PLC在無負壓成套供水設備中的實踐應用

 

一、無負壓成套供水設備概述

    隨著我國城市化水平的提高，城市人口急劇增加，居民小區不斷建設且樓房層數越來越高，使原來自來水管網壓力出現不足，很多城市普遍存在著用水高峰期高層樓房上不去水的現象，導致高層居民用水難。目前，一般的解決辦法是修建水池或水箱，通過水泵二次加壓供水。

    為解決此類問題，當前均采用先進的全自動無負壓成套供水設備，此供水設備可直接與自來水管網串接，通過負壓消除器和穩壓平衡器保護自來水管網不形成負壓，避免了修建混凝土蓄水池或設水箱的麻煩。此設備充分利用了自來水管網的原有壓力，在原有壓力的基礎上疊加一部分壓力，差多少，補多少，使無負壓成套供水設備的選型減小，節省投資，同時在使用過程中也可大大節能，是目前最先進最新的二次供水方式。

二、無負壓成套供水設備應用范圍

1、流量范圍：1.5-1600噸/小時；

2、揚程范圍：21.6-225米;

3、穩流罐：0.5立方-50立方；

4、壓力范圍 0 ～ 2.5MPA

5、壓力調節精度：±0.01兆帕；

6、環境溫度：０-40℃.

7、相對濕度 90 % 以下（電控部分）

8、電源 380v(1 ± 10 % ) ；50HZ ± 2HZ

9、控制方式 單臺，恒壓

 

三、無負壓成套供水設備方案：

    本無負壓成套供水設備主要由變頻控制柜、穩流調節器、負壓抑制器、水泵機組、儀表、閥門及管路等組成。

1、在本無負壓成套供水設備自動控制系統中，變頻器我們采用了美國艾默生，同時，為方便用戶進行實時監控設備運行狀態以及便于維修，我們采用了人機界面觸摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有兩個通訊端口，并且可任意選擇通訊協議

2、EC20控制器通過COM0端口與人機界面通訊，人機界面作為主站，通過EMERSON PROTOCOL 協議與可編程通訊，控制器為從站，通過MODBUS協議通訊。通過COM1端口與變頻器通訊，可編程控制器此時作為主站，變頻器為從站，采用的是自由口通訊協議。

3、通過此種組網方式，用戶對于壓力設定、輸出頻率、輔泵頻率、PID數值、切換時間、 延時時間、超壓設定、壓力反饋等數十種參數可在觸摸屏上顯示、 設置、修改，方便操作。對水泵工作狀態、變頻器工作狀態 和系統水位等多個參數，實現了即時跟蹤。滿足遠距離監測、監控及控制功能。

同時，還可方便監測設備故障，方便維修。具有故障實時記憶功能。

 

四、 無負壓成套供水設備控制部分：

      1、本設無負壓成套供水設備具有手動和自動兩種控制方式。

      2、在自動運行中無水停機、有水自動開機，兩臺泵循環運行，先啟先停，定期切換。

      3、PID調節：PID閉環調節實現水泵恒壓運行。采用EC20的PID指令，由于本設備直接連于自來水管網，當自來水壓力低于用戶所需要的設定壓力時，微機控制水泵啟動運行，直到管路的實際壓力等于設定壓力，此時變頻器控制的水泵以一恒定轉速運行，保持管網壓力為設定值。自來水壓力越高，變頻器轉速越低，自來水壓力越低，變頻器轉速越高。當自來水壓力達到設定值時，設備停止運行。充分利用自來水管網壓力，又確保用戶所需的恒定壓力。

     4、零流量停機控制功能：不論是在一臺還是兩臺泵運行時，自來水滿足要求壓力時，設備就停止工作，由自來水直供，變頻器處于休眠狀態。自來水壓力不足時，設備工作，此方式充分利用自來水管道原有的壓力差多少，補多少，節能效果極其顯著，可達20％- 70％以上。

 

五、無負壓成套供水設備PLC程序要點

1、壓力調節：通過CONTROLSTAR編程軟件中PID指令向導，自動生成PID_SET和PID_EXE 2個子程序，其中PID_SET是參數設置程序，PID_EXE是PID調用

2、變頻器控制

CONTROLSTAR編程軟件有專門的變頻器指令，可實現EC20和艾默生變頻器的無縫連接。

   2.1 通過系統塊界面設置EC20的通訊端口1的自由口協議參數，

包括波特率、奇偶校驗、數據位、停止位、幀間超時時間等。用戶不需要復雜的編程。

2.2 通過“變頻器連接表”可方便列出掛在端口1網絡上的變頻器設備。包括站號、型號、協議等。

2.3 通過集成在CONTROLSTAR編程軟件中的專用變頻器指令,包括FRQ(給定頻率)、FWD(正轉)、GET(讀變頻器頻率、電流、轉速)、REV(反轉)、STP(停止)，可以方便實現變頻器的啟停、讀寫頻率

 

六、總結：

    在本案例中，我們采用艾默生高性能變頻器以及先進的可編程控制器，滿足了用戶在無負壓供水中的應用。

1、智能化程度高   微機控制全自動運行，性能穩定可靠，泵房可實現無人職守。

2、恒壓：PLC的PID閉環調節，恒壓精度高，將水泵的運行嚴格遵照高效曲線執行，從而使得系統在接近理想狀態下工作，壓力輸出值精度有效保證在±0.01兆帕范圍內。在水壓波動下，具有過載、短路、過流等各種自動、保護功能。

3、節能 變頻器的零流量停機功能，使設備在管網壓力達到設定值后，停機，處于休眠狀態，待壓力不足時，重新啟動。真正實現節能功能。

4、良好的通訊方式，方便用戶遠距離監控、監測及控制設備和變頻器等。同時利用通訊功能，不需再使用模擬量模塊，安裝維護方便，進一步節約成本。