基于ABB变频器的恒压供水系统的设计

第一篇：基于ABB变频器的恒压供水系统的设计

基于ABB变频器的恒压供水系统的设计

齐亚德·阿西·奥贝德，纳斯里苏莱曼和M.N.哈米顿

博特拉大学工程学院，电气与电子工程部

摘要

变频器恒压供水系统是一个比传统供水方式更加高效，节能的解决方案，相对传统方式能够节能50％以上。根据在特定的速度下，出水口和管道内水压与电机转速和运动频率之间的关系这一性能,可以实现变频调速恒压供水。这里介绍了恒压供水系统中使用ABB的ACS510驱动器和控制器。实际运行表明，所设计的系统，可以在误差允许的范围内，实现对设定的压力进行跟踪。假如一年工作8000小时，该系统可比阀门节流方式降低能耗54.4％。

1.引言

无论是在生产上还是生活上，恒压供水系统被广泛使用。相比传统的水塔和高水箱的方式，新的变频恒压供水供电系统具有设备投资少，系统的稳定性强，自动化程度高的优势。该泵是一个典型的平方转矩类负载，这意味着它的扭矩和速度的平方成正比，和流动速度成正比，因此功率损耗是和速度是成正比的。当使用节流阀方式时，无论阀门开度如何，电机始终为额定转速。假设供水系统是理想态，阀门开度为80％，在这一点上，速度为n1，功率为p。在相同的情况下，当涉及到变频的方式，不仅降低电机额定转速的80％，而保持阀全开能满足供水需求。与这一点上的功率损耗P2与P1具有下列关系，p2n20.8n10.512p1n1n1（1）33从公式（1）可以看出，与传统供水方式相比，阀门的开度是80％，变频控制方式损耗功率只有传统方式的0.512倍。通常情况下，电动机的容量因留有一定的余量而比实际需求更大，也就是说电机不能正常工作在额定状态和速度达不到最高，即使是在用水高峰期。变频恒压供水系统节能潜力巨大。本文所设计的供水系统运行了半年多，相比传统的方式，本系统节能54.4％。目前，形成广泛的变频恒压供水系统由PLC，单片机，其他特殊控制器加逆变器这些额外的控制器不仅增加了成本，而且还系统的故障率。在本文中，我们要设计一个恒压供水系统，并根据实际运行结果证明，舍弃专用控制器只使用逆变器还可以实现稳定的恒压供水，达到同样的节能。

2.恒压原理

2.1、供水系统的特点

供水系统的特点如图1所示，保持阀门打开不变，电机速度改变，反映扬程H和流量Q之间的关系。保持电机转速不变，改变阀门的开度，反映扬程H和流量Q之间的关系。在扬程和流量的变化交汇点，系统同时满足两者，水消耗和水供给达到平衡，从而可以稳定运行。交叉点被称为供水系统的工作点，用水量是根据用户的需要随时间变化的。因此供水系统的任务是准确控制水流，使流量与耗水量动态平衡，以确保系统稳定运行。

图1 供水系统工作点特性，H是指供水系统的扬程，Q是系统的流量。2.2、变频供水系统的原理

从上一节中，供水系统稳定运行压力不变可以实现对供水流量的精确控制。当阀门开度不变，改变电机的转速可以改变流量。电机转速n与频率f的关系，其中p是极对数，s为转差率。公式（2）n（2）60f1sp

根据改变电机的电源频率变化的速度，然后改变供水流量，这是变频供水系统的原则。

3.变频恒压供水系统的设计

3.1、耗水量的计算和分析

居住区用水量主要包括生活，消防用水，绿化用水和其他不确定水等几部分组成。生活用水量是最重要的用水需求分析依据，因为生活用水占总用水量的比例最高。根据建筑学标准供水流量的计算方法——公式（3），作为流量最高时的水流量。

