第一篇：基于ABB變頻器的恒壓供水系統的設計

基于ABB變頻器的恒壓供水系統的設計

齊亞德·阿西·奧貝德，納斯里蘇萊曼和M.N.哈米頓

博特拉大學工程學院，電氣與電子工程部

摘要

變頻器恒壓供水系統是一個比傳統供水方式更加高效，節能的解決方案，相對傳統方式能夠節能50％以上。根據在特定的速度下，出水口和管道內水壓與電機轉速和運動頻率之間的關系這一性能,可以實現變頻調速恒壓供水。這里介紹了恒壓供水系統中使用ABB的ACS510驅動器和控制器。實際運行表明，所設計的系統，可以在誤差允許的范圍內，實現對設定的壓力進行跟蹤。假如一年工作8000小時，該系統可比閥門節流方式降低能耗54.4％。

1.引言

無論是在生產上還是生活上，恒壓供水系統被廣泛使用。相比傳統的水塔和高水箱的方式，新的變頻恒壓供水供電系統具有設備投資少，系統的穩定性強，自動化程度高的優勢。該泵是一個典型的平方轉矩類負載，這意味著它的扭矩和速度的平方成正比，和流動速度成正比，因此功率損耗是和速度是成正比的。當使用節流閥方式時，無論閥門開度如何，電機始終為額定轉速。假設供水系統是理想態，閥門開度為80％，在這一點上，速度為n1，功率為p。在相同的情況下，當涉及到變頻的方式，不僅降低電機額定轉速的80％，而保持閥全開能滿足供水需求。與這一點上的功率損耗P2與P1具有下列關系，p2?n2??0.8n1????????0.512????p1?n1??n1?（1）33從公式（1）可以看出，與傳統供水方式相比，閥門的開度是80％，變頻控制方式損耗功率只有傳統方式的0.512倍。通常情況下，電動機的容量因留有一定的余量而比實際需求更大，也就是說電機不能正常工作在額定狀態和速度達不到最高，即使是在用水高峰期。變頻恒壓供水系統節能潛力巨大。本文所設計的供水系統運行了半年多，相比傳統的方式，本系統節能54.4％。目前，形成廣泛的變頻恒壓供水系統由PLC，單片機，其他特殊控制器加逆變器這些額外的控制器不僅增加了成本，而且還系統的故障率。在本文中，我們要設計一個恒壓供水系統，并根據實際運行結果證明，舍棄專用控制器只使用逆變器還可以實現穩定的恒壓供水，達到同樣的節能。

2.恒壓原理

2.1、供水系統的特點

供水系統的特點如圖1所示，保持閥門打開不變，電機速度改變，反映揚程H和流量Q之間的關系。保持電機轉速不變，改變閥門的開度，反映揚程H和流量Q之間的關系。在揚程和流量的變化交匯點，系統同時滿足兩者，水消耗和水供給達到平衡，從而可以穩定運行。交叉點被稱為供水系統的工作點，用水量是根據用戶的需要隨時間變化的。因此供水系統的任務是準確控制水流，使流量與耗水量動態平衡，以確保系統穩定運行。

圖1 供水系統工作點特性，H是指供水系統的揚程，Q是系統的流量。2.2、變頻供水系統的原理

從上一節中，供水系統穩定運行壓力不變可以實現對供水流量的精確控制。當閥門開度不變，改變電機的轉速可以改變流量。電機轉速n與頻率f的關系，其中p是極對數，s為轉差率。公式（2）n?（2）60f?1?s?p

根據改變電機的電源頻率變化的速度，然后改變供水流量，這是變頻供水系統的原則。

3.變頻恒壓供水系統的設計

3.1、耗水量的計算和分析

居住區用水量主要包括生活，消防用水，綠化用水和其他不確定水等幾部分組成。生活用水量是最重要的用水需求分析依據，因為生活用水占總用水量的比例最高。根據建筑學標準供水流量的計算方法——公式（3），作為流量最高時的水流量。

