一、前言： 隨著我國經濟的高速發展，能源（水、電、油）消耗在企事業單位生產成本中所占的比重越來越高，如何有效地降低企業的生產成本，開發企業的第二利潤中心，愈來愈受到企事業的重視。 根據流體力學原理，水泵的流量與電機轉速成正比，壓力與電機轉速的平方成正比，變頻恒壓供水設備由風、泵類專用型交流變頻調速器、PLC可編程控制器、遠傳壓力傳感器，PID調節控制器，調節閥門、泵組等構成。　 根據不同的需要，可采取恒壓控制、恒流量控制等多種閉環自動控制方法。風機水泵采用變頻調速技術后，節能效果比傳統調壓調流方式可節電40%～50%，節約用水約8%。 二、系統改造方案： 上海新先鋒制藥廠降溫水循環泵恒壓供水系統的改造，共有4臺90KW電機，分為兩組，兩組由不同供電線路供電，且任一時間段內只有一路供電。現根據其工作特點，無論冬夏，開啟兩臺水泵完全滿足生產需要的現狀，改造方案為將四臺水泵中的兩臺由變頻器作一開一備控制模式，另兩臺保留原電路，但啟停也由變頻控制系統操作，具有自動/手動操作模式。 改造后系統集變頻調速技術、PLC技術、PID控制技術，壓力傳感技術等為一體，依據供水壓力組成閉環自動控制系統。通過安裝在供水管網上的高靈敏度壓力傳感器來檢測供水管網在用水量變化時的壓力變化，不斷向微電腦傳輸變化的壓力信號，經微電腦運算并與設定的壓力比較后，自動調節供水量，保證供水管網壓力恒定，以滿足循環給水的需要。用戶根據實際工況需要，隨時調整管網設定壓力，設定值確認后，系統將自動跟蹤調整至設定的供水壓力值。當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，直至增加到額定頻率，此時若水壓力仍達不到設定壓力，在一定時間延時后，系統自動啟動一臺工頻泵，以保證壓力動態平衡；反之，當用水量減少，變頻器輸出頻率減少，直至減少到最低頻率，此時若水壓力仍高于設定壓力，在一定時間延時后，系統自動停止一臺工頻泵，從而使系統實行自動控制。 將變頻技術應用于降溫水循環系統，對提升降溫水循環自動化水平、降低能耗、減少對電網的沖擊、延長機械及管網的使用壽命，都具有重要的意義。 三、 系統原理： 降溫水循環系統由循環水池、循環泵、工藝管路、降溫設備及使用設備組成，降溫循環水由循環水池進入循環泵，由泵體打入循環系統給工藝設備降溫，再回流到降溫循環水池，其中的壓力由循環泵出口閥門開度控制，外管道上有壓力變送器，將壓力信號傳送給DCS工控系統，在操作間內的工控機上顯示運行壓力，并提醒操作人員進行相應的控制。 由于設備的使用情況不穩定，壓力值一直不穩定，操作人員只能根據壓力情況及降溫循環水使用情況調節出口閥門，并開啟回流閥門，進行壓力控制；不但控制精度很低，操作的難度也很大，由于實際使用流量不穩定，經常出現管道降溫水的壓力異常，引起管路故障及降溫水泄漏，使得工作的強度較高。鑒于以上情況，決定改造控制系統，以改進以上的情況。 由于原來的壓力信號一直存在，只是在工控機上顯示，沒有參與控制，而閥門控制既不方便，精度低、浪費大；參考現在流行的恒壓供水控制系統，將降溫水循環系統改為恒壓供水系統是個不錯的選擇。改造只是在原來的泵電機組之外，再增加一套變頻控制系統及傳感器，將管道壓力串連至HDBP-90變頻恒壓控制柜上，由變頻器直接控制，即可解決問題。 四、節能效果計算： 1、恒壓供水控制水泵設計及控制方法： 恒壓供水系統主要組成是變頻器、壓力傳感器和循環水泵，而風機水泵類機械性能曲線如圖1，其流量與轉速成正比，轉速-力矩特性為二次方遞減力矩，所需要的軸功率與轉速的三次方成正比。即： q∝n, h∝n2 ， p∝n3 q:流量， h:揚程， p:軸功率， n：轉速 數學關系式為：p=0.163·q·h/ηp（kW） 其中：p：軸功率，q：流量，h：揚程，ηp： 泵效率 [IMG=恒壓供水控制水泵設計及控制]/uploadpic/tech/2007/12/2007120414383096143K.jpg[/IMG] 傳統的方法是電機轉速恒定不變，使用閥門的開啟度（增大或減小管阻）實現流量控制（俗稱憋泵），其揚程-流量特性見圖2，例如需要額定流量的100%、80%、40%流量時，使用閥門調節的方法其工作點對應圖中A、B、C點。