水廠恒壓供水控制系統的應用
1 引言
出廠水的恒壓供水是自來水生產流程中的重要一環，送水壓力的穩定及精度與否直接影響到千家萬戶的正常用水。在能源日益緊張的今天，變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節電效果，以及在國民經濟領域的廣泛適用性，而且變頻調速在改變水泵性能和自動控制方面優勢明顯。下面以揭陽市第二水廠的送水泵房恒壓控制系統作分析。
2 系統設計
為降低生產成本，改善工藝條件，提高生產效率及安全性，消除水錘效應的破壞性，平滑調節出廠水壓力。揭陽市第二水廠送水系統采用由PLC、變頻器（內藏PID）、變頻泵、定速泵、自動化儀表及計算機等組成了串級全自動調節控制系統。
泵房主要配備：1臺Telemecanique公司的PLC TSX8740、2臺施耐德公司的GD2377變頻器、2臺250KW的變頻泵、3臺250KW的定速泵，向城市管網供水。
中控室值班人員可將出廠水壓力通過計算機人機界面輸入到PLC中，PLC根據標準的出廠水壓力值與實際出廠水壓力值之差，經計算，改變變頻器的輸出頻率，調節電機轉速，達到調整出廠水壓力的作用，進行閉環控制。并且安裝了就手動與PLC自動控制兩種運行模式，通過MCC柜及現場控制柜可以切換。
根據市區實際用水情況，安裝了PC全自動調節程序，各用水時段壓力調整如下：
時段 0--5 5--6 6--16 16--22 22--23 23--0
設定壓力（bar） 3.6 4 4.2 4.5 4.2 3.8
3變頻調速技術應用
3.1變頻器選型設計
項目選用施耐德GD2377變頻器，具有如下應用特點：
（1）降低電機啟動電流和配電容量，避免增容投資。在電網上直接啟動電動機，其容量不得大于電網容量的15—20%，選用GD2377變頻器后，可把變壓器的容量下降至傳統驅動方式時的40—50%。
（2）降低啟動機械應用，減少直接起動帶來的機械沖力和機械的磨損，延長電機及相關設備的壽命。
（3）軟起動、軟停機，具有過流保護、直流側欠壓過壓保護、模塊過溫保護、短路保護、環境溫度檢測等功能。
（4）開放式操作顯示鍵盤和屏幕，操作靈活，便于故障診斷。
（5）微處理控制系統，PID控制功能，支持多種通訊接口，性能可靠。
（6）具有自動復位、自動重新啟動功能，可以在故障解除或系統恢復后重新啟動系統。
3.2系統功能
PLC和內藏PID功能的變頻器組成的變頻恒壓供水控制系統，由于采用串級控制系統，可以具備以下功能：
（1）由于副環具有快速作用，它能夠有效地克服二次擾動的影響，擾動只要影響到副被控制量，調節過程立即開始，使主被控量變量的動態偏差大為降低。
（2）由于副環起了改善對象動態特性的作用，因此，可以加大主調節器的增益，提高系統的工作頻率。
（3）由于副環的存在，使系統有一定的自適應能力。
為了保持串級控制系統的控制性質，還應避免閉合副環進入高增益區，主回路周期T1為（1—3）T2的區域，即T1＞3T2，以免產生共振現象。
3.3自動控制規則
（1）從計算機輸入壓力設定值（Pset）,啟動變頻泵，PID調節器（PLC） 將根據用水量Q的變化調節變頻器的輸出頻率f，使出廠水管網壓力等于設定壓力（Pout = Pset ）。
（2）當變頻器頻率調至最大值（fmax）,而送水壓力仍小于設定值Pset時，則變頻器頻率調至最小值(fmin),同時啟動一臺定速泵。
即f = fmax 時，Pout ＜ Pset ，則f = fmin , 啟動一臺定速泵。
（3）當變頻器頻率調至最小值（fmin),而送水壓力（Pout）仍大于設定值（Pset）時，則停止一臺定速泵運行，同時將變頻器頻率上調。
最大、最小轉速的確定：
TMH[meter] = PT10[bar] 10.2 + 5 － LIT10[meter]
Speedmax[Hz] = TMH 0.714 + 23.57
Speedmin[Hz] = TMH 0.442 + 22.74
經計算，變頻器的最大頻率為50Hz，最小頻率為40Hz，即為最大轉速的80—100%。
全電壓起動與變頻起動的效果對比：
在全拖動系統中，決定加速過程的是動態轉矩TJ：
TJ =Tm － TL
根據異步電動機和水泵的機械特性，可知水泵在直接起動過程中，拖動系統動態轉矩TJ的大小如陰影部分所示，是很大的。所以加速過程很快。而采用變頻調速后，可以通過對升速時間的預置來延長起動過程，使動態轉矩大為減少。在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態轉矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應。
4結束語
在現代自動化水廠中，采用變頻調速的恒壓控制系統，可以降低電耗，安全、優質、高效、低耗供水。
