范健超

(乌海市治沙站，内蒙古 乌海 016000)

水泵供水系统是为了满足城市居民用水的需要从而根据不同地区用水量的差异、通过水泵的变化来调节水压及流量的供水系统。有两种常用方式可以实现供水系统调节。较为传统的方式是通过控制水泵阀门的大小来控制流量，开大阀门，水流增加，关小阀门，水流减小。在工作时通过电机控制阀门可能出现过载现象，有时会出现在水流量较小时压力反而较大等问题。另一种调节水泵压力和流量的方式是概念水泵的转数，如果需要流量较大，可以调高水泵转数。如果需要较小的流量，则可以降低水泵的转数。实际工作中，水泵转数的调节主要通过使用变频器来实现。

1 变频器的概念分析

变频器也被称为变频调速器，它能够调节三相异步电机的转速，以模拟正弦波为主要输出波形。目前，变频器主要以“交——直——交”的方式工作，变频器先将工业用电传输的交流电变成直流电，然后再把直流电变成电压和频率可以控制的交流电，并最终传输给电机使用。变频器在工作时，其工作电路由整流、中间直流、逆变和控制四个环节构成，整流和逆变的过程分别是通过使用三相桥式不可控整流器和IGBT三项桥式逆变器实现的。

水泵供水系统也被称为供水设备，主要由泵机、控制器、压力传感器和其他辅助部件组成。对于变频供水系统，主要类型包括无负压供水系统、无塔变频系统、双模变频系统、一体式家用供水设备、数控气压系统等。对于变频器供水系统而言，需要持续二十四小时运行，并能够根据水压的大小实现自动调整。为了保证供水质量，还需要尽量避免水泵因启动频率过高而造成的突然停止等问题的发生。

2 变频器的具体应用

2.1 系统构造

一般而言，完整的变频水泵供水系统中，除了水泵外，还应包含以下控制设备：压力变送器、PLC系统控制器、接触器、其他电控设备。

部件名称设备模块压力变送器位于总出水管处,在用水处的水池内也可以安装两个压力变送器PLC控制器主要由西门子S7-300模块组成接触器运用MP277———10寸触摸屏作为人机界面,CPU是315———2dp型号的电控输入/出模块Sm331和Sm332分别作为系统模拟量的输入、输出模块,而Sm321和Sm322是数字量的输入、输出模块

2.2 工作原理

从原理上看，变频器是通过改变水泵电机的转速从而实现水压和水量调节的。变频器调节水的压力和水量具有精度高的特点，从而使变频器和水泵在最有效的范围内工作，并根据需要随时变换水压、调整水量的大小，起到节水节能的作用，这与国家提倡的绿色发展、可持续发展的理念十分契合。根据物理学中流体力学的知识，处在高速旋转中的物体，其轴功率与它的转速的立方成正比例关系。因此，要想提高水泵的功率，只需要稍微提高水泵的转速就可以达到目的。从节能的角度看，通过调整转速来实现是十分必要可行的。

控制变频器需要使用水位变送器电源和压力变送器，具体的调节过程包括“粗调”和“微调”。在粗调时，如果水网所承受的实际压力比预先设定的压力小，变频器的实际输出功率就会上升，当功率上升达到上限，水网的压力仍然小于实际设定压力，那么变频器就会自动切换到正常电源频率，并同时启动另一台水泵，使其在变频状态下工作。而微调则是通过PID控制器实现，主要实现途径除了使用PLC编程，也可以使用控制器自带的PID算法。

2.3 工作方式

变频器供水系统主要有两种工作方式：一是现场操作，二是远程操控。现场操作主要是通过手动完成的，同时具有信号反馈的功能，适用于当变频器出现故障需要维修或者对其进行定期检查时，可以根据现场情况和水泵的实际情况进行操作，控制系统的停止或者开始。在远程操控变频器的过程中，主水泵和备用水泵通过循环投切的方式开启切换，当变频器出现故障时，软启动器自动按下转换按钮，从而代替变频器工作。当合上自动开关后，主水泵的电机就进入工作状态，变频控制器就开始上升，同时可以对传感器的压力数据进行检测。如果水压较小，变频输出功率就会不断升高，达到50赫兹时，主水泵就会以工业电压频率工作，启动备用水泵并不断加大水压，这样就可以使压力达到水泵可以正常工作的状态。如果水泵系统在工作的时候遇到突发状况，如停电或其他故障造成停机，系统会自动重启，然后按照预先设置好的顺序启动变频器和水泵。要使供水系统正常工作，系统调频设置非常关键，操作人员应将供水管路总压力作为变频水泵的最高工作水压，然后科学设定变频器压力，这样可以有效提高系统的压力曲线。通过这样的设定，就可以使供水系统中的主、备用泵之间总有一台处于正常工作状态，同时使另一台停止工作或以工业电压频率工作。

3 变频器供水系统操作注意事项

3.1 系统工作时因压力问题导致的震荡现象

目前，我国多数水泵供水系统都是以压力罐的办法收集压力点。但在收集过程中，压力罐往往会发生震荡，这一方面是因为空气具有可以压缩的特殊性质，另一方面是由于随着压力的增加空气的溶解度也随着增大。如果压力收集点的位置与水泵出水口的距离较近，也会出现震荡的现象。压力传感器一般安装在采集点的上方，它受到水流的影响比较显著，如果传感器在出水口附近，那么测量出的数据就会出现不稳定的现象。要有效解决供水系统使用时出现的震荡问题，除了科学设置压力罐位置，还需要科学合理地设置控制器和变频器的变化时间，使二者的加速、减速时间相匹配，保持系统能够稳定工作。

3.2 防止水泵供水系统频繁启动

对整个供水系统而言，如果水压正常，水泵供水设备是处于停止状态的；只有当供水系统的压力值小于设备设定值时，变频水泵系统才会启动。但是，系统如果频繁地在启动——停止状态中切换，会影响到整个设备的使用寿命。为了避免出现这种情况，可以根据供水系统的实际情况，适当调高各项参数的设定值，减少水泵供水系统启停的频率。

3.3 注意设备泵的模拟输出值

如果水泵供水系统模拟输出值设置不合理，设备就不能正常稳定地工作。因此，一定要根据供水系统的实际情况科学设置水泵的模拟输出值。如果水泵经常出现故障，就需要考虑是否是系统设定的问题，并进行改进。检测的方式是先将控制器设定在“手动”状态，然后使用万用表测量不同频率下控制器的输出状态，如果控制器输出频率与系统工作的频率不一致，那就需要调整控制器的模拟输出值。

4 结语

与传统供水系统相比，水泵变频设备自动化程度高，具有安全、高效、节能等诸多优点，在我国的使用也越来越普遍。一方面应该努力在供水系统中推广使用变频设备，另一方面也应该认真总结使用中存在的问题，进一步提高水泵供水系统的效率。