PLC控製的無負(fu)壓(ya)穩壓給水設備(bei)係統設計(ji)

無負壓穩壓給(gei)水設備概述(shu)

    變頻調(diao)速(su)技(ji)術是一種新型的、成熟(shu)的交流電機無級(ji)調速驅動技術，它(ta)以其 優良(liang)的控製性被廣(guang)泛應(ying)用在(zai)速度控製領(ling)域(yu)。特別是在供水行業中，由(you)於生產安，，全(quan)和供水質(zhi)量的特(te)殊(shu)需要(yao)，對(dui)恒(heng)壓供水壓力有著嚴格(ge)要求，變頻調速技術也得到(dao)了(le)更(geng)加深(shen)入(ru)的應用(yong)。

    自來水廠日產水量60萬(wan)噸(dun)，擔(dan)負著市區及周(zhou)邊(bian)地區70%以上(shang)的供水任務(wu)。自1999年(nian)年底(di)六(liu)廠的三期(qi)工程投(tou)產(chan)後(hou)開始(shi)向(xiang)縣供水，使得我廠(chang)的供水方式從單(dan)一的重力流(liu)供水變為(wei)重(zhong)力流和(he)壓力流結合(he)供水的方式(shi)。自向縣(xian)供水以來，由於考(kao)慮到現階段(duan)郫縣的用水量(liang)較少(shao)，從節約(yue)能耗的角(jiao)度(du)出發，我廠使用一台(tai)泵同(tong)時向縣供水和提供我廠的自用高壓水。為了滿足六廠自用水壓力，保證廠內(nei)各(ge)個(ge)工藝(yi)環節(jie)設備（如(ru)消毒環節中的水射(she)器）能正常工作(zuo)，我廠自用水壓力須(xu)較(jiao)恒定(ding)的控製在0.3 Mpa以上，采(cai)用變(bian)頻調速控製是保證(zheng)壓力恒定較為有效(xiao)的方法(fa)。根(gen)據视频污app對縣城區供水量的了解(jie)，發(fa)現(xian)縣全天(tian)各時(shi)段用水量變化(hua)較大（見後圖(tu)5），如果不對供水量進行調節，管(guan)網壓力的波(bo)動也會(hui)很(hen)大，容(rong)易出現管網失壓或爆(bao)管事(shi)故。采用變頻恒壓供水控製後，當(dang)縣用水量較小時，這(zhe)時相(xiang)應管道和泵出(chu)口壓力均較大，變頻(pin)恒壓控製方(fang)式將(jiang)會降(jiang)低泵的頻率(lv)，減小泵(beng)出水量，從(cong)而降低管網壓力；反之亦(yi)然(ran)。這樣，小(xiao)時用水量變化較大也(ye)不(bu)會造(zao)成管網壓力有較大(da)的波動。經過長期運行(xing)實(shi)踐，證明(ming)了變頻調速手段實現恒壓供水不僅(jin)保(bao)證廠內自用高(gao)壓水壓力足夠(gou)且(qie)穩定，而且保證了縣供水的安，，全可(ke)靠(kao)性(xing)。

無負壓穩(wen)壓給水設備控製係統構成

    整(zheng)個恒壓供水係統有兩組變頻泵，每(mei)組(zu)均(jun)由一台變頻器和一台水泵組成；係統以PLC為控製核心，由PLC采集壓力信號和輸出控製變頻泵的運(yun)行。控製係統構(gou)成如圖1所(suo)示(shi)。

    PLC處理(li)器(qi)選用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器，變頻泵選用的是ABB公司的SAMI STAR係列的315F 660/690型的變頻器和水泵。係統由兩隻(zhi)量程(cheng)為0~1.0Mpa的壓力變送(song)器分別(bie)檢(jian)測(ce)兩(liang)台水泵後的輸水管道的壓力，壓力變送器將檢測到的壓力信(xin)號轉(zhuan)換為4~20mA的電流信號，送到PLC子站的模擬量輸(shu)入模(mo)板(ban)（1771-IFE），通(tong)過PLC的PID運算(suan)，由模擬(ni)量輸出模板（1771-OFE）輸出4~20mA的電流控製變頻泵的運行。

無負壓穩壓給水設備控製原理及功能實現

    3.1 PLC控製係統簡介(jie)

    我廠采用Allen-Bradley公司的PLC-5型(xing)處理器通過DH+通訊方式構建了全廠PLC工(gong)業控製網(wang)絡，通過DH+網絡上的RSView工作站(zhan)實現人機對話。RSView工作站是指運行人機圖形(xing)界(jie)麵軟(ruan)件（RSView32）的計算機工作平台，該(gai)工作站建在中心(xin)控製室(shi)，是實現生產現場無人值守(shou)和運行集中管理的調度中心。利用RSView32可以有效地對控製過程進行監視和控製，可以實現圖形化的人機對話界麵(mian)，模擬生產運行的流程，在模擬流程上更加(jia)直(zhi)觀(guan)地實現生產流程的全自動運行監視(shi)、遠程人工直接(jie)幹(gan)預操作（如PID指令運行參(can)數(shu)遠(yuan)程設定）、控製環節報警(jing)監視等功(gong)能。控製界麵如圖2。