KhQd3QhmhT（3）

Qh是在一个小时内，水的最大消耗量，它的单位是立方米/小时。Qd是一天的水流量，假设住宅区有600户居民，平均每户3.5个人，人口总数为2100个人。根据城市住宅标准：在日常生活中每人不应该少于230升的供水量，在这个系统里，我们假设每人300升，照公式（3）所示，Qd是630立方米。Kh是小时变化系数，这意味着一天中最大小时用水量比例高于平均一小时的用水量，在我们的城市的Kh可以选择为2.5。T是在一天中的水的使用时间，选择为20小时。然后可以计算出Qh值是78.75立方米/小时。居住最高的12层，根据每一层3.5米高，则扬程为48米的水泵满足要求。泵和电机的效率和系统的免税额的综合考虑，选择三个45KW泵能满足供水需求。3.2、系统结构

变频调速恒压供水系统的原理如图2所示。系统由控制器，执行器和检测环节组成，形成一个闭环控制系统。变频器作为整个系统的控制核心，根据一个给定的压力和泵速变化频率及泵转速之间的偏差，实现精确的压力控制。变频调速恒压供水系统的主电路如图3所示。图2.变频调速恒压供水系统示意图。它是由逆变器，水泵电机和压力表组成的闭环控制系统。

图3 恒压供水系统ACS510主电路是系统的控制核心，它的输出是直接到三台电机，根据实际压力反馈决定应该是启动电机还是启动变频电机。

根据变频器的输出第一个泵变频启动，当水压不足，变频泵改工频运行，变频启动第二个泵，如果水压压仍不足，第二台泵工频运行，变频启动第三泵。通过调整到泵的数量和调整水泵电动机速度,实现恒压供水。该系统不使用单独的控制器，但通过变频器内置PID调节功能，所以在硬件配置，根据住宅区的实际用水需求，系统由一个逆变器，三个45KW水泵电机，一个远程压力传感器，6个交流接触器，空气断路器和中间继电器和指示灯等辅助设备组成。选择ABB公司的ACS510，ACS510-01-088A-4系列标准变频器，系统I / O接线板如图4所示。

Fig.4变频器I/O接线图。该系统分为手动运行方式和自动运行方式，当系统手动运行，AI1是电机的给定速度，AI2压力传感器反馈的实际压力值，它是变频器输出频率的重要依据。

4.系统运行测试

4.1、出水口压力

系统已投入运行超过半年，现在仍然运行稳定，该恒压供水系统能够满足要求。图5所示为站点观察到一天不同时间出水口压力的记录曲线。从图5可知，根据实际需求，不断改变该系统的设定值，系统反馈值成功地实现了对设定压力的跟踪。为了保护电机，减少瞬间电流冲击，当电机加速和减速。变频器参数的上升和下降时间设置长为60秒。由于水流量变化的时刻和压力值波动两个原因，压力设定值和实际有一些偏差，但偏差在可接受的范围内。

图5.实时压力曲线，X轴表示一天的运行时间，Y轴表示实际的反馈和设定压力

值，他们都满足恒压供水。

4.2、节能效果

系统运行半年多，约50％的时间系统工作在80％的额定转速下，30％的时间在70％额定转速下工作，20％时间在60％额定转速下工作。假设系统全年8000工作小时，用单向阀控制消耗电力359兆瓦时，而使用频率控制系统消耗电力为164兆瓦时，节约能源54.4％。根据发出1兆瓦时电力二氧化碳排放量为0.5吨计算，变频恒压控制系统每年可减少二氧化碳排放量97吨。

5.结论

系统投入使用，已超过六个月，仍能稳定运行。并能满足一个住宅小区的水供。通过使用变频调速控制之前和之后的功耗比较，所设计的系统节能效果明显，是一种有效和可行的恒压供水计划。这种设计节省了目前广泛使用的PLC，以及其他特殊的控制器，但需使用内置PID频率调整功能的变频器，变频器成为控制系统的控制器和驱动器，由于不使用PLC或其他特殊的控制器，使系统成本降低显着，操作更简单，更易于维护和减少系统的故障。

