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基于PLC的多泵循環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水管網系統、住宅小區生活消防用水系統、樓宇中央空調冷卻循環水系統等眾多領域中均有應用。增壓穩壓給水設備恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小總能保持管網中水壓的基本恒定。在恒壓供水系統中可根據壓力給定的理想值信號及管網水壓的反饋信號進行比較，變頻器根據比較結果調節水泵的轉速，達到控制管網水壓的目的。本文介紹基于PLC控制的多臺水泵循環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。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段需要工作在“1工1變”狀態，其它時段工作在“1變”狀態，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（開關）、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，并每周循環一次，既便于維護和檢修作業，又不至于停止供水。利用PLC編程可實現此功能。狀態轉換圖如圖2。一般用水時段有一臺水泵處于變頻狀態，其中應特別注意，為了保護機電設備在工頻——變頻狀態切換過程中應先將變頻器輸出停止，延時1s時間后再啟動，此時可能會出現短暫失壓現象，但實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 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，當七段速度均啟動工作但仍未達到上限，則啟動工頻。若已達到高水位，則PLC輸出低一級的變頻信號給變頻器。相應的狀態轉換圖如圖3。

（2）利用壓力傳感器信號經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信號，控制方式簡單，編程方便。但控制精度不高。通過安裝在出水管網上的壓力變送器（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，經過A/D變換，利用PLC采用經驗數據方法計算出此時變頻器應運行的頻率，將相應的數字量信號再通過PLC擴展D/A轉換單元，轉換成電壓信號，此時變頻器工作在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PID調節器進行頻率設定的方法

      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，經過PID儀表將壓力設定值與傳感器的反饋值進行比較計算后，給出一個變頻器的頻率給定值。其原理圖如圖6。

PID調節器控制原理

      經過試驗比較發現，由于供水系統管道長、管徑大、管網的充壓比較慢，故系統屬于一個大滯后系統，僅采用PID調節器進行控制并不是較好的選擇，實際運用中采用3.2.（2）與3.2.（3）相配合的方式將更有利于理想控制的實現。其硬件如圖7所示。

4結束語

      多泵循環增壓穩壓給水設備供水系統的應用越來越廣泛，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，而且節能環保，具有良好的技術和經濟效益。

 

中贏智能增壓穩壓給水設備簡介

     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，也被業界稱為管網疊壓供水。它無需建立水池，直接連接在市政自來水管道上并充分利用自來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：須具有兩臺泵定時切換功能。故障報警停泵功能。進水壓力控制設定上限壓力，開泵時水泵能根據設定壓力值自動升降轉速調節出水壓力，達到下限壓力時停泵。須設有手動開關泵按鈕，當自動功能出現故障時須手動開關水泵，不至于影響用戶用水和市政管網運行的安全。

 

   控制系統動態性能要求：須平滑、穩定的進行調節，不產生調節震蕩，并且響應速度合理。避免水流喘振、斷流和水擊現象出現。

 

   恒壓控制穩態精度要求：設定壓力與實際壓力差不得超過±0.01MPa。

 

   中贏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恒壓控制的方式。壓力值可以在現場試水時設定和調整，以達到用戶用水壓力滿意為準。

 

中贏智能增壓穩壓給水設備具備以下特點

1、無負壓功能

    設備與市政管網直接連接，設備工作時對管網不產生任何負壓影響，通過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，時刻自動監測自動調節和適應，實現預壓對吸程的自動補償，從而可以消除水泵運行時產生負壓及吸程影響，不會對市政管網及其周圍用水戶造成影響，也絕不會使管道中出現負壓。

 

2、現場手動/自動操作轉換功能

     設備為用戶提供了多路操作方式，設備控制面板具備手動和自動控制方式，由控制面板上的“手動/自動”轉換開關來選擇。當選擇自動操作，并將“啟動、停止”轉換開關扭至啟動位置時，無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運行。

 

3、有水開機/無水停機功能

    當市政管網水量不滿足時，設備自動調整供水狀況，改變設備運行曲線，進行真空抑制和穩流補償，使用水狀況與進水狀況符合，當補償量達到較大時市政管網也不能滿足需要時，設備自動停機，防止因水源不足而造成設備的損壞。當市政管網恢復正常狀態時，設備自動開機。

 

4、自動恒壓功能

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

 

5、變頻自動轉換及定時交換功能

    當一臺水泵全速運轉仍然不能滿足用水情況時，設備自動控制其他水泵投入運行，并使水泵始終處于高效運行狀態；當一臺水泵長時間運行時，設備可以自動調控到其它水泵工作，有效調控水泵運行時間，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，從而大大延長設備的使用壽命。

 

6、管網自動補償增壓功能

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