恒压供水及远传压力表工作原理分析

1、后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频变频恒压供水及远传压力表工作原理恒压供水及远传压力表工作原理分析分析 变频恒压供水系统变频恒压供水系统 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频变频供水系统方案供水系统方案选择选择1 变频恒压供水系统及工作原理变频恒压供水系统及工作原理2 电阻式远传压力表工作原理电阻式远传压力表工作原理3 电阻式远传压力表的选型电阻式远传压力表的选型4 变频恒压供水系统变频恒压供水系统及远传压力表工作原理分析及远传压力表工作原理分析 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频变频供水系统方案供水系统方案选择选择 1逻辑电子电路控制方式逻辑电子电路控制方式 这类控制电路难以

2、实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节， 往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此， 控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时 有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低。有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低。 2单片微机电路控制方式单片微机电路控制方式 这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况 时，调试较麻烦；追

3、加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方 便。电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。便。电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频变频供水系统方案供水系统方案选择选择 3带带PID回路调节器或可编程序控制器回路调节器或可编程序控制器(PLC)的控制方式的控制方式 该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。实现电机的无级调速，从而该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。实现电机的无级调速，从而 使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足使管网水压连续变化。传感器的

4、任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足 用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控后，经可编程用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控后，经可编程 控制器内部控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是 将压力设定信号和压力反馈信号送入将压力设定信号和压力反馈信号送入PID(可编逻辑器件可编逻辑器件)回路调节器，由回路调节器，由PID回路调节回路调节 器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调

5、节信号。 由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可回路调节器给出的，所以对可 编程控制器来讲。既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输编程控制器来讲。既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输 入，输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用入，输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用 带有模拟量输入，数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口带有模拟量输入，数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出

6、口 端另接一块端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样，可调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样，可 编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。 如果采用一个开关量输入，输出的可编程控制器和一个如果采用一个开关量输入，输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和回路调节器，其成本也和 带模拟量输入，输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，带模拟量输入，输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中

7、， PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频变频供水系统方案供水系统方案选择选择 4新型变频调速供水设备新型变频调速供水设备 针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生 产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。这些产品将这些产品将PID调调 节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了 带有各种应用的新型变频器。由于带

8、有各种应用的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这运算在变频器内部，这 就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，算法的编程， 而且而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本， 而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器调节器 采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时， 为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤为了保证水压反馈信号值的准确、不

9、失值，可对该信号设置滤 波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非 常简单、方便。常简单、方便。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 变频恒压供水系统构成及工作原理变频恒压供水系统构成及工作原理 供水系统方案图供水系统方案图 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 系统原理图系统原理图 整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感和一个压力传感 器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以 供维修和

10、调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系 统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈反馈05V电电 压信号压信号)或压力变送器或压力变送器(反馈反馈420mA电流电流)；变频器是供水系统的核心，；变频器是供水系统的核心， 通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功 能。能。 变频恒压供水系统构成及工作原理变频恒压供水系统构成及工作原理 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 从原

11、理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检 测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。 (1)执行机构执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，3 个水泵分为二种类型个水泵分为二种类型: 调速泵调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水 量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。量的变化改变电机的转速，以维持管网

12、的水压恒定。 恒速泵恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调 速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。 (2)信号检测信号检测 在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号: 水压信号水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈 信号。信号。 报警信号报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载

13、、变频器是否有它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有 异常。该信号为开关量信号。异常。该信号为开关量信号。 变频恒压供水变频恒压供水系统构成系统构成及工作原理及工作原理 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 (3)控制系统控制系统：供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水 控制器控制器(PLC系统系统)、变频器和电控设备三个部分。、变频器和电控设备三个部分。 供水控制器供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制 器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机器直接对

14、系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机 接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执 行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵即水泵) 进行控制。进行控制。 变频器变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制 器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速 控制。控制。 电控设备电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关

