1、概述
     隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發(fā)生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數字PID調節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運行參數、控制點的實時監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯網，實現城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現代化的調度、管理、監(jiān)控及經濟運行的手段。
    恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調速裝置與可編程控制器(PLC)構成  控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。
    2 、控制方案
    在住宅小區(qū)水廠的管網系統(tǒng)中，由于管網是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網中壓力最不利點的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關系：
    ΔP=KQ2；
 
    式中K一為系數
    設PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。
    P=PL+ΔP=PL+KQ2
    因此供水系統(tǒng)的設定壓力應該根據流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調。
    典型的自動恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖如圖所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器(PLC)的輸入模塊，信號經CPU運算處理后與設定的信號進行比較運算，得出最佳的運行工況參數，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數及變量泵的運行工況，并實現對每臺水泵根據CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)可根據用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質量。

    3、 運行特征
    以三臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時(Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的最大流量)，可編程控制器CPU根據供水量的變化自動調節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1／3Qmax<Q<2／3Qmax之間時，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量，這時可編程控制器發(fā)出指令將1#泵轉為工頻運行，并軟啟動2#泵，使2#泵進入變頻運行工況，2#泵的運行轉速由用戶用水量決定，以保證供水系統(tǒng)最不利點所需的供水壓力。當外需供水量Q為2／3Qmax<Q<Qmax時，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運行狀態(tài)，同時軟啟動3#泵進入變頻運行工況，此時3#泵的運行轉速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力恒定。
    當外供水量減少至1/3Qmax<Q<2／3Qmax之間時，3#泵的轉速逐漸降至接近于零，此時可編程控制器發(fā)出1#泵退出運行指令。在3#泵退出運行后，3#泵的轉速逐漸升高，繼續(xù)處于變頻運行工況，其轉速仍由外供水量決定。當外供水量繼續(xù)減少至Q<1／3Qmax時，可編程控制器發(fā)出2#泵退出運行指令，此時3#泵仍處于變頻運行工況。當外供水量再增至1／3Qmax<Q<2／3Qmax之間時，3#泵轉為工頻運行狀態(tài)，可編程控制器發(fā)出1#泵軟啟動指令并使其進入變頻運行工況，如此往復循環(huán)以實現系統(tǒng)的恒壓供水。
    4、 系統(tǒng)經濟效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點
    4.1 系統(tǒng)優(yōu)點
    (1)恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節(jié)水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
    (2)由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。
    (3)因實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。
    (4)水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。
    (5)由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。
4. 2經濟效益分析
    變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n1三者的關系如下式：   
    N1／Q1=(n1／n)3
    Q1／Q= n1／n
    式中Q一額定流量，Q1<Q;N一額定流量Q時的軸功率;n一水泵的額定轉速
    因額定流量Q=100％時，n=100％，N=100％，若n1=90％n時Q1=90％Q，N1=72.9％N，即可節(jié)電27.1％。若n1=80％n時Q1=80％Q，N1=51.2％N，即可節(jié)電48.8％。