泵站量化节能控制技术的运用与分析

1、 sin -1J LX=Lcos （N ）：“X ”：Pause 1：Y=Lsin （N ）sin -1J LX=Lcos （N ）：“X ”：Pause 1：Y=Lsin （N ）Goto 0说明：AB 点表示新建立的施工坐标系原点坐标在原国家测量坐标系中的坐标，CD 点表示原国家测量坐标系中的任意点坐标，XY 表示CD 点原国家测量坐标系中任意点坐标在转换后的对应的施工系的坐标。以上程序是笔者在浏阳河风光桥（单垮200米长）、株洲汇亚商业广场（建筑面积20万平方）、中信商业广场（建筑面积12万平方）测量中所用的程序，通过反复调试和运算，不存在错误，且获得建设方、监理方的高度评价，以上两个程

2、序在建筑测量施工中具有一定的推广适用价值。1引言给水行业的配水、增压泵站进行变频调速节能技术改造后, 经过运行, 普遍发现在使用过程中存在以下问题:(1在满足用户的需水量及保证供水压力的情况下, 开并联泵组时, 水泵节电很少甚至不节电; 一台调速泵运行时, 节电很少或不节电。(2当工况点、管网参数等情况发生变化后, 且在泵站系统满足工况条件下, 调速系统经常出现运行不稳定现象, 从而造成节能效果不能保持最低的单位电耗值。针对供水行业的使用情况, 许多人盲目的把变频调速设备当作节能设备来看待, 实际上对变频技术根本不清楚, 也没有确切衡量节电效果的准确尺度。对此, 本文讨论在并联泵组中, 机组如

3、何合理搭配运行以及使用调速方式, 采用力控组态软件+PLC控制技术, 解决对泵站节能经济运行的量化问题。2.1控制原理在泵站系统的工艺参数(流量、压力 、设备参数(水泵、电机、调速装置 等确定的情况下, 采用最小二乘法理论找出H-Q 之间的函数关系, 运用并联泵组特性曲线拟合法, 自动找出一套耗能最小的运行搭配和调速方式, 即优化泵组合方案(运行搭配合理的泵组工况点稳定运行在高效区间内 。该优化泵组合方案并不一定是每台水泵都能达到最优, 只是指一个泵站内水泵优化组合后的总体效果，可以形象地把整个泵站内已优化组合后的每一泵组合方案看作一台“水泵”。我们把泵组合方案称为“虚拟水泵”，而这一台“虚拟

4、水泵”在一定压力和流量下，用最小二乘法理论计算出“虚拟水泵”的特性方程和特性曲线为标准，找出“虚拟水泵”高效区的范围。当“虚拟水泵”的工况点不在高效区内运行时，控制系统可根据水泵调速的相似定理和等效率原理，通过设定参数自动调整变频泵的运行工况点，使动态运行“虚拟水泵”的工况点处在高效区内，此时单位流量耗能最小。控制原理如图1所示。2.2泵站节能技术现状对泵站的参数(例如流量、压力或液位 进行控制，一是为了满足生产的工艺要求，二是可以尽量减少能量的浪费。目前人们经常使用的方法有:一是使用调速装置调节水泵的转速，来满足工艺要求; 二是通过大小泵搭配，来满足不同工况下的要求; 二是阀门控制; 四是调

5、节水泵叶一片角度的调节方式; 五是通过回流或泻放的调节方式。从多年的实践中体会到，虽然各种方式都可以实现满足工艺条件下的调节和控制，但是不同的控制方式或是同一种控制方式下不同的控制策略都可能会带来不同的耗电效果，有的耗电多有的耗电就少，这里有一个耗电最低(优化 的运行方法和方式。为了得到这个最基于水厂泵站量化节能控制技术的运用与分析张子平永州市零陵区自来水公司湖南永州425006摘要：水泵用电量占取、送水泵站大部分的能源消耗。对于这样大的用电领域，准确确定出其节电潜力，并对节能潜力好的泵站加以改造，避免粗放性节能估算造成节能改造效果不能保障的问题，就显得非常重要。本文以能准确测算泵站节能效果并

