恒壓供水系統的應用

黃琳娜

湛江市技師學院，廣東湛江 524000

0 引言

湛江市技師學院有一萬多師生員工，生活用水量較大，且樓層高低不一，又沒有水塔，從而造成用水高峰的時候，高樓層的用水很不方便，有時候水很小，有時候沒有水用，管理人員要經常對供水水泵進行開關的控制，且勞動量很大。因此，為了滿足全校師生員工正常用水，節約用電，本文設計了一套全自動的恒壓供水系統。

本系統的特點在于不管是用水高峰，還是用水低潮，保證每個用戶都能正常用水，并且以最少的能耗而保證全校師生員工正常用水，減少管理人員的勞動量。本系統使用了水泵輪流工作程序，水泵可以在用水低潮的時候，輪流休息，以避免某臺水泵長期工作而縮短了工作壽命。

1 整個恒壓供水系統的組成（如圖1所示）

體系分別由供水部分、壓力采集部分、電氣控制部分組成。從圖1可以看出，電氣控制部分為主要控制，其細分為PLC、變頻器、繼電器組。壓力采集部分主要完成壓力反饋與A/D轉換的功能。供水部分分為外來供水、供給本校使用水。

圖1

2 恒壓供水系統流程圖

恒壓供水系統由PLC起到總控制作用。系統啟動后，PLC根據管理人員給定的供水壓力與輸出供水壓力而做出相應的自動控制過程。其控制過程由繼電器組功率放大后，再由繼電器控制水泵的工頻或變頻的運行。供水壓力的粗調節由啟動工頻運行水泵的臺數完成，供水壓力的精調節由變頻運行的水泵完成。恒壓供水系統流程圖如圖2所示。

圖2

3 三恒壓供水系統主回路

三恒壓供水系統主回路以圖3所示。

圖3

4 變頻器的PID設定與連接

恒壓供水工作的精調整都是由變頻器自身的PID運算實現。本系統中壓力傳感器的輸出電流與被測量成正比，變頻器采用負運算；A540系列變頻器由參數Pr128決定負運算工作方式。

通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，安裝在供水管上壓力傳感器反饋來的壓力信號（4mA對應0MPa，20mA對應0.5MPa）的傳感器調節水泵的供水壓力作為壓力負反饋接至變頻器的輔助輸入端4、5；變頻器、PLC時刻跟蹤管網壓力與壓力給定值之間的偏差變化情況，經變頻器的PID運算，調節變頻器輸出頻率，改變水泵轉速，并通過PLC控制水泵工頻電源供電與變頻電源供電的切換，自動控制水泵投入運行的臺數，實現閉環控制，使水壓不偏離壓力給定值，保持水壓恒定。

變頻器PID設置相關參數如下表1。

表1 變頻器的參數設置

連接圖如圖4所示。

5 PLC的控制

PLC在本系統中的作用是控制交流接觸器組進行工頻---變頻的切換和水泵的工作臺數的調整。其工作流程圖如圖5所示：

圖5

在圖5 中，恒壓水系統有兩種運行方式，一種是手動控制，一種是自動控制。

在手動控制中，要求管理人員輸入相應的運行水泵后，PLC才有相應的控制輸出來控制水泵運行，這樣可以方便調系統的運行狀態，水泵的維修與保養都是在手動方式下完成的。

在自動控制中，PLC根據供水壓力來自動調整水泵的工作臺數，每當供水壓力值低于給定供水壓力值時，變頻器提高輸出的頻率，水泵也相應提高轉速而加大供水壓力，當變頻器的輸出頻率達到上限，且供水壓力還不到給定供水壓力值時，PLC將增加工作水泵數量，以保證供水壓力在給定的供水壓力范圍;反之PLC卻減少工作水泵數量。在用水低潮時，水泵輪流休息，以提高使用的壽命。它們的運行過程如下所述。

系統啟動時，KM0閉合，1#水泵以變頻方式運行，當變頻器的運行頻率超出設定值時，輸出一個上限信號，PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行方式轉換為工頻運行方式，KM0斷開，KM1吸合，同時KM2吸合，變頻啟動2#水泵運行。如果再次接收到上限信號，則KM2斷開KM3閉合，2#水泵由變頻運行轉為工頻運行方式，同時KM4閉合3#水泵變頻運行。

如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關閉KM4、KM3，開啟KM2，2#水泵變頻運行，再次收到下限信號時就關閉KM2、KM1，KM0吸合，只剩下1#水泵變頻運行。水泵輪流工作的時候，只是三臺水泵的先后時序換了。 PLC接線I/O分配圖如圖6所示。

圖6

圖7 程序的設計

6 恒壓供水系統的調試

系統調試是對程序結果進行全面的檢查，找出問題并糾正其錯誤，使可能發生的問題與錯誤，盡量消滅在正式運行之前。通常調試的方法大多數是采用靜態調試法與動態調試法。所謂靜態調試法是用人工的方式對程序的編寫進行審核，找出其中錯誤，這種方法不用運行程序。而動態調試法是通過程序的運行，在程序的“動態”執行中檢查并處理各種出現錯誤。本系統是采用動、靜態相結合的調試方法。

7 結論

原來由于沒有變頻運行的水泵，供水壓力很難保證，通常是少一臺水泵運行時，供水壓力不夠，多一臺水泵運行時，壓力過大，且水泵電機工作電流很大，造成能量大耗。因此造成夜間高層樓的用水沒有水用，白天又要一位管理人員現場管理。

該系統投入使用后，保證了全校師生員工的正常生活用水。該系統運行效果穩定，故障率少，節能明顯，減少了管理人員的工作強度。

本系統是一個居住集中、樓層高低不一，且沒有水塔的生活區的自動恒壓供水系統，系統實用性強、節能、有著推廣應用的價值。

[1]FX2N系列微型可編程控制器使用手冊.隨機資料.

[2]FR-A540E系列變頻器使用手冊.隨機資料.

[3]劉守操，余文烋，劉結成，許振茂編.可編程序控制器與變頻技術.

[4]丁軻軻主編，楊若萍副主編.自動測量技術[M].中國電力出版社，2004，12.