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【摘 要】变频调速在恒压供水系统中的应用是高职《变频技术及应用》课程中的重要课题。本文简介了恒压供水系统的基本原理，重点探讨了多泵系统中变频器与水泵之间的控制模式及选择，水泵间的切换方式等问题。
【关键词】变频调速；恒压供水调速系统；控制模式；切换方式
一、引言
长期以来我国在工业生产循环供水、市政供水等方面技术一直比较落后，自动化程度很低。大多数采用传统的水塔高位水箱或气压罐式增压设备，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从通用变频器问世以来，变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统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。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
二、变频调速恒压供水的工作原理和组成
对供水系统进行控制，实际就是为了满足用户对流量的需求，以及一定的压力和节能的需要。所以，流量是系统的基本控制对象，流量的大小受到扬程、管阻等因素的影响，但这些因素又难以进行具体测量和控制。在动态情况下，由于管道中水压的大小与供水能力（用供水流量Qc表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间有如下的平衡关系：
供水能力Qc﹥用水需求Qu，则压力上升（p↑）
供水能力Qc﹤用水需求Qu，则压力下降（p↓）
供水能力Qc=用水需求Qu，则压力不变（p=常数）
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。这就是恒压供水系统的基本控制思想。要保证检测点的压力值恒定不变，就需要根据用水需求Qu的变化，不断地去改变供水能力Qc。且前被广泛采用的变频调速供水系统就是通过变频器来调节水泵的转速，从而实现对水泵扬程及流量的控制，可以即时地改变供水能力Qc。
变频调速恒压供水系统主要由执行机构、信号检测、PLC控制系统（或者单片机、DDC）、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成，其一般的工作过程：首先检测给水池液位是否正常，若无异常则可直接由变频器启动第一台水泵，同时由压力表测出管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值（设定上下限）比较后。控制变频器输出频率，调节水泵转速；当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。
三、变频调速恒压供水系统常见控制方式和特点：
目前国内各厂家生产的供水设备，除采用落后继电接触器控制方式外，大致有以下四类：
1.逻辑电子电路控制方式：这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱。但成本较低。
2.单片微机电路控制方式：这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。
3.带PID回路调节器和可编程序控制器（PLC）的控制方式：该方式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。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来计时，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。
4.新型的专用变频调速供水设备：这种设备将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。
四、结论
变频器与水泵之间的配合应根据用户要求，系统规模，投资预算和业主接受能力来选择相应的控制模式。根据不同的情况，可以在上述4种基本控制方式的基础上进行组合优化，如根据用水高峰和用水低峰制定出日间供水模式，夜间供水方式等。夜间供水方式可只开启一台工频小泵，一般情况变频泵不参与工作，达到延长变频器寿命的目的；日间供水模式可以在方式2的基础上进行扩展，首先开启数台工频泵满足基本需要，在用水量变化较大时，再引入变频泵；若用水量变化较大且对水压控制要求严格，则可以采用3的方式进行控制。若条件容许宜优先采用方式4，这类专用变频器的价格比通用变频器稍高点，但功能强，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间，在满足工艺要求的前提下应优先采用。
参考文献
[1]唐修波.变频技术及应用.中国劳动社会保障出版社，2006.6
[2]李华.变频调速技术在供水系统中的应用.电子工业出版社，1998
[3]赵相宾，年培新.我国变频器调速技术的发展与应用.变频器世界，2003（7）：4-8
[4]谢仕宏.恒压供水软启动节能控制系统设计.中国给排水，2004（7）：65-67
【关键词】变频调速；恒压供水调速系统；控制模式；切换方式
一、引言
长期以来我国在工业生产循环供水、市政供水等方面技术一直比较落后，自动化程度很低。大多数采用传统的水塔高位水箱或气压罐式增压设备，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从通用变频器问世以来，变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统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。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
二、变频调速恒压供水的工作原理和组成
对供水系统进行控制，实际就是为了满足用户对流量的需求，以及一定的压力和节能的需要。所以，流量是系统的基本控制对象，流量的大小受到扬程、管阻等因素的影响，但这些因素又难以进行具体测量和控制。在动态情况下，由于管道中水压的大小与供水能力（用供水流量Qc表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间有如下的平衡关系：
供水能力Qc﹥用水需求Qu，则压力上升（p↑）
供水能力Qc﹤用水需求Qu，则压力下降（p↓）
供水能力Qc=用水需求Qu，则压力不变（p=常数）
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。这就是恒压供水系统的基本控制思想。要保证检测点的压力值恒定不变，就需要根据用水需求Qu的变化，不断地去改变供水能力Qc。且前被广泛采用的变频调速供水系统就是通过变频器来调节水泵的转速，从而实现对水泵扬程及流量的控制，可以即时地改变供水能力Qc。
变频调速恒压供水系统主要由执行机构、信号检测、PLC控制系统（或者单片机、DDC）、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成，其一般的工作过程：首先检测给水池液位是否正常，若无异常则可直接由变频器启动第一台水泵，同时由压力表测出管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值（设定上下限）比较后。控制变频器输出频率，调节水泵转速；当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。
三、变频调速恒压供水系统常见控制方式和特点：
目前国内各厂家生产的供水设备，除采用落后继电接触器控制方式外，大致有以下四类：
1.逻辑电子电路控制方式：这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱。但成本较低。
2.单片微机电路控制方式：这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。
3.带PID回路调节器和可编程序控制器（PLC）的控制方式：该方式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。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来计时，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。
4.新型的专用变频调速供水设备：这种设备将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。
四、结论
变频器与水泵之间的配合应根据用户要求，系统规模，投资预算和业主接受能力来选择相应的控制模式。根据不同的情况，可以在上述4种基本控制方式的基础上进行组合优化，如根据用水高峰和用水低峰制定出日间供水模式，夜间供水方式等。夜间供水方式可只开启一台工频小泵，一般情况变频泵不参与工作，达到延长变频器寿命的目的；日间供水模式可以在方式2的基础上进行扩展，首先开启数台工频泵满足基本需要，在用水量变化较大时，再引入变频泵；若用水量变化较大且对水压控制要求严格，则可以采用3的方式进行控制。若条件容许宜优先采用方式4，这类专用变频器的价格比通用变频器稍高点，但功能强，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间，在满足工艺要求的前提下应优先采用。
参考文献
[1]唐修波.变频技术及应用.中国劳动社会保障出版社，2006.6
[2]李华.变频调速技术在供水系统中的应用.电子工业出版社，1998
[3]赵相宾，年培新.我国变频器调速技术的发展与应用.变频器世界，2003（7）：4-8
[4]谢仕宏.恒压供水软启动节能控制系统设计.中国给排水，2004（7）：65-67