自來水加壓站PLC控制變頻加壓給水設備供水系統(tǒng)
自來水加壓站PLC控制變頻加壓給水設備供水系統(tǒng)
1. 引言
變頻加壓給水設備供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時缺水時，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以某些用水區(qū)采用恒壓轟水系統(tǒng)，具有較大的經濟和社會意義。
在舊加壓設備中，恒壓供水一般采用起動或停止加壓站的水泵和調節(jié)出口閥開度來實現。控制系統(tǒng)是采用繼電接觸器控制線路，這種系統(tǒng)線路復雜，維護困難，操作麻煩，工人要24小時值班看守，勞動強度大。所以有必要對之進行改造，提高自動化水平。
本文介紹的用于某自來水加壓站快速起動變頻加壓給水設備監(jiān)控系統(tǒng)，采用松下電工生產的FP3型可編程序控制器（PLC）進行控制，用研華工控機進行監(jiān)控，自動化程度高，整個工作程序自動完成，能清楚地顯示各個設備的實時狀態(tài)，并自動調節(jié)水壓。
變頻加壓給水設備系統(tǒng)還設有多種保護，如水壓超限報警、閥門故障報警、水位超限報警并處理、水泵電機電流過流報警并處理等。
2. 變頻加壓給水設備系統(tǒng)結構及控制要求
變頻加壓給水設備供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、2個清水池及泵房組成
其中泵房裝有1# ~ 6#共6臺150kW泵機。另外還有多個（V1 ~ V23）電動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(tǒng)具有如下基本操作功能。
（1）當市政自來水壓力高于設定壓力21.56×104Pa時，直接由市自來水供水。
（2）當市自來水低于設定壓力，但不低于下壓力7.84×104Pa時，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動2臺泵機向管網充壓。當檢測到市自來水高于設定壓力時，再轉換成市自來水直接供水。
（3）當自來水壓力持續(xù)低于2.94× 104Pa或出現確切負壓信號時，應立即轉換成抽池水加壓，但此時應保證水池水位高于最低限水位的條件。
（4）當采用直抽水或抽池水加壓供水時，應能自動調節(jié)其總出口水壓為給定值，調節(jié)誤差小于等于± 10%。
3. 變頻加壓給水設備PLC控制系統(tǒng)設計
變頻加壓給水設備供水系統(tǒng)的檢測點以及控制量較多，是一個規(guī)模較大的測控系統(tǒng)。根據其特點，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，如FP3采用了模塊化設計，可根據實際需要靈活組裝，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(tǒng)的結構如圖1虛框內所示。系統(tǒng)包括一個電源單元、一個CPU單元、一個上位機聯(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C?/FONT>NET適配器與之通訊。工控機對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，顯示器顯示了整個加壓系統(tǒng)結構、各個閥門與水泵的實時狀態(tài)、讀出各個水壓及流量、閥門的開度、水池水位等參數，并有各種報警實時顯示和故障記錄。
系統(tǒng)既有模擬量輸入，也有開關量輸入。模擬量通過A/D模塊輸入，共27個通道。I/O各有96個點。
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(tǒng)要隨時監(jiān)控市自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案。控制系統(tǒng)的程序較復雜。
在控制過程中，供水口的水壓自動調節(jié)是一個重要和較有特色的設計部分之一，在此著重介紹實現自動恒壓功能的軟件設計。
由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，閥門的開、關、管網充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)。同時因為是在舊設備的基礎上進行改造，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行調節(jié)。首先采用分段調節(jié)法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當檢測到偏差較小時，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，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大超調。另外，在偏差小于等于± 10%時，再加上模糊控制，根據D ek=ek-ek-1的值來確定是否調節(jié)蝶閥開度，使誤差進一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當調節(jié)閥門開度仍不能使偏差進入允許范圍時，用起動或停止1臺或1臺以上水泵的方法來調節(jié)水壓。通過這樣多種調節(jié)水壓方法相結合，可使出水口水壓得到滿意的調節(jié)效果。
5. 結論
