多機(jī)組恒流供水系統(tǒng)

劉銳

摘 要：多機(jī)組恒流供水系統(tǒng)不同于常見的恒壓供水系統(tǒng)和單機(jī)組恒流供水系統(tǒng)，多機(jī)組恒流供水系統(tǒng)是以輸水總管出水流量作為系統(tǒng)控制目標(biāo)，在設(shè)定某流量后，系統(tǒng)采用分?jǐn)?shù)階PID控制器，多臺(tái)機(jī)組協(xié)同工作。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)供水的質(zhì)量和安全可靠性的要求不斷提高。該套系統(tǒng)具有反應(yīng)靈敏、快速穩(wěn)定的特性，為水利供水項(xiàng)目提供了新的設(shè)計(jì)方案。隨著吉林市生態(tài)景觀工程的竣工，可將其作為一個(gè)供水項(xiàng)目模型基地，為水利設(shè)計(jì)工作提供大量、必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：沖排水泵房 離心泵 分?jǐn)?shù)階PID控制器 恒流供水

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0065-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水對(duì)人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人們對(duì)供水的質(zhì)量和安全可靠性的要求不斷提高。而用戶對(duì)供水的方式的要求是多種多樣的，因此如何滿足用戶日益增長(zhǎng)需求，成為設(shè)計(jì)工作者的當(dāng)務(wù)之急。隨著電力電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多機(jī)組恒流供水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為了可能。該系統(tǒng)具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，為水利供水項(xiàng)目提供了新的設(shè)計(jì)方案。

目前國內(nèi)供水設(shè)計(jì)方案中多為恒壓控制方式，而恒流控制方式很少見，特別是多機(jī)組恒流控制系統(tǒng)在供水工程中鮮有應(yīng)用。本文根據(jù)吉林市生態(tài)景觀工程多臺(tái)機(jī)組恒流供水系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，論證了多機(jī)組恒流供水系統(tǒng)可作為成熟的設(shè)計(jì)模型應(yīng)用到以后類似水利供水項(xiàng)目中。

1 松花江北岸的沖排水泵房恒流供水系統(tǒng)試驗(yàn)

1.1 北岸沖排水泵房恒流供水系統(tǒng)

北岸沖排水泵房主要功能是給松花江內(nèi)4個(gè)橡膠壩袋充、排水。如圖1所示。

系統(tǒng)由5臺(tái)離心泵、輸水總管、4個(gè)橡膠壩袋組成。水泵機(jī)組的工作方式為4臺(tái)工作1臺(tái)備用。每臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)配有變頻器，共用一臺(tái)可編成控制器（PLC）。水泵可工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。首先，操作人員應(yīng)根據(jù)前池液位和需要充、排橡膠壩袋的數(shù)量，來選擇投入的機(jī)組工作臺(tái)數(shù)，并設(shè)定輸水總管流量參數(shù)。再由PLC向即將投運(yùn)的水泵電機(jī)變頻器統(tǒng)一送出啟動(dòng)信號(hào)和頻率參數(shù)。并實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)，以避免多臺(tái)水泵同時(shí)工作時(shí)，由于各水泵出水口壓力不同所造成的系統(tǒng)失衡問題。其次PLC根據(jù)出水總管的實(shí)測(cè)流量和工作機(jī)組出口壓力，改變變頻器頻率，微調(diào)當(dāng)前水泵轉(zhuǎn)速，使實(shí)測(cè)流量快速接近預(yù)先設(shè)置值，并穩(wěn)定。

