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摘 要：水是人类生存不可缺少的资源，且水资源是有限的，故节约用水是我们的责任和义务。传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度低等缺点，严重影响了居民用水和工业用水。随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于民用建筑的生活、消防供水系统中以及其他领域。
关键词：水资源 变频恒压 原理 特点 应用
一、水资源概况
水，并不是取之不尽，用之不竭的，节约水，我们要从身边的每一件事做起，从生活的点点滴滴做起。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米。我国水资源短缺、水污染严重 、水土流失严重 、水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。于是节水显得尤为重要，节水是指通过行政、技术、经济等管理手段加强用水管理，调整用水结构，改进用水方式，科学、合理、有计划、有重点的用水，提高水的利用率，避免水资源的浪费。
二、全自动变频恒压供水系统必要性及工作原理
1、必要性：
20世纪90年代 ，在我国城乡供水及水泵抽灌系统中，电机以额定转速运行，并以额定出水量供水，当用水量减少或在用水低谷时，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样造成电能与水资源的浪费。然而目前，变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的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，是当今最先进、合理的节能型供水系统之一。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。
2、工作原理；
设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，变频器自动将原工作在变频状态下的泵，投入到工频运行，以加大管网的供水量，保证压力稳定。若两台泵运行仍不能保证管网的压力稳定，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将下一台泵投入变频运行。当用水量减少时，变频器以最低速信号运行，如这时压力上限信号仍出现，则PLC将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停下一台工频运行的泵，直到最后一台泵用主变频器恒压供水。如果一台泵连续运行时间超过3小时，则切换下一台泵，避免了某一台泵工作时间过长，确保了泵的可靠寿命，进一步提高了工作效率，节约了能源。
变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、（智能PID调节器）、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1-1所示。其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PLC调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。
智能PID调节器属于PLC扩展模块，可以与AD＼DA模块一起使用，得到过程控制模块的效果。同时它的功能可以被变频器的某些功能代替，达到同样的控制效果。其控制原理图如图1-2所示。
图1-2 恒压供水系统控制原理框图二
三、全自动变频恒压供水系统特点及适用范围
1、系统特点：
（1）高效节能。按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况下运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效果达到20%。
（2）对电网冲击小，保护功能完善。消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、 过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。
（3）人机界面触摸面板操作，设计参数灵活方便。可灵活设定频率下限，加速时间、减速时间、换泵时间等各种工作参数，能够显示系统运行时间，查阅各种故障原因。
（4）定时唤醒功能。由于系统是根据管网用水量的多少来决定投入运行水泵的台数，所以当用水量长期在某一小范围内变化时就会使得某台水泵长期运行而磨损严重，而其他水泵长期不使用造成生锈，设定本功能后则可方便的解决该问题。对于同流量的多台水泵，为使各泵平均工作时间相同，须设置定时换泵功能。在设定了定时换泵功能后，当一台变量泵连续工作时间超过设定值后，且有变量泵处于“休息”状态，则变频器自动切换启动“休息”时间最长的变量泵，并停止原变量泵，以保证各台水泵运行时间均等，延长水泵使用寿命。换泵时间可任意设定。
（5）当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。
2、适用范围：
变频恒压系统广泛应用于居民区、宾馆及其它公共建筑的生活用水、锅炉补给水，加压泵站、各类工矿企业的生产用水、消防用水、锅炉恒压补水、输油管道增压、注水系统、农田灌溉等。
四、总结
目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。但国内变频调速恒压供水系统的水压闭环控制系统的研究还是不够的，因此，有待于进一步研究改善，使其能够被更好的应用于生活、生产实践中。坚持把节约用水放在首位，强化城市节约用水管理，努力创建节水型城市，实施可持续发展。
参考文献
1、贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统.西安科技学院学报，2000；
2、屈有安.变频器PID恒压供水系统.江苏电器，2002；
3、朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用.浙江大学，2005；
4、刘润华.可编程序控制器在变频调速供水系统中的应用.基础自动化，1997。
关键词：水资源 变频恒压 原理 特点 应用
一、水资源概况
水，并不是取之不尽，用之不竭的，节约水，我们要从身边的每一件事做起，从生活的点点滴滴做起。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米。我国水资源短缺、水污染严重 、水土流失严重 、水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。于是节水显得尤为重要，节水是指通过行政、技术、经济等管理手段加强用水管理，调整用水结构，改进用水方式，科学、合理、有计划、有重点的用水，提高水的利用率，避免水资源的浪费。
二、全自动变频恒压供水系统必要性及工作原理
1、必要性：
20世纪90年代 ，在我国城乡供水及水泵抽灌系统中，电机以额定转速运行，并以额定出水量供水，当用水量减少或在用水低谷时，管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏，这样造成电能与水资源的浪费。然而目前，变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的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，是当今最先进、合理的节能型供水系统之一。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。
2、工作原理；
设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，变频器自动将原工作在变频状态下的泵，投入到工频运行，以加大管网的供水量，保证压力稳定。若两台泵运行仍不能保证管网的压力稳定，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将下一台泵投入变频运行。当用水量减少时，变频器以最低速信号运行，如这时压力上限信号仍出现，则PLC将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停下一台工频运行的泵，直到最后一台泵用主变频器恒压供水。如果一台泵连续运行时间超过3小时，则切换下一台泵，避免了某一台泵工作时间过长，确保了泵的可靠寿命，进一步提高了工作效率，节约了能源。
变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、（智能PID调节器）、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1-1所示。其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PLC调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。
智能PID调节器属于PLC扩展模块，可以与AD＼DA模块一起使用，得到过程控制模块的效果。同时它的功能可以被变频器的某些功能代替，达到同样的控制效果。其控制原理图如图1-2所示。
图1-2 恒压供水系统控制原理框图二
三、全自动变频恒压供水系统特点及适用范围
1、系统特点：
（1）高效节能。按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况下运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效果达到20%。
（2）对电网冲击小，保护功能完善。消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、 过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。
（3）人机界面触摸面板操作，设计参数灵活方便。可灵活设定频率下限，加速时间、减速时间、换泵时间等各种工作参数，能够显示系统运行时间，查阅各种故障原因。
（4）定时唤醒功能。由于系统是根据管网用水量的多少来决定投入运行水泵的台数，所以当用水量长期在某一小范围内变化时就会使得某台水泵长期运行而磨损严重，而其他水泵长期不使用造成生锈，设定本功能后则可方便的解决该问题。对于同流量的多台水泵，为使各泵平均工作时间相同，须设置定时换泵功能。在设定了定时换泵功能后，当一台变量泵连续工作时间超过设定值后，且有变量泵处于“休息”状态，则变频器自动切换启动“休息”时间最长的变量泵，并停止原变量泵，以保证各台水泵运行时间均等，延长水泵使用寿命。换泵时间可任意设定。
（5）当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。
2、适用范围：
变频恒压系统广泛应用于居民区、宾馆及其它公共建筑的生活用水、锅炉补给水，加压泵站、各类工矿企业的生产用水、消防用水、锅炉恒压补水、输油管道增压、注水系统、农田灌溉等。
四、总结
目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。但国内变频调速恒压供水系统的水压闭环控制系统的研究还是不够的，因此，有待于进一步研究改善，使其能够被更好的应用于生活、生产实践中。坚持把节约用水放在首位，强化城市节约用水管理，努力创建节水型城市，实施可持续发展。
参考文献
1、贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统.西安科技学院学报，2000；
2、屈有安.变频器PID恒压供水系统.江苏电器，2002；
3、朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用.浙江大学，2005；
4、刘润华.可编程序控制器在变频调速供水系统中的应用.基础自动化，1997。