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   1.引言

   隨著十一五規(guī)劃的實(shí)施，城鄉(xiāng)缺水將更加嚴(yán)重。我國人均水資源占有量只有世界人均水平的四分之一。 據(jù)統(tǒng)計，年供水總量將達(dá)600億立方米，到2010、2030、2050年我國城市相應(yīng)需水量將分別增加到910億立方米、1225億立方米和1550億立方米左右?！笆晃濉逼陂g，全國新增供水能力400億立方米，其中新增城市為160億立方米，新增鄉(xiāng)鎮(zhèn)為80億立方米，全國重點(diǎn)城市新增4500萬立方米/日。預(yù)計到2030年，全國用水總量將達(dá)到7000億到8000億立方米，接近水資源可利用量的極限。

   當(dāng)前情況是：一方面國家撥巨資進(jìn)行建設(shè)，另一方面，老一套的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，存在嚴(yán)重的污染和浪費(fèi),綜觀當(dāng)前國內(nèi)水工業(yè)市場，絕大多數(shù)是老企業(yè)，設(shè)備陳舊，工藝及供電設(shè)備老化，自動化水平低下，水耗藥耗材耗嚴(yán)重，先進(jìn)控制技術(shù)極少采用。就是近幾年來新建擴(kuò)建改建的水處理工程，也不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，造成許多資源白白浪費(fèi)。國務(wù)院每年都增加巨資，加大節(jié)能減排的力度。水工業(yè)各企業(yè)如何節(jié)能降耗？作者認(rèn)為，要從每個工程項(xiàng)目出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)的分析研究，要花大力氣從幾個方面去解決問題。

　　2. 認(rèn)真分析和創(chuàng)建綜合等效的水泵特性曲線至關(guān)重要

   對每個水廠都要從實(shí)際情況出發(fā)，對水源供水做深入細(xì)致的調(diào)查分析，對水管的平差壓力必須做大量的精確的科學(xué)計算。一個大型的給水工程往往有1個或2個以上的取水泵站，幾個中間加壓泵站和綜合的凈配水廠組成。一個大型的水泵站，又是多臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。

　　下面舉兩個典型的工程設(shè)計實(shí)例，來分析要不要調(diào)速節(jié)能,什么方式是最理想的。

　　2.1 某大型水源取水泵站的實(shí)例分析：

　　水泵相似定律：

　　Q／Q′／Q″＝n／n′／n″ ………………………………… （1）

　　H／H′／H″＝n2／n′2／n″2 ………………………………… （2）

　　N／N′／N″＝n3／n′3／n″3 ………………………………… （3）

　　N＝（1－s）f／P …………………………………………… （4）

　　H＝Hh＋Hf＝Hh＋CQ2 …………………………………………… （5）

　?。╪為轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速；S為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；f為定子頻率；P為電機(jī)極對數(shù)；Q為綜合流量；H為水泵揚(yáng)程；N為電機(jī)軸功率。）

   水工藝專家們，對取水泵站選泵設(shè)計時，都是考慮供水保證率達(dá)到95～99%的最低原水水位時泵站最大出水量的供水規(guī)模。水泵站的裝機(jī)是按最不利條件下、最大時流量和所需相應(yīng)揚(yáng)程決定的。而實(shí)際上一年中只有幾天能達(dá)到最大時流量，大多數(shù)時間里，水泵站都處在小流量下工作。為了適應(yīng)流量的變化，許多泵站在運(yùn)行中采取關(guān)小出口閘門的辦法來控制流量，從而造成出口閘門前后的壓力差值（少則多米多則幾十米）就白白地浪費(fèi)于閘門阻力上（見圖1）。

　   當(dāng)水泵臺數(shù)足夠多時，宏觀上可以適應(yīng)水量變化，但是水泵型號有限，裝機(jī)臺數(shù)過多，不僅管理不便，增大建筑面積，加大工程造價，流量脈沖變化極大，無法做到安全平穩(wěn)調(diào)節(jié)水量變化，還需要調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)水量（見圖2）。

　　很多水廠切削水泵葉輪來適應(yīng)工作點(diǎn)需要，因水泵工作點(diǎn)不連續(xù)照樣有大量能量損失。

   采用水泵機(jī)組無級調(diào)速技術(shù)，可連續(xù)地改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)，來變更水泵工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)于管網(wǎng)用水量的變化，才能提高機(jī)組效率，維持管網(wǎng)壓力恒定，達(dá)到節(jié)能的效果。

