變頻調速在智能變頻供水系統中的應用技術研究

   變頻調速控制作為箱式泵站運行控制系統發展的主流趨勢，不僅可以確保用戶用水的正常，同時也可以大幅降低泵站運轉階段的能耗，實現箱式泵站運轉控制的自動化與智能化。針對變頻調速在箱式泵站控制系統中的應用，首先概述了變頻恒壓供水系統技術特點及其優勢，進而分析了變頻調速控制系統的結構、控制原理以及基本組成，并結合工程應用實例，詳細分析了變頻調速在泵站控制系統中應用的實際效果。

  智能變頻供水系統作為工農業以及居民生活用水的重要基礎設施，也是確保工農業生活生產用水正常的基礎條件。由于我國生產生活用水量巨大以及部分泵站設備的工作效率較低，因此導致泵站在運轉過程中會消耗大量的電能。對泵站水泵機組進行調速運轉控制，已經成為提高泵站設備工作效率，降低泵站供水能耗的關鍵措施。當前，對于箱式泵站機組調速運行先進、有效的技術就是變頻調速技術，變頻調速技術的實質就是通過將變頻調速器、壓力流量傳感器、控制器、水泵機組以及泵站管網組成聯動的供水系統，按照用水量、壓力值傳感器的反饋信號，通過對變頻器頻率的控制，改變泵站水泵機組的轉速，進而實現泵站機組的經濟運行。因此，變頻調速技術不僅可以降低泵站機組設備運行的能耗，同時對于提高泵站管網設備的使用壽命，確保泵站管網供水系統的正常運轉也具有重要的作用。

1 智能變頻供水系統變頻調速控制技術概述

  當前在智能變頻供水系統變頻調速控制技術中，主要采取變頻調速恒壓供水技術，其技術原理為箱式泵站變頻調速供水系統結合泵站用水量的變化情況，通過智能化、自動化的控制系統對變頻器的輸出頻率進行改變，實現對箱式泵站機組水泵轉速的調節，進而確保泵站的供水水壓與用戶水壓的平衡，實現泵站供水管網整體水壓的閉環調節。變頻調速技術其實質就是通過在相應的管網壓力傳感信號輸入的狀態下，通過自動調節變頻器的輸出頻率，達到改變泵站水泵電機轉速以及供水量的目的，進而在滿足對于水壓以及用水量要求的前提下，降低單位供水量的能耗。泵站變頻恒壓供水的技術優勢主要表現在以下幾方面。

  1）智能變頻供水系統采取變頻調速控制可以提高對于泵站系統運轉的控制。通過變頻調速系統，在用水量或者是水壓發生變化的情況下，通過計算機對這些變化進行自動的檢測，并按照檢測信息調整泵站水泵機組的工作狀況，進而確保泵站水泵處于有效的運行狀態。根據相關研究資料表明，變頻恒壓供水可以將供水壓力控制在20 kPa以內，變頻調速的控制度非常高。

  2）變頻調速控制系統有助于保護泵站的供水設備。由于利用變頻調速控制能夠實現水泵的軟啟動，泵站水泵的啟動電流以及啟動能耗大幅降低，同時水泵電機的供電容量也得以降低。因此，這就可以有效的避免水泵機組啟動以及運轉過程中的機械沖擊以及運行磨損，此外由于采取變頻調速控制管理，因此能夠避免水泵在切換時出現的震蕩現象，對于延長泵站機組設備使用壽命具有重要作用。

  3）可以有效的節約泵站機組設備運行的能耗。通過變頻調速控制，水泵的工作狀態是隨著用戶用水量以及用水壓力的變化自動的調節轉速，水泵也是一直處于變頻的工作狀態。因而相比傳統的恒速水泵而言，設備運轉期間的電能消耗也隨之降低，因而可以提高泵站水泵運行的經濟效益。

  4）變頻調速控制系統的適用性較強。針對當前泵站供水單位中高層建筑用戶不斷增多的問題，變頻調速控制系統可以在不改變供水需求的前提下，通過改變變頻調速供水系統壓力值以及流量參數，既可以完成對供水壓力以及流量的調整。由于對于用戶用水量的變化具有非常強的適應性，因此變頻調速控制系統的適用性也相對較強。

