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1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為緩解生產(chǎn)環(huán)境，某公司投資清潔水技改安裝工程并完工一座福特水2.5萬頓的自來水系統(tǒng)，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和低位魚池。依照公司用水需求特性，從抽水泵系統(tǒng)進(jìn)來的水一部份直接供給生產(chǎn)用水部委，一部份則需通過加壓泵輸送到低位魚池，而供給生產(chǎn)用水部委的水壓與供給低位池子的水壓相差較大。同時(shí)低位魚池距抽水水廠較遠(yuǎn)達(dá)十多公里，低位池子的差壓高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及怎樣與抽水泵系統(tǒng)“聯(lián)動(dòng)”也是較難解決的。

鑒于以上特征，從技術(shù)靠譜和經(jīng)濟(jì)實(shí)用視角綜合考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了用PLC控制與變頻器控制相結(jié)合的手動(dòng)恒壓控制自來水系統(tǒng)，同時(shí)通過主水管道壓力傳遞較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng)“遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)”的控制目的。

2、系統(tǒng)方案

系統(tǒng)主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的變頻器、施耐德公司的軟啟動(dòng)器、電機(jī)保護(hù)器、數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成(見圖1)。

2.1抽水泵系統(tǒng)

整個(gè)抽水泵系統(tǒng)有150KW深井泵馬達(dá)四臺(tái)，90KW深井泵馬達(dá)兩臺(tái)，輔以變頻器循環(huán)工作模式，六臺(tái)水泵均可設(shè)置在變頻模式下工作。選用一臺(tái)150KW和一臺(tái)90KW的軟起動(dòng)150KW和90KW的變壓器。當(dāng)變頻器工作在50HZ，管網(wǎng)壓力始終高于系統(tǒng)設(shè)定的下限時(shí)，軟起動(dòng)器便手動(dòng)起動(dòng)一臺(tái)水泵投入到單相運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到高限時(shí)，手動(dòng)停掉單相運(yùn)行水泵。一次主電路接線示意圖見圖2所示。

系統(tǒng)為每臺(tái)水泵搭載馬達(dá)保護(hù)器，是由于馬達(dá)功率較大，在缺相、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機(jī)空轉(zhuǎn)等狀況下為確保馬達(dá)的良好使用條件，達(dá)到延長(zhǎng)馬達(dá)的使用壽命的目的。

系統(tǒng)搭載水位顯示儀表，可進(jìn)列寬高位報(bào)案，同時(shí)通過PLC可確保取水在合理水位的氨氮監(jiān)控，同時(shí)也保護(hù)馬達(dá)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)載荷。

系統(tǒng)搭載流量計(jì)，既能顯示一段時(shí)間的累積流量，又能顯示瞬時(shí)流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺(tái)泵的出水流量監(jiān)控。

2.2公司內(nèi)不同壓力自來水需求的解決

為穩(wěn)定靠譜地滿足公司內(nèi)部分區(qū)域自來水太力(0.4~0.45Mpa)高于經(jīng)理網(wǎng)水壓力(0.8~0.9Mpa)的要求，搭載穩(wěn)壓減壓閥來調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為0.1~0.8Mpa。

2.3加壓泵系統(tǒng)

因?yàn)槌樗畯S距離低位魚池較遠(yuǎn)，直接自來水到低位魚池抽水泵的管徑不足，因此在距離低位魚池落差為36米處設(shè)計(jì)有一加壓泵站，搭載臥式離心泵兩臺(tái)(一用一備)馬達(dá)功率為75KW，管徑36米。

該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件：

(1)若低位魚池水位低和經(jīng)理有水，則打開進(jìn)水電動(dòng)閥門和起動(dòng)加壓泵向低位魚池自來水;

(2)若低位魚池水位滿且經(jīng)理有水，則給出報(bào)案訊號(hào)并關(guān)掉加壓泵和進(jìn)水電動(dòng)閥門;

(3)若經(jīng)理無水闡明用水量減小或抽水泵站停止供氣，應(yīng)當(dāng)開啟出水電動(dòng)閥門由低位池子向經(jīng)理補(bǔ)充不。

像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕么钶d了軟起動(dòng)器和馬達(dá)保護(hù)器，確保加壓泵常年靠譜地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)搭載了低位池子的水位傳感和數(shù)顯儀和缺水傳感。

