變頻器在自動化水廠中的應(yīng)用

許雙利

【摘 要】本篇文章首先對變頻器的概念和應(yīng)用特點(diǎn)作了簡要介紹；隨后對變頻技術(shù)與變頻器在自動化水廠中的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究；最后得出結(jié)論：在自動化水廠中的生產(chǎn)過程中使用變頻器，可以有效降低機(jī)械設(shè)備的損耗，改善生產(chǎn)車間的作業(yè)條件，并提高水廠的供水效率，保證水廠的實(shí)時(shí)供水質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】變頻器；變頻技術(shù)；自動化水廠；水廠供水；應(yīng)用

日常生活中常提到的實(shí)時(shí)供水量，其實(shí)就是指水資源的實(shí)際使用量，它會隨著外部使用環(huán)境的變化而變化。有時(shí)候，當(dāng)人們需要大量的水資源來輔助生產(chǎn)或進(jìn)行其他操作時(shí)，實(shí)時(shí)供水量在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的巨大變化，會打破供水水壓原先所保持的穩(wěn)定狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候，如果水廠的供水管理工作出現(xiàn)的問題，那么就極有可能發(fā)生供水故障，對人們的生產(chǎn)、生活用水產(chǎn)生影響。為了避免類似于這樣的供水故障發(fā)生，相關(guān)研究人員研發(fā)探究出了變頻技術(shù)，并在其技術(shù)之上制作生產(chǎn)出能夠有效提高供水效率和質(zhì)量的電力控制裝置，即變頻器。

1.變頻器

1.1變頻器的概念

變頻器，指一種電力設(shè)備控制裝置，它的定義是：一種可以對電源電壓進(jìn)行調(diào)整，對電流頻率進(jìn)行改變的電氣設(shè)備。變頻器是科學(xué)發(fā)展下，變頻技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。過去的變頻器在使用時(shí)多被包含在電動發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備中，并不能獨(dú)立進(jìn)行作業(yè)，而伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，今天的變頻器在使用時(shí)已經(jīng)可以完全脫離各種電氣設(shè)備，單獨(dú)進(jìn)行使用。目前，變頻器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備和家用電氣設(shè)備中。

1.2變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)

變頻器的應(yīng)用范圍比較廣泛，當(dāng)其應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備或電氣設(shè)備中時(shí)，可以起到良好的節(jié)電節(jié)能作用。供水行業(yè)使用變頻器的目的是為了避免和解決供水故障，從而達(dá)到提高水廠供水質(zhì)量水平的目的。總的來說，變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)主要有：其對電能的耗損率極低，且還可以將某些因用量變化而浪費(fèi)的電能儲存與節(jié)約下來，在節(jié)約電能的同時(shí)，也提高了電能的利用率；由于其具有調(diào)整電源電壓，改變電流頻率方式的功能，因此在應(yīng)用時(shí)它可以有效提高水廠的供水效率，并且可以根據(jù)用水季節(jié)的不同而自動調(diào)整電流頻率，實(shí)現(xiàn)平衡管網(wǎng)供水水壓的功能；此外，變頻器的使用還可在一定程度上降低供水系統(tǒng)中設(shè)備的損耗率，減少機(jī)械運(yùn)作期間的噪音，在滿足了水廠生產(chǎn)工藝要求的基礎(chǔ)上，還可有效改善生產(chǎn)車間的勞動環(huán)境。

2.水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理

水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要通過為水泵電動機(jī)提供頻率可變的供電電源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水泵電動機(jī)的無極調(diào)速，最終依照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓自動化地連續(xù)變化。該系統(tǒng)裝配有管網(wǎng)水壓傳感設(shè)備，水廠工作人員能夠根據(jù)實(shí)際需求情況，利用PLC（可編程邏輯控制器）對壓力值進(jìn)行預(yù)先設(shè)定；同時(shí)，管網(wǎng)水壓力傳感器可以將壓力值反饋信號傳輸至PLC，PLC借助于PID控制程序計(jì)算之后發(fā)出轉(zhuǎn)速控制信號指令傳輸給變頻器。PLC通過轉(zhuǎn)速控制信號控制水泵轉(zhuǎn)速，因而PLC是整個(gè)水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制中樞。

