变频供水设备范文

导语：如何才能写好一篇变频供水设备，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：变频恒压；供水设备；变频器；PID控制

1 变频恒压供水设备的系统组成

变频器是整个变频恒压供水系统的关键部分。其系统组成框图（变频恒压供水图）如下

图中，水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。变频器接受PID控制器信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，PID控制器调节变频器频率来控制水泵转速，实现了一个闭环控制系统。变频器本身具有PID调节功能，可以不选用外置PID调节器，调节更加平稳。

2 变频恒压供水设备的特点

2.1 不产生负压

该设备与自来水主管网直接连接取水时，加压运行不会造成自来水主管网产生负压。

2.2 设置压力

通过调节许可压力控制阀能够设置自来水主管网许可吸水压力。

2.3 可借压

当设备超过许可吸水压力和流量时，可以在主管网的压力基础上增压。

2.4 变频恒压

设备实时通过压力传感器检测出口压力，再将实测值和设定值进行对照，反馈到控制系统，控制系统发出电机及水泵投入台套数和变频器输出频率信号，以追踪用水曲线来实现恒压。

2.5 超静音

考虑到噪声对人的危害，采用专用静音变频器，运用成熟的消音设计手段，故系统能超静音运行。

2.6 停电不停水

当供电线路因故障停电时，控制系统通过预设定的触发状态等手段能够实现停电不停水，也就是说，停电时系统会自动切换为自来水压力供水。

2.7 自动化程度高

系统能实现全自动控制，具有手动或自动切换、主泵和副泵定时轮换、压力调节、高电压保护、低电压保护、恒压保护、漏相保护、过载保护、过热保护、缺水保护、漏水检测补偿、不用水停车、瞬间跳闸保护等功能。

3 变频恒压供水设备的压力控制

当自来水管网压力超过启动压力预设值时，与出水管路连接的压力罐开始供水；当自来水管网压力等于启动压力预设值时，设备控制系统立即发出信号，水泵启动，在水泵运行过程中，管网压力等于停止压力时，设备控制系统立即发出信号，水泵停止；当启动的水泵满负荷运行后管网压力仍未达到停止压力时，启动的水泵数增加。

4 变频恒压供水设备的供水组成方式

变频恒压供水设备主要由变频控制电气柜、水泵、稳压罐、压力传感器等组成，可以始终保持设备压力表压力等于用户预设值。能够用于一般生活或生产供水。供水系统的组成方式有以下两种类型：

（1）变频恒压供水设备与自来水主管网连接供水，当供水压力满足需要时，正在运行的全部水泵将自动停止。反之，当供水压力不能满足需要时，设备控制系统立即发出启动信号，设备启动，增大压力满足用户用水需求。

（2）增加辅加气压罐或辅加小泵可以彻底消除小流量或零流量供水时电量的消耗。

5 变频恒压供水设备的控制方式

设备采用成熟的智能化控制技术，具有手动或自动切换、主副泵定时间交替轮换，达到节能降耗的目的。一台变频器起到了多台变频器的效果并节约电量，软启动水泵及辅助泵的启动电流为额定电流的200～300%。可采用了以下两种运行模式：

（1）增量运行方式（见表1）。

表1

（2）交替运行方式是恒压变频供水的基本功能，所有水泵停止后再启动时最初启动的泵变频调速运行，该泵为主泵。每次启动或任意设定时间内交替启动主泵以防止某台泵频繁启动（见表2）。

表2

6 变频恒压供水设备的运行曲线图

从运行曲线图可以看出利用智能控制技术，在流量极度变化的情况下保持恒压，可以看出变频恒压供水系统为我们提供了供水条件最优越的性能。

7 两种供水设备控制方式的比较

变频恒压供水设备采用的是闭环控制方式，不断的采集，不断的反馈，不断的调控水泵的转速，从而达到用户管网供水压力的恒定。

气压供水设备采用的是开环控制方式，采集信号，反馈信号，控制水泵。但不能调节水泵的转速，只能利用隔膜稳压罐小量地达到供水压力平稳。

8 变频恒压供水设备的控制方式类型

8.1 气压式供水

8.2 生活水池自灌式供水方式

8.3 生活水池自吸式供水方式

此种供水方式水池的液位低于水泵的进水口，称为自吸式。水泵吸水不可靠，经常出现引水掉水的现象，设置一个引水罐，如图，泵前加一引水罐便可消除引水掉水的现象。

8.4 水井变频供水方式

设备采用潜水泵变频控制，即可以控制一台泵，也可以控制数台泵，每台泵均根据用水量的变化自动运行。

9 结束语

变频恒压供水设备是将变频调速器、电机及水泵三者组合而成的机电一体化节能供水设备。该设备以水泵出水端的水压为预设定参数，通过PLC自动控制变频器的输出频率来调节水泵电机的转速，实现用户整个管网水压的闭环调节，使供水系统自动恒压稳定于设定的压力值。这样就保证了整个用户管网随时都有充足的与用户预设的水压和随用户的用水情况变化而变化的水量。

参考文献

[1]黄华.变频技术及应用.[J].北京大学，2013，第1版.

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关键词：变频无负压设备；二次供水；特点；工作原理；应用；注意事项

近年来，我国城市化建设进程不断加快，给排水工程作为城市最基础性设施，其在城市发展中发挥着极为重要的作用。变频无负压设备作为一种新型的二次供水设备，其具有良好的节能性，所以变频无负压二次技术在当前供水工程中得到广泛的应用。因此对变频无负压设备的特点及工作原理进行深入分析，以便于能够更好的提高变频无负压二次供水技术的水平，确保城市居民能够使用到高质量的自来水。

1 变频无负压二次供水技术的涵义

变频无负压二次供水技术是将预压平衡技术、负压反馈技术、真空抑制技术和信息采集分析处理技术等综合于一体的集合体。其在变频恒压供水设备的基础上发展而来，在供水过程中通过对无负压调节罐、水泵、气压罐和智能控制系统的共同操作，确保了无负压二次供水的实现。在供水过程中进行应用，由于其能够将空气完全隔离开来，通过原有自来水水管的压力就可以实现加压供水，而且在供水过程中不会影响到供水的整个管网，有效的提高了二次供水的节能性和高效性。

2 变频无负压设备的特点

（1）具有良好的节能性。长期以来在我国二次供水过程中都存在着高能耗的问题，随着能源紧缺的形势不断加剧，人们对节约能源越来越重视。利用变频无负压设备进行二次供水，由于设备可以与市政管网直接相连，不需要进行水池和水箱的投资。而且利用自来水本身的压力来进行供水，这不仅有效的节约了初期投资大的问题，而且在整个供水过程中对能源消耗较小，具有非常好的节能特点。

