變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳建平

（福建省南平市水務(wù)發(fā)展有限公司）

變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳建平

（福建省南平市水務(wù)發(fā)展有限公司）

本文介紹了變頻器在市政管網(wǎng)恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明變頻器在節(jié)能降耗、自動(dòng)化改造和設(shè)備保護(hù)三個(gè)方面所取得良好的效果，表明變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中是不可替代的設(shè)備。

變頻器；節(jié)能降耗；自動(dòng)化恒壓控制系統(tǒng)

電耗是我司供水當(dāng)中消耗的最主要能耗，其費(fèi)用支出占總制水成本30～40％。降低電耗是我司一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要提出的節(jié)能減排要求的最好體現(xiàn)。為了降低能耗，我司在各水廠的給水泵房的每臺(tái)機(jī)組都安裝了ABB變頻器，充分利用變頻器的內(nèi)置功能，實(shí)現(xiàn)了市政管網(wǎng)的恒壓供水，降低能耗、節(jié)約了成本。

1　變頻器工作原理

變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的三相交流電，采用微處理器編程的正脈寬調(diào)制方法，使輸出波形近似正波，用于驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。所以通過(guò)改變供電頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵流量的目的。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)管網(wǎng)壓力變化，或者按設(shè)定要求隨時(shí)間變化而自動(dòng)調(diào)整壓力給定值，通過(guò)壓力變送器，將管網(wǎng)壓力反饋給PID儀表，求出壓力偏差，然后進(jìn)行邏輯判斷和人工神經(jīng)元控制算法數(shù)字調(diào)節(jié)運(yùn)算。目的是控制變頻器的輸出頻率和輸出電壓，從而調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速，控制多臺(tái)變頻泵和工頻泵的啟停而達(dá)到恒壓變頻供水的目的。變頻器的頻率超限信號(hào)（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號(hào)）可實(shí)時(shí)通知PLC進(jìn)行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的啟停將聯(lián)動(dòng)其出口閥門(mén)。

2　節(jié)能降耗的成果

我司新建水廠自從2007年12月完成對(duì)給水泵房的改造，2008年1月開(kāi)始使用變頻器運(yùn)行機(jī)組至今，在市政管網(wǎng)恒壓供水、節(jié)能降耗和機(jī)組設(shè)備的保護(hù)方面取得了良好的效果。在2008年以前，新建水廠的千噸水電耗是330度/千噸，改造后是275度/千噸，年共水量為1400萬(wàn)t，年節(jié)電77萬(wàn)度電、達(dá)16.67％。

3　變頻恒壓控制系統(tǒng)

變頻恒壓供水系統(tǒng)是采用可編程控制器、PID儀表和交流變頻器而研制成的新一代產(chǎn)品，通過(guò)壓力變送器和PLC構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。按恒壓、節(jié)能節(jié)水的優(yōu)化運(yùn)行原則，隨著用水量的變化，PID儀表不斷的進(jìn)行壓力采樣，PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算自動(dòng)控制機(jī)組中泵的轉(zhuǎn)速和換泵，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)恒壓變頻供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、PLC等組成。

當(dāng)市政管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號(hào)（4～20mA模擬量信號(hào)）傳送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)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。當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力和穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被PLC檢測(cè)到，PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能達(dá)到要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號(hào)仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一臺(tái)泵用變頻器恒壓供水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4臺(tái)泵為兩組，每臺(tái)泵的電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間可顯示，24h輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，確保了泵的可靠使用壽命。

4　結(jié)束語(yǔ)

由變頻器為主的變頻恒壓控制系統(tǒng)，構(gòu)成了多臺(tái)泵的自動(dòng)控制的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，使得水廠供水自動(dòng)化和供水調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)。從而大大節(jié)約了人力、物力，為供水行業(yè)更快、更高、更強(qiáng)的發(fā)展提供了一條可行之路，是我司今后節(jié)能降耗的首選方案。

[1]葉青旺.變頻器在水廠改造中的應(yīng)用.城鎮(zhèn)供水，2010.

[2]王孝儉，皇甫玉柱，鄧勝全，王幼濤.變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2002（02）：51～53.

[3]趙相賓，年培新.我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].變頻器世界，2003 （07）：4～8.

[4]林心關(guān).可編程控制器在水泵變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（06）：135～137.

TU991

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2015-4-5