這樣造成供水管網壓力不穩，工作效率低、啟動電流大、工作噪聲大、電能耗量大等特點。 2、采用變頻調速控制方法： 采用變頻調速控制時，設定供水壓力，根據用水量的大小，變頻器改變輸出頻率，使電機的運轉速度保證供水量，從而使供水系統工作壓力維持動態平衡，見圖2，其工作點對應A、D、E。而對應的閥門控制和速度控制對應的數學關系如下： Pm=q·h/（η/η0） 工作點的軸功率 PIN（V）=Pm/ηm 閥門控制時消耗的電功率 PIN（I）=Pm/（η1m·ηINV ） 速度控制時消耗的電功率 P0=0.163·Q0·H0/η0 額定工作點的軸功率 這里：ηINV：變頻器效率，η1m：變頻器拖動對應工作點電機效率，ηm：工頻拖動對應工作點電機效率 例如：電機功率P=15KW，效率η0=0.9，電壓U=380V,電流I=29.4A,轉速N=1440rpm,極數pole=4；Y132S2-2型水泵，流量Q=107m3/h=1.87m3/min,揚程H=32m,泵效率ηpump=0.65，泵性能曲線如圖1，泵的揚程-流量特性曲線如圖2，可計算得表1泵的不同工作點與軸功率及表2泵不同工作點消耗電能比較： [IMG=泵不同工作點與軸功率]/uploadpic/tech/2007/12/2007120414375981333G.jpg[/IMG] [IMG=泵不同工作點消耗電能比較]/uploadpic/tech/2007/12/2007120414401089464G.jpg[/IMG] 由表1和表2可知，水泵電機消耗的電功率與頻率的三次方成正比，在保證壓力恒定的情況下, 降低電機的工作頻率, 可有明顯的節能效果： （1）流量為額定流量的80%時，變頻控制比閥門控制節能為：13.8/14.3-10.0/14.3=26.6% （2）流量為額定流量的40%時，變頻控制比閥門控制節能為：11.1/14.3-4.00/14.3=49.6% 據統計一年中水泵電機負載率在50%以下的時間占總運行時間的50%以上，因而變頻控制系統節能效果明顯。 其具有的特點如下： 1、高效節能：可以實現節電30%以上（依據實際工況），能實現綠色用電，變頻恒壓供水能自動維持恒定壓力，供水質量好，與傳統供水比較，不會造成管網破裂及共振現象。 2、功能齊全：可實現自動控制，配置靈活，運行可靠，具有欠壓、過壓、過流、過熱等保護功能，并且可根據用戶需要，選擇各種附加功能。 3、壽命延長：由于是軟啟動，軟停止，無極變速，不但可消除水錘效應，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了設備維護量和維修費用，且設備的使用壽命大大延長。 4、運行合理：由于變頻調速控制系統是通過壓力自動調節，可以實現無人值守，節約了人力物力。 五、具體系統控制說明： 原降溫水管道上取得的壓力信號傳遞到DCS工控系統以后，現場旁邊增加一套HDBP-90變頻恒壓控制系統，系統輸入由模擬壓力信號及變頻器故障輸入信號組成，模擬信號再輸入到壓力調節器參與計算及控制，故障信號輸入到PLC上產生報警，提醒操作人員及時進行相應的操作。模擬量輸出信號采用模擬電流4-20mA信號，可以有效的防止信號的線路干擾；模擬信號傳輸到變頻器模擬量輸入端子，控制變頻器輸出頻率。由于泵的啟動及停止操作最好在室內操作室，因此啟停控制全部由HDBP-90變頻恒壓控制系統控制按鈕來實現，控制變頻器的啟動和停止。變頻器選用日本原裝進口明電舍VT230SE-090HA變頻器，可編程器采用三菱PLC，其它元器全部采用施耐德進口器，保證了系統長時間的正常運行。