联合泵房恒压供水系统的应用

　　摘要：济三煤矿生产、生活中的用水量随时间而变化，季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集中体现在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多时则水压高。本文通过介绍联合泵房目前供水状况、恒压供水系统简介及组成与作用，以及系统基本运行过程，从而实现联合泵房恒压供水。
　　关键词：PLC 变频器 压力传感器 恒压供水
　　中图分类号：TV2文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（c）-0079-01
　　济三煤矿生产、生活中的用水量随时间而变化，季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集中体现在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多时则水压高。恒压供水系统节能效果明显，管路压力平稳，避免了在控制压力临界点电机的频繁启停，延长了电机的使用寿命，降低了各项维修费用。
　　1 联合泵房目前供水状况
　　济三煤矿的生产、消防及生活等用水均由地面联合泵房供给，由于各台水泵的压力很难控制在工艺范围之内，造成系统压力与流量脉动大，工作不稳定，并且每天数次开泵、停泵，各泵始终处于工频—停止—工频运行状态，不仅启动频繁，而且能耗大，夜间低峰时压力更难控制。
　　2 恒压供水系统简介
　　恒压供水控制系统的基本控制原理：采用电动机调速装置与可编程（PLC）控制系统，进行优化控制泵的调速运行，并自动调整泵的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节能降耗的目的。系统控制目标是总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵的投运台数和运行电机的转速，从而实现给水总管压力稳定在设定的压力值上。
　　系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器（PLC）输入模块，信号经CPU运算处理后于设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵的运行台数及工况，并实现对每台泵的调节控制。
　　3 系统组成及作用
　　恒压供水系统由PLC控制系统、压力变送器、低压电器控制柜和水泵等组成。通过变频器和继电器、接触器控制水泵机组运行状态，实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时，压力变送器不断将管网水压信号换成电信号送入PLC，经PLC运算处理后，获得最佳控制参数，通过变频器和继电控制元件自动调整水泵机组高效运行。
　　3.1 PLC集中控制系统
　　在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管路水压可控；传感器的任务是检测管路水压；压力设定单元为系统提供满足需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。
　　3.2 PID的功能
　　将压力传感器反馈的水压信号送入PID调节器，调节器将模拟量输出给变频器进行变频调节。PID控制器根据压力设定值与实际测定值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。
　　3.3 压力变送器
　　在生活、生产用水的管道出口处安装变送器各一台，通过压力变送器将管路压力信号传输到PLC，通过PLC控制PID调节控制供水压力。
　　4 系统运行基本过程
　　联合泵房整个系统是由压力传感器、变频器、电控设备、电动机和泵等组成的。启动设备以后，上位机控制变频器从输出端输出逐渐上升的频率和电压，对1#泵进行软启动。当频率上升达到电动机的额定转速而压力仍然不能满足要求的时候，则上位机控制1#泵脱开变频器转入工频运行；此时，上位机控制2#泵进行软启动，并根据管路的压力调速运行来控制管路的压力，压力过高时上位机发出指令，1#泵停止工作；当压力再次降低时（低于设定值），2#泵变频升速到电动机的额定转速，直至转入工频运行，1#泵变频软启动。
　　供水管路的供水量和供水压力是随用户的用水要求全日瞬时变化的，水泵机组如果按照额定流量和额定压力工频运行，则能耗大，压力随流量的变化而波动。通过出口压力传感器将实际运行中的压力信号变换成标准电信号，输入给上位机，经过运算放大处理后，再根据偏差的大小来自动地整定P、I、D控制参数，控制变频器和水泵机组，按照实际的用水量和压力要求来变频运行，以达到高效节能和改善供水品质的目的。
　　5 结语
　　联合泵房24h供水，平均日供水量1.2万m3/d，该泵房安装水泵3台（其中1台备用，配套电机75kW），原供水方式为工频直供，阀门控制水压，改为恒压供水系统，恒压工作压力0.52MPa。采用ABB510变频器，据统计，在供水量不变的前提下，安装变频器后每日节约电能190～250kw·h。用电无功功率因数由0.80提高至0.88。安装变频器后，由于日平均转速明显下降，轴上的平均扭矩和磨损减小，水泵、电机的寿命大为提高。同时由于对水泵实行软启动，管网破坏明显减小。据估计，恒压供水后，每年节约水泵、管网维修费用约5万元。
　　参考文献
　　[1]文君，汪引红，郑涛.变频恒压供水控制技术在泵站供水系统中的应用[J].工业安全与环保，2006，6.
　　[2]倪敬，姜晓勇，施江肖，等.变频器在节能恒压供水系统中的应用[J].机电工程，2001，5.
　　[3]邓巍.PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用[J].新疆石油学院学报，2001，2.
　　[4]黄鹏.住宅小区变频调速恒压供水系统节能设计分析与应用[J].中外建筑，2010，1.
　　[5]邓巍.PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用[J].新疆石油学院学报，2001，