羅克韋爾自動(dòng)化中壓變頻器在太倉(cāng)水廠的應(yīng)用

背景

太倉(cāng)，這座長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和沿海開放帶交匯點(diǎn)上的港口城市，昂首于江蘇省東南部的長(zhǎng)江三角洲開放區(qū)前沿，東瀕長(zhǎng)江，南依上海，西接蘇州，是江蘇省經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的縣(市)之一。早在兩千四百多年前，人們就開始在這塊肥沃的土地上進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕種，曾因吳王及春申君在此設(shè)立糧倉(cāng)而得名“太倉(cāng)”。

太倉(cāng)得天獨(dú)厚的地理位置和豐厚的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，為其全方位發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件和前所未有的歷史性機(jī)遇，以石油化工、機(jī)電一體化、輕工食品、精密機(jī)械、高檔紡織服飾和能源原材料為主體的六大新興主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)群正在加速形成。目前，太倉(cāng)市人口約45萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)年增長(zhǎng)率在16%以上。2001年，太倉(cāng)市國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值位居江蘇省縣級(jí)市榜首，全國(guó)排名第七。

經(jīng)濟(jì)的高速、持續(xù)發(fā)展離不開基礎(chǔ)建設(shè)的支持。正因?yàn)槿绱耍珎}(cāng)市決定新建一座水廠，為當(dāng)?shù)鼐用窈蜕虡I(yè)用戶提供清潔的自來(lái)水。考慮到新水廠要服務(wù)于千家萬(wàn)戶，其泵站供水能力需要達(dá)到每天二十萬(wàn)立方米。

在這種情況下，必須采用可靠的設(shè)備和技術(shù)，確保水泵能夠連續(xù)運(yùn)行，盡可能滿足用戶的需要，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)省電能。太倉(cāng)水廠原計(jì)劃采用固定轉(zhuǎn)速的水泵電機(jī)，但是他們很快意識(shí)到，這樣做并不能降低電能消耗。所以，他們決定對(duì)水泵電機(jī)控制部分進(jìn)行改造，使其更加節(jié)能。
挑戰(zhàn)
太倉(cāng)水廠泵站使用的是固定轉(zhuǎn)速電機(jī)。
因此，不管所需流量怎樣變化，水泵電機(jī)仍然保持恒定速度運(yùn)行，只能手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門擋板來(lái)改變水流量。這種手動(dòng)調(diào)節(jié)方法不僅增加了人力成本，而且浪費(fèi)了大量的電能。同時(shí)，它還需要額外的操作工去查看蓄水池液位的變化情況。
另外，固定轉(zhuǎn)速的大型水泵電機(jī)在起動(dòng)時(shí)會(huì)造成電網(wǎng)電壓的突降，將對(duì)電網(wǎng)中其它用電設(shè)備生產(chǎn)不利影響。在水泵電機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)，水流會(huì)沖擊管道，在管道的不同位置產(chǎn)生不同的壓力，形成所謂的“水錘效應(yīng)”。在這種情況下，水錘效應(yīng)會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重的危害。
對(duì)于太倉(cāng)水廠來(lái)說(shuō)，他們必須采用恒壓供水控制，然而固定轉(zhuǎn)速的水泵電機(jī)難以控制供水壓力，這將給最終用戶造成不小的麻煩。
考慮到需要恒壓供水、減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、節(jié)省電能及勞動(dòng)力等多方面的要求，羅克韋爾自動(dòng)化建議太倉(cāng)水廠采用中壓變頻器對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制。但是，該提議很快遇到了新的問(wèn)題：這是太倉(cāng)水廠第一次采用中壓變頻器，相關(guān)工作人員對(duì)該方案不太了解，而且項(xiàng)目投資額較大。
解決方案
為了幫助太倉(cāng)水廠實(shí)現(xiàn)新泵站的高效運(yùn)作，羅克韋爾自動(dòng)化推薦他們采用PowerFlex 7000系列B型結(jié)構(gòu)的中壓變頻器控制水泵電機(jī)。 由于太倉(cāng)水廠的工作人員不太熟悉中壓變頻技術(shù)，羅克韋爾自動(dòng)化將自己作為該項(xiàng)目的系統(tǒng)集成商，在深入了解泵站的具體需要之后，提出了一整套解決方案，并且最大程度保留了現(xiàn)有設(shè)備。同時(shí)，羅克韋爾自動(dòng)化還邀請(qǐng)?zhí)珎}(cāng)水廠的工作人員參觀了類似的應(yīng)用項(xiàng)目。最后，通過(guò)對(duì)中壓變頻技術(shù)的了解，太倉(cāng)水廠確信中壓變頻器能夠提高泵站的工作效率，而且可以通過(guò)節(jié)省的費(fèi)用很快收回投資。
羅克韋爾自動(dòng)化PowerFlex 7000中壓變頻器具有極高的可靠性，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件數(shù)目少，而且進(jìn)一步縮小了體積、提高了工作效率，具備優(yōu)異的輸出特性，因而贏得了廣大用戶的青睞。通過(guò)采用PowerFlex 7000中壓變頻器，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到了有效的控制，從而能夠根據(jù)水壓的變化，調(diào)節(jié)水流量。泵站的工作人員只需要設(shè)定一個(gè)期望的水壓值，通過(guò)壓力傳感器作為反饋，向變頻器發(fā)出控制指令，變頻器就能調(diào)節(jié)電機(jī)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，保持水壓恒定。通過(guò)這一系統(tǒng)，將原來(lái)人工操作的閥門調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)用戶需求和管道水壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量的方式。
同時(shí)，羅克韋爾自動(dòng)化還為中壓變頻器系統(tǒng)提供了相關(guān)的設(shè)備，包括中壓開關(guān)、保護(hù)裝置，以及一套小型的中壓電機(jī)控制器。PowerFlex 7000系列B型結(jié)構(gòu)的中壓變頻器讓水泵電機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，而且它還滿足嚴(yán)格的IEEE 519-1992諧波抑止標(biāo)準(zhǔn)，將諧波對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的影響降低到最小程度。另外，羅克韋爾自動(dòng)化還為這套系統(tǒng)提供了本地化的備件支持和中壓電器工程師服務(wù)。
效果
PowerFlex 7000中壓變頻器的應(yīng)用為太倉(cāng)水廠帶來(lái)了顯著的效益，不僅節(jié)省了電能，而且還有效保護(hù)了機(jī)械裝置和管網(wǎng)。
從2003年5月啟用以來(lái)，PowerFlex 7000中壓變頻器的節(jié)能效果表現(xiàn)突出。僅在5月至8月期間，就為太倉(cāng)水廠節(jié)省了432,000千瓦時(shí)的電能。與去年同期用電量相比，節(jié)能效果為35%，全年將節(jié)省7.47萬(wàn)美元的電費(fèi)。
該廠工程師謝先生認(rèn)為，“通過(guò)采用中壓變頻器，我們能夠有效地控制水壓。這套設(shè)備在水廠里運(yùn)行良好，穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著。”
羅克韋爾自動(dòng)化的企業(yè)信息集成架構(gòu)如下圖所示。棕色虛線區(qū)域表示本文所涉及的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其余部分表示羅克韋爾自動(dòng)化目前能夠提供的解決方案，幫助您實(shí)現(xiàn)車間現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)信息系統(tǒng)的集成。