新建小區(qū)恒壓變頻供水及其遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要:詳細(xì)介紹了基于可編程邏輯控制器（plc）技術(shù)和變頻器控制技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成、功能及其內(nèi)部功能模塊的設(shè)計(jì)方案.設(shè)計(jì)研發(fā)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件,結(jié)合可編程邏輯控制器的即時(shí)通信功能,實(shí)現(xiàn)了對供水設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控,有效的增強(qiáng)了小區(qū)提高了恒壓供水系統(tǒng)的智能化程度，提高了管理水平。 

關(guān)鍵詞:自動變頻恒壓供水;可編程邏輯控制器;通信;遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)  在我國傳統(tǒng)的小區(qū)之中，其供水模式一般采用：高位水箱供水、恒速泵加壓供水等。當(dāng)然存在著許多缺點(diǎn)如：供水效率低、單位時(shí)間能耗大、供水系統(tǒng)自動化程度低、供水系統(tǒng)可靠性差、系統(tǒng)維護(hù)工作復(fù)雜等。筆者根據(jù)某新建小區(qū)的實(shí)際用水情況,設(shè)計(jì)了一套小區(qū)全自動變頻恒壓供水系統(tǒng),方案能夠提高供水效率，減少單位時(shí)間能耗，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性, 結(jié)合可編程邏輯控制器的即時(shí)通信功能,并輔以遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件,能夠完成對小區(qū)供水狀況的時(shí)時(shí)監(jiān)控.  1恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)  某新建小區(qū)供水狀態(tài)呈現(xiàn)低流量連續(xù)變化的特點(diǎn),設(shè)計(jì)方案使用多臺不同的水泵采用并聯(lián)供水。此方案由多臺水泵和一臺變頻器組成,能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)用戶用水量不同來合理調(diào)節(jié)同時(shí)運(yùn)行水泵臺數(shù)。此種設(shè)計(jì)方式具有節(jié)能、高效、維護(hù)便利等特點(diǎn)。此系統(tǒng)還同時(shí)裝備了一臺小流量泵來維系夜晚小區(qū)供水流量較小時(shí)的正常的泄漏和水壓。  水泵循環(huán)系統(tǒng)的切換模式由三菱fx2n-32mrplc來控制實(shí)現(xiàn),供水系統(tǒng)的恒壓系統(tǒng)是由壓力變送器、pid調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)組合而成。同時(shí)根據(jù)水位檢測系統(tǒng)、電機(jī)故障分析等方式,來設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1.    為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在一般的環(huán)境下能正常穩(wěn)定運(yùn)行,需要對控制電路加以完善的保護(hù)措施。首先, 通過對各不同主泵電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行接觸器實(shí)施互鎖操作,同時(shí)禁止變頻器的輸出端誤接到工頻電源上;其次,系統(tǒng)的變頻器是按照其電機(jī)容量來進(jìn)行相應(yīng)的布置,因此對不同電機(jī)的變頻模式也需要進(jìn)行互鎖;再次,在可編程邏輯控制器輸出端與交流接觸器線圈兩者之間通過中間繼電器來完成強(qiáng)、弱電壓的隔離,同時(shí)也需要在系統(tǒng)中設(shè)置熱繼電器和空氣開關(guān)等以方便對電機(jī)的保護(hù).  2plc控制程序的設(shè)計(jì)  2.1供水系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)  供水系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案  考慮到該系統(tǒng)主要是應(yīng)用在小型社區(qū)之中，在供水高峰時(shí)采用恒壓供水的方式，在設(shè)計(jì)中通過使用變頻器來控制四臺不同水泵的設(shè)計(jì)方法。本文的控制核心系統(tǒng)使用西門子公司的s 7—200 plc與6se 6430變頻器，通過對小區(qū)用供水管網(wǎng)的壓力采集，與早前設(shè)計(jì)的壓力值進(jìn)行比較，如供水頻率發(fā)生變化的情況下靈活開關(guān)水泵。與設(shè)定壓力值比較來控制變頻泵的流速及定量泵的閉合，已達(dá)到恒壓變量的供水的目的，最終滿足用戶高峰用水需求減少水資源的浪費(fèi)。當(dāng)用戶管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，控制器通過壓力傳感器檢測，輸出控制信號起動其中一臺水泵作變頻運(yùn)行，通過控制變頻泵使用戶管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相等。如用戶用水量較大，變頻器輸出頻率為50 fiz，變頻泵轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，用戶管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力，控制器將變頻泵切換成工頻運(yùn)行，待變頻器輸出頻率下降至最低值時(shí)再接通另一臺水泵，由4臺工頻泵和一臺變量泵同時(shí)供水。經(jīng)過變量泵的調(diào)節(jié)，如管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，控制器以同樣的方式將運(yùn)行頻率為50 hz的變頻泵切換成工頻運(yùn)行，而后繼續(xù)起動另外一臺水泵作變頻運(yùn)行，直至滿足用戶用水要求。當(dāng)用戶用水量較少，變量泵轉(zhuǎn)速降到一定程度時(shí)，控制器自動停止最先運(yùn)行的定量泵，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)整變量泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。這樣每臺水泵的起動均經(jīng)變頻器控制，全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟起動，即每臺泵的起動頻率都從設(shè)定的最低頻率開始逐漸上升，并遵循“先開的泵先停，先停的泵先開”的原則。