自來(lái)水加壓站PLC控制變頻加壓給水設備供水系統

1. 引言

　　變頻加壓給水設備供水系統對于某些工業(yè)或特殊用戶(hù)是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)缺水時(shí)，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時(shí)使產(chǎn)品報廢和設備損壞。又如當發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以某些用水區采用恒壓轟水系統，具有較大的經(jīng)濟和社會(huì )意義。

　　在舊加壓設備中，恒壓供水一般采用起動(dòng)或停止加壓站的水泵和調節出口閥開(kāi)度來(lái)實(shí)現?？刂葡到y是采用繼電接觸器控制線(xiàn)路，這種系統線(xiàn)路復雜，維護困難，操作麻煩，工人要24小時(shí)值班看守，勞動(dòng)強度大。所以有必要對之進(jìn)行改造，提高自動(dòng)化水平。

　　本文介紹的用于某自來(lái)水加壓站快速起動(dòng)變頻加壓給水設備監控系統，采用松下電工生產(chǎn)的FP3型可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，用研華工控機進(jìn)行監控，自動(dòng)化程度高，整個(gè)工作程序自動(dòng)完成，能清楚地顯示各個(gè)設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并自動(dòng)調節水壓。

　　變頻加壓給水設備系統還設有多種保護，如水壓超限報警、閥門(mén)故障報警、水位超限報警并處理、水泵電機電流過(guò)流報警并處理等。

2. 變頻加壓給水設備系統結構及控制要求

　　變頻加壓給水設備供水系統由主供水回路、備用回路、2個(gè)清水池及泵房組成

　　其中泵房裝有1# ~ 6#共6臺150kW泵機。另外還有多個(gè)（V1 ~ V23）電動(dòng)閘閥控制各供水回路和水流量。

　　要求該變頻加壓給水設備供水系統具有如下基本操作功能。

　?。?）當市政自來(lái)水壓力高于設定壓力21.56×104Pa時(shí)，直接由市自來(lái)水供水。

　?。?）當市自來(lái)水低于設定壓力，但不低于下壓力7.84×104Pa時(shí)，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動(dòng)2臺泵機向管網(wǎng)充壓。當檢測到市自來(lái)水高于設定壓力時(shí)，再轉換成市自來(lái)水直接供水。

　?。?）當自來(lái)水壓力持續低于2.94× 104Pa或出現確切負壓信號時(shí)，應立即轉換成抽池水加壓，但此時(shí)應保證水池水位高于最低限水位的條件。

　?。?）當采用直抽水或抽池水加壓供水時(shí)，應能自動(dòng)調節其總出口水壓為給定值，調節誤差小于等于± 10%。

3. 變頻加壓給水設備PLC控制系統設計

　　變頻加壓給水設備供水系統的檢測點(diǎn)以及控制量較多，是一個(gè)規模較大的測控系統。根據其特點(diǎn)，我們選用了松下電工的FP3可編程序控制器作為控制裝置。該控制器與其它可編程序控制器相比，具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，如FP3采用了模塊化設計，可根據實(shí)際需要靈活組裝，使用方便，I/O分配采用自由編程方式；容量大，程序量只受掃描周期限制，而掃描周期可在一定范圍內自行更改；具有A/D、D/A、脈沖輸出、位置控制等高級單元，可實(shí)現“共享存儲器”；另外還有一些特殊的功能。

　　變頻加壓給水設備供水PLC系統的結構如圖1虛框內所示。系統包括一個(gè)電源單元、一個(gè)CPU單元、一個(gè)上位機聯(lián)結單元，還有I/O 單元和A/D單元。上位機采用研華工控機ABB公司組態(tài)軟件，上位機聯(lián)結單元通過(guò)C?/FONT>NET適配器與之通訊。工控機對整個(gè)系統進(jìn)行監控，顯示器顯示了整個(gè)加壓系統結構、各個(gè)閥門(mén)與水泵的實(shí)時(shí)狀態(tài)、讀出各個(gè)水壓及流量、閥門(mén)的開(kāi)度、水池水位等參數，并有各種報警實(shí)時(shí)顯示和故障記錄。

