自来水供水中水泵变频调速技术应用分析

孙连彬

摘 要：变频调速技术的应用，可有效提高供水工程的稳定性与可靠性，实现恒压供水，能够满足各种工况下的供水需求。本文将可编程控制器与变频器相结合，运用变频调速技术实现自来水恒压供水。在系统中采用PLC技术对变频器进行控制，经测试后工作稳定，可实现自动化控制变频器的频率变化，即使水泵出现故障，也依然能够保持正常工作状态，在实际应用中优势明显。

关键词：自来水;供水;变频;调速;设计

现在人们将许多的自动化控制技术及网络技术等运用到供水系统中，使得供水系统跟上时代的发展。恒压供水系统具有技术先进、水压恒定、操作方便等优势，在保证稳定性的同时还实现了资源的高效利用，避免了水资源的浪费，有效地节省了资金。

1系统硬件电路设计

1.1硬件设备系统架构

设计方案为用1台变频器控制4台电机中的1台，当其中1台受变频器控制时，其他电机都以工频运行，根据实际情况判断变频器控制哪一台电机。这种方案在减少了变频器台数的同时，并没有减少该系统应有的功能[1]。该系统的主要硬件设备包括以下几个部分：PLC、变频器、水泵电机组、压力传感器、液位传感器。

1.2 PLC的选型

可编程控制器选择型号为S7-200-226PLC，变频器等其他器件在该控制器上都有连接点。输出的电流大小为400 m A。该CPU拥有24個输入点、16个输出点。此外，有一个EM222模块上有8个数字量输出，它属于一种小型PLC，但有着特别强大的功能，可以代替许多硬件完成复杂工作。模拟量选择EM235模块，它的输入点有4个，输出点有1个[3]。该模块将1～5 V的信号转化为标准信号，1 V对应为3 200，转化为标准信号后为0～32 000，同时将模拟量输出模块也转化为标准信号。

1.3变频器的选型

变频器型号为MICROMASTER 430，该变频器是水泵类负载专用的变频器[4];它的最低功率为7.5 k W，最高功率为250 k W，三相交流电为380～480 V;它拥有特别高的稳定性和灵敏性，可以操控软件实现多种功能。在水泵的多泵切换中，一个变频器控制多台水泵的启停。水泵是通过接触器投入系统运行，变频器通过输出继电器控制接触器，从而控制水泵的投入数量;该变频器不仅可以控制数量，还可以控制单台水泵的转速，最终达到恒压的状态。

1.4水泵电机组

水泵选择IS100-65-315型水泵。国标单极单吸离心式清水泵;泵的吸入口直径为100 mm;泵的出水口直径为65 mm;泵的叶轮直径为315 mm。电机选择Y80-355小型三相变频异步电机，该电机拥有安全可靠的制动功能。

1.5压力传感器的选型

压力传感器选择MIK-P300，它采用了强度比较高的一种芯体，是集成电路，可以将压力传感器接收到的信号快速转化为0～5 V直流或0～10 V直流、4～20 m A的标准信号，可以直接与PLC连接，还可以远距离传输;其材质为不锈钢，可在腐蚀性环境中工作。抗干扰能力强，稳定性高，而且结构种类多，可以在温度为-40～85℃的环境下使用，具有极高的性价比。

1.6液位变送器的选型控制要求

液位变送器选择的型号为MIK-P260，可以直接与PLC相连接。该变送器广泛应用于工业控制中，工作温度为0～85℃、精度为±0.5%FS、温漂为2%FS（0～60℃）、24V直流供电、多级电气保护;设置量程为0～7m。

2控制电路设计

2.1控制要求和控制电路

在启动系统之前，先设定系统参数（包括压力值的上限和下限，液位测量值的上限和下限），控制电机的启停。当监测到水位低于下限值时，自动打开补水阀，向水池中自动供水;监测到水池水位超过上限值时，停止补水;当监测到水池没有水时，所有的电机都停止工作，并且每隔一段时间轮询一次，以保证电机正常工作[2]。

当系统启动后，第一台电机启动，随着水压的上升，第一台电机的转速越来越快，当达到一个上限值之后，第一台电机变为工频运行，此时第二台电机连接变频器，开始变频运行，第三台、第四台电机依次类推，直到满足当前水压要求，电机停止加速;当检测到水压下降，低于设定值时，最后一台电机频率减小，速度降低，然后依次减泵，如果压力值还是大于设定值，则所有的电机退出工作。当电机转到手动模式时，由人工控制电机的启动与停止，第一台电机以工频运行。

当某一台电机发生故障时，该台电机的故障指示灯亮，并且自动退出供水，其余电机仍正常工作，这时就可以检修故障电机，检修完后重新投入工作，不会影响其他电机的正常运行。

2.2 PLC模块接线图

该PLC的供电电源为24 V直流电，主电路连接220 V的交流电，经过KM1与PLC相连接，EM235模块负责模拟量的输入和输出，接压力传感器和液位变送器，另一块与变频器连接，用于控制变频器的启动与停止。

3系统运行仿真

在组态王6.55软件中启动工程浏览器，从中找到设备，选择COM2进入设备串口的设定，对通信参数进行设定。波特率设置为9 600，通信超时9 000 ms，通信方式为RS232，参数设定完成后与PLC连接;选择“西门子”PLC的型号为S7-200，然后将通信方式选择为PPI，PPI通信为“西门子”S7-200专有的一个通信协议，其他型号的可编程控制器是没有的[3]。将PLC的地址与数据类型一一对应，添加与系统有关的数据变量，分别有4台水泵、工频运行、变频运行、轮询时间、压力设定、故障反馈、水位设定等参数。变量类型包括内存实数型、内存整数型、内存离散变量、I/O离散、实数变量等。设计系统监控界面。通过程序多次调试，实现了通过增大或减小压力测定值观察4台电机的启动情况;每台电机都有故障按钮，可以进行故障测试，同时有急停按钮。在系统运行时点开实时曲线、报警画面，都会有相对应的曲线和数值[4]。

4结语

文章首先阐述了恒压供水系统在现代生活中的重要性，接着指出了变频恒压供水的必然性，然后围绕系统的主电路及控制电路的设计，提出基于PLC的变频调速的控制策略，最后通过组态王软件进行仿真验证了此系统的可行性。该系统不仅能保证供水的可靠性，还具有施工方便、维修简易、节能效果好的优点。

参考文献

[1]高静.变频恒压供水控制系统在软水站的应用[J].自动化应用，2020（08）：27-28.

[2]藏博.自来水供水中水泵变频调速技术分析[J].江西建材，2017（18）：65+64.

[3]朱利欢.水泵电机变频调速技术的应用探微[J].装备维修技术，2019（03）：151.

[4]白蕾，孟娇娇，辛旗.基于PLC与变频器的恒压供水系统设计[J].电子测量技术，2018，41（04）：61-65.