CN104153425A - 一种恒压供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种恒压供水系统，用来将供水的网管水压维持在恒定值，所述恒压供水系统包括：变频器、水泵和压力传感器，所述压力传感器设置在网管的出口处，用来感应网管出水的实际压力，并将采集的参数反馈给变频器；所述变频器用来比较压力传感器反馈参数与给定值之间的大小，并将其差值经过计算转换成变频器当前应该输出的频率，该输出频率调节水泵中异步电机转速；所述水泵由异步电机驱动旋转来供水，异步电机的转速由变频器输出频率进行调节。所述恒压供水系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，该系统具有良好节能性，使用效果好，满足实际使用要求。

Description

一种恒压供水系统

技术领域

本发明涉及一种恒压供水系统，尤其是一种利用PLC控制技术和变频调速技术实现恒压供水系统。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。而我国是个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、小区供水，尤其县城、乡镇供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。而其中的老水厂自动控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，而且手动控制无法对供水网管的压力和水位变化及时做出恰当的反应。在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象。

现有的小区供水方式有：恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其主要缺点如下：

1、恒速泵加压供水方式无法对供水网管的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，网管长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。

2、水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前仅限用于高层建筑。

3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。

4、液力涡合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修。

5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面四种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。

综上所述，现有的供水方式普遍存在不同程度的浪费水力、电力资源；效率变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化(实际上为供水网管的压力变化)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，是当今先进、合理的节能型供水系统。但在实际应用中，如何充分利用变频器内置的各种功能，合理设计变频器调速恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等具有重要的现实意义。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种恒压供水系统，充分利用PLC控制技术和变频调速技术，实现恒压供水，满足实际使用需求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种恒压供水系统，用来将供水的网管水压维持在恒定值，所述恒压供水系统包括：变频器、水泵和压力传感器，

所述压力传感器设置在网管的出口处，用来感应网管出水的实际压力，并将采集的参数反馈给变频器；

所述变频器用来比较压力传感器反馈参数与给定值之间的大小，并将其差值经过计算转换成变频器当前应该输出的频率，该输出频率调节水泵中异步电机转速；

所述水泵由异步电机驱动旋转来供水，异步电机的转速由变频器输出频率进行调节。

作为上述技术方案的改进，所述变频器包括可编程控制器。

作为上述技术方案的改进，所述水泵为至少包括三台。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述恒压供水系统，以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，使用效果好，满足实际使用要求。

附图说明

图1为本发明所述恒压供水系统工作原理示意图；

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

本发明所述的恒压供水系统，是为了满足用户对供水系统流量的需求。所以，流量是系统的基本控制对象。但是，流量的大小取决于扬程，扬程难以进行具体测量和控制。考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间的平衡关系有关：

供水能力Q_G＞用水需求Q_U，则压力上升；

供水能力Q_G＜用水需求Q_U，则压力下降；

供水能力Q_G＝用水需求Q_U，则压力不变。

可见，供水能力与用水需求之间的矛盾反映在流体压力的变化上。因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。

因此，本发明所述的恒压供水系统，以供水网管的出口水压为控制目标，在控制上实现出口总网管的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总网管的实际供水压力维持在设定的供水压力上。

如图1所示，本发明所述的恒压供水系统，用来将现有供水的网管4水压维持在恒定值，其包括：变频器1、水泵2和压力传感器3，压力传感器3连接变频器1，由变频器1调节水泵2工作参数，水泵2的转速变化最终输出影响网管4中水压大小。

所述压力传感器3设置在网管4的出口处，用来感应网管4出水的实际压力，并将采集的参数反馈给变频器1。变频器1用来比较压力传感器3反馈参数与给定值之间的大小，并将其差值经过计算，转换成变频器1当前应该输出的频率，该输出频率使水泵2中异步电机转速发生改变。

所述水泵2由异步电机驱动旋转来供水，并且把电机和水泵2连成一体，变频器1调节异步电机的转速，从而改变水泵2的出水流量，进而实现恒压供水。因此，本发明所述的恒压供水系统，实质是异步电机的变频调速，异步电机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。

如图1所示，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，压力传感器3首先将网管4出口处的实际出水压力采集并反馈给变频器1，变频器1将该参数与实际设定参数进行比较，并得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器1输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器1当前的输出值相加，得出的值即为变频器1当前应该输出的频率。该频率使水泵2的电机转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复多次，直到实际出水压力和设定压力相等为止。相应地，如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器1的输出频率将会降低，水泵2的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。

本发明所述的恒压供水系统，水泵2采用电机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在网管4流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总的网管4的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总的网管4压力实际值进行比较，其差值输入经运算处理后，发出控制指令，控制水泵2的电机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总的网管4压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器1的PID运算功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(4～20mA)直接输入到变频器1中，由变频器1将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器1的内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵2转速。

本发明所述的恒压供水系统，一般需要设置多台水泵及电机，一般至少包括三台水泵及电机，一台用于正常工作，一台用于增大压力及流量，另一台用于备用。

多台水泵电机比设置单台水泵电机节能且可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够大，在用水量少时，仅仅开一台大电机肯定是浪费的；电机选小了，用水量大时，供水量则相应的会不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目标是保持网管水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器，从解决问题。这个方案比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。

本发明所述的恒压供水系统，压力传感器3将水压的变化转变为电流或电压的变化送给变频器1中的调节器。调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压的给定值、接受压力传感器3送来得网管4水压的实测值、根据给定值与实测值的综合依一定的调接规律发出的系统调接信号等功能。调节器的输出信号一般是模拟信号，4-20mA变化的电流信号或0-10V间变化的电压信号。信号的量值与前述差值成正比例，用于驱动执行器设备工作。在恒压供水系统中，执行设备就是变频器1。用PLC代替调节器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作为恒压供水系统的主要控制器，其主要任务就是代替调节器实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字PID调节；它还控制水泵的运行与切换，在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀的磨损，水泵及电机是轮换的工作。如规定和变频器相连接的泵为主泵(主泵也是轮流担任的)，主泵在运行时达到最高频时，须增加一台工频泵投入运行。PLC则是泵组管理的执行设备。PLC同时还是变频器的驱动控制。恒压供水系统中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端子接受到传感器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。另外，系统的其他控制逻辑也由PLC承担，如：手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示，泵站的工作异常的报警，系统的自检等等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种恒压供水系统，用来将供水的网管(4)水压维持在恒定值，其特征是，所述恒压供水系统包括：变频器(1)、水泵(2)和压力传感器(3)，

所述压力传感器(3)设置在网管(4)的出口处，用来感应网管(4)出水的实际压力，并将采集的参数反馈给变频器(1)；

所述变频器(1)用来比较压力传感器(3)反馈参数与给定值之间的大小，并将其差值经过计算转换成变频器(1)当前应该输出的频率，该输出频率调节水泵(2)中异步电机转速；

所述水泵(2)由异步电机驱动旋转来供水，异步电机的转速由变频器(1)输出频率进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种恒压供水系统，其特征是，所述变频器(1)包括可编程控制器。

3.根据权利要求1所述的一种恒压供水系统，其特征是，所述水泵(2)为至少包括三台。