自来水加压站PLC控制变频加压给水设备供水系统

1. 引言

　　变频加压给水设备供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压轰水系统，具有较大的经济和社会意义。

　　在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。

　　本文介绍的用于某自来水加压站快速起动变频加压给水设备监控系统，采用松下电工生产的FP3型可编程序控制器（PLC）进行控制，用研华工控机进行监控，自动化程度高，整个工作程序自动完成，能清楚地显示各个设备的实时状态，并自动调节水压。

　　变频加压给水设备系统还设有多种保护，如水压超限报警、阀门故障报警、水位超限报警并处理、水泵电机电流过流报警并处理等。

2. 变频加压给水设备系统结构及控制要求

　　变频加压给水设备供水系统由主供水回路、备用回路、2个清水池及泵房组成

　　其中泵房装有1# ~ 6#共6台150kW泵机。另外还有多个（V1 ~ V23）电动闸阀控制各供水回路和水流量。

　　要求该变频加压给水设备供水系统具有如下基本操作功能。

　　（1）当市政自来水压力高于设定压力21.56×104Pa时，直接由市自来水供水。

　　（2）当市自来水低于设定压力，但不低于下压力7.84×104Pa时，采用直抽水加压供水方案。即逐步起动2台泵机向管网充压。当检测到市自来水高于设定压力时，再转换成市自来水直接供水。

　　（3）当自来水压力持续低于2.94× 104Pa或出现确切负压信号时，应立即转换成抽池水加压，但此时应保证水池水位高于最低限水位的条件。

　　（4）当采用直抽水或抽池水加压供水时，应能自动调节其总出口水压为给定值，调节误差小于等于± 10%。

3. 变频加压给水设备PLC控制系统设计

　　变频加压给水设备供水系统的检测点以及控制量较多，是一个规模较大的测控系统。根据其特点，我们选用了松下电工的FP3可编程序控制器作为控制装置。该控制器与其它可编程序控制器相比，具有一些明显的优点，如FP3采用了模块化设计，可根据实际需要灵活组装，使用方便，I/O分配采用自由编程方式；容量大，程序量只受扫描周期限制，而扫描周期可在一定范围内自行更改；具有A/D、D/A、脉冲输出、位置控制等高级单元，可实现“共享存储器”；另外还有一些特殊的功能。

　　变频加压给水设备供水PLC系统的结构如图1虚框内所示。系统包括一个电源单元、一个CPU单元、一个上位机联结单元，还有I/O 单元和A/D单元。上位机采用研华工控机ABB公司组态软件，上位机联结单元通过C?/FONT>NET适配器与之通讯。工控机对整个系统进行监控，显示器显示了整个加压系统结构、各个阀门与水泵的实时状态、读出各个水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示和故障记录。

　　系统既有模拟量输入，也有开关量输入。模拟量通过A/D模块输入，共27个通道。I/O各有96个点。

4. 变频加压给水设备PLC的软件设计

　　根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控市自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，或是采用直抽水充压方案还是采用抽水池水充压的方案。控制系统的程序较复杂。

在控制过程中，供水口的水压自动调节是一个重要和较有特色的设计部分之一，在此着重介绍实现自动恒压功能的软件设计。

　　由于供水系统管道长、管径大，阀门的开、关、管网充压都较慢，故系统是一个大滞后系统。同时因为是在旧设备的基础上进行改造，要利用现有的设备，故并未采用调速调压，而是采用下述多种方法对水压进行调节。首先采用分段调节法，把水压偏差分为四段，即10%、20%、30%、40%，当检测到偏差较小时，输出的控制量（蝶阀的增量）较小，且操作周期亦较大；当偏差较大时，则输出的控制量较大而操作周期较小，使其快速减小偏差而又避免过大超调。另外，在偏差小于等于± 10%时，再加上模糊控制，根据D ek=ek-ek-1的值来确定是否调节蝶阀开度，使误差进一步减少，保证其小于等于± 10%的误差要求。当调节阀门开度仍不能使偏差进入允许范围时，用起动或停止1台或1台以上水泵的方法来调节水压。通过这样多种调节水压方法相结合，可使出水口水压得到满意的调节效果。

 

5. 结论

　　本文所设计的PLC变频加压给水设备供水监控系统已成功地应用于某工业区，运行结果表明，该系统完全满足其设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控及时等突出优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，受到了操作人员、维护人员、管理人员的好评。该监控系统的成功设计，也为类似系统的旧设备改造提供了可取的经验。

 

变频加压给水设备简介

　　 一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须提升水压才能满足用水要求。传统的方法是水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，其设备一次投资费用高，并且必须由水泵高于实际用水高度的压力来提升水量，其结果往往增大了水泵的轴功率和能量损耗，在使用这些传统的供水方式，还容易造成水的二次污染。

