基于PLC的多泵循环增压稳压给水设备供水系统

1 引言

      增压稳压给水设备恒压供水在城市自来水管网系统、住宅小区生活消防用水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域中均有应用。增压稳压给水设备恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小总能保持管网中水压的基本恒定。在恒压供水系统中可根据压力给定的理想值信号及管网水压的反馈信号进行比较，变频器根据比较结果调节水泵的转速，达到控制管网水压的目的。本文介绍基于PLC控制的多台水泵循环变频恒压供水系统的设计方法。

 

2 增压稳压给水设备控制要求

      某中心给水泵站担负周边高层小区的生活用水二次加压任务。包括3台22KW生活水泵、1台7.5KW夜间补压水泵。3台生活水泵用水高峰时段需要工作在“1工1变”状态，其它时段工作在“1变”状态，深夜用水低谷仅用7.5KW补压泵工作在工频即可。

 

3 增压稳压给水设备系统设计

      该系统主要由三菱FX-2N系列PLC控制器、三菱FR-A540变频器、PID调节器、压力变送器、浮球水位计（开关）、低压电气设备及水泵组成。

3.1主回路设计

      采用一拖多的方式，每台电机水泵既可工频运行又可变频运行。主回路如图1。

      变频器用水高峰期3台水泵一台工频运行一台变频运行另一台处于待机状态，并每周循环一次，既便于维护和检修作业，又不至于停止供水。利用PLC编程可实现此功能。状态转换图如图2。一般用水时段有一台水泵处于变频状态，其中应特别注意，为了保护机电设备在工频——变频状态切换过程中应先将变频器输出停止，延时1s时间后再启动，此时可能会出现短暂失压现象，但实际应用中这种影响并不明显。

3.2 变频器频率（速度）设定的方法

（1）利用变频器本身的多段速度设定法

三菱FR-A540变频器本身有多段速度的设定功能，以七段速度为例，七段调速如下表：

操作模式：Pr.79=3

速度段 1 2 3 4 5 6 7

运行频率 15HZ 20HZ 25HZ 30HZ 35HZ 40HZ 45HZ

变频器

参数设定 Pr.4=15 Pr.5=20 Pr.6=25 Pr.24=30 Pr.25=35 Pr.26=40 Pr.27=45

接点 RH RM RL RM、RL RH、RL RH、RM RH、RM、RL

相应PLC I/O分配 Y11 Y12 Y13 Y12、Y13 Y11、Y13 Y11、Y12 Y11、Y12、Y13

表1 变频器七段速度表

这种控制方式下，当前水位若在下限则PLC输出高一级的变频信号给变频器，当七段速度均启动工作但仍未达到上限，则启动工频。若已达到高水位，则PLC输出低一级的变频信号给变频器。相应的状态转换图如图3。

（2）利用压力传感器信号经PLC运算给出变频器运行频率设定信号

      利用变频器本身的多段速度控制仅需要水压上限和下限两个信号，控制方式简单，编程方便。但控制精度不高。通过安装在出水管网上的压力变送器（本项目选择PMC系列电子陶瓷压力传感器），将压力信号转换成标准的DC4~20mA的模拟量信号送入PLC的扩展A/D单元，经过A/D变换，利用PLC采用经验数据方法计算出此时变频器应运行的频率，将相应的数字量信号再通过PLC扩展D/A转换单元，转换成电压信号，此时变频器工作在Pr.79=2的外部操作模式，由2、5端子之间的电压值决定其频率输出。硬件原理图见图4。

由于涉及到PLC的A/D、D/A单元，其软件编程需注意这两个单元初始化的方法及数据传输的方式。程序如图5。

（3） 利用压力传感器给出信号经PID调节器进行频率设定的方法

      除了3.2.（2）中的方法外，目前应用较广泛的是通过传感器将压力信号转换成标准的DC4~20mA的模拟量信号后，将该信号送入PID调节器，经过PID仪表将压力设定值与传感器的反馈值进行比较计算后，给出一个变频器的频率给定值。其原理图如图6。