（2）使用过程中更加清洁。在利用变频无负压设备进行供水时，整个过程中都处于密封的状态下进行，有效的确保了整个供水系统的清洁度。而且变频无负压设备自身具有过滤设备，可以对细菌起到较好的阻挡作用。另外变频无负压设备所使用的都是不锈钢材料，对材料的等级具有较严格的要求，这样不仅有效的避免了管道内部藻类的出现，而且自来水的质量也能够得到有效的保证。

（3）运行成本较低。变频无负压设备在供水过程中，不仅使用的加压泵型号较小，而且在运行过程中往往是设置多台加压泵共同工作，有效的降低了电能的消耗。同时加压泵在供水低峰时停止运行，只在用水高峰期时才进行工作，相对来讲其运行时间较少，有效的降低了运行成本。

变频无负压设备在市政供水中进行应用具有较大的优势，但由于其技术还不是十分成熟，还无法有效的确保供水的可靠性，而且在使用过程中需要由相关部门报批，只有批准后才能对该技术进行应用，另外无负压相关的标准也不完善，这都对变频无负压技术的应用带来了较大的影响。

3 变频无负压设备的工作原理

（1）系统工作原理。在变频无负压设备中，其变频泵在设计时的转速是与市政管网的压力值成反比的关系。变频水泵的转速是根据用户管网压力的大小来进行自动调节的，当管网压力达到最大时，这时变频水泵则会停止运行，变频无负压系统利用自来水压力来确保对用户供水所需要的压力，而一旦用户所需水压低于设定的最小值时，变频水泵则会自动唤醒进入运行状态。在变频无负压系统中，不锈钢无负压罐与变频水泵的进水口相连，控制系统实时对无负压罐内的压力进行监控，同时为了确保无负压罐内没有无压产生，则采用真空抑制器，从而有效的确保正常的供水。

（2）恒压原理。将压力变送器设置在水管网上，这样就可以实现出口压力信号的转换，使其以标准信号的形式传送到接收端口，根据所接收到的标准信号进行调节。调节参数的通常需要经系统运算和给定压力参数相比较后才能得出，变频器通过调节参数来控制水泵的转速，完成对系统供水量的调节，从而使供水管网压力能够保持在用户设定值的范围内。

（3）无负压原理。真空抑制器作为变频无负压系统的核心设备，通过真空抑制器来对管网中的负压进行消除，从而保护市政管网及相关设备。无负压的实现是通过浮球在无负压缸内水位变化时上下移动来实现对阀门开、关的控制，完成无负压罐的吸气和排气，从而对罐内的真空进行消除。

4 变频无负压供水应用中的注意事项

由于市政管网供水条件不同，同时系统设计方案也各不相同，所以要想更好的确保变频无负压供水系统能够达到高效节能，则需要在实际供水工作中将变频无负压技术和实际的供水条件有效的结合。变频无负压设备，其水泵的效率与转速的三次方成正比，这就需要选择电机时需要使其频率能够有效的保证水泵运行的效率。

在变频无负压设备应用过程中，对于需要直接在市政管网取水时，则需要经自来水公司批准后才能进行使用，同时还要制定具体的规划。市政供水配水管网在设计时主要以时和日的最高用水量来进行配备，以消防、最大传输和发生事故时的用水量作为流量校核的标准，这样在变频无负压供水设备在给水支管及给水干管上进行应用时则需要确保规划的合理性。水泵在自身的高效区进行工作才能有效的将变频无负压供水设备的节能优势发挥出来，所以在具体工作中，需要对不同情况下的影响因素进行考虑，对水泵高效区进行核算，确保水泵工作过程中始终处于高效区的状态。

5 结束语

变频无负压供水技术是一种针对二次供水出现的新型供水技术。这种技术在供水时更加的节能、清洁、安全，而且投资非常少也便于管理。随着变频无负压供水设备在供水应用过程中不断完善，相信其在未来供水工程中将会具有非常好的市场前景。

参考文献：

[1]陈礼洪，蒋柱武，程宏伟，等.二次供水变频水泵低效运行成因及其对策[J].福建工程学院学报，2012（04）.

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关键词：变频调速给水设备；变频器技术；多泵并联

中图分类号：TU991文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）06-0135-02

目前，变频调速生活给水在建筑给水中应用越来越广，其主要原因如下：

变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水压力的需要，所以在设计阶段可以降低对供水压力的准确计算。

1．目前，变频器技术已很成熟，因为建筑供水的应用广泛，有些变频器设计生产厂家把变频器直接做在供水专用变频器中：这种变频器具有可靠性好，使用方便的优点。

2．变频调速恒压给水具有优良的节能效果。由水泵――管道供水原理可知，调节供水流量，原则上有两种方法；一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀，流量下降。调节流量的第二种方法是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加；转速下降，流量降低，对于用水量经常变化的场合（如生活用水），采用调速调节流量，具有优良的节能效果。但应当指出，变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配，为了使变频恒压供水具有优良的节能效果，变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。因变频泵的流量是变化的，其工作效率及运行功率可随用水流量而改变，因此变频泵组的功率降低，从而可以降低变频恒压供水系统的能耗，改善节能状况。

根据各工程的实际情况，变频调速恒压给水设备的组合及选用有如下几种方式：

1．普通循环软启动变频供水设备。该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC，多功能PCS-PID调节仪，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2～3台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵倒为工频运行，变频柜再软启动第2 台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。

另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过24 h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。

该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区（如300户以内）或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7.5 kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合，如循环水系统。

2．带小流量泵的循环软启动变频供水设备。当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300～1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群（12层以内）的生活用水系统，生活主泵功率一般在15 kW左右，系统的零流量频率f0一般为25 ～35 Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。

这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：（1）变频主泵 +工频辅泵；（2）变频主泵+工频辅泵+气压罐；（3）变频主泵+气压罐；（4）变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1～2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3～6 m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5～3kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。

变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PCS-PID调节器发出低频切换信号，延时2 min，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PCS-PID调节器发出满频信号，延时5 min，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。

3．全流量高效变频供水设备。对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量 QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL～1/3QM时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3 QM～1/2 QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。

变频柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID调节仪构成，以三种泵配置为例。系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。

4．深水井变频供水设备。目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统（一般居民生活用水都有要求），仍存在夜间小流量“费电”问题。

为解决小流量耗电问题，可增配1台直径600～1200mm的囊式气压罐，一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率fL。当系统用水量变小，运行频率降至小流量频率fL时，系统进入小流量变频稳压状态。

