圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理圖
通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。
當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)PLC控制加泵，根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)運(yùn)行模式及功能
本系統(tǒng)具備手動(dòng)、自動(dòng)兩種運(yùn)行模式。在自動(dòng)模式下通過(guò)啟動(dòng)/停止按鈕控制水泵電機(jī)的運(yùn)行與停止；變頻器根據(jù)設(shè)定壓力自動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力保持在設(shè)定壓力。手動(dòng)模式下通過(guò)啟動(dòng)/停止按鈕控制水泵電機(jī)；通過(guò)修改變頻器參數(shù)A145進(jìn)行運(yùn)行頻率設(shè)定（即預(yù)設(shè)頻率2）。
該系統(tǒng)具備低壓自動(dòng)啟動(dòng)水泵、故障自動(dòng)切換備泵及故障鎖定等功能。如當(dāng)前使用泵發(fā)生故障，系統(tǒng)將鎖定故障泵，只有通過(guò)觸摸屏解鎖后，該泵才能再次啟動(dòng)。
該系統(tǒng)中，如三臺(tái)控制柜均選擇“自動(dòng)”模式，則系統(tǒng)為兩用一備模式。任意啟動(dòng)其中兩臺(tái)，第三臺(tái)自動(dòng)選擇為備用；如三臺(tái)控制柜任意兩臺(tái)選擇“自動(dòng)”模式，一臺(tái)選擇“手動(dòng)”模式，則兩臺(tái)選為自動(dòng)模式的控制柜構(gòu)成一用一備模式。任意啟動(dòng)其中一臺(tái)，另一臺(tái)自動(dòng)選擇為備用。
系統(tǒng)運(yùn)行方式分析
該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，系統(tǒng)啟動(dòng)前進(jìn)行下述操作：
①打開(kāi)觸摸屏的“PID設(shè)置”畫面，進(jìn)行壓力設(shè)定；
②打開(kāi)觸摸屏的“功能設(shè)置”畫面，選擇“故障自動(dòng)切換”為“是”或“否”。當(dāng)選擇“是”時(shí)，啟動(dòng)水泵后系統(tǒng)自動(dòng)選擇備用泵，當(dāng)運(yùn)行泵發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵。
③打開(kāi)“功能設(shè)置”畫面，選擇“低壓自動(dòng)切換”為“是”或“否”。當(dāng)選擇“是”時(shí)，當(dāng)管網(wǎng)壓力低于“低壓力設(shè)定值”設(shè)定時(shí)，會(huì)依次啟動(dòng)1#、2#、3#水泵，啟動(dòng)過(guò)程中如管網(wǎng)壓力超過(guò)“低壓力設(shè)定值”時(shí)，不會(huì)再啟動(dòng)后續(xù)泵。

