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摘要：变频调速技术作为先进的电子技术，不仅可以有效的降低泵站机组运行的能耗，同时可以有效地减轻机组运行中对于电机的机械冲击，这对于延长泵站机组设备的使用寿命，确保供水设施的正常非常有益。本文对：泵站变频恒压供水的技术优势、泵站变频调速控制系统技术结构组成及变频调速控制系统应用进行了分析和探讨。
关键词：变频调速 泵站控制系统 应用
中图分类号：U264文献标识码： A
变频调速技术其实质就是通过在相应的管网压力传感信号输入的状态下，通过自动调节变频器的输出频率，达到改变泵站水泵电机转速以及供水量的目的，进而在满足对于水压以及用水量要求的前提下，降低单位供水量的能耗。
1.泵站变频恒压供水的技术优势
1）泵站采取变频调速控制可以提高对于泵站系统运转的精准控制。通过变频调速系统，在用水量或者是水压发生变化的情况下，通过计算机对这些变化进行自动的检测，并按照检测信息调整泵站水泵机组的工作状况，进而确保泵站水泵处于高效的运行状态。根据相关研究资料表明，变频恒压供水可以将供水压力控制在20 kPa 以内，变频调速的控制精准度非常高。2）变频调速控制系统有助于保护泵站的供水设备。由于利用变频调速控制能够实现水泵的软启动，泵站水泵的启动电流以及启动能耗大幅降低，同时水泵电机的供电容量也得以降低。因此，这就可以有效的避免水泵机组启动以及运转过程中的机械冲击以及运行磨损，此外由于采取变频调速控制管理，因此能够避免水泵在切换时出现的震荡现象，对于延长泵站机组设备使用寿命具有重要作用。3）可以有效的节约泵站机组设备运行的能耗。通过变频调速控制，水泵的工作状态是随着用户用水量以及用水压力的变化自动的调节转速，水泵也是一直处于变频的工作状态。因而相比传统的恒速水泵而言，设备运转期间的电能消耗也随之降低，因而可以提高泵站水泵运行的经济效益。4）变频调速控制系统的适用性较强。针对当前泵站供水单位中高层建筑用户不断增多的问题，变频调速控制系统可以在不改变供水需求的前提下，通过改变变频调速供水系统压力值以及流量参数，既可以完成对供水压力以及流量的调整。由于对于用户用水量的变化具有非常强的适应性，因此变频调速控制系统的适用性也相对较强。
2 泵站变频调速控制系统技术分析
2.1 变频调速控制系统的结构
变频调速控制系统主要是由控制系统、泵站水泵机组、变频控制器、压力传感器以及逻辑控制电路等几部分组成。其中控制器是整个变频调速控制系统的核心部件，主要负责将压力传感器输送的信号按照一定的算法得出最优化的系统运行控制参数，并将控制参数转变为变频器的频率信号。电机水泵机组则是泵站传送水的机电装置，通过电机按照一定的压力以及流量将水沿供水管道输送到用户处，同时根据用户用水情况调整工频运行或者是變频状态运行。变频器则主要是由电力电子器件以及微处理器组成，通过在控制器控制频率设定的输入信号下，输出与之对应频率的交流电，进而起到控制泵站电机水泵机组转速的目的。压力传感器则主要是作为供水系统中的测量元件，将供水管道内的水压转换为模拟信号输入控制系统之中。继电器则是对泵站水泵机组的工作状态进行调整，对泵站水泵机组的工作的工频或者是变频状态进行切换。
2.2变频调速系统的组成
1）变频调速控制系统控制器的选择。对于变频调速控制系统的控制器可以选择使用PLC、PC 或者是单片机。PLC 控制器主要由CPU、信号模板、通讯处理模块以及功能模块组成，PLC控制优点是开发费用低，开发周期短，在很短的时间内就能投入使用；缺点是控制功能简单，造价稍高。PC 控制器的特点在于软件资源丰富，系统的硬件配置水平较高，而且后期功能扩展也较为方便，但是工程造价高，而且占用空间也较大。单片机的特点是可靠性较好，控制功能丰富，逻辑功能以及运行速度较高，而且价格也相对较为便宜。因此，在变频调速控制系统中大多采用单片机作为控制器。