2 智能變頻供水系統變頻調速控制系統技術分析

  2.1 變頻調速控制系統的結構

  變頻調速控制系統主要是由控制系統、泵站水泵機組、變頻控制器、壓力傳感器以及邏輯控制電路等幾部分組成。其中控制器是整個變頻調速控制系統的核心部件，主要負責將壓力傳感器輸送的信號按照算法得出優化的系統運行控制參數，并將控制參數轉變為變頻器的頻率信號。電機水泵機組則是泵站傳送水的機電裝置，通過電機按照壓力以及流量將水沿供水管道輸送到用戶處，同時根據用戶用水情況調整工頻運行或者是變頻狀態運行。變頻器則主要是由電力電子器件以及微處理器組成，通過在控制器控制頻率設定的輸入信號下，輸出與之對應頻率的交流電，進而起到控制泵站電機水泵機組轉速的目的。壓力傳感器則主要是作為供水系統中的測量元件，將供水管道內的水壓轉換為模擬信號輸入控制系統之中。繼電器則是對泵站水泵機組的工作狀態進行調整，對泵站水泵機組的工作的工頻或者是變頻狀態進行切換。

  2.2 變頻調速控制系統控制原理

  現階段對于變頻調速控制系統的控制一般是根據用戶用水量的大小對水泵的運行方式進行變頻調速控制。其具體控制原理如下所示：如果用戶的用水量L小于額定供水量Le，則泵站水泵機組中的部分水泵一直處于變頻運轉方式，另外一部分水泵機組則處于停機狀態，此時供水量為Lf，是可以隨時根據用戶用水量的變化進行調整從而確保供水壓力的穩定。如果泵站在運轉過程中用戶的用水量L超過額定供水量Le，則此時可以將泵站水泵電機由變頻運行方式切換為全部工頻運行方式，確保供水量的充足。系統控制的基本原理為：當L≤Le時，泵站多機組種部分機組停機，部分機組變頻運行；當L≥Le時，泵站多機組處于工頻運行與變頻運行兩種狀態。通過利用控制器按照這種計算方式對泵站供水方式進行調整，確保實現恒壓變流量供水，既可以滿足用戶的需求同時又可以有效的節約資源。2.3 變頻調速系統的組成

  1）變頻調速控制系統控制器的選擇。對于變頻調速控制系統的控制器可以選擇使用PLC、PC或者是單片機。PLC控制器主要由CPU、信號模板、通訊處理模塊以及功能模塊組成，PLC控制優點是開發費用低，開發周期短，在很短的時間內就能投入使用；缺點是控制功能簡單，造價稍高。PC控制器的特點在于軟件資源豐富，系統的硬件配置水平較高，而且后期功能擴展也較為方便，但是工程造價高，而且占用空間也較大。單片機的特點是可靠性較好，控制功能豐富，邏輯功能以及運行速度較高，而且價格也相對較為便宜。因此，在變頻調速控制系統中大多采用單片機作為控制器。

  2）數字信號輸入端。為了實現泵站供水系統變頻調速控制，在供水過程中應該將各種數據信號傳輸給控制器進行計算處理，以便于輸出控制信號。對于變頻調速控制系統而言，輸入信號就是供水系統中不同位置的水壓情況。對于供水壓力信號的采集以及變送一般選擇使用差壓變速器完成，通過差壓變速器可以準確的測量壓力、流量、液位以及比重等物理量，并將這些物理量轉變為可以識別的數字信號輸出。

  3）信號輸出通道。對于變頻調速控制系統而言，信號輸出通道主要輸出對泵站水泵電機起停以及電機轉速控制的信號。對于泵站水泵電機轉速的控制主要是將運算處理的數字信號通過轉換器轉換為變頻器的給定頻率進行調節。對于泵站水泵電機的起停，則主要是通過開關量控制信號控制繼電器，通過繼電器放大后對接觸器開關進行控制。

  4）轉換器。轉換器分為A/D轉換器以及D/A轉換器兩種形式，使用轉換器的目的主要是對不同的信號模式進行轉換。A/D轉換器主要是為了將泵站變頻調速控制系統中的壓力傳感器模擬信號轉換為控制器能夠識別的數字信號，D/A轉換器則是為了將控制器輸出的數字信號轉換為能夠控制變頻器輸出頻率的電壓信號。對于轉換器的選擇，重點要選擇精度高、分辨率好以及轉換特性較好的轉換器。

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4 結束語

  變頻調速技術作為先進的電子技術，不僅可以有效的降低箱式泵站機組運行的能耗，同時可以有效地減輕機組運行中對于電機的機械沖擊，這對于延長泵站機組設備的使用壽命，確保供水設施的正常非常有益。因此，泵站機組管理部門應該深入的了解變頻調速技術的工作原理以及變頻調速技術應用中需要注意的各項問題，并積極通過技術升級改造，實現變頻調速技術對于泵站運行控制的優化，進而實現泵站機組設備運行的低能耗與智能化。