城鄉(xiāng)生活小區(qū)供水系統(tǒng)的改造分析

王勇

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們生活水平的逐步提高，功能不斷完善。對(duì)于一些中小城市在推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、促進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展方面有了新的探索及實(shí)踐，例如我們對(duì)生活小區(qū)供水的質(zhì)量、穩(wěn)定性等問題提出了越來越高的要求，針對(duì)我們生活供水系統(tǒng)的供水量是隨時(shí)間段變化而變化的，同時(shí)季節(jié)、晝夜相差很大的特點(diǎn)，導(dǎo)致用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高，因此要解決用水和供水的不平衡的矛盾。

關(guān)鍵詞：供水系統(tǒng)；PID；變頻；恒壓；環(huán)保；節(jié)能

一、背景介紹

我國中小城市及城鄉(xiāng)對(duì)供水的自動(dòng)化配置相對(duì)落后，傳統(tǒng)的方法是水箱和水塔或氣罐加壓方法，或是采用定時(shí)開關(guān)水泵或調(diào)節(jié)閥門開度，完全依靠值班人員對(duì)機(jī)組的控制，工作過程很煩瑣，而且手動(dòng)控制無法及時(shí)對(duì)供水管網(wǎng)的壓力和水位變化做出反應(yīng)。其結(jié)果往往容易造成水的二次污染、造成水質(zhì)不好，供水質(zhì)量變差，管網(wǎng)壓力波動(dòng)大，電能損耗大。為了確保供水的質(zhì)量，機(jī)組的控制系統(tǒng)經(jīng)常保持在超壓的狀態(tài)下運(yùn)行，爆損現(xiàn)象很嚴(yán)重，同時(shí)安全性能無法保證。

本論文結(jié)合目前的供水現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出了一套變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，主要用于中小城市供水系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)通過壓力傳感器的輸出隨時(shí)跟蹤管網(wǎng)的出口壓力，并將信號(hào)傳送給變頻器，變頻器依據(jù)實(shí)際壓力與設(shè)定理想壓力的變化，即用水量的變化情況，經(jīng)內(nèi)部PID運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)所控水泵的轉(zhuǎn)速，在保持恒壓情況下調(diào)節(jié)流量。在該系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵的性能曲線來實(shí)現(xiàn)的。另外在水泵的設(shè)計(jì)中，一般要留有一定的裕度，所以水泵在實(shí)際工作中是在額定流量下工作，根據(jù)水泵的特性曲線可知：當(dāng)流量Q減小時(shí)，水泵的揚(yáng)程H將升高，造成水泵揚(yáng)程高于管網(wǎng)要求的揚(yáng)程，這就出現(xiàn)了富裕揚(yáng)程?？朔辉P(yáng)程是節(jié)能降耗的關(guān)鍵。采用變頻器進(jìn)行調(diào)速可以改變水泵的運(yùn)行曲線，從而可以克服由于流量變化而產(chǎn)生的富裕流量。所以只要有一定的富裕揚(yáng)程，采用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)電是肯定的。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)適應(yīng)各種供水系統(tǒng)，節(jié)電率大約在20%- 40%。

