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摘 要：高压变频器在恒压供水系统中可提高水压稳定性、延长水泵使用寿命、进而达到节能效果，拥有智能化功能模块，可智能化调整用水高峰期与用水低谷时水压。本文中简单探讨了高压变频器在恒压供水系统中的各个技术应用要点，并加以例证。
关键词：高压变频器;恒压供水系统;PID控制原理;PLC变频器;系统方案
高压变频器配合PLC、触摸屏可提高恒压供水系统性价比，其节能智能化水平相对较高，工作安全可靠性表现较好，可最大限度提高供水质量，在目前市政供水系统中起到了不可或缺的重要作用。
1恒压供水系统采用高压变频器的原因
传统普通供水系统运行缺陷相对较多，整体上水塔数量偏少，水箱容积也普遍不大，如果水在蓄满之后供水系统就会停止运行，当水位下降以后水泵才能重新启动。而系统电动机重复频繁启停则直接导致了供水系统寿命的大大缩减、运行噪声越来越大、电能损耗相当严重。另一方面，普通供水系统的维修费用成本高、设备占地面积大、在二次加压供水过程中会出现比较严重的管网水锤现象，对管网冲击相当之大，如此一来就会导致供水质量偏差，电动机也因此频繁启动，一旦进入用水高峰期，管网压力就会由于过大而引起管网严重损坏。综上所述，目前必须对普通供水系统进行改造，采用基于高压变频器的恒压供水系统来代替传统普通水塔供水系统，确保供水过程压力恒定，平衡供水能力与用水流量，满足用户所需用水流量，解決老旧设备频繁检修问题，为水利企业节约资金成本。
2恒压供水系统采用高压变频器的基本思路
在目前许多钢铁企业中都会采用到变频恒压供水系统，它有效解决了传统水塔供水系统中所存在的承重负荷过大、容易出现二次污染、易耗电耗能等等问题。全新的变频恒压供水系统能够提供稳定压力，在用水高峰期与低谷期水管压力波动相对较小，而且没有二次污染情况，考虑到楼层承重相对较低，其相比于常规供水系统大约可节能20%左右，同时采用PLC变频器配合PID恒压调节供水系统。以下简单分析了恒压供水系统采用高压变频器的基本技术应用思路。
2.1系统控制要求
恒压供水系统中一般会配置3个水泵，可为四层建筑用户提供用水，同时还配备一个备用泵。如此可保证根据建筑内用水人员数量启动恒压供水系统水泵，而且一旦水泵出现故障以后，备用泵就能够投入到供水工作当中。
在系统控制过程中，它采用到了PLC PID控制原理展开技术分析，其中对参数内容进行设置。如果假定设定值为3Mpa，当系统启动以后可利用传感器测量水管中压力。例如如果水管中压力<3Mpa，可利用PLC建立可视化监测系统，同时通过PID调解书水管压力，当水管压力输出值增大时，变频器输出频率、电动机转速也会相应增大。例如变频器输出频率达到50Hz时，电机变频运行切换到工频进行操作，加大供水量。如果水管压力无法达到设定值，电机则会驱动所有水泵自动启动，达到最大供水要求。在这里，需要分析供水量与用水量之间关系，如果供水量大于用水量，水管中压力则会直接超出设定值，此时输出值也会相应减小，变频器输出频率则会相应降低。如果水管频率<30Hz，水泵则会退出运行操作，此时需要依赖储气罐进行保压，此时用水量则会相应增大，水管压力也会达到压力下限水平，而系统也会重新再次启动。
2.2系统软件设计要求
结合系统变频高压恒压供水控制系统，设计状态转移图，分析系统运行的不同工作状态，分析系统用水量变化。如果用水量达到最大水平时，所以所有水泵进行定频处理，此时水泵用水量也会达到最大。结合系统工作要求，其软件设计应用则包含了手动与自动两种操作状态。
2.3主电路与PLC外部接线图设计要求
基于变频恒压供水系统的主电线路进行分析，了解变频器连接方式图，分析代表恒压供水系统的3台水泵运行状况，该过程中采用的是高压变频器，其变频器与主电路的有效连接，且变频器与PLC直接连接，共同形成了外部接线技术体系。
3恒压供水系统采用高压变频器的案例分析
3.1案例概述