15、等电气元它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元 件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动自动 切换等。切换等。 变频恒压供水变频恒压供水系统构成系统构成及工作原理及工作原理 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 (4)报警装置报警装置 作为一个控制系统，报警是必不可少的重作为一个控制系统，报警是必不可少的重 要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水 领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的 运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过运行，防止

16、因电机过载、变频器报警、电网过 大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢 水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报 警量进行监测，由警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显判断报警类别，进行显 示和保护动作控制，以免造成不必要的损失示和保护动作控制，以免造成不必要的损失 变频恒压供水系统构成及工作原理变频恒压供水系统构成及工作原理 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 工作原理工作原理：供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，系供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，系 统进入全自动运行状态，统进入全自

17、动运行状态，PLC中程序首先起动变频器。根据压力设中程序首先起动变频器。根据压力设 定值定值(根据管网压力要求设定根据管网压力要求设定)与压力实际值与压力实际值(来自于压力传感器来自于压力传感器)的偏的偏 差进行差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率 给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持 在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在 运行频率到达上限，会将频率到达信号送给运行

18、频率到达上限，会将频率到达信号送给PLC，PLC则根据管网则根据管网 压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由 程序判断是否要起动第程序判断是否要起动第2台泵台泵(或第或第3台泵台泵)。当变频器运行频率达到。当变频器运行频率达到 频率上限值，并保持一段时间，则频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为会将当前变频运行泵切换为 工频运行，并迅速起动下工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时台泵变频运行。此时PID会继续通过由远会继续通过由远 传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频传

19、压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频 器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。 变频恒压供水系统构成及变频恒压供水系统构成及工作原理工作原理 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 主电路图 电机有两种工作模式即：在工频电下运行和在变频电下运行。 KM1、 KM3、 KM5 分别为电动机M1 、M2 、M3 工频运行时接通 电源的控制接触器，KM0、 KM2 、KM4 分别为电动机M1、M2、 M3 变频运行时接通电源的控制接触器。 变频恒压供水系统构成及变频恒压供水系统构成及工作原理工作原理 后勤保

20、障科后勤保障科 贾小平贾小平 电阻式电阻式远传压力表远传压力表工作原理工作原理 电阻式远传压力表电阻式远传压力表YTZ-150(图图)工作原理工作原理 主要技术指标主要技术指标 1.精确度等级：精确度等级：1.0 ， 1.6 2.发送器起始电阻值：发送器起始电阻值：320 3.发送器满度电阻值：发送器满度电阻值：340400 4.发送器接线端外加电压不大于发送器接线端外加电压不大于6V 5.使用环境条件：使用环境条件：-4060，相对温度不大于，相对温度不大于85%，且震动和被测，且震动和被测 (控控)介质的急剧脉动应对仪表正常工作无明显影响。介质的急剧脉动应对仪表正常工作无明显影响。 6.温

21、度影响：使用温度偏离温度影响：使用温度偏离205时，其温度附加误差不大于时，其温度附加误差不大于 0.4%/10。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 电阻式电阻式远传压力表远传压力表工作原理工作原理 电阻式远传压力表电阻式远传压力表YTZ-150(图图)工作原理工作原理 仪表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式传感器组成，当被测压仪表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式传感器组成，当被测压 力变化时，弹簧管端产生位移，一方面通过传动系统使指针在度盘力变化时，弹簧管端产生位移，一方面通过传动系统使指针在度盘 上指示相应压力，另一方面带动电刷在电阻上滑行，使被测压力值上指示相应压力，另一方面带动电刷

22、在电阻上滑行，使被测压力值 的变化转换为电阻值的变化，并传至二次仪表上指示相应的压力。的变化转换为电阻值的变化，并传至二次仪表上指示相应的压力。 发送器起始电阻值：发送器起始电阻值：320 发送器满度电阻值：发送器满度电阻值：340400 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 电阻式电阻式远传压力表远传压力表工作原理工作原理 电阻式远传压力表电阻式远传压力表YTZ-150(图图)工作原理工作原理 电阻远传压力表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式发送器等所电阻远传压力表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式发送器等所 组成组成.电阻远传压力表机械部分的作用与一般弹簧管压力表相同。由电阻远传压力表机械部