   東北市政設(shè)計院設(shè)計的引英入連供水工程水源泵站，2001年正式投產(chǎn)，其供水能力為66萬m3/d，共5臺2800kW的臥式離心水泵，變速電機(jī)電壓為3kV，其中4臺水泵機(jī)組選用Simovert MV電壓源型變頻器，采用三電平的磁場定向式矢量控制技術(shù)，逆變側(cè)采用了大功率全控器件高壓IGBT元件, 實(shí)現(xiàn)dv/dt控制，減小了電機(jī)和變壓器上的dv/dt。由于采用了KTY84器件，可在線地得到高精度的轉(zhuǎn)矩控制，Simovert MV是一種可靠性較高的變頻器，6年來一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，其節(jié)電效果非常明顯：每年節(jié)電452萬kW.h，按0.6元/kW.h計算，則每年均能省電費(fèi)536萬元。而取水泵站的全部調(diào)速裝置投資為800萬元，不到2年，就收回了基建投資。

　　2.2 某大型靜水配水處理廠站的實(shí)例分析：

   給水處理工藝流程，一般為進(jìn)水、配水井、絮凝沉淀、過濾、清水池、配水泵房，送入配水管網(wǎng)；還有加藥、加氯、加氨等輔助系統(tǒng)，中間還有回流泵房等。

　　取水泵站的流量變化系數(shù)：

　　K取=Kd1/Kd2=1.4/0.6=2.33 …………………………………………… （6）

　　（Kd1—高日系數(shù)，取1.4，Kd2—低日系數(shù)，取0.6，Hh為水泵的幾何高差，一般為常數(shù)；Hf =CQ2為管道摩阻水頭，隨流量平方而變化；Hf = Hfmax/Hfmin=Kd12/Kd22=5.4）

　　凈配水廠的流量變化系數(shù)：

　　K配=（Kd1•Kh1）/（Kd2•Kh2）=（1.4×1.4）/0.6×0.5=6.53 …………（7）

　?。ǜ邥r變化系數(shù)Kh1取1.4，低時系數(shù)Kh2取0.5。）

   由此可見，凈配水廠比取水廠站的流量變化更大，給水處理廠更要考慮科學(xué)的調(diào)流降耗的措施。流量的千變?nèi)f化，影響著整個處理系統(tǒng)的不斷變化，如絮凝沉淀、各種過濾的處理程序，加氯、加氨、加藥的隨機(jī)變化，以及回流泵房等，都要采取各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)來伺服變化。 上世紀(jì)八十年代中期，我院承擔(dān)的北京市第九水廠設(shè)計中已充分認(rèn)識了這個問題。從整個工藝流程到變配電設(shè)備選型，不是按最高日最高時的流量和其對應(yīng)的壓力為工作點(diǎn)來選水泵和水泵組合；而是在滿足最大設(shè)計水量的基礎(chǔ)上，盡量使調(diào)速高效特性曲線接近系統(tǒng)的特性曲線，也就是說，盡量將各種調(diào)速泵組合的高效區(qū)能套入出現(xiàn)機(jī)率最高的工作段或點(diǎn)上。調(diào)速水泵臺數(shù)，應(yīng)在全年內(nèi)運(yùn)行工況中開泵出現(xiàn)次數(shù)最多的臺數(shù)為需要的臺數(shù)，而備用選泵用定速泵。北京第九水廠配水泵工作特性曲線圖如圖3。

   由電算可知，首期2臺2500kW運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)率最大，其次為3臺同時運(yùn)轉(zhuǎn)，要考慮的是各種臺數(shù)組合的系統(tǒng)曲線的高效區(qū)均能包入高日高時流量的基礎(chǔ)上向右下方移動。由圖可知，加大了額定流量，但降低了額定揚(yáng)程，使多合配水泵綜合的高效中心線介于兩、三臺水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時的系統(tǒng)特性曲線之間，二期后同時運(yùn)轉(zhuǎn)需要4臺2500kW的水泵機(jī)組，再考慮日變系數(shù)和時變系數(shù)的變化率，設(shè)計中規(guī)定，4臺運(yùn)轉(zhuǎn)泵均采用變頻調(diào)速裝置，這樣運(yùn)轉(zhuǎn)，最為經(jīng)濟(jì)合理。當(dāng)1臺調(diào)速泵有故障時，可以3調(diào)1定運(yùn)轉(zhuǎn)，其綜合效率降低一點(diǎn)，而工作揚(yáng)程還是很高。如果按老套路設(shè)計，就會選更多的水泵機(jī)組，為了調(diào)節(jié)水量，就要選各種不同容量不同型號的水泵機(jī)組，或者只上1臺調(diào)速裝置去試一試；這樣一來，水泵機(jī)組很多，泵房面積很大，土建投資更大；同時，管理維修難度加大，水錘現(xiàn)象無法避免，更談不上什么供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度了?，F(xiàn)在北京水源九廠的送水泵房有了4套西門子的變頻調(diào)速裝置，第三期又上了2套羅賓康的電壓源型的變頻調(diào)速裝置。6臺2500kW的調(diào)速水泵機(jī)組同時并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。日供水量為150萬m3/d，占了北京總供水量的2/3之多，其節(jié)能降耗的成果非常顯著。