KhQd3Qh?mhT（3）

Qh是在一個小時內，水的最大消耗量，它的單位是立方米/小時。Qd是一天的水流量，假設住宅區有600戶居民，平均每戶3.5個人，人口總數為2100個人。根據城市住宅標準：在日常生活中每人不應該少于230升的供水量，在這個系統里，我們假設每人300升，照公式（3）所示，Qd是630立方米。Kh是小時變化系數，這意味著一天中最大小時用水量比例高于平均一小時的用水量，在我們的城市的Kh可以選擇為2.5。T是在一天中的水的使用時間，選擇為20小時。然后可以計算出Qh值是78.75立方米/小時。居住最高的12層，根據每一層3.5米高，則揚程為48米的水泵滿足要求。泵和電機的效率和系統的免稅額的綜合考慮，選擇三個45KW泵能滿足供水需求。3.2、系統結構

變頻調速恒壓供水系統的原理如圖2所示。系統由控制器，執行器和檢測環節組成，形成一個閉環控制系統。變頻器作為整個系統的控制核心，根據一個給定的壓力和泵速變化頻率及泵轉速之間的偏差，實現精確的壓力控制。變頻調速恒壓供水系統的主電路如圖3所示。圖2.變頻調速恒壓供水系統示意圖。它是由逆變器，水泵電機和壓力表組成的閉環控制系統。

圖3 恒壓供水系統ACS510主電路是系統的控制核心，它的輸出是直接到三臺電機，根據實際壓力反饋決定應該是啟動電機還是啟動變頻電機。

根據變頻器的輸出第一個泵變頻啟動，當水壓不足，變頻泵改工頻運行，變頻啟動第二個泵，如果水壓壓仍不足，第二臺泵工頻運行，變頻啟動第三泵。通過調整到泵的數量和調整水泵電動機速度,實現恒壓供水。該系統不使用單獨的控制器，但通過變頻器內置PID調節功能，所以在硬件配置，根據住宅區的實際用水需求，系統由一個逆變器，三個45KW水泵電機，一個遠程壓力傳感器，6個交流接觸器，空氣斷路器和中間繼電器和指示燈等輔助設備組成。選擇ABB公司的ACS510，ACS510-01-088A-4系列標準變頻器，系統I / O接線板如圖4所示。

Fig.4變頻器I/O接線圖。該系統分為手動運行方式和自動運行方式，當系統手動運行，AI1是電機的給定速度，AI2壓力傳感器反饋的實際壓力值，它是變頻器輸出頻率的重要依據。

4.系統運行測試

4.1、出水口壓力

系統已投入運行超過半年，現在仍然運行穩定，該恒壓供水系統能夠滿足要求。圖5所示為站點觀察到一天不同時間出水口壓力的記錄曲線。從圖5可知，根據實際需求，不斷改變該系統的設定值，系統反饋值成功地實現了對設定壓力的跟蹤。為了保護電機，減少瞬間電流沖擊，當電機加速和減速。變頻器參數的上升和下降時間設置長為60秒。由于水流量變化的時刻和壓力值波動兩個原因，壓力設定值和實際有一些偏差，但偏差在可接受的范圍內。

圖5.實時壓力曲線，X軸表示一天的運行時間，Y軸表示實際的反饋和設定壓力

值，他們都滿足恒壓供水。

4.2、節能效果

系統運行半年多，約50％的時間系統工作在80％的額定轉速下，30％的時間在70％額定轉速下工作，20％時間在60％額定轉速下工作。假設系統全年8000工作小時，用單向閥控制消耗電力359兆瓦時，而使用頻率控制系統消耗電力為164兆瓦時，節約能源54.4％。根據發出1兆瓦時電力二氧化碳排放量為0.5噸計算，變頻恒壓控制系統每年可減少二氧化碳排放量97噸。

