王勇

摘要：隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展及城鄉(xiāng)建設規(guī)模的不斷擴大，人們生活水平的逐步提高，功能不斷完善。對于一些中小城市在推進新型城鎮(zhèn)化、促進城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展方面有了新的探索及實踐，例如我們對生活小區(qū)供水的質(zhì)量、穩(wěn)定性等問題提出了越來越高的要求，針對我們生活供水系統(tǒng)的供水量是隨時間段變化而變化的，同時季節(jié)、晝夜相差很大的特點，導致用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高，因此要解決用水和供水的不平衡的矛盾。

關鍵詞：供水系統(tǒng)；PID；變頻；恒壓；環(huán)保；節(jié)能

一、背景介紹

我國中小城市及城鄉(xiāng)對供水的自動化配置相對落后，傳統(tǒng)的方法是水箱和水塔或氣罐加壓方法，或是采用定時開關水泵或調(diào)節(jié)閥門開度，完全依靠值班人員對機組的控制，工作過程很煩瑣，而且手動控制無法及時對供水管網(wǎng)的壓力和水位變化做出反應。其結果往往容易造成水的二次污染、造成水質(zhì)不好，供水質(zhì)量變差，管網(wǎng)壓力波動大，電能損耗大。為了確保供水的質(zhì)量，機組的控制系統(tǒng)經(jīng)常保持在超壓的狀態(tài)下運行，爆損現(xiàn)象很嚴重，同時安全性能無法保證。

本論文結合目前的供水現(xiàn)狀，設計出了一套變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，主要用于中小城市供水系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術通過壓力傳感器的輸出隨時跟蹤管網(wǎng)的出口壓力，并將信號傳送給變頻器，變頻器依據(jù)實際壓力與設定理想壓力的變化，即用水量的變化情況，經(jīng)內(nèi)部PID運算，自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，進而調(diào)節(jié)所控水泵的轉速，在保持恒壓情況下調(diào)節(jié)流量。在該系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉速n，從而改變水泵的性能曲線來實現(xiàn)的。另外在水泵的設計中，一般要留有一定的裕度，所以水泵在實際工作中是在額定流量下工作，根據(jù)水泵的特性曲線可知：當流量Q減小時，水泵的揚程H將升高，造成水泵揚程高于管網(wǎng)要求的揚程，這就出現(xiàn)了富裕揚程。克服富裕揚程是節(jié)能降耗的關鍵。采用變頻器進行調(diào)速可以改變水泵的運行曲線，從而可以克服由于流量變化而產(chǎn)生的富裕流量。所以只要有一定的富裕揚程，采用變頻調(diào)速技術節(jié)電是肯定的。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)適應各種供水系統(tǒng)，節(jié)電率大約在20%- 40%。

三、系統(tǒng)構成方式

該恒壓供水系統(tǒng)它的構成方式我們可以把它分為兩類：

1. 以水池（水箱）為水源的二次加壓恒壓供水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有手動、自動兩種控制方式。正常的情況下，該系統(tǒng)從安裝在總管網(wǎng)出口處的壓力傳感器采集管網(wǎng)壓力，系統(tǒng)依據(jù)該反饋信號做出判斷，并對水泵進行變頻調(diào)速，調(diào)節(jié)水泵的出水量，滿足用戶的用水需求，達到節(jié)能效果。當變頻器發(fā)生故障時，切換到手動工頻狀態(tài)，以便水泵正常運行。該控制方式又分兩種形式：（a）多泵恒壓供水固定方式控制系統(tǒng)。為了達到變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水常采用多泵并聯(lián)的供水模式。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，只需其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，便可以實現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水系統(tǒng)中，變頻泵的出口流量是發(fā)生變化的，其中當變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，可以做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變，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的。隨著變頻泵的功率降低，多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，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。（b）多泵恒壓供水循環(huán)軟啟動方式控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)為實現(xiàn)恒壓，由一臺變頻器依次控制每臺水泵軟啟動及轉速的調(diào)節(jié)。該供水系統(tǒng)原理如上所述。不同之處為，變量泵達到水泵設定的額定轉速以后，水壓如仍不能夠滿足所設定的恒壓值，那么該水泵自動切換到工頻狀態(tài)，并指示下一臺為變量泵，運行過程同前所述。

2. 循環(huán)水恒壓（恒流量）控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于熱水采暖系統(tǒng)之中，整個系統(tǒng)運行中，由變頻器固定控制一臺水泵，其余水泵以工頻方式自動投入，通過調(diào)節(jié)恒定的壓力，來調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，從而達到節(jié)約熱能的效果。

四、系統(tǒng)的性能特點

該供水系統(tǒng)具有以下幾個性能特點：

1. 節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有優(yōu)良的節(jié)能效果，系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術，在保持恒壓的前提下滿足用戶用水量的要求，大大提高了水泵電機和管網(wǎng)效率，比傳統(tǒng)的供水方式節(jié)能20%- 40%。

2. 壓力恒定。采用壓力傳感器來采集水壓信號（4- 20MA或- 5V），直接反饋到變頻器的控制口，通過設定好的壓力值、PID參數(shù)值，進行PID運算，適時自動控制泵的切換操作。壓力數(shù)值可任意連續(xù)設定，穩(wěn)定時壓力控制精度〈- 1%?！?/p>

3. 手/自動兩種控制方式。在正常情況下采用全自動控制方式，根據(jù)設定壓力及傳感器反饋的管網(wǎng)壓力經(jīng)PID運算自動調(diào)節(jié)電機轉速，從而調(diào)節(jié)供水流量，在保持恒壓下滿足生產(chǎn)用水要求，整個過程全部自動實現(xiàn)，無須人來干預。當變頻器發(fā)生故障時，可切換到手動狀態(tài)使水泵正常運行。壓力控制采用數(shù)字控制、智能調(diào)節(jié)。系統(tǒng)響應快、精度高、穩(wěn)定性好，操作維護簡單方便。

3. 循環(huán)軟啟動。水泵電機循環(huán)軟起停，采用自補償切換技術，系統(tǒng)電器及機械沖擊小，能顯著處長電控元件及水泵壽命。

4. “休眠”功能。系統(tǒng)運行時經(jīng)常會遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚、上班）情況，為了節(jié)能，ABB變頻器具有自動睡眠功能即在無人用水的情況下，變頻在最低頻率運行，如果持續(xù)時間超過設定的睡眠延時，變頻器自動停止工作。這樣既延長了水泵和控制柜的使用壽命，又節(jié)約了能源。當有人用水時，管道中的水壓發(fā)生變化，達到變頻器的喚醒值時，變頻器從休眠狀態(tài)喚醒，水泵繼續(xù)工作。

5. 全面保護功能和故障自診斷功能。對整個供水系統(tǒng)來說，不僅需要實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)水泵轉速和軟啟動的功能，并且系統(tǒng)設有無水保護裝置，在無水情況下，及時停泵并給出報警信號；同時系統(tǒng)對水泵電機的過流、過熱、欠壓、過壓及變頻器故障等均能自行診斷，及時給出報警信號。

綜上所述，為了能夠最大程度地提高整個供水系統(tǒng)效率、延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源，常常我們采用自動化程度較高的變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，占地面積小，自動化程度高，操作控制方便等特點。

參考文獻

[1]張全莊.PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應用.2004：10.235—243