2）数字信号输入端。为了实现泵站供水系统变频调速控制，在供水过程中应该将各种数据信号传输给控制器进行计算处理，以便于输出控制信号。对于变频调速控制系统而言，输入信号就是供水系统中不同位置的水压情况。对于供水压力信号的采集以及变送一般选择使用差压变速器完成，通过差压变速器可以准确的测量压力、流量、液位以及比重等物理量，并将这些物理量转变为可以识别的数字信号输出。
3）信号输出通道。对于变频调速控制系统而言，信号输出通道主要输出对泵站水泵电机起停以及电机转速控制的信号。对于泵站水泵电机转速的控制主要是将运算处理的数字信号通过转换器转换为变频器的给定频率进行调节。对于泵站水泵电机的起停，则主要是通过开关量控制信号控制继电器，通过继电器放大后对接触器开关进行控制。
4）转换器。转换器分为A/D 转换器以及D/A 转换器两种形式，使用转换器的目的主要是对不同的信号模式进行转换。A/D转换器主要是为了将泵站变频调速控制系统中的压力传感器模拟信号转换为控制器能够识别的数字信号，D/A 转换器则是为了将控制器输出的数字信号转换为能够控制变频器输出频率的电压信号。对于转换器的选择，重点要选择精度高、分辨率好以及转换特性较好的转换器。
图1 变频调速供水系统控制原理示意图
3 变频调速控制系统应用实例
3.1 变频调速控制的具体技术控制要求1）变频调速控制系统的基本控制。首先变频调速控制系统需要配置工频旁路，通过设置工频旁路确保水泵机组既可变频调速运行，也可以直接投入工频运行。其次，另外设置系统运转保护，当变频调速控制系统局部单元故障时，不停机继续运行，以保障供水的持续性。此外，系统还专门配置了阀门联动功能，实现开停泵全过程的全部自动化。2）变频调速控制系统阀门真空度的检测。在泵站水泵启动之前，为了确保水泵机组的正常启动，必须保证水泵泵腔处于真空的状态，因此，变频调速控制系统在水泵启动之前会对泵腔的真空度值进行确定。如果泵腔的真空度值不满足要求，变频器则会自动报警并停止水泵的启动工作。3）管网阀门过力矩报警。在泵站运转过程中，由于操作的原因或者是机械电器的原因，会出现阀门打开过度或关闭过度问题，也就是阀门过力矩，对于变频调速控制系统在运行过程中，一旦出现阀门过力矩的问题，则会自动向变频器报警，进而采取措施进行处理。4）水泵电机温度的报警。通过在变频器的模拟输入通道参数设定中设置超温报警、过热跳闸保护、电机冷风机启动以及电机冷风机关闭的临界温度值，可以实现变频调速控制对于电机的温度监测和自动保护功能。
3.2变频调速控制系统的实际运行效果分析
1）简化了操作与观察。通过对泵站进行变频技术改造之后，对于泵站运行过程中的各种参数例如泵站电机的运行频率、变频器输入以及输出端的电压电流、泵站开环或者是闭环运行状态以及泵站管网水压等一系列的参数，都可以通过数字化的显示屏直观的了解，方便了对于泵站供水系统运行的观察控制。
图2 变频调速控制技术电机运行曲线图
2）泵站水泵启停的自动化控制。在进行变频技术改造中将开阀的最小水压设定为0.48 MPa，这样对于泵站水泵电机的开泵以及停泵控制，无需值班人员进行人工的操作，不仅可以避免操作失误问题的发生，同时由于变频器的启停较为平稳，避免对于管网造成冲击。
3）泵站供水全过程的恒压控制。对于泵站的两台机组，控制模式为一组机组处于开环控制的模式，一组机组处于闭制的模式，因此即使用户的用水量需求发生变化，只需要匹配机组变频器的运行频率，仍然能够确保水压的持续稳定。
4）明显的节能效果，在通过对泵站水泵机组进行变频调速控制技术改造之后，用电量明显下降，泵站工作成本显著降低，在节能方面具有非常显著的效果。变频调速恒压供水系统电机运行曲线与节能效果如图2、表1 所示。
表1 变频调速控制技术改造节能效果分析表
4 结束语
因此，泵站机组管理部门应该深入的了解变频调速技术的工作原理以及变频调速技术应用中需要注意的各项问题，并积极通过技术升级改造，实现变频调速技术对于泵站运行控制的最优化，进而实现泵站机组设备运行的低能耗、高效率与智能化。
参考文献
[1]张承慧，夏东伟，石庆升.频器和电机损耗的全变速泵站效率优化控制[J].电工技术学报，2006（05）.
[2]陈映裕，朱晓燕，陈浩涛.根据三个工况点选泵方法探讨——汕头市月浦水厂选泵体会[J].给水排水，2000（07）.