6、能实施量化节能控制的泵站目标电耗节能技术在泵站中的应用进行探讨。关键词：水厂；泵站；节 能图1能耗最小的合理运行搭配和调速方式的控制原理示意图 佳的结果，就必须对泵站的电耗因素进行定量研究，这里之所以提到定量而不是定性，是因为只有定量才可能对节能改造的经济性和实现性作出判别，这就是泵站量化节一能技术的本质所在。关于泵站量化节能的研究，我国在这方面已率先取得了实质性进展，其主要标志是作为国家科技部重点科技成果推广讨一划项目、国家发改委重大高技术产业化项目一泵站目标电耗节能技术及产品的研发成功。3.1泵站的工艺流程及控制流程3.1.1泵站的工艺流程哈尔滨制水有限责任公司供水三厂日供水能力65万吨，

7、是东北地区最大的水厂，担负着全市80%以上的供水任务，是以松花江为水源的地表水厂。首先由二水厂抽取松花江水增压后送至供水三厂，经过混合、沉淀、过滤等工序处理后送至4个清水池，由只个送水泵站送往市区不同的管网，其中送水二泵站为引进外资设备建设的，在三个送水泵站中送水量最大，使用设备最先进，自动化程度最高，93年投入使用，配备了日本横河集散控制系统(DCS，泵站高、低压配电、水泵、电机、控制柜等全套设备为奥地利ELIN 提供，7台20LN 型水泵，水泵电机功率650kW ，其中4台为定速水泵，3台为变频调速水泵。配水水泵在清水池水位有效水深1.8m 以上时，为自灌式; 1.8m 以下需进行真空吊水

8、。水泵开停台数，根据清水池的水位、服务压力和流量的参数自动优化组合，并把机泵的运行状态通过PLC 的I/O接口及时传送给力控组态软件实时数据库，使值班人员随时监控各机泵运行情况; 排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求自动确定开、停泵。在电气回路中，高、低压开关柜倒闸均为人工操作，电量和仪表数据记录自动传输，值班人员可从显示屏上及时看到每一台虚拟水泵的单位流量电耗值和其他参数。3.1.2泵站的控制流程泵站内的机泵控制，可采用现场手动控制方式、半自动控制方式、全自动控制方式，运行机泵出现故障时，备用机泵自动开启。设定“虚拟水泵”的参数(流量、压力 ，显示屏上同时显示“虚拟水泵”的理论Q-H

9、 特性曲线和管网特性曲线。根据每一台“虚拟水泵”对应的理论单位流量电耗值，选择“虚拟水泵”方案，并输出所选的方案。在机泵起动前，系统自动检测清水池水位状态、泵停止状态、泵非故障状态、泵运行状态、变频器非故障状态、阀门的位置状态信号是否正常。若不正常，停止开泵; 若信号正常，依次起动调速泵、定速泵，自动打开对应出水阀门。“虚拟水泵”运行正常后，可从显示屏上监控“虚拟水泵”理论特性曲线与该“虚拟水泵”实际叠加后动态特性曲线的拟合情况，值班人员很快能知道“虚拟水泵”工况点是否运行在高效区。若“虚拟水泵”的实时单位流量电耗值超过理论单位流量电耗值，系统则发出声、光报警信号，及时通知值班人员，用本地控制

10、方式由值班人员手动控制调节，使“虚拟水泵”的工况点运行在高效区内。若以上有任一信号不正确，管网压力和流量即使满足要求，也不能开泵，同时发出报警信号。另外，每一台机泵的运行实时电流超过本身正常的额定电流，且延时8s 时，发出故障报警信号，并紧急停泵。水泵若未能按程序操作，则报警。每台水泵电机发生故障，都可以自动关闭对应阀门，并发出故障报警信号，同时备用泵自行投入运行。PLC 接到关泵指令，先关闭对应出水阀门，水泵再停止运转。排水泵的控制逻辑和高、低压配电的监控参数由PLC 单独控制。3.2软件的设计与实现根据泵组合理运行搭配及调速理论、控制流程，程序监控流程图如图2所示。4实际应用2003年9月

