1、現(xiàn)場情況 某工礦地處遠(yuǎn)離城市的山區(qū)中，不能使用市政的自來水管網(wǎng)，自建一個小型的供水系統(tǒng)。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(yáng)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(dān)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(jìn)行相應(yīng)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(fèi)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(yáng)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(fèi)。 2、控制方案 用戶的要求是： （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(jié)能。 考慮到取水站無人值守，選擇啟動設(shè)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(nèi)設(shè)有“高”“中”“低”3個水位點(diǎn)，用PLC根據(jù)沉淀池水位的高低來決定1臺水泵運(yùn)行或2臺水泵運(yùn)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(yùn)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(yùn)行會損壞。為滿足自動注水排氣,須檢測管道內(nèi)有無“真空”，其方法一是直接用真空表檢測管道內(nèi)“真空”；另一種方法采用間接檢測方式，即檢測水泵電機(jī)的運(yùn)行電流。如果管道有“真空”，則電機(jī)近似于空載運(yùn)行，電流較??；如果管道沒有“真空”，則電機(jī)接近滿載運(yùn)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(jī)30kW，滿載電流56.4A，管道有“真空”時電機(jī)電流為25A。水泵起動時，用電流檢測模塊測量電機(jī)的電流，將此值送往PLC，將電流數(shù)值門限定在35A上。電機(jī)電流值高于35A，表示管道沒有“真空”，起動成功繼續(xù)運(yùn)行；電機(jī)電流值低于35A時，停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，PLC輸出信號，打開注水和排氣電磁閥，注水和排氣同時進(jìn)行，排出管道內(nèi)的空氣，3～5分鐘后，重新再起動一次。如果電機(jī)電流值仍低于35A，重復(fù)上述電機(jī)停車，再次注水和排氣，3～5分鐘后，再次進(jìn)行起動。這樣的起動過程可進(jìn)行3次，如果3次都不能起動水泵，則表示水泵，電機(jī)或抽水管道有問題（如底閥處有異物），PLC給出報(bào)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(shè)備裝在控制柜中，控制柜安裝在取水站。取水站控制系統(tǒng)如圖1所示： 為節(jié)能考慮，水處理站往高位水池送水的水泵用變頻器驅(qū)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(huán)控制系統(tǒng)，適當(dāng)調(diào)節(jié)水位閉環(huán)控制系統(tǒng)的給定，可有不錯的節(jié)能效果。 3 、節(jié)能效果 高位水池的容積有400m3，如果關(guān)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 W=45×4COS =162kWh （設(shè)COS =0.9） 采用變頻器后，調(diào)節(jié)給定值使水泵到高位水池的出水有較小的富余揚(yáng)程，由水泵相似性原理： H—水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程， H1——水泵調(diào)節(jié)后揚(yáng)程， Q——水泵設(shè)計(jì)流量， Q1——水泵調(diào)節(jié)后流量， P——-水泵設(shè)計(jì)軸功率， P1——水泵調(diào)節(jié)后軸功率。 調(diào)節(jié)變頻器的頻率在43Hz，由公式（3）水泵調(diào)節(jié)后揚(yáng)程H1為水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程H的74%，已無較多的富余揚(yáng)程，水泵調(diào)節(jié)后流量Q1為水泵設(shè)計(jì)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： W1=（0.86）3×45×4.65×COS =119.2kWh （設(shè)COS =0.9） 抽滿一池水降低電耗42.8kWh。實(shí)際上，不可能關(guān)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(jié)能可從用戶的用水量估計(jì)。流量表上顯示，該用戶每天用水量在800m3左右，按800m3計(jì)算，每天節(jié)電85.6kWh，年節(jié)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(tǒng)圖如圖3所示： 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(yùn)行。 4 、 結(jié)束語 液位控制的事例比比皆是，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(tǒng)。兩種系統(tǒng)各有優(yōu)勢，變頻器構(gòu)成的系統(tǒng)可以是恒液位控制系統(tǒng)，并且，還有一定的節(jié)能效果。節(jié)能的多少與水泵富余揚(yáng)程和用戶用水量的大小有關(guān)。水泵富余揚(yáng)程越大，用戶用水量越大（在水泵能夠提供的最大流量范圍內(nèi)），節(jié)能越顯著。