[3]齐学义，李铁，冯俊豪，杨任，蔡艾江.变频调速在泵站控制系统中的应用[J].兰州理工大学学报，2006（04）.
关键词：变频调速 泵站控制系统 应用
中图分类号：U264文献标识码： A
变频调速技术其实质就是通过在相应的管网压力传感信号输入的状态下，通过自动调节变频器的输出频率，达到改变泵站水泵电机转速以及供水量的目的，进而在满足对于水压以及用水量要求的前提下，降低单位供水量的能耗。
1.泵站变频恒压供水的技术优势
1）泵站采取变频调速控制可以提高对于泵站系统运转的精准控制。通过变频调速系统，在用水量或者是水压发生变化的情况下，通过计算机对这些变化进行自动的检测，并按照检测信息调整泵站水泵机组的工作状况，进而确保泵站水泵处于高效的运行状态。根据相关研究资料表明，变频恒压供水可以将供水压力控制在20 kPa 以内，变频调速的控制精准度非常高。2）变频调速控制系统有助于保护泵站的供水设备。由于利用变频调速控制能够实现水泵的软启动，泵站水泵的启动电流以及启动能耗大幅降低，同时水泵电机的供电容量也得以降低。因此，这就可以有效的避免水泵机组启动以及运转过程中的机械冲击以及运行磨损，此外由于采取变频调速控制管理，因此能够避免水泵在切换时出现的震荡现象，对于延长泵站机组设备使用寿命具有重要作用。3）可以有效的节约泵站机组设备运行的能耗。通过变频调速控制，水泵的工作状态是随着用户用水量以及用水压力的变化自动的调节转速，水泵也是一直处于变频的工作状态。因而相比传统的恒速水泵而言，设备运转期间的电能消耗也随之降低，因而可以提高泵站水泵运行的经济效益。4）变频调速控制系统的适用性较强。针对当前泵站供水单位中高层建筑用户不断增多的问题，变频调速控制系统可以在不改变供水需求的前提下，通过改变变频调速供水系统压力值以及流量参数，既可以完成对供水压力以及流量的调整。由于对于用户用水量的变化具有非常强的适应性，因此变频调速控制系统的适用性也相对较强。
2 泵站变频调速控制系统技术分析
2.1 变频调速控制系统的结构
变频调速控制系统主要是由控制系统、泵站水泵机组、变频控制器、压力传感器以及逻辑控制电路等几部分组成。其中控制器是整个变频调速控制系统的核心部件，主要负责将压力传感器输送的信号按照一定的算法得出最优化的系统运行控制参数，并将控制参数转变为变频器的频率信号。电机水泵机组则是泵站传送水的机电装置，通过电机按照一定的压力以及流量将水沿供水管道输送到用户处，同时根据用户用水情况调整工频运行或者是變频状态运行。变频器则主要是由电力电子器件以及微处理器组成，通过在控制器控制频率设定的输入信号下，输出与之对应频率的交流电，进而起到控制泵站电机水泵机组转速的目的。压力传感器则主要是作为供水系统中的测量元件，将供水管道内的水压转换为模拟信号输入控制系统之中。继电器则是对泵站水泵机组的工作状态进行调整，对泵站水泵机组的工作的工频或者是变频状态进行切换。
2.2变频调速系统的组成
1）变频调速控制系统控制器的选择。对于变频调速控制系统的控制器可以选择使用PLC、PC 或者是单片机。PLC 控制器主要由CPU、信号模板、通讯处理模块以及功能模块组成，PLC控制优点是开发费用低，开发周期短，在很短的时间内就能投入使用；缺点是控制功能简单，造价稍高。PC 控制器的特点在于软件资源丰富，系统的硬件配置水平较高，而且后期功能扩展也较为方便，但是工程造价高，而且占用空间也较大。单片机的特点是可靠性较好，控制功能丰富，逻辑功能以及运行速度较高，而且价格也相对较为便宜。因此，在变频调速控制系统中大多采用单片机作为控制器。
2）数字信号输入端。为了实现泵站供水系统变频调速控制，在供水过程中应该将各种数据信号传输给控制器进行计算处理，以便于输出控制信号。对于变频调速控制系统而言，输入信号就是供水系统中不同位置的水压情况。对于供水压力信号的采集以及变送一般选择使用差压变速器完成，通过差压变速器可以准确的测量压力、流量、液位以及比重等物理量，并将这些物理量转变为可以识别的数字信号输出。
