城鄉生活小區供水系統的改造分析

王勇

摘要：隨著社會經濟的飛速發展及城鄉建設規模的不斷擴大，人們生活水平的逐步提高，功能不斷完善。對于一些中小城市在推進新型城鎮化、促進城鄉協調發展方面有了新的探索及實踐，例如我們對生活小區供水的質量、穩定性等問題提出了越來越高的要求，針對我們生活供水系統的供水量是隨時間段變化而變化的，同時季節、晝夜相差很大的特點，導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。

關鍵詞：供水系統；PID；變頻；恒壓；環保；節能

一、背景介紹

我國中小城市及城鄉對供水的自動化配置相對落后，傳統的方法是水箱和水塔或氣罐加壓方法，或是采用定時開關水泵或調節閥門開度，完全依靠值班人員對機組的控制，工作過程很煩瑣，而且手動控制無法及時對供水管網的壓力和水位變化做出反應。其結果往往容易造成水的二次污染、造成水質不好，供水質量變差，管網壓力波動大，電能損耗大。為了確保供水的質量，機組的控制系統經常保持在超壓的狀態下運行，爆損現象很嚴重，同時安全性能無法保證。

本論文結合目前的供水現狀，設計出了一套變頻調速恒壓供水系統，主要用于中小城市供水系統。

二、系統工作原理

本系統采用變頻調速技術通過壓力傳感器的輸出隨時跟蹤管網的出口壓力，并將信號傳送給變頻器，變頻器依據實際壓力與設定理想壓力的變化，即用水量的變化情況，經內部PID運算，自動調節變頻器的輸出頻率，進而調節所控水泵的轉速，在保持恒壓情況下調節流量。在該系統中，單臺水泵工況的調節是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉速n，從而改變水泵的性能曲線來實現的。另外在水泵的設計中，一般要留有一定的裕度，所以水泵在實際工作中是在額定流量下工作，根據水泵的特性曲線可知：當流量Q減小時，水泵的揚程H將升高，造成水泵揚程高于管網要求的揚程，這就出現了富裕揚程。克服富裕揚程是節能降耗的關鍵。采用變頻器進行調速可以改變水泵的運行曲線，從而可以克服由于流量變化而產生的富裕流量。所以只要有一定的富裕揚程，采用變頻調速技術節電是肯定的。變頻調速恒壓供水系統適應各種供水系統，節電率大約在20%- 40%。

三、系統構成方式

該恒壓供水系統它的構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。該系統具有手動、自動兩種控制方式。正常的情況下，該系統從安裝在總管網出口處的壓力傳感器采集管網壓力，系統依據該反饋信號做出判斷，并對水泵進行變頻調速，調節水泵的出水量，滿足用戶的用水需求，達到節能效果。當變頻器發生故障時，切換到手動工頻狀態，以便水泵正常運行。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。為了達到變頻恒壓供水具有優良的節能效果，變頻恒壓供水常采用多泵并聯的供水模式。多泵并聯恒壓供水系統，只需其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，便可以實現恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水系統中，變頻泵的出口流量是發生變化的，其中當變頻泵是各并聯泵中最大，即可保證恒壓供水。多泵并聯恒壓供水系統，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，多泵并聯恒壓供水系統，可以降低多泵并聯變頻恒壓供水系統的能耗，改善節能狀況。（b）多泵恒壓供水循環軟啟動方式控制系統。此系統為實現恒壓，由一臺變頻器依次控制每臺水泵軟啟動及轉速的調節。該供水系統原理如上所述。不同之處為，變量泵達到水泵設定的額定轉速以后，水壓如仍不能夠滿足所設定的恒壓值，那么該水泵自動切換到工頻狀態，并指示下一臺為變量泵，運行過程同前所述。

2. 循環水恒壓（恒流量）控制系統。該系統主要用于熱水采暖系統之中，整個系統運行中，由變頻器固定控制一臺水泵，其余水泵以工頻方式自動投入，通過調節恒定的壓力，來調節循環水的流量，從而達到節約熱能的效果。

四、系統的性能特點

該供水系統具有以下幾個性能特點：

1. 節能效果顯著。變頻調速恒壓供水系統具有優良的節能效果，系統采用變頻調速技術，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和管網效率，比傳統的供水方式節能20%- 40%。

2. 壓力恒定。采用壓力傳感器來采集水壓信號（4- 20MA或- 5V），直接反饋到變頻器的控制口，通過設定好的壓力值、PID參數值，進行PID運算，適時自動控制泵的切換操作。壓力數值可任意連續設定，穩定時壓力控制精度〈- 1%。〉

3. 手/自動兩種控制方式。在正常情況下采用全自動控制方式，根據設定壓力及傳感器反饋的管網壓力經PID運算自動調節電機轉速，從而調節供水流量，在保持恒壓下滿足生產用水要求，整個過程全部自動實現，無須人來干預。當變頻器發生故障時，可切換到手動狀態使水泵正常運行。壓力控制采用數字控制、智能調節。系統響應快、精度高、穩定性好，操作維護簡單方便。

3. 循環軟啟動。水泵電機循環軟起停，采用自補償切換技術，系統電器及機械沖擊小，能顯著處長電控元件及水泵壽命。

4. “休眠”功能。系統運行時經常會遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚、上班）情況，為了節能，ABB變頻器具有自動睡眠功能即在無人用水的情況下，變頻在最低頻率運行，如果持續時間超過設定的睡眠延時，變頻器自動停止工作。這樣既延長了水泵和控制柜的使用壽命，又節約了能源。當有人用水時，管道中的水壓發生變化，達到變頻器的喚醒值時，變頻器從休眠狀態喚醒，水泵繼續工作。

5. 全面保護功能和故障自診斷功能。對整個供水系統來說，不僅需要實現自動調節水泵轉速和軟啟動的功能，并且系統設有無水保護裝置，在無水情況下，及時停泵并給出報警信號；同時系統對水泵電機的過流、過熱、欠壓、過壓及變頻器故障等均能自行診斷，及時給出報警信號。

綜上所述，為了能夠最大程度地提高整個供水系統效率、延長系統壽命、節約能源，常常我們采用自動化程度較高的變頻恒壓供水系統，該系統運行穩定可靠，占地面積小，自動化程度高，操作控制方便等特點。

參考文獻

[1]張全莊.PLC在恒壓供水變頻調速控制系統中的應用.2004：10.235—243