   從上世紀(jì)80年代開始，水工業(yè)市場真正步入了變頻調(diào)速時代。如北京水源九廠、深圳梅林水廠、深圳東湖泵站、北京第八水廠、長春第二水廠，上海原水公司，上海、廣州、重慶、成都、長春、武漢、昆明、石家莊、大慶油田、廈門、福州、東莞、天津、蘇州、沈陽、哈爾濱、西安自來水公司等幾百個大中小型水廠的配水泵房都選用了變頻調(diào)速裝置。水泵電機(jī)單機(jī)容量從200kW到3000kW，采用了大容量的變頻調(diào)速裝置約2000臺以上。200kW以下容量選用變頻調(diào)速裝置的就更多了。

　　2.3 創(chuàng)建科學(xué)的理想的虛擬的特性曲線至關(guān)重要

    一個有科學(xué)素質(zhì)的水企業(yè)，對陳舊落后的工藝和設(shè)備要盡快革新，供應(yīng)鏈建立了，計劃決策，最上層的ERP系統(tǒng)和最底層的PCS的過程監(jiān)控系統(tǒng)要同步建設(shè)，對變化了的市場要做到實(shí)時同步的快速響應(yīng)；對一些沒有通信功能的老掉牙的監(jiān)測儀器儀表、傳感器、變送器、、執(zhí)行器、驅(qū)動器和電氣機(jī)械等一切現(xiàn)場設(shè)備要盡快數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)信息快速整合性；對廠站級的控制設(shè)備，要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使中間環(huán)節(jié)的MES的產(chǎn)品制造層具有快速實(shí)時同步響應(yīng)能力；對水質(zhì)或一些突然事件發(fā)生巨大變化時，系統(tǒng)對異常情況的對策要有同步應(yīng)變的快速性。

   每建一個多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的泵站或改造一個大規(guī)模的綜合的給水排水系統(tǒng)，都要選用“泵站節(jié)電節(jié)水的最高目標(biāo)”等軟件包，使整個泵站的綜合的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，由一條曲線擴(kuò)大為一個工作面，由一個點(diǎn)變成沿管阻特性曲線的一個線段，將多臺并聯(lián)運(yùn)行的調(diào)速泵組合為一臺等效的理想特性曲線。從上面二個實(shí)例可知，創(chuàng)建理想的綜合等效的多臺水泵并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的虛擬的特性曲線是多么的重要，見圖3。就是說，變頻調(diào)速，特別是在小流量的最低速時，也能使泵站始終運(yùn)行在高效區(qū)域內(nèi)，真正平滑無級的運(yùn)轉(zhuǎn)在最優(yōu)化的組合上，保證水處理系統(tǒng)一直運(yùn)轉(zhuǎn)在最低的電耗、藥耗、水耗的目標(biāo)上。

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　　3.選擇最佳的調(diào)速方式
  
   工程建完了，其水泵機(jī)組和管道就定了，如圖1、圖2、圖3所示。要改變總的出水流量，采用古老的調(diào)閥門方法，是不可行的，會產(chǎn)生巨大的水錘，會有巨大的破壞力，故障實(shí)例屢見不鮮，北京某大型取水廠采用閥門調(diào)試時，當(dāng)時未投入變頻器，巨大的水錘將大閥門全部打破，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失！許多專家學(xué)者為之震驚。采用液力耦合器，電能是節(jié)省一些，但電耗還是不小，最好的辦法就是采用變頻無級調(diào)速技術(shù)，就很接近理想的控制曲線。當(dāng)然在一些調(diào)速范圍不很大的水廠，也可以采用軟啟動器設(shè)備，有一定范圍的調(diào)節(jié)，簡單、實(shí)用、價格更便宜，但其節(jié)電效果肯定不如變頻調(diào)速裝置。應(yīng)用于水泵類的中壓電機(jī)，主要為三相異步電動機(jī)，包括鼠籠型和繞線型，高效率的調(diào)速方式有兩種，即定子側(cè)變頻和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻。定子側(cè)變頻也叫中壓變頻，普遍應(yīng)用鼠籠型電動機(jī)，深受各行業(yè)客戶群的需求。許多性能更好、更適合水泵機(jī)組調(diào)速的高效綠色環(huán)保型中壓變頻器可供我們選用?，F(xiàn)在有一種轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置，因?yàn)檗D(zhuǎn)子側(cè)電壓低，所以技術(shù)復(fù)雜度降低、體積縮小了、可靠性相對提高了、價格也適中。采用內(nèi)反饋電動機(jī)的轉(zhuǎn)子變頻裝置，被控制電動機(jī)轉(zhuǎn)差功率直接回饋給電動機(jī)本身，增大了該電動機(jī)的出力 ,轉(zhuǎn)差功率不回饋入電網(wǎng)，當(dāng)然也不需要升壓變壓器。

