变频恒压供水系统介绍
恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设
定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到压力稳定在设定的压力值上。
目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器或的供水控制系统。因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能，所以在一些高标准控制系统中被广泛使用。在市政供水管网中：自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的提高，加上居住小区推行一户一表供水以后，对市政管网供水的可靠性（压力、流量）要求越来越高，各种分散或集中加压设施也逐渐增多。在这些加压设施中，采用调节水池加上变频调速恒压供水系统（以下简称系统）变量供水方式已显现出极大的优越性。现特结合设计应用体会阐述如下：
一、系统基本情况
系统由变频器、数字调节器、可编程序控制器（PLC）、传感器、水泵电机及相关电气控制设备集成而成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备。系统组成示意见图1和一次接线分别见图2：
典型的自动恒压供水系统的构框图如图2所示：系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能。系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器（PLC）的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。
二、系统控制功能
1.水泵起停由PLC控制，可具备全循环软起动功能；
2. 具有自动、手动切换和手动操作装置，不使用控制柜时，可用手工操作使水泵直接在工频下运行；
3.定时轮换功能：控制水泵（包括备用泵）周期性自动交换使用，使水泵寿命基本一致；
4.前端贮水池缺水后停泵保护，有故障显示功能；
5.供水系统中一般还设有一台小泵或气压罐，是为了适应小流量情况下（如夜间）的使用，系统能自动切换并控制（可选功能）；
6.具有自动用工频起动消防泵功能，或者自动变频以适应消防供水要求；
7. 缺相、漏电、过载、瞬时断电保护等电气保护功能。
三、常用功能介绍
1.PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20mA或0-5V)直接送入PLC的输入口，输入信号同设定的压力值，通过PID比较计算后，确定需切换泵的数量和变频泵的运行频率，系统参数在实际运行中不断，使系统压力始终稳定在设定的范围内。
2.休眠功能
系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)的情况，为了节能，该系统设置了可以使水泵暂作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下，主泵停止工作(处于休眠状态)，休眠水泵启动，进行补水。 “休眠值”变频器输出的下限频率和“休眠确认时间”可通过变频器参数设置。当变频器的输出频率低于休眠值的时间时变频器继续工作，当变频器的输出频率高于休眠值的时间时变频器将进入休眠状态。“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。
2.通讯功能
该系统具有计算机的通讯功能，PLC、变频器均提供有RS232或485接口，PLC可选用计算机与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等，也可以控制变频器的各类参数。此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示、缺水保护等功能。
四、工程应用
在工程设计中，首先应该确定要对哪些水泵进行变频控制，以便在PLC上预先进行程序设定。因为居住小区供水时变化系数较大，因此，在变频控制泵的选择上，一般应分以下几种情况来考虑：
1.用水量随时间变化较小时：每天24h连续供水，且用水低时工作泵的流量仍较大，这时可选用同型号同规格水泵，根据高峰用水量选取一用一备或多用一备方案，对全部水泵进行变频控制。
2.小区规模较大时：可采用恒速泵与变频调速泵联合工作方式供水，这时对恒速水泵采用软起动器来对其进行起、停控制，整个控制系统采用“变频 软起动固定控制”的模式，在PLC上减少控制点数，这无论从技术上、经济上、还是运行维护上来看，综合效果都会更佳。
3. 生活、消防泵合用的供水方式：某些安装了消防泵的小区，因设备长期备而不用，可靠性会降低，既增加了工程投资，资源利用率也低，这时可以使生活、消防泵合用。电气控制应该做到：在PLC上预先设定生活、消防两种工作压力值，平时作生活正常供水，设备运行在低水压状态，当发生火灾时，系统自动把水压切换到消防高压状态，管路上有能保证消防状态需要的压力、流量的装置。为考虑到选泵的经济合理，这种方式一般是在高低水压值相差不大的情况下采用。
变频器在电机启动与调速中的应用浅析
变频器的容量选择也不是一个简单问题，不能仅仅以电动机的容量为准。特别是对变频器产生的高次谐波的干扰问题以及对现场的危害要引起重视，对变频器产生的不可避免的电路干扰，尽管难以消除，采用适当的装置也是可以抑制的。
随着现代大功率电子技术的发展，交流电机调速用的变频器的性能日新月异，调速范围宽、调速精度高、动态响应快、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口等一系列优点，使变频器的应用越来越广泛。