三、系統(tǒng)構(gòu)成方式

該恒壓供水系統(tǒng)它的構(gòu)成方式我們可以把它分為兩類：

1. 以水池（水箱）為水源的二次加壓恒壓供水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式。正常的情況下，該系統(tǒng)從安裝在總管網(wǎng)出口處的壓力傳感器采集管網(wǎng)壓力，系統(tǒng)依據(jù)該反饋信號(hào)做出判斷，并對(duì)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速，調(diào)節(jié)水泵的出水量，滿足用戶的用水需求，達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，切換到手動(dòng)工頻狀態(tài)，以便水泵正常運(yùn)行。該控制方式又分兩種形式：（a）多泵恒壓供水固定方式控制系統(tǒng)。為了達(dá)到變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水常采用多泵并聯(lián)的供水模式。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，只需其中一臺(tái)泵是變頻泵，其余全是工頻泵，便可以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水系統(tǒng)中，變頻泵的出口流量是發(fā)生變化的，其中當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，可以做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變，并使之處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變的。隨著變頻泵的功率降低，多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)，可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。（b）多泵恒壓供水循環(huán)軟啟動(dòng)方式控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)恒壓，由一臺(tái)變頻器依次控制每臺(tái)水泵軟啟動(dòng)及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。該供水系統(tǒng)原理如上所述。不同之處為，變量泵達(dá)到水泵設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速以后，水壓如仍不能夠滿足所設(shè)定的恒壓值，那么該水泵自動(dòng)切換到工頻狀態(tài)，并指示下一臺(tái)為變量泵，運(yùn)行過程同前所述。

2. 循環(huán)水恒壓（恒流量）控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于熱水采暖系統(tǒng)之中，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，由變頻器固定控制一臺(tái)水泵，其余水泵以工頻方式自動(dòng)投入，通過調(diào)節(jié)恒定的壓力，來調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，從而達(dá)到節(jié)約熱能的效果。

四、系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

該供水系統(tǒng)具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：

1. 節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有優(yōu)良的節(jié)能效果，系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，在保持恒壓的前提下滿足用戶用水量的要求，大大提高了水泵電機(jī)和管網(wǎng)效率，比傳統(tǒng)的供水方式節(jié)能20%- 40%。

2. 壓力恒定。采用壓力傳感器來采集水壓信號(hào)（4- 20MA或- 5V），直接反饋到變頻器的控制口，通過設(shè)定好的壓力值、PID參數(shù)值，進(jìn)行PID運(yùn)算，適時(shí)自動(dòng)控制泵的切換操作。壓力數(shù)值可任意連續(xù)設(shè)定，穩(wěn)定時(shí)壓力控制精度〈- 1%。〉

3. 手/自動(dòng)兩種控制方式。在正常情況下采用全自動(dòng)控制方式，根據(jù)設(shè)定壓力及傳感器反饋的管網(wǎng)壓力經(jīng)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供水流量，在保持恒壓下滿足生產(chǎn)用水要求，整個(gè)過程全部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無須人來干預(yù)。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，可切換到手動(dòng)狀態(tài)使水泵正常運(yùn)行。壓力控制采用數(shù)字控制、智能調(diào)節(jié)。系統(tǒng)響應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定性好，操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

3. 循環(huán)軟啟動(dòng)。水泵電機(jī)循環(huán)軟起停，采用自補(bǔ)償切換技術(shù)，系統(tǒng)電器及機(jī)械沖擊小，能顯著處長(zhǎng)電控元件及水泵壽命。

4. “休眠”功能。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚、上班）情況，為了節(jié)能，ABB變頻器具有自動(dòng)睡眠功能即在無人用水的情況下，變頻在最低頻率運(yùn)行，如果持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定的睡眠延時(shí)，變頻器自動(dòng)停止工作。這樣既延長(zhǎng)了水泵和控制柜的使用壽命，又節(jié)約了能源。當(dāng)有人用水時(shí)，管道中的水壓發(fā)生變化，達(dá)到變頻器的喚醒值時(shí)，變頻器從休眠狀態(tài)喚醒，水泵繼續(xù)工作。

5. 全面保護(hù)功能和故障自診斷功能。對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)來說，不僅需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和軟啟動(dòng)的功能，并且系統(tǒng)設(shè)有無水保護(hù)裝置，在無水情況下，及時(shí)停泵并給出報(bào)警信號(hào)；同時(shí)系統(tǒng)對(duì)水泵電機(jī)的過流、過熱、欠壓、過壓及變頻器故障等均能自行診斷，及時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。

綜上所述，為了能夠最大程度地提高整個(gè)供水系統(tǒng)效率、延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源，常常我們采用自動(dòng)化程度較高的變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，占地面積小，自動(dòng)化程度高，操作控制方便等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張全莊.PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.2004：10.235—243