本文所設計的PLC變頻加壓給水設備供水監(jiān)控系統(tǒng)已成功地應用于某工業(yè)區(qū)，運行結果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設計要求，具有操作方便、可靠性強、數據完整、監(jiān)控及時等突出優(yōu)點，并大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間，受到了操作人員、維護人員、管理人員的好評。該監(jiān)控系統(tǒng)的成功設計，也為類似系統(tǒng)的舊設備改造提供了可取的經驗。
變頻加壓給水設備簡介
一般規(guī)定城市管網的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須提升水壓才能滿足用水要求。傳統(tǒng)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際用水高度的壓力來提升水量，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(tǒng)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供水公司根據工業(yè)生產、生活、農業(yè)節(jié)水灌溉工程等用水的規(guī)律研制開發(fā)的高新技術產品。它集變頻調速技術、PLC技術、PID控制技術，壓力傳感技術等為一體，可組成完整的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。該設備通過安裝在供水管網上的高靈敏度壓力傳感器來檢測供水管網在用水量變化時的壓力變化，不斷的向智能傳輸變化的信號，經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，控制器通過改變頻率來改變水泵電機的轉速和啟用臺數，自動調節(jié)峰谷用水量，保證供水管網壓力恒定，以 滿足用戶用水的需要。
變頻加壓給水設備主要特點:
■ 采用微機控制、壓力分級控制及手動控制等三種不同控制方式，確保設備的可靠性。
■ 能夠實現電機軟啟動，大大減少啟動負荷和壓力波動，實現恒壓供水，節(jié)能效果顯著。
■ 采用高可靠性管路附件及電器無觸點控制方式，大大提高了設備使用壽命。
■ 系統(tǒng)配備小型緩沖壓力調節(jié)罐，大大減輕管網的水錘現象。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(tǒng)常備壓的作用。
■ 設有斷相、過壓、過流、過載、失速及無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，安裝調試方便，省工省時，節(jié)省投資。
變頻加壓給水設備講述：
變頻加壓給水設備無需建造水池、水箱，占有空間相對較少，節(jié)省設備的初期投資和節(jié)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的污染也是一個問題。因此無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：
1）高效節(jié)能：充分利用市政水源本身具有的壓力熱能，差地區(qū)補地區(qū)，切實有效地、最大限度地發(fā)揮了變頻調速的節(jié)能效果。
2）潔凈衛(wèi)生：構成連續(xù)密閉的增壓供水方式，完全保持了市政水源的國家水質衛(wèi)生標準，從根本上避免了增壓系統(tǒng)造成的水質標準降低和各種水源污染問題。
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：系列產品采用全變頻調整方案時，大部分時間特別在夜間處于低噪聲運行工況。
5）設計了全密閉的、兼有緩沖作用和動態(tài)補償作用的水源箱罐，與目前市場所謂無負壓罐相比，更具有實際意義，并使控制系統(tǒng)得以簡化。
6）該系列產品控制系統(tǒng)充分總結了本公司及國內外變頻給水設備的設計制造經驗，采用規(guī)范通用的控制系統(tǒng)技術方案，可換用任意廠商的變頻器、調節(jié)器、PLC和其他元器件，調試維修特別方便，為產品的終身售后服務奠定了良好基礎，不會因技術進步而導致售后服務問題。
7）該系列產品控制系統(tǒng)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(jiān)視和簡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，自動降級運行（成為工頻自動給水設備），自動系統(tǒng)故障時，還可手動操作應急備用，贏得維修時間。
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(jiān)控計算機，可與各種控制網絡，通信網絡相接，適用于特殊、復雜的運行控制和聯(lián)網監(jiān)控要求。可為用戶開發(fā)配套監(jiān)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的壓力。
直接供水。
一般適用于市政管網壓力稍高的地區(qū)或水廠附近壓力較高的范圍內。缺點就是水量、水壓不能保證。但是全自動變頻加壓給水設備對于規(guī)模較小的管網這種供水方案的經濟性能很好。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。克服了水壓水量的不穩(wěn)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、管網聯(lián)合型 平時水量水壓足夠時。直接由市政網供水。超壓時。多余水進入屋頂水箱。當壓力或水量不足時。水箱靠重力自動向用戶供水。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(tǒng)性能優(yōu)越、功能齊全、可靠性高：變頻控制系統(tǒng)的主要電器元器件配件都是進口品牌產品，我們產品的基本配置是：
