿林加压站通过安装变频器调节水泵的转速来控制水泵的供水量，避免了因采用调节出水闸阀的开度来水泵供水量而消耗在阀板的能量损失，大大地节省电能。

　　富力泵站3#机组（355KW/6KV）在压力为0.76Mpa流量为900m3 /h时工频运行的电流为33.5A。而在相同的压力、流量的情况下，变频运行的电流为27.3A。富力泵站安装变频器至今运行半年共节电：

　　以每千瓦时电0.5元计算可节资：0.5元/千瓦时×24.5万千瓦时=12.25万元

　　2.鹿林加压站1#机组（132KW/0.38KV）在压力为0. 60Mpa流量为350m3 /h时工频运行的电流为210A。而在相同的压力、流量的情况下，变频运行的电流为180A。富力泵站安装变频器至今运行半年共节电：

　　以每千瓦时电0.5元计算可节资：0.5元/千瓦时×7.5万千瓦时=3.75万元

　　富力泵站机械室内没有取暖设施，在没有安装变频器前电机运行电流高，电机本身产生的热量就能满足机械室内冬季的取暖问题；安装变频器后，电机运行电流低其产生的热量已无法满足室温的要求。变频器的变压器、功率模块均是发热元件，通过风机的强排风对其进行冷却，单位正在设计将热源进行收集、利用，用其解决泵房冬季取暖的问题。

　　利用变频器支持Profibus、Modbus、TCP/IP等种通讯协议，将变频器的运行参数传输到远端系统调度室，对其进行监测。还可以通过上位机对变频器进行实时状态监控，实现远方对变频器的启动、停车、设定运行频率、查看故障记录等控制操作，除安排必要的维修人员外可实现无人看守，从而降低劳动力。

　　工业控制系统本身是比较复杂的，系统的应用不仅受到系统设计、实现技术的影响，受到温度和湿度、震动和冲击、灰尘和腐蚀性气体等环境条件给工业生产过程造成的干扰，同时还要受到电源质量、运行条件、维护条件等具体应用条件的影响，因此，为了保证控制系统能够稳定、可靠、长期地工作，必须在工业生产现场进行控制系统的进一步调试。

　　控制系统的调试是一个系统工程，必须要对所有的运行模式进行测试，在软、硬件系统设计、联调成功的基础上，还要进行现场调试，即首先确保设备、仪器、管道、线路等安装、连接正确，然后再启动相关的设备，进行系统功能测试和运行测试。

　　⑴ 系统设计 传统的系统调试阶段是指从控制系统的设备安装完毕开始算起，但是，从广义角度来讲，系统调试应该从设计阶段开始算起，只有在系统设计中保证控制系统应满足的功能要求，才能确保系统运行阶段各项功能的实现。

　　控制系统的设计涉及到工艺流程设计、系统功能设计、软件系统设计、硬件系统设计和系统总成设计，设计者应该在提交控制系统设计方案的同时，提交系统测试方案，以便于对所有的功能模块和运行模式进行测试，这其中应包括实施测试的人员、具体的调试方法、步骤和措施。

　　在软件系统、硬件系统分别独立调试成功以后，还要进行软、硬件系统联调，以确保系统设计无误。

　　⑵ 初步测试 控制系统的设备就位、调试和运维人员到位、调试计划通过、运行条件满足后，就可以开始系统的初步测试。

　　在控制系统的设备启动运行前，应做好各项准备工作：所有设备的安装均符合设计图纸要求和实际操作要求；所有的测量设备和监控装置均按制造商的要求和工程需要完成安装；工业管道、线路等安装、调试完毕，并确保满足系统运行条件；各类设备安装牢固，确保运行安全；传感器和执行器等控制设备安装、连接正确，主要部件应有冗余；配套设备运行平稳、正常。

　　⑶ 设备测试 控制设备自身的运转调试，要在现场独立启动每台设备，将控制系统正式运行时可能出现的各种运行状况都进行模拟，分别调试设备，还要检查设备的各项技术参数及参数设置，确保满足控制系统设计要求。

　　先部分再整体，首先把整个控制系统按功能分成若干个部分，对每个部分的功能逐一进行测试，确保功能正常；其次，逐步将两个功能模块合并起来进行调试，测试是否满足要求，并依此类推；再次，将所有功能模块连接起来，作为一个完整的系统，按照工艺流程操作，检查系统运行通畅与否；最后，通过改变系统输入值，检查系统的各项动作是否满足工艺要求。

　　先分离再联合，工业控制系统往往涉及到联合控制，调试时要先把联合控制部分分离开，以设备或工艺流程为单位，把联合控制条件强制设置成正常，逐个进行调试，最后再调试联合控制部分。

