無(wú)負壓變頻調速供水設備采用PLC作為控制中心，完成PID閉環(huán)運算、多泵上下行切換、顯示、故障診斷等功能，由變頻器調速方式自動(dòng)調節水泵電機轉速，達到恒壓供水的目的。

一、前言

    隨著(zhù)控制技術(shù)的發(fā)展與完善，變頻器及PLC在無(wú)負壓變頻調速供水設備中的應用愈來(lái)愈廣，PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶(hù)的認可。同時(shí)傳統的水塔供水方式暴露了很多缺點(diǎn)：水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道閥門(mén)易損壞，維修保養費用過(guò)高等等。在此條件下各種恒壓供水方式應運而生，其中由變頻器、PLC控制的方式尤為普遍，這種方式的特點(diǎn)：系統穩定，功能強大，變頻器用于供水更加節能，所以廣泛應用在多層住宅小區生活供水系統中，現在好多場(chǎng)合也有應用，比如中央空調系統、供水加壓站、集中供熱等，這種方式經(jīng)受了時(shí)間的考驗，已有很多的應用實(shí)例。本文介紹的無(wú)負壓變頻調速供水設備在小區已從98年運行至今，系統穩定，性能可靠，得到了用戶(hù)的肯定和好評。

二、無(wú)負壓變頻調速供水設備組成：

無(wú)負壓變頻調速供水設備概述：

    該無(wú)負壓變頻調速供水設備由四臺大泵(22KW)與一臺小泵(5.5KW)組成;PLC部分由西門(mén)子可編程控制器S7-200系列的CPU226，文本顯示器TD200組成;變頻器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

    用戶(hù)所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運行方式等參數在TD200文本顯示器上設定，壓力傳感器把用戶(hù)管網(wǎng)壓力轉換為0-10V標準信號送進(jìn)PLC模擬量模塊EM235，PLC通過(guò)采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶(hù)設定壓力構成閉環(huán)，運算后轉換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器，調節水泵電機轉速，達到恒壓供水的目的。

    該無(wú)負壓變頻調速供水設備系統有各個(gè)泵的運行時(shí)間累計功能，通過(guò)PLC的數據區保持可以斷電記憶。每次起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)1#小泵，當用水量超過(guò)一臺泵的供水能力時(shí)，PLC通過(guò)程序實(shí)現泵的延時(shí)上行切換，切換原則為當前未運行的大泵累計運行時(shí)間最少的先投入;當壓力超過(guò)時(shí)，PLC通過(guò)程序實(shí)現泵的延時(shí)下行切換，切換原則為當前正在運行的大泵運行時(shí)間最多的先撤出。直到滿(mǎn)足設定壓力為止。追求的最終目標為壓力恒定。

    當供水負載變化時(shí)，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動(dòng)調節泵的電機轉速，實(shí)現恒壓供水。

    無(wú)負壓變頻調速供水設備系統還可通過(guò)PLC的實(shí)時(shí)時(shí)鐘自動(dòng)定時(shí)供水，用戶(hù)在TD200上設定每天最多6段(段數也可設定)定時(shí)供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

    無(wú)負壓變頻調速供水設備系統可動(dòng)態(tài)顯示各種參數，如設定壓力，運行壓力，水位高度，運行方式，實(shí)時(shí)時(shí)間，日歷，各個(gè)泵的運行時(shí)間累計(精確到秒)，運行狀態(tài)，故障信息等等。為了不使系統中TD200畫(huà)面顯得死板，在PLC程序中控制TD200中的畫(huà)面定時(shí)切換，動(dòng)態(tài)顯示;

    無(wú)負壓變頻調速供水設備系統還有故障自診斷功能，各泵發(fā)生過(guò)載、缺相、短路、傳感器斷線(xiàn)、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等，都會(huì )有聲光報警，TD200上同時(shí)顯示故障類(lèi)型，通知設備維修人員處理，并可記憶故障發(fā)生時(shí)間及班次，以便追查原因及相關(guān)責任。