3）信号输出通道。对于变频调速控制系统而言，信号输出通道主要输出对泵站水泵电机起停以及电机转速控制的信号。对于泵站水泵电机转速的控制主要是将运算处理的数字信号通过转换器转换为变频器的给定频率进行调节。对于泵站水泵电机的起停，则主要是通过开关量控制信号控制继电器，通过继电器放大后对接触器开关进行控制。
4）转换器。转换器分为A/D 转换器以及D/A 转换器两种形式，使用转换器的目的主要是对不同的信号模式进行转换。A/D转换器主要是为了将泵站变频调速控制系统中的压力传感器模拟信号转换为控制器能够识别的数字信号，D/A 转换器则是为了将控制器输出的数字信号转换为能够控制变频器输出频率的电压信号。对于转换器的选择，重点要选择精度高、分辨率好以及转换特性较好的转换器。
图1 变频调速供水系统控制原理示意图
3 变频调速控制系统应用实例
3.1 变频调速控制的具体技术控制要求1）变频调速控制系统的基本控制。首先变频调速控制系统需要配置工频旁路，通过设置工频旁路确保水泵机组既可变频调速运行，也可以直接投入工频运行。其次，另外设置系统运转保护，当变频调速控制系统局部单元故障时，不停机继续运行，以保障供水的持续性。此外，系统还专门配置了阀门联动功能，实现开停泵全过程的全部自动化。2）变频调速控制系统阀门真空度的检测。在泵站水泵启动之前，为了确保水泵机组的正常启动，必须保证水泵泵腔处于真空的状态，因此，变频调速控制系统在水泵启动之前会对泵腔的真空度值进行确定。如果泵腔的真空度值不满足要求，变频器则会自动报警并停止水泵的启动工作。3）管网阀门过力矩报警。在泵站运转过程中，由于操作的原因或者是机械电器的原因，会出现阀门打开过度或关闭过度问题，也就是阀门过力矩，对于变频调速控制系统在运行过程中，一旦出现阀门过力矩的问题，则会自动向变频器报警，进而采取措施进行处理。4）水泵电机温度的报警。通过在变频器的模拟输入通道参数设定中设置超温报警、过热跳闸保护、电机冷风机启动以及电机冷风机关闭的临界温度值，可以实现变频调速控制对于电机的温度监测和自动保护功能。
3.2变频调速控制系统的实际运行效果分析
1）简化了操作与观察。通过对泵站进行变频技术改造之后，对于泵站运行过程中的各种参数例如泵站电机的运行频率、变频器输入以及输出端的电压电流、泵站开环或者是闭环运行状态以及泵站管网水压等一系列的参数，都可以通过数字化的显示屏直观的了解，方便了对于泵站供水系统运行的观察控制。
图2 变频调速控制技术电机运行曲线图
2）泵站水泵启停的自动化控制。在进行变频技术改造中将开阀的最小水压设定为0.48 MPa，这样对于泵站水泵电机的开泵以及停泵控制，无需值班人员进行人工的操作，不仅可以避免操作失误问题的发生，同时由于变频器的启停较为平稳，避免对于管网造成冲击。
3）泵站供水全过程的恒压控制。对于泵站的两台机组，控制模式为一组机组处于开环控制的模式，一组机组处于闭制的模式，因此即使用户的用水量需求发生变化，只需要匹配机组变频器的运行频率，仍然能够确保水压的持续稳定。
4）明显的节能效果，在通过对泵站水泵机组进行变频调速控制技术改造之后，用电量明显下降，泵站工作成本显著降低，在节能方面具有非常显著的效果。变频调速恒压供水系统电机运行曲线与节能效果如图2、表1 所示。
表1 变频调速控制技术改造节能效果分析表
4 结束语
因此，泵站机组管理部门应该深入的了解变频调速技术的工作原理以及变频调速技术应用中需要注意的各项问题，并积极通过技术升级改造，实现变频调速技术对于泵站运行控制的最优化，进而实现泵站机组设备运行的低能耗、高效率与智能化。
参考文献
[1]张承慧，夏东伟，石庆升.频器和电机损耗的全变速泵站效率优化控制[J].电工技术学报，2006（05）.
[2]陈映裕，朱晓燕，陈浩涛.根据三个工况点选泵方法探讨——汕头市月浦水厂选泵体会[J].给水排水，2000（07）.
[3]齐学义，李铁，冯俊豪，杨任，蔡艾江.变频调速在泵站控制系统中的应用[J].兰州理工大学学报，2006（04）.