　　从后向前，逐级调试，即从控制系统的最后一个模块开始调试，逐步向前，直至全部系统作为一个整体进行调试。

　　⑸ 系统试运行 系统功能测试结束后，开始系统试运行测试，对系统中所有的组成设备进行联合调试，以检验系统功能的完整性和系统的可靠性、稳定性。

　　试运行测试不仅要测试系统的常态运行，还要测试系统50%开度时的运行状况，测试系统全开、全闭时的运行状况，也要测试系统10%和90%开度时的运行状况，这是系统调试的关键，也是最困难和最耗时的阶段。

　　⑹ 系统运维 试运行成功后，系统就可以交付用户使用，进入系统运行、维护阶段，运维人员按照工艺流程进行操作，发现问题应及时与设计人员沟通解决。

　　⑺ 调试记录 系统调试的各个阶段均应有调试记录，把调试过程中出现的问题、关键的参数和操作记录下来，分类、整理后形成系统调试报告，由设计方和用户分别存档，并且在工程交接以后长期保存，以利于故障排查和系统升级改造。

　　⑻ 特殊调试 由于季节、环境等原因，控制系统的部分设备、运行条件有可能得不到充分的调试，例如，系统无法在夏天测试生产环境中的供热系统影响，此时的调试计划中就应该包含季节的中断，直到室外温度处在最优的测试条件下，然后再进行这部分的测试。

　　基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统完成软件系统、硬件系统设计后，分别通过了系统测试，系统总成后联调成功，运抵峡山水库自来水厂实施了系统安装。

　　自来水厂初步测试后条件齐备，系统主要设备，PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、交流接触器、断路器、热继电器、动力及控制线路以及水泵机组等，安装到位，自来水厂的操作人员确认设备运转正常。

　　系统功能测试采用先部分后整体、从后向前、逐级调试的方法，二级泵站分别采用电位器设定压力、操作面板内部设定压力测试通过后，接入压力变送器，系统运行正常；一级泵站测试方法与二级泵站测试基本相同，只是改用了液位传感器，系统运行正常；变频/工频、自动/手动控制模式运行正常。自来水厂的操作人员独立操作，系统能够自动地按照预定的流程进行启、停，确认运行的控制条件和功能完全符合工艺要求。

　　变频供水控制系统正常发挥效能的关键是变频器中PID调节器的参数整定，系统预设了参数，但是，P、I、D 参数的预置是相辅相成的，因此，在系统运行现场，根据自来水厂的实际情况做了进一步的细调，以二级泵站送水口管道压力控制为例，具体方法是，当被控物理量（压力参数）在目标值（低压）附近振荡时，首先加大积分时间I，如果仍有振荡，则适当减小比例增益P；如果压力参数在发生变化后难以恢复，则首先加大比例增益P，如果恢复仍然较慢，则适当减小积分时间I。

　　PID参数整定后，系统运行功能正常，自来水厂的操作人员独立操作系统，整定参数，系统能自动地按照预定的程序，单独或顺序地进行启停、声光报警，控制和保护等功能正常工作，确认满足工艺要求。

　　系统试运行分别测试了常态、全闭、全开和90%、50%、10%开度时的运行状况，系统功能完整，运行可靠、稳定。

　　基于PLC的峡山水库自来水厂变频供水控制系统投入运行，用户反映，系统工作稳定、可靠，管网的工作压力始终稳定，达到了恒压供水的目的；系统控制功能良好，大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，提高了供水质量；水泵电机功率因数从0.7提高到了0.98，减少了无功功率，而且电机启动电流大幅度减小，有效地减少了电机启动大电流对电网的冲击，减少了维修费用，节能降耗效果明显。

　　⑴ 系统具有变频/工频、自动/手动模式，较好地满足了各种条件下的供水系统运行，城市供水有了保障。

　　⑵ 系统采用PLC控制，较好地满足了自来水厂的工业控制需要，使用方便，操作简单，故障率低，性能可靠。

　　⑶ 系统采用变频控制，自动实现了24×7恒定压力，供水质量好，而且避免了管网破裂等现象的发生。

　　⑷ 系统自动检测蓄水池水位、送水口管道压力，自动控制取水、送水，实现了无人值守，节省了人力。

　　⑸ 系统能够根据水位和管道压力自动进行检测，控制电机转速，达到了节能的目的。

　　⑹ 变频器启动平滑，减少了水泵电机的启动冲击，避免了水泵的频繁启动、停止，也避免了传统供水中的水锤现象，延长了电机水泵的使用寿命，降低了维修费用，降耗效果明显。

　　⑺ 系统能够根据管道压力自动调节供水量，而且大幅度减少了人工操作失误引起的溢水、缺水等事故，节约了水资源。

　　传统供暖系统由恒速泵加压供水，电机为了适应供水量的变化需要频繁地启、停水泵，这样不但令水泵电机的工作效率低、使用寿命短，而且电机的频繁启动和停止会给电网造成很大的冲击，导致设备故障率升高。而且这些水泵都是以高出实际用水高度的压力来提升水压，造成了不必要的水泵轴功率和能量损耗。

