壓力變送器組成的變頻恒壓供水系統(tǒng)在沙漠油田的應用

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(tǒng)進行改造。將供水管網(wǎng)壓力變送器的壓力信號傳輸給ＰＬＣ，進行ＰＩＤ調(diào)節(jié)改變變頻器的輸出頻率，控制水泵機組的供水流量，實現(xiàn)了自動控制和調(diào)節(jié)供水。該系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場實際用水（外輸管線壓力）自動調(diào)節(jié)水量，維持恒定水壓；同時，還能根據(jù)檢測到的清水罐液位，自動啟停水泵，具有系統(tǒng)工作穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優(yōu)點。

石西油田作業(yè)區(qū)位于古爾班通古特沙漠腹部，生產(chǎn)基地生活給水系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)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(nèi)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(fā)，基地生活區(qū)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(tǒng)具有自動運行、恒壓供水、節(jié)約電能的性能，需要對其進行優(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(tǒng)可以滿足上述改造要求。系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)。

１．２　檢測與控制

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

        ａ）供水管網(wǎng)的水壓信號。該信號反映的是用戶管網(wǎng)內(nèi)部的水壓值，是該系統(tǒng)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擴展模擬量模塊來接收，ＰＬＣ對該值進行ＰＩＤ處理后，將處理后的數(shù)據(jù)傳送給變頻器，從而控制水泵轉速，實現(xiàn)供水系統(tǒng)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(jiān)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(fā)生空轉，保護系統(tǒng)及電機的安全穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)執(zhí)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(tǒng)的控制流程如圖１所示，該系統(tǒng)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行比較，通過ＰＩＤ調(diào)節(jié)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(tǒng)的工作流程分為系統(tǒng)啟動、ＰＩＤ調(diào)節(jié)、增泵運行、減泵運行四個流程。

１）系統(tǒng)啟動。ＰＬＣ執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)部程序，啟動變頻器，變頻器帶動其中工作時間非常短的水泵運行，系統(tǒng)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(tǒng)設定值相等時，系統(tǒng)達到穩(wěn)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(diào)速狀態(tài)。

恒壓供水系統(tǒng)控制流程示意

２）ＰＩＤ調(diào)節(jié)。當用戶端用水量增加時，供水管網(wǎng)壓力降低，ＰＬＣ根據(jù)壓力變化進行ＰＩＤ調(diào)節(jié)，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(tǒng)設定值相等。反之，當用戶端用水量減小時，系統(tǒng)通過ＰＩＤ運算，非常終控制電機轉速減小，減小系統(tǒng)供水流量，使供水壓力值與系統(tǒng)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(tǒng)供水管網(wǎng)的供水壓力仍然低于系統(tǒng)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個水泵中運行時間非常短的水泵啟動，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(tǒng)達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。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(xù)按上述步驟增加水泵，直到系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)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(jīng)達到變頻器頻率的設定下限時，系統(tǒng)供水管網(wǎng)的水壓仍然高于系統(tǒng)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非常長的水泵，同時ＰＬＣ繼續(xù)根據(jù)壓力變送器檢測到的信號運行，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整水泵電機轉速，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。如果用戶水量繼續(xù)減小，達到減少水泵條件時，則繼續(xù)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(tǒng)的外輸水壓、清水罐液位進行信號監(jiān)測，控制４臺水泵的變頻運行、軟啟動以及工頻運行，實現(xiàn)了自動控制和調(diào)節(jié)供水。該系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場實際用水（外輸管線壓力）自動調(diào)節(jié)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(jù)檢測到的清水罐液位，自動啟停水泵，具有系統(tǒng)工作穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優(yōu)點。