1.2 試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)條件

前池水位已知，5臺(tái)水泵機(jī)組停機(jī)，輸水管內(nèi)充水。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)一、模擬前池水位變化。啟動(dòng)3臺(tái)機(jī)組，輸水總管流量參數(shù)設(shè)定值3000。機(jī)組啟動(dòng)，頻率給定為30HZ，以沖開機(jī)組出水側(cè)液控止回閥。2 min后輸水總管流量實(shí)際測(cè)量值3000左右穩(wěn)定運(yùn)行。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門，模仿低水位運(yùn)行。系統(tǒng)隨之發(fā)生響應(yīng)，很快輸水總管流量實(shí)際測(cè)量值再次穩(wěn)定在3000左右。流量最大波動(dòng)值△Q約為200。再待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門，模仿高水位運(yùn)行，系統(tǒng)依舊快速響應(yīng)，并達(dá)到穩(wěn)定。△Qmax約為1000。

實(shí)驗(yàn)二、增加（減少）1臺(tái)機(jī)組的動(dòng)態(tài)運(yùn)行。啟動(dòng)4臺(tái)機(jī)組，輸水總管流量參數(shù)設(shè)定值4500。機(jī)組啟動(dòng)，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，停止1臺(tái)水泵工作，系統(tǒng)隨之發(fā)生響應(yīng)，很快輸水總管流量實(shí)際測(cè)量值再次穩(wěn)定在4500左右。流量最大波動(dòng)值△Qmax約為1000。再待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再增加投入1臺(tái)水泵工作，系統(tǒng)依舊快速響應(yīng)，并達(dá)到穩(wěn)定。△Qmax約為1500。

2 試驗(yàn)結(jié)論

本次試驗(yàn)共選取4組工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況分析如下：該套恒流系統(tǒng)在外部工作條件發(fā)生變化后，系統(tǒng)能夠圍繞參數(shù)設(shè)定做出快速響應(yīng)，穩(wěn)定性強(qiáng)。存在過補(bǔ)償，△Qmax較大。

3 存在問題及建議

3.1 軟件操作畫面

系統(tǒng)人機(jī)操作畫面友善，但有些粗糙。建議操作畫面采用3D技術(shù)，數(shù)據(jù)表格精度應(yīng)進(jìn)一步提高。

3.2 流量變化大，水捶問題

該套恒流系統(tǒng)反應(yīng)較快，即系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)能快速發(fā)生響應(yīng)，不可避免的出現(xiàn)過補(bǔ)償，△Q較大。本工程屬低水壓寬穩(wěn)定度類型，系統(tǒng)響應(yīng)完全滿足要求，如果推廣到其他供水項(xiàng)目，需要水保計(jì)算時(shí)提供△Q的允許范圍及其一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)作為系統(tǒng)的限定條件。

3.3 自動(dòng)操作停機(jī)

該套恒流系統(tǒng)因壩袋內(nèi)壓力變化不能反應(yīng)其內(nèi)充水情況，故通常采用的壓力設(shè)定作為機(jī)組停機(jī)條件已經(jīng)不能在用，考慮各橡膠壩袋前分別設(shè)有流量計(jì)，可根據(jù)壩袋總體積來計(jì)算充滿壩袋所需要的水量作為關(guān)機(jī)條件。

3.4 為保證工程安全在設(shè)計(jì)前應(yīng)做仿真實(shí)驗(yàn)

目前仿真實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)是對(duì)矛盾：即仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型需要工程實(shí)施后，才能較為精確的建立起來。而設(shè)計(jì)工作的開展往往需要仿真實(shí)驗(yàn)的成果作為指導(dǎo)。隨著吉林市生態(tài)景觀工程的竣工，可將其作為一個(gè)供水項(xiàng)目模型基地，為水利設(shè)計(jì)工作提供大量、必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣紹階，左智敏.小城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)存在的問題及對(duì)策[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（11）：118-121.

[2] 陳清，徐婭，李昌湖，等.活性炭-超濾-紫外線組合工藝用于公共直飲水的實(shí)踐[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2012（3）：91-94.

[3] 劉曉革，彭琦，伍英.2006-2009年湖南省直飲水微生物檢測(cè)結(jié)果分析[J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2010（7）：1321-1322.endprint