摘要：城市用水量在一天內并不是一成不變的（如居民生活用水在下班后會(huì )增加），供水壓力僅靠人工手動(dòng)調節是很難緩解的，導致供水壓力在用水需求量較大時(shí)不夠、在用水需求量較小時(shí)過(guò)大的現象，資源被極大地浪費了。為有效解決這一問(wèn)題，將先金的自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)及控制手段等融合到自來(lái)水廠(chǎng)的變頻恒壓供水系統，通過(guò)用戶(hù)的用水需求來(lái)對供水量進(jìn)行自動(dòng)調節，并且保持供水管網(wǎng)壓力在一個(gè)恒定值就迫在眉睫了，這正是本文的研究出發(fā)點(diǎn)。相較于傳統的高位水箱、水塔及壓力罐供水模式，利用變頻器、傳感器、PLC 等器件的有機組合構成的 PLC 變頻恒壓供水系統，具有較高的系統穩定性、運行經(jīng)濟性及節能性，極大地降低了設備投資成本，并且當用戶(hù)的用水需求發(fā)生變化時(shí)，供水管網(wǎng)壓力仍然保持在一個(gè)恒定值。
1 自來(lái)水廠(chǎng) PLC 變頻恒壓供水系統的總體架構
自來(lái)水廠(chǎng) PLC 變頻恒壓供水系統的總體架構如圖1所示，其主要是利用 PLC 控制一臺變頻器拖動(dòng)一臺電動(dòng)機的啟動(dòng)、運行與調速，其余電機采用軟啟動(dòng)啟動(dòng)。當變頻電機調速不能滿(mǎn)足供水水壓時(shí)，啟動(dòng)軟啟動(dòng)電機，根據輸出水壓自動(dòng)調整變頻電機速度。采用循環(huán)使用的運行方式來(lái)實(shí)現管網(wǎng)壓力的恒定和水泵電機的變頻運行和工頻運行的切換。
根據設計功能和供水環(huán)境的特點(diǎn)，系統采用了如下三層控制結構 ：（1）變頻調速器。水泵的轉速由變頻器來(lái)進(jìn)行調節，水泵的頻率由變頻器內置的 PID 調節器來(lái)實(shí)現模糊調節，從而實(shí)現用戶(hù)用水需求量發(fā)生變化時(shí)，出水量能夠相應地快速變化，保持供水管網(wǎng)壓力保持在一個(gè)恒定值 ；（2）可編程邏輯控制器 PLC。系統自動(dòng)控制程序被安裝在 PLC 中，開(kāi)關(guān)、按鈕、模擬量信號和其他開(kāi)關(guān)量信號輸入被其采集，變頻器、軟啟動(dòng)器等電氣元件能夠被其發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號所控制，從而實(shí)現水泵的投切及工頻、變頻的轉換。此外，當供水系統運行中出現異常情況時(shí)，PLC 可以通過(guò)采集到的信號來(lái)對異常狀況進(jìn)行快速分析判斷，并根據分析判斷結果來(lái)向工作人員發(fā)出警報 ；（3）上位機人機界面。系統參數的設定與修改、遠程控制指令的下發(fā)等操作由上位機人機界面負責實(shí)施。
2 自來(lái)水廠(chǎng) PLC 變頻恒壓供水系統的功能設計
地衣，手動(dòng)控制和全自動(dòng)控制兩種模式。在系統調試和水泵檢修時(shí)通常采用手動(dòng)控制模式，通過(guò)手動(dòng)啟�？刂泼姘迳系膯�(dòng)按鈕來(lái)實(shí)現任意一臺水泵的工頻軟啟動(dòng)和停止操作，從而對水泵的運轉是否正常進(jìn)行分析判斷 ；全自動(dòng)控制模式則用于系統正常運行時(shí)，通過(guò)預先設置好的運行參數和手動(dòng)按下控制面板上的啟動(dòng)按鈕，就能夠根據用戶(hù)用水量需求的變化和預先設置好的參數來(lái)對水泵運行臺數和運行轉速進(jìn)行自動(dòng)調節，從而確保系統處于#優(yōu)運行狀態(tài)，達到安全可靠運行和節能的效果。
第二，管網(wǎng)供水壓力的閉環(huán)控制。管網(wǎng)壓力數據通過(guò)壓力變送器得以實(shí)時(shí)采集，PLC 的模擬量采集模塊接收管網(wǎng)壓力數據后，經(jīng)過(guò) A/D 轉換來(lái)轉變?yōu)閿底中盘柌鬏斀o PLC 的內置 PID 調節器，管網(wǎng)供水壓力的閉環(huán)控制就可以通過(guò) PID 調節得以實(shí)現。
第三，設置管網(wǎng)壓力參數。供水壓力在不同供水環(huán)境下是存在顯著(zhù)差異的，通過(guò)壓力范圍設定，系統可以根據環(huán)境變化或用戶(hù)需求來(lái)自行設置管網(wǎng)壓力參數。
第四，變頻器運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控。變頻器的各類(lèi)運行狀態(tài)數據（如輸入電壓、輸出電壓、運行頻率、運行功率、輸入電流、輸出電流等）處于系統的實(shí)時(shí)監控下。
第五，設置重要參數的報警值。系統運行過(guò)程中難免會(huì )發(fā)生一些突發(fā)事件或故障，此時(shí)就需要通過(guò)設置重要參數的報警值來(lái)提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行檢查維修，避免故障的進(jìn)一步蔓延（如軟啟動(dòng)器故障報警、管網(wǎng)超壓報警及電機過(guò)流報警等）。以管網(wǎng)超壓報警為例，當供水管網(wǎng)的壓力值超過(guò)設定極限值時(shí)，系統就會(huì )根據預先設置好的信號來(lái)進(jìn)行分析判斷并采取必要的處理結果（發(fā)出聲光警報信號或自動(dòng)停機），防止事故的發(fā)生。
第六，遠程通訊功能。上位機人接界面可以和通訊柜中的PLC 進(jìn)行通訊，各水泵的運行狀態(tài)及其他設備的運行參數被遠程傳輸給上位機，同時(shí)上位機下發(fā)的控制指令也會(huì )遠程下達給各類(lèi)現場(chǎng)設備，從而實(shí)現系統整體運行狀態(tài)的遠程監控。
第七，人機交流。通過(guò)良好的人接界面，上位機與工作人員間可以進(jìn)行直觀(guān)且簡(jiǎn)單的交流（如工作人員在上位機上設置系統運行參數、查詢(xún)某臺水泵的歷史運行數據和報警信息、遠程遙控現場(chǎng)設備的啟停等，生成和打印供水報表等）。第八，擴展和升級。系統在硬件選型時(shí)預留出一部分 I/O 點(diǎn)數和繼電器數量，方便日后系統擴展和系統升級用。
3 結束語(yǔ)
為改變傳統的人工手動(dòng)控制局面，自來(lái)水廠(chǎng)必須將先金的自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)及控制手段等融合到變頻恒壓供水系統中，通過(guò)用戶(hù)的用水需求來(lái)對供水量進(jìn)行自動(dòng)調節，從而解決人工手動(dòng)控制對供水管網(wǎng)壓力變化響應不及時(shí)、設備運行安全無(wú)法得到有效保障、資源浪費嚴重等問(wèn)題，在提高供水系統自動(dòng)控制水平和控制質(zhì)量的基礎上，切實(shí)降低自來(lái)水廠(chǎng)的生產(chǎn)運營(yíng)成本，提高經(jīng)濟效益。
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