   某水泥廠和某鋼廠分別選用廣東華拿公司280KW和450KW內(nèi)反饋轉(zhuǎn)子變頻器在水泵和風(fēng)機(jī)上應(yīng)用 ，由2006年1月投運(yùn)至今，運(yùn)行良好，節(jié)電效果十分顯著，每年平均達(dá)到節(jié)電30%～50%。水工業(yè)各行業(yè)的節(jié)能降耗市場巨大，再舉各行業(yè)的幾個典型應(yīng)用實(shí)例。

　　4.水工業(yè)各行業(yè)的幾個典型應(yīng)用實(shí)例

　　4.1 變頻器在城市雨污水排放泵站中的節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用

   沿江河兩岸的大中小型城市，如上海、南京、武漢、鎮(zhèn)江、天津等城市，為了保護(hù)城池，把建設(shè)污水排放工程放在非常重要的位置。

   前幾年，上海市某污水排放泵站，采用了6臺1000KW～1600KW變頻器，電壓6KV。由于無法預(yù)測污水排量的實(shí)際數(shù)值，設(shè)計專家們，選用了同一容量和型號的多臺水泵，選中美國羅賓康公司的中壓電壓源型變頻器。這種電壓源型變頻器，功率因數(shù)在0.95以上，效率高達(dá)97%，諧波電流總失真小于2%，采用低壓的IGBT器件，可靠性高，技術(shù)成熟。模塊化設(shè)計，維護(hù)簡單，，園滿的解決了變化無常的污水排量問題，收到了很好的節(jié)電效果。

　　4.2變頻器在某水利系統(tǒng)泄洪閘門啟閉機(jī)節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用

   水利系統(tǒng)各類泄洪閘門啟閉機(jī)，絕大部分都是人工操作，效率低，可靠性差，危險性極大。項(xiàng)目改造中，采用了PLC可編程控制器和變頻器，實(shí)現(xiàn)了無人值守的泄洪閘門啟閉機(jī)自動變速控制功能，節(jié)約了大量能源，效率提高了，危險消除了，安全有保障了。

   又如廣東水利系統(tǒng)某江邊排澇泵站，安裝了4組斜式軸流水泵機(jī)組，每臺500kw，電壓10kv，要求泵站運(yùn)行的響應(yīng)速度要小于0.5S，畫面實(shí)時數(shù)據(jù)刷新時間(從數(shù)據(jù)刷新后算起)≤1s，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)控及遠(yuǎn)方遙測遙控功能，以及遠(yuǎn)方滅磁檢測功能。大大地減輕了運(yùn)行管理人員的勞動強(qiáng)度； 系統(tǒng)監(jiān)測完善、安全可靠有效地避免事故的發(fā)生;減少設(shè)備損失費(fèi)用； 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與上一級聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。由于采用了變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)約了大量能源。

　　4.3變頻器在南水北調(diào)工程各輸水泵站工程中的大量選用
 
   北京市田村山水廠和石化供水取水泵站改擴(kuò)建工程均為南水北調(diào)工程的最重要的配套項(xiàng)目，6kv中壓水泵機(jī)組均選用西門子電壓源型的高效變頻器，根據(jù)用戶的實(shí)際需要，進(jìn)行在線的變速監(jiān)控。其他各輸水泵站都選用西門子等公司的變頻器作為節(jié)能降耗的主要措施。

　　4.4變頻器在污水深度處理工藝中節(jié)能降耗的廣泛應(yīng)用

   污水深度處理工藝主要是為污水回用于工業(yè)等特殊用途而進(jìn)行的進(jìn)一步處理工藝，又叫中水處理或再生水處理。通常的處理工藝有混凝沉淀、過濾、加藥加氯等，并設(shè)有出水泵站。 變頻裝置一般用在混凝沉淀池的刮泥機(jī)、濾站的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)、加氯加藥間的加藥泵、出水泵站的出水泵等 。離心濃縮具有濃縮速度快、臭味小等特點(diǎn)，現(xiàn)在被越來越多的污水廠采用，主要設(shè)備有污泥濃縮機(jī)，加藥泵、進(jìn)泥泵等。一般污泥濃縮機(jī)及加藥泵均采用變頻調(diào)速裝置控制; 離心脫水機(jī)一般均采用變頻調(diào)速裝置控制，脫水機(jī)的控制參數(shù)需根據(jù)進(jìn)泥泥質(zhì)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。離心脫水機(jī)的進(jìn)泥泵也常采用變頻調(diào)速控制.其它如加藥泵也需要隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般也采用變頻調(diào)速裝置控制，

