靈武礦區(qū)供水公司水泵站變頻控制應(yīng)用

【摘要】寧夏煤業(yè)集團(tuán)靈武礦區(qū)水電分公司，位置位于寧東鎮(zhèn)，主要負(fù)責(zé)寧東中心區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)及該區(qū)域的日常生活用水，日最大供水能力為8000m3/h，為工業(yè)及生活用水公用管道，公司供水二級泵站采用泵站為半地下式，水泵為IS型單極雙吸臥式離心泵，均采用PLC控制系統(tǒng)，隨寧東鎮(zhèn)工業(yè)的發(fā)展，及常駐人口的增加，日供水能力增大，供水管網(wǎng)壓力波動大，造成PLC控制系統(tǒng)無法適應(yīng)，切合實際情況，對原有PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。對水泵運行采用增設(shè)變頻器恒壓控制系統(tǒng)，在3#水泵裝設(shè)一臺PWM控制變頻器變頻器，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力供水的平穩(wěn)，解決了實際操作困難。

【關(guān)鍵詞】供水；PLC；變頻；供水壓力；平穩(wěn)

一.工藝概述

寧夏煤業(yè)集團(tuán)靈武礦區(qū)水電分公司，位置位于寧東鎮(zhèn)，主要負(fù)責(zé)寧東中心區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)及該區(qū)域的日常生活用水，日最大供水能力為8000m3/h，為工業(yè)及生活用水公用管道，公司供水二級泵站采用泵站為半地下式，水泵為IS型單極雙吸臥式離心泵，均采用PLC控制系統(tǒng)。實現(xiàn)管網(wǎng)壓力供水的平穩(wěn)，解決了實際操作困難

二.主要存在問題

近幾年，隨寧東鎮(zhèn)工業(yè)的發(fā)展，及常駐人口的增加，日供水能力增大，供水管網(wǎng)壓力波動大，造成PLC控制系統(tǒng)無法適應(yīng)。

1、PLC控制原理

在現(xiàn)場控制層，現(xiàn)場各設(shè)備信號輸入PLC的開關(guān)量輸入模塊（DI模塊），PLC的CPU通過邏輯運算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為控制信號，由開關(guān)量輸出模塊（DO模塊）輸出信號，控制各泵動作。另外通過超聲波液位計對清水池的水位進(jìn)行測量，并將所測的數(shù)據(jù)傳輸至PLC的模擬量輸入模塊（AI模塊），PLC模擬量進(jìn)入儀表控制室計算機(jī)轉(zhuǎn)換為液位等信號，進(jìn)行顯示，操作工通過計算機(jī)對現(xiàn)場水泵出水閥門及其他閥門進(jìn)行控制。

2、靈武礦區(qū)供水公司水泵站PLC控制

主要控制設(shè)備為四臺IS型單極雙吸臥式離心泵水泵，編號如上圖依次編號。一臺超聲波液位計，用于測量實時清水池液位。

根據(jù)供水總管壓力，通過PLC控制水泵自動啟動，具體如下：水泵1#、2#、3#工頻運行，綜合管網(wǎng)壓力設(shè)置儀表壓力計（采用CY-YZ-1001型絕對傳感器）。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，輸出電壓為0～5V，作為反饋信號供給PLC。

PCL將信號轉(zhuǎn)換成壓力參數(shù)，傳輸至儀表控制計算機(jī)顯示，操作人員根據(jù)管網(wǎng)反饋壓力參數(shù)，對水泵出口電動蝶閥進(jìn)行控制，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的調(diào)整。

3、存在問題

由于日供水能力增大，供水管網(wǎng)壓力波動大，造成PLC控制系統(tǒng)無法適應(yīng)，主要表現(xiàn)：

（1）用戶用水日變化明顯，水泵啟動頻繁，原有PLC控制只能控制水泵的開啟及停止，管網(wǎng)壓力的調(diào)整的只能通過控制水泵出口電動閥門開度。

（2）水泵轉(zhuǎn)速為滿負(fù)荷運行，頻繁壓力的調(diào)整，及水泵開停，造成耗電量大，運行陳本高。

（3）管網(wǎng)壓力波動大，壓力波動頻繁，操作工操作頻繁，壓力不平穩(wěn)，造成管網(wǎng)爆管等事故發(fā)生，影響城市的供水。

三、技術(shù)改進(jìn)

切合實際情況，對原有PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。對水泵運行采用增設(shè)變頻器恒壓控制系統(tǒng)，在3#水泵裝設(shè)一臺PWM控制變頻器變頻器。實施方案如圖所示：

通過增設(shè)變頻器，實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的變頻控制，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力供水的平穩(wěn)，解決了實際操作困難，變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變速運行的設(shè)備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的變頻控制，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力供水的平穩(wěn)，解決了實際操作困難。

四、總結(jié)

隨著工業(yè)的發(fā)展，城市供水量日變化、年變化越來越明顯，原有的供水設(shè)計已經(jīng)不能滿足時代的腳步，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)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。

同時傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命；后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。

而采用PLC技術(shù)及變頻調(diào)速式的運行方式，十穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。

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作者簡介

姓名：姜福祥，性別：男，出生年月：1964年5月10日，現(xiàn)職稱：工程師，籍貫：寧夏中衛(wèi)市，研究方向：礦山機(jī)電方向（煤礦）