天津市西门子一级代理商

1 引言
水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的21%。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的佳状态。

2 系统主要性能与特点
(1) 可实现恒压变量、双恒压变量等控制方式, 多种启停控制方式, 定压精度≤±1%;
(2) 变频器对电机进行软启软停, 减少设备损耗，延长电机寿命;
(3) 具有自动、手动及异地操作功能;
(4) 智能化控制，可任意修改参数指令(如压力设定值、控制顺序、控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等);
(5) 具有完善的电气安全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。

3 变频恒压供水控制系统设计

3.1 变频器恒压供水系统简介
恒压供水是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号，调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。
　　　该系统主要由3台水泵、1台变频器、PLC、PID及线性压力传感器等组成。其中PLC、PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。PLC控制各台水泵的运行状态(如工频运行、变频运行、停止)，从而控制水泵的运行台数，在大范围上控制供水的流量;PID调节器控制变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制供水的流量。水泵的速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制，采用“一变多定”的控制方式，并根据PID调节器输出电流信号驱动变频水泵。
3.2 主电路设计

该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M3，其中M1的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。主电路如图2所示。
　　　其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。选用西门子公司新的专用变频器MICROMASTEREco型变频器。
西门子MICROMASTER Eco型变频器的功能有:
(1) 优化的输入输出功能;变

(2) 优化的调试过程:仅12个基本参数设定便可满足绝大多数的HVAC应用;
(3) 长电缆运行:电机与变频器的连接电缆长度可达150m而无需加输出电抗器;
(4) 通讯功能:内带的RS－485可简便地与DDC从站或楼宇管理系统连接通讯，速率可达19200bps;
(5) 可与所有感应电机匹配:通过简单的参数设定即可使Eco与各种电机适配，Eco内带电机保护功能，防止电机过热;
(6) 多电机传动功能:MICROMASTER Eco可控制一组电机以同一频率运行;
(7) 捕捉再启动:为确保电源故障恢复后的正确自动再启动，即使电机还在运转，控制系统会控制变频器输出与电机同步的频率;
(8) 能耗的优化:在达到给定值后，控制系统会自动优化电机的能耗;
(9) 高启动转矩:即使在长时间的运行之后，MICROMA- STEREco仍可确保各种泵类负载的稳定启动，在加速时，会自动提供附加的启动转矩;
(10)内带PID控制模块:PID功能可与外部的传感器直接连接，可以实现jingque的流量、压力或温度控制，可接收0～10V，0～20mA或4～20mA标准反馈信号。闭环系数均可调节以实现不同应用时优化、准确的控制。

3.3 控制电路设计

控制电路包括继电器控制电路及PLC控制电路。继电器控制电路图
其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。HL0～HL6为指示灯，其中HL0为电源指示灯，HL1～HL3分别指示M1～M3的工频运行，HL4～HL6分别指示M1～M3的变频运行。
　　　给出了系统的PLC控制电路。图4中SA7为手动/自动控制转换开关，SA8为自动起/停控制转换开关，P1为压力上限，P2为压力下限，SA1为1#水泵手动起动开关，SA2为1#水泵手动停止开关，SA3为2#水泵手动起动开关，SA4为2#水泵手动停止开关，SA5为3#水泵手动起动开关，SA6为3#水泵手动停止开关，KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。
3.4 PID调节器电路

　　　PID调节器电路如图5所示，PID调节器的引脚11、12为电流输出信号，接图1中的变频器的引脚3、4，PID调节器的引脚18接图3中的PLC输入端子X4，PID调节器的引脚19接图3中的PLC输入端子X5。PID调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制变频泵的转速，实现变频泵水流量的稳定控制。

4 结束语

变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，不仅节能效果显著，还可以极大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，具有良好的技术、经济效益。

三、系统软件设计

本嵌入式控制系统的编程分为两部分，一是PLC软件编程，实现对工作单元的现场控制；二是操作站触摸屏的编程，触摸屏根据传感器获取的测量数据判断目前的工作状态，然后将控制指令发送给各单元的PLC，同时生成交互式的人机对话界面。

（一）PLC编程

1．控制流程描述

分析仪器单元的PLC负责气路和量程切换的操作，CVS单元的PLC主要对CVS系统进行流程控制，实现自动清洗、自动采样等一系列功能控制。以CVS系统为例，PLC首先控制CVS单元排气过程，将气囊中的废气排空；然后控制清洗过程，进行管路清洗；后控制自动采样，将背景气体和稀释气体分别抽到两个气囊，为分析仪器的气体分析做好准备。上述过程主要包含对泵、阀开关和定时延时的控制。控制过程如图3所示。

图3 CVS系统PLC控制流程臣

2．控制程序

整个控制程序我们采用程序代码编程，它较之梯形图、功能模块灵活、方便，结构紧凑。主程序模块为：

LD SM0.1 ／／初始化，调用子程序0
CALL SBR_0
S M2.0，4 ／／设置程序执行标志位
LD M0.1 ／／启用等待程序
A M2.0 ／／M2．0设为1
LPS
LD M8.1 ／／有复位请求
ALD
CALL SBR_I／／调用子程序1
／／SBR_0：
LD SM0.0
…．． ／／初始化泵阀状态
CRET
，，SBR_I：
LD SM0.0
LD M3.0
…．． ／／控制CVS工作流程
CRET

（二）触摸屏控制程序设计

系统中操作站我们采用触摸屏实现交互式人机对话。包括5个主要界面：系统主界面、CVS界面、分析仪器界面、报表和历史数据查询打印界面、手动界面。设计以按钮形式简便、直观地来控制PLC运行，有显示操作状态和数据、故障报警以及报表查询等功能。

四、结束语

整个系统完全满足汽车生产厂家现场监测汽车尾气污染物含量的要求。通过简单直观的人机对话界面实现复杂的操作，克服以往监测系统可靠性低、故障率高、操作复效率低等缺点，从而有效地提高了我国汽车生产厂家生产管理水平。