壓力變送器組成的變頻恒壓供水系統在沙漠油田的應用

為滿(mǎn)足生活、供熱、供暖等的用水需求，利用ＰＬＣ及變頻器對供水系統進(jìn)行改造。將供水管網(wǎng)壓力變送器的壓力信號傳輸給ＰＬＣ，進(jìn)行ＰＩＤ調節改變變頻器的輸出頻率，控制水泵機組的供水流量，實(shí)現了自動(dòng)控制和調節供水。該系統能根據現場(chǎng)實(shí)際用水（外輸管線(xiàn)壓力）自動(dòng)調節水量，維持恒定水壓；同時(shí)，還能根據檢測到的清水罐液位，自動(dòng)啟停水泵，具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

石西油田作業(yè)區位于古爾班通古特沙漠腹部，生產(chǎn)基地生活給水系統由水源井、水處理裝置、供水控制裝置組成。原供水控制裝置驅動(dòng)４臺功率為２２ｋＷ的立式離心給水泵，供水能力２?。矗埃埃恚常?，供水系統的壓力設定值為０．３０～０．４５ＭＰａ，當出水管匯壓力低于設定的下限，２臺清水泵工頻運行；出水管匯壓力處于設定范圍內時(shí)，１臺清水泵工頻運行；當壓力高于設定的上限壓力時(shí)，２臺清水泵停止運行。其余２臺清水泵作為備用泵。

隨著(zhù)沙漠油田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，基地生活區擴大增容，為滿(mǎn)足生活、供熱、供暖等的用水需求，原供水控制裝置啟停運行頻繁，人員管理難度大，電氣故障逐漸增多且耗電量高。為使供水系統具有自動(dòng)運行、恒壓供水、節約電能的性能，需要對其進(jìn)行優(yōu)化改造。

１　改造方案與功能

１．１　改造方案

采用由可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）及變頻器組成的變頻恒壓供水控制系統可以滿(mǎn)足上述改造要求。系統由Ｓ７－２００ＰＬＣ、ＡＣＳ４００變頻器、軟啟動(dòng)器、壓力變送器、液位變送器和水泵機組共同組成完整的閉環(huán)控制系統。

１．２　檢測與控制

        １）信號檢測。在系統控制正常工作過(guò)程中，需要對供水管網(wǎng)的水壓信號、水池的液位信號進(jìn)行檢測，以確保系統正常穩定的運行。

        ａ）供水管網(wǎng)的水壓信號。該信號反映的是用戶(hù)管網(wǎng)內部的水壓值，是該系統所有反饋信號中非常重要的信號之一。該信號為模擬量，需ＰＬＣ擴展模擬量模塊來(lái)接收，ＰＬＣ對該值進(jìn)行ＰＩＤ處理后，將處理后的數據傳送給變頻器，從而控制水泵轉速，實(shí)現供水系統的恒壓供水。

ｂ）清水罐液位信號。該信號主要對水罐液位進(jìn)行監測，由ＰＬＣ擴展模擬量模塊來(lái)接收。當水位達到ＰＬＣ設定下限時(shí)，ＰＬＣ停止水泵的工作，從而防止水罐水量不足時(shí)水泵電機發(fā)生空轉，保護系統及電機的安全穩定工作，同時(shí)可對水罐液位高低限進(jìn)行報警。

2）恒壓控制。恒壓供水系統的控制部分一般包含在供水控制柜中，主要包括ＰＬＣ，變頻器，軟啟動(dòng)器和電控設備。ＰＬＣ通過(guò)系統程序匯總來(lái)自各部分的信息，并進(jìn)行分析計算，從而得出對整個(gè)系統執行部件的控制方案，通過(guò)變頻器、軟啟動(dòng)器對水泵機組進(jìn)行相應的控制。恒壓供水系統的控制流程如圖１所示，該系統將供水管網(wǎng)上壓力變送器的壓力信號傳輸給ＰＬＣ，對輸入值與設定值進(jìn)行比較，通過(guò)ＰＩＤ調節改變變頻器的輸出頻率，控制水泵機組的供水流量，從而達到恒壓供水的目的。

２　恒壓供水工作流程

變頻恒壓供水系統的工作流程分為系統啟動(dòng)、ＰＩＤ調節、增泵運行、減泵運行四個(gè)流程。

１）系統啟動(dòng)。ＰＬＣ執行系統內部程序，啟動(dòng)變頻器，變頻器帶動(dòng)其中工作時(shí)間非常短的水泵運行，系統對供水水壓與壓力設定值進(jìn)行比較計算，控制變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機的轉速。當檢測到的供水壓力值與系統設定值相等時(shí)，系統達到穩定，此時(shí)變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速都達到一個(gè)固定值，這期間水泵電機工作在調速狀態(tài)。

恒壓供水系統控制流程示意

２）ＰＩＤ調節。當用戶(hù)端用水量增加時(shí)，供水管網(wǎng)壓力降低，ＰＬＣ根據壓力變化進(jìn)行ＰＩＤ調節，變頻器輸出頻率增加，水泵電機轉速增大同時(shí)流量增大，使供水壓力值與系統設定值相等。反之，當用戶(hù)端用水量減小時(shí)，系統通過(guò)ＰＩＤ運算，非常終控制電機轉速減小，減小系統供水流量，使供水壓力值與系統設定值相等。

３）增泵運行。當用戶(hù)用水量增加較多，變頻器的輸出頻率達到頻率設定上限，水泵電機滿(mǎn)負荷運行，系統供水管網(wǎng)的供水壓力仍然低于系統設定值，則滿(mǎn)足增泵條件。變頻器處于變頻固定式工作模式，此時(shí)ＰＬＣ控制軟啟動(dòng)器帶動(dòng)４個(gè)水泵中運行時(shí)間非常短的水泵啟動(dòng)，使該水泵工頻運行，同時(shí)ＰＬＣ接收來(lái)自壓力ＰＩＤ控制器的檢測信號，控制

變頻器的輸出頻率，改變變頻泵的轉速，重新使系統達到穩定的工作狀態(tài)。如果用戶(hù)的用水量仍然增加，達到增加水泵的條件時(shí)，則繼續按上述步驟增加水泵，直到系統達到新的穩定狀態(tài)為止。

４）減泵運行。當用戶(hù)用水量減小，且變頻器的輸出頻率已經(jīng)達到變頻器頻率的設定下限時(shí)，系統供水管網(wǎng)的水壓仍然高于系統的壓力設定值，則滿(mǎn)足減泵條件。此時(shí)，ＰＬＣ接到信號，關(guān)閉工頻運行中運行時(shí)間非常長(cháng)的水泵，同時(shí)ＰＬＣ繼續根據壓力變送器檢測到的信號運行，控制變頻器的輸出頻率，調整水泵電機轉速，使系統達到穩定狀態(tài)。如果用戶(hù)水量繼續減小，達到減少水泵條件時(shí)，則繼續按照上述步驟減少水泵，直到達到平衡為止。

３　應用效果

利用ＰＬＣ及變頻器對供水系統的外輸水壓、清水罐液位進(jìn)行信號監測，控制４臺水泵的變頻運行、軟啟動(dòng)以及工頻運行，實(shí)現了自動(dòng)控制和調節供水。該系統能根據現場(chǎng)實(shí)際用水（外輸管線(xiàn)壓力）自動(dòng)調節水量，維持恒定水壓，滿(mǎn)足生活用水、供熱、供暖的需要；同時(shí)，還能根據檢測到的清水罐液位，自動(dòng)啟停水泵，具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。