某钢铁企业采用到了高压变频器，企业工厂中共有4台现轧钢低压供水泵组共有四台泵，设计将其中1#、2#泵电动机改为变频调速，另外3#、4#仍为工频运行。轧钢低压供水泵轴功率280KW，配套10KV、280KW高压三相异步电动机。水泵正常情况下变频运行，一旦变频运行出现故障，可手动切换至工频状态继续运行。变频器安装在新建变频器室，变频器电源柜、变频柜在10KV高压室，电机水泵在泵房内。在高压变频器方面，该改造项目采用的是北京合康高压变频器，变频器型号为HIVENT-Y10/031，其主要参数为：额定容量630KVA，额定电压10KV，额定电流31A，额定输入频率50～60Hz，冷却方式为强迫风冷。高压变频器电源取原1#、2#工频高压柜，经过移相变压器隔离、移相后分组输出，为串联的功率单元供电。功率单元为三相输入
3.2案例系统组成与系统技术理论
案例中某钢铁企业恒压供水系统高压变频器就采用到了高压变频器、PLC、PID调节器、TC时间控制器、压力、液位传感器以及动力控制线路和3台水泵。在对系统设计进行分析过程中，需要对系统干扰和变化误差问题进行分析，使得系统在设计后逐渐趋于稳定，避免偏差继续变大，加速提升其控制响应能力。在设计中，为了有效减小系统中绝对误差，还可采用一般控制方法，主要围绕系统动静态性能进行分析并提高，有效提高系统稳定性，避免产生振荡效应。而其中振荡效应主要分3级：分别为中等、较大和大，结合经验归纳法建立模糊PID控制器控制规则，构建规则库中的单双输入规则，构建至少49条模糊PID规则，共同组成模糊PID控制器体系。在充分结合现代新技术内容过程中，其采用到了PLC编程控制技术内容与变频控制技术内容，围绕电机泵组控制技术建立系统技术体系，确保水泵出水总管电压信号从模拟信号到数字信号转换到位，最终获得恒压供水系统供水数字总量。如果生产中用水量减少，水泵运行频率会实现自动调节，直到降低到下限运行频率，保证供水量依然处于较大用水量水平。而如果系统自动停止工频操作运行水泵，则需要相应增加变频水泵运转速度，基于用水量对变频主泵工作状态进行分析，某小区所采用的是辅助泵配合小型气压罐为小区供水[1]。 3.3案例系统中的技术要点实践应用
某钢铁企业的恒压供水系统中采用到了高压变频器，其中涉及诸多丰富技术内容，主要就包括了PLC选用及程序、高压变频器、主控电路等等。其变频器每相由8个额定电压为720V的功率单元串联而成 ，输出相电压5760V，线电压达10000KV。每个功率单元分别由输出变压器的一组二次绕组供电。二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。采用多脉冲二极管整流电路结构，输出电压和电流几近完美的正弦波。下文将逐一展开分析，深入分析理解案例系统中的技术要点实践应用。
3.3.1 PLC程序实践应用
首先，某钢铁企业在恒压供水系统中安装了辅助高压变频器的PLC控制系统。PLC的选用原则需要考虑到系统的整体性价比，保证做到性价比越高越好。例如针对电机的启停设计、定期切换以及自动投入供水泵变频控制方面都会采用到PLC进行远程编程与可视化操作，主要对系统开关、输入、输出等功能进行智能化控制。综上所述，某钢铁企业恒压供水系统采用的正是PLC搭载可扩充模块、模拟量模块，它的主要组成结构就包含了主机单元配合AC/DC继电器，另外还有大量的可扩充单元与模拟单元。从程序技术应用层面看，它充分利用到了高压变频器主程序以及启动子程序，其中主程序中就涵盖了各种调节程序内容，例如可对电机设备内容进行随意切换，降低电机程序运行压力。而启动子系统则主要希望清零无用子程序内容，确保变频器能达到滤波时间技术要求，对设备系统稳定运行操作非常有好处[2]。
3.3.2高压变频器实践应用
某钢铁企业在选用高压变频器过程中主动设置其变频器参数，合理优化供水功率与变频器频率相互匹配，体现系统性能最大化技术优势，保证其大于供水泵实际功率。考虑到变频器在运行过程中能够实现对初始参数设置的有效优化，如此就提出了系统自动调整机制，保证运行水泵数量与负荷相互匹配，同时对比例项中的参数内容进行调整，确保系统动态有效优化。在该过程中，需要对系统响应速度进行优化，保证系统运行更加稳定。总体来讲，需要基于变频器负载特性满足技术应用要求，配合变频器负载特性要求满足钢铁企业恒压供水系统正常稳定供水要求。在该过程中，需要选用变频器按照负载特性满足供水要求，同时按照负载特性满足供水指标变化要求。某钢铁企业恒压供水系统所采用的是西门子高压变频器，其参数设置包含了P0003专业级、P0970=1复位完成专业级两点。
