双变频恒压供水系统在自来水厂中的应用.doc

双变频恒压供水系统在自来水厂中的应用1 引言 目前恒压供水在城市自来水管网系统已经均有应用，不管用户端用水量的多少，系统总能使供水管网出口压力保持基本恒定。本文根据一家自来水厂具体供水管网情况，提出一种供水解决方案，既解决了水厂恒压供水，同时又最大程度实现了系统节能的目的。2 水厂需求分析 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，但在启用本控制系统以前，原控制基本为工频控制，人工控制，不能实现全自动变频恒压供水。特别是在用水低峰时造成电能的浪费，同时因为不能降低压力也造成了对供水管网的冲击。为了改善供水系统的供水质量，降低系统能量消耗，实现恒压供水，必须对原供水控制方式进行改造，使供水泵的控制由工频控制改为变频控制。3 恒压变频供水方案选择 目前，恒压变频供水技术已经是成熟的技术，通常恒压变频供水系统利用一拖一或一拖多的控制方式，通过对水厂现场实际考察和统计，采用传统的一拖一或一拖多的控制方式并不能使恒压供水目的及节能目的达到很好的统一，因此必须针对水厂现场实际提出一种既能满足恒压供水又能实现最大节能的最优控制方案。 水厂原有的几台水泵的运行具体情况比较：在同等供水流量需求下，只开启一台55kW水泵时，其电流消耗比开启两台30kW水泵的电流消耗的和还要大，但只开启一台55kW水泵时，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，如果仅是启用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。鉴于以上具体情况，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，又最大程度的实现了节能。4 双变频恒压供水具体方案实现4.1 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）与 1台55kW泵相连，30kW变频器（1台）与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 系统结构简图4.2 系统控制思路规划 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 这是首要的控制设计原则，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框图 由于此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。因此，系统采用图3的改进型双变频恒压供水控制。4.3 主要软件结构 按照直观、有序、简洁的原则，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。 主程序：主要实现手动控制子程序和自动控制子程序的条件调用以及实现PID功能控制。 程序部分界面如图4所示。图4 程序部分界面 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； 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； 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。5 结束语 在水厂现有管路及泵建设条件下，增加相应的变频控制装置，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；根据水厂实际，采用了改进型双变频恒压供水系统，大大降低了系统的运行成本，起到了显著的节能效果。同时，由于采用了全自动恒压供水系统，值班人员只需定期巡视一下设备运行状况即可，不需要再实时盯着出口压力