森蘭變頻器用于恒液位供水
一. 現場情況
某工礦地處遠離城市的山區中，不可能使用市政的自來水管網，那就自建一個小型的供水系統。一般的情況是，在靠近河邊建一個取水站，將河水抽到半山腰的水處理站，經過沉淀，加氯**后，再由水泵送到山頂的高位水池，利用山頂與用戶之間的高差實現自流供水。這種情況比較普遍，如鐵路沿線的車站，大都遠離城市，而且相當多的車站建在山區中，其自建的供水系統與此類似。本例用戶的取水站建在山下的河邊上，離半山腰的水處理站直線距離在800米以上，取水站有3臺揚程110米的30kW水泵，二用一備。取水站無人值守，水處理站有人值班，取水站的水泵的起，停控制也是由水處理站的值班人員擔任。值班人觀察水處理沉淀池的水位，如果沉淀池快要抽滿或抽水量不足時，值班人員就步行1公里多路程到取水站進行相應的操作。對于沉淀池快要抽滿的情況，有時處理不及時，沉淀池水滿后就流失了較多的水，這不僅浪費電能，也造成水資源損失。水處理站將處理好的水送往高位水池，有2臺揚程80米的45kW水泵一用一備，也同樣有高位水池水滿后造成水資源損失和電能的浪費。
二. 控制方案
因為存在以上的問題，需要做改造，用戶的要**：
1. 取水站無人值守；
2. 沉淀池，高位水池水位自動控制；
3. 有一定限度的節能。
考慮到取水站無人值守，選擇啟動設備時著重可靠性，就選用軟啟動器，每臺水泵配1臺，共3臺。沉淀池內設有“高”“中”“低”3個水位點，用PLC根據沉淀池水位的高低來決定1臺水泵運行或2臺水泵運行，還可通過編程控制使3臺水泵使用的時間盡量相同。水泵的運行信號，故障信號通過電纜送到水處理站顯示。取水站的抽水水位比水泵安裝位置低2米，水泵初次起動或停止后再起動，都可能形成“真空”而吸不上水，原來的方式是靠人工注水，注水過程中打開排氣閥將管道和水泵中的空氣排除后再起動。無人值守后必須自動地完成注水排氣這個過程，否則抽不上水的水泵長期運行會損壞。為滿足自動注水排氣,須檢測管道內有無“真空”，其方法一是直接用真空表檢測管道內“真空”；另一種方法采用間接檢測方式，即檢測水泵電機的運行電流。如果管道有“真空”，則電機近似于空載運行，電流較小；如果管道沒有“真空”，則電機接近滿載運行，電流基本上為額定電流，二者的差值較大。本例中，水泵電機30kW，滿載電流56.4A，管道有“真空”時電機電流為25A。水泵起動時，用電流檢測模塊測量電機的電流，將此值送往PLC，將電流數值門限定在35A上。電機電流值高于35A，表示管道沒有“真空”，起動成功繼續運行；電機電流值低于35A時，停止電機運轉，PLC輸出信號，打開注水和排氣電磁閥，注水和排氣同時進行，排出管道內的空氣，3～5分鐘后，重新再起動一次。如果電機電流值仍低于35A，重復上述電機停車，再次注水和排氣，3～5分鐘后，再次進行起動。這樣的起動過程可進行3次，如果3次都不能起動水泵，則表示水泵，電機或抽水管道有問題（如底閥處有異物），PLC給出報警信號，通知值班人員處理。本例采用的是后一種方法，需要在管道上加裝注水和排氣電磁閥。整個設備裝在控制柜中，控制柜安裝在取水站。取水站控制系統如圖1所示
圖1 取水站控制系統圖
為節能考慮，水處理站往高位水池送水的水泵用變頻器驅動，高位水池的水位信號也通過電纜送到水處理站，與變頻器組成一個水位閉環控制系統，適當調節水位閉環控制系統的給定，可有不錯的節能效果。
三. 節能效果
高位水池的容積有400立方米，如果關閉高位水池出水閥門，45kW水泵工作4小時可將高位水池抽滿，消耗的電能為
采用變頻器后，調節給定值使水泵到高位水池的出水有較小的富余揚程，由水泵相似性原理：
（3）
式中： n—水泵額定轉速， n1--水泵調節后轉速，
H—水泵設計揚程， H1--水泵調節后揚程，
Q--水泵設計流量， Q1--水泵調節后流量，
P---水泵設計軸功率， P1--水泵調節后軸功率。
調節變頻器的頻率在43Hz，由公式（3）水泵調節后揚程H1為水泵設計揚程H的74%，已無較多的富余揚程，水泵調節后流量Q1為水泵設計流量Q的0.86，45kW水泵工作4.65小時可將高位水池抽滿，所消耗的電能為
抽滿一池水降低電耗42.8kWh。實際上，不可能關閉高位水池出水閥門，一般情況是水泵在向高位水池供水時，也同時給用戶供水。每天的節能可從用戶的用水量估計。流量表上顯示，該用戶每天用水量在800立方米左右，按800立方米計算，每天節電85.6kWh，年節電85.6×365=31244kWh。
高位水池的水位控制如圖2所示，變頻水位控制系統圖如圖3所示。
圖2 水位控制示意圖
圖3 變頻水位控制系統圖
圖中：K—起動/停止，PT—水位變送器，水位給定由鍵盤操作，變頻可切換為任一臺水泵運行。
四. 結語：
液位控制的事例現實中比比皆是，用得較普遍的就是高位水池的自流供水，本例中采用軟起動器和變頻器組成的液位控制系統。兩種系統各有優勢，變頻器構成的系統可以是恒液位控制系統，并且，還有一定的節能效果。節能的多少與水泵富余揚程和用戶用水量的大小有關。水泵富余揚程越大，用戶用水量越大（在水泵能夠提供的*大流量范圍內），節能越顯著。