在这里，采用PLC对手动设定压力信号与现场压力传感器进行分析，合理反饋信号分析计算相关技术内容，并将压力偏差内容转化为PID精算内容，在精算后转化0～5V模拟信号施再将数据输入到变频器之中，确保系统PLC能够对模拟输出量与压力偏差值进行有效比较，在针对电动机变频转速确定过程中追求稳定动力系统工作压力释放，保证达到恒压供水状态有效稳定。
3.3.3主控电路实践应用
在主控电路实践应用方面，某钢铁企业中的三台电动机在启动过程中采用到了电机变频运行机制，同时系统中还专门设置了水泵电机主电路隔离开关，同时主电路熔断器采用的是FU，通用变频器采用的是VVVF。基于钢铁企业恒压供水实际情况，需要对电控系统控制技术内容进行分析，建立手动、自动转换开关，两套开关均采用到SA，配合手动控制状态首先将SA调整到手动位置，自动控制状态时则将SA调整到自动位置。如果是在手动控制状态下，需要同时控制3台电机同时启停，保证电磁阀通断自由。此时利用按钮再对SB实施有效控制，保证自动运行状态稳定，同时将系统控制在PLC程序上，保证其控制后系统平稳正常运行[3]。
结束：
基于高压变频器配合PLC系统的恒压供水系统建设应用需要首先思考提升其系统运行安全可靠性，在传统普通水塔供水系统基础之上运用诸多先进创新技术内容，解决传统水塔供水系统所存在的承重负荷过大、容易出现二次污染、易耗电耗能等等问题，达到节水、节能、节本、节地等等目标，即便变频器在出现故障后依然能够保证系统供水稳定，且在故障出现后依然能够追求实现快速故障排除并自动启动系统。这也说明了基于高压变频器的恒压供水系统在技术应用方面是具有一定的先进性与推广价值的。
参考文献：
[1]董伟. 浅析基于PLC及变频调速小区恒压供水系统设计[J]. 科技风， 2020， 000（002）：9-10.
[2]徐占国， 郑凤翼. 图解触摸屏.PLC.变频器综合应用工程实践（第2版）[M]. 电子工业出版社， 4128.
[3]肖睿， 刘源全， 田敔晗，等. 基于变频器内置PID模块和控制器模块的恒压供水系统设计[J]. 节能， 2020， 039（003）：71-75.
（南京钢铁集团，江苏 南京 210000）
关键词：高压变频器;恒压供水系统;PID控制原理;PLC变频器;系统方案
高压变频器配合PLC、触摸屏可提高恒压供水系统性价比，其节能智能化水平相对较高，工作安全可靠性表现较好，可最大限度提高供水质量，在目前市政供水系统中起到了不可或缺的重要作用。
1恒压供水系统采用高压变频器的原因
传统普通供水系统运行缺陷相对较多，整体上水塔数量偏少，水箱容积也普遍不大，如果水在蓄满之后供水系统就会停止运行，当水位下降以后水泵才能重新启动。而系统电动机重复频繁启停则直接导致了供水系统寿命的大大缩减、运行噪声越来越大、电能损耗相当严重。另一方面，普通供水系统的维修费用成本高、设备占地面积大、在二次加压供水过程中会出现比较严重的管网水锤现象，对管网冲击相当之大，如此一来就会导致供水质量偏差，电动机也因此频繁启动，一旦进入用水高峰期，管网压力就会由于过大而引起管网严重损坏。综上所述，目前必须对普通供水系统进行改造，采用基于高压变频器的恒压供水系统来代替传统普通水塔供水系统，确保供水过程压力恒定，平衡供水能力与用水流量，满足用户所需用水流量，解決老旧设备频繁检修问题，为水利企业节约资金成本。
2恒压供水系统采用高压变频器的基本思路
在目前许多钢铁企业中都会采用到变频恒压供水系统，它有效解决了传统水塔供水系统中所存在的承重负荷过大、容易出现二次污染、易耗电耗能等等问题。全新的变频恒压供水系统能够提供稳定压力，在用水高峰期与低谷期水管压力波动相对较小，而且没有二次污染情况，考虑到楼层承重相对较低，其相比于常规供水系统大约可节能20%左右，同时采用PLC变频器配合PID恒压调节供水系统。以下简单分析了恒压供水系统采用高压变频器的基本技术应用思路。
2.1系统控制要求
恒压供水系统中一般会配置3个水泵，可为四层建筑用户提供用水，同时还配备一个备用泵。如此可保证根据建筑内用水人员数量启动恒压供水系统水泵，而且一旦水泵出现故障以后，备用泵就能够投入到供水工作当中。