　　本文利用PLC控制电路，设计了由供水控制器、变频器和电控设备三大部分组成的换热站补水泵自动恒压系统。与传统控制方法相比，不仅减少了所需的供水功率，更提升了补水泵的工作效率和电机运转的稳定性，具备推广和应用的价值。

　　维持供暖系统二次回水压力的恒定是系统正常运行的基本前提。在供暖系统中，为防止系统倒吸入空气，回水管的水压高度必须高于用户端的充水高度，以避免管道的腐蚀。在供暖系统中，热水通过循环泵运行，循环过程中管道、阀门的泄漏会降低循环水的水压，需及时通过补水泵向供暖管网补水以确保供暖系统的正常运行。

　　为保持系统二次回水压力的稳定，需根据设定压力，利用补水泵调整输出频率。压力传感器通过实时监测系统状态，将系统内热水水压转换为反馈信号传送至PLC；PLC比较该反馈信号与给定压力值信号，以此判断所需的补水量，并将相应的操作指令传送至变频控制柜。变频控制柜接收指令后，通过变频器改变速度频率，以此控制补水泵的转速，从而改变系统的补水量，达到维持供暖系统恒压点压力稳定的目的[1]。补水泵变频恒压流程如图1所示。

　　结合换热站实际运行情况，若给定系统内热水水压稳定值为WMPa，压力传感器将回水主管中的水压转换为10W～50WmA的反馈信号传送至PLC的输入端。设置PLC内的给定值为10Wkg：当系统内热水水压低于10Wkg时，PLC输出操作指令使变频器输出频率上升，回水主管开始补水；当系统内热水水压达到10Wkg时，反馈信号与给定信号基本相等，PLC输出操作指令使变频器输出频率下降，停止补水。供暖系统通过控制补水量确保了系统回水压力的恒定。

　　补水泵变频恒压电路如图2所示。系统主要由一台S7—200可编程逻辑控制器、一台ACS550变频器、压力传感器、断路器、热继电器、3台水泵等构成。M1、M2、M3为3台水泵。交流接触器KM4、KM8、KM12分别控制1号、2号、3号水泵变频运行。KM3、KM7、KM11分别控制1号、2号、3号水泵工频运行。FR1、FR2、FR3分别为用于M1、M2、M3过载保护的热继电器。QF1、QF5、QF2、QF3、QF4分别为主电路、变频器、3台水泵工频运行的断路器。FVVV为变频器，QZB为自耦减压变压器。

　　整个变频恒压供水控制系统要根据检测到的输入信号的状态，按照图1中的控制流程，通过变频调速器和相应的应用元件实现补水泵的恒压供水。

　　（一）系统通电，在收到有效的自控系统启动信号后欧亚体育，启动变频器拖动调速水泵；通过恒压控制器，根据用户管网实际压力和设定压力的误差来调节变频器的输出频率。当输出压力与设定值相等，供水量与用水量相平衡时，转速稳定。

　　（二）当用水量增加、水压减小时，通过压力闭环和恒压控制器，增加水泵转速至另一稳定值；反之减小水泵转速。

　　（三）当用水量继续增加，变频器的输出频率达到上限频率50Hz时，若用户管网的实际压力还未达到设定压力，并且有备用水泵时，系统将变频运行的泵切换为工频运行；同时为满足用户对水量的需求，切换另一台泵作变频启动泵，直至水压达到设定值。

　　（四）若用水量继续增加，则投入运行新的水泵，继续如上转换。当最后一台水泵投入运行，压力仍未到达设定值时，控制系统发出水压超限报警。

　　（五）若水量下降水压升高，变频器的输出频率下至下限频率，而实际水压仍高于设定值，则在满足减少水泵的条件下关闭变频水泵，令泵1变频运行，直至压力重新达到设定值。

　　变频调速水泵的电机从零速以无级变速向工频转速过渡，运行较平稳，削弱对电网冲击的同时亦延长了电机的使用寿命[2]。

　　与此同时，变频调速系统使噪声密度与噪声音量明显降低，改善了换热站的工作运行环境与周边居民的生活环境，经济效益与社会效益兼具。

　　[1]马爱龙.具有远程监控功能的换热站自动控制系统的研究和应用[D].河北工业大学，2007.

　　[2]邵宗义.变频技术在热水供暖系统中的应用[J].中国建设信息供热制冷专刊，2004.