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【摘要】作为一种新型供水方式，选用PCC控制变频器能够实现变频恒压供水，同时起到高效率、低能耗、高稳定性的效果，解决了传统高层建筑供水方式中的一些难题。
【关键词】PCC；变频；恒压
1、概述
传统的供水方式主要是通过采用恒速供水和水塔存储供水方式，前者有大量的能耗损失，频繁启停电机会给系统带来冲击，而后者导致供水压力不一致。国外普遍采用一个水泵配置一个变频器的方式，但成本较高。本系统主要研究一种新型供水方式----变频恒压方式，通过变频设备控制水泵的频率，从而使水泵的转速改变地下水箱出水的流量。通常情况下，只有一台水泵处于变频运行，其他水泵处于停止或工频运行状态。变频运行的水泵通过频率的改变对流量进行细调，从而保证水压基本不变，使高层建筑供水更加灵活、高效和节能。
2、变频恒压供水系统分析
本系统通过研究PCC来控制变频器从而实现变频恒压供水。通过变频器恒压供水方案的分析设计出系统的主电路、控制电路及各个硬件的连接电路，所使用的控制器是贝加莱X20系列PCC，通过控制器操纵西门子供水专用的MM430型变频器进行PID控制供水。控制系统由PCC完成，而系统中采用的变频器则主要负责PID的整合及频率调节。
3、变频恒压供水系统的硬件电路设计
本系统采用一个变频器拖动4台水泵的方式，用PCC作为控制器，根据压力变送器反馈的数据改变变频器的频率和水泵运行台数，其中一台水泵作为备用水泵。通过PCC控制变频器，水泵的转速会根据变频器的实际运行频率来改变。当用水量增大时，供水管道内安装的压力检测计检测到的压力值会降低，传感器把压力信号变成标准信号传输至压力控制器。压力传感器输出0-10V的信号到PCC和变频器，变频器的频率从而开始增大。如果变频器提高频率达到工频后仍不能满足压力的下降，则改台水泵就切换至工频运行，变频器开始软启动下一台水泵从而维持水压的稳定；当用水量减少时，压力检测计检测到的压力值就会增加，变频器的频率就开始降低，如果变频器降低的频率达到水泵的启动频率仍然不能满足压力的上升，则该台水泵退出运行。
图1 PCC控制的变频供水系统框图
本系統选用的水泵型号为100DL3型，共计4台，给水泵供电的电机功率选择为30千瓦；供水管道内的压力传感器采用YTZ-150型，传感器为两线制0-10V，压力范围是0-1.0MPa，精度是0.01MPa；断路器QF5起过流、欠压保护和电气隔离作用，本系统中考虑的过载能力为150%，故额定电流为90A；断路器QF1-QF4用于水泵工频运行时保护系统，额定电流为150A；接触器的触点控制电机的运行，额定电流必须大于电机的额定电流，所以选择为70A；PCC按钮回路供电电压是24V直流，采用LAY3-11型，UN=24V，IN=0.3A；变频器选用西门子专用供水设计的MM430型，具有很好的可靠性。
经过I/O分配得出，本系统共有25路数字量输入信号、10路数字量输出信号和2路模拟量输入信号，故PCC选用B&R的X20型，CPU使用X20CP1484，输入模块选用2只X20DI9371和1只X20DI4371，输出模块选用1只X20DO9322模块，模拟量输入选用采用1只X20AI4622模块。
4、变频恒压供水系统的软件设计
B&R的PCC编程软件是Automation Studio，可新建一个工程，打开硬件配置，选择的CPU是X20CP1484，再打开X2X link配置系统的输入与输出。控制变频恒压供水系统的各个按钮和开关安装在控制柜上，可以对系统进行控制。供水管网中的压力反馈信号AIW0和变频器实际运行频率的信号AIW2都输入至PCC中，PCC通过分析反馈的信号和设定的值比较来确定频率的增减及变频与工频的转化。频率的增减通过KM1-KM4进行控制，增加水泵台数或减少水泵台数可以通过KM5-KM8进行控制。当系统发生故障时，水位低信号或水泵组合错误时，系统故障灯亮起，系统自动停止。
