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双变频恒压供水在自来水水厂的应用
更新时间:2016-11-01 来源:《城市建设理论研究》 作者:郑绍彬

变频恒压供水设备作为一种新型的节能供水设备,在城市自来水管网中得到广泛的推广运用。本文主要根据变频恒压供水设备的特点,分析选择恒压变频的供水方案,以及双变频恒压供水在自来水厂的具体运用。

一、变频恒压供水设备的特点

1.不会产生负压:该设备与自来水主管网直接连接取水时,加压运行不会造成自来水主管网产生负压。

2.设置压力:通过调节许可压力控制阀能够设置自来水主管网许可吸水压力。

3.可借压:当设备超过许可吸水压力和流量时,可以在主管网的压力基础上增压。

4.变频恒压:设备实时通过压力传感器检测出口压力,再将实测值和设定值进行对照,反馈到控制系统,控制系统发出电机及水泵投入台套数和变频器输出频率信号,以追踪用水曲线来实现恒压。

5.超静音:考虑到噪声对人的危害,采用专用静音变频器,运用成熟的消音设计手段,故系统能超静音运行。

6.停电不停水:当供电线路因故障停电时,控制系统通过预设定的触发状态等手段能够实现停电不停水,也就是说,停电时系统会自动切换为自来水压力供水。

7.自动化程度高:系统能实现全自动控制,具有手动或自动切换、主泵和副泵定时轮换、压力调节、高电压保护、低电压保护、恒压保护、漏相保护、过载保护、过热保护、缺水保护、漏水检测补偿、不用水停车、瞬间跳闸保护等功能。

二、水厂需求分析

自来水厂设计有4台供水泵,分别为55kw(2台)、30kw(2台),其中配备有30kw及55kw变频器各一台。虽然配备了变频器,可是在启用本控制系统之前,原控制基本都是以工频控制,以及人工控制的,不能实现全自动变频恒压供水。尤其是在用水低峰时,造成电能地浪费,并且由于不能降低压力,也将对供水管网造成一定的冲击。为了完善供水系统地供水质量,减少系统能量的消耗,实现恒压供水,必须对原供水的控制方式上进行改造,促使供水泵的控制由工频控制转变为变频控制。

三、恒压变频供水方案选择

现阶段,恒压变频供水技术已发展得较为成熟,一般恒压变频供水系统主要是利用一拖一或者是一拖多地方式进行控制,经过对自来水厂的现场考察统计得出:采用传统地一拖一或者一拖多的控制方式,并不能完全实现恒压供水的节能目的。所以必须根据自来水厂的具体情况,选择一种既能满足恒压供水,又能实现最大节能地最优控制方案。

水厂原有地几台水泵的运行具体情况比较:在同等供水流量的需求下,若是只开启一台55kw的水泵,其电流的消耗要比开启两台30kw水泵的电流消耗总和还大,可是若只开启一台55kw水泵,管网的供水压力比开启两台30kw水泵时要低。在单台30kw泵满足不了供水需要时,若是只启用55kw泵实行变频控制来达到稳定管网压力的需要,此时经实际监测与对比,其节能效果不如启用一台30kw工频同时再启用一台30kw变频时效果好。根据以上情况,本文提出了一种基于PLC的双变频恒压供水系统,既满足了恒压供水的需要,又最大程度地实现节能的目的。

四、双变频恒压供水具体方案实现

1、系统结构及主要设备选型

系统结构简图如图1所示,系统主要由变频器、PLC及监控电脑等组成,55kw变频器(1台55kw泵相连,30kw变频器(1台30kw泵相连,分别实现变频控制;另外一台55kw及30kw泵由低压控制柜直接控制实现工频运行。PLC作为中心控制器,配有数字量输入、输出模块及模拟量输入、输出模块。低压控制回路的各按钮、中间继电器辅助节点及交流接触器相应辅助触点等开关量信号接入数字量输入模块,实现各状态信号的采集;各交流接触器的线圈及变频器的输入控制端子接入数字量输出模块,实现各泵的启停控制;管网出口压力变送器、蓄水池水位传感器、出口流量计等信号接入模拟量输入模块,实现各模拟量信号的实时采集。控制电脑作为上位监控中心,直接与PLC相连。其中变频器选用三垦系列水泵专用变频器;PLC选用西门子的s7-200系列;控制电脑选用研华工控机。

图1 系统结构图

2、为了实现变频恒压供水,同时实现最大程度的节能降耗,本系统控制方案选择遵循以下原则:

(1)恒压供水的原则恒压供水作为控制设备的首要原则,系统必须实现在不同时段不同用水情况下的管网出水口压力恒定,满足城市居民生活用水需要。系统采用实时监测出水口压力并将其压力反馈给PLC控制器,PLC根据用户设定压力,通过智能PID控制运算输出控制命令控制变频器及各工频泵的运行,从而实现自动恒压供水。

(2)高效节能的原则双变频恒压供水系统控制规划以高效节能降耗为重要指导,根据前面所述水厂具体实际,采取只要两台30kw小泵能够满足供水需求,就不启用一台1#55kw大泵的总体控制思路。

(3)全自动化运行的原则系统只要输入出口压力设定值,其余操作全部由系统自动来完成,不需人工操作。

(4)均衡运行,延长设备使用寿命原则系统根据每台泵的运行时间,自动调整泵的加载、卸载,使每台泵的运行时间均衡,从而实现各台泵的合理、有效、经济运行。采用传统的变频控制思路框图如图2所示,采用改进的双变频控制思路框图如图3所示。

图2 传统恒压供水框图

图3 改进型双变频恒压供水

由于该自来水厂特殊的现场管路等工艺条件,采用2台30kw泵同时运行比采用1台55kw泵运行耗能要低,但出水量却比采用1台55kw泵大,经实际运行测试,采用“图3改进型双变频恒压供水”的控制方式比采用“图2传统恒压供水框图”的控制方式,其节能效果明显,同时对30kw变频与55kw变频泵的切换比较容易实现。

3、主要软件结构

按照直观、有序、简洁地原则,系统软件采用结构化设计。软件结构共分为:主程序、本地手动控制、远程手动控制及自动控制几大部分。

(1)主程序:主要实现手动控制子程序以及自动控制子程序的条件调用以及实现PID功能控制;

(2)本地手动控制程序:主要通过现场柜体本地按钮实现本地控制,主要在进行现场设备检修、调试时使用;

(3)远程手动控制程序:通过远程电脑工艺画面集中实现现场泵的人工远程启闭控制,主要在需要远程人工干预启闭泵的情况下使用;

(4)自动控制程序:也是系统的主要程序,是系统正常运行的程序。主要实现根据出水量的大小,自动进行泵的投切控制,从而实现恒压供水的目的。

五、结束语

在自来水厂的现有地管路以及泵的建设基础下,加大相应地变频控制装置,改变了原先不能根据用水量大小自动调节、稳定出口压力的现象。根据自来水厂的具体情况,采用改进型的双变频行业供水系统,极大的降低系统运行的成本,起到显著的节能效果。

同时,因为采用了全自动恒压供水系统,值班人员只是需要定期巡视设备的运行状况,不必在实时盯着出口压力去人工判断启动及停止泵,进而大大降低了工人地劳动强度,节省大量的人力及物力地消耗。总而言之,本系统地运用将极大地改善自来水厂地供水环境,提高供水地质量,减少供水成本,进而促进企业综合经济效益地提高。

 版权、出处:《城市建设理论研究》

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