在系统控制过程中，它采用到了PLC PID控制原理展开技术分析，其中对参数内容进行设置。如果假定设定值为3Mpa，当系统启动以后可利用传感器测量水管中压力。例如如果水管中压力<3Mpa，可利用PLC建立可视化监测系统，同时通过PID调解书水管压力，当水管压力输出值增大时，变频器输出频率、电动机转速也会相应增大。例如变频器输出频率达到50Hz时，电机变频运行切换到工频进行操作，加大供水量。如果水管压力无法达到设定值，电机则会驱动所有水泵自动启动，达到最大供水要求。在这里，需要分析供水量与用水量之间关系，如果供水量大于用水量，水管中压力则会直接超出设定值，此时输出值也会相应减小，变频器输出频率则会相应降低。如果水管频率<30Hz，水泵则会退出运行操作，此时需要依赖储气罐进行保压，此时用水量则会相应增大，水管压力也会达到压力下限水平，而系统也会重新再次启动。
2.2系统软件设计要求
结合系统变频高压恒压供水控制系统，设计状态转移图，分析系统运行的不同工作状态，分析系统用水量变化。如果用水量达到最大水平时，所以所有水泵进行定频处理，此时水泵用水量也会达到最大。结合系统工作要求，其软件设计应用则包含了手动与自动两种操作状态。
2.3主电路与PLC外部接线图设计要求
基于变频恒压供水系统的主电线路进行分析，了解变频器连接方式图，分析代表恒压供水系统的3台水泵运行状况，该过程中采用的是高压变频器，其变频器与主电路的有效连接，且变频器与PLC直接连接，共同形成了外部接线技术体系。
3恒压供水系统采用高压变频器的案例分析
3.1案例概述
某钢铁企业采用到了高压变频器，企业工厂中共有4台现轧钢低压供水泵组共有四台泵，设计将其中1#、2#泵电动机改为变频调速，另外3#、4#仍为工频运行。轧钢低压供水泵轴功率280KW，配套10KV、280KW高压三相异步电动机。水泵正常情况下变频运行，一旦变频运行出现故障，可手动切换至工频状态继续运行。变频器安装在新建变频器室，变频器电源柜、变频柜在10KV高压室，电机水泵在泵房内。在高压变频器方面，该改造项目采用的是北京合康高压变频器，变频器型号为HIVENT-Y10/031，其主要参数为：额定容量630KVA，额定电压10KV，额定电流31A，额定输入频率50～60Hz，冷却方式为强迫风冷。高压变频器电源取原1#、2#工频高压柜，经过移相变压器隔离、移相后分组输出，为串联的功率单元供电。功率单元为三相输入
3.2案例系统组成与系统技术理论
案例中某钢铁企业恒压供水系统高压变频器就采用到了高压变频器、PLC、PID调节器、TC时间控制器、压力、液位传感器以及动力控制线路和3台水泵。在对系统设计进行分析过程中，需要对系统干扰和变化误差问题进行分析，使得系统在设计后逐渐趋于稳定，避免偏差继续变大，加速提升其控制响应能力。在设计中，为了有效减小系统中绝对误差，还可采用一般控制方法，主要围绕系统动静态性能进行分析并提高，有效提高系统稳定性，避免产生振荡效应。而其中振荡效应主要分3级：分别为中等、较大和大，结合经验归纳法建立模糊PID控制器控制规则，构建规则库中的单双输入规则，构建至少49条模糊PID规则，共同组成模糊PID控制器体系。在充分结合现代新技术内容过程中，其采用到了PLC编程控制技术内容与变频控制技术内容，围绕电机泵组控制技术建立系统技术体系，确保水泵出水总管电压信号从模拟信号到数字信号转换到位，最终获得恒压供水系统供水数字总量。如果生产中用水量减少，水泵运行频率会实现自动调节，直到降低到下限运行频率，保证供水量依然处于较大用水量水平。而如果系统自动停止工频操作运行水泵，则需要相应增加变频水泵运转速度，基于用水量对变频主泵工作状态进行分析，某小区所采用的是辅助泵配合小型气压罐为小区供水[1]。 3.3案例系统中的技术要点实践应用
某钢铁企业的恒压供水系统中采用到了高压变频器，其中涉及诸多丰富技术内容，主要就包括了PLC选用及程序、高压变频器、主控电路等等。其变频器每相由8个额定电压为720V的功率单元串联而成 ，输出相电压5760V，线电压达10000KV。每个功率单元分别由输出变压器的一组二次绕组供电。二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。采用多脉冲二极管整流电路结构，输出电压和电流几近完美的正弦波。下文将逐一展开分析，深入分析理解案例系统中的技术要点实践应用。