   北京市再生水廠成為北京市中水系統(tǒng)供水的一部分。在改造中，選用了北京市某公司生產(chǎn)的無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器。 使用后節(jié)能效果明顯。

   又：奧運(yùn)配套工程工程項(xiàng)目中的北京北小河污水處理廠,日處理量達(dá)10萬立方米，泵站采用全套的西門子電氣、電機(jī)、變頻器和自動化控制設(shè)備及膜生物反應(yīng)槽(MBR)，再生水用于奧運(yùn)公園景觀水中。

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　　4.5變頻器在各工礦企業(yè)給排水及工業(yè)廢水處理節(jié)能降耗工程項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用。

   地處遠(yuǎn)離城市的山區(qū)中，不能使用市政的自來水管網(wǎng)，自建一個小型的供水系統(tǒng)。為節(jié)能考慮，水處理站往高位水池送水的水泵用變頻器驅(qū)動，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(huán)控制系統(tǒng)，適當(dāng)調(diào)節(jié)水位閉環(huán)控制系統(tǒng)的給定，可有不錯的節(jié)能效果。通過在住宅區(qū)供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)，對原有的供水設(shè)施進(jìn)行了技術(shù)改造。投入運(yùn)行一年來，節(jié)電率達(dá)38.5％，節(jié)水率達(dá)20.5％，實(shí)現(xiàn)24h全天供水，改善了水泵電機(jī)的機(jī)械特性，供水系統(tǒng)運(yùn)行無沖擊、無水錘，平穩(wěn)可靠。

　　4.6變頻器在大學(xué)城中水處理節(jié)能降耗項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用。

   某大學(xué)為了節(jié)約用水，利用本校的污水進(jìn)行再處理，回收再利用。為保證中水管網(wǎng)的壓力自動恒定，滿足用戶的需求，設(shè)計了全自動變頻調(diào)速給水系統(tǒng)。在用戶設(shè)定中水管網(wǎng)壓力后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值和壓力傳感器的管網(wǎng)實(shí)際壓力信號，自動調(diào)整加壓泵中定量泵的啟停和變頻泵的轉(zhuǎn)速，在較高的精度范圍內(nèi)保證管網(wǎng)的壓力恒定。無論用水高、低峰均可在保證供水壓力的前提下最大限度的節(jié)省電能。同時，減少了由于無謂磨損、頻繁啟停等原因?qū)λ迷斐傻膿p害；防止了由于管網(wǎng)壓力過高造成跑、冒事故。

　　4.7 變頻器在污水處理廠節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用。

   SBR反應(yīng)池是一種間歇進(jìn)水、間歇出水、變?nèi)莘e、完全混合、靜置沉淀、厭氧－缺氧－好氧順序發(fā)生的循環(huán)活性污泥反應(yīng)器。SBR系統(tǒng)的運(yùn)行是周期性的循環(huán)操作，操作模式由控制軟件選擇指定，運(yùn)行方式的調(diào)整通過調(diào)整軟件的基本參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，具有高度的可控性和靈活性。針對SBR工藝設(shè)計的這種曝氣系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，取消了節(jié)流裝置, 使進(jìn)入曝氣池的空氣壓力及流速穩(wěn)定，在使用上也可以達(dá)到十分理想的效果，避免了使用空氣調(diào)節(jié)閥帶來的調(diào)解范圍線性度較窄的弊端，以及在空氣調(diào)節(jié)閥上的能量損失。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速可方便地從低速啟動，啟動平穩(wěn)，啟動電流小。 對風(fēng)機(jī)來說降低轉(zhuǎn)速的同時，噪音大幅度降低。

　　4.8變頻器在各種大中小型電廠給水排水設(shè)備節(jié)能降耗的改造項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用

   重慶合川雙槐電廠（2×300MW）工程，水源取至渠江，該江水位變化較大，枯水期與洪水期的水位變幅達(dá)30米左右。取水口水壓因水位落差的變化也隨之發(fā)生較大改變，取水量也相應(yīng)發(fā)生變化。為了保證取水管道的流量處在一個比較穩(wěn)定的范圍值內(nèi)，取水泵則需隨著取水口水位的變化頻繁起停，造成取水管道壓力變化較大，而且電機(jī)運(yùn)行效率極低。取水口水位越高，管道壓力就越高，調(diào)節(jié)閥門開度越小，電能損失就越嚴(yán)重。為了降低取水泵的單耗，節(jié)約運(yùn)行成本，某院對2臺江邊取水泵（功率400kW，電壓等級6kV）采用高壓變頻調(diào)節(jié)控制，選用東方日立公司的DHVECTOL－DI00500/06B變頻器產(chǎn)品。