圖2 變頻恒壓供水係統控製圖形界麵（RSView工作站）

    3.2 恒壓供水的控製原理

    SAMI STAR變頻器具(ju)有REMOTE和LOCAL兩種(zhong)操(cao)作方式。LOCAL操(cao)作方式下(xia)，通過(guo)LOCAL START/STOP開關啟(qi)停變頻器，通過(guo)f REF LOCAL INPUT0 輸入端口(kou)的電位開關(guan)人工調節變頻器工作頻率；通過(guo)LOCAL/REMOTE輸入點可以將變頻器切(qie)換(huan)到REMOTE操(cao)作方式下(xia)，在REMOTE方式下，通過(guo)REMOTE START/STOP輸入點(dian)進(jin)行PLC遠程啟停(ting)變頻器，通過(guo)f REF REMOTE INPUT0端口輸入頻率控製信號（百分比(bi)）控製變頻器工作頻率。根據(ju)供水量情況(kuang)，视频污app把(ba)變頻器的工作頻率上限設定為水泵基頻，即頻率變化範(fan)圍(wei)控製在0~50Hz，在此(ci)範圍內水泵運行頻率和定子(zi)相壓成正(zheng)比（及與(yu)變頻器輸入頻率成正比），這使(shi)得(de)變頻器輸入、水泵運行頻率和泵的輸出壓力成較好(hao)的線(xian)形關係，可得到較好的控製效果。SAMI STAR變頻器對用戶開放(fang)的I/0接口位於TERMINAL BLOCK CARD上，主(zhu)要使用的有：X11-1（REMOTE START/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-13/14（f REF REMOTE INPUT0、4~20mA信號輸入）；X11-15/16（輸出4~20mA變頻器運行頻率信號）；X11-17/18（輸出4~20mA變頻泵運行電流信號）。變頻器由PLC遠程控製時，啟動是由PLC向X11-4輸出信號，使變頻器切換到外(wai)部設備控製方式（REMOTE方式），再(zai)向X11-1輸出信號，啟動變頻器。在恒壓調節時，PLC處(chu)理器把檢測到的壓力信號作為反饋(kui)值(zhi)，與PID運算的壓力設定值（由調度人員(yuan)根據情(qing)況在REView上設定）進行比較，再經過PID運算得到調節後的修(xiu)正值，通過(guo)模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出到X11-13/14，作為REMOTE方式下變頻器的頻率控製信號，由於該信號是相對變頻器工作頻率上限的百(bai)分比(bi)，所以變頻器將輸入信號進行內部(bu)運算後轉為真(zhen)實工作頻率。

    為了使三期變頻恒壓供水自動控製係統與全廠自動控製網絡(luo)有機地結(jie)合起來，全麵實現對恒壓供水係統的運行情況和設備運行進行監視和遠程控製，更加 可靠地實現恒壓供水，视频污app使用PLC進行PID運算和監(jian)控。PID閉環(huan)反(fan)饋控製原(yuan)理如圖3：

    PLC的PID運算調節通過該型處理器專用PID指(zhi)令(ling)完(wan)成，通過設置各參數即(ji)可由PLC完成PID運算調節。PID程序段流程如圖4。PID指(zhi)令(ling) 須以相同的時間間(jian)隔周期性地執行，可采用計時器，定時中斷或(huo)實時采樣(yang)的等(deng)方法，此處選用了定時方法；PV是PID指(zhi)令(ling)采樣的壓力控製反饋值，SP是PID指(zhi)令(ling)的壓力控製設定值，KP為PID的比例增益(yi)，KI為PID的積(ji)分增(zeng)益(yi)，KD為PID的微(wei)分(fen)增益(yi)，這五(wu)個控製參數作為主要的PID參數參與控製，確(que)定PID參數時要兼顧(gu)係統靈敏(min)性和穩定性，由於视频污app恒壓控製要求(qiu)和設備的性能條件，參數設定更強(qiang)調穩定性（及KI），由於微分環節有放大噪(zao)聲的特點，视频污app將KD盡(jin)量設置(zhi)得較小；SWM為PID指(zhi)令(ling)轉為手動直接調頻的開關，SO設定為PID指(zhi)令(ling)的在手動控製輸出方式時的輸出值，當變頻器從PID自控調節轉為手動直接調頻時，SO替(ti)代(dai)PID運算結果(guo)作為轉換時的輸出值，將SO設定為控製值就(jiu)可實現無縫轉換，減小變頻器運行頻率的震蕩(dang)。DB為PID指(zhi)令(ling)的死區設定值，輸出超出死區時PID指(zhi)令(ling)通過自動運算限製輸出超出限定範圍。