1、可編程控制器(PLC)采用德國西門子產品。
2、接觸器、熱保護是德國西門子或者是法國施耐德產品，接觸器的容量比配用電機容量提高兩個檔次，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(tǒng)長期穩(wěn)定運行。
3、變頻器選用日本三墾品牌產品或者是瑞士ABB品牌變頻器。
4、中間繼電器選用法國施耐德產品。
5、其余輔助元器件均是國內知名品牌產品-空氣開關為正泰集團產品
變頻加壓給水設備特點：
保證管網壓力，調節(jié)峰值用水，水箱入口處采用了智能化的電磁閥來控制進水壓力及水位。當管網壓力下降加壓泵從水箱取水時，可通過智能控制，當水箱水位低于一定液位時，再打開電磁閥從管網中放水，此時保證取水口一定的壓力，此措施一可以避開高峰用水，起調峰作用；二是避免了普通水箱的零壓力泄水，對管網壓力是一個很好的保護作用。
變頻加壓給水設備運行可靠性：當用水高峰時，或自來水停水時，由水箱供水，大大提高用戶用水的可靠性，完全符合自來水供水規(guī)范。
控制系統(tǒng)先進。建立遠程監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)控設備運轉情況。該系統(tǒng)采用了一款新型的中贏供水專用供水控制器和相應配套的一體化文本顯示器（HMI）外加GSM通信模塊組成的無線監(jiān)控文本顯示。該系統(tǒng)使原來控制系統(tǒng)全面開放升級，從原來的獨立單元升級成具有通訊功能的控制系統(tǒng)，文本顯示器與PLC集成一體化，PLC與GSM通信模塊能過RS232通信口連接，實現系統(tǒng)的通訊化，由于GSM通信模塊與現行移動通信網絡接軌，使客戶即使遠離控制現場，只要他身處無線移動通信網絡信號覆蓋的地方，就可時時了解系統(tǒng)信息，利用手機發(fā)送命令修改系統(tǒng)功能參數，甚至控制系統(tǒng)運行，真正意義實現了最簡捷便利的系統(tǒng)遠程監(jiān)控。
環(huán)保無污染。此成套設備中水箱、水泵、管路及閥門等涉水材料均采用食品級不銹鋼材料，密封供水，不會產生二次污染，衛(wèi)生環(huán)保。
設備節(jié)能。當自來水壓力能滿足用戶用水要求，增壓泵通過變頻控制處于休眠狀態(tài)；當非高峰用水時，自來水壓力又達不到用戶用水壓力，水泵可以在自來水水壓（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(jié)約電能。節(jié)能效果顯著。
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(jié)能、自動恒壓供水的目的。
變頻加壓給水設備能根據用戶的實際用水量和使用壓力自動檢測，調節(jié)電動機的轉速(耗電量)，使設備始終處于高效率的工作狀態(tài)。
供水管網壓力穩(wěn)定
設備由微機構成自動閉環(huán)控制，能在0.5秒內使變化的壓力恢復正常，壓力調節(jié)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(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)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口變頻調速器，自身具有欠壓、過壓、過流、過載、短路、過熱、失速防止等保護功能，無故障運用達10萬小時以上。
設備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實用，設備工作狀況一目了然，便于非專業(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，能啟用應急功能繼續(xù)供水。
設備可與市政供水網自動并網運行，并具有雙恒壓功能，即能滿足生活生產用水的正常壓力和流量，有能在出現火情時自動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(yǎng)：
一.本設備安裝應選擇通風良好、灰塵少、不潮濕的場地，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(yǎng)、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(wěn)，隨后安裝附件，接通電源。
四、在試車前，應先關閉供水閥，檢查各密封閥情況，不允許有泄露現象，開車后，應注意機泵轉向。當壓力表指針到上限時，機泵自動停止。打開供水閥，即可正常供水、如需定時供水，可把選擇開關扳到手動位置。
五、本設備泵機組應經常檢查，定期保養(yǎng)并加注潤滑油。離心泵和止回閥如發(fā)現漏水現象，應及時緊固法蘭螺絲或更換石棉根，檢查機泵底腳螺栓不能松動，以防損壞機器。
六、電器自動控制系統(tǒng)，應防水、防塵、經常檢查線路絕緣情況，連接螺栓是否松動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，應及時涂漆保養(yǎng)，以延長使用壽命。
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