【正文】 性，曲線 2是水泵的機(jī)械特性，陰影部分是動態(tài)轉(zhuǎn)矩 T (即兩者之差 ). 由圖 “可知，水泵在直接啟動過程中，拖動系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如陰影 部分所示，是很大的。供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動與變頻啟動的對比表如表 。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺 乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的 小容量場合。同時由于 P比 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng) 的可靠性大大提高。 (2)液位信號 :它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。 2)變頻固定式 :變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺 恒速水泵，變頻器不做切換，變 頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇。由于本系統(tǒng)能適用于 不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機(jī)過載、 變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報 警量進(jìn)行監(jiān)測，由 P比 判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要 的損失。該控制方案的控制原理見圖 。 2臺水泵中， 1臺是由變頻器供電的變速泵，另外 1臺為普通交流電壓供電 的定速泵。按照先啟動先停 止，后啟動后停止的原則運行，使水泵能循環(huán)運行，通過可編程序控制器的編程， 使各臺水泵的運行概率相同，避免出現(xiàn)某臺水泵經(jīng)常工作，而其他水泵經(jīng)常停歇， 甚至受潮和生銹的情況 I32H3slo 1水壓控制流程 在變頻恒壓供水中，整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的輸入信號的 狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過變頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對水泵組進(jìn)行控制實現(xiàn) 恒壓供水的目的。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展， PID控制算法己能在微機(jī)上 簡單地實現(xiàn)。否則，單用比例調(diào)節(jié)器會產(chǎn)生靜態(tài)誤差‘靜差 ) TI必須根據(jù)控制的具體要求來選定。自從微機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以 來，只要對式 ()所示模擬 PID控制 規(guī)律，作適當(dāng)?shù)慕谱儞Q，以適合微機(jī)運算，就可以用軟件來實現(xiàn) PID調(diào)節(jié) .這 樣就提供了更大的靈活性，從而在微機(jī)控制中得到廣泛的應(yīng)用。為此，還可以將式 ()改寫成另外一種形 式 : 總之，增量式算法只需要保留現(xiàn)時以前三個時刻的偏差值即可。 目前多數(shù)的 PLC一般都具有 PID模塊或 PID指令，能實現(xiàn) PID控制功能。另外，變頻器的 輸出頻率不能 夠為負(fù)值，最低只能是 OHz。假設(shè)這一 段時間內(nèi)用戶的用 水狀況保持不變 (其實在一個穩(wěn)定的供水時段可以看作這種情況 )，那么按照要求 停掉了一個工頻狀態(tài)下運行的機(jī)組之后，機(jī)組的整體運行情況與增加運行機(jī)組之 前完全相同 .可以預(yù)見，如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的 機(jī)組將一直這樣投入一切出，再投入 ~再切出地循環(huán)下去?？紤]到只有當(dāng)變頻器的輸 出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限 頻率 時不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進(jìn)行判別如圖 3_7表示 即 :如果變頻器的輸出為上限頻率，則只有當(dāng)實際的供水壓力低于比設(shè)定壓 力小△ P 故 的時候才允許進(jìn)行機(jī)組增加 :如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng) 實際的供水壓力高于比設(shè)定壓力大△ P故 的時候才允許進(jìn)行機(jī)組的減少。如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的 滿足只是暫時的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。但在白天供水高峰，通常供水量會達(dá)到 1000立方米以上。在實際操作中，由于操作中有時采用了人工機(jī)組切換方式對供水量和供 水壓力進(jìn)行控制，機(jī)組切換中，就會造成壓力值的短時損失，從而影響供水 . 經(jīng)實測，第一水廠 Y315電機(jī)啟動電流在 1200A以上， Y280s 電機(jī)啟動電流 在 500A 以上，對電機(jī)具有一定的沖擊作用。 早期國內(nèi)變頻器價格偏高，隨著小容量低壓變頻器在國內(nèi)的量產(chǎn)，價格己逐步下降，目前 300kw 左右的國產(chǎn)低壓變頻器價格一般均在 10萬元以下，進(jìn)口變 頻器價格一般要高 1一 2倍，考慮到第一水廠變頻恒壓供水改造為主力水廠進(jìn)行變 頻改造試驗的性質(zhì)，采用性能成熟的國產(chǎn)低壓變頻器更具經(jīng)濟(jì)價值，也是第一水 廠所能接受的 . 從第二章的分析可以看出，變頻供水具有良好的節(jié)能效果，按目前第一水廠 平均每日機(jī)泵切換次數(shù)為 3~4次，掩閥次數(shù)為 3~4次，所掩閥時間大約每日在 3碑 小時，掩閥水量約為額定流量的 80%。 (1)供水環(huán)境的變化一直比較難以長期掌握，第一水廠供水量在改造后有可 能發(fā)生變化導(dǎo)致電機(jī)運行方式發(fā)生變化，從而影響變頻恒壓供水的使用效果。 在變頻電機(jī)選擇上，考慮第一水廠作為全城的輔助水廠，在每天夜 間會停機(jī)， 并在啟機(jī)后會有較長時間采用較小流量補水，這時采用小功率電機(jī)變頻，電機(jī)功 率相對會低一些，因此，從經(jīng)濟(jì)與實用角度，采用變頻一拖二，帶一臺 Y315/160kw 電機(jī)和一臺 Y2805刀 skw 電機(jī)，既可以滿足最大供水量要求，也可以解決小流量 時電耗問題，是比較適宜的變頻機(jī)泵選擇方案。而 LS()倍的 額定電流，可持續(xù)眾 sn血。因而 得用下式來計算變頻器的頻定電流。②電動機(jī)的啟動要求。③ 額定視在功率。 第一水廠日常主供機(jī)組有三臺，備用電機(jī)有一臺，可以采用的變頻方式有一 拖二 (即一臺變頻器帶二臺電機(jī) )、一拖三、一拖四三種。如果以第一水廠電價。 供水行業(yè)作為特殊行業(yè)，在采用新技術(shù)的同時，對技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性也有 較高要求，變頻恒壓供水技術(shù)雖然出現(xiàn)時間不長，但 20 世紀(jì) 90年代，變頻器大規(guī) 模進(jìn)人中國后，發(fā)展迅速，技術(shù)上己逐步成熟 .目前國內(nèi)有 90多個品牌的變頻器， 產(chǎn)品主要為 :來自日本的廠家如三菱、富士、東芝、安川、日立和松 下等，歐洲的西 門子、 ABB、施耐德等。 3)在供水量超過 900立方米時，根據(jù)操作人員不同，采用兩種方式，一種是 一臺 Y315LI一 4/160kw電機(jī)帶動 300558水泵加上采用一臺 Y280s一胡 skw電機(jī)帶 動 250539水泵供水，另一種兩臺 y315LI一 /160kw 電機(jī)帶動 300555水泵供水， 在小時流量在 1100立方米以下時，操作人員采取了掩閥的運行方式。 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 4， 1樂山市第一水廠的現(xiàn)況 樂山市第一水廠為樂山城市北部的一個供水廠，設(shè)計供水能力 3萬立方淞 日，是典型的中小供水廠，第一水廠曾是樂山老城區(qū)的供水主力水廠，隨著城市 的發(fā)展，第一水廠的供水地位有所下降，目前主要承擔(dān)輔助性供水任務(wù)，日供水 量在 1一 2萬立方米，合理供水壓力在 ~04MPa之間 .小時供水量在 500、 1000 立方湘小 時，夜間 1一 2時會停機(jī)，重新啟動后有 2一 3小時的小流量補水運行，這 時的流量在 100一 400立方湘小時。 這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足，造成 判斷上的失誤，引起機(jī)組切換的誤操作。 對于第二個判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。 首先把上面的判別 條件簡寫如下 : 對于第一個判別條件，可能出現(xiàn)這種情況 :輸出頻率達(dá)到上限頻率時，實際 供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。那么何時進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機(jī) 組不過于頻繁的切換 ? 盡管通用變頻器的 頻率都可以在 60Hz甚于上百 Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它 用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。 (3)PID算法的 P比實現(xiàn) PID控制是一種負(fù)反饋控制，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過負(fù)反 饋作用使被控系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 式 (3， 3)表示的控制算法是直接按定義計算的 .它直接給出了全部控制量的大 小，所以稱為直接全量式 (或稱位置式 )PID控制算法。因此微分作用的加入有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。因此，即使不加上適當(dāng)?shù)目? 制常量 u。一 y構(gòu)成控制偏差，為 PID控制器的輸入， u為 PID控制器的 輸出，也是被控對象的輸入。 PD 的 算法和實現(xiàn)將在 3一 ，電機(jī)的增減控制算法在將在 析。 此時又需要啟動 1臺定速泵，由 1臺變速泵與 1臺定速泵同時工作，循環(huán)往復(fù)。 當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則 2 號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此 時，通過控制系統(tǒng)的控制， 2 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4. 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有 1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系 統(tǒng)的控制， 2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 1號 泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4。 值得一提的 是，在國外或國內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺變頻器只帶一臺水泵的運行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時配備了多臺變頻器配多臺水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國內(nèi)水泵站常用的一臺變頻器控制單臺水泵的工作方式是完全不一樣的。