水廠恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用
1 引言
出廠水的恒壓供水是自來(lái)水生產(chǎn)流程中的重要一環(huán)，送水壓力的穩(wěn)定及精度與否直接影響到千家萬(wàn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(dòng)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。下面以揭陽(yáng)市第二水廠的送水泵房恒壓控制系統(tǒng)作分析。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(yáng)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(dòng)化儀表及計(jì)算機(jī)等組成了串級(jí)全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
泵房主要配備：1臺(tái)Telemecanique公司的PLC TSX8740、2臺(tái)施耐德公司的GD2377變頻器、2臺(tái)250KW的變頻泵、3臺(tái)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(jì)算機(jī)人機(jī)界面輸入到PLC中，PLC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的出廠水壓力值與實(shí)際出廠水壓力值之差，經(jīng)計(jì)算，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整出廠水壓力的作用，進(jìn)行閉環(huán)控制。并且安裝了就手動(dòng)與PLC自動(dòng)控制兩種運(yùn)行模式，通過MCC柜及現(xiàn)場(chǎng)控制柜可以切換。
根據(jù)市區(qū)實(shí)際用水情況，安裝了PC全自動(dòng)調(diào)節(jié)程序，各用水時(shí)段壓力調(diào)整如下：
時(shí)段 0--5 5--6 6--16 16--22 22--23 23--0
設(shè)定壓力（bar） 3.6 4 4.2 4.5 4.2 3.8
3變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
3.1變頻器選型設(shè)計(jì)
項(xiàng)目選用施耐德GD2377變頻器，具有如下應(yīng)用特點(diǎn)：
（1）降低電機(jī)啟動(dòng)電流和配電容量，避免增容投資。在電網(wǎng)上直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)方式時(shí)的40—50%。
（2）降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)用，減少直接起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖力和機(jī)械的磨損，延長(zhǎng)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的壽命。
（3）軟起動(dòng)、軟停機(jī)，具有過流保護(hù)、直流側(cè)欠壓過壓保護(hù)、模塊過溫保護(hù)、短路保護(hù)、環(huán)境溫度檢測(cè)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(dòng)復(fù)位、自動(dòng)重新啟動(dòng)功能，可以在故障解除或系統(tǒng)恢復(fù)后重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
3.2系統(tǒng)功能
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(jí)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(dòng)的影響，擾動(dòng)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(dòng)態(tài)偏差大為降低。
（2）由于副環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)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(jí)控制系統(tǒng)的控制性質(zhì)，還應(yīng)避免閉合副環(huán)進(jìn)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。
3.3自動(dòng)控制規(guī)則
（1）從計(jì)算機(jī)輸入壓力設(shè)定值（Pset）,啟動(dòng)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(dāng)變頻器頻率調(diào)至最大值（fmax）,而送水壓力仍小于設(shè)定值Pset時(shí)，則變頻器頻率調(diào)至最小值(fmin),同時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
即f = fmax 時(shí)，Pout ＜ Pset ，則f = fmin , 啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
（3）當(dāng)變頻器頻率調(diào)至最小值（fmin),而送水壓力（Pout）仍大于設(shè)定值（Pset）時(shí)，則停止一臺(tái)定速泵運(yùn)行，同時(shí)將變頻器頻率上調(diào)。
最大、最小轉(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(jì)算，變頻器的最大頻率為50Hz，最小頻率為40Hz，即為最大轉(zhuǎn)速的80—100%。
全電壓起動(dòng)與變頻起動(dòng)的效果對(duì)比：
在全拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ：
TJ =Tm － TL
根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性，可知水泵在直接起動(dòng)過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ的大小如陰影部分所示，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(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少。在停機(jī)過程中，同樣可以通過對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。
4結(jié)束語(yǔ)
在現(xiàn)代自動(dòng)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。
出廠水的恒壓供水是自來(lái)水生產(chǎn)流程中的重要一環(huán)，送水壓力的穩(wěn)定及精度與否直接影響到千家萬(wàn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(dòng)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。下面以揭陽(yáng)市第二水廠的送水泵房恒壓控制系統(tǒng)作分析。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(yáng)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(dòng)化儀表及計(jì)算機(jī)等組成了串級(jí)全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
泵房主要配備：1臺(tái)Telemecanique公司的PLC TSX8740、2臺(tái)施耐德公司的GD2377變頻器、2臺(tái)250KW的變頻泵、3臺(tái)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(jì)算機(jī)人機(jī)界面輸入到PLC中，PLC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的出廠水壓力值與實(shí)際出廠水壓力值之差，經(jīng)計(jì)算，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整出廠水壓力的作用，進(jìn)行閉環(huán)控制。并且安裝了就手動(dòng)與PLC自動(dòng)控制兩種運(yùn)行模式，通過MCC柜及現(xiàn)場(chǎng)控制柜可以切換。
根據(jù)市區(qū)實(shí)際用水情況，安裝了PC全自動(dòng)調(diào)節(jié)程序，各用水時(shí)段壓力調(diào)整如下：
時(shí)段 0--5 5--6 6--16 16--22 22--23 23--0
設(shè)定壓力（bar） 3.6 4 4.2 4.5 4.2 3.8
3變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
3.1變頻器選型設(shè)計(jì)
項(xiàng)目選用施耐德GD2377變頻器，具有如下應(yīng)用特點(diǎn)：
（1）降低電機(jī)啟動(dòng)電流和配電容量，避免增容投資。在電網(wǎng)上直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)方式時(shí)的40—50%。
（2）降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)用，減少直接起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖力和機(jī)械的磨損，延長(zhǎng)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的壽命。
（3）軟起動(dòng)、軟停機(jī)，具有過流保護(hù)、直流側(cè)欠壓過壓保護(hù)、模塊過溫保護(hù)、短路保護(hù)、環(huán)境溫度檢測(cè)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(dòng)復(fù)位、自動(dòng)重新啟動(dòng)功能，可以在故障解除或系統(tǒng)恢復(fù)后重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
3.2系統(tǒng)功能
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(jí)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(dòng)的影響，擾動(dòng)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(dòng)態(tài)偏差大為降低。
（2）由于副環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)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(jí)控制系統(tǒng)的控制性質(zhì)，還應(yīng)避免閉合副環(huán)進(jìn)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。
3.3自動(dòng)控制規(guī)則
（1）從計(jì)算機(jī)輸入壓力設(shè)定值（Pset）,啟動(dòng)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(dāng)變頻器頻率調(diào)至最大值（fmax）,而送水壓力仍小于設(shè)定值Pset時(shí)，則變頻器頻率調(diào)至最小值(fmin),同時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
即f = fmax 時(shí)，Pout ＜ Pset ，則f = fmin , 啟動(dòng)一臺(tái)定速泵。
（3）當(dāng)變頻器頻率調(diào)至最小值（fmin),而送水壓力（Pout）仍大于設(shè)定值（Pset）時(shí)，則停止一臺(tái)定速泵運(yùn)行，同時(shí)將變頻器頻率上調(diào)。
最大、最小轉(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(jì)算，變頻器的最大頻率為50Hz，最小頻率為40Hz，即為最大轉(zhuǎn)速的80—100%。
全電壓起動(dòng)與變頻起動(dòng)的效果對(duì)比：
在全拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ：
TJ =Tm － TL
根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性，可知水泵在直接起動(dòng)過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ的大小如陰影部分所示，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(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減少。在停機(jī)過程中，同樣可以通過對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。
4結(jié)束語(yǔ)
在現(xiàn)代自動(dòng)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。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
你可能感興趣的文章
服務(wù)咨詢