1．用水量随时间变化较小时：每天24h连续供水，且用水量低时流量Qmin仍较大，这时可选用同型号同规格水泵，根据高峰用水量选取一用一备或多用一备方案，对全部水泵进行变频控制。

2．用水量随时间变化较大时：每天24h连续供水，但用水量低时Qmin较小，这时可按Qmin选择一台小泵，代替大泵在Qmin远远小于Q1（Q1为单泵流量）的情况下运行。

3．断续用水的情况：在前述系统中加上气压罐装置，在正常使用时由变频调速泵供水，在流量Q>0时转换到气压罐供水，以提高供水效率。

4．小区规模较大时：可采用恒速泵与变频调速泵联合工作方式供水，这时对恒速水泵采用软起动器来对其进行起、停控制，整个控制系统采用“变频 + 软起动固定控制”的模式，在PC上减少控制点数，这无论从技术上、经济上、还是运行维护上来看，综合效果都会更佳。

5．生活、消防泵合用的供水方式：某些安装了消防泵的小区，因设备长期备而不用，可靠性会降低，既增加了工程投资，资源利用率也低，这时可以使生活、消防泵合用。电气控制应该做到：在PC上预先设定生活、消防两种工作压力值，平时作生活正常供水，设备运行在低水压状态，当发生火灾时，系统自动把水压切换到消防高压状态，管路上有能保证消防状态需要的压力、流量的装置。为考虑到选泵的经济合理，这种方式一般是在高低水压值相差不大的情况下采用。

变频调速（恒压）变量供水，电机频率随用水流量的变化而变化。如：用水量增加，频率上升，转速上升输出功率增加；用水量减小频率下降，转速下降，功率减小，即“多用水，多耗电”；“少用水，少耗电”，但不是“不用水，不耗电”。

在用水高峰期，水泵处于额定工作状态，是否采用变频调速控制，水泵功率都额定功率，但变频器自身也耗电，所以在这种情况下采用变频给水比工频给水设备更费电。

变频生活给水设备与非变频生活给水设备相比，耗电功率最大差为用水低潮期，节省电能与额定电能比值为最大20%，对任何型号的变频器控制也说明其节能不是无限制的。必须承认水泵在额定工况下：使用变频调速控制耗电不但没有减少，而且与电网直接供电相比为多耗电。

1．设备的额定供水量是按建筑给水在最大条件下的需水量计算确定的，在正常使用下，用水量将少于设备的额定供水量，即设备不会处于满负荷状态。

2．变频器的自身耗电为其额定输出功率的3%，而其最大节电度达到20%。因而，在较长时间内使用仍可达到非常节能的效果。

3．“少用水，少耗电”也就是说当用水量小于额定供水量时设备已处于节能状态。由于生活用水负荷变化曲线变化很大，一般情况每日用水高峰期（常在以下几个阶段：早上5:30～8:00、中午12:00～14:00、晚上17:00～20:30）共约为8小时，用水量较大，水泵基于额定工况下；用水低潮为其余2/3时间，水泵处于稳压或休眠状态，即发挥其节能功能。

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关键词：供水设备、节能、经济

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

一．无负压供水设备工作原理：

主要是通过微机控制系统实时的联合控制作用调节稳流补偿器和真空抑制器来实现的。其中稳流补偿器整体包括稳流低能补偿器、稳流高能补偿器和稳流自平衡器三个子系统，各个子系统里面又含有多个控制单元、信号检测反馈装置、动作执行部件及自动调节装置；真空抑制器是整个系统的中继站，主要完成各种信号的收集、转发和控制命令的分配调节，其部件包括真空抑制系统和真空补偿系统。当检测装置检测到实际用水量小于给水管网的给水流量时，此时管网不会产生任何负压，稳流低能补偿器进入储能状态进行能量的储备，当储存能量达到一定限度时，将多余的能量一部分通过稳流自平衡补偿装置将能量补偿给高能补偿器，一部分以压力的形式释放给用水管网，已实现管网的小流量保压；当检测装置检测到实际用水量大于给水管网的给水流量时，此时，稳流高能补偿器将原来储备的能量进行释放，以补偿此时的能量不足，以保证整个系统中的压力平衡。检测装置我们是通过多个信号检测装置实时检测稳流补偿器中的各种变量，通过计算机系统的分析处理和PID调节器的比较、判断，然后反馈给真空抑制器中的处理单元和控制单元，把计算机发出的控制指令分配给稳流补偿器中的各个动作执行部件来完成能量的自动补偿，达到整个容器内压力的自动平衡状态，抑制负压的产生，完成不间断的持续正常供水。

二. 无负压变频供水与传统变频供水节能比较

1.下文主要以实际工程案列形式将无负压变频供水与传统变频供水之间的优缺点及经济投资方面做较详细的分析对比。

1.1工程概况：

1）本工程位于深圳市，工程用地面积18330平米，总建筑面积217401.17平米,主体建筑为四栋超高层住宅，地下三层，地上51层, 地上一层为架空花园，二层以上为住宅，建筑总高度171.7m。总户数为870户。

2）本工程最高日生活用水量是780m3/d,最大时用水量为78m3/h。从市政两条给水干管上各引一根DN200水管在小区内成环供水,市政水压按水压0.30MPa。

3)生活供水系统的分区为：0区：－3F～1F，市政给水管直接供给。1区：2F～13F，由1区供水装置供水。2区：14F～25F，由2区供水装置供水。3区：26F～38F，由3区供水装置供水。4区：39F～51F，由3区供水装置供水。

1.2无负压变频供水与传统变频供水优缺点对比：

普通变频供水设备 WWG无吸程变频设备

供水方式 采用水箱（池）,水泵变频加压供水,市政自来水全部放入水池中,再二次加压供水. 采用真空抑制技术，使给水设备与自来水管网直接串接，不产生负压，不用设水箱。

供水

质量 自来水全部放入水箱(池)中，水池与空气接触带入微生物，在潮湿环境下滋生微生物，死水区微生物繁殖,造成水体二次污染。特别夏天，水在池中停留时间长后，水质极易变质，变味。 自来水经加压后直接供到住户，稳流补偿器不锈钢材质，密封连接，无死水区，流动性强。，不产生任何污染，用户可以喝到符合卫生标准的饮用水。

节水 水池(箱)易渗、滴、漏。水箱还需定期消毒冲洗，耗费一定的水资源。 全封闭结构运行，避免了渗、跑、冒、滴、漏等现象发生，无水箱，节约了消毒冲洗用水。

节能情况 自来水过来的水进入水箱(池)，原有的压力全部变为零，再从零开始加压供水，自来水原有压力白白浪费。这种给水方式能耗大，设备运行费用高，使用不经济。 与自来水管网直接串接，可以充分利用自来水管网的原有压力，在微机控制下，根据自来水的压力来调节电机的转数，对自来水的进水压力和出水压力的差进行补压。设备大部分时间在较低频率下运行，耗电量少。

