許雙利

【摘 要】本篇文章首先對變頻器的概念和應用特點作了簡要介紹；隨后對變頻技術與變頻器在自動化水廠中的應用情況進行了詳細的分析與研究；最后得出結論：在自動化水廠中的生產(chǎn)過程中使用變頻器，可以有效降低機械設備的損耗，改善生產(chǎn)車間的作業(yè)條件，并提高水廠的供水效率，保證水廠的實時供水質(zhì)量。

【關鍵詞】變頻器；變頻技術；自動化水廠；水廠供水；應用

日常生活中常提到的實時供水量，其實就是指水資源的實際使用量，它會隨著外部使用環(huán)境的變化而變化。有時候，當人們需要大量的水資源來輔助生產(chǎn)或進行其他操作時，實時供水量在短時間內(nèi)發(fā)生的巨大變化，會打破供水水壓原先所保持的穩(wěn)定狀態(tài)。在這個時候，如果水廠的供水管理工作出現(xiàn)的問題，那么就極有可能發(fā)生供水故障，對人們的生產(chǎn)、生活用水產(chǎn)生影響。為了避免類似于這樣的供水故障發(fā)生，相關研究人員研發(fā)探究出了變頻技術，并在其技術之上制作生產(chǎn)出能夠有效提高供水效率和質(zhì)量的電力控制裝置，即變頻器。

1.變頻器

1.1變頻器的概念

變頻器，指一種電力設備控制裝置，它的定義是：一種可以對電源電壓進行調(diào)整，對電流頻率進行改變的電氣設備。變頻器是科學發(fā)展下，變頻技術與電子技術的結合產(chǎn)物。過去的變頻器在使用時多被包含在電動發(fā)電機等電氣設備中，并不能獨立進行作業(yè)，而伴隨著科學技術的發(fā)展以及半導體電子設備的出現(xiàn)，今天的變頻器在使用時已經(jīng)可以完全脫離各種電氣設備，單獨進行使用。目前，變頻器被廣泛應用于工業(yè)設備和家用電氣設備中。

1.2變頻器的應用特點

變頻器的應用范圍比較廣泛，當其應用于工業(yè)設備或電氣設備中時，可以起到良好的節(jié)電節(jié)能作用。供水行業(yè)使用變頻器的目的是為了避免和解決供水故障，從而達到提高水廠供水質(zhì)量水平的目的。總的來說，變頻器的應用特點主要有：其對電能的耗損率極低，且還可以將某些因用量變化而浪費的電能儲存與節(jié)約下來，在節(jié)約電能的同時，也提高了電能的利用率；由于其具有調(diào)整電源電壓，改變電流頻率方式的功能，因此在應用時它可以有效提高水廠的供水效率，并且可以根據(jù)用水季節(jié)的不同而自動調(diào)整電流頻率，實現(xiàn)平衡管網(wǎng)供水水壓的功能；此外，變頻器的使用還可在一定程度上降低供水系統(tǒng)中設備的損耗率，減少機械運作期間的噪音，在滿足了水廠生產(chǎn)工藝要求的基礎上，還可有效改善生產(chǎn)車間的勞動環(huán)境。

2.水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理

水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要通過為水泵電動機提供頻率可變的供電電源，進而實現(xiàn)水泵電動機的無極調(diào)速，最終依照預先設定的參數(shù)實現(xiàn)管網(wǎng)水壓自動化地連續(xù)變化。該系統(tǒng)裝配有管網(wǎng)水壓傳感設備，水廠工作人員能夠根據(jù)實際需求情況，利用PLC（可編程邏輯控制器）對壓力值進行預先設定；同時，管網(wǎng)水壓力傳感器可以將壓力值反饋信號傳輸至PLC，PLC借助于PID控制程序計算之后發(fā)出轉速控制信號指令傳輸給變頻器。PLC通過轉速控制信號控制水泵轉速，因而PLC是整個水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制中樞。

