恒壓變頻供水係統的研究
科學研究
作者：楊曉玲
摘 要：隨著科學技術的發展，人們生活水平的提高，水資源浪費和汙染變得越來越嚴重，居民生活用水和飲用水變得相當緊缺。傳統的供水係統中往往利用高位水塔、水箱等對用戶供水，這種供水係統成本高能耗大，容易引起水質的二次汙染，而且供水量小不能滿足城鎮居民的正常用水需求。所以，設計一個節能高效的先進供水係統是十分必要的。在查閱大量的相關文獻後，決定采用模糊控製與傳統PID控製器相結合的方法來控製供水係統。
關鍵詞：變頻；恒壓供水；模糊PID控製
水資源和電能在我們的日常生活和工作中起著至關重要的作用，雖然我們國家資源豐富，但資源的浪費和汙染也非常嚴重，所以做好節能減排的工作是非常迫切的。為了能夠滿足城市高效節能的供水要求，應該對從前的供水係統進行優化，把從前傳統的供水係統轉變成恒壓變頻供水係統，提高供水係統的自動化控製程度，增強中小城市供水係統的性能，科學合理的降低供水能耗、實現高效供水。
在以前的供水係統中傳統的PID控製方式已經取得了較好的控製效果，而本文通過傳統PID控製方式與模糊控製方法相結合，來探索一種更好的控製策略，提升恒壓供水係統的供水性能。這種新的供水控製策略可以使得供水節能效果更顯著，操作更加簡單，調節時間大大的縮短，提升恒壓供水的穩定性、安全性，為人民的生產生活做好保障。這種供水係統的應用範圍非常廣，既可以用於中小城市的市政供水又可以用於化工和其他工業用水中。
目前，恒壓變頻供水方式是新型的供水方式，它可以靈活的控製水泵的轉速來改變供水管網的水流量，當用水流量較大時，係統的各台水泵逐漸啟動，並利用變頻/工頻切換來實現供水管網的水壓恒定，以保證用戶正常用水；而夜間用水量減少時，恒壓變頻供水係統將根據用水情況逐漸減少工作的水泵數量，並通過工頻切換為變頻的方式實現管網水壓的恒定，保證供水流量一直跟隨用水流量的變化而變化。
供水的目的是為了滿足用戶的用水需求，而用水流量和供水流量是影響供水管網壓力的最直接原因。當係統的供水量小於用水量時，管網水壓下降；當供水量等於用水量時，管網水壓恒定；當供水量大於用水量時，管網水壓上升。由此可見，供水管網的壓力是反映供求之間矛盾的關鍵。因此，可將供水管網的水壓作為檢測量，由係統根據管網水壓的變化改變水泵機組的頻率，進而調節供水量，實現供水流量和用水流量之間的動態平衡，使恒壓變頻供水係統穩定地工作在管網水壓的設定值。
變頻技術簡單地說就是把直流電變換為電壓和頻率可變的交流電，或者把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變的交流電。前者即將直流電轉變為電壓和頻率可變的交流電需要經過逆變的過程，而後者即將電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可變交流電需要經由整流和逆變兩個過程，逆變是整流的逆向過程。在這些變化過程中，電源頻率均發生了變化。
近年來，恒壓供水係統通常結合變頻調速根據管網壓力的變化情況通過微機監測和運算，自動地調節水泵轉速以滿足用戶用水的要求。這樣的供水係統具有顯著的節能效果和可靠地穩定性，因此是目前最合理的先進供水係統。
恒壓變頻供水係統將可編程控製器作為控製中心，通過檢測實際管網水壓與管網水壓的設定值進行比較，經運算處理後輸出控製信號改變水泵的工作頻率，使供水係統自動穩定於設定的管網壓力值，實現管網水壓的閉環調節。當用水量增加時，係統調節水泵的工作頻率使水泵的轉速提高，加大供水量；當用水量減少時，係統調節水泵的工作頻率使水泵的轉速減小，進而減少供水量，這樣既保證了供水效率又滿足了用戶對水壓的要求，實現了“用多少水，供多少水”。
這種供水方式不需要建造高位水箱、水塔等，既節約了成本，又沒有了水質二次汙染的可能，是一種理想化的供水方式。這種供水方式是目前較先進的供水方式，比傳統的供水方式可靠性更高，穩定性更好，既節能環保又安全高效，自動化水平高，而且經濟實惠。並且這種變頻供水係統在生活中的應用越來越廣，範圍越來越大，不僅適用於工廠、學校、居民區等用水場合，也適用於各種自來水廠、供暖循環用水係統和工廠循環冷卻水係統等。