圖2 1#水泵自動(dòng)運(yùn)行控制程序
1.手動(dòng)運(yùn)行
將水泵控制方式選擇旋鈕旋至“手動(dòng)”位置，按下控制柜面板上的“啟動(dòng)”按鈕，變頻器會(huì)以A145設(shè)定的頻率運(yùn)行。
2.自動(dòng)運(yùn)行
①兩用一備模式（三臺(tái)水泵均正常，均可以自動(dòng)使用）
將三臺(tái)水泵的“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置；按下任意兩臺(tái)水泵的“啟動(dòng)”按鈕，水泵啟動(dòng)，并通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。需要停車時(shí)，按下“停止” 按鈕，水泵停止運(yùn)行。圖2為1#水泵自動(dòng)運(yùn)行的控制程序。
在操作中值得注意的是，三臺(tái)水泵均選擇“自動(dòng)”時(shí)，任意啟動(dòng)其中兩臺(tái)，第三臺(tái)自動(dòng)被選擇為備用泵。如僅啟動(dòng)一臺(tái)，則不會(huì)自動(dòng)選擇備用泵。故障自動(dòng)切換選擇為“是”后，如運(yùn)行泵任意一臺(tái)泵發(fā)生故障，則自動(dòng)啟動(dòng)備用泵；如選擇“否”，處于自動(dòng)狀態(tài)的水泵則需要通過(guò)柜面按鈕啟動(dòng)。
②一用一備模式（兩臺(tái)水泵均正常，均可以自動(dòng)使用）
將任意兩臺(tái)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置，組成一用一備系統(tǒng)。第三臺(tái)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到手動(dòng)位置；按下自動(dòng)兩臺(tái)水泵任意一臺(tái)“啟動(dòng)”按鈕，水泵啟動(dòng)，并自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行；需要停車時(shí)，按下“停止”按鈕，水泵停止運(yùn)行。
關(guān)于“故障”
1.當(dāng)變頻器自身故障時(shí)，故障蜂鳴器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)觸摸屏上顯示“故障”；
2.當(dāng)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置時(shí)，按下“啟動(dòng)”按鈕，如PLC未收到變頻器的運(yùn)行信號(hào)，視為變頻器故障，同時(shí)觸摸屏上顯示“故障”；
3.當(dāng)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置時(shí)，因“低水壓自動(dòng)啟動(dòng)”或“故障自動(dòng)切換”而自動(dòng)啟動(dòng)水泵，如PLC未收到變頻器的運(yùn)行信號(hào)，視為變頻器故障，同時(shí)觸摸屏上顯示“故障”；
4.當(dāng)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置時(shí)，如果觸摸屏上顯示“故障”時(shí)，該水泵不能夠自動(dòng)啟動(dòng)，按下柜面“啟動(dòng)”按鈕也無(wú)效。
當(dāng)水泵“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到手動(dòng)位置時(shí)，如變頻器未故障，則按下柜面“啟動(dòng)”按鈕能夠啟動(dòng)水泵。但在實(shí)際操作過(guò)程中，在未查明故障原因之前不要嘗試手動(dòng)啟動(dòng)水泵。
5.如觸摸屏顯示“故障”，只有按下“解除”后，變頻器才能再次自動(dòng)啟動(dòng)。
關(guān)于“低壓力自啟動(dòng)”
1.“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕旋到自動(dòng)位置時(shí)，才可以自啟動(dòng)。
2.如“低壓力自啟動(dòng)”選擇了“是”，當(dāng)管網(wǎng)壓力低于“低壓力設(shè)定值”設(shè)定時(shí)，會(huì)首先啟動(dòng)1#水泵，經(jīng)過(guò)15秒延時(shí)后啟動(dòng)2#水泵，再經(jīng)過(guò)15秒延時(shí)后啟動(dòng)3#水泵。啟動(dòng)過(guò)程中如管網(wǎng)壓力超過(guò)“低壓力設(shè)定值”時(shí)，便不會(huì)再啟動(dòng)后續(xù)泵。
3.如停電再來(lái)電，“低壓力自啟動(dòng)”會(huì)自動(dòng)保持停電之前的狀態(tài)。
4.“低壓力自啟動(dòng)”的應(yīng)用：在系統(tǒng)以兩用一備或一用一備模式運(yùn)行時(shí)，如果管網(wǎng)用水量增大超出變頻器調(diào)節(jié)范圍后，管網(wǎng)壓力會(huì)下降。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于“低壓力設(shè)定值”后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)備用水泵。停電再來(lái)電時(shí)，能夠自動(dòng)啟動(dòng)水泵。圖3為低壓力自啟動(dòng)控制部分程序。

圖3 低壓力自啟動(dòng)控制部分程序
AB變頻器主要參數(shù)設(shè)置
本系統(tǒng)采用羅克韋爾公司AB變頻器，型號(hào)為22P-D208-110KW。參數(shù)設(shè)置的前提是變頻器參數(shù)為默認(rèn)值，就是出廠設(shè)置。而且要參看電氣原理圖，確認(rèn)變頻器控制端子接線正確及變頻器型號(hào)。P為基本編程代號(hào)，T為端子代號(hào)，A為高級(jí)編程代號(hào)。本系統(tǒng)中變頻器的主要參數(shù)設(shè)置如下：

表1 變頻器的主要參數(shù)設(shè)置
其他注意事項(xiàng)
1.水泵檢修時(shí)必須切斷變頻器主電源；
2.三臺(tái)變頻器的A145參數(shù)設(shè)置要一致，從而避免多臺(tái)水泵同時(shí)手動(dòng)運(yùn)行時(shí)出水相互影響；自動(dòng)啟動(dòng)水泵時(shí)加、減速時(shí)間取決于P39、P40的設(shè)定值；手動(dòng)啟動(dòng)水泵時(shí)加、減速時(shí)間取決于A147、A148的設(shè)定值；
3.變頻器顯示面板上紅色按鍵按下后變頻器會(huì)停止工作；變頻器故障時(shí)能夠清除故障，務(wù)必謹(jǐn)慎操作；
4.天氣炎熱時(shí)，必須打開(kāi)柜內(nèi)散熱風(fēng)扇，避免變頻器熱故障停機(jī)。
結(jié)束語(yǔ)
在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
該系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)。目前該系統(tǒng)在我公司投入使用，效果明顯。