二次給水加壓泵站工作方式及性能優點

 

一、前言

    隨著我國經濟的高速發展，城市規模的不斷擴大，穩定的水壓、優良的水質成了現代人們生活的必需要求。但工業發展對水資源的污染讓現代水廠必須遠離污染源，都設在了水源的上游，從而導致供水管網過長，在管網的末端水壓過低，使得該區域的用戶生活受到了影響，于是，設在城市中心或管網末端的二次給水加壓泵站在城市供水系統中就顯得極其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量隨機性、變化幅度大，因此，二次給水加壓泵站的設計即要滿足最大負荷（用水量）運行，又要避免負荷變化引起的管網壓力驟然增大或減小而破裂的問題。傳統控制系統采用頻繁地對水泵、電機啟停的方法，不但縮短了它們的機械壽命，而且增加了維護和維修的費用，而且造成了電能的浪費。這里介紹一種由PLC-變頻器和軟啟動器的加壓供水系統的應用，它能很好地解決了上述的問題。

 

二、二次給水加壓泵站概述及工作原理

本文以一個典型的二次給水加壓泵站為例子，該系統的主要設備配置如下：

    PLC-變頻器和軟啟動器控制系統由1個PLC控制站、2臺變頻器、2臺軟啟動器、壓力變送器、綜合保護器、液位計及4臺潛水泵等組成，如圖1。4 臺水泵中2臺大泵的流量是5000m3/h，電機為150kW；2臺小泵流量3000m3/h；電機為85kW。兩臺變頻器控制1大1小的水泵，兩臺軟啟動器控制另外兩臺水泵。在出水總管上安裝有壓力變送器探測管網的壓力，在清水蓄水池裝有液位計，檢測水池的液位并將信號送至PLC。每臺潛水泵機都配有1臺的綜合保護器（安裝在變頻器或軟啟動機柜內），它收集機組的軸承溫度、繞組溫度、漏水報警信號、絕緣信號等。

具體工作原理：

    本二次給水加壓泵站的設計按一大一小的正常運行方式運行，由一臺變頻器和一臺軟啟動器工作，根據管網的壓力增加或減少運行泵的數量，有手動和自動兩種工作方式：

（1）手動工作方式

    每臺變頻器柜和軟啟動柜在面板上都有手動/自動轉換按鈕，當打在“手動”檔時，可通過柜面的控制按鈕進行控制，工作人員可以根據實際情況現場決定開/停水泵，并設為最優先控制級，不受PLC或控制室的控制，以保證檢修或出現故障時的安全使用。

（2）自動工作方式

2.1一大一小的運行方式

    根據區域供水條件的要求，加壓站的常規供水流量按一大一小運行流量設計，即1臺大的變頻器加1臺小軟啟動器或1臺小的變頻器加1臺大的軟啟動器，保證有1臺的變頻器工作。當用水處于高峰時，用水量增時，管網的壓力就會降低，安裝在出口處的壓力變送器就把壓力信號傳送到變頻器，變頻器與給定的壓力（可通過電位器或PLC給定）相比較，通過內部PID運算，經過一定時間的延時，如壓力繼續降低，則變頻器調節輸出頻率，提高水泵的轉速，直至壓力升高到給定值，然后繼續穩定工作。如在延時時間內，管網的壓力恢復，則輸出頻率不變。如用水量小，壓力上升，同樣變頻自動調節輸出頻率，直至達到壓力穩定為止。這樣，給定壓力—變頻器—反饋壓力—給定壓力就形成了單循環閉環控制系統，通過調節變頻器輸出頻率的來調節水泵的轉速，達到恒壓供水的目的。

2.2多泵或單泵運行方式

    當系統在一大一小運行達到滿負荷時，即變頻器工作在工頻50Hz時，PLC即可對其進行計時，若在一定的時間段內，壓力仍小于給定的壓力，PLC就自動啟動另處一臺變頻器或軟啟動器，變頻器再自動調節輸出頻率，直到壓力達到給定值，如運行的變頻器輸出頻率已在50Hz，壓力還達不到要求，則要啟動最后一臺水泵，直至壓力上升到給定值。

