壓力變送器組成的變頻恒壓供水系統在沙漠油田的應用

摘要：為滿足生活、供熱、供暖等的用水需求，利用ＰＬＣ及變頻器對供水系統進行改造。將供水管網壓力變送器的壓力信號傳輸給ＰＬＣ，進行ＰＩＤ調節改變變頻器的輸出頻率，控制水泵機組的供水流量，實現了自動控制和調節供水。該系統能根據現場實際用水（外輸管線壓力）自動調節水量，維持恒定水壓；同時，還能根據檢測到的清水罐液位，自動啟停水泵，具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優點。

石西油田作業區位于古爾班通古特沙漠腹部，生產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４臺功率為２２ｋＷ的立式離心給水泵，供水能力２　４００ｍ３／ｄ，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，１臺清水泵工頻運行；當壓力高于設定的上限壓力時，２臺清水泵停止運行。其余２臺清水泵作為備用泵。

隨著沙漠油田滾動開發，基地生活區擴大增容，為滿足生活、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運行、恒壓供水、節約電能的性能，需要對其進行優化改造。

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足上述改造要求。系統由Ｓ７－２００ＰＬＣ、ＡＣＳ４００變頻器、軟啟動器、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程中，需要對供水管網的水壓信號、水池的液位信號進行檢測，以確保系統正常穩定的運行。
        ａ）供水管網的水壓信號。該信號反映的是用戶管網內部的水壓值，是該系統所有反饋信號中最重要的信號之一。該信號為模擬量，需ＰＬＣ擴展模擬量模塊來接收，ＰＬＣ對該值進行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行監測，由ＰＬＣ擴展模擬量模塊來接收。當水位達到ＰＬＣ設定下限時，ＰＬＣ停止水泵的工作，從而防止水罐水量不足時水泵電機發生空轉，保護系統及電機的安全穩定工作，同時可對水罐液位高低限進行報警。

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，軟啟動器和電控設備。ＰＬＣ通過系統程序匯總來自各部分的信息，并進行分析計算，從而得出對整個系統執行部件的控制方案，通過變頻器、軟啟動器對水泵機組進行相應的控制。恒壓供水系統的控制流程如圖１所示，該系統將供水管網上壓力變送器的壓力信號傳輸給ＰＬＣ，對輸入值與設定值進行比較，通過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、ＰＩＤ調節、增泵運行、減泵運行四個流程。
１）系統啟動。ＰＬＣ執行系統內部程序，啟動變頻器，變頻器帶動其中工作時間最短的水泵運行，系統對供水水壓與壓力設定值進行比較計算，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，系統達到穩定，此時變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速都達到一個固定值，這期間水泵電機工作在調速狀態。

２）ＰＩＤ調節。當用戶端用水量增加時，供水管網壓力降低，ＰＬＣ根據壓力變化進行ＰＩＤ調節，變頻器輸出頻率增加，水泵電機轉速增大同時流量增大，使供水壓力值與系統設定值相等。反之，當用戶端用水量減小時，系統通過ＰＩＤ運算，最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，水泵電機滿負荷運行，系統供水管網的供水壓力仍然低于系統設定值，則滿足增泵條件。變頻器處于變頻固定式工作模式，此時ＰＬＣ控制軟啟動器帶動４個水泵中運行時間最短的水泵啟動，使該水泵工頻運行，同時ＰＬＣ接收來自壓力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。如果用戶的用水量仍然增加，達到增加水泵的條件時，則繼續按上述步驟增加水泵，直到系統達到新的穩定狀態為止。

４）減泵運行。當用戶用水量減小，且變頻器的輸出頻率已經達到變頻器頻率的設定下限時，系統供水管網的水壓仍然高于系統的壓力設定值，則滿足減泵條件。此時，ＰＬＣ接到信號，關閉工頻運行中運行時間最長的水泵，同時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。如果用戶水量繼續減小，達到減少水泵條件時，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、清水罐液位進行信號監測，控制４臺水泵的變頻運行、軟啟動以及工頻運行，實現了自動控制和調節供水。該系統能根據現場實際用水（外輸管線壓力）自動調節水量，維持恒定水壓，滿足生活用水、供熱、供暖的需要；同時，還能根據檢測到的清水罐液位，自動啟停水泵，具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優點。