   負(fù)荷率按比值0.752計算，扣除變頻器的耗電量4％P（變頻器功率），每臺電機(jī)年運(yùn)行小時數(shù)按5500小時考慮，單臺電機(jī)運(yùn)行一年可節(jié)約的電量為：519411.2kW.h，電費(fèi)按0.50元/ kW.h計算，每臺泵一年節(jié)約電費(fèi)為259705.6元，一年可節(jié)約運(yùn)行成本26萬元。采用變頻調(diào)速后，起動實(shí)現(xiàn)了軟起動，運(yùn)行十分平穩(wěn);消除了對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊效應(yīng)；降低了設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用；降低了噪音；延長了設(shè)備的使用壽命；提高了系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量；具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

　　4.9 變頻器在水利行業(yè)大型泵站節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛運(yùn)用

   全國的水利行業(yè)大型泵站有383處，2663座，共16360臺水泵機(jī)組，合計448。88萬KW。納入“十一五”改造的大型泵站共計318處，1514座，10649臺機(jī)組，共計375。69萬KW。全國水利行業(yè)為了提高效益，除了選用高效的優(yōu)質(zhì)泵和閥門之外，采用高效的調(diào)速裝置是當(dāng)務(wù)之急。采用雙速電機(jī)，運(yùn)行可靠，設(shè)備造價高;采用液力耦合器, 低速時效率很低,調(diào)速范圍小,節(jié)能有限;采用變頻調(diào)速,可以平滑的無級調(diào)速,運(yùn)行可靠,節(jié)能降耗效果最高21世紀(jì)是IT技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的時代,大型的水利泵站改造,起點(diǎn)要高,要抓住這個大好時機(jī),盡快提升泵站技術(shù)的裝配水平,提高泵站的競爭力。西門子公司和ABB等公司的變頻調(diào)速裝置,已經(jīng)成功的運(yùn)用在國內(nèi)外許多大型的排灌泵站或流域調(diào)水工程之中,節(jié)省了大量能源,優(yōu)化了工藝運(yùn)轉(zhuǎn)條件。各網(wǎng)站雜志媒體有大量報導(dǎo)，有很好的節(jié)能降耗作用，這里不再重復(fù)。

　　4.10變頻器在居民區(qū)生活消防節(jié)能降耗改造項(xiàng)目的廣泛運(yùn)用。

   某居民區(qū)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)由電器控制柜(內(nèi)有變頻器、PID或PLC控制器、電器控制系統(tǒng)制面板等)、水泵電機(jī)、各種閥門、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開關(guān)等組成。根據(jù)供水系統(tǒng)需要在控制器上(微型工控計算機(jī))編程設(shè)定供水參數(shù)，自動控制變頻器使電機(jī)軟啟動，在運(yùn)行過程中，安裝在水泵出口處的壓力傳感器則檢測管網(wǎng)中的瞬時壓力信號傳送到控制器，經(jīng)微機(jī)分析運(yùn)算后控制變頻器，使變頻器改變工作頻率控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)供水流量。在系統(tǒng)設(shè)計時，按用戶最大需水量(小時計)多少來選用水泵機(jī)組的大小，來滿足生活、消防、供熱 、灌溉等用途的供應(yīng)要求。

　　4.11變頻器在大學(xué)城污水回收節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛運(yùn)用。

   石家莊鐵道學(xué)院在2002年,校園污水管網(wǎng)改造工程，工程采用SBR工藝處理洗浴廢水并回用于沖洗廁所，日處理量可達(dá)306噸。變量泵選用ABB400系列變頻器，由用戶管網(wǎng)的壓力信號（4-20mA）分別送至變頻器控制單元和PLC，與給定信號比較后經(jīng)PID運(yùn)算產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號送至變頻器，控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。 采用變頻調(diào)速供水 與原來氣壓罐給水方式的恒速泵運(yùn)行方式相比，明顯節(jié)省電能，采用變頻器而增加的投入在運(yùn)行后一年至一年半即可收回。實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控以及工藝的自動運(yùn)行，保證了運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)，節(jié)約了能耗和人力，提高了整個系統(tǒng)的技術(shù)水平。占地面積小、安裝快、投資省;無人值守、可靠性高；變頻調(diào)速水泵的啟動為軟啟動，減少了對水泵及管網(wǎng)的沖擊， 有效延長泵組的使用壽命。

　　4.12變頻器在辦公樓群空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗改造項(xiàng)目中的廣泛運(yùn)用。

