變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計和運用

劉敏

摘 要：文章通過分析城市供水系統(tǒng)所存在的問題，已解決現(xiàn)代化城市用水為目的，根據(jù)變頻調(diào)速的控制原理，對城市的供水系統(tǒng)進行恒壓控制設計，結(jié)合實踐得出變頻調(diào)速對城市的供水壓力進行恒壓控制，不僅可以保持供水壓力恒定，并且相對穩(wěn)定，節(jié)能效果也十分理想，以變頻調(diào)恒壓這種供水方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水方式可以達到用水量的合理化分配，并保證現(xiàn)代化城市供水量的穩(wěn)定，滿足城市居民正常生產(chǎn)、生活的用水需求。

關鍵詞：城市用水；變頻；恒壓；供水系統(tǒng)設計

1 恒壓供水控制

所謂的恒壓供水控制就是采用變頻調(diào)速對不同的水量變化對水壓進行控制，使得水壓始終可以保證在一個恒定值，以保證城市正常的生產(chǎn)，居民日常生活的用水需求。恒壓供水控制方式是目前國內(nèi)外先進供水控制方式，它可以保證水壓的恒定，并實現(xiàn)供水系統(tǒng)進行集中的控制與監(jiān)管，它相對于傳統(tǒng)的供水方式而言穩(wěn)定性和可靠性非常的高，同時它的操作簡單方便，可進行自動化操作管理更還可以節(jié)約電能。

2 變頻調(diào)速控制原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由電動機、水泵機組、測壓穩(wěn)壓罐、壓力傳感器、變頻控制柜、閥門和管道等組成。首先要先通過傳感器對水的壓力進行反饋，再通過調(diào)節(jié)變頻器進行輸出，以此來調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速，從而對水泵的出水流量進行控制，實現(xiàn)供水壓力的恒定。所以說，變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻，實質(zhì)就是三相異步電動機的變頻調(diào)速過程。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)設計原則

簡單來說，就要保證泵的節(jié)能性且保證恒定供水。

4 變頻恒壓供水系統(tǒng)設計實例

4.1 設備選用

對于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設備選用，首先應考慮的是運用計算機進行供水系統(tǒng)的遠程控制和管理（多數(shù)機械設備的變頻都是選用與PLC進行結(jié)合的技術），通過PLC進行控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)包括可編程控制器、變頻器、壓力變送器和水泵，（大多數(shù)情況下可編程控制器都會選用西門子S7-200系列的PLC進行變頻控制以及現(xiàn)場設備的運行控制），此系統(tǒng)同時具有手動與自動兩種工作操作方式，且具有自診斷故障功能和自處理故障功能，同時可在發(fā)生故障的第一時間發(fā)出報警信號，泵的電動機功率為220KW，以PID計算方法進行水壓的閉環(huán)控制。

4.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理圖設計

水泵電機的轉(zhuǎn)速是由變頻器進行控制的，以此來實現(xiàn)水壓的恒壓控制。當系統(tǒng)被啟動時，首先應閉合空氣開關，并把轉(zhuǎn)換開關調(diào)到變頻位置，此時電流通過開關送到交流接觸器和熱繼電器上，再進行加載到達變頻器上，這時變頻器輸出驅(qū)動，變頻電機開始啟動運行；此時應要注意的是，當檢測得到的管網(wǎng)壓力大于設定值，則系統(tǒng)不能被啟動，而當管網(wǎng)壓力小于設定值時，系統(tǒng)正常被啟動。

當變頻器出現(xiàn)故障時，為了保證城市居民的正常用水，應當采用臨時的手動工頻進行供水控制。首先要切斷加在變頻器上的三相電源，并將電源連接在工頻中，當按下啟動按鈕后，接觸器KM1、KM2和時間繼電器得電，電機開始轉(zhuǎn)動，當電機的轉(zhuǎn)速達到指定數(shù)值時，時間繼電器KT開始動作，此時KM1、KM2主觸點隨即斷開，接觸器KM3得電閉合，此時電機的額定電壓已進入到了全壓的運行狀態(tài)，即達到臨時手動供水目的。

4.3 變頻器功能參數(shù)設置（見表1）

4.4 節(jié)能分析

根據(jù)水泵的比例定律可以得出，水泵動力下管道內(nèi)的水流流量分別與變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)速及其損耗功率都成正比，而其轉(zhuǎn)速的三次方與功率同樣也成正比，所以變頻調(diào)速的控制方式供水所消耗的功率要比閥門控制方式供水消耗的功率小很多，節(jié)能效果才會顯著，這也是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本方面。

在整個供水系統(tǒng)中，當管道、管路中水流閥門的開度保持不變的情況下，可以表現(xiàn)出供水系統(tǒng)的基本特性，還可以表現(xiàn)出所處的工作點的揚程特性，其揚程特性曲線是以全揚程與流量間的關系的曲線H1=f（QG）表示的；當水泵的轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化時，其可以變現(xiàn)出管阻特性，管阻特性曲線則用揚程H與流量Q之間的關系H=f（Qu）表示；而當管道閥門或管路閥門的開度不同時其變現(xiàn)出得管阻特性曲線也會不同。揚程特性曲線與管阻特性曲線的交叉點形成了供水系統(tǒng)的工作點，被稱之為供水系統(tǒng)的工作點，此點的供水系統(tǒng)是處于平衡狀態(tài)的，系統(tǒng)運行也十分穩(wěn)定；所謂的供水功率是供水系統(tǒng)在向用戶進行供水時所消耗的功率P（KW）。

恒壓供水技術是采用變頻器對電動機的轉(zhuǎn)動頻率進行改變，以達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變水泵出水口的壓力，這種方式可以降低水管道所受的阻力，進而減少了截流造成的能源損失。

5 結(jié)束語

結(jié)合實踐，將變頻技術應用于城市的供水系統(tǒng)，通過PLC進行變頻調(diào)速，使得城市用水控制系統(tǒng)完全上升到了自動化的階段，不僅可以起到節(jié)能環(huán)保的作用，其運行系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，其控制操作也更加簡便安全。

參考文獻

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