    3.3 相關控製功能實現

    為了防(fang)止運行時由於(yu)壓力變送器不可預(yu)見的故障(zhang)造成PLC的PID運算調節失實，從而造成管網壓力失(shi)恒引(yin)發失壓或爆管的嚴(yan)重事故。视频污app分別在1#和2#變頻泵後輸水管上安(an)裝壓力變送器，可以同時測到出廠輸水管線上的壓力；在PLC程序(xu)上對壓力信號進行了相應的處理，在程序中設置選(xuan)擇(ze)軟開(kai)關，調度人員可以在RSView上將其中一台壓力變送器的值設定為“控製反饋值”，另一台壓力變送器的值則(ze)設為“參考反饋值”（見圖2：變頻恒壓供水係統控製圖形界麵（RSView工作站））；對1#壓力和2#壓力值進行比較，相差0.1Mpa時，判斷為，其中一隻壓力變送器出現故(gu)障，變頻器控製轉換為遠程直接手動調頻控製（通過RSView設置運行）。壓力變送器正常工作時，“控製反饋值”經過平均濾(lv)波處理後，分別比較壓力報(bao)警上限和下限值，如果超(chao)出控製範圍，變頻器控製轉換為遠程直接手動調頻控製，否(fou)則“控製反饋值”作為PID調節的參數PV。

    同時為了在就地手動控製實現在控製現場(chang)對變頻泵進行開停控製和運行數據監視。视频污app在變頻泵工作現場安裝了A-B公司的PanelView圖形工作終端，該工作終(zhong)端(duan)提供圖形交互(hu)界麵和觸(chu)摸輸入方式，以從站的方式與PLC進行通信，進行數據和控製命(ming)令的交(jiao)換，提供就地監控操作的通道(dao)。

無負壓穩壓給水設備運行效果分析(xi)

    4.1 有效保證縣供水和我廠自用水壓力穩定，提高我廠供水 可靠性

    圖5為數據庫(ku)采集的2001年某(mou)日我廠恒壓變頻泵出水壓力、頻率變化以及郫縣供水和自用水流量、管網壓力數據關係圖。

    從圖中數據可看出縣小時供水量變化很大，如果采用定速泵進行供水必然會導(dao)致(zhi)高峰供水時段內管網供水壓力不足，夜(ye)間用水量較小時管網壓力過高，造成爆管現象(xiang)。采用變頻恒壓控製後，變頻器的頻率隨縣用水量的變化而(er)變化，及(ji)時調節我廠對郫縣供水量，從而使郫(pi)縣城(cheng)區管網壓力在一個較小的範圍內變化（0.23-0.27Mpa）。另(ling)一方麵，雖然我廠自用水秒(miao)流量變化不大，但(dan)由於我廠自用水和縣供水為同一水泵加壓後，分作兩條支(zhi)流，縣用水量的變化必(bi)然也會導致自用水壓力不穩定，采用恒壓變頻控製方式，基(ji)本(ben)克(ke)服了這種變化因(yin)素(su)。從上圖曲(qu)線也可看出，我廠自用水壓力基本恒定不變。這樣保證了我廠加氯(lv)水射器等重要設備的正常(chang)工作，保證了正常的消毒(du)工藝流程，從而保證我廠出廠水水質，提高我廠供水的 可靠性。

    4.2 高度有效節能

    通過采用變頻調速恒壓控製，可在不同季(ji)節、全天不同時段內有效即時地調控水量，這樣在用水量較低(di)時，大大節約供水量，減(jian)少電耗(hao)。

    在設定壓力內跟隨(sui)用水量供水，避免了傳統供水方式的損(sun)耗，降低噸水消(xiao)耗。

    4.3 提高自動化水平(ping)

    根據我廠建立自動控製係統的原則“分散控製、集中管理、現場無人值守”，無負壓穩壓給水技術的應用提高了我廠自控係統的整體水平，真正作到了操作簡(jian)便 ，現場無人職守，運行 可靠。