　　系統既有模擬量輸入，也有開(kāi)關(guān)量輸入。模擬量通過(guò)A/D模塊輸入，共27個(gè)通道。I/O各有96個(gè)點(diǎn)。

4. 變頻加壓給水設備PLC的軟件設計

　　根據恒壓供水操作要求，PLC控制系統要隨時(shí)監控市自來(lái)水以及供水口的情況來(lái)決定是否要起動(dòng)水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案?？刂葡到y的程序較復雜。

在控制過(guò)程中，供水口的水壓自動(dòng)調節是一個(gè)重要和較有特色的設計部分之一，在此著(zhù)重介紹實(shí)現自動(dòng)恒壓功能的軟件設計。

　　由于供水系統管道長(cháng)、管徑大，閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)、管網(wǎng)充壓都較慢，故系統是一個(gè)大滯后系統。同時(shí)因為是在舊設備的基礎上進(jìn)行改造，要利用現有的設備，故并未采用調速調壓，而是采用下述多種方法對水壓進(jìn)行調節。首先采用分段調節法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當檢測到偏差較小時(shí)，輸出的控制量（蝶閥的增量）較小，且操作周期亦較大；當偏差較大時(shí)，則輸出的控制量較大而操作周期較小，使其快速減小偏差而又避免過(guò)大超調。另外，在偏差小于等于± 10%時(shí)，再加上模糊控制，根據D ek=ek-ek-1的值來(lái)確定是否調節蝶閥開(kāi)度，使誤差進(jìn)一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當調節閥門(mén)開(kāi)度仍不能使偏差進(jìn)入允許范圍時(shí)，用起動(dòng)或停止1臺或1臺以上水泵的方法來(lái)調節水壓。通過(guò)這樣多種調節水壓方法相結合，可使出水口水壓得到滿(mǎn)意的調節效果。

 

5. 結論

　　本文所設計的PLC變頻加壓給水設備供水監控系統已成功地應用于某工業(yè)區，運行結果表明，該系統完全滿(mǎn)足其設計要求，具有操作方便、可靠性強、數據完整、監控及時(shí)等突出優(yōu)點(diǎn)，并大大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強度、縮短了操作時(shí)間，受到了操作人員、維護人員、管理人員的好評。該監控系統的成功設計，也為類(lèi)似系統的舊設備改造提供了可取的經(jīng)驗。

 

變頻加壓給水設備簡(jiǎn)介

　　 一般規定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須提升水壓才能滿(mǎn)足用水要求。傳統的方法是水塔、高位水箱或氣壓罐式增壓設備，其設備一次投資費用高，并且必須由水泵高于實(shí)際用水高度的壓力來(lái)提升水量，其結果往往增大了水泵的軸功率和能量損耗，在使用這些傳統的供水方式，還容易造成水的二次污染。

      變頻加壓給水設備是中贏(yíng)供水公司根據工業(yè)生產(chǎn)、生活、農業(yè)節水灌溉工程等用水的規律研制開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品。它集變頻調速技術(shù)、PLC技術(shù)、PID控制技術(shù)，壓力傳感技術(shù)等為一體，可組成完整的閉環(huán)自動(dòng)控制系統。該設備通過(guò)安裝在供水管網(wǎng)上的高靈敏度壓力傳感器來(lái)檢測供水管網(wǎng)在用水量變化時(shí)的壓力變化，不斷的向智能傳輸變化的信號，經(jīng)智能判斷運算并與設定的壓力比較后，向控制器發(fā)出改變頻率的指令，控制器通過(guò)改變頻率來(lái)改變水泵電機的轉速和啟用臺數，自動(dòng)調節峰谷用水量，保證供水管網(wǎng)壓力恒定，以 滿(mǎn)足用戶(hù)用水的需要。

 

變頻加壓給水設備主要特點(diǎn):

