恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)
定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。
目前自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器或?qū)Ｓ玫墓┧刂葡到y(tǒng)。因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功能，所以在一些高標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)中被廣泛使用。在市政供水管網(wǎng)中：自動恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的提高，加上居住小區(qū)推行一戶一表供水以后，對市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來越高，各種分散或集中加壓設(shè)施也逐漸增多。在這些加壓設(shè)施中，采用調(diào)節(jié)水池加上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）變量供水方式已顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。現(xiàn)特結(jié)合設(shè)計(jì)應(yīng)用體會闡述如下：
一、系統(tǒng)基本情況
系統(tǒng)由變頻器、數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程序控制器（PLC）、傳感器、水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備。系統(tǒng)組成示意見圖1和一次接線分別見圖2：
典型的自動恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)框圖如圖2所示：系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能。系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號進(jìn)行比較運(yùn)算，得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，控制泵站投運(yùn)水泵的臺數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。
二、系統(tǒng)控制功能
1.水泵起停由PLC控制，可具備全循環(huán)軟起動功能；
2. 具有自動、手動切換和手動操作裝置，不使用控制柜時(shí)，可用手工操作使水泵直接在工頻下運(yùn)行；
3.定時(shí)輪換功能：控制水泵（包括備用泵）周期性自動交換使用，使水泵壽命基本一致；
4.前端貯水池缺水后停泵保護(hù)，有故障顯示功能；
5.供水系統(tǒng)中一般還設(shè)有一臺小泵或氣壓罐，是為了適應(yīng)小流量情況下（如夜間）的使用，系統(tǒng)能自動切換并控制（可選功能）；
6.具有自動用工頻起動消防泵功能，或者自動變頻以適應(yīng)消防供水要求；
7. 缺相、漏電、過載、瞬時(shí)斷電保護(hù)等電氣保護(hù)功能。
三、常用功能介紹
1.PID的調(diào)節(jié)功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20mA或0-5V)直接送入PLC的輸入口，輸入信號同設(shè)定的壓力值，通過PID比較計(jì)算后，確定需切換泵的數(shù)量和變頻泵的運(yùn)行頻率，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中不斷，使系統(tǒng)壓力始終穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。
2.休眠功能
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)的情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專用設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，主泵停止工作(處于休眠狀態(tài))，休眠水泵啟動，進(jìn)行補(bǔ)水。 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率和“休眠確認(rèn)時(shí)間”可通過變頻器參數(shù)設(shè)置。當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器繼續(xù)工作，當(dāng)變頻器的輸出頻率高于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。“喚醒值”由供水壓力下限啟動，當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。
2.通訊功能
該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)的通訊功能，PLC、變頻器均提供有RS232或485接口，PLC可選用計(jì)算機(jī)與一套或多套系統(tǒng)進(jìn)行通訊，利用計(jì)算機(jī)同時(shí)可以監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等，也可以控制變頻器的各類參數(shù)。此外該系統(tǒng)還具有手動/自動操作，故障報(bào)警，運(yùn)行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示、缺水保護(hù)等功能。
四、工程應(yīng)用
在工程設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該確定要對哪些水泵進(jìn)行變頻控制，以便在PLC上預(yù)先進(jìn)行程序設(shè)定。因?yàn)榫幼⌒^(qū)供水時(shí)變化系數(shù)較大，因此，在變頻控制泵的選擇上，一般應(yīng)分以下幾種情況來考慮：
1.用水量隨時(shí)間變化較小時(shí)：每天24h連續(xù)供水，且用水低時(shí)工作泵的最大流量仍較大，這時(shí)可選用同型號同規(guī)格水泵，根據(jù)高峰用水量選取一用一備或多用一備方案，對全部水泵進(jìn)行變頻控制。
2.小區(qū)規(guī)模較大時(shí)：可采用恒速泵與變頻調(diào)速泵聯(lián)合工作方式供水，這時(shí)對恒速水泵采用軟起動器來對其進(jìn)行起、停控制，整個(gè)控制系統(tǒng)采用“變頻 + 軟起動固定控制”的模式，在PLC上減少控制點(diǎn)數(shù)，這無論從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上、還是運(yùn)行維護(hù)上來看，綜合效果都會更佳。
3. 生活、消防泵合用的供水方式：某些安裝了消防泵的小區(qū)，因設(shè)備長期備而不用，可靠性會降低，既增加了工程投資，資源利用率也低，這時(shí)可以使生活、消防泵合用。電氣控制應(yīng)該做到：在PLC上預(yù)先設(shè)定生活、消防兩種工作壓力值，平時(shí)作生活正常供水，設(shè)備運(yùn)行在低水壓狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)自動把水壓切換到消防高壓狀態(tài)，管路上有能保證消防狀態(tài)需要的壓力、流量的裝置。為考慮到選泵的經(jīng)濟(jì)合理，這種方式一般是在高低水壓值相差不大的情況下采用。
五、經(jīng)濟(jì)效益分析
由前面變頻節(jié)能原理我們知道：泵的功率P1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n1，三者的關(guān)系如下式：
P1/P=（n1/n）3 Q1/Q= n1/n
式中：Q—額定流量，Q1—實(shí)際流量，P—額定流量的軸功率，P1—實(shí)際流量的軸功率，n—水泵的額定轉(zhuǎn)速，n1—水泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速
因額定流量Q=100%時(shí)，n=100%，P=100%;若n1=90%n時(shí)Q1=90%Q，P1=72.9%P，即可節(jié)電27.1%;若n1=80%n時(shí)Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節(jié)電48.8%。
在實(shí)際中絕大部分系統(tǒng)中泵的選擇均是按每天實(shí)際需求的最高峰來設(shè)計(jì)，一般選型的流量富裕在5％－15％之間。經(jīng)過變頻系統(tǒng)改造后，加上休眠小泵的使用，節(jié)能20％以上非常容易達(dá)到。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)收回投資快，能長期受益，且產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大。
六、系統(tǒng)的其它優(yōu)點(diǎn)
變頻恒壓供水系統(tǒng)同其它供水方式相比較，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下顯而易見的優(yōu)勢：
1.恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
2.由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。
3.水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動機(jī)啟動時(shí)的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時(shí)也避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。徹底消除水錘現(xiàn)象。
4.實(shí)現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了人力。
七、恒壓供水使用的領(lǐng)域
1.自來水供水、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)，亦可用于熱水供應(yīng)、恒壓噴淋等系統(tǒng)。 |
