水压平稳过渡；同时由于设计了控制程序，水泵可以自动启停、自动控制运行频率，真正做到了用水和供水的动态平衡，有效地节约了能源，从而达到供水系统稳定而节能供水的目的。［关键词］PLC ；变频器；恒压供水新型变频调速恒压供水系统变频器恒压供水
徐玲玉
（唐山市水利规划设计研究院，河北唐山063000）
随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现
节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。唐山市海港开发区供水工程就采用了这种供水控制系统。
1系统介绍
变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC 、变频器、PID 调节器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4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
。
闭环控制系统图
正常情况（无泵检修）时，各泵的运行顺序为1#，2#，3#，4#2工作原理
2.1运行方式
该系统有手动和自动两种运行方式：2.1.1手动运行
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。
2.1.2自动运行
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。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。
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。
2.2故障处理2.2.1故障报警
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。
2.2.2水泵检修
为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统设有水泵强制备用功能（硬件备用），可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行。
3PLC 控制系统
该系统采用的是西门子S7-300系列，PLC 编程采用step7。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。
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。而在该系统中，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。
4变频控制的优点
用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。其优点是：
1）起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；
2）由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；3）可以消除起动和停机时的水锤效应；
5恒压供水系统特点
1）节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大（下转第222页
）
（上接第220页
）限度地节能运行；
2）节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；
3）运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。
4）联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。
5）控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。6）自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。
6结语
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，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。
作者简介：徐玲玉，1980年生，女，汉族，河北省唐山市人，助理工程师，从事电气设计。
［参考文献］
[1]满永奎，韩安荣，吴成东.通用变频器及应用[M].机械工业出版社,1995.[2]王兆义.可编程控制器教程[M].机械工业出版社,1997.
[3]罗贵隆.变频技术在恒压供水系统中的应用[J].建材技术与应用,2007.[4]赵相宾，刘国林.变频调速和软启动技术的现状和发展[J].自动化博览,2000.
135℃。当温度达到整定值时，电接点状态开始转换。
闭合电源开关QS ，信号灯HL 1亮。按下启动按钮SB 2，操作继电器J 线圈通电吸合，它的常开接点（3—4）闭合自琐，常开接点（1—5）、（2—6）闭合，平衡电桥（XQC —102）电源接通。当室温低于整定温度值时，平衡电桥内部三对电接点均处于闭合状态，1J 、2J 、3J 线圈通电吸合，它们的常开接点（5—13）、（5—15）、（5—17）闭合，使1CJ 、2CJ 、3CJ 线圈通电吸合，它们的主接点闭合，分别接通升温组、调温组、保温组的电源，使干燥室内温度快速上升。1CJ 、2CJ 的辅助常开接点（
5—19）、（5—21）闭合，HL2、HL3信号灯亮，表示加速升温。3CJ 的辅助常闭接点（5—23）断开，HL4信号灯灭，表示温度不高于135℃。
当温度上升到115℃时，平衡电桥内的电接点WK1断开，使继电器1J 、1CJ 、线圈断电，1CJ 主接点断开，第一组加热元件快速升温完毕，信号灯HL 2灭。这时第二组加热元件继续通电，当温度上升到125℃时，平衡电桥内的电接点WK 2断开，使继电器2J 、2CJ 线圈断电，2CJ 主接点断开，第二组调温组元件断电，定温指示灯HL 3灭。这时只有第三组加热元件通电向干燥室内供热，使室内温度稳定在135℃。由于一年四季室外温差很大，因此，本系统设计了限超温环节，当干燥室内温度超过135℃时，平衡电桥内的电接点WK 3断电使3J 、3CJ 线圈断电，第三组加热元件断电，3CJ 的常闭接点（5—23）闭合，HL 4超温信号灯亮。
当干燥室内温度降到125℃时，平衡电桥的电接点WK 2闭合，使2J 、2CJ 线圈通电，再次接通第二组加热元件，当室温又从新升到135℃时，平衡电桥的电接点WK 2又一次断开，直至往复，总是能将温度控制在125℃~135℃之间，从而满足工作需要。
4干燥室改造前与改造后数据对比
干燥室改造前与改造后用电量对比表（Wh 表计量）
：
5改造后优点
1）采用远红外线辐射板替代电阻丝元件加热，并由底部烘干式改为两侧直烘式加热，可大大提高热效率，缩短干燥时间，改造后总功率是30KW 。当干燥室快速升温达到工作温度125℃时，升温组、调温组断电只有保温组工作，功率为11KW ，当温度超过135℃时，保温组断电，输出功率为零，只有温度降到135℃以下时保温组元件才再次工作，可节电45%左右，节约了电能。
2）在原干燥室内墙加砌110mm 厚保温砖，干燥室门内用薄铁板将20mm 厚的石棉板夹在中间进行保温，提高了热能的利用率，可减少热量损失20%，节约了热能。
3）增设排烟孔（有烟时打开排烟孔，无烟时关闭），解决了车间内空气污染问题。
4）干燥室温度采用热电偶—平衡电桥自动温控系统，免去人为的温控负担和干燥室温度的波动幅度，达到恒温干燥，提高了绕组干燥质量，延长了电动机使用寿命。
6结论
电动机干燥室改造后，使用效果良好，缩短了干燥时间，提高了干燥质量，延长了电动机使用寿命，达到了节能降耗的目的，节能效果显著。
作者简介：潘旺，1964年生，吉林省辽源市人，助理工程师，现任吉林省辽源矿业集团公司西安煤业公司机修厂。
［参考文献］
[1]王秉铨主编.工业窑炉设计手册[M].北京：机械工业出版社,1981.
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