11、，使用泵站目标电耗节能控制系统对原有水泵设备控制系统进行改造。泵站目标电耗节能控制系统山上位机、目标电耗控制拒、在线节能控制软件、组态软件等组成。上位机和目标电耗控制柜通过MPI 总线连接，目标电耗控制柜由PLC 、继电器、端子等组成，和原有的DCS 柜通过电缆进行端子侧连接。模拟量输人如流量、压力、液位、电流等为1-5V 电压信号，模拟量输出如变频器转速控制信号为4-20mA 电流信号，开关量输出如开泵、关泵、开阀、关阀等，开关量输人如泵运行状态、阀全开状态、阀全关状态等，通过电缆并联或直接取代等方式与目标电耗控制柜端子连接。目标电耗控制系统有计算机手动和计算机自动两种控制方式，用户可根据情

12、况选择使用。目标电耗控制系统能够根据不同的泵站，通过实时监测流量、压力、温度等工艺参数，自动寻找并给出在满足工艺要求条件下最优化的机组组合及调速策略，实时保证泵站系统始终处于最省电的运行状态。目标电耗控制系统通过在线节能软件调控，对泵站系统起到调节、稳定作用，能够对泵站系统(水泵、电机和调速设备等 的运行起到稳定和延 长设备图2程序监控流程图 浅谈变配电站自动化系统的应用分析杜华添广州市珠江水泥有限公司广东广州510460中图分类号：TU摘要：通过分析企业变配电站对自动化系统的实际应用，全面介绍了自动化装置在变配电站的结构与功能，以及自动化装置的技术特点。通过介绍装置概要阐述了变配电站自动化系

13、统的发展阶段及不同阶段的应用特点，结合企业现状分析了变配电站自动化的配置原则，并从形式、功能、质量等方面对控制远动装置，从方案设计、功能要求、数据处理以及从接口、通信规约与协议、系统组态对网络等三个方面全面概要的阐述了系统及设备的配置要点。本文针对变配电自动化系统在转化为企业应用的关键环节上，结合现场较多依赖厂家的现状，从进厂施工、现场调试、交工验收等方面作了一定程度的论述分析。关键词：变配电站自动化应用分析近年来，企业变配电自动化技术作为应用控制技术、信息技术和通信技术，利用计算机软件和硬件来代替人工进行各种运行作业，提高变配电站运行管理水平的一种自动化系统，不仅成为变配电站改造的首选产品，

14、同时也是新建变配电站的主导技术。随着这项技术在变配电所的全面普及和应用，其功能和性能已日趋完善。如何全面的掌握和利用这项新的技术形式，把对自动化系统的理解和认识落实到实际运用中去，对于广大电气工程技术人员来说都是一个重要的课题。本篇以广州市珠江水泥有限公司变配电站为例，系统阐述了变配电站自动化系统在工程中的应用。公司变配电系统采用微机综合智能保护自动化装置，它的电气监控系统采用分布式监控原理，通过分散安装于各开关柜上的各种智能电气设备将所有实施数据通过通信电缆传递到计算机，从而完成整个变电站的电气监控。整个监控系统由主控层，站控层和间隔层组成。1.1主控层变配电站的主控层由2台工业监控主机构成

15、，经以太网与保护管理机和通信管理机互连。监控机的作用是在无人值班变配电站负责与调度中心的通信，使变配电站综合自动化系统具有RTU 功能，完成任务；在有人值班的变配电站，除了仍然负责与调度中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。1.2站控层在变配电站综合自动化管理上，各保护功能单元由保护管理机直接管理，一台保护管理机可以管理一系列单元模块，它们之间采用双绞线用RS-485接口连接。保护综合管理机还具有数据采集及开关量管理功能，这就构成了变配电站自动化系统的站控层。正常运行时，保护管理机监视各保护单元的工作情况，一旦发现某一保护单元本身工作使用

16、寿命的多重效果。目标电耗控制系统能够对泵站的一些重要参数进行在线保存，对泵站实时和历史运行状况一目了然，便于管理、分析和检查。对原有水泵设备控制系统进行改造前，首先使用“泵站目标电耗测算软件”对送水二泵站系统进行分析和测算，发现在原有工况下年均还有7%左右的节电潜力，9月份使用泵站目标电耗节能控制系统对此水厂泵站进行节一能改造，未使用泵站目标电耗节一能控制系统前的6月份平均送水电单耗为136.56kWh/km3，总管压力0.3-0.38Mpa ，使用泵站目标电耗系统后的10月份正常送水平均送水电单耗为129.44kWh/km3，总管压力0.3-0.38Mpa ，节电比例为5.21%，与去年同期