人機(jī)界面還可以對系統(tǒng)的運 行過程進(jìn)行監(jiān)視，對報警進(jìn)行顯示。 (3)報警信號 :它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是 否 有異常，該信號為開關(guān)量信號。 (2)恒速泵 :水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而 調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進(jìn)行定量的補充 . 此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會增設(shè)附屬小泵，它只運行于啟、停兩種工作狀 態(tài)，用以在用水量很小的情況下 (例如 :夜間 )對管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補充 . 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報警信號 : (l)水壓信號 :它反映的是 用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反 饋信號。 (3)通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制卜人機(jī)界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。 3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、 變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成 .系 統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利 用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒 定和水泵電機(jī)的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù) 進(jìn)行傳輸。 水錘效應(yīng)的消除 .無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件 。 這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的另外一個方面 1川 4311. 圖 “兩種常見調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和常見變頻器的 效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低 (例 如 :額定轉(zhuǎn)速時效率 ， 75%轉(zhuǎn)速時效率約 ， 20%轉(zhuǎn) 速時效率約 019)，而 變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高 (例如 :額定轉(zhuǎn)速時效率住 97，了 5%以上 轉(zhuǎn)速時效率大于 ， 20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于 )。 據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值 (1)水泵工作效率的近似計算公式 丫的近似計算公式如 (): 流量和轉(zhuǎn)速的相對值 : (2)不同控制方式時的工作效率 由式 (，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流 量時，由于轉(zhuǎn)速不變， n’ =1，比值 ，可見，隨著流量的減小，水泵 工作的效率降低十分明顯。 閥門控制法的實質(zhì)是 :水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻 力大小來強行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的要求。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一 個動態(tài)的變化之中，依靠對頻率的調(diào)節(jié)來動態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管 網(wǎng)中的壓 力恒定。水泵在正常工作時，動能的變化相對較小。 軸功率 (幾 ):水泵軸上的輸入功率 (電動機(jī)的輸出功率 )，或者說是水泵取用的 功率。 確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算 法的依據(jù)。此外，變極電動機(jī) 在變速時電力必須瞬間中斷，不能進(jìn)行熱態(tài)變換，因 此在變速時電動機(jī)有電流沖 擊現(xiàn)象發(fā)生 .高壓電動機(jī)若需進(jìn)行頻繁地切換變速時，則其切換裝置的安全可靠 性尚需進(jìn)一步完善提高。電磁調(diào)速電動機(jī)的主要優(yōu) 點是 :可靠性高，只要把絕緣處理好，就能長期無檢修運行 。 調(diào)速型液力禍合器用于葉片式水泵的變速調(diào)節(jié)時，主要具有以下優(yōu)點 :可以 輸出連續(xù)的、無級的、變化的轉(zhuǎn)速 。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量 調(diào)節(jié)方式取代。缺點是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié) 方式所取代。所以，水 泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線 或二者同時改變來實現(xiàn)的。 電動機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來選擇，盡量使電動機(jī)在額定負(fù)載下運行。以中小水廠供水 環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū) 和