3、無(wú)負壓變頻調速供水設備工作原理：

3.1 自動(dòng)手動(dòng)方式

    (1)手動(dòng)運行時(shí)，可按下按鈕起動(dòng)停止水泵在工頻狀態(tài)下運行，完全脫離開(kāi)PLC及變頻器的控制，該功能主要用在檢修及自動(dòng)系統出現故障時(shí)的應急供水方式中。

    (2)自動(dòng)運行時(shí)，全部泵的運行依程序自動(dòng)工作。

    上行過(guò)程：當在自動(dòng)運行方式時(shí)，按下TD200上的起動(dòng)軟健，系統先起動(dòng)1#小泵，PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出，此時(shí)若用 PID運算輸出直接控制變頻器則(設定壓力大，運行壓力為零，所以運算輸出最大)變頻器依設定的上升時(shí)間運行，升速太快，系統沖擊很大。等泵運行一會(huì )兒，管網(wǎng)壓力積累后，再用PID運算輸出控制變頻器。具體時(shí)間和頻率與管網(wǎng)系統有關(guān)，在現場(chǎng)調試時(shí)這兩個(gè)參數在TD200上設定調整。管網(wǎng)越大，時(shí)間越長(cháng)。

    當 1#小泵到達50HZ后，系統壓力仍偏低，則延時(shí)一段時(shí)間后，系統靠PLC程序把1#泵切換到工頻運行，同時(shí)由PLC輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量給變頻器的MRS端子，變頻器瞬間禁止輸出，此時(shí)PLC把運行時(shí)間最少的泵變頻接觸器接通后，撤掉禁止輸出，相應的泵變頻起動(dòng)運行;延時(shí)切斷1#小泵，系統中相應的一臺大泵變頻運行，壓力自動(dòng)調節，若系統壓力平衡，則頻率穩定在一個(gè)相對的范圍，若頻率到達50HZ后壓力仍然偏低，則再投入一臺大泵，比較剩下的泵的累計運行時(shí)間，時(shí)間少的先行投入，以此類(lèi)推。注意，上行中，只要有一臺大泵運行，則1#小泵要斷開(kāi)，大泵與小泵同時(shí)運行時(shí)，小泵的效率很低。

    下行過(guò)程：當系統壓力偏高，變頻器運行在18HZ左右(18HZ以下泵的效率很低，經(jīng)驗值)時(shí)，PLC程序判斷運行在工頻狀態(tài)的泵累計運行時(shí)間(若只有一臺泵不作判斷)，運行時(shí)間最多的泵延時(shí)先行撤出，在撤出的瞬間，PLC控制變頻器運行頻率在50HZ，要不系統沖擊過(guò)大，容易有水垂現象，延時(shí)一會(huì )兒后，再把 PID運算輸出投入即可;以此類(lèi)推。注意：下行過(guò)程中，到最后一臺大泵運行時(shí)，頻率在18HZ左右，系統壓力仍然偏高時(shí)，則把1#小泵切換到變頻運行。這種情況在夜間可能發(fā)生，當供水管網(wǎng)很大時(shí)，也許沒(méi)有這個(gè)可能性。

三、無(wú)負壓變頻調速供水設備注意事項：

    1、該系統中有泵的工頻變頻上行切換，為了系統的快速響應，切換時(shí)間最好越短越好，切換時(shí)時(shí)間差很小，所以各個(gè)泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器，電氣線(xiàn)路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發(fā)生意外短路事故。對系統或變頻器造成危害。

    2、變頻器上行下行切換時(shí)間設定，如果設定值過(guò)大，則系統不能迅速對管網(wǎng)的用水量做出反應;如果設定值過(guò)小，則可能引起系統頻繁的投入泵，撤出泵的動(dòng)作;為此，PLC程序中增加判斷設定壓力與運行壓力在臨界切換狀態(tài)時(shí)，只要不超過(guò)允許的誤差范圍內，不做泵的切換。

    3、變頻器在上行切換時(shí)，必須要有瞬間禁止輸出功能，變頻器沒(méi)有此功能可用自由停車(chē)功能;所以選擇變頻器時(shí)要注意這點(diǎn)。