許雙利

【摘 要】本篇文章首先對變頻器的概念和應用特點作了簡要介紹；隨后對變頻技術(shù)與變頻器在自動化水廠中的應用情況進行了詳細的分析與研究；最后得出結(jié)論：在自動化水廠中的生產(chǎn)過程中使用變頻器，可以有效降低機械設備的損耗，改善生產(chǎn)車間的作業(yè)條件，并提高水廠的供水效率，保證水廠的實時供水質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】變頻器；變頻技術(shù)；自動化水廠；水廠供水；應用

日常生活中常提到的實時供水量，其實就是指水資源的實際使用量，它會隨著外部使用環(huán)境的變化而變化。有時候，當人們需要大量的水資源來輔助生產(chǎn)或進行其他操作時，實時供水量在短時間內(nèi)發(fā)生的巨大變化，會打破供水水壓原先所保持的穩(wěn)定狀態(tài)。在這個時候，如果水廠的供水管理工作出現(xiàn)的問題，那么就極有可能發(fā)生供水故障，對人們的生產(chǎn)、生活用水產(chǎn)生影響。為了避免類似于這樣的供水故障發(fā)生，相關(guān)研究人員研發(fā)探究出了變頻技術(shù)，并在其技術(shù)之上制作生產(chǎn)出能夠有效提高供水效率和質(zhì)量的電力控制裝置，即變頻器。

1.變頻器

1.1變頻器的概念

變頻器，指一種電力設備控制裝置，它的定義是：一種可以對電源電壓進行調(diào)整，對電流頻率進行改變的電氣設備。變頻器是科學發(fā)展下，變頻技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。過去的變頻器在使用時多被包含在電動發(fā)電機等電氣設備中，并不能獨立進行作業(yè)，而伴隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及半導體電子設備的出現(xiàn)，今天的變頻器在使用時已經(jīng)可以完全脫離各種電氣設備，單獨進行使用。目前，變頻器被廣泛應用于工業(yè)設備和家用電氣設備中。

1.2變頻器的應用特點

變頻器的應用范圍比較廣泛，當其應用于工業(yè)設備或電氣設備中時，可以起到良好的節(jié)電節(jié)能作用。供水行業(yè)使用變頻器的目的是為了避免和解決供水故障，從而達到提高水廠供水質(zhì)量水平的目的?？偟膩碚f，變頻器的應用特點主要有：其對電能的耗損率極低，且還可以將某些因用量變化而浪費的電能儲存與節(jié)約下來，在節(jié)約電能的同時，也提高了電能的利用率；由于其具有調(diào)整電源電壓，改變電流頻率方式的功能，因此在應用時它可以有效提高水廠的供水效率，并且可以根據(jù)用水季節(jié)的不同而自動調(diào)整電流頻率，實現(xiàn)平衡管網(wǎng)供水水壓的功能；此外，變頻器的使用還可在一定程度上降低供水系統(tǒng)中設備的損耗率，減少機械運作期間的噪音，在滿足了水廠生產(chǎn)工藝要求的基礎(chǔ)上，還可有效改善生產(chǎn)車間的勞動環(huán)境。

2.水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理

水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要通過為水泵電動機提供頻率可變的供電電源，進而實現(xiàn)水泵電動機的無極調(diào)速，最終依照預先設定的參數(shù)實現(xiàn)管網(wǎng)水壓自動化地連續(xù)變化。該系統(tǒng)裝配有管網(wǎng)水壓傳感設備，水廠工作人員能夠根據(jù)實際需求情況，利用PLC（可編程邏輯控制器）對壓力值進行預先設定；同時，管網(wǎng)水壓力傳感器可以將壓力值反饋信號傳輸至PLC，PLC借助于PID控制程序計算之后發(fā)出轉(zhuǎn)速控制信號指令傳輸給變頻器。PLC通過轉(zhuǎn)速控制信號控制水泵轉(zhuǎn)速，因而PLC是整個水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制中樞。

