plc控制供水系統在小區高層建筑供水中的設計應用

      隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質(zhì)量和供水系統可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等應用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統的新要求。

      plc控制供水系統集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現代控制技術(shù)于一體。采用該系統進(jìn)行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，方便地實(shí)現供水系統的集中管理與監控，同時(shí)系統具有良好的節能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實(shí)意義。

1plc控制供水系統產(chǎn)生的背景和意義

      眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節水節能已成為時(shí)代特征的現實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國家，長(cháng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表現在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現水壓降低供不應求的現象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì )造成能量的浪費，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現以前，出現過(guò)許多供水方式，以下就逐一分析。

1．一臺恒速泵直接供水系統

      這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶(hù)，有的甚至連蓄水池也沒(méi)有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩定。這種供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運行。這種系統形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩，供水質(zhì)量極差。

2．恒速泵加水塔的供水方式

      這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶(hù)供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統所需要壓力。水塔注滿(mǎn)后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效區。這種方式顯然比前一種節電，其節電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數、水泵的開(kāi)停時(shí)間比、開(kāi)停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩定。但這種供水方式基建設備投資最大，占地面積也最大，水壓不可調，不能兼顧近期與遠期的需要；而且系統水壓不能隨系統所需流量和系統所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問(wèn)題。而且在使用過(guò)程中，如果該系統水塔的水位監控裝置損壞的話(huà)，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開(kāi)、停，這樣水泵的開(kāi)、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì )出現能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。

3．恒速泵加高位水箱的供水方式

      這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設立水箱。占地面積與設備投資都有所減少，但這對建筑物的造價(jià)與設計都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò)大，所以供水范圍較小。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監控裝置也容易損壞，這樣系統的開(kāi)、停，將完全由人操作，使系統的供水質(zhì)量下降能耗增加。

4．恒速泵加氣壓罐供水方式

      這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過(guò)監測罐內壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著(zhù)許多缺點(diǎn)，在介紹完變頻調速供水方式后，再將二者做一比較。

5．變頻調速供水方式

      這種系統的原理是通過(guò)安裝在系統中的壓力傳感器將系統壓力信號與設定壓力值作比較，再通過(guò)控制器調節變頻器的輸出，無(wú)級調節水泵轉速。使系統水壓無(wú)論流量如何變化始終穩定在一定的范圍內。變頻調速水泵調速控制方式有三種：

水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統最不利點(diǎn)恒壓控制。

(1) 出口恒壓控制

      水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統在運行過(guò)程中水泵出口水壓恒定。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個(gè)給水系統的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區中應用時(shí)，由于管路能耗較大，在低峰用水時(shí)，最不利點(diǎn)的流出水頭高于設計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節能效果。

(2) 出口變壓控制

      水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不只是一個(gè)。是將每日24小時(shí)按用水曲線(xiàn)分成若干時(shí)段，計算出各個(gè)時(shí)段所需的水泵出口壓力，進(jìn)行全日變壓，各時(shí)段恒壓控制。這種控制方式其實(shí)是水泵出口恒壓控制的特殊形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節能，但這取決于將全天24小時(shí)分成的時(shí)段數及所需水泵出口壓力計算的精確程度。所需水泵出口壓力計算得越符合實(shí)際情況越節能，將全天分得越細越節能，當然控制的實(shí)現也越復雜。

(3) 最不利點(diǎn)恒壓控制

      最不利點(diǎn)恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統最不利點(diǎn)處，使系統在運行過(guò)程中保持最不利點(diǎn)的壓力恒定。這種方式的節能效果是最佳的，但由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實(shí)際應用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。

      變頻調速的方式在節能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時(shí)，水泵在額定轉速、額定流量的條件下工作。當系統所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統所需要的壓力從而造成能量的浪費。同時(shí)水泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì )造成一定的能耗。而變頻恒壓供水在系統用水量下降時(shí)可無(wú)級調節水泵轉速，使供水壓力與系統所需水壓大致相等，這樣就節省了許多電能，同時(shí)變頻器對水泵采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很小，啟動(dòng)能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個(gè)較大的缺點(diǎn)。而變頻調速供水系統的變頻器是一臺由微機控制的電氣設備，不存在消耗多少鋼材的問(wèn)題。同時(shí)由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調速式中的調速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見(jiàn)變頻調速供水方式比氣壓罐供水方式將節省大量占地面積。在運行效果上，氣壓罐方式與調速式相比也存在著(zhù)一定差距。氣壓罐方式的運行不穩定，突出表現在它的頻繁啟動(dòng)。由于氣壓罐的調節容量?jì)H占其總容積的1/3-1/6，因而每個(gè)罐的調節能力很小，只得依靠頻繁的啟動(dòng)來(lái)保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過(guò)于頻繁，壓力不穩，加之硬啟動(dòng)，電氣和機械沖擊較大，設備損壞很快。變頻調速式的運行十分穩定可靠，沒(méi)有頻繁的啟動(dòng)現象，加之啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設備運行十分平穩，避免了電氣、機械沖擊。在小區供水中，而且由于調速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶(hù)的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。

      由此可見(jiàn)，plc控制供水系統具有節約能源、節省鋼材、節省占地、節省投資、調節能力大、運行穩定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益。

      長(cháng)沙中贏(yíng)供水設備有限公司新推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調節器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過(guò)設置指令代碼實(shí)現PLC和PID等電控系統的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內置的電磁接觸器工作，可構成最多7臺電機(泵)的供水系統。這類(lèi)設備雖微化了電路結構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統的動(dòng)態(tài)性能和穩定性不高，與別的監控系統(如BA系統)和組態(tài)軟件難以實(shí)現數據通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì )受到限制。

      目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調節及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實(shí)現;有的采用單片機及相應的軟件予以實(shí)現。但在系統的動(dòng)態(tài)性能、穩定性能、抗擾性能以及開(kāi)放性等多方面的綜合技術(shù)指標來(lái)說(shuō)，還遠遠沒(méi)能達到所有用戶(hù)的要求。原深圳華為電氣公司和成都希望集團(森蘭變頻器)也推出子恒壓供水專(zhuān)用變頻器(5.5kw-22kw) ，無(wú)需外接PLC和PID調節器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調節與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實(shí)現，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數據通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。

      可以看出，目前在國內外plc控制供水系統的研究設計中，對于能適應不同的用水場(chǎng)合，結合現代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統的水壓閉環(huán)控制研究還在時(shí)一步加深。因此，有待于進(jìn)一步研究改善plc控制供水系統的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。