一、現場情況

某工礦地處遠離城市的山區中，不可能使用市政的自來水管網，那就自建一個小型的供水系統。一般的情況是，在靠近河邊建一個取水站，將河水抽到半山腰的水處理站，經過沉淀、加氯消毒后，再由水泵送到山頂的高位水池，利用山頂與用戶之間的高差實現自流供水。本例用戶的取水站建在山下的河邊上，離半山腰的水處理站直線距離在800米以上，取水站有3臺揚程110米的30kW水泵，二用一備。取水站無人值守，水處理站有人值班，取水站的水泵的起、停控制也是由水處理站的值班人員擔任。值班人觀察水處理沉淀池的水位，如果沉淀池快要抽滿或抽水量不足時，值班人員就步行1公里多路程到取水站進行相應的操作。對于沉淀池快要抽滿的情況，有時處理不及時，沉淀池水滿后就流失了較多的水，這不僅浪費電能，也造成水資源損失。水處理站將處理好的水送往高位水池，有2臺揚程80米的45kW水泵一用一備，也同樣有高位水池水滿后造成水資源損失和電能的浪費。

二 控制方案

因為存在以上的問題，需要做改造，用戶的要求是：

1. 取水站無人值守；

2. 沉淀池、高位水池水位自動控制；

3. 有一定限度的節能。

考慮到取水站無人值守，選擇啟動設備時著重可靠性，就選用軟啟動器，每臺水泵配1臺，共3臺。沉淀池內設有“高”、“中”、“低”3個水位點，用PLC根據沉淀池水位的高低來決定1臺水泵運行或2臺水泵運行，還可通過編程控制使3臺水泵使用的時間盡量相同。水泵的運行信號、故障信號通過電纜送到水處理站顯示。取水站的抽水水位比水泵安裝位置低2米，水泵初次起動或停止后再起動，都可能形成“真空”而吸不上水，原來的方式是靠人工注水。無人值守后必須自動地完成注水排氣這個過程，其方法是采用間接檢測方式，即檢測水泵電機的運行電流。如果管道有“真空”，則電機近似于空載運行，電流較小；如果管道沒有“真空”，則電機接近滿載運行，電流基本上為額定電流，二者的差值較大。用電流檢測來確定電機或抽水管道有無真空，如有問題，PLC給出報警信號，通知值班人員處理。

圖4 取水站控制系統圖

為節能考慮，水處理站往高位水池送水的水泵用變頻器驅動，選用森蘭SB200系列變頻器。高位水池的水位信號也通過電纜送到水處理站，與變頻器組成一個水位閉環控制系統，適當調節水位閉環控制系統的給定，可有不錯的節能效果。

三 節能效果

高位水池的容積有400m3，如果關閉高位水池出水閥門，45kW水泵工作4小時可將高位水池抽滿，消耗的電能為：

W=45×4COSη=162kWh           (設COSη=0.9)

采用森蘭變頻器后，調節變頻器的頻率在43Hz，水泵調節后揚程H1為水泵設計揚程H的74%，已無較多的富余揚程，水泵調節后流量Q1為水泵設計流量Q的0.86，45kW水泵工作4.65小時可將高位水池抽滿，所消耗的電能為：

W1=(0.86)3×45×4.65×COSη=119.2kWh      (設COSη=0.9)

抽滿一池水降低電耗42.8kWh。實際上，不可能關閉高位水池出水閥門，一般情況是水泵在向高位水池供水時，也同時給用戶供水。每天的節能可從用戶的用水量估計。流量表上顯示，該用戶每天用水量在800m3左右，按800m3計算，每天節電85.6kWh，年節電85.6×365=31244kWh。