   某公司樓群有3臺循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)，在改造中，采用變頻器對各冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速, 各生產(chǎn)裝置返回的循環(huán)熱水用泵輸送到這些塔內(nèi), 促進(jìn)熱水與空氣進(jìn)行熱交換,使循環(huán)水冷卻，從而獲得各生產(chǎn)裝置所需循環(huán)水溫度≤32℃的冷水。當(dāng)環(huán)境溫度升高時,啟動冷卻塔內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)實(shí)行強(qiáng)制通風(fēng),加快冷卻塔的熱交換。用實(shí)測數(shù)字進(jìn)行節(jié)能計算, 獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。恒壓供水技術(shù)是一種創(chuàng)新與發(fā)展,充分利用了FUJI ELECTRIC 優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品變頻器 ，無需溫控表，PLC和控制器，功能完善，性能穩(wěn)定可靠，受到廣大業(yè)主的充分肯定及推崇。

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　　5.實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)是現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇

   變頻調(diào)控系統(tǒng)包含多學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，是一個快速監(jiān)控的系統(tǒng)，需要存儲和處理大量的多種數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)上要快速實(shí)時的處理和傳遞。水泵機(jī)組配套的變頻器是一個執(zhí)行器， 變頻器就工作在工藝流程非常復(fù)雜，工作環(huán)境不好，要不斷接受指令變速運(yùn)行，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)的工況中。泵站和凈化處理廠相距遙遠(yuǎn)，加上無人值守，長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障的機(jī)率就很高。變頻器必須數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和安全化，才能在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行快速的穩(wěn)定工作、診斷和維修。

   水流程工業(yè)越來越復(fù)雜。對一個大的水處理工程，過去的DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、PC、OPC和以太網(wǎng)技術(shù),只要被鑲嵌在傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中去，也只能對系統(tǒng)作些邊緣性的提高，所有現(xiàn)場設(shè)備、控制器還是孤島獨(dú)立地控制，只管束獨(dú)立的數(shù)據(jù)。目前世界流行的六種實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，打破了過去傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的堅冰，為真正科學(xué)的信息控制系統(tǒng)奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。目前流行的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)：PROFINET、 EtherCAT、Ethernet、Powerlink、EPA、MODBUS-IDA和Etherner/IP等。PROFINET應(yīng)用最廣，占世界第一位，支持廠商最多。

   流程企業(yè)希望有這樣的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)：對整個監(jiān)控系統(tǒng)來講，要有一個大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)化編程語言系統(tǒng)軟件設(shè)計平臺；在一個實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)平臺上，只需要一個公共的變量定義和一個存放所有數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，這個統(tǒng)一的實(shí)時數(shù)據(jù)庫是MES的核心設(shè)備，只有功能強(qiáng)大的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，才能在線實(shí)時采集流程過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行統(tǒng)一的存儲與管理，才能進(jìn)行運(yùn)算分析和處理，才能在線提供開放的二次開發(fā)的數(shù)據(jù)信息資料，才能在線提供ERP和PCS系統(tǒng)中需要的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使決策部門根據(jù)供應(yīng)鏈采集到的電子商務(wù)行情，及時修改生產(chǎn)計劃，通過MES系統(tǒng)將信息垂直又快速的傳達(dá)到最底層的PCS生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，真正提高生產(chǎn)效率，大大加快企業(yè)的應(yīng)變能力，也就大大加強(qiáng)了企業(yè)的競爭力,這種實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件編程技術(shù)，能同時開發(fā)多主站和多終端的所有設(shè)備，也能同時調(diào)試和安裝眾多的機(jī)械設(shè)備；它應(yīng)該是DCS、FCS、IPC、CNC、GIS、OAS、PLC、MC、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、SCADA系統(tǒng)的統(tǒng)一編程標(biāo)準(zhǔn)，都遵守TCP/IP通訊協(xié)議，同時能橫向傳輸所有從站之間的海量實(shí)時數(shù)據(jù)信息；這種開放的模塊式結(jié)構(gòu)應(yīng)面向所有工業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用開放；從各個現(xiàn)場的光、機(jī)、電、氣、儀等一切設(shè)備到整個系統(tǒng)的全部設(shè)備都能無縫聯(lián)接并能在網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一調(diào)度。用戶是上帝，希望廣大實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)的廠商，盡快研究出具有上述要求的更簡單實(shí)用的新平臺。