23、分的作用与一般弹簧管压力表相同。由 于电阻发送器系统设置在齿轮传动机构上，因此于电阻发送器系统设置在齿轮传动机构上，因此,当齿轮传动机构中当齿轮传动机构中 的扇形齿轮轴产生偏转时，电阻发送器的转臂（电刷）也相应地得的扇形齿轮轴产生偏转时，电阻发送器的转臂（电刷）也相应地得 以偏转，由于以偏转，由于 电刷在电阻器上滑行，使得被测压力值的变化变换为电刷在电阻器上滑行，使得被测压力值的变化变换为 电阻值的变化，而传至二次仪表上，指示出一电阻值的变化，而传至二次仪表上，指示出一 相应的读数值。同时，相应的读数值。同时， 一次仪表也指示出相应的压力值。一次仪表也指示出相应的压力值。 后勤保障科后勤保障科

24、 贾小平贾小平 电阻式电阻式远传压力表远传压力表工作原理工作原理 电阻式远传压力表电阻式远传压力表YTZ-150(图图) 接线方法：接线方法：打开压力表右侧的接线盒，打开压力表右侧的接线盒， 可以看到标有可以看到标有 2、3、1 的三个接线端子，分别将三个端子接到对应的变频器的三个接线端子，分别将三个端子接到对应的变频器 控制板的控制板的 V+、AI、0V 上面，并在上面，并在 变频器控制板变频器控制板 0V 端子处串联一个端子处串联一个 400 欧姆欧姆 2 瓦的电阻（由于改型号瓦的电阻（由于改型号 远传压力表只能接收不大于远传压力表只能接收不大于 6 伏的伏的 电压供电，而我们的变频器提供

25、的电压供电，而我们的变频器提供的 是是 10 伏电源，所以在应串联一个伏电源，所以在应串联一个 分压电阻在电路中）。分压电阻在电路中）。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 远传压力表远传压力表的选型的选型 电阻式远传压力表电阻式远传压力表的选型：的选型： 首先是首先是量程和精度量程和精度，然后是，然后是输入输出类型输入输出类型，量程和精度是根据工艺，量程和精度是根据工艺 决定的，就是你需要测量的对象是什么，对测量的物理量（压力）决定的，就是你需要测量的对象是什么，对测量的物理量（压力） 有什么要求。而输入输出类型是根据系统来定的。比如用变频器的有什么要求。而输入输出类型是根据系统来定的。比如

26、用变频器的 模拟输入来采样这个信号，那么表的输出类型必须和变频器相匹配，模拟输入来采样这个信号，那么表的输出类型必须和变频器相匹配， 而表的输入类型则根据系统的低压电源等级和驱动能力来选，比如而表的输入类型则根据系统的低压电源等级和驱动能力来选，比如 说很多变频器有说很多变频器有DC10V电源或者电源或者DC24V，那么可以用上，但是还要，那么可以用上，但是还要 注意，变频器这个电源的驱动能力。打个比分，有个宽电压输入的注意，变频器这个电源的驱动能力。打个比分，有个宽电压输入的 传感器，输入是传感器，输入是DC 735V，输出是，输出是420ma电流，用变频器电流，用变频器 DC10V，5ma电源显然不能驱动，当传感器输出快电源显然不能驱动，当传感器输出快10ma的时候变频的时候变频 器的电源电压肯定往下掉的厉害了，不过如果有器的电源电压肯定往下掉的厉害了，不过如果有DC24V，100ma电电 源，那就是可以用的，但是要串电阻分压。源，那就是可以用的，但是要串电阻分压。 后勤保障科后勤保障科 贾小平贾小平 远传压力表远传压力表的选型的选型 电阻式远传压力表电阻式远传压力表的选型：的选型： 1.用变频器用变频器10V供电时供电时,选用的表是否选用的表是否0-6