变频器的压力设定值是通过操作面板上的加减按键来设定的。当设定好压力值后，远程压力传感器测量实际水压，并反馈至PCC。PCC中水压的上下限分别为0.15MPa和0.6MPa，所对应PCC内部值分别是5000和20000；反馈的数据经PCC计算分别与设定的最低效率和最高频率比较，最低频率设置为30Hz，最高频率设为50Hz，分别对应PCC内值10000和15000。如果小于10000则最低频率标志置位，开始频率过低的程序；如果大于15000则最高频率标志置位，开始频率过高的程序控制，随后就按通变频器开始工作。
控制系统时有手动和自动两种控制方式。手动控制先是手动选择供水的组合，共有4种选择组合。选择一种组合后系统先检查是否存在故障，若没有发现故障就不会出现报警，可以开始手动控制各个水泵。若按下手动变频启动1号水泵，1号水泵就会开始以变频方式工作，当要把水泵切换到工频运行时，可以按下工频切换按钮。如果此时水泵的频率达到了工频值，则1号水泵会自动切换至工频状态。若不能满足切换条件，则保持变频运行。
实现自动控制程序时，首先选择一种水泵组合，以1、2、3号水泵组合为例。组合选择完毕后，变频器延时1S启动，1号水泵以变频方式启动。当实际压力下降时，变频器频率开始增大，当频率上升至50Hz压力仍在下降，则变频向工频切换信号有效。延时1S后1号水泵由变频变为工频运行，同时2号水泵以变频方式启动，此时系统为“1工2变”状态。当2号水泵变频运行，实际压力还继续下降，变频器再次开始上升达到50Hz时压力仍在下降时，2号水泵变频向工频切换信号有效。延时1S后2号水泵由变频转换为工频运行，同时3号水泵以变频方式启动，此时系统状态为“1工2工3变”运行。
5、结论
通过对国内外恒压变频供水设施现状的分析，设计出一套适合国情的供水系统。通过本次设计，成功的解决了普通恒压变频供水方式能耗损失以及供水压力不平衡问题，使供水更加灵活节能。
参考文献
[1]徐占国，郑凤翼，潘桂林.图解触摸屏·PLC·变频器综合应用工程实例[M].北京：电子工业出版社，2010
[2]吴建华.供水泵站工程新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009
【关键词】PCC；变频；恒压
1、概述
传统的供水方式主要是通过采用恒速供水和水塔存储供水方式，前者有大量的能耗损失，频繁启停电机会给系统带来冲击，而后者导致供水压力不一致。国外普遍采用一个水泵配置一个变频器的方式，但成本较高。本系统主要研究一种新型供水方式----变频恒压方式，通过变频设备控制水泵的频率，从而使水泵的转速改变地下水箱出水的流量。通常情况下，只有一台水泵处于变频运行，其他水泵处于停止或工频运行状态。变频运行的水泵通过频率的改变对流量进行细调，从而保证水压基本不变，使高层建筑供水更加灵活、高效和节能。
2、变频恒压供水系统分析
本系统通过研究PCC来控制变频器从而实现变频恒压供水。通过变频器恒压供水方案的分析设计出系统的主电路、控制电路及各个硬件的连接电路，所使用的控制器是贝加莱X20系列PCC，通过控制器操纵西门子供水专用的MM430型变频器进行PID控制供水。控制系统由PCC完成，而系统中采用的变频器则主要负责PID的整合及频率调节。
3、变频恒压供水系统的硬件电路设计
本系统采用一个变频器拖动4台水泵的方式，用PCC作为控制器，根据压力变送器反馈的数据改变变频器的频率和水泵运行台数，其中一台水泵作为备用水泵。通过PCC控制变频器，水泵的转速会根据变频器的实际运行频率来改变。当用水量增大时，供水管道内安装的压力检测计检测到的压力值会降低，传感器把压力信号变成标准信号传输至压力控制器。压力传感器输出0-10V的信号到PCC和变频器，变频器的频率从而开始增大。如果变频器提高频率达到工频后仍不能满足压力的下降，则改台水泵就切换至工频运行，变频器开始软启动下一台水泵从而维持水压的稳定；当用水量减少时，压力检测计检测到的压力值就会增加，变频器的频率就开始降低，如果变频器降低的频率达到水泵的启动频率仍然不能满足压力的上升，则该台水泵退出运行。
