聯(lián)合泵房恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

　　摘要：濟(jì)三煤礦生產(chǎn)、生活中的用水量隨時(shí)間而變化，季節(jié)、晝夜相差很大。用水和供水的不平衡集中體現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多時(shí)則水壓高。本文通過(guò)介紹聯(lián)合泵房目前供水狀況、恒壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介及組成與作用，以及系統(tǒng)基本運(yùn)行過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合泵房恒壓供水。
　　關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 壓力傳感器 恒壓供水
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TV2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（c）-0079-01
　　濟(jì)三煤礦生產(chǎn)、生活中的用水量隨時(shí)間而變化，季節(jié)、晝夜相差很大。用水和供水的不平衡集中體現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多時(shí)則水壓高。恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，管路壓力平穩(wěn)，避免了在控制壓力臨界點(diǎn)電機(jī)的頻繁啟停，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，降低了各項(xiàng)維修費(fèi)用。
　　1 聯(lián)合泵房目前供水狀況
　　濟(jì)三煤礦的生產(chǎn)、消防及生活等用水均由地面聯(lián)合泵房供給，由于各臺(tái)水泵的壓力很難控制在工藝范圍之內(nèi)，造成系統(tǒng)壓力與流量脈動(dòng)大，工作不穩(wěn)定，并且每天數(shù)次開(kāi)泵、停泵，各泵始終處于工頻—停止—工頻運(yùn)行狀態(tài)，不僅啟動(dòng)頻繁，而且能耗大，夜間低峰時(shí)壓力更難控制。
　　2 恒壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制原理：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程（PLC）控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵的運(yùn)行臺(tái)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)能降耗的目的。系統(tǒng)控制目標(biāo)是總管的出水壓力，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，控制泵的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。
　　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(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入至可編程控制器（PLC）輸入模塊，信號(hào)經(jīng)CPU運(yùn)算處理后于設(shè)定的信號(hào)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，控制泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)泵的調(diào)節(jié)控制。
　　3 系統(tǒng)組成及作用
　　恒壓供水系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)、壓力變送器、低壓電器控制柜和水泵等組成。通過(guò)變頻器和繼電器、接觸器控制水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，壓力變送器不斷將管網(wǎng)水壓信號(hào)換成電信號(hào)送入PLC，經(jīng)PLC運(yùn)算處理后，獲得最佳控制參數(shù)，通過(guò)變頻器和繼電控制元件自動(dòng)調(diào)整水泵機(jī)組高效運(yùn)行。
　　3.1 PLC集中控制系統(tǒng)
　　在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管路水壓可控；傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管路水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。
　　3.2 PID的功能
　　將壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將模擬量輸出給變頻器進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。PID控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號(hào)直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。
　　3.3 壓力變送器
　　在生活、生產(chǎn)用水的管道出口處安裝變送器各一臺(tái)，通過(guò)壓力變送器將管路壓力信號(hào)傳輸?shù)絇LC，通過(guò)PLC控制PID調(diào)節(jié)控制供水壓力。
　　4 系統(tǒng)運(yùn)行基本過(guò)程
　　聯(lián)合泵房整個(gè)系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、電控設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和泵等組成的。啟動(dòng)設(shè)備以后，上位機(jī)控制變頻器從輸出端輸出逐漸上升的頻率和電壓，對(duì)1#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)。當(dāng)頻率上升達(dá)到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速而壓力仍然不能滿足要求的時(shí)候，則上位機(jī)控制1#泵脫開(kāi)變頻器轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行；此時(shí)，上位機(jī)控制2#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，并根據(jù)管路的壓力調(diào)速運(yùn)行來(lái)控制管路的壓力，壓力過(guò)高時(shí)上位機(jī)發(fā)出指令，1#泵停止工作；當(dāng)壓力再次降低時(shí)（低于設(shè)定值），2#泵變頻升速到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，直至轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行，1#泵變頻軟啟動(dòng)。
　　供水管路的供水量和供水壓力是隨用戶的用水要求全日瞬時(shí)變化的，水泵機(jī)組如果按照額定流量和額定壓力工頻運(yùn)行，則能耗大，壓力隨流量的變化而波動(dòng)。通過(guò)出口壓力傳感器將實(shí)際運(yùn)行中的壓力信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，輸入給上位機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大處理后，再根據(jù)偏差的大小來(lái)自動(dòng)地整定P、I、D控制參數(shù)，控制變頻器和水泵機(jī)組，按照實(shí)際的用水量和壓力要求來(lái)變頻運(yùn)行，以達(dá)到高效節(jié)能和改善供水品質(zhì)的目的。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　聯(lián)合泵房24h供水，平均日供水量1.2萬(wàn)m3/d，該泵房安裝水泵3臺(tái)（其中1臺(tái)備用，配套電機(jī)75kW），原供水方式為工頻直供，閥門(mén)控制水壓，改為恒壓供水系統(tǒng)，恒壓工作壓力0.52MPa。采用ABB510變頻器，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在供水量不變的前提下，安裝變頻器后每日節(jié)約電能190～250kw·h。用電無(wú)功功率因數(shù)由0.80提高至0.88。安裝變頻器后，由于日平均轉(zhuǎn)速明顯下降，軸上的平均扭矩和磨損減小，水泵、電機(jī)的壽命大為提高。同時(shí)由于對(duì)水泵實(shí)行軟啟動(dòng)，管網(wǎng)破壞明顯減小。據(jù)估計(jì)，恒壓供水后，每年節(jié)約水泵、管網(wǎng)維修費(fèi)用約5萬(wàn)元。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]文君，汪引紅，鄭濤.變頻恒壓供水控制技術(shù)在泵站供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2006，6.
　　[2]倪敬，姜曉勇，施江肖，等.變頻器在節(jié)能恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程，2001，5.
　　[3]鄧巍.PLC及變頻器在多臺(tái)泵自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，2.
　　[4]黃鵬.住宅小區(qū)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)分析與應(yīng)用[J].中外建筑，2010，1.
　　[5]鄧巍.PLC及變頻器在多臺(tái)泵自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，