3.3.1 PLC程序实践应用
首先，某钢铁企业在恒压供水系统中安装了辅助高压变频器的PLC控制系统。PLC的选用原则需要考虑到系统的整体性价比，保证做到性价比越高越好。例如针对电机的启停设计、定期切换以及自动投入供水泵变频控制方面都会采用到PLC进行远程编程与可视化操作，主要对系统开关、输入、输出等功能进行智能化控制。综上所述，某钢铁企业恒压供水系统采用的正是PLC搭载可扩充模块、模拟量模块，它的主要组成结构就包含了主机单元配合AC/DC继电器，另外还有大量的可扩充单元与模拟单元。从程序技术应用层面看，它充分利用到了高压变频器主程序以及启动子程序，其中主程序中就涵盖了各种调节程序内容，例如可对电机设备内容进行随意切换，降低电机程序运行压力。而启动子系统则主要希望清零无用子程序内容，确保变频器能达到滤波时间技术要求，对设备系统稳定运行操作非常有好处[2]。
3.3.2高压变频器实践应用
某钢铁企业在选用高压变频器过程中主动设置其变频器参数，合理优化供水功率与变频器频率相互匹配，体现系统性能最大化技术优势，保证其大于供水泵实际功率。考虑到变频器在运行过程中能够实现对初始参数设置的有效优化，如此就提出了系统自动调整机制，保证运行水泵数量与负荷相互匹配，同时对比例项中的参数内容进行调整，确保系统动态有效优化。在该过程中，需要对系统响应速度进行优化，保证系统运行更加稳定。总体来讲，需要基于变频器负载特性满足技术应用要求，配合变频器负载特性要求满足钢铁企业恒压供水系统正常稳定供水要求。在该过程中，需要选用变频器按照负载特性满足供水要求，同时按照负载特性满足供水指标变化要求。某钢铁企业恒压供水系统所采用的是西门子高压变频器，其参数设置包含了P0003专业级、P0970=1复位完成专业级两点。
在这里，采用PLC对手动设定压力信号与现场压力传感器进行分析，合理反饋信号分析计算相关技术内容，并将压力偏差内容转化为PID精算内容，在精算后转化0～5V模拟信号施再将数据输入到变频器之中，确保系统PLC能够对模拟输出量与压力偏差值进行有效比较，在针对电动机变频转速确定过程中追求稳定动力系统工作压力释放，保证达到恒压供水状态有效稳定。
3.3.3主控电路实践应用
在主控电路实践应用方面，某钢铁企业中的三台电动机在启动过程中采用到了电机变频运行机制，同时系统中还专门设置了水泵电机主电路隔离开关，同时主电路熔断器采用的是FU，通用变频器采用的是VVVF。基于钢铁企业恒压供水实际情况，需要对电控系统控制技术内容进行分析，建立手动、自动转换开关，两套开关均采用到SA，配合手动控制状态首先将SA调整到手动位置，自动控制状态时则将SA调整到自动位置。如果是在手动控制状态下，需要同时控制3台电机同时启停，保证电磁阀通断自由。此时利用按钮再对SB实施有效控制，保证自动运行状态稳定，同时将系统控制在PLC程序上，保证其控制后系统平稳正常运行[3]。
结束：
基于高压变频器配合PLC系统的恒压供水系统建设应用需要首先思考提升其系统运行安全可靠性，在传统普通水塔供水系统基础之上运用诸多先进创新技术内容，解决传统水塔供水系统所存在的承重负荷过大、容易出现二次污染、易耗电耗能等等问题，达到节水、节能、节本、节地等等目标，即便变频器在出现故障后依然能够保证系统供水稳定，且在故障出现后依然能够追求实现快速故障排除并自动启动系统。这也说明了基于高压变频器的恒压供水系统在技术应用方面是具有一定的先进性与推广价值的。
参考文献：
[1]董伟. 浅析基于PLC及变频调速小区恒压供水系统设计[J]. 科技风， 2020， 000（002）：9-10.
[2]徐占国， 郑凤翼. 图解触摸屏.PLC.变频器综合应用工程实践（第2版）[M]. 电子工业出版社， 4128.
[3]肖睿， 刘源全， 田敔晗，等. 基于变频器内置PID模块和控制器模块的恒压供水系统设计[J]. 节能， 2020， 039（003）：71-75.
（南京钢铁集团，江苏 南京 210000）