第二篇：变频器恒压供水教学演示系统设计

变频器恒压供水教学演示系统设计.txt31岩石下的小草教我们坚强，峭壁上的野百合教我们执著，山顶上的松树教我们拼搏风雨，严寒中的腊梅教我们笑迎冰雪。本文由shinyqb123贡献

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第 31 卷第 2 期 2010 年 2 月

通化师范学院学报 JOURNAL OF TONGHUA TEACHERS COLLEGE Vol 31 №2.Feb.2010 变频器恒压供水教学演示系统设计

王立忠 ,王广德 ,刘洪波 ,韩 ,孟昭晖 ,丛

强 琳(吉林师范大学 信息技术学院 ,吉林 四平136000)摘 : 为了锻练学生的职业技能 ,在分析和比较国内外供水自动控制系统的发展现状和特点的基础上 , 结合城市供水的现 要 状 ,设计了一套以变频调速技术为基础的恒压供水控制系统.该系统综合运用继电控制技术、变频调速技术以及自动控制技术 , 实 现了恒压供水的参数整定 ,保证了供水系统维持在最佳运行状况 ,同时培养了学生的系统设计能力和对专业的学习兴趣.关键词 : 恒压供水;变频调速;节能 中图分类号 : T M301.2 文献标志码 : A 文章编号 : 1008002310),男 ,吉林公主岭人 ,硕士 ,吉林师范大学信息技术学院副教授.传统的小区供水方式有恒速泵加压供水、水塔 高位水箱供水、气压罐供水等.这些传统的供水方式 不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高 等缺点 ,难以适应当前人们生活中供水的需要.目前 的供水方式正朝着高效节能、自动可靠方向发展.因 此开发自动的变频调速恒压供水系统 , 越来越受到 人们的重视.为满足供水质量的要求 , 降低能耗 , 实 现全自动、可靠稳定的供水 ,利用变频恒压供水具有 全自动恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现 场手动控制等功能.结合学生职业技能训练 , 在教师指导下学生设 计并安装调试变频恒压供水系统 , 可以锻炼学生的 综合设计能力和工程意识.作为教学演示系统也可 以通过演示效果激发学生对专业知识兴趣 , 了解变 频器的应用方法.系统通过对变频器内置 P I 模块参数的预置 , D 利用远程压力表的水压反馈量 ,构成闭环系统 ,根据 用水量的变化 ,在全流量范围内利用变频泵的连续 调节实现恒压供水.1 变频恒压供水演示系统的构成 [14] 成.系统构成如图 1 所示.变频恒压供水系统能 够实现水泵的软启动 , 进而减小水泵启动时的冲击

系统启动时首先闭合空气开关 , 把转换开关达 到变频位置 ,三相交流电通过开关送到交流接触器 和热继电器加载到变频器上 , 变频器输出驱动变频 电机启动运行 ,把蓄水池的水抽到上水池中 ,在此过 ?23? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.xiexiebang.comki.net 1

All rights

第三篇：PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

1、系统介绍

变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电

机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。、工作原理

2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴.手动运行

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。⑵.自动运行

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

3、电路图

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制电路图

5、原理图

6、控制流程图

7、结语

在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；同时针对所用3台电泵使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

第四篇：基于PLC与变频器的恒压供水系统

基于PLC与变频器的恒压供水系统

摘要：阐述了恒压供水的构成框图、工作原理及软件构成，侧重于给出恒压供水的实现思路。

关键词：PLC 变频器 恒压供水

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）04-0018-01

PLC作为新一代工业自动化控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性好、维护简单等优点，被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、电力等几乎所有的工业领域；触摸屏技术的发展，也为人机对话提供了良好的平台。

我公司大部分设备需用循环冷却水，但又受生产淡旺季、产品结构变化等因素的影响，经常出现冷却水供应、使用的不平衡，这主要表现在冷却水管网水压上，用水量大时，水压偏低、流量偏小；用水量小时，水压则偏高、流量偏大。将其控制系统进行改造，采用PLC、变频器、触摸屏等控制后，不但解决了上述水压不稳的问题，还有操作界面友好、节能降耗、降低维护成本等优点。构成框图