縱觀我國目前的自動化水廠生產(chǎn)情況，通常情況下，為了維持供水的可靠性和提高供水服務質(zhì)量，自動化水廠都會在生產(chǎn)車間設置兩臺水泵，這兩臺水泵均由變頻恒壓設備控制，并在兩臺水泵中分別配置一臺變頻器或變頻設備，兩臺水泵中，其中一臺水泵用于工作，另一臺則用作備用。當水廠需要為用戶提供水源時，用于工作的，且配裝有變頻設備的那臺水泵便會首先運作起來，當其工作到一定時間后，如果管網(wǎng)中的供水水壓持續(xù)上升，且達到了預定值時，PLC將會對水泵中的變頻設備發(fā)出指令，使其利用自身功能降低電源的輸出頻率，從而達到讓水泵保持低速運轉的目的。如果水廠的供水量持續(xù)減少，那么PLC將下達關閉備用水泵的指令；另外一種情況，如果管網(wǎng)的供水水壓持續(xù)降低，降至了規(guī)定的最低壓力時，PLC將對變頻器下達提高電源輸出頻率的指令，從而使水泵處于高速運轉的狀態(tài)，這時候，如果供水量持續(xù)增加，將會開啟備用水泵，以滿足水廠的供水需求。

3.變頻技術與變頻器在水廠供水中的應用

交流電動機變頻調(diào)速技術尤其是計算機控制技術的成熟使得PLC和變頻調(diào)速結合得更加緊密，能夠為水廠發(fā)揮的積極作用更加明顯。水廠供水變頻調(diào)速系統(tǒng)具有操作簡單、高可靠性、高抗干擾性、供水壓力恒定以及節(jié)能高效的優(yōu)勢；同時，借助于對該系統(tǒng)的更深入應用，水廠可以實現(xiàn)無人值守；另外，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多臺水泵的軟啟動以及軟停車，將傳統(tǒng)操作方式容易導致的管網(wǎng)水錘效應降到最低；借助于網(wǎng)絡通信技術，能夠實現(xiàn)對水泵機房的遠程數(shù)據(jù)維護和遠程控制，拓展變頻器的操作靈活性并提高其工作可靠性。

3.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改善

供水變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場控制層、控制主干層以及管理層三個部分。若系統(tǒng)采用DCS（分布式控制系統(tǒng)）結構，實現(xiàn)難度比較低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多級控制模式，功能雖然分散，但是系統(tǒng)的可靠性得到了提高，水廠的控制主干層通訊利用以太網(wǎng)進行。另外，現(xiàn)代化管理的發(fā)展趨勢也應該是水廠當前需要考慮的重要問題：水廠的管理網(wǎng)絡應該包括中心控制室的計算機系統(tǒng)，另外，為了能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，水廠采集的各種數(shù)據(jù)都被輸入到管理網(wǎng)絡系統(tǒng)的服務器當中；生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)均被存放于同一個數(shù)據(jù)庫當中，并能夠對水廠的實際運行情況進行實時監(jiān)視；另外服務器采用雙硬盤配置，提高了數(shù)據(jù)安全性；客戶端和服務器采用100Mb網(wǎng)卡，提高信息的傳輸速度。

3.2變頻技術與變頻器可在水廠供水中的應用

變頻技術與變頻器具有非常高的節(jié)電率，其節(jié)能降耗效果顯著，不僅能夠節(jié)省水廠冗余設計所導致的資源浪費，而且還因為功率因數(shù)和調(diào)速精度高等獲得更加良好的運行效益。變頻技術可在減低設備與物料的損耗、降低機械噪聲和損耗的同時，也能夠有效提高供水的質(zhì)量與數(shù)量，滿足生產(chǎn)工藝的動態(tài)要求。

4.結束語

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，城市人口的聚集密度逐漸增大，其生活用水與生產(chǎn)用水的需求量也隨之不斷增大，這便對城市供水提出的新要求和新挑戰(zhàn)。在這樣的宏觀背景之下，如果自動化水廠的供水設備與生產(chǎn)工藝還停留在原先的水平之上，那么必然會造成能源的大量浪費，不利用我國節(jié)能減排工作的開展。因此，為了滿足水廠的生產(chǎn)工藝要求，勢必要采用和推廣變頻調(diào)速技術，利用變頻器的節(jié)能功能推動我國供水技術的不斷進步與發(fā)展。 [科]

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