自来水厂变频供水系统的应用分析

自来水厂变频供水系统的应用分析

李健安

（江门融浩水业股份有限公司）

摘要：随着社会经济的快速发展，供水系统的发展也逐渐的得到完善，在自来水厂中，应用较为广泛的就是变频供水自动控制系统。变频供水方式能够有效的降低电耗，对自来水厂的水量与水压进行有效的控制。因此，为促进自来水厂变频供水自动控制系统的发展，本文对自来水厂变频供水自动控制系统应用进行了分析。

关键词：自来水厂；变频供水系统；应用

引言

我国对城市水工业系统给予了高度的重视，随着科学技术的不断发展，变频供水自动控制系统已经被广泛的应用在自来水厂的供水系统中。自来水厂变频供水自动控制系统是非常重要的，在应用前应该对该系统进行详细的了解，掌握变频供水自动控制系统的技术与原理，从而促进自来水厂变频供水自动控制系统的发展。

一、自来水厂变频供水系统概况

1.1变频供水自动控制系统

在自来水厂的供水系统中，由于用户的用水量在不同的时段、季节有着不同的需求，这就需要自来水厂结合用水需求量对供水压力进行调整。水泵节能的主要措施就是水泵调速，串极调速、调压调速、液力藕合器调速、变极调速以及滑差电机调速等都是水泵机组节能调校的主要方式。交流电机变频调速技术是非常有效的一种技术，并且在工作效率、调速范围、调速精度、动态响应以及输出特性等方面都比其他的调速方式有着明显的优势。变频调速的节电效率非常的高，是一种非常有效的节能降耗技术。在自来水厂变频供水自动控制系统中，变频器是非常重要的，并且其基础就是变频调速技术。在自来水厂变频供水自动控制系统中，采用的主要为变压变量供水与恒压变量供水两种方式。对于恒压变量供水方式而言，主要是结合自来水厂水压力变化，利用PID控制器对变频器进行调节的。保持出厂水压的恒定不变。而变压变量方式则是结合送水量与出厂水的压力通过变频器对其频率进行调节的，通过送水量的变化而实现电耗的节约。

1.2变频节能技术

在自来水厂变频供水自动控制系统中，应用较为广泛的就是变频节能技术。变频节能技术的主要元件就是变频器，通过变频器能够对电机进行频率的切换，从而实现水量与水压的控制，降低自来水供水系统的电耗。随着社会经济的快速发展，自来水厂的供水系统也得到了不断的完善，在自来水厂中应用变频供水自动控制系统能够结合用户在不同季节、时段的用水需求量对供水水压与频率进调整，从而实现自来水厂变频供水的自动控制。

1.3系统控制及原理

在自来水厂变频供水自动控制系统中，应该对供水工艺的要求进行明确。在变频系统起动时，应该先将水泵打开，之后将阀门打开。变频系统停止时，应该先将阀门关闭，之后将水泵关闭。对于自来水厂变频供水自动控制系统而言，还应该对自动化控制原理进行分析。首先，开泵。先接通主交流接触器，为变频调速器进行充容充电，一段时间后电机能够通过变频调速器进行起动，一般时间为15s，电动阀门在25s后即能够自动开启。其次，在变频供水系统自动控制运行时，能够借助于PID调节器将处理后的压力变送器信号传入到变频调速器中，从而对水泵转速进行有效的控制，实现水网压力的调节。最后，关泵。将电动阀门关闭后，能够使得变频调速器、电机进行自动关闭，主交流接触器经过10s后也能够主动断开。

二、变频节能技术在水厂中应用的重要性

在水处理行业中，普遍存在着用水量变化较大的问题，在不同的季节、不同的时段，用户用水的需求量有很大的差别，存在着明显的用水高峰特征，因此水处理厂供水系统的给水压力需要随用户的用水需求量变化而变化。在低峰时，如果水泵机组按高峰期的用水量运行，虽可通过调节阀门来满足用水需求，但供水能量损耗大，而且还会影响机组的正常运行。因此，根据用水需求自动控制水泵机组运行，且实现节能，是水厂自动化技术的一项重要内容，因此变频调速的恒压供水系统孕育而生。

变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电效率很高，几乎能将因设计冗余和用水量变化而浪费的电能全部节省下来。变频调速控制技术，是指以变频调速原理为基础，在保证供水可靠性的前提下，根据供水系统用水量的变化情况，自动调整水泵工况，使之始终尽可能地在高效区间内运行，以达到降低能耗、提高效率的目的。这一技术是比较科学，可靠性较高的一种调节水泵工况的方式。它具有调速精度高、功率因数高等特点，使用它可以提高产品质量、产量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪音，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。

变频器是一种以变频调速技术为基础通过改变频率来调整电机转速的工业装置。作为一种先进的调速装置，变频器不但调速范围广、可靠性高、操作与维护方便，而且节电效果明显。在水处理行业变频器具有广阔的发展前景，有关其应用研究也一直得到相关工程领域的重视。应用变频器来实现变频节能供水，可以采用恒压变量或变压变量两种方式来实现。恒压变量供水系统通过调整变频器转速（即供水流量）来保证供水压力不变，该系统技术比较成熟，应用广泛。变压变量供水系统则根据用户用水量的变化同时调整变频器转速（即供水流量）和供水压力，很明显该方案节能效果更好。但是由于水头损失等受各种因素影响，难以准确确定，实际应用的很少。

三、水厂变频供水系统供水装置设计

1、逻辑电子电路控制方式

这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱，但成本较低。

2、单片微机电路控制方式

这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。

3、带PID回路调节器和/或可编程序控制器（PLC）的控制方式

该方式下变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在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，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。

由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口处另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制器的输入信号，这样不但成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

4、新型变频调速供水设备

针对传统的变频调供水设备的不足之处，不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。

结束语

总之，变频供水方式从运行原理及运行过程分析方面探讨，可以看出此供水方式具有节能的优点，但具体问题需要具体分析，在变频恒压供水系统的设计过程中需要注意许多设计要点，否则无法取得预期的节能效果。

参考文献：

[1]黄立学.变频器应用技术及电动机调速.北京：人民邮电出版社，2014.

[2]严世煦.给水管网理论和计算.北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]张明.变频调速控制系统的设计与调试.山东：科学技术出版社，2014.