投资分析 设水箱（池），占地面积大，工程总投资大；水质污染严重，需用净化设备；水箱需定期清洗，增添日常维护管理费用。 使用该设备水质无污染，不需要安装净化水设备，不用设水箱，无日常清洗维护费用；

1.3无负压供水设备节能与经济投资分析：

1)无负压供水设备可以充分利用自来水管网原有的水压，在此基础上差多少补多少。市政管网越完善供水压力越稳定，采用无负压供水就越是节能。本工程自来水市政管网用水高峰时的供水压力为0.2mpa，加压部分最高日用水量是780m3/d。无负压供水设备在充分利用市政压力后，水泵耗电:9.8KN/m3X780m3/dX20m/(3600X0.7)=60.7KW·h。

每度电按1元计,每年利用市政水压所节约用电为：60.7KW·hX1元X365天=2.2万/年。

2）无负压变频供水与传统变频供水经济及投资分析对比：

变频供水设备总投入的费用是:83.1521万+32万=115.1521万。

变频供水设备每年的运行费与设备检修保养费及人工费总计:24+1+1.2+2.6=28.8万

综上比较得出:

1.无负压供水比变频供水一次性投入要多约：460.6万-115.1521万=345.5万。

2.无负压设备比变频供水每年节省运行费用约：24万-8.4万=15.6万。(按运行30年计算，总共可节省运行费用约:468万元）

3. 无负压设备比变频供水每年节省设备检修保养费及人工费约：4.8万。(按运行30年计算，总共可节省运行费用约:144万元）

4.无负压供水不需设水箱，可增加3个车位，为物业增加约60万收入。

5.采用无负压供水设备(按运行30年计算) 节省运行费用与设备检修保养费及人工费合计为：468+144=612万。物业可实现收益(按运行30年计)612-345.5+60=326.5万。

三结语：

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针对目前生活小区对供水系统的安全监控方式依然是依靠工作人员定期巡查的现状，本文设计了基于组态软件的变频恒压供水远程监控系统。本文设计的变频恒压供水远程监控系统包括硬件和软件两部分，硬件部分的通讯模块以STM32作为CPU，该模块使用RS-485接口与PLC进行通信获取供水系统的运行信息，通信过程使用三菱FX系列通信协议，软件设计中利用OPC技术使用组态软件对变频恒压供水系统进行远程监控。本文设计的变频恒压供水远程监控系统数据传输稳定，具有实时监控等功能。

【关键词】变频恒压 远程监控 STM32 OPC 组态

目前国内对变频恒压供水监控使用的组态软件有组态王软件，MCGS，力控组态软件等。使用组态软件对变频恒压供水的监控是针对以PLC为控制器的变频恒压供水系统通过PLC与上位机通讯，直观获取供水系统当前运行信息和各种数据。但是这种监控只是适合短距离的、有线的监控，获取的数据也不能完全展示设备运行状态。

本文根据实际的供水设施实时运行状况设计了基于组态软件的变频恒压供水远程监控系统，实现了对该供水设施中水泵组、变频器和供水压力值的实时监控，达到了对供水设施实现无人值守的要求。

1 变频恒压供水远程监控系统的整体架构

本文设计的基于组态软件的变频恒压供水远程监控系统采用C/S结构，C/S监控结构具有响应速度快，界面简单直观操作方便等优点。在供水现场中监控模块通过RS-485接口与PLC连接，监控模块与PLC使用三菱FX系列PLC通讯协议通讯，采集PLC控制的供水设备的运行信息。监控模块的IO接口与压力传感器连接，IO端口采集的传感器信号由监控模块内部的调理电路将传感器的模拟信号转化为数字信号。监控模块采集的PLC控制的供水设备运行信息和管网压力值在经过转换与处理后，通过GPRS网络传输到服务器端，服务器对数据进行接收、解析等处理后将数据通过工业以太网传输到电脑上的组态软件进行远程监控。

2 变频恒压供水远程监控系统硬件设计

通讯模块的工作原理为压力传感器的模拟信号通过监控模块内的信号调理电路处理后，进入STM32自带的18通道ADC转换输出数字量，然后STM32通过USART串口将数据传输到GPRS模块，最后GPRS模块将接收到的数据通过GPRS网络传送至服务器端，服务器端软件经过接收、解析等过程再通过工业以太网传输至远程的监控端。STM32采集PLC控制的供水设备的运行信息，经过STM32转换处理后传输至GPRS模块，通过GPRS网络传输至服务器端，服务器端处理后通过互联网传输至监控端。当供水设备出现故障时，监控模块中的STM32启用报警系统报警并且通过继电器控制电路使供水设备停止运行。

3 变频恒压供水远程监控系统软件设计

变频恒压供水远程监控系统集成了安全监控与智能预警系统、良好的人机交互环境、开放性的软件设计模式，达到了对供水设备远程监控的需求。变频恒压供水远程监控系统采用C/S的模式，利用OPC技术与组态软件结合实现对变频恒压供水系统的远程监控。变频恒压供水远程监控系统具有实时远程监控的功能，监控包括各个水泵的运行状态、自来水管网的压力值、进水池是否缺水、变频器运行状态等供水现场数据。监控画面如图1所示。

4 结束语

针对目前供水设施由工作人员定时巡查的监控方式不能对供水设施实行远程实时监控的状况，本文设计的变频恒压供水远程监控系统通过组态软件使用OPC技术对供水系统监控，实现了对供水设施的无人值守和远程实时监控供水设施的运行状况，并且供水设施能得到更好的维护。

参考文献

[1]张建会.基于MCGS的供水泵站的远程监控系统[J].工业控制计算机，2006，Vol.19（7）：79-80.

[2]田振东.基于组态王的矿区供水远程监控系统[J].机械工程与自动化，2014，Vol.4（2）：169-172.

[3]胡云阳，张智斌，王海瑞.基于Web的远程农业温室监控系统设计[J].安徽农业科学，2016，Vol.44（5）：328-330.

[4]张军，尚敏，陈剑.基于3G技术的智能农业远程监控与管理系统[J].计算机测量与控制，2011Vol.19（5）：1058-1062.

[5]郭荣祥，雷高阳.基于PLC和GPRS的远程监控供水系统的设计[J].计算机测量与控制，2013，Vol.21（10）：2694-2696.

