引言
当前阶段，纸张是人们生产生活中必不可少的工具，在加快信息交流、提升人们生活质量方面起到了很大的作用[1]。随着社会的不断发展，人们对纸张的质量要求越来越高，这对造纸行业提出了相对更高的要求[2]。造纸过程中会涉及很多环节，且绝大部分环节都会使用大量的水[3]。在我国这样水资源比较匮乏的国家，如何在保证纸张生产质量的前提下，尽可能降低水的使用量，是所有造纸工厂面临的问题[4-5]。随着造纸领域技术水平的不断提升，设计出了恒压供水系统，该系统的应用不但可以降低水的使用量，同时还能够显著提升纸张的生产质量[6]。其中变频器是恒压供水系统中最关键的部件之一。
1恒压供水系统整体方案概
述
如图1所示为基于西门子变频器的恒压供水系
统结构框图。从图中可以看出，造纸车间会设置水塔
用于存储自来水，随着造纸车间用水量的不断增加，
水塔中自来水的水位会随之不断降低。通常水位越
低则整个供水管网中的水压会随之降低。利用液位
计和液位变送器可以对水塔中自来水的水位情况进
行实时检测，并将检测结果输送到控制器中。另外，
在水泵机组出口部位还设置了压力传感器，基于该
压力传感器及压力变送器可以对水泵机组出口部位
的水压进行实时检测，检测结果同样直接传输至控
制器中。控制器对管网中的水压情况和水塔中自来
水的水位情况进行综合分析，根据压力和水位实际
情况下达控制指令对变频器进行控制，使其输出对
应的电源频率，控制电机的启动数量及电机的实际
转速，已达到控制供水系统水压的目
的。
图2所示为基于西门子变频器的恒压供水系统
工作原理图，水位和水压监测信号输入到控制器中，
控制器和PC机之间通过PROFIBUS-DP通讯总线
及通讯模块等实现数据信息之间的交互，对监测信
号进行分析与处理。控制器根据分析计算结果下达
变频器的输出电源频率大小以及电动阀门的开度值变频器恒压供水
大小。变频器根据指令可以对水泵切换电路进行控
制，决定水泵的启动数量，同时还可以对启动水泵的
电源频率进行控制，通过这种方式确保水压恒定。
另外，控制器和PC机之间通过数据交换，可以将水
位和水压监测结果、电泵的运行数量及其供电电源
频率等关键工艺参数在PC机显示器中进行实时显示。
恒压供水系统在启动时，首先只启动其中1台
水泵，通过变频器将该水泵的功率调至最大值。如果
仍然无法满足造纸生产实际需要，则通过控制系统
下达指令启动另外一台水泵，直至供水系统中的水
压达到要求为止。相反的，如果需要降低供水系统中
的水压时，可以将其中一台水泵的频率降低为最低
值，直至将其关停为止。
西门子变频器在恒压供水系统中的应用
王广智
（抚顺矿业集团有限责任公司望花琥珀工贸分公司，辽宁抚顺113000）
摘要：对恒压供水系统的整体方案进行简要概述，探讨了西门子变频器的选型与设计，并对西门子变频器在
恒压供水系统中的应用效果进行分析。分析表明，在恒压供水系统中应用西门子变频器，显著降低了车间工人
的劳动强度、整个供水管网的损耗及供水系统的电能消耗，为造纸车间创造了良好的经济效益和社会效益。
关键词：西门子变频器造纸车间恒压供水系统
中图分类号：TN733+.1；TS737文献标识码：A文章编号：1003-773X（2021）04-0249-03
收稿日期：2021-01-18
作者简介：王广智（1988—），男，辽宁抚顺人，本科，工程师。
DOI:10.16525/jki14-1134/th.2021.04.109总第216期
2021年第4期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total216
No.4，2021
图1基于西门子变频器的恒压供水系统工作流程框图
图2基于西门子变频器的恒压供水系统工作原理图
液位变送器控制器压力变送器
西门子变频器
西门子变频器
西门子变频器
电机
电机
电机
液
位
计
水
塔水泵机组
压力传
感器
造
纸
车
间
水位监测信号
水位监测信号
SP
PV
MPI
PC
机
控
制
器
变频器组
电动阀
水泵1
水泵2
水泵3
水
泵
切
换
电
路
自动化技术与设计
第36卷机械管理开发
*****************
造纸行业的供水系统中，主要通过异步电动机
提供动力，电机的输出转速与供水系统的供水压力
之间存在紧密联系。通过控制电机的输出转速就可
以对供水系统中的供水压力进行有效控制。对于异
步电动机而言，其运转时的速度可以通过下式进行
计算：n=（（60f1）/p）（1-s）。式中，s表示转差率，正常
情况下不会变化很大；p表示电机的绕组极数，为定
值；f1表示电机电源的频率。如图3所示为电机供电
电源频率与其输出转速之间的关系曲线。基于异步
电动机的工作原理可以看出，只要能够改变电机电
源的频率大小，就能对电机的输出转速进行有效控
制，进而对水压进行控制。变频器的作用就是改变电
源的频率大小，通过在电机前端设置变频器就可以
改变电机电源的频率。如果变频器的性能较好，输出
的电源频率范围较宽广，则可以实现异步电动机输
出转速较大范围的调整。
2西门子变频器的选型与设计
在对变频器市场进行充分调研分析，并结合所
设计的恒压供水系统实际情况的基础上，最终选用
的是西门子公司研制生产的S120型变频器，如图4
所示为西门子G120型变频器的基本结构图。从图
中可以看出，变频器本身需要通过DC24V电源进
行供电，可以对频率为50Hz三相380~480V的交流
进线电源进行转换，得到理想的电源频率，对电机进
行供电。变频柜中设置有很多模块，比如逆变模块、
整流模块等，这些模块都可以基于DRIVE-CLiQ连
接方式与PC工具进行数据信息的交换，以便PC工
具对变频器进行控制。西门子S120型变频器是最新
研制的专门针对电机进行转速控制的变频器，可以
同时实现多种控制模式，如伺服控制、V/F控制、矢
量控制。变频器在工作时通过调节相关的参数即可
实现控制模式之间的相互转换。另外，此型号变频器
还专门配置了对应的软件，软件界面简洁，操作简
单，方便工作人员对其进行控制与操作。
3西门子变频器在恒压供水系统中的应用效果
将上述基于西门子变频器的恒压供水系统应用
到造纸工厂中，取得了很好的应用效果，以下进行简
要分析。
造纸车间如果没有使用基于西门子变频器的恒
压供水系统，就需要安排专人对供水系统的水压进
行人工调整，要求相关人员必须具备扎实的实践经
验和技术水平。如果供水压力太低则达不到造纸生
产的相关要求；相反的，如果供水压力过高，不仅会
造成水资源的浪费，还会对供水管道及相关元件造
成冲击，也会影响生产质量。使用恒压供水系统后，
供水压力可以实现全自动控制，无需人为干预，只需
安排人员注意观察即可。不仅保证了供水压力的恒
定，为提升生产质量奠定了坚实的基础，也显著降低
了人工的劳动强度，改善了车间的工作环境
。
未使用恒压供水系统前，水泵启动时电机的最
大电流值可以达到500A左右。如此高的电流会对
