多功能農村供水系統的設計與實(shí)現
2013-4-28 17:44:59??????點(diǎn)擊：
多功能農村供水系統的設計與實(shí)現
1 農村供水系統引言
隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步，農民的生活日漸富裕，對生活質(zhì)量的要求也日漸提高，而其生活用水質(zhì)量問(wèn)題遠沒(méi)有得到解決。在我國北方平原地區的廣大農村，由水井向自來(lái)水過(guò)渡曾經(jīng)經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)時(shí)期:第，一代是水塔供水方式，由深井泵將地下水抽上水塔，由水塔通過(guò)管路給各農戶(hù)供水。這種方式存在供水二次污染、水塔損毀難于修，復等缺點(diǎn)。第，二代是氣壓罐供水方式，氣壓罐供水也存在水的二次污染問(wèn)題。另外，因為農村自來(lái)水管網(wǎng)大多年久失修，比較脆弱，如果全 天候給水，水壓不能自動(dòng)調節使其穩定，經(jīng)常出現水壓過(guò)高管網(wǎng)迸裂的問(wèn)題。另外，氣壓罐給水方式，水泵在開(kāi)啟時(shí)對電網(wǎng)沖擊大、運行過(guò)程中電能的浪費嚴重。氣壓罐給水還經(jīng)常出現壓力開(kāi)關(guān)失靈，造成氣壓罐壓力驟增，水泵不能正常停止，以致出現危險。因此，北方平原農村基本上采用定時(shí)供水，農戶(hù)用水缸或自打水坑儲 水來(lái)滿(mǎn)足生活用水的需要，嚴重影響供水質(zhì)量。還有一個(gè)問(wèn)題就是地勢高的農戶(hù)因水壓不夠，水管不能出水，就用管道泵接到自來(lái)水管網(wǎng)上來(lái)抽水，這樣又使其他農戶(hù)水壓不夠，形成惡性循環(huán)。所以吃水問(wèn)題仍是困擾農民生活的一大難題?，F在城市普遍采用的變頻供水系統，適用于高層集中供水，沒(méi)有被廣大農村所接受，是因 為農村供水的特點(diǎn)是揚程低、面積大、管網(wǎng)薄弱、電壓不穩定，農村電工限于技術(shù)等條件，難于查找系統的常見(jiàn)故障原因等而仃機?；谏鲜銮闆r，針對目前農村供水系統的現狀，我們開(kāi)發(fā)了適于農村應用的自動(dòng)供水系統。已經(jīng)成功應用在河北省的一些農村，受到了廣泛的好評。
2 農村供水系統簡(jiǎn)介
農村供水系統是由人機界面交互系統、恒壓供水系統、水處理系統和水壓閉環(huán)控制系統四部分構成。人機界面交互系統主要由型號為富士ug220h-lc4 5.7寸單色屏組成。ug220h-lc4功能強、價(jià)格便宜，具有三個(gè)通訊口及一個(gè)打印機口，可同時(shí)連接PLC并內置萬(wàn)年歷，可隨時(shí)調整時(shí)鐘，便于調整循 環(huán)啟動(dòng)時(shí)間;可根據圖中的各電氣元件做相應的動(dòng)畫(huà)圖形，反映變頻器的啟/停、接觸器的吸合/斷開(kāi)及電機的運行/停止等; 還可顯示變頻器的工作頻率、電壓、電流等參數，反映管網(wǎng)的設定壓力及實(shí)際壓力。使用中，編制相應的說(shuō)明書(shū)，對系統各部件的注意事項及維護等做相應的介紹; 可通過(guò)動(dòng)畫(huà)及文字等顯示系統的故障報警以及相應的處理方式，便于農村電工的學(xué)習和簡(jiǎn)單維護。同時(shí)，可以通過(guò)在系統上留言作為交接班記錄;自動(dòng)繪制日水壓變 化曲線(xiàn)進(jìn)行需水量日周期分析。由hmi時(shí)鐘自動(dòng)描繪管網(wǎng)24h內壓力變化曲線(xiàn)，既方便調試又方便設置，便于及時(shí)調整和監控水壓變化，為系統的改進(jìn)收集資料。
變頻器農村供水系統圖
供水系統主要由泵組、閥門(mén)、儀表、供水管網(wǎng)等組成，作為整個(gè)供水系統的基礎設施系統。變頻器恒壓供水系統如附圖所示。
水處理系統由靜電離子和臭氧 水處理器組成，安裝在供水管網(wǎng)中，可以減少農村飲用水中的重金屬離子，并具有 除藻和緩蝕的功能，保障飲用水的衛生。
整個(gè)農村供水系統的核心是水壓閉環(huán)控制系統，主要是由變頻調速器(vvvf)、人機界面(hmi)、數字pid調節器及主電路組成。其動(dòng)作原理是根據管網(wǎng)用水 量的變化，調節水泵電機的電源頻率和電壓，控制水泵的轉速,從而實(shí)現調節供水量及節能的目的。其動(dòng)作過(guò)程是在水泵出口干管上設壓力傳感器(yb)，實(shí)時(shí)采集管網(wǎng)壓力信號，變頻器內部將其轉換成模擬信號，經(jīng)過(guò)放大與轉換，轉換成數字信號，進(jìn)入處理器。通過(guò)運算與設定水壓值比較，得出偏差量，經(jīng)過(guò)pid運算、 d/a轉換把這一參數送給變頻器,控制電機電源頻率變化，調節水泵的轉速，從而達到恒壓變量供水的目的。
