基于PLC的多泵循環(huán)增壓穩壓給水設備供水系統

1 引言

      增壓穩壓給水設備恒壓供水在城市自來(lái)水管網(wǎng)系統、住宅小區生活消防用水系統、樓宇中央空調冷卻循環(huán)水系統等眾多領(lǐng)域中均有應用。增壓穩壓給水設備恒壓供水是指用戶(hù)端在任何時(shí)候，不管用水量的大小總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。在恒壓供水系統中可根據壓力給定的理想值信號及管網(wǎng)水壓的反饋信號進(jìn)行比較，變頻器根據比較結果調節水泵的轉速，達到控制管網(wǎng)水壓的目的。本文介紹基于PLC控制的多臺水泵循環(huán)變頻恒壓供水系統的設計方法。

 

2 增壓穩壓給水設備控制要求

      某中心給水泵站擔負周邊高層小區的生活用水二次加壓任務(wù)。包括3臺22KW生活水泵、1臺7.5KW夜間補壓水泵。3臺生活水泵用水高峰時(shí)段需要工作在“1工1變”狀態(tài)，其它時(shí)段工作在“1變”狀態(tài)，深夜用水低谷僅用7.5KW補壓泵工作在工頻即可。

 

3 增壓穩壓給水設備系統設計

      該系統主要由三菱FX-2N系列PLC控制器、三菱FR-A540變頻器、PID調節器、壓力變送器、浮球水位計（開(kāi)關(guān)）、低壓電氣設備及水泵組成。

3.1主回路設計

      采用一拖多的方式，每臺電機水泵既可工頻運行又可變頻運行。主回路如圖1。

      變頻器用水高峰期3臺水泵一臺工頻運行一臺變頻運行另一臺處于待機狀態(tài)，并每周循環(huán)一次，既便于維護和檢修作業(yè)，又不至于停止供水。利用PLC編程可實(shí)現此功能。狀態(tài)轉換圖如圖2。一般用水時(shí)段有一臺水泵處于變頻狀態(tài)，其中應特別注意，為了保護機電設備在工頻——變頻狀態(tài)切換過(guò)程中應先將變頻器輸出停止，延時(shí)1s時(shí)間后再啟動(dòng)，此時(shí)可能會(huì )出現短暫失壓現象，但實(shí)際應用中這種影響并不明顯。

3.2 變頻器頻率（速度）設定的方法

（1）利用變頻器本身的多段速度設定法

三菱FR-A540變頻器本身有多段速度的設定功能，以七段速度為例，七段調速如下表：

操作模式：Pr.79=3

速度段 1 2 3 4 5 6 7

運行頻率 15HZ 20HZ 25HZ 30HZ 35HZ 40HZ 45HZ

變頻器

參數設定 Pr.4=15 Pr.5=20 Pr.6=25 Pr.24=30 Pr.25=35 Pr.26=40 Pr.27=45

接點(diǎn) RH RM RL RM、RL RH、RL RH、RM RH、RM、RL

相應PLC I/O分配 Y11 Y12 Y13 Y12、Y13 Y11、Y13 Y11、Y12 Y11、Y12、Y13

表1 變頻器七段速度表

這種控制方式下，當前水位若在下限則PLC輸出高一級的變頻信號給變頻器，當七段速度均啟動(dòng)工作但仍未達到上限，則啟動(dòng)工頻。若已達到高水位，則PLC輸出低一級的變頻信號給變頻器。相應的狀態(tài)轉換圖如圖3。

（2）利用壓力傳感器信號經(jīng)PLC運算給出變頻器運行頻率設定信號

      利用變頻器本身的多段速度控制僅需要水壓上限和下限兩個(gè)信號，控制方式簡(jiǎn)單，編程方便。但控制精度不高。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器（本項目選擇PMC系列電子陶瓷壓力傳感器），將壓力信號轉換成標準的DC4~20mA的模擬量信號送入PLC的擴展A/D單元，經(jīng)過(guò)A/D變換，利用PLC采用經(jīng)驗數據方法計算出此時(shí)變頻器應運行的頻率，將相應的數字量信號再通過(guò)PLC擴展D/A轉換單元，轉換成電壓信號，此時(shí)變頻器工作在Pr.79=2的外部操作模式，由2、5端子之間的電壓值決定其頻率輸出。硬件原理圖見(jiàn)圖4。

由于涉及到PLC的A/D、D/A單元，其軟件編程需注意這兩個(gè)單元初始化的方法及數據傳輸的方式。程序如圖5。

（3） 利用壓力傳感器給出信號經(jīng)PID調節器進(jìn)行頻率設定的方法

      除了3.2.（2）中的方法外，目前應用較廣泛的是通過(guò)傳感器將壓力信號轉換成標準的DC4~20mA的模擬量信號后，將該信號送入PID調節器，經(jīng)過(guò)PID儀表將壓力設定值與傳感器的反饋值進(jìn)行比較計算后，給出一個(gè)變頻器的頻率給定值。其原理圖如圖6。

PID調節器控制原理

      經(jīng)過(guò)試驗比較發(fā)現，由于供水系統管道長(cháng)、管徑大、管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統屬于一個(gè)大滯后系統，僅采用PID調節器進(jìn)行控制并不是較好的選擇，實(shí)際運用中采用3.2.（2）與3.2.（3）相配合的方式將更有利于理想控制的實(shí)現。其硬件如圖7所示。