5.結論

系統投入使用，已超過六個月，仍能穩定運行。并能滿足一個住宅小區的水供。通過使用變頻調速控制之前和之后的功耗比較，所設計的系統節能效果明顯，是一種有效和可行的恒壓供水計劃。這種設計節省了目前廣泛使用的PLC，以及其他特殊的控制器，但需使用內置PID頻率調整功能的變頻器，變頻器成為控制系統的控制器和驅動器，由于不使用PLC或其他特殊的控制器，使系統成本降低顯著，操作更簡單，更易于維護和減少系統的故障。

第二篇：變頻器恒壓供水教學演示系統設計

變頻器恒壓供水教學演示系統設計.txt31巖石下的小草教我們堅強，峭壁上的野百合教我們執著，山頂上的松樹教我們拼搏風雨，嚴寒中的臘梅教我們笑迎冰雪。本文由shinyqb123貢獻

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第 31 卷第 2 期 2010 年 2 月

通化師范學院學報 JOURNAL OF TONGHUA TEACHERS COLLEGE Vol 31 №2.Feb.2010 變頻器恒壓供水教學演示系統設計

王立忠 ,王廣德 ,劉洪波 ,韓 ,孟昭暉 ,叢

強 琳(吉林師范大學 信息技術學院 ,吉林 四平136000)摘 : 為了鍛練學生的職業技能 ,在分析和比較國內外供水自動控制系統的發展現狀和特點的基礎上 , 結合城市供水的現 要 狀 ,設計了一套以變頻調速技術為基礎的恒壓供水控制系統.該系統綜合運用繼電控制技術、變頻調速技術以及自動控制技術 , 實 現了恒壓供水的參數整定 ,保證了供水系統維持在最佳運行狀況 ,同時培養了學生的系統設計能力和對專業的學習興趣.關鍵詞 : 恒壓供水;變頻調速;節能 中圖分類號 : T M301.2 文獻標志碼 : A 文章編號 : 1008002310),男 ,吉林公主嶺人 ,碩士 ,吉林師范大學信息技術學院副教授.傳統的小區供水方式有恒速泵加壓供水、水塔 高位水箱供水、氣壓罐供水等.這些傳統的供水方式 不同程度的存在效率低、可靠性差、自動化程度不高 等缺點 ,難以適應當前人們生活中供水的需要.目前 的供水方式正朝著高效節能、自動可靠方向發展.因 此開發自動的變頻調速恒壓供水系統 , 越來越受到 人們的重視.為滿足供水質量的要求 , 降低能耗 , 實 現全自動、可靠穩定的供水 ,利用變頻恒壓供水具有 全自動恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現 場手動控制等功能.結合學生職業技能訓練 , 在教師指導下學生設 計并安裝調試變頻恒壓供水系統 , 可以鍛煉學生的 綜合設計能力和工程意識.作為教學演示系統也可 以通過演示效果激發學生對專業知識興趣 , 了解變 頻器的應用方法.系統通過對變頻器內置 P I 模塊參數的預置 , D 利用遠程壓力表的水壓反饋量 ,構成閉環系統 ,根據 用水量的變化 ,在全流量范圍內利用變頻泵的連續 調節實現恒壓供水.1 變頻恒壓供水演示系統的構成 [14] 成.系統構成如圖 1 所示.變頻恒壓供水系統能 夠實現水泵的軟啟動 , 進而減小水泵啟動時的沖擊

系統啟動時首先閉合空氣開關 , 把轉換開關達 到變頻位置 ,三相交流電通過開關送到交流接觸器 和熱繼電器加載到變頻器上 , 變頻器輸出驅動變頻 電機啟動運行 ,把蓄水池的水抽到上水池中 ,在此過 ?23? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.tmdps.cnki.net 1

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第三篇：PLC與變頻器控制恒壓供水系統設計方案

PLC與變頻器控制恒壓供水系統設計方案

隨著變頻調速技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統已逐漸取代原有的水塔供水系統，廣泛應用于多層住宅小區生活消防供水系統。然而，由于新系統多會繼續使用原有系統的部分舊設備（如水泵），在對原有供水系統進行變頻改造的實踐中，往往會出現一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統，是在對一個典型的水塔供水系統的技術改造實踐中，根據盡量保留原有設備的原則設計的，該系統很好的解決了舊設備需要頻繁檢修的問題，既體現了變頻控制恒壓供水的技術優勢，同時有效的節省了資金。