   ■　采用微機控制、壓力分級控制及手動(dòng)控制等三種不同控制方式，確保設備的可靠性。

   ■　能夠實(shí)現電機軟啟動(dòng)，大大減少啟動(dòng)負荷和壓力波動(dòng)，實(shí)現恒壓供水，節能效果顯著(zhù)。

   ■　采用高可靠性管路附件及電器無(wú)觸點(diǎn)控制方式，大大提高了設備使用壽命。

   ■　系統配備小型緩沖壓力調節罐，大大減輕管網(wǎng)的水錘現象。還配備小流量定壓泵，起小流量范圍內的供水及保證消防系統常備壓的作用。

   ■　設有斷相、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、失速及無(wú)水等各種保護功能及故障顯示和報警裝置。

   ■　設備占地面積和高度較小，靈活機動(dòng)，安裝調試方便，省工省時(shí)，節省投資。

 

變頻加壓給水設備講述：

      變頻加壓給水設備無(wú)需建造水池、水箱，占有空間相對較少，節省設備的初期投資和節省了沖洗水池，給水池消毒的費用。該設備為全封閉式結構，真正消除供水二次污染，為綠色環(huán)保新型變頻給水設備 。目前通用的變頻恒壓供水，取消了地面水池，減少了水質(zhì)的二次污染，但興建和使用地下水池的費用和地下水池對水質(zhì)的污染也是一個(gè)問(wèn)題。因此無(wú)負壓增壓變頻給水設備 將是變頻變頻給水設備 發(fā)展與延伸。

 

變頻加壓給水設備優(yōu)點(diǎn)：

1）高效節能：充分利用市政水源本身具有的壓力熱能，差地區補地區，切實(shí)有效地、最大限度地發(fā)揮了變頻調速的節能效果。

2）潔凈衛生：構成連續密閉的增壓供水方式，完全保持了市政水源的國家水質(zhì)衛生標準，從根本上避免了增壓系統造成的水質(zhì)標準降低和各種水源污染問(wèn)題。

3）杜絕浪費：不僅淘汰了高位水箱，還徹底地取消了地面（地下）水池水箱，完全杜絕了水箱溢流，定期清洗造成的水源浪費。

4）變頻加壓給水設備運行噪聲低：系列產(chǎn)品采用全變頻調整方案時(shí)，大部分時(shí)間特別在夜間處于低噪聲運行工況。

5）設計了全密閉的、兼有緩沖作用和動(dòng)態(tài)補償作用的水源箱罐，與目前市場(chǎng)所謂無(wú)負壓罐相比，更具有實(shí)際意義，并使控制系統得以簡(jiǎn)化。

6）該系列產(chǎn)品控制系統充分總結了本公司及國內外變頻給水設備的設計制造經(jīng)驗，采用規范通用的控制系統技術(shù)方案，可換用任意廠(chǎng)商的變頻器、調節器、PLC和其他元器件，調試維修特別方便，為產(chǎn)品的終身售后服務(wù)奠定了良好基礎，不會(huì )因技術(shù)進(jìn)步而導致售后服務(wù)問(wèn)題。

7）該系列產(chǎn)品控制系統具有較高智能性，設計中充分考慮了機、電、儀協(xié)調配合，具有欲速則不達的檢測監視和簡(jiǎn)單方便的人機交互功能。具有全面的故障保護功能和對策，變頻器故障保護時(shí)，自動(dòng)降級運行（成為工頻自動(dòng)給水設備），自動(dòng)系統故障時(shí)，還可手動(dòng)操作應急備用，贏(yíng)得維修時(shí)間。

8）變頻加壓給水設備可按要求選配各種通訊接口、協(xié)議，從而可連接各種人機界面、監控計算機，可與各種控制網(wǎng)絡(luò )，通信網(wǎng)絡(luò )相接，適用于特殊、復雜的運行控制和聯(lián)網(wǎng)監控要求?？蔀橛脩?hù)開(kāi)發(fā)配套監控軟件。