但是，由于变频技术发展快，知识含量高、技术复杂，如何用好变频器，仅靠知道简单的安装接线，而不了解变频器的原理及其应用技巧，将很难用好变频器。
现在，很多大型机械的驱动用到了变频器，变频器的使用及维护己经显得越来越重要了。
一、变频器的工作原理变频器主要由主电路和控制电路组成。主电路包括整流电路（工频电源的交流电变换成直流电且对直流电进行平滑滤波）和逆变电路（直流电变换成各种频率的交流电）两部分。控制电路完成对主电路的控制。
逆变器的工作原理有以下几个要点：逆变器是变直流为交流的;逆变电路是整流电路的反版，正好相反;通过改变晶体管的导通时间来改变出口频率;逆变器是通过改变晶体管的导通顺序来改变电机的旋转方向的。逆变器的容量受晶体管的容量所限制，这也是变频技术的难点。
变频器控制系统的理解比较复杂，因为变频器的控制方式不同，导致输出的性能也不一样。
V/F控制常规的变频控制方式，电压与频率的比率保持不便;简单磁通矢量控制是通过把变频器的输出电流进行矢量计算划分为励磁电流和扭矩成分电流，然后调节电压使产生的电机电流与负载扭矩匹配，从而改变扭矩特性;磁通矢量控制是通过矢量计算把变频器的输出电流划分为励磁电流和扭矩成分电流，然后调节电压使产生的电机电流与负载扭矩匹配，从而改变扭矩特性及调速精度;矢量控制是由编码器进行速度检测，且由数算来确定电机的转速差，从而确定电机的负载的。
在变频器的控制电路中，另一个突出的功能是它的保护功能，这一点对现场使用维护很重要。
变频器具有多种保护功能，主要的保护类型有：变频器的保护过电流保护、过电压、输出短路、输出接地故障、瞬间失电故障、欠压保护、主电路元器件过热故障、制动元件故障、过载;电机的过热保护过载保护、外部热继电器动作;以及其他保护连接错误、存储器故障、重试次数过多、CPU出错等。
报警功能包括：错误操作状态报警、保护功能预报警等电机直接工频电源启动时，电机的启动电流一般为额定电流的6―7倍，且电机的加速启动时间由负载特性决定如果变频器驱动电机与工频电源启动相似，进行直接启动，而变频器的容量与电机相同，由于变频器的启动电流过大而使其出现故障。因此，变频器驱动电机必须在低频率状态启动，启动电流控制在额定电流的1.5倍左右理工研究与实践当变频器接受启动信号时，将输出启动频率而使电机产生启动扭矩。当变频器在启动频率情况下，电机的启动扭矩大于负载的启动扭矩时，电机开始转动。变频器的输出频率将逐步地增加，电机的转速也将增加直至稳定。变频器的启动、加速过程完成。
断开变频器启动信号或设定比输出频率低的频率设定值，台达VFD-EL变频器维修价格，变频器的输出频率根据设定的减速时间逐渐地减少。减速时，电机的速度要比与变频器输出频率等效的同频速度高，电机会像发电机一样把能量返回变频器，这个过程叫再生。通常电机工频供电时，当断开交流接触器后，电机靠负载扭矩的制动力滑动到停止;变频驱动时，断开启动信号不会立即使电机滑动停止，而按设定的减速时间减速到停止。
这两个概念也是作为常识来理解的。变频器是电源变流器，包含整流器电路和逆变器电路，这些电路都是消耗能量的电路。终有一个推算效率公式：总效率=变频器效率x驱动电机效率变频器损耗与电机损耗由于高次谐波的影响，总损耗要比工频驱动时大。变频器的功率因数不能用电压与电流的简单比率来确定，主要是由于高次谐波的影响。研宄功率因数主要是针对电流的畸变而言的，改善功率因数就可以改善电流波形，同时抑制了高次谐波，减少了干扰。
二、三相异步电动机启动与调速随着电动机的广泛应用，电机的启动和调速越来越显得重要。电动机的启动过程的大电流和大冲击历来是个不安全因素，设计人员根据电机原理给出了一系列的软启动方法。电动机调速也一样，也经历了一个从调压调速、变极调速、电磁转差离合调速等传统方法到变频调速的过程。
电机转速不仅取决于负载扭矩，而且取决于电机的级数和供电频率，F=PN/60，N为同步速度;带有负载的电机转速比电机的同步速低，转差率表示差别程度;电机输出扭矩不是固定不变的，是跟随着负载扭矩变化的，电机转速也是随负载变化而变化;电机电流也是随负载变化而变化的，空载电流一般为额定电流的50%，低转速时电流较大;电机的额定扭矩不是电机的输出扭矩，而是电机在额定转速、连续运转时所允许的负载扭矩;2.变频启动电机的情况变频启动电机时为了减小启动电流，采用了低频启动，同时启动扭矩也减小，这就是平缓启动。
变频器启动要注意以下几个概念：由于变频器输出加到电机上的电压的波形，不是正弦波，而是畸波，所以，在额定扭矩下的电机电流比工频是多出10%左右，同时电机温度有提高;变频器输出的电压要随电机的转速的变化而变化。因为通过变频进行电机调速，如电压不变，电机的磁通就会增加（磁饱和）电机的电流就要增大，电机过热，有可能烧毁。
所以为保持磁通为一常数，电压要随频率的变化而变化;变频器不能输出高于供电电源的输出电压，所以在高频时，输出电压是恒定的;引入标准电机的概念，也就是常说的变频电机，是专为变频器设计的，标准电机按理论可以在120HZ下运行三、电动机与变频器的匹配首先，什么是变频器的容量，可以从以下几方面来理解：在电动机提速或恒速时，变频器的效能是输出电流，也就是变频器能够给电机提供多少电流。变频器这种输出电流的效能可以由它的额定输出电流或过载能力来表示;在电动机减速运行时，由于变频器的减速操作使其驱动的电动机变成了发电机，能量的流动是从电动机流向变频器，同变频器提速和恒速运行时相反。变频器这时的作用是要消耗这些能量。减速时电动机负载返回的部分能量由电动机消耗，而其余部分则由变频器来消耗。
另外，由于电动机及电动机负载返回的能量会使变频器的端电压升高，当电压升高到一特定值时，就会又产生再生能量消耗或直接返回到供电电源侧。
