浅析城市供水系统节能自动化改造方法

脱美斯 吕晰 葛岩 李晓明

摘要：随着社会现代化进程的不断加速，节能环保意识的增强，人力成本的日益提高。在以节能降耗为基础的现代化水厂改造正在逐步进行。本文简单介绍了一个典型的运用远程控制技术进行节能自动化控制的供水企业模型。

关键词：远程控制技术 变频调速 自动化控制

Abstract: with the development of the society, the future of urban renewal planning will become all the big cities and urban planning management at the county level of the main work, urban renewal of city planning other types of planning system a far-reaching effect on the planning system should be active on the adjustment of the adaptability. Urban renewal of the particularity of its existing in the system of the urban planning and other types of planning in the planning ideas and methods produce clear differences.

Key words: the city update; Updated city planning; Urban planning system

中图分类号： TV674 文献标识码：A 文章编号：

一、城市供水系统现状分析

随着城市化进程的深入，现代供水企业也在进行着现代化的升级改造。以地下水为供水源的供水企业，主要的供水系统为从源头将水提取上来的潜水泵站、各地的水提取送到蓄水池后进行集中净化、满足生活用水要求水通过泵房水泵被输送到城市管网。原有的供水企业，人工开启、关闭潜水泵站，由于潜水泵站比较分散，人工调节控制时间延迟、控制不便。泵房水泵设备陈旧，依靠人工调节阀门准确度不高，费时费力。整个供水系统的运行过程中，能量消耗大、工作效率低。 现代化升级改造后可实现在泵房直接有计算机控制外围潜水泵站的工作状态和泵房水泵的自动调节变频调控。

二、远程控制技术及其在水泵站系统中的应用

1、远程控制技术简介

远程控制软件部分由客户端程序（Client）和服务器端程序（Server）组成，主控端执行客户端程序，向被控瑞设备中的服务器程序发送信号，建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，发送工况信息，被控端接收所有客户端信息后运行特定应用程序，生成控制命令并通过网络回送至各主控端执行。

为更好的实现控制网络与信.息网络的融合，使用。PC作为通信接口，OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统，为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。采用OPC技术，可以方便地建立现场信号、人机界面软件以及某些应用软件平台的连接，从而实现控制系统与信.，.网络的数据交互。

远程控制技术的优势

2.1、技术优势

采用多跳网络结构，节点数量和网络覆盖范围伸缩性强；

自动组网，无需人工干预，网络节点具有自愈能力；

无线信号受干扰程度小、阻抗特性相对稳定，信号不受电网结构限制；

软件远程升级、硬件远程复位

2.2、节约成本、提高效率

通过远程操作可极大的降低须人工操作工作的比重；

工程安装维护方便简单。

2.3 、加强用电管理

远程监测电能计量装置运行信息，分析计量故障、窃电等信息，及时发现潜水泵用电异常；

实时故障检测报警，报警信息实时主动上传，避免故障发生及时挽回故障损失；

实现预购控制、需量控制和负荷控制，有效防止设备丢失和非法负载接入；

提供完整的用电监测、为决策和管理提供准确、及时的负荷数据；

获得实时线损，有效监控电量损失；通过智能化电量分析，实现节能降耗。

3、水泵站远程控制系统组成及网络结构

水泵泵站的远程控制的分层控制系统可由两个相对独立又相互联系的上位工控机为核心的网络控制系统和下位PLC为核心的本地控制系统组成，既能利用中央服务器实现信.息共享及区域协调优化控制，又可通过本地控制系统弥补工控机故障引起的控制盲区问题。

以工控机为核心的城市排水上层网络控制系统如图1所示，选用传输效率高的以太网作为共享网络平台，泵站现场工控机通过RS-232串行直连方式，获取PLC采集的泵站进水池水位、污水流贡等工艺参数，再将信息传送至中央服务器，保存于数据库.中央服务器再通过区域协调优化决策知识库实现供水系统多目标控制.服务器还能进行丢包补偿，用以应对无法局部网络丢包、延时问题.

图1 以工控机为核心的上层网络控制系统结构图

三、泵房水泵变频调速恒压供水工况分析与能耗机理分析

1、管路水力损失及性能曲线

管路水力损失分为沿程损失和局部损失两种，即：

沿程损失：

局部损失：

2、水泵工作点的确定和调节

(l)水泵工作点的确定

如果把某一水泵的性能曲线即H一Q曲线和管路性能曲线画在同一坐标系，

如图12所示，则这两条曲线的交点A就是水泵的工作点。若把水泵的效率曲线

n一Q也画在同一坐标系中，可以找出A点的扬程HA、流量Q、以及效率nA。

图2 水泵工作点的确定

从图中可以看出，水泵在工作点A点提供的扬程和管路所需的水量损失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，从而达到能量和流量的平衡，这个平衡点是有条件的，平衡也是相对的。一旦水泵或管路性能中的一个或同时发生变化时，平衡就被打破，并且在新的条件下出现新的平衡。

在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过改变电源的频率来改变电机转速n，从而改变水泵性能曲线得以实现的。设定管网压力值(扬程)，管网初始用水量，初始工况点，水泵电机的转速。当管网负载减小时，管网压力升高，压力传感器将检测到升高压力转换成电流信号送往PID调节器，经比较处理后，输出一个信号令变频器频率降低，从而降低电机转速至处。

水泵转速的下降是沿着水泵的相似工况抛物线下降的，在此过程中水泵输出的流量和压力都会相应减小。恒压供水系统中压力值恒定。在此阶段水泵输出压力升高，流量减少，水泵运行在新的工作点，在图12中可以找出新的工作点的扬程和流量，以及水泵运行效率。

考察水泵的效率曲线n一Q，当变频调速使水泵偏离甚至位于高效区之外时，水泵的运行效率会大大下降。因此，水泵转速调节要尽量使水泵在高效区之内运行，避免使变频器频率下降得过低，而造成水泵在低效率段运行。

3、节能效果分析

根据流体力学的原理知道，水泵流量与转速及轴功率的关系用下述关系式表：

式中:Q为流量，H为扬程(水压)，P为轴功率，n为转速。当流量减少，水泵转速下降时，其电动机输出功率迅速下降。例如，当流量下降到70%，转速也下降到70%时，其轴功率则下降到额定功率的34.3%;当流量降低到50%，轴功率将下降到额定功率的12.5%，当然还要考虑由于转速降低引起附加控制装置的效率下降等因素，即使这样，其节能潜力也很大。采用变频器调速的节能效果，越是速度变化范围大，其节能效果就越明显。

结束语

以远程控制技术为基础，结合泵房水泵的节能改造，实现供水企业全面自动化控制。可以在保障不影响居民用水的前提下逐步进行。对原有泵站水泵进行变频调速控制，在泵房对外围潜水泵站进行远程计算机控制。最终实现原有供水企业的全面现代化升级。

参考文献;

[1]陈虹,史旺旺.中小型水厂自动化技术的实现方法[J].给水排水学报,2001.

[2]邝光明.变频调速泵站中水泵的选择.城镇供水学报,2001.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。