出廠水的恒壓供水是自來水生產流程中的重要一環，送水壓力的穩定及精度與否直接影響到千家萬戶的正常用水。在能源日益緊張的今天，變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節電效果，以及在國民經濟領域的廣泛適用性，而且變頻調速在改變水泵性能和自動控制方面優勢明顯。下面以揭陽市第二水廠的送水泵房恒壓控制系統作分析。
2 系統設計
為降低生產成本，改善工藝條件，提高生產效率及安全性，消除水錘效應的破壞性，平滑調節出廠水壓力。揭陽市第二水廠送水系統采用由PLC、變頻器（內藏PID）、變頻泵、定速泵、自動化儀表及計算機等組成了串級全自動調節控制系統。
泵房主要配備：1臺Telemecanique公司的PLC TSX8740、2臺施耐德公司的GD2377變頻器、2臺250KW的變頻泵、3臺250KW的定速泵，向城市管網供水。
中控室值班人員可將出廠水壓力通過計算機人機界面輸入到PLC中，PLC根據標準的出廠水壓力值與實際出廠水壓力值之差，經計算，改變變頻器的輸出頻率，調節電機轉速，達到調整出廠水壓力的作用，進行閉環控制。并且安裝了就手動與PLC自動控制兩種運行模式，通過MCC柜及現場控制柜可以切換。
根據市區實際用水情況，安裝了PC全自動調節程序，各用水時段壓力調整如下：
時段 0--5 5--6 6--16 16--22 22--23 23--0
設定壓力（bar） 3.6 4 4.2 4.5 4.2 3.8
3變頻調速技術應用
3.1變頻器選型設計
項目選用施耐德GD2377變頻器，具有如下應用特點：
（1）降低電機啟動電流和配電容量，避免增容投資。在電網上直接啟動電動機，其容量不得大于電網容量的15—20%，選用GD2377變頻器后，可把變壓器的容量下降至傳統驅動方式時的40—50%。
（2）降低啟動機械應用，減少直接起動帶來的機械沖力和機械的磨損，延長電機及相關設備的壽命。
（3）軟起動、軟停機，具有過流保護、直流側欠壓過壓保護、模塊過溫保護、短路保護、環境溫度檢測等功能。
（4）開放式操作顯示鍵盤和屏幕，操作靈活，便于故障診斷。
（5）微處理控制系統，PID控制功能，支持多種通訊接口，性能可靠。
（6）具有自動復位、自動重新啟動功能，可以在故障解除或系統恢復后重新啟動系統。
3.2系統功能
PLC和內藏PID功能的變頻器組成的變頻恒壓供水控制系統，由于采用串級控制系統，可以具備以下功能：
（1）由于副環具有快速作用，它能夠有效地克服二次擾動的影響，擾動只要影響到副被控制量，調節過程立即開始，使主被控量變量的動態偏差大為降低。
（2）由于副環起了改善對象動態特性的作用，因此，可以加大主調節器的增益，提高系統的工作頻率。
（3）由于副環的存在，使系統有一定的自適應能力。
為了保持串級控制系統的控制性質，還應避免閉合副環進入高增益區，主回路周期T1為（1—3）T2的區域，即T1＞3T2，以免產生共振現象。
3.3自動控制規則
（1）從計算機輸入壓力設定值（Pset）,啟動變頻泵，PID調節器（PLC） 將根據用水量Q的變化調節變頻器的輸出頻率f，使出廠水管網壓力等于設定壓力（Pout = Pset ）。
（2）當變頻器頻率調至最大值（fmax）,而送水壓力仍小于設定值Pset時，則變頻器頻率調至最小值(fmin),同時啟動一臺定速泵。
即f = fmax 時，Pout ＜ Pset ，則f = fmin , 啟動一臺定速泵。
（3）當變頻器頻率調至最小值（fmin),而送水壓力（Pout）仍大于設定值（Pset）時，則停止一臺定速泵運行，同時將變頻器頻率上調。
最大、最小轉速的確定：
TMH[meter] = PT10[bar] 10.2 + 5 － LIT10[meter]
Speedmax[Hz] = TMH 0.714 + 23.57
Speedmin[Hz] = TMH 0.442 + 22.74
經計算，變頻器的最大頻率為50Hz，最小頻率為40Hz，即為最大轉速的80—100%。
全電壓起動與變頻起動的效果對比：
在全拖動系統中，決定加速過程的是動態轉矩TJ：
TJ =Tm － TL
根據異步電動機和水泵的機械特性，可知水泵在直接起動過程中，拖動系統動態轉矩TJ的大小如陰影部分所示，是很大的。所以加速過程很快。而采用變頻調速后，可以通過對升速時間的預置來延長起動過程，使動態轉矩大為減少。在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態轉矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應。
4結束語
在現代自動化水廠中，采用變頻調速的恒壓控制系統，可以降低電耗，安全、優質、高效、低耗供水。
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