 

變頻加壓給水設備原理：

直接供水型 就是直接利用市政管網(wǎng)的壓力。

直接供水。

      一般適用于市政管網(wǎng)壓力稍高的地區或水廠(chǎng)附近壓力較高的范圍內。缺點(diǎn)就是水量、水壓不能保證。但是全自動(dòng)變頻加壓給水設備對于規模較小的管網(wǎng)這種供水方案的經(jīng)濟性能很好。不需要任何其他設備或措施。

水箱供水：

      變頻加壓給水設備將市政管網(wǎng)的水引至屋頂水箱。然后靠水箱與用水器具的高差。重力供水?？朔怂畨核康牟环€定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱體積較大。因此這種方式不提倡，水箱、管網(wǎng)聯(lián)合型 平時(shí)水量水壓足夠時(shí)。直接由市政網(wǎng)供水。超壓時(shí)。多余水進(jìn)入屋頂水箱。當壓力或水量不足時(shí)。水箱靠重力自動(dòng)向用戶(hù)供水。物理結構上就是正常的直接供水的主干管伸頂接入水箱。并由水箱設一出水管。該方案減小了水箱的體積。并使水不需要都進(jìn)入水箱停留這一步驟。

 

變頻加壓給水設備的主要構件

（控制柜）控制系統性能優(yōu)越、功能齊全、可靠性高：變頻控制系統的主要電器元器件配件都是進(jìn)口品牌產(chǎn)品，我們產(chǎn)品的基本配置是：

1、可編程控制器(PLC)采用德國西門(mén)子產(chǎn)品。

2、接觸器、熱保護是德國西門(mén)子或者是法國施耐德產(chǎn)品，接觸器的容量比配用電機容量提高兩個(gè)檔次，例如7.5KW電機額定電流 15A，我們配用32A的接觸器，保證控制系統長(cháng)期穩定運行。

3、變頻器選用日本三墾品牌產(chǎn)品或者是瑞士ABB品牌變頻器。

4、中間繼電器選用法國施耐德產(chǎn)品。

5、其余輔助元器件均是國內知名品牌產(chǎn)品-空氣開(kāi)關(guān)為正泰集團產(chǎn)品

 

變頻加壓給水設備特點(diǎn)：

      保證管網(wǎng)壓力，調節峰值用水，水箱入口處采用了智能化的電磁閥來(lái)控制進(jìn)水壓力及水位。當管網(wǎng)壓力下降加壓泵從水箱取水時(shí)，可通過(guò)智能控制，當水箱水位低于一定液位時(shí)，再打開(kāi)電磁閥從管網(wǎng)中放水，此時(shí)保證取水口一定的壓力，此措施一可以避開(kāi)高峰用水，起調峰作用；二是避免了普通水箱的零壓力泄水，對管網(wǎng)壓力是一個(gè)很好的保護作用。

      變頻加壓給水設備運行可靠性：當用水高峰時(shí)，或自來(lái)水停水時(shí)，由水箱供水，大大提高用戶(hù)用水的可靠性，完全符合自來(lái)水供水規范。

      控制系統先進(jìn)。建立遠程監控系統，隨時(shí)監控設備運轉情況。該系統采用了一款新型的中贏(yíng)供水專(zhuān)用供水控制器和相應配套的一體化文本顯示器（HMI）外加GSM通信模塊組成的無(wú)線(xiàn)監控文本顯示。該系統使原來(lái)控制系統全面開(kāi)放升級，從原來(lái)的獨立單元升級成具有通訊功能的控制系統，文本顯示器與PLC集成一體化，PLC與GSM通信模塊能過(guò)RS232通信口連接，實(shí)現系統的通訊化，由于GSM通信模塊與現行移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )接軌，使客戶(hù)即使遠離控制現場(chǎng)，只要他身處無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )信號覆蓋的地方，就可時(shí)時(shí)了解系統信息，利用手機發(fā)送命令修改系統功能參數，甚至控制系統運行，真正意義實(shí)現了最簡(jiǎn)捷便利的系統遠程監控。