17、比节电效果8.36%;使用泵站目标电耗系统后的11月份正常送水平均送水电单耗为127.9kWh/km3，总管压力0.3-0.38Mpa, 节电比例为6.34%，与去年同期比节电效果工0.75%，实际效果与改造前的测算结果相符，节电效果显著。5结束语实践经验表明，使用泵站目标电耗测算软件对泵站系统进行分析，可以比较准确地知道泵站的节能潜力; 使用泵站目标电耗系统，可得到接近于预测的节能效果。说明该技术先进，节能效果显著，值得大力推广应用。参考文献1姚福来等. 泵站节电潜力的量化计算. 变频器世界，2002(6.2姚福来等. 水泵变频调速的节电量计算及系统设计. 北京:科学出版社，1998.3姚福

18、来等. 泵站节能改造的回收期计算. 节能，2003(4.4姚福来. 确定大型调水工程的目标电耗的重要性. 水利水电科技进展，2003(5. 基于水厂泵站量化节能控制技术的运用与分析作者：张子平作者单位：永州市零陵区自来水公司,湖南,永州,425006刊名：城市建设与商业网点英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期：2009，""(13被引用次数：0次1. 姚福来 泵站节电潜力的量化计算 2002(062. 姚福来 水泵变频调速的节电量计算及系统设计 19983. 姚福来 泵站节能改造的回收期计算 2003(044. 姚福来

19、 确定大型调水工程的目标电耗的重要性 2003(051.期刊论文 闻平. 杨晓灵. WEN Ping. YANG Xiao-ling 珠海市乾务水厂取水泵站选址的比较分析 -人民珠江2005,""(3扩建乾务水厂是珠海西区发展的基础工程,取水泵站选择位于黄杨河的新建黄杨泵站还是虎跳门水道的新建大环泵站是水厂设计的关键因素之一.通过采用调查、统计、同步实测及数值模拟等方法对候选取水点所在河段设计水量、水质、成潮影响及风险等进行了综合分析,最终得出新建黄杨泵站优于新建大环泵站的结论.2.学位论文 王圃 城市给水处理厂及泵站能耗分析与应用研究 2004城市给水处理厂是城市供水系统

20、的核心部分，是关系到城市生存和发展重要的基础设施。在这个系统的运行过程中，能量消耗大是它重要的特征，如何找出该系统中哪些能耗是有效的，哪些是不可避免的，从而有针对性的提出节能方法，指导工程实践，这对于水厂节能工作的开展具有重要的意义。本研究以热力学分析为基础，结合水厂各处理单元的工作机理，首次建立了各处理单元以及整个水厂的能量平衡分析模型，提出了能效评价的方法，并结合工程实例，对取水泵站、水处理单元、送水泵站整个系统进行了能耗分析与应用研究。主要工作和结论如下：(1本文列举了四座典型城市给水处理厂的能耗状况，并用图表对各处理单元的实际能耗进行了分析；对各处理单元中不同构筑物的能耗进行了比较，从

21、节能的角度推荐了值得采用的构筑物型式；对常用节能措施的节能效果进行了分析。(2结合絮凝过程的微涡旋理论，首次提出了絮凝池(分析模型，根据此模型可对絮凝池能量的输入情况进行分析和评价。本文首次提出的絮凝池(效率计算公式，可作为衡量絮凝池能耗的指标。(效率越高，则能量的利用率越高。(效率计算公式：(效率e=E有效/E输入=(G有效/G输入2(3通过对滤池过滤过程的分析研究，提出了过滤过程的(分析模型，并在此基础上进行了滤池过滤的优化研究；对反冲洗过程，也提出了(分析模型，通过反冲洗数学模型，提出了最优的气冲强度和水冲强度，并结合实例对气水反冲洗滤池和单纯水冲洗滤池进行了冲洗能耗的对比分析。(4通过

22、分析取水泵站的特点，提出了能量分析模型，并用该模型对涪陵第二水厂的取水泵站在改造前、泵组切削叶轮后和变频调速改造后分别进行了能耗计算和分析，从而为老取水泵站的节能改造和新建取水泵站的优化设计提供了方法。(5在对送水泵站能耗的分析中，提出了送水泵站的能量分析模型，分析了模型中各参数和各种效率之间的关系，提出了大、小泵搭配的改进选泵方法。对送水泵站中采用变频调速的几个关键技术问题进行了分析，并结合实例对送水泵站节能改造前后的能耗情况进行了分析比较，从而为老送水泵站的节能改造和新建送水泵站的优化设计提供了方法。(6根据国内部分已建给水处理厂的典型排泥水处理工艺和国外水厂的一些运行数据，分析了水厂排泥