無負壓穩壓給水設備產品概述：

      無負壓穩壓給水設備是我公司專業技術人員在氣壓給水設備的基礎(chu)上開發的一種能直接與自來水管網連(lian)接、且對自來水管網不產生任何(he)負作用的成套給水設備。它可以取代蓄(xu)水池(chi)，能直接供水或間接供水，形成連續(xu)密閉的接力增壓供水方式。避(bi)免了二次增壓供水係統造成的能源(yuan)的二次浪費(fei)和二次汙(wu)染(ran)，我公司生(sheng)產的設備與其(qi)它廠家(jia)的產品不同，因解決了自動采樣控製等有關技術方麵問(wen)題。而采用的是隔(ge)膜式負壓罐(guan)，保證水源與空(kong)氣隔絕(jue)。 保持了市政(zheng)水質標準(zhun)；充(chong)分利(li)用市(shi)政水源本身(shen)壓力勢(shi)能，差多少，補多少，切實有效地、 大限度地發揮(hui)了變頻調速的節能效果；大幅(fu)度地節省(sheng)了基建投資(zi)並(bing)縮(suo)短了施(shi)工工期。

產品設計中很好地解決(jue)了接力增壓供水方式帶(dai)來的2大問題(ti)：

1) 水泵大幅變工況運行問題。設計了全變頻控製係統。可較好的適應於水泵在大幅工況運行問題。

2) 特別配(pei)套設計了各種緩衝(chong)罐、水源罐，對市政水源有很好的緩(huan)衝與削(xue)峰(feng)補(bu)償作用，避免對市政水源的過度抽(chou)吸(xi)。 產品設計充分考慮(lv)應用的靈(ling)活(huo)性，自適應性強，可滿足不同用戶具體(ti)工程應用要求的差(cha)異。

無負壓穩壓給水設備工作條(tiao)件：

具有足(zu)夠承重能力的混凝土(tu)平台或能保證正常工作要求的平整地麵

電源：TN-S製、3相5線、380V（+10%、-15%）、50Hz（±5%）、接地電阻(zu)小於4歐(ou)

環境(jing)：室內安裝(zhuang)使用、0-40℃不凍結、90%RH以下不結露(lu)、無腐(fu)蝕、易燃、易爆氣體

海(hai)拔(ba)1000m以下，5.9m/s（0.6g）以下。

無負壓穩壓給水設備特點：

1、 無需建高位(wei)水箱(xiang)、地麵（地下）水池水箱(xiang)-潔(jie)淨衛(wei)生、高度有效、節能、節資

      經濟衛生、充分利用市政水源本身壓力勢能， 大限度地發揮了變頻調速的節能效果。實踐(jian)證明：使用直聯(lian)式免费可以看污污网站無負壓穩壓給水設備可節省50%以上的興建水池費用，與其他(ta)供水設備相比，可節電20%-40%。

2、 運行噪聲低

      采用變頻調速運行，特別是采用全變頻控製係統，大部分時間特別是夜間處於低速低噪聲(sheng)運行工況。

3、 采用全密(mi)閉(bi)的兼有緩衝及動態補償(chang)作用的隔膜(mo)罐，與目(mu)前(qian)市場上的普(pu)通無負壓給水設備更有實際(ji)意(yi)義(yi)。並使控製係統得以簡化。

4、 產品先進，質量可靠，標(biao)準化程度高，通用性好

      采用規(gui)範通用的控製係統技術方案(an)，產品中關鍵(jian)零(ling)部件,如:電機、水泵軸(zhou)承(cheng)、變頻器、調節器、PLC、和其他元(yuan)器件采用了高品質產品，還可換用任意廠商的相應部件，調試(shi)維修方便。

5、 功能全、智(zhi)能化程度高，自適(shi)應性強

      免费可以看污污网站無負壓穩壓給水設備采用了先(xian)進的變頻控製技術、軟起動、有過載(zai)，短(duan)路(lu)、過壓、欠(qian)壓、缺(que)相、過熱(re)和失速保護(hu)等功能。在異(yi)常情況下能進行信號報警、自檢、故障判(pan)斷(duan)等，還(hai)可根據用水量的高低自動調節供水流量。變頻器故障時自動降級運行（成為工頻自動給水設備），自動係統故障時，還可手動操作應急(ji)備用，贏(ying)得維修時間。

6、 個性化設計、壽命長

      若(ruo)用戶需(xu)要，可設計符合用戶(hu)需要參數的設備及安裝形式。

可按(an)要求選配各種通訊(xun)接口、協議，從而可連接各種人機界麵、監控計算機、可與各種控製網絡、通信網絡相接，適用於特殊、複(fu)雜(za)的運行控製和聯網監控要求。可為用戶開發配套(tao)監控軟件。 

無負壓穩壓給水設備主要用途(tu)：

 適用於任(ren)何自來水壓力不足地區的加壓供水。

 1、工礦(kuang)企(qi)業的生產、生活用水及各種補水係統；

 2、新建住(zhu)宅(zhai)小區或寫(xie)字樓(lou)生活用水；

 3、已建好的水池，可以采用無負壓供水設備與水池共(gong)用的供水方式，進一步(bu)節能；

 4、對原有氣壓供水設備進行改(gai)造，可以充分利用原有的氣壓罐；

 5、各種循環係統，自來水廠的中間加壓泵站。