1、系統介紹

變頻恒壓供水系統原理，它主要是由PLC、變頻器、PID調節器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及3臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統的運行。

通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號送入PID調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速，調節系統供水量，使供水系統管網中的壓力保持在給定壓力上；當用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵。根據用水量的大小由PLC控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的調速，實現恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電

機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環控制系統。

同時系統配備的時間控制器和PID控制器，使其具有定時換泵運行功能（即鐘控功能，由時間控制器實現）和雙工作壓力設定功能（PID控制器和時間控制器實現）。此外，系統還設有多種保護功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時維修和系統的正常供水。、工作原理

2.1 運行方式該系統有手動和自動兩種運行方式： ⑴.手動運行

按下按鈕啟動或停止水泵，可根據需要分別控制1#-3#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。⑵.自動運行

合上自動開關后，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時PID調節器接收到自壓力傳感器的標準信號，經運算與給定壓力參數進行比較，將調節參數送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時根據PID調節器給的調節參數使系統平穩運行。

若有電源瞬時停電的情況，則系統停機；待電源恢復正常后，系統自動恢復運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩定運行。

變頻自動功能是該系統最基本的功能，系統自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環變頻的全部操作過程。

3、電路圖

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19變5頻器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC傳感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制電路圖

5、原理圖

6、控制流程圖

7、結語

在供水系統中采用變頻調速運行方式，系統可根據實際設定水壓自動調節水泵電機的轉速或加減泵，使供水系統管網中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節能、節水、節地、節資，并使系統處于可靠運行的狀態，實現恒壓供水；減泵時采用“先啟先停”的切換方式，相對于“先啟后停”方式，更能確保各泵使用平均以延長設備的使用壽命；同時針對所用3臺電泵使用多年、需要定期進行檢修的實際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長了設備的使用壽命；壓力閉環控制，系統用水量任何變化均能使供水管網的服務壓力保持給定，大大提高了供水品質；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時實現故障消除后自啟動，具有一定的先進性。目前該系統已投入使用，效果明顯。

第四篇：基于PLC與變頻器的恒壓供水系統

基于PLC與變頻器的恒壓供水系統

摘要：闡述了恒壓供水的構成框圖、工作原理及軟件構成，側重于給出恒壓供水的實現思路。

關鍵詞：PLC 變頻器 恒壓供水

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）04-0018-01

PLC作為新一代工業自動化控制裝置，具有可靠性高、編程簡單、通用性好、維護簡單等優點，被廣泛應用于冶金、化工、機械、電子、電力等幾乎所有的工業領域；觸摸屏技術的發展，也為人機對話提供了良好的平臺。

我公司大部分設備需用循環冷卻水，但又受生產淡旺季、產品結構變化等因素的影響，經常出現冷卻水供應、使用的不平衡，這主要表現在冷卻水管網水壓上，用水量大時，水壓偏低、流量偏小；用水量小時，水壓則偏高、流量偏大。將其控制系統進行改造，采用PLC、變頻器、觸摸屏等控制后，不但解決了上述水壓不穩的問題，還有操作界面友好、節能降耗、降低維護成本等優點。構成框圖

該系統由觸摸屏、PLC、變頻器、壓力變送器等組成，其構成框圖如圖1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且選用配套的FX0N-3A模塊，采集冷卻水供水總管上的水壓信號，并將其轉換為4～20mA的電信號給PLC。變頻器：采用三菱FR-A540系列。觸摸屏：采用三菱F930GOT，顯示設定水壓、實際水壓、水泵的運行時間、轉速、報警信號等。工作原理

