1 引言
汕头市澄海区第一水厂送水泵房共有六台送水机泵，包括55kW、75kW、110kW三种不同功率的机泵各两台。由于用户用水量具有一定的随机性，如果只靠启动和停止机泵来保持供水压力，这样很难满足随时变化的供水要求。据统计分析，在水厂的生产成本中，送水机泵运行用电成本占了很大的比例。为降低电耗，保证供水质量，受用户委托对送水泵房水泵机组实施全自动变频调压PLC控制。全自动变频调压PLC控制系统主要采用变频调速技术，它具有恒定水压，降低能耗等显著优点，是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。
2 系统介绍
全自动变频调压PLC控制系统主要由一套可编程控制器PLC和一台变频器组成。PLC对管道压力进行实时采样，并与压力设定值进行比较，根据压力偏差值由PID闭环控制算法得出一调节参量，控制变频器输出频率从而控制水泵电机转速，以及根据压力差值的大小等条件自动选定工作机泵的类型和数量，使管网压力与设定压力一致。
根据工艺要求，为达到既降低电耗，又避免频繁启停机泵，选择110kW的机泵与变频器组成调速泵，其余机泵作为定速泵。在一台变频器下的两台110kW的机泵加装电气互锁控制，防止两水泵同时运转。
系统兼有手动和自动操作功能，可根据不同的需要，选择不同的工作方式。手动时，频率输出由变频器的操作器设置，自动时，频率输出由PLC根据管道压力自动调节。
3 系统特点
(1)自动控制水泵转速
实时读入管网压力值，与设定值比较，由PID控制算法得出一调节参量，控制变频器输出频率，从而控制调速泵的转速，实现恒压供水。
(2)自动运行泵的类型和台数
当用水量较少时，调速泵调频变速工作，保持干管水压恒定。当用水量超过调速泵的工频流量，水压降低时，变频器先把频率降低到70％，控制调速泵运转，同时PLC增开定速泵，泵的类型和数量可以根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定，增开定速泵后，调速泵的运行频率则根据压力差进行调整，使干管压力接近设定值。如当用水量减少时，变频器降低调速泵的运行频率，当频率降低到40%时，相应地关闭定速泵，然后调整调速泵的频率，使干管压力接近设定值；停泵时，根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定所停的泵的类型和数量。当水压达不到要求，系统在开停泵时都应采取延时处理，避免出现在短时间内频繁切换机泵的情况。
(3)最大限度利用原有设备，减低投资成本。
4 变频调压的节能原理
为适应用户用水量的变化，调节出水流量，现通常采用两种方法来完成流量的连续调节。一种是利用控制阀或节流阀进行节流，以改变出水流量；另一种是泵的调速控制，调节泵的转速来改变出水流量。图l为水泵调速时的全扬程特性(H—Q)曲线。
用阀门控制时，当流量要求从Q0减小到Q1，必须降低阀门开度。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R’，扬程则从H0上升到Hl，运行工况点从A点移到B点。
用调速控制时，当流量要求从Q0减小到Q1，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到H2。
根据离心泵特性曲线公式：
P=QHr／102η (1)
式中：P——水泵使用工况轴功率(kW)；Q——使用工况点的水压或流量(m3／s)；H——使用工况点的扬程(m)；r——输出介质单位体积重量(kg/m3)；η——使用工况点的泵效率(％)可得出运行在B点泵的轴功率和C点泵的轴功率分别为：
由(4)式看出，用阀门控制流量时，有△P功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制流量时，根据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，有：
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