1 引言
出廠水的恒壓供水是自來水生產(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，以及在國民經(jīng)濟領(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控制方面優(yōu)勢明顯。下面以揭陽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、自動化儀表及計算機等組成了串級全自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 串級全自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

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(wǎng)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(jù)標準的出廠水壓力值與實際出廠水壓力值之差，經(jīng)計算，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)整出廠水壓力的作用，進行閉環(huán)控制。并且安裝了就手動與plc自動控制兩種運行模式，可以將mcc柜及現(xiàn)場控制柜互相切換。
根據(jù)市區(qū)實際用水情況，安裝了pc全自動調(diào)節(jié)程序，各用水時段壓力調(diào)整如附表所示:
附表 各用水時段壓力調(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:
(1) 降低電機啟動電流和配電容量，避免增容投資。在電網(wǎng)電壓下直接啟動電動機，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)動方式時的40～50%。
(2) 降低啟動機械應(yīng)力，減少直接起動帶來的機械沖擊力和機械的磨損，延長電機及相關(guān)設(shè)備的壽命;
(3) 軟起動、軟停機，具有過流保護、直流側(cè)欠壓過壓保護、模塊過溫保護、短路保護、環(huán)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(tǒng)，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(tǒng)恢復后重新啟動系統(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的影響，擾動只要影響到副被控制量，調(diào)節(jié)過程立即開始，使主被控量變量的動態(tài)偏差大為降低;
(2) 由于副環(huán)起了改善對象動態(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。
為了保持串級控制系統(tǒng)的控制性質(zhì)，還應(yīng)避免閉合副環(huán)進入高增益區(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 自動調(diào)節(jié)關(guān)系描述
(1) 從計算機輸入壓力設(shè)定值(pset)，啟動變頻泵，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，則變頻器頻率調(diào)至比較小值(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(diào)至比較小值(fmin)，而送水壓力(pout)仍大于設(shè)定值(pset)時，則停止一臺定速泵運行，同時將變頻器頻率上調(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%。
全電壓起動與變頻起動的效果對比:
在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉(zhuǎn)矩tj:
tj=tm－tl
根據(jù)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(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩tj是很大的，所以加速過程很快。而采用變頻調(diào)速后，可以通過對升速時間的預(yù)置來延長起動過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少。在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預(yù)置來延長停機過程，使動態(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
在現(xiàn)代自動化水廠中，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。