【正文】 供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣 技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控 。同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表 現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過(guò)許多供水方式。以下就逐一分析。 (1)一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng) 這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶(hù)，有的甚至連蓄水池也沒(méi)有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、 造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 (2)恒速泵加水塔的供水方式 這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶(hù)供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿(mǎn)后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開(kāi)、停時(shí)間比、開(kāi)、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 37 頁(yè) 地面積也最大 。水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要 。而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問(wèn)題。而且在使用過(guò)程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話(huà)，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開(kāi)、停，這樣水泵的開(kāi)、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。 (3)恒速泵加高位水箱的供水方式 這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò) 大，所以供水范圍較小。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。 (4)恒速泵加氣壓罐供水方式 這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水 質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點(diǎn)。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵 在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。同時(shí)水泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì)造成一定的能耗。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。 (5)變頻調(diào)速供水方式 這種系統(tǒng)的原理是通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過(guò)控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無(wú)論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯 的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來(lái)的。在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿(mǎn)足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控 制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn) ； 有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開(kāi)放性等多 方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)能達(dá)到所有用戶(hù)的要求。 艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán) (森蘭變頻器 )也推出恒 壓供水專(zhuān)用變頻器 ()，無(wú)需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多 4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于 小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。 課題來(lái)源及本文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題來(lái)源于生產(chǎn)、生活供水的實(shí)際應(yīng)用。 本系統(tǒng)是 三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)， 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速。該系統(tǒng)可以 生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè) 2 恒壓供水系統(tǒng) 的分析 PLC控制的恒壓供水泵站如圖 21所示，市網(wǎng)自來(lái)水用高低水位控制器 EQ控制注水閥 YV1，自動(dòng)把水注滿(mǎn)蓄水池。只要水位 低于 高水位，則自動(dòng)往水箱注水。 水池的低水位信號(hào)也直接送給 PLC做為低水位報(bào)警信號(hào)。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下傳感器高低距離較小。生活用水和消防用 水 的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2得 電 ，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。 恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器 為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購(gòu)變 頻器的費(fèi)用較高。 所以本系統(tǒng)采用 另一種方案是 三 臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。 其余水泵工頻運(yùn)行，以滿(mǎn)足不同用水量的需求。 圖 21 PLC控制的恒壓供水 泵站 三臺(tái)泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本功能為： 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) (1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值 運(yùn) 行，消防供水時(shí)高 恒 壓值 運(yùn) 行 。 (2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開(kāi)先停 ”的原則接 入 和退出。 (3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò) 3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 (4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。 (5)要有完善的報(bào)警功。 (6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 設(shè)計(jì) 交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠(chǎng)送出的交流電的頻 率是恒定不變的，在我國(guó) 是每秒 50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 PfN 11 60? （