选择变频器容量时要注意：首先，变频器的容量应该与其驱动的电动机的容量相匹配，另外，变频器的选择要依据电动机的负载特性、运行方式等情况来决定。
然后，再具体的分析就是根据机械侧要求的电机转速、加速扭矩、减速扭矩、电机扭矩等，以及电机电流、电机的冷却系数等检验项目来确定。其中，重点要适合启动时扭矩的要求，电动机启动点要满足电动机输出扭矩大于负载扭矩;加速过程的扭矩的要求，电动机的输出扭矩必须小于电动机加或减速时的所需负载扭矩;减速过程的再生制动的要求（散热）电机的温升的要求，电机绝缘的等级等，变频器的再生制动扭矩由减速时的电动机损耗和变频器损耗来确定。这里，在变频器的具体选择中要注意以下几点：为了增加变频器的加速能力和启动扭矩，可以在变频器的参数中加大它的扭矩提升值或增加变频器的容量;为了增加变频器的再生制动扭矩，以改善变频器的减速性能，可以采用增加变频器的容量。
增量式编码器到编码器
增量值旋转编码器，也叫圆光栅、脉冲码盘，从这些名称可以知道，它是圆形的光栅刻线码盘，旋转后通过光通量的明暗变化，产生脉冲，通过外部设备的计数脉冲，来增量地加（或减）脉冲数而测得旋转的角度。例如，圆光栅每周刻有360条刻线，每个刻线产生的一个脉冲就相当于1度，测得脉冲累计增加30个，就是正向选转了30度。
实际上读取这些刻线的光眼有两个（或有四个），两个光眼各自输出A相于B相，用以判断刻线是从哪个方向过来的，是A提前于B，还是B提前于A，就像人的左右眼，从而知道编码器的旋转方向，这样，判断脉冲的计数是增还是减，从而获得真实的旋转角度。
在实际使用中，A相与B相的位置相差1/4个脉冲周期，这样，从正方向过来是1/4周期差，而从反方向过来就是3/4，可用于判断旋转方向。如果以一个脉冲周期为360度“相位”角，这样的1/4就是90度相位差，而3/4就是270度相位差。另外，旋转编码器每圈还有一个单独的刻线，相当于零位（Zero），也称为Z相，用于读取每周的起始点。
这些圆光栅码盘，早是由圆金属片刻蚀获得，而金属刻蚀精度有限，转而用玻璃镀膜刻蚀，玻璃码盘的精度是高的，但易碎。对于一些经济型的编码器，也有用塑料菲林做的，近期有新技术用树脂材料，与玻璃码盘一样的加工工艺，可在较高精度与稳定性的情况下，而相比玻璃码盘不易损坏，这可能是大工业批量化生产的趋势。
旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。实际上，工业控制由于使用的设备越来越多，干扰信号越来越多而且越来越复杂，对于增量信号更多的是干扰信号对于脉冲的多计与漏计无从判断，造成累计误差。
解决的方法是增加外部参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。
这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），有些是连续工作而不允许经常去找零的，于是就有了编码器的出现。
编码器光码盘上有许多道由里至外的刻线码道，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过n个光眼读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方变化的2进制编码（格雷码），这就称为n位编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，每个位置的编码是对的，所以称为编码器。它不受停电、干扰的影响。
编码器由机械位置决定的每个位置性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就可以去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
从单圈编码器到多圈编码器
旋转单圈编码器，以转动中测量光码盘各码道刻线，以获取的一组编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合编码的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈式编码器。
如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈式编码器。
早先的多圈计算，是每转超过360度，在计数器内增加一个圈数计数（计圈的方法类似于增量编码器），但这种方法在编码器如停在360度附近停电或受干扰就很危险，有可能漏过了计圈而编码相差一圈，也有用编码器内置电池来计圈的，但电池的寿命、振动接触、低温失效等问题，仍然是危险的。有些电池以间隙式工作来延长寿命，但间隙式工作对于编码器转动的速度就有限制。这些方法，对于多圈的使用，是有很大风险的。
真实多圈值编码器：编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，增加了一组机械齿轮组码盘，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组齿轮码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的编码器就称为真实多圈值编码器，对于多圈的数值，同样是由机械位置确定编码，每个位置编码不重复，而无需记忆。
多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。
真实多圈值编码器在长度定位方面的优势明显，尤其是可靠性方面无可替代，已经越来越多地应用于工控定位中。
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