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【关键词】变频恒压供水 工作原理 主泵、辅泵和气压水罐

1.变频恒压供水的工作原理：

变频恒压供水控制设备是将可编程技术、交流变频技术与电机泵组相结合的新型机电一体化供水设备。变频恒压供水设备主要由水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、变频控制柜等组成。系统正常运行时，通过用户供水管网上的压力传感器对管网水压进行实时数据采集，并将压力信号转换为电信号，传输至PID调节器，然后与用户设定的压力值进行比较和运算，并将比较和运算的结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器。变频器根据PID调节器传输过来的信号调节水泵电机的运行频率来调整水泵的转速，使得水泵始终保持在高效节能的最佳运行状态；可编程控制器根据PID调节器传输过来的信号来控制水泵的启停和启动台数，这样通过对泵组的启停台数和其中一台变频泵的转速调节就可将用户管网中的水压恒稳于预先设定的压力值，即实现管网供水量与不断变化的用水量保持一致，达到“变频恒压供水”的目的。

2.变频恒压供水的设计要点：

2.1 选择主泵

根据《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2009年版）3.6节计算供水系统的设计流量Qg（m3/h），对不同的建筑类别和居住小区的大小选择不同的公式计算确定供水系统设计流量Qg（m3/h）。并确定所需主泵扬程H主泵 （MPa）： H计算=Ho+H+∑h，式中：Ho―用水点要求的正常水压（MPa），H―水池最低水位至系统供水管网最不利点的几何高差（MPa），∑h―管网沿程阻力与局部阻力之和（MPa）。

一般主泵采用的组合有：三泵组合（其中一台备用）、四泵组合（其中一台备用）等，用于泵组组合的各单泵的流量、扬程一般均相同，有利于单泵间具有互换性。另外因为泵组的水泵在最大设计流量下不可能让水泵全部工频运行，所以单泵的流量应选大些，具体选泵如下：

三泵组合（其中一台备用）时：2Q主泵≥1.1Qg；H主泵≥H计算

四泵组合（其中一台备用）时：3 Q主泵≥1.2Qg；H主泵≥H计算

设计时可根据需要进行组合选配单泵的数量，单泵的流量也可不同，计算方法同上。选择主泵时看水泵的Q～H特性曲线，应是随流量的增大，扬程逐渐下降的曲线，且主泵在额定转速时的工作点，应位于水泵高效区的末端。

2.2 选择辅泵

辅泵的设计流量Q辅泵通常可按照单台主泵设计流量Q主泵的1/3～1/2直接选取；辅泵的扬程需根据选择的辅泵类型确定不同计算方法：第一种情况，所选辅泵也有变频器变频供水时，管网不设置气压水罐。在用水量小流量时，当泵组最后一台主泵运行频率降至其小流量工作频率时自动停泵同时开启辅泵，辅泵则担当起变频供水的角色，模式与主泵变频供水相同。故笔者认为，在这种情况下，辅泵满频供水时对应于出流量Q辅泵时的扬程可与主泵满频供水时对应于出流量Q主泵时的扬程相等，即等于管网压力设定值；第二种情况，所选辅泵变频供水时，管网设置气压水罐。在用水量小流量时，当泵组最后一台主泵运行频率降至其小流量工作频率时自动停泵同时开启辅泵，供水模式由主泵恒压变频供水转变为由辅泵和气压水罐变频气压给水；当用水量持续减小到辅泵的最低工作频率时，辅泵退出工作，辅泵停泵前会加速运转以提高其供水扬程，当扬程高于辅泵恒压变频设定值0.03～0.05 MPa时，停泵由气压水罐供水。为保持管网压力恒定，笔者认为，在这种情况下，辅泵满频供水时对应于出流量Q辅泵时的扬程应等于主泵满频供水时对应于出流量Q主泵时的扬程相等，即等于管网压力设定值。第三种情况，所选辅泵工频供水时，管网设置气压水罐。在用水量小流量时，供水模式由恒压变频给水变为由辅泵和气压水罐差压式气压供水。当泵组最后一台主泵在降至其小流量工作频率时自动停泵，由气压罐配合辅泵供水，辅泵启泵压力即气压水罐内最小压力P1，取P1= Ho′+H+∑h′，式中：Ho′―用水点要求的最小水压（MPa），H―水池最低水位至系统供水管网最不利点的几何高差（MPa），∑h′―在辅泵的额定流量下管网沿程阻力与局部阻力之和（MPa）， 辅泵停泵压力即气压水罐内最大压力P2，P2若取得太大，容易引起管网和用户端超压，取得太小则气压水罐调节容积小，辅泵启动频繁，通常取P2=P1+（0.05～0.15）MPa。为了充分利用小气压水罐的调节容积，使辅泵运行时气压水罐内压力能达到最大压力设定值P2，笔者认为，在这种情况下，辅泵对应于额定流量Q辅泵时的扬程应等于P2。计算出流量和扬程，就可以根据具体工程所需选择合适的辅泵。

2.3 选择气压水罐

气压水罐在变频调速供水中的主要作用是：用于调节损失瞬时用水量变化，稳定主泵、辅泵切换过程的压力波动，实现小流量节能供水，消除停泵水锤，在建筑物投入使用初期，入住率较低的情况下，配合辅泵或主泵供水，避免辅泵、主泵频繁启动。以上功能均通过气压水罐的调节容积来实现。

在无辅泵的变频恒压供水设备中，气压水罐调节容积应满足单台工作主泵工频运行90秒的供水量；而在有辅泵时，气压水罐调节容积除应满足与辅泵配合工作（按1小时内辅泵启动次数来确定）外，还不应小于主泵切换时所需稳压流量，即单台工作主泵工频运行90秒的供水量。

计算出气压水罐的调节容积和总容积，就可以根据具体工程所需选择合适的气压水罐。

结语

1.变频恒压供水系统中，主泵不能在零流量至设计秒流量间高效供水。

2.根据供水规模，应优先选用配置辅泵及气压水罐的多台主泵并联工作的变频恒压供水系统。

3.应校核气压水罐内的最高工作压力，不得使系统最大供水压力处配水点的静水压力超过0.55MPa。

4.变频恒压供水系统中，辅泵的流量、扬程，气压水罐的容积与所选水泵的特性曲线、管网设定压力值、水泵的运行控制方式等密切相关，应根据具体工程需要进行选用。

参考文献

[1]CJ/T 352-2010微机控制变频调速给水设备[S]

[2]GB 50015-2003 建筑给水排水设计规范 （2009年版）[S]