公司冷卻水供應由2個泵組成，安裝在公司冷卻水供水總管上的壓力變送器，采集水壓信號，并將其轉變為電信號給PLC，PLC將該信號與觸摸屏上的設定值進行比較并計算，并將結果輸出給變頻器，控制變頻器的頻率值，從而控制水泵電機的轉速，進而控制冷卻水的壓力。如用水量增大，1#泵轉速達到額定轉速也無法滿足工藝要求時，系統自動將1#泵切換到工頻電網上，同時啟動、調節2#泵，直到采集到的水壓穩定在水壓設定值。如用水量減小，2#泵運行到下限頻率時，系統自動將1#泵停運，2#泵繼續通過變頻器調節水壓。此時，如用水量又增大，2#泵轉速達到額定轉速也無法滿足工藝要求時，系統自動將2#泵切換到工頻電網上，同時啟動、調節1#泵，直到采集到的水壓穩定在水壓設定值。如此循環，實現自動恒壓供水。系統軟件

系統的軟件包括變頻器參數設定和PLC程序設計。

3.1 變頻器參數設定

變頻器變頻運行，當水泵電機轉速過低時，容易形成“空轉”現象，所以將其變頻下限設為20Hz；水泵電機可高速運行至額定功率（50Hz），所以將其變頻上限設定為50Hz。除此之外，變頻器還自帶欠壓保護、過壓保護、過載保護等功能，當電網電壓異常或水泵出現異常時可及時發出警報。

3.2 PLC程序設計

PLC的程序設計包括手動控制和自動控制的程序設計，手動部分是通過按鈕控制水泵電機在工頻下的運行與停止，供調試、維修用；自動控制程序采用PID調節指令，在此不作詳細論述。系統優點

（1）冷卻水壓力可根據產品工藝要求在可設范圍內任意設定，并將當前實際壓力與設定壓力顯示在觸摸屏上。（2）水泵電機啟動由變頻器控制，避免了直接啟動的大電流給供電電網的沖擊，既避免了對周邊設備的影響，也能延長水泵電機的有效使用壽命。（3）工作泵與備用泵輪換運行，保證各泵有基本相同的運行時間，避免了因備用泵長期不用而發生的銹蝕現象。（4）有效降低水泵電機的運行能耗，節電率至少可達30%。結語

該控制系統具有功能強大、性能穩定、運行可靠等優點，硬件品牌可根據個人實際情況合理選用，稍作改進，可廣泛用于生活供水、消防供水、中央空調系統、集中供熱等供水系統。

參考文獻

[1]王紅梅，方貴盛.基于PLC與變頻器的恒壓供水節能技術研究[J].浙江水利水電專科學校學報，2009，（12）.[2]韓衛杰.PLC和變頻器在城市小區恒壓供水中的應用[J].科學之友，2008，（10）.[3]杜韋辰，張世俊.基于PLC與觸摸屏的恒壓供水系統的設計[J].蘭州石化職業技術學院學報，2010，（6）.

第五篇：ABB變頻器ACS550的幾種使用方法總結

ABB變頻器ACS550的幾種使用方法總結

a．外部按鈕啟停控制，外接電位器調速

變頻器出廠默認為標準宏，在接線無誤的情況下，只要查看一下參數1001，確認為1；1601確認為0即可（不需要正反轉的情況下）。

b．如果牽引機等需要正反轉的，在標準宏控制下，只要設定參數1001為9，1003為3即可。

c．行星切割鋸（公轉電機為恒速），在標準宏控制下，只要設定參數1201為6，1202為一個固定頻率，如20HZ，即可。

端子11，12號短接，10號與13號和18號經過中間繼電器控制通斷。

d．外部按鈕啟停控制，變頻器控制面板調速

在標準宏控制下，設定參數1001為1，1103為0即可。如果是用英文面板操作，需要在REF狀態下使用（即調出REF后按下確認鍵，再用上下箭頭調速）。

e．變頻器面板啟停控制，外接電位器調速

在標準宏控制下，設定參數1001為8，1103為1即可。

f．變頻器面板啟停控制，變頻器控制面板調速

在標準宏控制下，設定參數1001為8，1103為0即可。