變頻技術(shù)在恒壓供水上的應(yīng)用

程致梁

摘 要：建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。根據(jù)高校用水時(shí)間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費(fèi)，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導(dǎo)致壓力不足及小流量時(shí)能耗大的問題。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速，PLC，恒壓供水，自動(dòng)控制

水已經(jīng)成為當(dāng)今中國的熱點(diǎn)問題，供水廠希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：

1.供水量在短時(shí)間內(nèi)變化大，這種變化在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。

2.對供水壓力的要求比較嚴(yán)格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。

3.一般情況下，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過供水水泵的輸出來提供的。

從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。

目前，就國內(nèi)而言，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法：

（1）水池-水泵（恒壓變頻或氣壓罐）-管網(wǎng)系統(tǒng)-用水點(diǎn)

這種方式是集中供水。對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺(tái)，二開一備自動(dòng)切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動(dòng)切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。

首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水。各臺(tái)水泵自動(dòng)輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運(yùn)行，這樣各臺(tái)水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動(dòng)跳過故障泵運(yùn)行。如圖1-1所示。

（2）水池-水泵-高位水箱-用水點(diǎn)

此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過兩臺(tái)水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。

（3）單元水箱-單元增壓泵-單元高位水箱-各單位用水點(diǎn)

此方式已簡化為單元總水表進(jìn)水。單元水箱和單元增壓泵實(shí)際上是一個(gè)整體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時(shí)停泵，低水位時(shí)啟泵，這樣，水泵也有了停息時(shí)間，既省電又不至于一停電就停泵無水供應(yīng)，用水有了保障，社會(huì)效益較好。

水池-水泵（恒壓變頻或氣壓罐）-管網(wǎng)系統(tǒng)-用水點(diǎn)是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。

該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死。有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象。

水池-水泵-高位水箱-用水點(diǎn)這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染。

恒壓供水系統(tǒng)可適用于生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場合的供水。以三臺(tái)水泵組成的供水系統(tǒng)為例，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測、PLC控制系統(tǒng)、變頻器、人機(jī)界面、上位連接以及報(bào)警裝置等部分組成。其工作過程：PLC首先檢測給水池液位保護(hù)開關(guān)是否動(dòng)作，否則直接由變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)水泵；同時(shí)由遠(yuǎn)傳壓力表測出出水口管路水壓，將模擬量送到PLC控制器，與給定水壓值（設(shè)定上下限）比較后，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最大或最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。

市網(wǎng)來水用高低水位控制其EQ來控制注水閥，它們自動(dòng)把水注滿水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水池注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給PLC最為報(bào)警用。位保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。生活供水和消防供水公用三個(gè)水泵。平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)水泵根據(jù)生活用水的多少按一定邏輯控制運(yùn)行，使生活供水在恒壓條件下運(yùn)行。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)水泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)水泵再改為生活供水使用。

升壓控制系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻（即5O Hz）時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，PLC自動(dòng)將第二臺(tái)泵M2啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵M1切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻（即5O Hz）時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，PLC自動(dòng)將最后一臺(tái)水泵M3啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵M2切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。此時(shí)如果變頻器輸出頻率達(dá)到工頻及3臺(tái)泵全負(fù)荷工作，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警。

降壓控制當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行的水泵M3關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。當(dāng)一臺(tái)水泵變速運(yùn)行，用水量接近于零，水泵最小轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速時(shí)（這是變速運(yùn)行水泵最小工作轉(zhuǎn)速），可根據(jù)這一工作狀態(tài)的長短和系統(tǒng)用水的特點(diǎn)，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入間歇運(yùn)行或小容量水泵運(yùn)行。此設(shè)計(jì)運(yùn)行維護(hù)簡單方便，對于操作人員不要求具備專業(yè)的水處理知識(shí)，只根據(jù)操作說明書和操作規(guī)程就可以對整個(gè)水廠進(jìn)行操作管理，因此，采用此設(shè)計(jì)建設(shè)的供水方式適應(yīng)性強(qiáng)。

這種水處理技術(shù)未來發(fā)展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水發(fā)展方向，是現(xiàn)代人們生活所要求的并且前景光明。

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