      变频加压给水设备是中赢供水公司根据工业生产、生活、农业节水灌溉工程等用水的规律研制开发的高新技术产品。它集变频调速技术、PLC技术、PID控制技术，压力传感技术等为一体，可组成完整的闭环自动控制系统。该设备通过安装在供水管网上的高灵敏度压力传感器来检测供水管网在用水量变化时的压力变化，不断的向智能传输变化的信号，经智能判断运算并与设定的压力比较后，向控制器发出改变频率的指令，控制器通过改变频率来改变水泵电机的转速和启用台数，自动调节峰谷用水量，保证供水管网压力恒定，以 满足用户用水的需要。

 

变频加压给水设备主要特点:

   ■　采用微机控制、压力分级控制及手动控制等三种不同控制方式，确保设备的可靠性。

   ■　能够实现电机软启动，大大减少启动负荷和压力波动，实现恒压供水，节能效果显著。

   ■　采用高可靠性管路附件及电器无触点控制方式，大大提高了设备使用寿命。

   ■　系统配备小型缓冲压力调节罐，大大减轻管网的水锤现象。还配备小流量定压泵，起小流量范围内的供水及保证消防系统常备压的作用。

   ■　设有断相、过压、过流、过载、失速及无水等各种保护功能及故障显示和报警装置。

   ■　设备占地面积和高度较小，灵活机动，安装调试方便，省工省时，节省投资。

 

变频加压给水设备讲述：

      变频加压给水设备无需建造水池、水箱，占有空间相对较少，节省设备的初期投资和节省了冲洗水池，给水池消毒的费用。该设备为全封闭式结构，真正消除供水二次污染，为绿色环保新型变频给水设备 。目前通用的变频恒压供水，取消了地面水池，减少了水质的二次污染，但兴建和使用地下水池的费用和地下水池对水质的污染也是一个问题。因此无负压增压变频给水设备 将是变频变频给水设备 发展与延伸。

 

变频加压给水设备优点：

1）高效节能：充分利用市政水源本身具有的压力热能，差地区补地区，切实有效地、最大限度地发挥了变频调速的节能效果。

2）洁净卫生：构成连续密闭的增压供水方式，完全保持了市政水源的国家水质卫生标准，从根本上避免了增压系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题。

3）杜绝浪费：不仅淘汰了高位水箱，还彻底地取消了地面（地下）水池水箱，完全杜绝了水箱溢流，定期清洗造成的水源浪费。

4）变频加压给水设备运行噪声低：系列产品采用全变频调整方案时，大部分时间特别在夜间处于低噪声运行工况。

5）设计了全密闭的、兼有缓冲作用和动态补偿作用的水源箱罐，与目前市场所谓无负压罐相比，更具有实际意义，并使控制系统得以简化。

6）该系列产品控制系统充分总结了本公司及国内外变频给水设备的设计制造经验，采用规范通用的控制系统技术方案，可换用任意厂商的变频器、调节器、PLC和其他元器件，调试维修特别方便，为产品的终身售后服务奠定了良好基础，不会因技术进步而导致售后服务问题。

7）该系列产品控制系统具有较高智能性，设计中充分考虑了机、电、仪协调配合，具有欲速则不达的检测监视和简单方便的人机交互功能。具有全面的故障保护功能和对策，变频器故障保护时，自动降级运行（成为工频自动给水设备），自动系统故障时，还可手动操作应急备用，赢得维修时间。

8）变频加压给水设备可按要求选配各种通讯接口、协议，从而可连接各种人机界面、监控计算机，可与各种控制网络，通信网络相接，适用于特殊、复杂的运行控制和联网监控要求。可为用户开发配套监控软件。

 

变频加压给水设备原理：

直接供水型 就是直接利用市政管网的压力。

直接供水。

      一般适用于市政管网压力稍高的地区或水厂附近压力较高的范围内。缺点就是水量、水压不能保证。但是全自动变频加压给水设备对于规模较小的管网这种供水方案的经济性能很好。不需要任何其他设备或措施。

水箱供水：

      变频加压给水设备将市政管网的水引至屋顶水箱。然后靠水箱与用水器具的高差。重力供水。克服了水压水量的不稳定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱体积较大。因此这种方式不提倡，水箱、管网联合型 平时水量水压足够时。直接由市政网供水。超压时。多余水进入屋顶水箱。当压力或水量不足时。水箱靠重力自动向用户供水。物理结构上就是正常的直接供水的主干管伸顶接入水箱。并由水箱设一出水管。该方案减小了水箱的体积。并使水不需要都进入水箱停留这一步骤。

 

变频加压给水设备的主要构件

（控制柜）控制系统性能优越、功能齐全、可靠性高：变频控制系统的主要电器元器件配件都是进口品牌产品，我们产品的基本配置是：

1、可编程控制器(PLC)采用德国西门子产品。

2、接触器、热保护是德国西门子或者是法国施耐德产品，接触器的容量比配用电机容量提高两个档次，例如7.5KW电机额定电流 15A，我们配用32A的接触器，保证控制系统长期稳定运行。

