【摘 要】以自來水廠為例，設(shè)計了一套城市供水控制系統(tǒng)方案。系統(tǒng)集通信、網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、PLC、計算機(jī)、微波通信及自動化、遠(yuǎn)程控制等諸多先進(jìn)技術(shù)于一體，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)和自動化技術(shù)在城市供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。詳細(xì)介紹變頻技術(shù)在自來水廠中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】變頻技術(shù) 控制系統(tǒng) 供水系統(tǒng)

一、引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能且能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本文以自來水廠為例，重點對變頻技術(shù)在給水系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢進(jìn)行分析。

二、控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用西門子PLC S7-300作為現(xiàn)場級測控設(shè)備，它為每一個現(xiàn)場級站點分配一個地址，在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站點交換信息，采用Simatic WinCC作為上位監(jiān)控軟件。其中，以井群中心控制單元中的S7-314為主站，井群現(xiàn)地控制單元中的S7-314為從站（此為電臺通信）；以井群現(xiàn)地控制單元中的S7-314為主站，單井控制單元中S7-222為從站，形成了多級遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)。它通過二泵房控制單元中的S7-314在每一個信息周期內(nèi)收集變頻器狀態(tài)、閥門狀態(tài)、壓力、流量、水位等信息，把這些信息傳送到PC機(jī)，并把PC機(jī)的優(yōu)化信號送回，控制各水泵的啟停及轉(zhuǎn)速，配合閥門的控制達(dá)到優(yōu)化的目的。它通過井群中心控制單元中的S7-314控制水源地各水泵的啟停。系統(tǒng)集通信、網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、PLC、計算機(jī)、微波通信及自動化、遠(yuǎn)程控制等諸多先進(jìn)技術(shù)于一體，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)和自動化技術(shù)在城市供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

三、變頻技術(shù)在給水系統(tǒng)中應(yīng)用特點

（一）變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果

由水泵一管道供水原理可知， 調(diào)節(jié)供水流量， 原則上有兩種方法； 一是節(jié)流調(diào)節(jié)， 開大供水閥， 流量上升； 關(guān)小供水閥，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)， 水泵轉(zhuǎn)速升高， 供水流量增加； 轉(zhuǎn)速下降， 流量降低， 對于用水流量經(jīng)常變化的場合（例如生活用水）， 采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量， 具有優(yōu)良的節(jié)能效果。應(yīng)當(dāng)指出， 變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配， 為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果， 變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水， 只要其中一臺泵是變頻泵， 其余全是工頻泵， 可以實現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中， 變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大， 即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供水， 在設(shè)計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變（因工況不變）， 并使之處于高效率區(qū)工作， 變頻泵的流量是變化的， 其工作效率隨流量而改變。因為采用多泵并聯(lián)恒壓供水， 變頻泵的功率降低， 從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗， 改善節(jié)能狀況。

當(dāng)多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)采用具有自動睡眠功能的變頻器， 當(dāng)用水流量接近于零， 變頻泵能自動睡眠停泵， 從而可以做到不用水時自動停泵而沒有能量損耗， 具有最佳的節(jié)能效果。

（二）變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要

在設(shè)計階段可以降低對供水壓力計算準(zhǔn)確度的要求， 因為隨時可以方便地改變供水壓力。但在選泵時應(yīng)注意， 泵的揚程宜大一些， 因為變頻調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應(yīng)太小， 因為水泵不允許在低揚程大流量下長期超負(fù)荷工作， 否則應(yīng)加大變頻器和水泵電機(jī)的容量， 以防止發(fā)生過載。

（三）目前，變頻器技術(shù)已很成熟， 在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻器已在國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合， 即可實現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因為建筑供水的應(yīng)用廣泛， 有些變頻器設(shè)計生產(chǎn)廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中； 這種變頻器具有可靠性好， 使用方便的優(yōu)點。

按變頻器工作原理， 在運行中的變頻器不允許在其輸出端進(jìn)行切換；否則在切換過程中會使變頻器中的某些電子器件受到大電流沖擊而降低其壽命。在變頻泵自動輪換過程中， 要在變頻器的輸出端進(jìn)行切換；為了保護(hù)變頻器， 在進(jìn)行自動切換之前應(yīng)使變頻器停止運行。在變頻器停止運行的條件下， 在其輸出端進(jìn)行切換。在切換好后再重新啟動變頻器而恢復(fù)正常運行。因此，自動輪換控制的電路比較復(fù)雜， 會增加變頻控制柜的造價并降低其使用可靠性。當(dāng)變頻恒壓變量供水系統(tǒng)具有變頻泵自動輪換功能， 其優(yōu)點是各并聯(lián)泵可定時輪換到變頻運行，使各并聯(lián)泵的磨損均衡。但是， 在任一臺泵變頻運行時，萬一水泵故障有可能使變頻器保護(hù)跳閘而停止工作。各并聯(lián)水泵是由變頻器控制運行的； 當(dāng)變頻器跳閘， 必然使所有并聯(lián)水泵停機(jī)而中斷供水。

由水泵一管路供水原理可知，當(dāng)節(jié)流損耗等于零，則供水系統(tǒng)具有最佳的節(jié)能效果，此時水泵的供水揚程完全消耗在供水高度和供水流阻損失上。這種變頻調(diào)整供水稱為理態(tài)的變壓變量供水， 這種供水系統(tǒng)的揚程-流量曲線和管路系統(tǒng)的流阻-流量曲線重合。在理想的變壓變量供水系統(tǒng)中， 在用水點，其揚程恒定，屬于恒壓供水。在實際建筑中，用水點是多處，不是一處，因此很難確定何處是恒壓用水點。變壓變量供水系統(tǒng)沒有通用性，在工程上很少應(yīng)用。

四、結(jié)束語

此系統(tǒng)在該自來水廠經(jīng)過實際運行，工作穩(wěn)定、可靠，而且取得了如下三方面的效益：一是水泵電機(jī)起動電流大幅度減小，有效地減少了電機(jī)起動大電流對設(shè)備用電網(wǎng)的沖擊，減少了維修費用；二是由于出水管道水壓可任意調(diào)節(jié)，因此可將水泵揚程調(diào)節(jié)到較為理想的值，以最大限度地節(jié)約能源；三是由于該系統(tǒng)采用 PLC 控制技術(shù)，因此大幅度減少了因人工操作失誤而引起的溢水、缺水等事故，從而提高了供水質(zhì)量。變頻技術(shù)應(yīng)用在自來水廠中，具有良好的節(jié)能效果，可簡化和便于泵房設(shè)備的調(diào)度，易于實現(xiàn)自動控制，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。

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