23、水处理的能耗，首次提出了水厂排泥水回用每天节约电耗的计算公式和排泥水回用的经济效益公式。(7对整个水厂首次建立了(平衡分析的灰箱模型，用此模型可以确定各处理单元及整体的(损失及其分布，找出能量损失的原因，为老水厂的节能改造和新建水厂的优化设计提供方法。在整个水厂进行能耗分析的过程中，应用全局优化的观点建模，并进行了遂宁市第二水厂节能改造的实例研究，该水厂一年多的运行结果表明，水厂节能改造后比改造前节省电耗约20，节能效果明显。3.期刊论文 黄兆玮. 陈刚. 刘霞. 梁海涛. 徐辉荣 肇庆市大旺第一水厂一级抽水泵站防洪方案比较 -西北水力发电2006,22(z1肇庆市大旺第一水厂一级抽水泵站工程

24、的泵房建于大旺围外河道滩地内,为满足堤围防洪需要,提出把泵房向河道方向移出的修改方案,方案修改后阻流面积增大,但上游壅水水位的基本不变,泵站处跌水略增.方案修改后更利于堤围安全.4.期刊论文 谢春波 多功能水泵控制阀在水厂泵站中的应用 -科技创新导报2010,""(2在水厂泵站出水压力较高的水泵压水管道上,传统的做法是管道上安装有出水阀门、止回阀和水锤消除装置,这种设备组合方式往往存在止回阀漏水和水锤消除装置调试使用复杂等问题.用另外一种阀门代替三种设备的组合,能较好的解决了这些问题,而且具有安全可靠,操作简便,运行经济的特点.5.期刊论文 王松杰. 谈一文. 盛文考. W

25、ANG Song-jie. TAN Yi-wen. SHENG Wen-kao 某水厂取水泵站临时围堰降水设计、施工探讨 -平顶山工学院学报2007,16(5某水厂取水泵站根据现场实际,采用砼芯墙围堰及管井降水技术,解决了复杂场地基坑施工降水的难题,保证了工程质量和工期要求.6.学位论文 许登阁 组态软件在水厂泵站监控系统设计中的应用研究 2006时代的前进，科学技术的飞速发展，使城市建设也加快了步伐，我国供水企业也正大力开展自动化、信息化的建设。泵站是水厂的重要组成部分，泵站的安全运行对水厂的生产起着举足轻重的作用，因此合理选择应用软件实现泵站自动监控有着重要意义。本文针对某水厂送水泵站实际

26、情况，探讨组态软件在泵站监控系统设计中的技术应用。文章通过对泵站监控系统的功能需求分析，采用组态王软件进行开发设计，很好的完成监控系统，同时通过对PLC的选取和应用，完成上位机对数据的采集，并通过组态技术实现画面显示等各种功能。7.期刊论文 王圃. 王力. 文屹 城市水厂二泵站中水泵的选择 -重庆建筑大学学报2004,26(1通过对城市水厂二泵站中定速泵、调速泵、定速泵与调速泵并联运行三种压力供水方式适用范围的分析,从节能的角度出发,根据工作水泵高效运行的原则,分别给出了水泵优化选择的方法,并通过具体实例进行了探讨.8.会议论文 孙晓杰. 孔维瑄 浅析水厂送水泵站工况点的调节与节能 2008通过对单台水泵工况点的调节与节能分析，探讨送水泵站即多台水泵并联运行在何种方式下保证水泵的高效运行，达到节能的目的。9.会议论文 黄念祖 广州市西村水厂一级泵站微型计算机控制系统的研制与应用 198710.学位论文 陆柯 城市给水系统能耗分析与节能技术研究 2005城市给水处理厂是城市供水系统的核心部分，是关系到城市生存和发展重要的基础设施。在这个系统的运行过程中，能量消耗大是它重要的特征，如何找出该系统中哪些能耗是有效的，哪些是不可避免