4結束語(yǔ)

      多泵循環(huán)增壓穩壓給水設備供水系統的應用越來(lái)越廣泛，它取代了傳統的水塔、高水位箱或氣壓罐，不但大大的改善了系統的性能，而且節能環(huán)保，具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟效益。

 

中贏(yíng)智能增壓穩壓給水設備簡(jiǎn)介

     智能增壓穩壓給水設備是一種新型的清潔衛生、高效節能的變頻調速供水方式，也被業(yè)界稱(chēng)為管網(wǎng)疊壓供水。它無(wú)需建立水池，直接連接在市政自來(lái)水管道上并充分利用自來(lái)水原有壓力節約了大量的電能和設備投資，其節能效果可達50%以上。

 

    智能增壓穩壓給水設備應具備的控制功能要求：須具有兩臺泵定時(shí)切換功能。故障報警停泵功能。進(jìn)水壓力控制設定上限壓力，開(kāi)泵時(shí)水泵能根據設定壓力值自動(dòng)升降轉速調節出水壓力，達到下限壓力時(shí)停泵。須設有手動(dòng)開(kāi)關(guān)泵按鈕，當自動(dòng)功能出現故障時(shí)須手動(dòng)開(kāi)關(guān)水泵，不至于影響用戶(hù)用水和市政管網(wǎng)運行的安全。

 

   控制系統動(dòng)態(tài)性能要求：須平滑、穩定的進(jìn)行調節，不產(chǎn)生調節震蕩，并且響應速度合理。避免水流喘振、斷流和水擊現象出現。

 

   恒壓控制穩態(tài)精度要求：設定壓力與實(shí)際壓力差不得超過(guò)±0.01MPa。

 

   中贏(yíng)智能增壓穩壓給水設備應采用水泵出水端壓力恒定控制或供水管路較不利點(diǎn)恒壓控制的方式。壓力值可以在現場(chǎng)試水時(shí)設定和調整，以達到用戶(hù)用水壓力滿(mǎn)意為準。

 

中贏(yíng)智能增壓穩壓給水設備具備以下特點(diǎn)

1、無(wú)負壓功能

    設備與市政管網(wǎng)直接連接，設備工作時(shí)對管網(wǎng)不產(chǎn)生任何負壓影響，通過(guò)設備的微機控制系統及穩流補償系統與真空抑制系統的有效工作，時(shí)刻自動(dòng)監測自動(dòng)調節和適應，實(shí)現預壓對吸程的自動(dòng)補償，從而可以消除水泵運行時(shí)產(chǎn)生負壓及吸程影響，不會(huì )對市政管網(wǎng)及其周?chē)盟畱?hù)造成影響，也絕不會(huì )使管道中出現負壓。

 

2、現場(chǎng)手動(dòng)/自動(dòng)操作轉換功能

     設備為用戶(hù)提供了多路操作方式，設備控制面板具備手動(dòng)和自動(dòng)控制方式，由控制面板上的“手動(dòng)/自動(dòng)”轉換開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。當選擇自動(dòng)操作，并將“啟動(dòng)、停止”轉換開(kāi)關(guān)扭至啟動(dòng)位置時(shí)，無(wú)須人為干預設備的運行，設備在微機的控制之下按照設定的程序全自動(dòng)運行。

 

3、有水開(kāi)機/無(wú)水停機功能

    當市政管網(wǎng)水量不滿(mǎn)足時(shí)，設備自動(dòng)調整供水狀況，改變設備運行曲線(xiàn)，進(jìn)行真空抑制和穩流補償，使用水狀況與進(jìn)水狀況符合，當補償量達到較大時(shí)市政管網(wǎng)也不能滿(mǎn)足需要時(shí)，設備自動(dòng)停機，防止因水源不足而造成設備的損壞。當市政管網(wǎng)恢復正常狀態(tài)時(shí)，設備自動(dòng)開(kāi)機。

 

4、自動(dòng)恒壓功能

     根據工程實(shí)際情況，可現場(chǎng)設定設備出水壓力，控制系統運算速度快，時(shí)刻檢測出水壓力與設定壓力相比較，自動(dòng)調節，使出水壓力非常恒定。

 

5、變頻自動(dòng)轉換及定時(shí)交換功能

    當一臺水泵全速運轉仍然不能滿(mǎn)足用水情況時(shí)，設備自動(dòng)控制其他水泵投入運行，并使水泵始終處于高效運行狀態(tài)；當一臺水泵長(cháng)時(shí)間運行時(shí)，設備可以自動(dòng)調控到其它水泵工作，有效調控水泵運行時(shí)間，使每一臺水泵的利用率趨于均等，避免因水泵利用率不平衡而造成水泵的損壞，從而大大延長(cháng)設備的使用壽命。

 

6、管網(wǎng)自動(dòng)補償增壓功能

設備與自來(lái)水管網(wǎng)直接串接，充分利用自來(lái)水管網(wǎng)原有壓力。采用變頻調速控制技術(shù)，對自來(lái)水的進(jìn)水壓力和出水設定壓力的差進(jìn)行補償，充分利用市政管網(wǎng)壓力，高效節能。