发表于：2004/7/29 13:19:00
#0楼
摘要∶根据远程用户恒压供水的要求，探索简单实用的控制系统，采用检测流量的方法，计算管网阻 力损失，从而计算出总压力，控制变频器保证水泵的压力值，实现远程用户恒压供水的要求，又节省了电能。
关键词∶远程恒压供水 流量 压力 扬程 管网阻力损失 变频器 PLC
一、概述
城市自来水公司和大型企业经常遇到向距泵站很远的生活区供水，这个距离可能是
几公里，甚至是几十公里，这里就出现一个问题，由于管网阻力较大，在用水量变化较大时，生活区用户的水压波动很大，甚至高层用不上水，因此往往要求远离泵站的生活区做到恒压供水。
我们常说的恒压供水，一般是说泵站出水管口保持压力恒定，即在出水管口安装压力传感器，将其4～20mA的压力信号反馈到控制系统(PLC或变频器) ，进行PID调节，维持出水管口的压力恒定。但是由于泵站距生活区很远，远程测压存在一些问题∶
(1)将压力传感器4～20mA模拟信号，转换成数字信号，借助网络传送到泵站，再进行数-模变换，引入到控制系统，形成远程恒压控制。
(2)将压力传感器4～20mA模拟信号，变成高频数字信号，经无线电发射，在泵站安装高频数字接受装置，再将其变成模拟信号，构成远程恒压控制。
这两种方法，一是要借助网络和A/D、D/A变化，一是要借助无线电发射、接收装置和A/D、D/A变化，较为复杂，还需要两地安装设备和维护，长期运行，也不方便。
二、新型远程恒压供水系统的提出∶
采用上述远程压力的检测和传送存在着诸多弊端，需要探索新的控制方法。通过分析研究，我们采用在 泵站出口设置流量传感器，根据供水流量和管网阻力，计算出压力损失，如图1压力－流量控制曲线所 示。
从图1中可以看到∶
H1－泵站与用户区两地的高差扬程约30M，即0.3Mpa，该数字是固定不变的。
H2－用户区服务扬程20M，即0.2Mpa，该数字是用户要求的。
H3－是距泵站n公里(假设为10公里) 管网损失扬程，该数字是随流量而变化的，在全流量
(Q为100%)时，损失扬程为30M，即0.3Mpa。
泵站出口压力为∶
H＝ H1＋H2＋H3＝0.3＋0.2＋ KQ2 ＝0.5＋KQ2 －－－ (1)
H3是管网损失扬程，随着流量的增加，损失扬程呈平方递增。因此当流量传感器检测到泵站出口流量(即用户区用水量)时，可以计算出管网的损失扬程，也可以计算出该流量时泵站出口压力数值，将此压力信号送给控制系统，控制变频器调节水泵电机的转速，可以达到远程用户区恒压供水的要求。
三、控制系统的结构和特点∶
我们承担的是一个新建泵站工程，泵站有清水池、4台水泵(其中电机2×200kw、2×110kw，1×200kw 、1×110kw变频调速，1×200kw、1×110kw定频运行) ，要求自动化程度较高，要按工艺自动实现水泵的开启和关闭程序；4台水泵按一定程序轮流自动开仃机；自动实现清水池的水位控制；最大限度地节省能源。因此系统本身设置了总管的压力、流量传感器、液位控制和PLC、变频调速器等，远程恒压供水电气控制系统结构图如图2所示。
图2 远程恒压供水电气控制系统结构图
这样很方便在PLC内增设模拟输入、输出接口，在PLC内按(1) 式计算总压力值，模拟扬程－流量曲线，提高压力控制精度。
远程恒压供水系统调节框图如图3所示。
图3 远程恒压供水系统调节框图
流量传感器检测到主管用水流量，用4～20mA信号送到PLC，经PLC按公式(1) 计算，得到总的压力设定值，作为变频器的转速(频率) 给定，以保证用户区的供水压力恒定。由于用户用水流量是不断变化的，PLC计算出的总的压力设定值也是变化的，泵站主管的压力值也是变化的，对泵站而言，是一套变压(压力) 、变量(流量) 系统，对生活区用户而言，则是一套远程恒压供水系统，这种系统能最好满足用户要求∶
(1)远程用户区可以达到恒压供水的要求。
(2)最大限度的节省电能。
因为普通泵站恒压控制平时为了满足远程用户在用水高峰期(大流量) 时，供水压力足够的要求，往往压力调得较高，如在100%流量时达到100%压力，即运行在直线CB段，但当流量减小时，用户区压力偏高，不仅管网容易漏水和爆裂，而且也浪费了电能。若按远程恒压供水进行控制，则按曲线H3，即曲线AB运行，节约能源十分可观。
有些供水系统没有采用PLC，也可以用简化方法，用一条斜线AB代替曲线 AB ，做到近似远程恒压控制，这可利用变频器控制信号叠加功能来完成，此时代表管网损失扬程与流量成线性关系，即∶
H'' 3 ≈ KQ
由于近似为线性关系后，扬程偏大，因此可人为加一个系数，如取0.6、0.7、0.8等，都可以得到较好的恒压控制和节能效果。
以上的分析研究都要在实践中进行检验和修正。当控制设备安装完成后，要在泵站和远程用户区进行流量、压力测量，根据实际情况对扬程－流量曲线进行修正，因为管网阻力计算值与实际值有一定差距，测量得越精确，对扬程－流量曲线进行修正越接近实际状况，远程恒压供水的效果就越好。
四、节能效果分析∶
由于节电能效果与用水量大小、时间长短及管网阻力都有关系，为了得出一个定量的概念，假定在图1中压力－流量控制曲线中，每天用水量可以划分成四种流量∶30%、50%、70%、90%的额定流量，四种流量的时间各为6小时。在额定流量时，管网阻力即损失扬程∶2～3米/公里(M/KM) ，则10公里损失扬程约为20～30米，即管网阻力0.2～0.3Mpa。对应上述流量时的管网损失如下表1。
(19.8＋14.8＋8.3＋1.9)÷4＝11.2 (%)
在管网压力损失为0.2Mpa时平均节能为∶
(13.3＋9.9＋5.6＋1.3)÷4＝7.5 (%)
上述计算说明在管网阻力为0.3Mpa和0.2Mpa时，采用远程恒压控制泵站比采用普通泵站恒压控制还能多节能11.2%和7.5%，这个节能效果十分可观。
五、结论∶
通过以上分析、研究和工程应用，可以得出如下结论∶
(1)测主管流量，计算管网阻力损失扬程，实现远程恒压供水，方法简单实用，能达到远程用户供水压力恒定的要求。
(2) 远程恒压供水能够最有效地节约电能。根据用水量及管网阻力，可在原泵站恒压供水的基础上再节电7%～11%左 右。
(3) 远程恒压供水，减少了管网漏水和爆裂，减少了维修时间和费用。
(4) 远程恒压供水，投入设备很少，但取得效果十分显著，是一个值得推荐的优秀控制系统。
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