PID调节器控制原理

      经过试验比较发现，由于供水系统管道长、管径大、管网的充压比较慢，故系统属于一个大滞后系统，仅采用PID调节器进行控制并不是较好的选择，实际运用中采用3.2.（2）与3.2.（3）相配合的方式将更有利于理想控制的实现。其硬件如图7所示。

4结束语

      多泵循环增压稳压给水设备供水系统的应用越来越广泛，它取代了传统的水塔、高水位箱或气压罐，不但大大的改善了系统的性能，而且节能环保，具有良好的技术和经济效益。

 

中赢智能增压稳压给水设备简介

     智能增压稳压给水设备是一种新型的清洁卫生、高效节能的变频调速供水方式，也被业界称为管网叠压供水。它无需建立水池，直接连接在市政自来水管道上并充分利用自来水原有压力节约了大量的电能和设备投资，其节能效果可达50%以上。

 

    智能增压稳压给水设备应具备的控制功能要求：须具有两台泵定时切换功能。故障报警停泵功能。进水压力控制设定上限压力，开泵时水泵能根据设定压力值自动升降转速调节出水压力，达到下限压力时停泵。须设有手动开关泵按钮，当自动功能出现故障时须手动开关水泵，不至于影响用户用水和市政管网运行的安全。

 

   控制系统动态性能要求：须平滑、稳定的进行调节，不产生调节震荡，并且响应速度合理。避免水流喘振、断流和水击现象出现。

 

   恒压控制稳态精度要求：设定压力与实际压力差不得超过±0.01MPa。

 

   中赢智能增压稳压给水设备应采用水泵出水端压力恒定控制或供水管路较不利点恒压控制的方式。压力值可以在现场试水时设定和调整，以达到用户用水压力满意为准。

 

中赢智能增压稳压给水设备具备以下特点

1、无负压功能

    设备与市政管网直接连接，设备工作时对管网不产生任何负压影响，通过设备的微机控制系统及稳流补偿系统与真空抑制系统的有效工作，时刻自动监测自动调节和适应，实现预压对吸程的自动补偿，从而可以消除水泵运行时产生负压及吸程影响，不会对市政管网及其周围用水户造成影响，也绝不会使管道中出现负压。

 

2、现场手动/自动操作转换功能

     设备为用户提供了多路操作方式，设备控制面板具备手动和自动控制方式，由控制面板上的“手动/自动”转换开关来选择。当选择自动操作，并将“启动、停止”转换开关扭至启动位置时，无须人为干预设备的运行，设备在微机的控制之下按照设定的程序全自动运行。

 

3、有水开机/无水停机功能

    当市政管网水量不满足时，设备自动调整供水状况，改变设备运行曲线，进行真空抑制和稳流补偿，使用水状况与进水状况符合，当补偿量达到较大时市政管网也不能满足需要时，设备自动停机，防止因水源不足而造成设备的损坏。当市政管网恢复正常状态时，设备自动开机。

 

4、自动恒压功能

     根据工程实际情况，可现场设定设备出水压力，控制系统运算速度快，时刻检测出水压力与设定压力相比较，自动调节，使出水压力非常恒定。

 

5、变频自动转换及定时交换功能

    当一台水泵全速运转仍然不能满足用水情况时，设备自动控制其他水泵投入运行，并使水泵始终处于高效运行状态；当一台水泵长时间运行时，设备可以自动调控到其它水泵工作，有效调控水泵运行时间，使每一台水泵的利用率趋于均等，避免因水泵利用率不平衡而造成水泵的损坏，从而大大延长设备的使用寿命。

 

6、管网自动补偿增压功能

设备与自来水管网直接串接，充分利用自来水管网原有压力。采用变频调速控制技术，对自来水的进水压力和出水设定压力的差进行补偿，充分利用市政管网压力，高效节能。