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【关键词】变频器；恒压供水；PLC

1 供水系统分析及变频器的特点

人们在生活和工农业生产中离不开水，水是生命存活的必备资源，是关系到人类幸福指数的核心物质。随着社会的发展，人口数量不断增加，城市人口逐年提高，住宅楼向高层化、集中化进展，人均日用水量也在急剧增加，使得在用水高峰期供水压力不足，高层的建筑上不去水，而低峰期则压力过高，又造成能源浪费。而压力过高也存在着安全隐患，易造成爆管事故，同时影响正常供水和居民用水，给居民生活带来不便。

社会的发展也伴随着科技的创新，居民用水面临的上述问题能够得到很好的解决。为此，设计出变频器恒压供水方式。恒压供水，是供水系统保持供水压力恒定，使供水和用水之间保持平衡，即用水量多时供水量多，用水量少时供水量也少。这样就满足了在不同用水量状况时总能保持供水管网中的水压基本恒定，满足终端用水客户的需求。

变频技术是应交流电动机无级调速的需要而诞生的，变频器是把电网提供的工频（50赫兹）交流电变换成输出频率连续可调的交流电，以实现交流电动机平滑变速运行的设备。（三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（1-s），f即为电源频率P为电机极对数 s代表转差率）交流电动机变频调速技术是一项广泛应用的节能技术，它可以实现设备的软起动和软停止，降低对电网的冲击，同时也降低了设备的故障率，大幅减少了电能的消耗，同时减少了机械磨损，确保系统安全稳定、长周期运行。

2 变频恒压供水系统的硬件组成及控制原理

变频恒压供水系统是由压力传感器、变频器、可编程序控制器（PLC）、水泵机组及若干辅助部件构成的闭环控制系统。

2.1 硬件的功能

压力传感器 压力传感器是将测得的压力信号转换成电信号的器件。是使用最为广泛的一种传感器，应用于各种工业自控环境中。压力传感器的精度直接影响系统的控制质量。变频供水系统中的压力传感器一般采用电阻式传感器或压力变送器，压力传感器的输出信号传递到变频器。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller），也称为可编程逻辑控制器，简写为PLC。 是整个恒压供水系统的核心控制部件。PLC是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它使用可编写程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能。PLC的工作原理也就是通过对外部输入的状态进行检测、并对输入的数据进行运算和处理后，再输出控制量。它具有编程简单易学、工作可靠性高、安装维护方便等特点。

变频器 是一种将电网供电频率50Hz的交流电转换成输出频率连续可调的交流电的电气设备，是输出频率可调的电源。因为异步电动机的转速公式为n=60f/P（1-s），从中可以看出，改变电动机供电电源的频率f，可以实现电动机的无级调速。在恒压供水系统中变频器接收来自传感器采集的压力信号，通过变频器内部自带的采样程序及PID闭环程序与用户设定的压力构成闭环， 对终端设备电机（水泵）进行控制，以达到水泵恒压力供水的要求。供水系统中可以一台变频器控制多台电动机（水泵）即水泵组的运行，也可以每台变频器只控制一台电动机（水泵）运行。

水泵组 把电动机和水泵连成一体，通过调节电动机的转速来控制水泵水量和水压的变化，是恒压供水系统的执行机构。恒压供水系统中通常设置多台水泵（3台为例），供水量大时开启3台，供水量小时开1台或2台。每台水泵的出水管均有手动阀，以供维修和调节水量之用。水泵组中的水泵统一协调工作，以满足供水需要。

2.2 变频器恒压供水系统的控制原理

压力传感器检测管网压力，将压力信号转换为标准电信号送进变频器的模拟量输入端，与设定的压力值进行比较，并通过变频器内置的PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电动机的电源频率，进而实现控制水泵转速，调节了供水系统的供水量，达到恒压供水的目的。

自动运行时，由PLC控制电动机的工频运行和变频运行继电器，依据条件进行增泵升压和减泵降压控制。每次运行先启动1#泵，当用水量增高水压下降，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行，同时启动2#泵并进入变频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止；如果用水量继续增加，当2#泵加速运行变频器输出频率达到工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网恒速运行，同时3#水泵启动变频运行，系统对水压闭环调节，直到水压达到设定值为止；当用水量下降水压增高时，变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值，停止该水泵的运行，系统恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值；当用水量继续下降，每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时，则将此泵停止运行，直到剩下最后一台变频泵运行为止。

系统还设置了手动运行模式，该模式主要用于系统出错或是变频器的故障检修。

3 变频器恒压供水的优势

1）采用变频器恒压供水系统，实现了真正意义上的无人值守全自动供水控制；

2）电动机启动电流从零逐渐增加到额定电流，启动时间相应延长，对电网没有较大的冲击；

3）系统实现了软启动，消除启动电流大的冲击，减轻了机械启动转矩对电机的机械损伤，延长了电机和泵的使用寿命；

4）可以消除启动和停机时的水锤效应；

5）系统可以按照需求来设定压力，系统根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵运行台数，使设备运行在高效节能的最佳状态，从而达到了节水节电节省人力的节能目的。

【参考文献】

[1]张威.PLC与变频器项目教程[M].机械工业出版社.

[2]张娟，吕志香.变频器应用与维护项目教程[M].化工工业出版社.

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关键词：PLC；变频器；水处理设备

中图分类号：　TN77 文献标识码：A

1　改造的总体思路及工作原理

工作原理

设备正常投入使用时，市政管网的水进入无负压稳流罐，罐内的空气从排气阀大量排出，当空气排完时，阀内浮球被水浮起，传动塞头至关闭位置，慢慢关闭排气口，停止排气，防止出水，当稳流罐内水流正常输送时，如有少量空气聚集在罐内到相当程度，罐内水位下降，浮球随之下降，此时空气则有排气孔排出。

当市政管网中压力低于用户所需的设定压力时，水泵变频调速运行，保证用户管网压力符合用户用水的要求。市政管网水压越高，水泵的转速越低，市政管网水压越低，水泵的转速越高。当市政管网供水压力达到用户要求时，设备自动停止工作，市政管网的水通过旁通管直接供给用户使用。

反之，当市政管网停水时，稳流罐内的水位逐渐下降，当降至最低水位时，稳流罐上的液位计发出停机信号，设备自动停止运行并显示缺水保护信号。和PLC连接发出报警信号。

当电网停电时，设备停机，市政管网的水直接从设备旁通管供应到用户。当到了供水需求大的时间段，例如：早7点到晚4点，设定PLC值使其工作保障管网中压力，以适应供水的需要，到了晚4点后，由于校园的特点，用水量几乎为零，此时可切换PLC，设备可自动停止工作，市政管网的水通过旁通管直接供给用户使用。这样一来，高峰期保证用水，空闲期又可节能。是即节电又先进又可靠的理想方案。

为此，我们设计的控制系统主要有以下部件组成：选择适配水泵电机功率37KW，电源电压3AC380V，型号为F0370T3C的变频器作为电机调速装置；闭环调节器选用PXR-9；系统的程序控制选用AF20MR-A小型可编程控制器；供水压力信号采用DBM20R-1型压力变送器。上海东方泵业出产的负压检测抑制系统，EAST的稳流罐将它们安装标准电柜中。

2　系统变频器主要参数设置

结语

我国是一个能源比较贫乏的国家，通过将PLC和变频器应用在城市管网供水控制上，在设备控制上应用新技术，大大提升了校园供水能力和城市电能的节约，这也是节能减排工作的需要。该改造方案经过理论和实践的论证，取得了显著的收益，具有较强的推广性和可参考价值

参考文献

[1]　北京海扬鸿业公司.地下水处理技术2010.