縱觀我國目前的自動化水廠生產(chǎn)情況，通常情況下，為了維持供水的可靠性和提高供水服務(wù)質(zhì)量，自動化水廠都會在生產(chǎn)車間設(shè)置兩臺水泵，這兩臺水泵均由變頻恒壓設(shè)備控制，并在兩臺水泵中分別配置一臺變頻器或變頻設(shè)備，兩臺水泵中，其中一臺水泵用于工作，另一臺則用作備用。當(dāng)水廠需要為用戶提供水源時(shí)，用于工作的，且配裝有變頻設(shè)備的那臺水泵便會首先運(yùn)作起來，當(dāng)其工作到一定時(shí)間后，如果管網(wǎng)中的供水水壓持續(xù)上升，且達(dá)到了預(yù)定值時(shí)，PLC將會對水泵中的變頻設(shè)備發(fā)出指令，使其利用自身功能降低電源的輸出頻率，從而達(dá)到讓水泵保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。如果水廠的供水量持續(xù)減少，那么PLC將下達(dá)關(guān)閉備用水泵的指令；另外一種情況，如果管網(wǎng)的供水水壓持續(xù)降低，降至了規(guī)定的最低壓力時(shí)，PLC將對變頻器下達(dá)提高電源輸出頻率的指令，從而使水泵處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這時(shí)候，如果供水量持續(xù)增加，將會開啟備用水泵，以滿足水廠的供水需求。

3.變頻技術(shù)與變頻器在水廠供水中的應(yīng)用

交流電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的成熟使得PLC和變頻調(diào)速結(jié)合得更加緊密，能夠?yàn)樗畯S發(fā)揮的積極作用更加明顯。水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)具有操作簡單、高可靠性、高抗干擾性、供水壓力恒定以及節(jié)能高效的優(yōu)勢；同時(shí)，借助于對該系統(tǒng)的更深入應(yīng)用，水廠可以實(shí)現(xiàn)無人值守；另外，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多臺水泵的軟啟動以及軟停車，將傳統(tǒng)操作方式容易導(dǎo)致的管網(wǎng)水錘效應(yīng)降到最低；借助于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對水泵機(jī)房的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)維護(hù)和遠(yuǎn)程控制，拓展變頻器的操作靈活性并提高其工作可靠性。

3.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改善

供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場控制層、控制主干層以及管理層三個(gè)部分。若系統(tǒng)采用DCS（分布式控制系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)難度比較低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多級控制模式，功能雖然分散，但是系統(tǒng)的可靠性得到了提高，水廠的控制主干層通訊利用以太網(wǎng)進(jìn)行。另外，現(xiàn)代化管理的發(fā)展趨勢也應(yīng)該是水廠當(dāng)前需要考慮的重要問題：水廠的管理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該包括中心控制室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，水廠采集的各種數(shù)據(jù)都被輸入到管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的服務(wù)器當(dāng)中；生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)均被存放于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并能夠?qū)λ畯S的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；另外服務(wù)器采用雙硬盤配置，提高了數(shù)據(jù)安全性；客戶端和服務(wù)器采用100Mb網(wǎng)卡，提高信息的傳輸速度。

3.2變頻技術(shù)與變頻器可在水廠供水中的應(yīng)用

變頻技術(shù)與變頻器具有非常高的節(jié)電率，其節(jié)能降耗效果顯著，不僅能夠節(jié)省水廠冗余設(shè)計(jì)所導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，而且還因?yàn)楣β室驍?shù)和調(diào)速精度高等獲得更加良好的運(yùn)行效益。變頻技術(shù)可在減低設(shè)備與物料的損耗、降低機(jī)械噪聲和損耗的同時(shí)，也能夠有效提高供水的質(zhì)量與數(shù)量，滿足生產(chǎn)工藝的動態(tài)要求。

4.結(jié)束語

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市人口的聚集密度逐漸增大，其生活用水與生產(chǎn)用水的需求量也隨之不斷增大，這便對城市供水提出的新要求和新挑戰(zhàn)。在這樣的宏觀背景之下，如果自動化水廠的供水設(shè)備與生產(chǎn)工藝還停留在原先的水平之上，那么必然會造成能源的大量浪費(fèi)，不利用我國節(jié)能減排工作的開展。因此，為了滿足水廠的生產(chǎn)工藝要求，勢必要采用和推廣變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器的節(jié)能功能推動我國供水技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]汪光燾.城市供水行業(yè)2000 年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃，1993.

[2]宛如意.大功率水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)廵用技術(shù)分析.城鎮(zhèn)供水，1997，（4）.

[3]顏浩，宛如意.變頻調(diào)速在供水行業(yè)的應(yīng)用[J].給水排水，1999，（9）：202-221.

[4]永成，閻長芷，李茂成.PLC在變頻調(diào)速多泵并聯(lián)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].控制工程，2002（11）：41-43.