3、变频器选用日本三垦品牌产品或者是瑞士ABB品牌变频器。

4、中间继电器选用法国施耐德产品。

5、其余辅助元器件均是国内知名品牌产品-空气开关为正泰集团产品

 

变频加压给水设备特点：

      保证管网压力，调节峰值用水，水箱入口处采用了智能化的电磁阀来控制进水压力及水位。当管网压力下降加压泵从水箱取水时，可通过智能控制，当水箱水位低于一定液位时，再打开电磁阀从管网中放水，此时保证取水口一定的压力，此措施一可以避开高峰用水，起调峰作用；二是避免了普通水箱的零压力泄水，对管网压力是一个很好的保护作用。

      变频加压给水设备运行可靠性：当用水高峰时，或自来水停水时，由水箱供水，大大提高用户用水的可靠性，完全符合自来水供水规范。

      控制系统先进。建立远程监控系统，随时监控设备运转情况。该系统采用了一款新型的中赢供水专用供水控制器和相应配套的一体化文本显示器（HMI）外加GSM通信模块组成的无线监控文本显示。该系统使原来控制系统全面开放升级，从原来的独立单元升级成具有通讯功能的控制系统，文本显示器与PLC集成一体化，PLC与GSM通信模块能过RS232通信口连接，实现系统的通讯化，由于GSM通信模块与现行移动通信网络接轨，使客户即使远离控制现场，只要他身处无线移动通信网络信号覆盖的地方，就可时时了解系统信息，利用手机发送命令修改系统功能参数，甚至控制系统运行，真正意义实现了最简捷便利的系统远程监控。

      环保无污染。此成套设备中水箱、水泵、管路及阀门等涉水材料均采用食品级不锈钢材料，密封供水，不会产生二次污染，卫生环保。

      设备节能。当自来水压力能满足用户用水要求，增压泵通过变频控制处于休眠状态；当非高峰用水时，自来水压力又达不到用户用水压力，水泵可以在自来水水压（0.2—0.5MPa）的基础上叠加增压，差多少，补多少，充分利用余压，节约电能。节能效果显着。

      变频加压给水设备亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到高效节能、自动恒压供水的目的。

      变频加压给水设备能根据用户的实际用水量和使用压力自动检测，调节电动机的转速(耗电量)，使设备始终处于高效率的工作状态。

      供水管网压力稳定

      设备由微机构成自动闭环控制，能在0.5秒内使变化的压力恢复正常，压力调节精度为设定值的±5%。

      占地小、投资少，安装工期短。生活变频给水加压设备相比节约占地3~16倍，比建水塔节约投资15%~60%。设备体积小，组装、安装调试方便，运输及安装工期短。

      保护功能全，运行安全可靠，操作方便生活变频给水加压设备主机采用进口变频调速器，自身具有欠压、过压、过流、过载、短路、过热、失速防止等保护功能，无故障运用达10万小时以上。

       设备配电控制部分，采用智能化控制原理，操作方便实用，设备工作状况一目了然，便于非专业人员很快熟练掌握。供水功能全，保险系数高生活变频给水加压设备局部出现故障时，能启用应急功能继续供水。

       设备可与市政供水网自动并网运行，并具有双恒压功能，即能满足生活生产用水的正常压力和流量，有能在出现火情时自动转换为高压大流量供水，可一机多用。

 

变频加压给水设备安装使用及保养：

一.本设备安装应选择通风良好、灰尘少、不潮湿的场地，环境湿度为-10℃－40℃。在室外应设防雨，防雷等设施。

二.为方便设备安装、保养、设备四周应留70cm空间，人孔处应保留1.5m空间，四周地面应设排水沟。

三、选定场地后，要处理好地基、在用砼浇注或用砖石砌筑罐体支承座。待基座完全固化后，再吊装罐体并放稳，随后安装附件，接通电源。

四、在试车前，应先关闭供水阀，检查各密封阀情况，不允许有泄露现象，开车后，应注意机泵转向。当压力表指针到上限时，机泵自动停止。打开供水阀，即可正常供水、如需定时供水，可把选择开关扳到手动位置。

五、本设备泵机组应经常检查，定期保养并加注润滑油。离心泵和止回阀如发现漏水现象，应及时紧固法兰螺丝或更换石棉根，检查机泵底脚螺栓不能松动，以防损坏机器。

六、电器自动控制系统，应防水、防尘、经常检查线路绝缘情况，连接螺栓是否松动和保险丝完好等情况。压力表外部最好用透明材料包裹，以防损坏。

七、罐体如发现漆皮脱落，应及时涂漆保养，以延长使用寿命。