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关键词: PLC；恒压供水；变频技术

Abstract: the design is based on the water supply system as the control object, using PLC and frequency conversion technology combined with technology, design a set of constant pressure water supply system and the city, to use the computer for remote monitoring and management of the water supply system, to ensure that the system is reliable, safe and energy saving, to obtain the optimal operation condition.

Keywords: PLC; constant pressure water supply; frequency conversion technology

中图分类号： TV674文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

1、系统介绍

在我们这个水资源严重短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面的技术一直比较落后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中住宅建设速度惊人，这也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统是住宅建设的重要一环，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居住的品质。

供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积较大，水质易受到污染，传统的供水方式严重浪费水力和电力资源，可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型的交流电机无极调速技术，它有着优良的控制性能，被广泛应用于各种速度控制领域，特别是供水行业中。

本设计是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理，以此保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。

2、系统组成

PLC控制变频恒压供水系统主要有可编程控制器（PLC）、变频器、压力变送器和现场水泵机组构成完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间的偏差进行PID运算，通过变频器来控制其输出频率，以此调节流量，保证供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。

系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为：

(l) 执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由一台变频泵和两台工频泵构成，变频泵是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定；工频泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很大的情况下投入工作。

(2) 信号检测机构：在系统控制过程中，需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号。管网水压信号反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果可以送给PLC，作为数字量输入；水池水位信号反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时，控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。

(3) 控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵机组)进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元，其跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。

3、设备选型

本系统主要设备如表1所示：

表1 本系统主要硬件设备清单

PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。因此我们在选择PLC时，要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素。由于恒压供水自动控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用德国SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点。

根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU226，其开关量输出为16点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入CPU226为24点，输入形式为+24V直流输入。由于实际中需要模拟量输入点1个，模拟量输出点1个，所以需要扩展，扩展模块选择的是EM235，该模块有4个模拟输入(AIW)，1个模拟输出(AQW)信号通道。EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过DIP开关进行设置。

由于本设计中PLC选择的西门子S7-200型号，为了方便PLC和变频器之间的通信，我们选择西门子的MicroMaster440变频器。它是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微处理器控制，具有很高的运行可靠性和很强的功能。它采用模块化结构，组态灵活，有多种完善的变频器和电动机保护功能，有内置的RS-485/232C接口和用于简单过程控制的PI闭环控制器，可以根据用户的特殊需要对I/O端子进行功能自定义。MicroMaster440变频器的输出功率为0.75~90KW，适用于要求高、功率大的场合，恰好其输出信号能作为75KW的水泵电机的输入信号。另外选择西门子的变频器可以通过RS-485通信协议和接口直接与西门子PLC相连，更便于设备之间的通信。

4、系统程序设计

PLC主程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频/工频切换程序、水泵电机换机程序、模拟量比较计算程序和报警程序等构成。主程序大体包括以下几部分：

(1) 调用初始化子程序，设定各初始值；

(2) 根据增、减泵条件确定工频泵运行数；

(3) 根据增泵、倒泵情况确定变频泵号；

(4) 通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制；

(5) 进行报警和故障处理。

5、总结

本设计的主要的工作如下：

(1) 由PLC、变频器实现生活用水的恒压控制。系统采用PLC实现对多泵切换的控制。通过变频器实现对三相水泵电机的软启动，由电动机的变频调速实现对水压的调节。

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关键词：高铁站房；建筑给排水；市政管网水压；给水方式；节能技术

1充分利用市政管网水压

在给水系统中的耗能主要是加压过程中水泵消耗的电能，因此高铁站房内建筑给排水的节能首先要考虑的就是充分利用市政管网水压，尽量减少水泵的使用。下面就结合实例探讨如何充分利用市政管网水压。

对于标高低于城市水压线的站房，市政管网的压力可以满足生活给水的需求，因此在这些站房中，普通的生活给水采用直接给水方式，是不需要额外消耗能量的，只需设置在火灾时市政水压满足不了消防需要时的加压泵即可，供水方式较单一。

对于高铁站房，市政管网水压不能满足整个区域的用水需求，需要设置加压设施，因此需要考虑采用何种方式，尽力做到节能。高铁站房的供水和一般城市供水相比较为特殊，主要是由于高铁站房的用水比较集中，且用水量较大，用水的时间性强，一般在动车车次密集的时间段用水量最大，而其它时间则用水量一般。如果高铁站房的给水系统设计不合理，必将造成电能和水资源的浪费。因此高铁站房的供水应考虑充分利用市政管网供水，结合水泵供水。以某站房供水方式为例：该站房的供水方式为把市政管网的水源直接接入站房管网内，并设立直管，将水取到蓄水池。由于市政供水采用多厂联合供水的方式，并设有多级调节水池和加压泵站，对水压和水量的调节能力较强，且市政供水对供电事故的应急能力较强，机电设备的备用率较高，供水可靠性较高，因此，站房供水应充分利用市政管网所提供的水压，满足站房内供水中的大部分需要。针对用水量较大、用水集中、时间性强的特点，在用水高峰期会出现供水不足的情况，应在市政管网正常供水的情况下，采用变频水泵供水作为辅助措施，发挥站房内蓄水池的蓄水作用。这种供水方式既节约了大量电能，降低机电设备的损耗，获得良好经济效益，又提高了供水的可靠性，满足高铁站房的特殊供水需要。主要供水原理图如下：

