1 引言
出廠水的恒壓供水是自來(lái)水生產(chǎn)流程中的重要一環(huán)，送水壓力的穩(wěn)定及精度直接影響到千家萬(wàn)戶的正常用水。在能源日益緊張的今天，變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛適用性，而且變頻調(diào)速在改變水泵性能和自動(dòng)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。下面以揭陽(yáng)市第二水廠的送水泵房恒壓控制系統(tǒng)為例作分析。

2 系統(tǒng)分析
2.1 結(jié)構(gòu)描述
為降低生產(chǎn)成本，改善工藝條件，提高生產(chǎn)效率及安全性，消除水錘效應(yīng)的破壞性，平滑調(diào)節(jié)出廠水壓力。揭陽(yáng)市第二水廠送水系統(tǒng)采用由plc、變頻器(內(nèi)藏pid)、變頻泵、定速泵、自動(dòng)化儀表及計(jì)算機(jī)等組成了串級(jí)全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 串級(jí)全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

泵房主要配備:1臺(tái)telemecanique公司的plc tsx8740、2臺(tái)施耐德公司的gd2377變頻器、2臺(tái)250kw的變頻泵、3臺(tái)250kw的定速泵，向城市管網(wǎng)供水。
中控室值班人員可將出廠水壓力通過(guò)計(jì)算機(jī)人機(jī)界面輸入到plc中，plc根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的出廠水壓力值與實(shí)際出廠水壓力值之差，經(jīng)計(jì)算，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整出廠水壓力的作用，進(jìn)行閉環(huán)控制。并且安裝了就手動(dòng)與plc自動(dòng)控制兩種運(yùn)行模式，可以將mcc柜及現(xiàn)場(chǎng)控制柜互相切換。
根據(jù)市區(qū)實(shí)際用水情況，安裝了pc全自動(dòng)調(diào)節(jié)程序，各用水時(shí)段壓力調(diào)整如附表所示:
附表 各用水時(shí)段壓力調(diào)整值

2.2 施耐德gd2377變頻器
施耐德gd2377變頻器具有如下特點(diǎn):
(1) 降低電機(jī)啟動(dòng)電流和配電容量，避免增容投資。在電網(wǎng)電壓下直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其容量不得大于電網(wǎng)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(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的40～50%。
(2) 降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，減少直接起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖擊力和機(jī)械的磨損，延長(zhǎng)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的壽命;
(3) 軟起動(dòng)、軟停機(jī)，具有過(guò)流保護(hù)、直流側(cè)欠壓過(guò)壓保護(hù)、模塊過(guò)溫保護(hù)、短路保護(hù)、環(huán)境溫度檢測(cè)等功能;
(4) 開(kāi)放式操作顯示鍵盤(pán)和屏幕，操作靈活，便于故障診斷;
(5) 微處理控制系統(tǒng)，pid控制功能，支持多種通訊接口，性能可靠;
(6) 具有自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)重新啟動(dòng)功能，可以在故障解除或系統(tǒng)恢復(fù)后重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
2.3 分析
plc和內(nèi)藏pid功能的變頻器組成的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，由于采用串級(jí)控制系統(tǒng)，可以具備以下功能:
(1) 由于副環(huán)具有快速作用，它能夠有效地克服二次擾動(dòng)的影響，擾動(dòng)只要影響到副被控制量，調(diào)節(jié)過(guò)程立即開(kāi)始，使主被控量變量的動(dòng)態(tài)偏差大為降低;
(2) 由于副環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此，可以加大主調(diào)節(jié)器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率;
(3) 由于副環(huán)的存在，使系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力。
為了保持串級(jí)控制系統(tǒng)的控制性質(zhì)，還應(yīng)避免閉合副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，主回路周期t1為(1～3)t2的區(qū)域，即t1＞3t2，以免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
2.4 自動(dòng)調(diào)節(jié)關(guān)系描述
(1) 從計(jì)算機(jī)輸入壓力設(shè)定值(pset)，啟動(dòng)變頻泵，pid調(diào)節(jié)器(plc)將根據(jù)用水量q的變化調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率f，使出廠水管網(wǎng)壓力等于設(shè)定壓力(pout=pset)。
(2) 當(dāng)變頻器頻率調(diào)至比較大值(fmax)，而送水壓力仍小于設(shè)定值pset時(shí)，則變頻器頻率調(diào)至比較小值(fmin)，同時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
即f=fmax時(shí)，pout＜pset，則f=fmin, 啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
(3) 當(dāng)變頻器頻率調(diào)至比較小值(fmin)，而送水壓力(pout)仍大于設(shè)定值(pset)時(shí)，則停止一臺(tái)定速泵運(yùn)行，同時(shí)將變頻器頻率上調(diào)。
比較大、比較小轉(zhuǎn)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(jīng)計(jì)算，變頻器的比較大頻率為50hz，比較小頻率為40hz，即為比較大轉(zhuǎn)速的80~100%。
全電壓起動(dòng)與變頻起動(dòng)的效果對(duì)比:
在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過(guò)程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩tj:
tj=tm－tl
根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性，可知水泵在直接起動(dòng)過(guò)程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩tj是很大的，所以加速過(guò)程很快。而采用變頻調(diào)速后，可以通過(guò)對(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少。在停機(jī)過(guò)程中，同樣可以通過(guò)對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。

3 結(jié)束語(yǔ)
在現(xiàn)代自動(dòng)化水廠中，采用變頻調(diào)速的恒壓控制系統(tǒng)，可以降低電耗，安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗供水。