    而當系統在一大一小的方式運行，而變頻器的輸出頻率低于某一值（一般為30Hz左右）時，管網的壓力仍高于給定的壓力，PLC也自動啟動計時器，在一定的時間段內，如果壓力仍高于給定值，PLC就自動停止軟啟動器的運行，由單臺的變頻器運行，直至壓力降低為止。

 

2.3二次給水加壓泵站PLC的工作

    PLC在本系統中主要通過RS485通信接口讀取變頻器、軟啟動器上傳的頻率、壓力及各水泵的故障信息等，并依此對水泵的開/停進行控制，同時記錄每臺水泵的運行時間，對高低壓配電系統如絕緣、過壓、過流等監測。

 

2.4故障的處理

    在二次給水加壓泵站的設備不多，所以最主要的故障來源于潛水泵和變頻器或軟啟動器本身。由于每臺的潛水泵都由配有單獨的綜合保護器，當潛水泵發生故障如軸承溫度、繞組溫度、漏水、絕緣報警時，綜合保護器就會根據故障的類型、或輕重程度決定是否先停止運行該潛水泵，同時將故障信號傳到變頻器或軟啟動器，再通過變頻器或軟啟動器RS485接口報知PLC，在PLC系統發出停止信號和發出聲光報警，以通知工作人員及時處理。而變頻器或軟啟動器本身故障時，也通過RS485的接口上傳故障信號至PLC，PCL發出報警信號并自動發出停止信號。

 

三、二次給水加壓泵站系統主要設備的配置及PLC軟件設計

（1）變頻器和軟啟動器的配置

    在一般的控制系統中變頻器的輸出頻率是通過PLC來控制，即由PLC采集壓力信號，并進行PID運算，然后再輸出頻率信號，變頻器根據此信號來決定輸出。在本系統中采用了變頻器自身控制的方法，變頻器用的是CFC-1000系列產品，軟啟動器用的也是施耐德CMC-S系列產品，這種型號的變頻器內部自帶PID調節器采用了優化算法，它可以接受現場壓力傳感器的4-20mA的標準模擬信號，與給定的壓力參數比較，調節輸出，平穩地控制了管網的壓力。由于PID運算在變頻器內部，就可省去了對PLC存儲容量 和PID算法的編程，降低了成本，提高了生產效率。

（2）PLC控制系統的配置

    由于PLC在本系統中只承擔“總監總控”的角色，而且PLC與變頻器和軟啟動器的通信是通過RS485接口進行，所以配置較為簡單，除CPU模塊、通信模塊、電源模塊外，只配置了16點的開關量輸入模塊1塊，8點模擬量輸入模塊1塊，主要的輸入信號來源于配電系統中的開閘合閘、手動/自動、電流、電壓、有功功功率、無功功率等，所以對PLC的配置要求不高。

（3）PLC軟件的設計

3.1開停泵的程序

    根據出水管壓力和水池的水位高低來確定開泵臺數，實現恒壓控制。即當出水管壓力低于設定壓力時，增加開泵的臺數；當出水管壓力高于設定壓力時，減少開泵的臺數。

3.2系統控制和報警記錄程序

    系統的總控制由PLC來完成，記錄每一臺機組的運行時間，當達到一定時間段時，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自動輪流切換。PLC還接受變頻器、軟啟動器和潛水泵的報警信號，并按情況決定是否停止該機組的運行，并把報警時間、類型等信息記錄，以便日后的查詢。

 

四、二次給水加壓泵站系統的優點

    本二次給水加壓泵站系統由于采用了PLC+2變頻器+2軟啟動器的控制方式，與相應的PLC+4臺變頻器控制的系統相比，用戶節省了給每臺水泵配置變頻器大成本（畢竟變頻器比軟啟動器貴好多），而且PLC配置低，程序簡單，也同樣也達到由單臺運行到多臺運行采用變頻控制的多種運行方式，達到恒壓供水的目的。由于變頻器的運用，也沒有了因為電氣設備頻繁的啟停操作而導致的壽命減短的問題。因此，該系統具有了節資、節能、節水的目的。

 

五、結束語

    在供水系統中目前廣泛地采用了變頻調速的方法，也有很多的控制方法，但最終的目的也是只有一個：即恒壓又節資、節能。相信隨著技術的不斷更新和成熟，也不斷有新的方法出現，本文者只是根據所在的公司在二次給水加壓泵站的應用實例寫出，希望借此能同大家共同交流和探討.