3 農村供水系統設計
現以某村的實(shí)際狀態(tài)來(lái)說(shuō)明(該村有3126口人，618戶(hù))。因農村除滿(mǎn)足生活用水外，還須澆菜園(農戶(hù)庭院菜園)，但只在春、夏兩季澆園。故農村用水季 節性較強，夏季用水達到高峰，冬季僅滿(mǎn)足生活用水，洗澡較少，所以冬季是用水低谷，年用水負荷變化較大。在工程設計時(shí)，采用了有二臺水泵，冬季一臺潛水泵可滿(mǎn)足需要;夏季則需要兩臺潛水泵同時(shí)工作(一臺工頻、一臺變頻工作)。選用200qj50-65型潛水泵，流量50m3/h,揚程65m，電機功率 13kw。由于潛水泵電機的額定電流比普通電機偏大，而且潛水泵電機運行一段時(shí)間后通常啟動(dòng)較困難，所以選用配套18.5kw變頻器。為此選用富士電機 frn18.5g11s-4cx變頻器，它具有pid功能，可實(shí)現閉環(huán)恒壓控制，適宜應用于供水系統。另外還具有串行通訊功能，自帶rs-485通訊功 能，可以與上位機及hmi進(jìn)行直接通訊;它的端子具有自由設定功能，可將x1-x8中8個(gè)輸入端子和y1-y4中4個(gè)輸出端子設定為自由定義口,在硬件上 解決了hmi無(wú)i/o端子問(wèn)題。hmi選用富士的ug220h-lc4 5.7寸單色，本系統充分利用人機界面hmi與變頻器通訊的特點(diǎn)，無(wú)須plc及專(zhuān)用設備。通過(guò)對hmi的設置可實(shí)現定時(shí)自動(dòng)供水以減少水的浪費。傳感器選 用xtz-150型0~1.0mpa的遠傳壓力表。此種壓力表既有顯示壓力功能，同時(shí)也可將壓力變化變成相應的電阻變化，作為壓力反饋，且價(jià)格低廉、可靠耐用。
農村供水系統共有兩種工作方式:手動(dòng)方式、自動(dòng)方式。系統工作在手動(dòng)方式時(shí)，水泵的定時(shí)切除由時(shí)間繼電器執行。此種工作方式主要用于檢修，亦可用于系統故障時(shí)，保證供水系統的連續性和可靠性。
系統工作在自動(dòng)工作方式時(shí)，根據農村地況的要求來(lái)設定壓力。在恒定壓力的基礎上，隨著(zhù)供水量的變化自動(dòng)調節水泵電機轉速，實(shí)現恒壓變流量的節能供水，兩臺水泵遞次循環(huán)軟起動(dòng)，從而無(wú)水壓波動(dòng)和頻繁啟動(dòng)對電網(wǎng)的沖擊，也防止了對管網(wǎng)的沖擊和某臺水泵長(cháng)期不用而導致的銹死，延長(cháng)了設備的壽命。
農村供水系統具有過(guò)載保護、短路保護、過(guò)電壓保護、缺相保護、欠壓保護、過(guò)熱保護、過(guò)電流保護以及過(guò)電壓、過(guò)載、欠電壓瞬間斷電再啟動(dòng)功能，并具有完備的故障記錄供查閱。當變頻器發(fā)生故障時(shí)能立即發(fā)出聲光報警并輸出信號給控制器，實(shí)現保護，防止故障擴大，并在hmi界面上通過(guò)動(dòng)畫(huà)和文字顯示故障報警和相應的處理方法。特別適合于農村電工及時(shí)、正確的排除故障。
4農村供水系統結束語(yǔ)
農村供水系統適用于平原地區的廣大農村，它具有以下優(yōu)點(diǎn):避免了高位水箱儲水環(huán)節和高壓罐給水的弊端，避免了水質(zhì)的二次污染，采用了靜電、臭氧處理，使水質(zhì)穩定，保證了居民用水安全。采用變頻調速供水方式，水泵的轉速隨著(zhù)管網(wǎng)流量的變化而變化，因為軸功率與轉速的三次方成正比，所以與氣壓罐給水方式的恒速泵運 行方式相比，明顯地節省電能，根據計算和實(shí)測，由于采用變頻器而增加的投資在運行后一年至一年半即可收回。該系統的泵組及控制系統集中設在泵房，占地面積小、安裝快、投資省，適應了農村資金不足的情況;全自動(dòng)運行、無(wú)人值守、可靠性高;由于實(shí)現了人機界面交互方式，適于農村人員維護和檢修;變頻調速水泵的 啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，減少了對水泵及管網(wǎng)的沖擊，適應農村管網(wǎng)的特點(diǎn);多臺泵組采用先投入，先退出的運行方式，確保每臺泵的運行時(shí)間相同，能夠有效延長(cháng)泵組的使用壽命。
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