灵武矿区供水公司水泵站变频控制应用

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【摘要】宁夏煤业集团灵武矿区水电分公司，位置位于宁东镇，主要负责宁东中心区的工业生产及该区域的日常生活用水，日最大供水能力为8000m3/h，为工业及生活用水公用管道，公司供水二级泵站采用泵站为半地下式，水泵为IS型单极双吸卧式离心泵，均采用PLC控制系统，随宁东镇工业的发展，及常驻人口的增加，日供水能力增大，供水管网压力波动大，造成PLC控制系统无法适应，切合实际情况，对原有PLC控制系统进行技术改进。对水泵运行采用增设变频器恒压控制系统，在3#水泵装设一台PWM控制变频器变频器，实现管网压力供水的平稳，解决了实际操作困难。

【关键词】供水；PLC；变频；供水压力；平稳

一.工艺概述

宁夏煤业集团灵武矿区水电分公司，位置位于宁东镇，主要负责宁东中心区的工业生产及该区域的日常生活用水，日最大供水能力为8000m3/h，为工业及生活用水公用管道，公司供水二级泵站采用泵站为半地下式，水泵为IS型单极双吸卧式离心泵，均采用PLC控制系统。实现管网压力供水的平稳，解决了实际操作困难

二.主要存在问题

近几年，随宁东镇工业的发展，及常驻人口的增加，日供水能力增大，供水管网压力波动大，造成PLC控制系统无法适应。

1、PLC控制原理

在现场控制层，现场各设备信号输入PLC的开关量输入模块（DI模块），PLC的CPU通过逻辑运算和数据转换成为控制信号，由开关量输出模块（DO模块）输出信号，控制各泵动作。另外通过超声波液位计对清水池的水位进行测量，并将所测的数据传输至PLC的模拟量输入模块（AI模块），PLC模拟量进入仪表控制室计算机转换为液位等信号，进行显示，操作工通过计算机对现场水泵出水阀门及其他阀门进行控制。

2、灵武矿区供水公司水泵站PLC控制

主要控制设备为四台IS型单极双吸卧式离心泵水泵，编号如上图依次编号。一台超声波液位计，用于测量实时清水池液位。

根据供水总管压力，通过PLC控制水泵自动启动，具体如下：水泵1#、2#、3#工频运行，综合管网压力设置仪表压力计（采用CY-YZ-1001型绝对传感器）。该传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力-电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。传感器的量程为0～2.5MPa，工作温度为5℃～60℃，输出电压为0～5V，作为反馈信号供给PLC。

PCL将信号转换成压力参数，传输至仪表控制计算机显示，操作人员根据管网反馈压力参数，对水泵出口电动蝶阀进行控制，实现管网压力的调整。

3、存在问题

由于日供水能力增大，供水管网压力波动大，造成PLC控制系统无法适应，主要表现：

（1）用户用水日变化明显，水泵启动频繁，原有PLC控制只能控制水泵的开启及停止，管网压力的调整的只能通过控制水泵出口电动阀门开度。

（2）水泵转速为满负荷运行，频繁压力的调整，及水泵开停，造成耗电量大，运行陈本高。

（3）管网压力波动大，压力波动频繁，操作工操作频繁，压力不平稳，造成管网爆管等事故发生，影响城市的供水。

三、技术改进

切合实际情况，对原有PLC控制系统进行技术改进。对水泵运行采用增设变频器恒压控制系统，在3#水泵装设一台PWM控制变频器变频器。实施方案如图所示：

通过增设变频器，实现水泵转速的变频控制，实现管网压力供水的平稳，解决了实际操作困难，变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路实现水泵转速的变频控制，实现管网压力供水的平稳，解决了实际操作困难。

四、总结

随着工业的发展，城市供水量日变化、年变化越来越明显，原有的供水设计已经不能满足时代的脚步，主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象；而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。

同时传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。

而采用PLC技术及变频调速式的运行方式，十稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。

参考文献

[1]《变频调速技术在恒压供水系统中的应用》

[2]荆绍莹. 水泵调速的节能效果和方案选择.给水排水[J].1991（2）：31-33

[3]颜锦文主编.水泵及水泵站.机械工业出版社，

[4]余孟尝.《模拟、数字及电力电子技术》（上、下）.机械工业出版社，1999

[5]赵长德.《工业用微型计算机》.机械工业出版社，2000

作者简介

姓名：姜福祥，性别：男，出生年月：1964年5月10日，现职称：工程师，籍贯：宁夏中卫市，研究方向：矿山机电方向（煤矿）