當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，則控制器完全停止各泵工作，由外界管網(wǎng)直接向用戶供水。具體供水電路如圖2所示  圖2 供水系統(tǒng)的總體電路圖  (一) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換:增加主泵狀態(tài)是指使主泵狀態(tài)由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行,同時(shí)通過變頻來啟動一臺新水泵的切換過程.為避免在狀態(tài)切換時(shí)電動機(jī)反電動勢所產(chǎn)生的對系統(tǒng)有影響的沖擊電流,在方案設(shè)計(jì)時(shí)可以合理的利用變頻器的自由停車命令bx,同時(shí)使用定子繞組與變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管所組成的電路回路，對其進(jìn)行快速滅磁[2].  (二) 程手動監(jiān)控狀態(tài):通過輔助繼電器m3、m4的不同狀態(tài)以完成對系統(tǒng)自動運(yùn)行或遠(yuǎn)程手動監(jiān)控狀態(tài)的選擇.當(dāng)輔助繼電器m3、m4狀態(tài)為“10”時(shí),系統(tǒng)狀態(tài)為遠(yuǎn)程手動監(jiān)控狀態(tài),同時(shí)輔以設(shè)計(jì)出來的計(jì)算機(jī)軟件的監(jiān)控程序以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)自動運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制.  (三) 故障處理:如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將自動發(fā)出聲光報(bào)警信號,同時(shí)自動進(jìn)入故障處理狀態(tài):(1)系統(tǒng)發(fā)生欠水位故障:停止全部電機(jī)運(yùn)行,防止水泵空轉(zhuǎn). (2)系統(tǒng)發(fā)生變頻器故障:系統(tǒng)將自動進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)三臺主泵電機(jī)都處于工頻狀態(tài).為防止出現(xiàn)停開一臺水泵而造成水壓不足或增開一臺水泵又超壓造成系統(tǒng)頻繁切換的情況,系統(tǒng)選擇增加延時(shí)的模式來解決此問題.同時(shí)設(shè)定延時(shí)時(shí)間為10 min. (3)系統(tǒng)發(fā)生電機(jī)故障:自動鎖定故障電機(jī),由故障電機(jī)轉(zhuǎn)為下一臺電機(jī)運(yùn)行.此時(shí)系統(tǒng)在“一輔泵兩主泵”的狀態(tài)下運(yùn)行.  3遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)  由于供水泵站離水電管理部門較遠(yuǎn),為保證能夠及時(shí)對供水系統(tǒng)的狀況進(jìn)行了解,方便遠(yuǎn)程控制管理,設(shè)計(jì)方案中集合了由計(jì)算機(jī)、plc技術(shù)通信模塊集合而成的監(jiān)控系統(tǒng),此設(shè)計(jì)方案能有效的對供水狀況的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[3].  4 供水及遠(yuǎn)程系統(tǒng)的應(yīng)用  本文選取國外某小區(qū)來測試該設(shè)計(jì)的可行性及節(jié)電節(jié)水效果。有住戶4000人左右，距離自來水公司距離約6公里。平時(shí)用水高峰時(shí)間較為集中，導(dǎo)致小區(qū)供水環(huán)境并不穩(wěn)定，6層以上在高峰期得不到充足的供水，不能滿足該小區(qū)的用水需求。根據(jù)該小區(qū)的實(shí)際情況，自來水公司使用該供水方案進(jìn)行了改造，通過實(shí)地測試，得出了具體的節(jié)電節(jié)水功效。為了保證穩(wěn)定供水，在小區(qū)內(nèi)新建了一個(gè)50噸蓄水池，同時(shí)使用4臺15 kw 泵構(gòu)成一個(gè)完整的全自動恒壓供水系統(tǒng)。系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)供水量，以保證自來水管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，通過恒壓變頻的供水方案，能較好的完成節(jié)能節(jié)水的目的。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)當(dāng)住戶管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力值時(shí)，壓力傳感器將檢測到的壓力數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器自動將變頻泵切換成工頻狀態(tài)運(yùn)行，如果變頻器的輸出功率下降為最低值，再接通另一臺水泵工作，此時(shí)由一臺變頻泵和一臺工頻泵對小區(qū)進(jìn)行供水。如果經(jīng)過變頻泵的作用，住戶管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，系統(tǒng)將自己運(yùn)行下一臺變頻水泵，最終達(dá)到對所有住戶供水的目的。高峰期一過，住戶用水需求降低，則系統(tǒng)將自動先行停止定量泵，再根據(jù)此時(shí)住戶管網(wǎng)壓力自動調(diào)節(jié)變量泵轉(zhuǎn)速，使住戶管網(wǎng)壓力保持恒定的狀態(tài)[4]。  通過對該國外小區(qū)一年的實(shí)地測試，原來供應(yīng)一頓水的耗電量為0.363度，安裝此系統(tǒng)之后供應(yīng)一噸水的耗電量為0．252，節(jié)電率為(0．363—0．252)／0．363=30.57％。該小區(qū)年供水量100萬噸左右，按2／3的供水系統(tǒng)需加壓計(jì)算，年節(jié)電達(dá)到7.43萬度左右。經(jīng)過測試小區(qū)原每月用水64598噸，安裝此系統(tǒng)后每月用水62325噸，一年累計(jì)節(jié)水達(dá)2.7萬噸左右。因此安裝此系統(tǒng)不但穩(wěn)定、可靠還具有良好的節(jié)電節(jié)水效果。    參考文獻(xiàn):  [1]吳小雨.恒壓變量供水裝置中plc的應(yīng)用[j].低壓電器,2002(1):42-45.  [2]彭巨光,謝勇.異步電機(jī)變頻起動、切換的分析與研究[j].電機(jī)電器技術(shù), 2003(1):22-23.  [3]龍迎春.利用plc的通信功能實(shí)現(xiàn)供水泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控[j].微計(jì)算機(jī)信息,2006(4):99-101.  [4]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[m].南京:東南大學(xué)出版社,2003.