      環(huán)保無(wú)污染。此成套設備中水箱、水泵、管路及閥門(mén)等涉水材料均采用食品級不銹鋼材料，密封供水，不會(huì )產(chǎn)生二次污染，衛生環(huán)保。

      設備節能。當自來(lái)水壓力能滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求，增壓泵通過(guò)變頻控制處于休眠狀態(tài)；當非高峰用水時(shí)，自來(lái)水壓力又達不到用戶(hù)用水壓力，水泵可以在自來(lái)水水壓（0.2—0.5MPa）的基礎上疊加增壓，差多少，補多少，充分利用余壓，節約電能。節能效果顯著(zhù)。

      變頻加壓給水設備亦用于改造原有老式泵房設備，改造后同樣可以達到高效節能、自動(dòng)恒壓供水的目的。

      變頻加壓給水設備能根據用戶(hù)的實(shí)際用水量和使用壓力自動(dòng)檢測，調節電動(dòng)機的轉速(耗電量)，使設備始終處于高效率的工作狀態(tài)。

      供水管網(wǎng)壓力穩定

      設備由微機構成自動(dòng)閉環(huán)控制，能在0.5秒內使變化的壓力恢復正常，壓力調節精度為設定值的±5%。

      占地小、投資少，安裝工期短。生活變頻給水加壓設備相比節約占地3~16倍，比建水塔節約投資15%~60%。設備體積小，組裝、安裝調試方便，運輸及安裝工期短。

      保護功能全，運行安全可靠，操作方便生活變頻給水加壓設備主機采用進(jìn)口變頻調速器，自身具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、過(guò)熱、失速防止等保護功能，無(wú)故障運用達10萬(wàn)小時(shí)以上。

       設備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實(shí)用，設備工作狀況一目了然，便于非專(zhuān)業(yè)人員很快熟練掌握。供水功能全，保險系數高生活變頻給水加壓設備局部出現故障時(shí)，能啟用應急功能繼續供水。

       設備可與市政供水網(wǎng)自動(dòng)并網(wǎng)運行，并具有雙恒壓功能，即能滿(mǎn)足生活生產(chǎn)用水的正常壓力和流量，有能在出現火情時(shí)自動(dòng)轉換為高壓大流量供水，可一機多用。

 

變頻加壓給水設備安裝使用及保養：

一.本設備安裝應選擇通風(fēng)良好、灰塵少、不潮濕的場(chǎng)地，環(huán)境濕度為-10℃－40℃。在室外應設防雨，防雷等設施。

二.為方便設備安裝、保養、設備四周應留70cm空間，人孔處應保留1.5m空間，四周地面應設排水溝。

三、選定場(chǎng)地后，要處理好地基、在用砼澆注或用磚石砌筑罐體支承座。待基座完全固化后，再吊裝罐體并放穩，隨后安裝附件，接通電源。

四、在試車(chē)前，應先關(guān)閉供水閥，檢查各密封閥情況，不允許有泄露現象，開(kāi)車(chē)后，應注意機泵轉向。當壓力表指針到上限時(shí)，機泵自動(dòng)停止。打開(kāi)供水閥，即可正常供水、如需定時(shí)供水，可把選擇開(kāi)關(guān)扳到手動(dòng)位置。

五、本設備泵機組應經(jīng)常檢查，定期保養并加注潤滑油。離心泵和止回閥如發(fā)現漏水現象，應及時(shí)緊固法蘭螺絲或更換石棉根，檢查機泵底腳螺栓不能松動(dòng)，以防損壞機器。

六、電器自動(dòng)控制系統，應防水、防塵、經(jīng)常檢查線(xiàn)路絕緣情況，連接螺栓是否松動(dòng)和保險絲完好等情況。壓力表外部最好用透明材料包裹，以防損壞。

七、罐體如發(fā)現漆皮脫落，應及時(shí)涂漆保養，以延長(cháng)使用壽命。