變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉珺蕙 王 鵬

(西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

1 恒壓供水系統(tǒng)中變頻調(diào)速應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

首先，和以往的供水系統(tǒng)相比，變頻恒壓供水可以實(shí)現(xiàn)全天24h對(duì)恒定壓力進(jìn)行維持。同時(shí)結(jié)合壓力信號(hào)對(duì)備用泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)壓力進(jìn)行無級(jí)調(diào)整，且供水的質(zhì)量良好，不會(huì)對(duì)管網(wǎng)造成破裂，也不會(huì)在開水籠頭時(shí)產(chǎn)生共振問題。

其次，變頻調(diào)速恒壓供水的運(yùn)用會(huì)使過去壓力罐以及高位水箱等供水設(shè)備被取代，不但可以使占用的空間與資金得以節(jié)約，也會(huì)防止頻繁對(duì)泵進(jìn)行啟動(dòng)和停止，能夠在額定的電流中限制起動(dòng)平滑和起動(dòng)電流，進(jìn)而防止起動(dòng)時(shí)給電網(wǎng)造成沖擊。

再次，恒壓供水系統(tǒng)中變頻調(diào)速的應(yīng)用會(huì)降低電機(jī)水泵啟動(dòng)所造成的沖擊，提高電機(jī)水泵使用的時(shí)間。同時(shí)還會(huì)防止以往供水時(shí)起動(dòng)與停機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的水錘效應(yīng)和以往供水系統(tǒng)里所存在的水壓不穩(wěn)定、水質(zhì)被污染，與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)不符等問題。

最后，恒壓供水中變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓系統(tǒng)結(jié)合用戶用水的實(shí)際數(shù)量，自動(dòng)做出檢測(cè)，從而通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。同時(shí)，還防止水塔供水在無人的情況下，總存在單個(gè)泵運(yùn)行的問題，而使人力和物力得到了極大地節(jié)省。此外，變頻恒壓供水能夠讓多泵循環(huán)運(yùn)動(dòng)作用得以實(shí)現(xiàn)，而使電機(jī)水泵使用時(shí)間被延長。加之變頻恒壓供水系統(tǒng)所具有過載、過流以及短路保護(hù)等作用，可以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

2 變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的節(jié)能原理

當(dāng)流量處于穩(wěn)定的狀況時(shí)，恒壓供水系統(tǒng)當(dāng)中的水泵額定轉(zhuǎn)數(shù)幾乎也是比較恒定的，在此狀況下是無需進(jìn)行變頻調(diào)速的，也無需對(duì)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行改變。然而從居民實(shí)際生活中的晝夜用水情況來看，是具有較大差異的。在夜間，其用水的需求量和白天相比明顯較少，當(dāng)利用閥門對(duì)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，就會(huì)存在很多的能量因?yàn)樵诠茏柘到y(tǒng)中而白白浪費(fèi)。假如在恒壓供水系統(tǒng)里采用變頻調(diào)速技術(shù)，就能夠當(dāng)用水量需求較小時(shí)將水泵的轉(zhuǎn)速降低，從而使水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的能耗減少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。而在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)之后，與之前未對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的供水系統(tǒng)相比，明顯具有良好的節(jié)能效果，正因?yàn)樽冾l調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)能方面所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國的大多數(shù)居民區(qū)中的生活供水系統(tǒng)里得到了普遍地應(yīng)用。

3 變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下圖即為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，從上面能夠看出，該系統(tǒng)包括一個(gè)PLC、三個(gè)水泵、一臺(tái)變頻器和壓力傳感器以及模擬量輸入與輸出單元。其中，壓力傳感器、模擬量輸入、輸出單元與PLC相組合，而構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，PLC可以控制各水泵的運(yùn)行，也可以對(duì)運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供水流量加以控制的目的。PLC中安置了PID調(diào)節(jié)器，可以對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻泵的速度，對(duì)供水流量進(jìn)行控制。從PID調(diào)節(jié)器來看，如果用水需求量不多，管道的水壓就會(huì)增高，水壓的反饋信號(hào)就會(huì)相應(yīng)地增強(qiáng)或減弱。此時(shí)，變頻器輸出電壓也會(huì)因?yàn)殡娐返墓芾砗涂刂贫鄳?yīng)降低，隨之電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和供水流量也都會(huì)相應(yīng)減小，使供水的壓力值降低。而如果供水壓力回到了恒壓供水系統(tǒng)所設(shè)置的數(shù)值，系統(tǒng)的用水量和供水量之間的平衡就會(huì)恢復(fù)，而變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出頻率就會(huì)得以穩(wěn)定。而如果用水量變大，供水量不能與用水量相符，就會(huì)使水壓的反饋信號(hào)減弱，PID調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則會(huì)相應(yīng)變大，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速加快，水泵的供水流量增多，供水壓力值也相應(yīng)提高，直至供水量與用水量兩者的平衡再次恢復(fù)。由此利用PID的調(diào)節(jié)，變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，而確保水泵的供水壓力保持恒定。

圖1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制原理

根據(jù)上圖可以看到，出水管網(wǎng)安置了壓力傳感器，由此傳感器就可以把出口搜集的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，而后再把信號(hào)傳輸給PLC的模擬量輸入端口，通過PLC的調(diào)節(jié)以及一系列的運(yùn)算后，得出調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)而發(fā)送到變頻器，再通過變頻器將運(yùn)轉(zhuǎn)指令發(fā)送給水泵，從而滿足系統(tǒng)供水量，確保供水管網(wǎng)中的壓力與給定壓力值相符。如果一臺(tái)水泵無法滿足用水的需求量時(shí)，PLC就會(huì)依照實(shí)際的用水量對(duì)水泵是否需要增減進(jìn)行調(diào)控，變頻器則會(huì)通過實(shí)時(shí)對(duì)水泵加以調(diào)速而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)荷出現(xiàn)了改變時(shí)，輸入電動(dòng)機(jī)的頻率與電壓都會(huì)隨之變化，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)的軟硬件具有較為強(qiáng)大和完善的功能，確保水泵在產(chǎn)生故障做出維修時(shí)，可以對(duì)備用水泵進(jìn)行啟動(dòng)而保證供水正常。

4 結(jié)語

總之，隨著我國科學(xué)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，生產(chǎn)和生活條件也發(fā)生了較大的改變，對(duì)與我們實(shí)際密切相關(guān)水資源的需求也越來越多。在恒壓供水系統(tǒng)當(dāng)中變頻技術(shù)的運(yùn)用因?yàn)榫邆涔┧|(zhì)量好且節(jié)能的良好性能，受到了廣泛地認(rèn)可。基于此，我們應(yīng)該正確地認(rèn)識(shí)變頻調(diào)速系統(tǒng)在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用的各方面優(yōu)勢(shì)，對(duì)其節(jié)能原理以及應(yīng)用原理充分了解，為廣大群眾提供質(zhì)量良好的水資源，并在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，獲得良好的社會(huì)效益。