　　6 必須創(chuàng)建信息控制一體化的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

   開放，就意味著在網(wǎng)絡(luò)上能互連、互通、共享和互操作。綜合自動化集成架構(gòu)、就是將工程中工藝、機(jī)械、電氣、儀器儀表測控系統(tǒng)等現(xiàn)場設(shè)備、監(jiān)控組態(tài)軟件、通信網(wǎng)絡(luò)、計劃管理、生產(chǎn)制造執(zhí)行、商務(wù)供應(yīng)鏈、財務(wù)人事、領(lǐng)導(dǎo)決策等內(nèi)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行同步設(shè)計,做到有機(jī)的整合集成，謀求實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益。什么是信息控制一體化的綜合自動化的集成？著名的美國咨詢集團(tuán)ARC的描述比較準(zhǔn)確：從全局的觀念對整個工廠的流程所牽涉的各個環(huán)節(jié)，通過單一而又統(tǒng)一的平臺來進(jìn)行工程設(shè)計和組態(tài)、可視化、控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度、資產(chǎn)設(shè)備管理；具有良好的可擴(kuò)展能力、可滿足小規(guī)模的單元控制、中規(guī)模的區(qū)域控制和大規(guī)模的全廠控制的各種要求；它在公共的工程環(huán)境、統(tǒng)一的通信框架、建立在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上等幾個關(guān)鍵特征。這就是ARC提出的協(xié)同過程自動化系統(tǒng)CPAS（collaborative process Automation System）。其示意圖見圖4。一個好的綜合自動化系統(tǒng)是節(jié)能降耗的根本保證。

   在設(shè)備層和現(xiàn)場控制層只有PAC可編輯自動控制器，才能滿足大型水廠的現(xiàn)代智能控制的要求，PAC綜合了PLC和IPC的諸多優(yōu)點(diǎn)，還可以集成PLC、FCS、DCS等功能，是一個完全數(shù)字化的功能強(qiáng)大的開放的可編程自動控制器，PAC可以激活PLC、IPC、FCS系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象，現(xiàn)場像變頻器一樣的所有執(zhí)行器、儀器儀表、傳感器及所有電氣設(shè)備都有網(wǎng)絡(luò)接口，都要遵守TCP/IP通訊協(xié)議，才能在網(wǎng)絡(luò)中縱橫的無距離的高速的傳遞和處理各種信息，做到?jīng)]有誤差、快速適應(yīng)；工程師們才能在網(wǎng)絡(luò)上輕松自由的高精度的進(jìn)行頻率設(shè)定，準(zhǔn)確的進(jìn)行故障診斷，可在線的監(jiān)控和維修變頻器軟硬件及電氣、儀器儀表等設(shè)備。

   “網(wǎng)絡(luò)就是控制器”。我們搞綜合自動化系統(tǒng)的專家們認(rèn)為，唯一正確的途徑是創(chuàng)建新型的“信息控制一體化”的科學(xué)的綜合自動化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)“信息控制一體化”的關(guān)鍵是：抓住信息化的核心技術(shù)不放，各種數(shù)據(jù)、圖象、聲頻、視頻、文本、報表能暢通無阻，達(dá)到無距離無時限的垂直上下和橫平左右的安全高效快速的訪問；從本企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，站在建設(shè)“數(shù)字工廠”的高點(diǎn)上思考問題，做好企業(yè)系統(tǒng)的ERP/MES/PCS三個系統(tǒng)基礎(chǔ)的科學(xué)配置，特別是選好功能強(qiáng)大的實(shí)時數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控組態(tài)軟件和先進(jìn)控制軟件；各車間現(xiàn)場采用PAC可編程自動化控制器（也可選用新型的PLCopen設(shè)備）；光、機(jī)、電、氣、儀等一切現(xiàn)場設(shè)備做到全數(shù)字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化，（采用嵌入式技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能植入到舊設(shè)備中去、使它們具有網(wǎng)絡(luò)功能）；現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用全開放的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)；共同采用TCP/IP通訊協(xié)議（対加氯、加藥、預(yù)估、氧曝、調(diào)速等響應(yīng)時間要求毫秒級、抖動誤差小于1微秒的、可采用等時同步實(shí)時“IRT”等技術(shù)來滿足某些高精確度控制的要求）；這個科學(xué)的實(shí)用的現(xiàn)代化的水工業(yè)綜合自動化系統(tǒng) ，就是“(INTERNET+WLAN)＋(RTE+WPAN)＋TCP/IP協(xié)議+PAC”的集成體,見圖5。

   各專家、同仁學(xué)者，我們必須加強(qiáng)變頻器在實(shí)踐應(yīng)用中的技術(shù)研究，對實(shí)踐中出現(xiàn)的技術(shù)難題，更要共同攻關(guān)和協(xié)力研究，巧妙運(yùn)用虛似技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理器技術(shù)和現(xiàn)代化智能控制理論去研發(fā)新型的綠色環(huán)保型的高端的成本低廉的變頻器，使客戶有更多挑選的余地。巨大的實(shí)踐客戶群和國內(nèi)外的變頻器制造商，都必須樹立“創(chuàng)新是硬道理”的“科學(xué)發(fā)展觀”，用信息化帶動自動化，將變頻調(diào)速節(jié)能降耗的基本國策落實(shí)到實(shí)處。