文献综述
摘要：通常的供水系统在用水量较高时，供水管道中的水压将下降，不能满足用户的需求；用水量较低时，供水管道中的水压将升高，超出了用户的需求，这种情况不但浪费了能源，而且还会破坏供水管道及用水设施，造成经济损失。供 水系统中压力调节的方法比较落后，普遍使用水塔二次供水和频繁启停电机等方法进行调节。前者投入的资金比较多，占地面积大，容易出故障；后者会消耗大量的电能，还会对接入电网的其他用电设备造成影响，反复地启停设备将缩短其使用寿命[1]。 综合考虑目前供水系统在实际应用中的一些弊端，本次设计的供水系统以高效节能、供水稳定为前提，采用PID 闭环控制方式，提高了系统的精确性。为了保证各设备安全运行，使用了上位机对系统实施监控。其工作的原理是利用变频技术、PLC和压力传感器的结合，完成水泵在变频电源与工频电源之间的自动转换，使管网的压力稳定在设定值附近，从而达到恒压供水的设计要求[2].由于ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）变频调速恒压供水系统能够减少复杂操作和保证供水的可靠性，有效提升供水质量和节能增效的优势，因此在生产生活中具有广阔的应用前景。在分析变频恒压供水控制过程的基础上，对ＰＬＣ系统的硬件设计及软件设计过程进行了研究，以取替传统供水系统，保证供水作业的可靠稳定性，提高能效，改善供水品质。
本文全面分析了恒压供水的国内外研究现状，并根据目前的状况着重分析了变频恒压供水系统工作流程及其工作特点，提出了一种基于 PLC设计的变频恒压供水系统。
关键词：恒压供水，PLC，变频调速，PID控制
随着当今社会的快速发展，传统的供水模式已不能满足人们生活生产的需求。传统的供水方式主要有：恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、单片机变频调速供水等[3]，无论是在系统的可靠性、供水效率或者节约能源的问题上都是存在着许多的不足和缺陷。现在的供水模式向着高效节能、自动化程度较高的方向发展，所以利用最新的科学技术手段，通过变频技术控制的恒压供水自动化系统在我们日常生活中得到了越来越广泛的应用[4]。
随着控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，高性能的变频器应运而生[5]。交流电动机调速系统不仅在性能指标上，已超过了传统的直流调速系统，在诸多方面，都优于直流电动机调速。因此，在各领域中，得到了广泛的使用。利用变频器，对交流电动机进行调速控制的系统有许多优点[6]。诸如容易实现对现有电动机的调速控制，可以实现大范围内的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换。可以连续高频度地起停运行，可以适应各种环境下工作，可以用一台变频器对多台电动机进行控制，电源功率因数大，可以组成高性能的控制系统等等。以往水泵采用恒速交流电动机，通过调节挡板或阀门开度大小来调节流量[7]。这势必造成电能的浪费。若利用变频器调速技术，以调节电动机转速的方式取代调节挡板和阀门，则可以达到节能的目的。变频器的发展促进了变频恒压供水方式的出现及应用。
变频恒压供水是指在用户用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式[8]。供水系统的出口压力值根据用户需求来确定。随着近年来变频调速技术的日益成熟，因其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，而在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速从而保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进、合理的节能供水系统[9]。
采用PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果以及明显的节能效果[10]。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势[11]。
目前，国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，许多采用单片机及相应的软件予以实现，但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求[12]。还有一些公司研制的无需PLC控制及PID调节器的变频器，虽然可以进行水泵的循环切换，启动，停止和循环，但是实际运行中只能控制少量的水泵，不能应用于大规模供水控制系统，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践[13]。
采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动转矩对于电机的机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命[14]。变频调速是优于以往任何一种调速方式(如变极调速、串级调速、调压调速)等，是当今国际上一项效益最高、性能最好，应用最广，最有发展前途的电机调速技术，它采用微机控制技术，电力电子技术和电机传动技术等实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点，以变频器为核心组成的控制系统具有高可靠性，强抗干扰能力、组合灵活，编程简单，维修方便和低成本低耗能等诸多优点[15]。
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