某站主要供水原理图

安装时设置两条供水线路，一是经恒压变频供水设备加压供水；二是直接把城市供水管网和车站列车供水管网连接起来，并在管路上安装止回阀，只允许水流从城市管网流向列车上水管网，可利用城市管网自身的水压向列车上水管网供水。变频恒压供水设备供水管路接到止回阀后（列车供水端），供水设备供水压力设定值高于市政供水压力，变频供水水泵后（水箱端）设置止回阀、这样就能防止市政给水通过水泵倒灌回水箱。平时正常使用时，列车供水完全由市政水直接供给，当出现用水高峰时段时，市政供水量不能满足列车上水需求时，自控装置从2号信号采集点采集信号，启动变频供水设备，从储备水箱中抽水为列车供水，当用水高峰期过后，水泵转速低于设定值时，自控装置逐步控停水泵，列车供水切换为由市政水直供。在完成以上管路及变频给水设备安装后，经过一年多的运行实践效果明显，在保证供水要求的同时，供水可靠性得到了很大提高，同时节省了大量电能。经测算水泵电耗降低了56%，供水量减少了23%，获得了良好的经济效益。

2合理的给水方式

通常的给水方式主要有以下几种：

2.1直接给水方式。

直接给水方式由室外给水管网直接供水，为最简单、经济的给水方式。适用于室外给水管网的水量、水压在一天内均能满足用水要求的高铁站房。

2.2设水箱的给水方式。

设水箱的给水方式适用室外给水管网供水压力周期性不足的高铁站房。低峰用水时，可利用室外给水管网水压直接供水并向水箱进水，水箱贮备水量。高峰用水时，室外管网水压不足，则由水箱向高铁站房内给水系统供水。当室外给水管网水压偏高或不稳定时，为保证高铁站房内给水系统的良好工况或满足稳压供水的要求，也可采用设水箱的给水方式。

以上两种供水方式都无需其他能耗，所以在设计中应充分利用。

2.3设水泵的给水方式。

设水泵的给水方式适用室外给水管网的水压经常不足的高铁站房。当高铁站房内用水量大且较均匀时，可用恒速水泵供水；当高铁站房内用水不均匀时，宜采用―台或多台水泵变速运行供水，以提高水泵的工作效率。为充分利用室外管网压力，节省电能，当水泵与室外管网直接连接时，应设旁通管，当室外管网压力足够大时，可自动开启旁通管的逆止阀直接向建筑内供水。

在设水泵的供水方式中目前较为常用的是使用变频泵。变频泵是根据用水量的变化来调节电机的转速，使水泵变量变压或恒压供水，有效达到节能的目的。这种方式通过大量应用证明了其较好的节能效果。例如某站，建筑面积约2万m2，站房内配套设施齐全，有超市、咖啡吧、公共卫生间、生产办公用房。经过对设高位水箱、水塔、气压罐等几种供水方式分析比较，决定在该站房给水系统设计中采用变频泵。投入运行近二年，反映很好，达到了预期的节能目的。

2.4设水泵和水箱的给水方式。

设水泵和水箱的给水方式宜在室外给水管网压力低于或经常不能满足高铁站房内给水管网所需的水压，且室内用水不均匀时采用。该方式的优点是水泵能及时向水箱供水，可缩小水箱的容积，又因有水箱的调节作用，水泵出水量稳定，能保持在高效区运行，水箱可贮备一定水量，供水比较安全可靠，设备费及运营费较低。比如对于高铁站房，用水以生活用水为主，根据用水量的大小与列车到达时间相关的特点，一天内用水主要集中在列车到达的两三个小时内。通过对单纯使用变频水泵的给水方式、单纯使用水泵的给水方式与设置水泵和水箱的联合给水方式进行节能分析，可得：水泵和水箱的联合给水方式的能耗是单纯使用水泵给水方式的1/4，是单纯使用变频水泵的给水方式的能耗的1/2。因此，针对高铁站房的用水特性，最适合的给水方式是水泵和水箱的联合给水方式，变频泵不是最节能的给水方式，但在一定条件下仍是一种可行的节能方式。

2.5气压给水方式。

气压给水方式是在给水系统中设置气压罐，利用气压罐内气体的可压缩性，升压供水。气压罐的作用相当于高位水箱，但其位置可根据需要设置在高处或低处。该给水方式宜在室外给水管网压力低于或经常不能满足高铁站房内给水管网所需水压，室内用水不均匀，且不宜设置高位水箱时采用。但气压罐压力不稳，调节容积较小，水泵启动次数频繁，工作效率较低，供水可靠性较差，建议仅作为使用水泵供水时的辅助供水方式。

2.6分区给水方式。

在高铁站房建设中，当室外给水管网的压力只能满足建筑低层供水要求时，可采用分区给水方式，室外给水管网水压线以部分为低区，由外网直接供水，水压线以上部分为高区，由升压蓄水设备供水，同时考虑合理的分区，分区常有串联式、减压式、并列式这几种。

串联式各区分设水箱和水泵，低区的水箱兼作上区的水池。其优点是：无需设置高压水泵和高压管线；水泵可保持在高效区工作，能耗较少；管道布置简洁，较省管材。缺点是：供水不够安全，下区设备故障将直接影响上层供水；各区水箱、水泵分散设置，维修、管理不便，且要占用一定的建筑面积；水箱容积较大，将增加结构的负荷和造价。

减压式，用水由设在底层的水泵一次提升至屋顶水箱，再通过各区减压装置如减压水箱、减压阀等依次向下供水。其优点是：水泵数量少，占地少，且集中设置便于维修、管理；管线布置简单，投资省。缺点是：各区用水均需提升至屋顶水箱，不但水箱容积大，也增加了电耗；供水不够安全，水泵或屋顶水箱进水管、出水管的局部故障都将影响各区供水。

并列式，各区升压设备集中设在底层或地下设备层，分别向各区供水。由水泵、水箱；变频调速水泵、气压给水设备升压供水，进行并列供水。其优点是：各区供水自成系统，互不影响，供水较安全可靠；各区升压设备集中设置，便于维修、管理。水泵、水箱并列供水系统中，各区水箱容积小，占地少。气压给水设备、变频调速泵并列供水系统中，无需水箱，节省了占地面积。并列式分区的缺点是：上区供水泵扬程较大，总压水线长；由气压给水设备升压供水时，调节容积小，耗电量较大，分区多时，高区气压罐承受压力大，使用钢材较多，费用高；由变频调速泵升压供水时，设备费用较高，维修较复杂。

通过水力计算可知，从节能角度考虑，应尽量采用分区并联给水方式或分区串联给水方式为好，但从供水可靠性的角度来讲，应该采用分区并联的给水方式。目前，较为广泛应用的是变频调速泵并列供水方式，这种供水方式在高铁站房的应用中达到了很好的节能效果。

以上几种供水方式各有优缺点，在实际应用中，应考虑高铁站房的实际情况选用，充分发挥各自优点，达到节能目的。

3结束语