该系统由触摸屏、PLC、变频器、压力变送器等组成，其构成框图如图1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且选用配套的FX0N-3A模块，采集冷却水供水总管上的水压信号，并将其转换为4～20mA的电信号给PLC。变频器：采用三菱FR-A540系列。触摸屏：采用三菱F930GOT，显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。工作原理

公司冷却水供应由2个泵组成，安装在公司冷却水供水总管上的压力变送器，采集水压信号，并将其转变为电信号给PLC，PLC将该信号与触摸屏上的设定值进行比较并计算，并将结果输出给变频器，控制变频器的频率值，从而控制水泵电机的转速，进而控制冷却水的压力。如用水量增大，1#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将1#泵切换到工频电网上，同时启动、调节2#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如用水量减小，2#泵运行到下限频率时，系统自动将1#泵停运，2#泵继续通过变频器调节水压。此时，如用水量又增大，2#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将2#泵切换到工频电网上，同时启动、调节1#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如此循环，实现自动恒压供水。系统软件

系统的软件包括变频器参数设定和PLC程序设计。

3.1 变频器参数设定

变频器变频运行，当水泵电机转速过低时，容易形成“空转”现象，所以将其变频下限设为20Hz；水泵电机可高速运行至额定功率（50Hz），所以将其变频上限设定为50Hz。除此之外，变频器还自带欠压保护、过压保护、过载保护等功能，当电网电压异常或水泵出现异常时可及时发出警报。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵电机在工频下的运行与停止，供调试、维修用；自动控制程序采用PID调节指令，在此不作详细论述。系统优点

（1）冷却水压力可根据产品工艺要求在可设范围内任意设定，并将当前实际压力与设定压力显示在触摸屏上。（2）水泵电机启动由变频器控制，避免了直接启动的大电流给供电电网的冲击，既避免了对周边设备的影响，也能延长水泵电机的有效使用寿命。（3）工作泵与备用泵轮换运行，保证各泵有基本相同的运行时间，避免了因备用泵长期不用而发生的锈蚀现象。（4）有效降低水泵电机的运行能耗，节电率至少可达30%。结语

该控制系统具有功能强大、性能稳定、运行可靠等优点，硬件品牌可根据个人实际情况合理选用，稍作改进，可广泛用于生活供水、消防供水、中央空调系统、集中供热等供水系统。

参考文献

[1]王红梅，方贵盛.基于PLC与变频器的恒压供水节能技术研究[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，（12）.[2]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用[J].科学之友，2008，（10）.[3]杜韦辰，张世俊.基于PLC与触摸屏的恒压供水系统的设计[J].兰州石化职业技术学院学报，2010，（6）.

第五篇：ABB变频器ACS550的几种使用方法总结

ABB变频器ACS550的几种使用方法总结

a．外部按钮启停控制，外接电位器调速

变频器出厂默认为标准宏，在接线无误的情况下，只要查看一下参数1001，确认为1；1601确认为0即可（不需要正反转的情况下）。

b．如果牵引机等需要正反转的，在标准宏控制下，只要设定参数1001为9，1003为3即可。

c．行星切割锯（公转电机为恒速），在标准宏控制下，只要设定参数1201为6，1202为一个固定频率，如20HZ，即可。

端子11，12号短接，10号与13号和18号经过中间继电器控制通断。

d．外部按钮启停控制，变频器控制面板调速

在标准宏控制下，设定参数1001为1，1103为0即可。如果是用英文面板操作，需要在REF状态下使用（即调出REF后按下确认键，再用上下箭头调速）。

e．变频器面板启停控制，外接电位器调速

在标准宏控制下，设定参数1001为8，1103为1即可。

f．变频器面板启停控制，变频器控制面板调速

在标准宏控制下，设定参数1001为8，1103为0即可。