电机等造成很大的冲击，影响运行时的稳定性及其
使用寿命。正常运行时电机的平均电能消耗为150
kVA。使用基于西门子变频器的恒压供水系统后，电
机启动时的电流值控制在了100A左右。显著降低
了电流对设备造成的不良冲击，能显著提升电机的
使用寿命。另外，正常工作时的平均电能消耗降低到
了120kVA左右。通过对比可以发现，西门子变频器
在恒压供水系统中的实践应用能够节省电能消耗
20%左右，可以为造纸车间创造良好的经济效益
。
没有使用西门子变频器时，供水系统启动时间
只有0.3s左右。在这么短的时间内，水流速度从零
增加到正常工作速度，要求具备很大的加速度，这么
大的加速度必然会对供水管网造成很严重的破坏，
此现象称之为“水锤效应”。西门子变频器在恒压供
水系统中的应用，可以直接在控制系统中输入设备
的启动时间。通过这种方式能够降低“水锤效应”，进图3电机供电电源频率与其输出转速之间的关系曲线图
图4西门子S120型变频器的基本结构图
电源频率
DC24V
电源
端子模块可选模块
数据段
PC工具
进线电源
3AC380V-480V
电源电抗器
电源滤波器
DRIVE-CLiQ
信号线
功率线
DRIVE-CLiQ MOTION-CONNECT
带DRIVE-CLiQ
接口的异步电机
带DRIVE-CLiQ
接口的同步电机带DRIVE-CLiQ
接口的同步电机
传感器模块
1控制单元
2非调节型电源
模块（Smart Line）
或调节型电源模
块（Active Line）
3单轴电机模块
4双轴电机模块
5单轴电机模块250
··
2021年第4期而优化管网的运行环境，提升管网运行稳定性及其
寿命，能够显著降低造纸车间对供水系统的维护保养成本。4结论
1）在造纸车间供水系统中使用西门子变频器，可以对供水机组中水泵的启动数量及水泵的供电电源频率进行有效控制，最终实现水压恒定控制的目的；
2）供水系统中选用的是西门子S120型变频器，该变频器具备优异的性能，完全能够胜任实际工作需要；
3）西门子变频器在造纸车间恒压供水系统中的
实践应用，取得了很好的效果，
显著降低了车间工人的劳动强度、整个供水管网的损耗、
供水系统的电能消耗，为造纸车间创造了良好的经济效益和社
会效益。
参考文献
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（编辑：
贾娟）Application of Siemens Inverter in Constant Pressure Water Supply
System
Wang Guangzhi
（Fushun Mining Group Co.,Ltd.Wanghua Hupo Industry and Trade Branch,Fushun
Liaoning 113000）
Abstract:The whole scheme of constant pressure water supply system is briefly summarized,the selection and design of Siemens frequency converter are discussed,and the application effect of Siemens frequency converter in constant pressure water supply system is analyzed.The analysis shows that the application of Siemens frequency converter in constant pressure water supply system can significantly reduce the labor intensity of workshop workers,the loss of the whole water supply network and the electric energy consumption of the water supply system,and create good economic and social benefits for the paper making workshop.
Key words:Siemens;inverter;papermaking workshop;constant pressure water supply system
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（编辑：
赵婧）Performance Analysis of Large Mining High Pressure Support under
Different Working Conditions
Liu Xinzhi
（Datong Coal Group Linfen Dahuokou Coal Co.,Ltd.,Linfen Shanxi 041000）
Abstract:The bearing capacity of large mining high hydraulic s upport is complex and changeable.The static simulation analysis of the performance of hydraulic support under different working conditions provides a reference for the design and use of hydraulic support.The analysis shows that in the process of designing and using hydraulic support,according to the stress and deformation distribution of hydraulic support,different materials and structures should be adopted to improve the overall performance of hydraulic support and meet the needs of fully mechanized mining.
Key words:thick coal seam;large mining height fully mechanized mining;hydraulic support;simulation analysis
（上接第118页）
王广智：西门子变频器在恒压供水系统中的应用251··
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