為保證整個(gè)主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)?shù)臀霍~池滿且主水管有水時(shí)，加壓泵停止，此刻經(jīng)理壓力將“憋壓”，最終造成經(jīng)理壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水水廠，抽水泵的控制系統(tǒng)測(cè)試到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制穩(wěn)壓減壓閥，從而達(dá)到整個(gè)經(jīng)理網(wǎng)的恒壓自來水，這是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3.1全手動(dòng)平緩切換，恒壓控制主水管網(wǎng)壓力傳感的壓力訊號(hào)4~20mA獻(xiàn)給數(shù)字PID控制器，控制器按照壓力設(shè)定值與實(shí)際測(cè)試值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出訊號(hào)直接控制變頻器的扭矩以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是巨大時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限訊號(hào)與變頻器的高速訊號(hào)同時(shí)被PLC測(cè)試到，PLC手動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到單相運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加強(qiáng)管網(wǎng)的自來水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到單相運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。

當(dāng)用水量減小時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速訊號(hào)有效，這時(shí)壓力上限訊號(hào)如仍出現(xiàn)，PLC首先將單相運(yùn)行的泵停掉，以提高自來水量。當(dāng)上述兩個(gè)訊號(hào)仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺(tái)單相運(yùn)行的馬達(dá)，直至最后一臺(tái)泵用顯存器恒壓自來水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)六臺(tái)泵為兩組，每臺(tái)泵的馬達(dá)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間可顯示，24小時(shí)輪換一次，既保證自來水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相似的運(yùn)行時(shí)間，確保了泵的牢靠壽命。

3.2半手動(dòng)運(yùn)行

當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，手動(dòng)控制系統(tǒng)失靈，這時(shí)侯系統(tǒng)工作處于半手動(dòng)狀態(tài)，即一臺(tái)泵具備變頻手動(dòng)恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時(shí)，可自動(dòng)投入另外一臺(tái)或幾臺(tái)單相泵運(yùn)行。

3.3自動(dòng)

當(dāng)壓力傳感故障或變頻器故障時(shí)，為確保用水，六臺(tái)泵可分別以自動(dòng)單相模式運(yùn)行。

4、實(shí)施療效

實(shí)際運(yùn)行證明本控制系統(tǒng)構(gòu)成了多臺(tái)深井泵的手動(dòng)控制的最經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，在硬件設(shè)計(jì)中充分考虎變頻與單相在切換時(shí)的頓時(shí)壓力與電壓沖擊，每臺(tái)泵均選用軟起動(dòng)是解決該問題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限速率及數(shù)字PID控制的上下限控制點(diǎn)的設(shè)定對(duì)系統(tǒng)的偏差范圍還有不可忽略的作用。

①采用變頻恒壓自來水，清除了經(jīng)理網(wǎng)壓力波動(dòng)穩(wěn)壓減壓閥，保證了自來水品質(zhì)，并且節(jié)能療效顯著，并延長(zhǎng)了經(jīng)理網(wǎng)及其管件的使用壽命。

②用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。

③拓寬利用變頻恒壓控制原理，較差地解決了加壓泵站與抽水水廠的遠(yuǎn)程通信總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的。

④在抽水泵站設(shè)置連續(xù)差壓顯示，并將訊號(hào)傳與PLC，避免泵缺水燒毀水泵，設(shè)定的取水位置，確保水的品質(zhì)。

⑤電機(jī)既有馬達(dá)保護(hù)器，又有軟起動(dòng)器，擺脫了起動(dòng)時(shí)的大電壓沖擊，相對(duì)延長(zhǎng)了馬達(dá)制使用壽命。

⑥由于選用PLC控制的壓力手動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的PLC預(yù)留有RS485插口，可與公司總調(diào)度室計(jì)算機(jī)網(wǎng)路進(jìn)行連結(jié)。

⑦由于系統(tǒng)輔以閉環(huán)恒壓控制，馬達(dá)在滿足主水很容易網(wǎng)的壓力的前提下，節(jié)能療效明顯，年省電61萬度，折合為人民幣36億元。

⑧通過選用變頻器控制，可在不同秋天、節(jié)假日、日夜及上放學(xué)等全面調(diào)控水量，按日省水100噸計(jì)，則年可省水36500噸。

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