图1 PCC控制的变频供水系统框图
本系統选用的水泵型号为100DL3型，共计4台，给水泵供电的电机功率选择为30千瓦；供水管道内的压力传感器采用YTZ-150型，传感器为两线制0-10V，压力范围是0-1.0MPa，精度是0.01MPa；断路器QF5起过流、欠压保护和电气隔离作用，本系统中考虑的过载能力为150%，故额定电流为90A；断路器QF1-QF4用于水泵工频运行时保护系统，额定电流为150A；接触器的触点控制电机的运行，额定电流必须大于电机的额定电流，所以选择为70A；PCC按钮回路供电电压是24V直流，采用LAY3-11型，UN=24V，IN=0.3A；变频器选用西门子专用供水设计的MM430型，具有很好的可靠性。
经过I/O分配得出，本系统共有25路数字量输入信号、10路数字量输出信号和2路模拟量输入信号，故PCC选用B&R的X20型，CPU使用X20CP1484，输入模块选用2只X20DI9371和1只X20DI4371，输出模块选用1只X20DO9322模块，模拟量输入选用采用1只X20AI4622模块。
4、变频恒压供水系统的软件设计
B&R的PCC编程软件是Automation Studio，可新建一个工程，打开硬件配置，选择的CPU是X20CP1484，再打开X2X link配置系统的输入与输出。控制变频恒压供水系统的各个按钮和开关安装在控制柜上，可以对系统进行控制。供水管网中的压力反馈信号AIW0和变频器实际运行频率的信号AIW2都输入至PCC中，PCC通过分析反馈的信号和设定的值比较来确定频率的增减及变频与工频的转化。频率的增减通过KM1-KM4进行控制，增加水泵台数或减少水泵台数可以通过KM5-KM8进行控制。当系统发生故障时，水位低信号或水泵组合错误时，系统故障灯亮起，系统自动停止。
变频器的压力设定值是通过操作面板上的加减按键来设定的。当设定好压力值后，远程压力传感器测量实际水压，并反馈至PCC。PCC中水压的上下限分别为0.15MPa和0.6MPa，所对应PCC内部值分别是5000和20000；反馈的数据经PCC计算分别与设定的最低效率和最高频率比较，最低频率设置为30Hz，最高频率设为50Hz，分别对应PCC内值10000和15000。如果小于10000则最低频率标志置位，开始频率过低的程序；如果大于15000则最高频率标志置位，开始频率过高的程序控制，随后就按通变频器开始工作。
控制系统时有手动和自动两种控制方式。手动控制先是手动选择供水的组合，共有4种选择组合。选择一种组合后系统先检查是否存在故障，若没有发现故障就不会出现报警，可以开始手动控制各个水泵。若按下手动变频启动1号水泵，1号水泵就会开始以变频方式工作，当要把水泵切换到工频运行时，可以按下工频切换按钮。如果此时水泵的频率达到了工频值，则1号水泵会自动切换至工频状态。若不能满足切换条件，则保持变频运行。
实现自动控制程序时，首先选择一种水泵组合，以1、2、3号水泵组合为例。组合选择完毕后，变频器延时1S启动，1号水泵以变频方式启动。当实际压力下降时，变频器频率开始增大，当频率上升至50Hz压力仍在下降，则变频向工频切换信号有效。延时1S后1号水泵由变频变为工频运行，同时2号水泵以变频方式启动，此时系统为“1工2变”状态。当2号水泵变频运行，实际压力还继续下降，变频器再次开始上升达到50Hz时压力仍在下降时，2号水泵变频向工频切换信号有效。延时1S后2号水泵由变频转换为工频运行，同时3号水泵以变频方式启动，此时系统状态为“1工2工3变”运行。
5、结论
通过对国内外恒压变频供水设施现状的分析，设计出一套适合国情的供水系统。通过本次设计，成功的解决了普通恒压变频供水方式能耗损失以及供水压力不平衡问题，使供水更加灵活节能。
参考文献
[1]徐占国，郑凤翼，潘桂林.图解触摸屏·PLC·变频器综合应用工程实例[M].北京：电子工业出版社，2010
[2]吴建华.供水泵站工程新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009