縱觀我國目前的自動化水廠生產(chǎn)情況，通常情況下，為了維持供水的可靠性和提高供水服務質(zhì)量，自動化水廠都會在生產(chǎn)車間設置兩臺水泵，這兩臺水泵均由變頻恒壓設備控制，并在兩臺水泵中分別配置一臺變頻器或變頻設備，兩臺水泵中，其中一臺水泵用于工作，另一臺則用作備用。當水廠需要為用戶提供水源時，用于工作的，且配裝有變頻設備的那臺水泵便會首先運作起來，當其工作到一定時間后，如果管網(wǎng)中的供水水壓持續(xù)上升，且達到了預定值時，PLC將會對水泵中的變頻設備發(fā)出指令，使其利用自身功能降低電源的輸出頻率，從而達到讓水泵保持低速運轉(zhuǎn)的目的。如果水廠的供水量持續(xù)減少，那么PLC將下達關(guān)閉備用水泵的指令；另外一種情況，如果管網(wǎng)的供水水壓持續(xù)降低，降至了規(guī)定的最低壓力時，PLC將對變頻器下達提高電源輸出頻率的指令，從而使水泵處于高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這時候，如果供水量持續(xù)增加，將會開啟備用水泵，以滿足水廠的供水需求。

3.變頻技術(shù)與變頻器在水廠供水中的應用

交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)尤其是計算機控制技術(shù)的成熟使得PLC和變頻調(diào)速結(jié)合得更加緊密，能夠為水廠發(fā)揮的積極作用更加明顯。水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)具有操作簡單、高可靠性、高抗干擾性、供水壓力恒定以及節(jié)能高效的優(yōu)勢；同時，借助于對該系統(tǒng)的更深入應用，水廠可以實現(xiàn)無人值守；另外，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多臺水泵的軟啟動以及軟停車，將傳統(tǒng)操作方式容易導致的管網(wǎng)水錘效應降到最低；借助于網(wǎng)絡通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對水泵機房的遠程數(shù)據(jù)維護和遠程控制，拓展變頻器的操作靈活性并提高其工作可靠性。

3.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改善

供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場控制層、控制主干層以及管理層三個部分。若系統(tǒng)采用DCS（分布式控制系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)難度比較低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多級控制模式，功能雖然分散，但是系統(tǒng)的可靠性得到了提高，水廠的控制主干層通訊利用以太網(wǎng)進行。另外，現(xiàn)代化管理的發(fā)展趨勢也應該是水廠當前需要考慮的重要問題：水廠的管理網(wǎng)絡應該包括中心控制室的計算機系統(tǒng)，另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，水廠采集的各種數(shù)據(jù)都被輸入到管理網(wǎng)絡系統(tǒng)的服務器當中；生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)均被存放于同一個數(shù)據(jù)庫當中，并能夠?qū)λ畯S的實際運行情況進行實時監(jiān)視；另外服務器采用雙硬盤配置，提高了數(shù)據(jù)安全性；客戶端和服務器采用100Mb網(wǎng)卡，提高信息的傳輸速度。

3.2變頻技術(shù)與變頻器可在水廠供水中的應用

變頻技術(shù)與變頻器具有非常高的節(jié)電率，其節(jié)能降耗效果顯著，不僅能夠節(jié)省水廠冗余設計所導致的資源浪費，而且還因為功率因數(shù)和調(diào)速精度高等獲得更加良好的運行效益。變頻技術(shù)可在減低設備與物料的損耗、降低機械噪聲和損耗的同時，也能夠有效提高供水的質(zhì)量與數(shù)量，滿足生產(chǎn)工藝的動態(tài)要求。

4.結(jié)束語

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，城市人口的聚集密度逐漸增大，其生活用水與生產(chǎn)用水的需求量也隨之不斷增大，這便對城市供水提出的新要求和新挑戰(zhàn)。在這樣的宏觀背景之下，如果自動化水廠的供水設備與生產(chǎn)工藝還停留在原先的水平之上，那么必然會造成能源的大量浪費，不利用我國節(jié)能減排工作的開展。因此，為了滿足水廠的生產(chǎn)工藝要求，勢必要采用和推廣變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器的節(jié)能功能推動我國供水技術(shù)的不斷進步與發(fā)展。 [科]

【參考文獻】

[1]汪光燾.城市供水行業(yè)2000 年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃，1993.

[2]宛如意.大功率水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)廵用技術(shù)分析.城鎮(zhèn)供水，1997，（4）.

[3]顏浩，宛如意.變頻調(diào)速在供水行業(yè)的應用[J].給水排水，1999，（9）：202-221.

[4]永成，閻長芷，李茂成.PLC在變頻調(diào)速多泵并聯(lián)供水系統(tǒng)中的應用[J].控制工程，2002（11）：41-43.