試論plc在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

房立飛（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院，山東　日照　276826）

試論plc在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

房立飛
（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院，山東日照276826）

無負(fù)壓供水設(shè)備是對(duì)自來水管網(wǎng)的原有壓力進(jìn)行利用，使其可以在已有的壓力基礎(chǔ)上再疊加一些壓力，缺多少補(bǔ)多少，不僅節(jié)省成本，還十分的節(jié)能，是當(dāng)前二次供水方式中最為先進(jìn)的設(shè)備。因此在很多工礦企業(yè)、自來水公司以及生活小區(qū)等地都受到青睞。本文首先介紹了無負(fù)壓供水系統(tǒng)的含義、構(gòu)成以及所具有的優(yōu)點(diǎn)，之后對(duì)其工作原理，以及軟硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

PLC；無負(fù)壓供水系統(tǒng)；應(yīng)用

伴隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人口密度的增加，建筑行業(yè)的發(fā)展越來越興旺，為了解決土地較少，人們需求多的問題，高層建筑越來越多。這就導(dǎo)致自來水管的網(wǎng)壓產(chǎn)生不足的問題，而導(dǎo)致城市中在用水高峰期時(shí)高層樓房的自來水供應(yīng)不足的問題，造成住在高層的人們用水比較困難。為了使這一問題得以解決，通常所采取的方式是要對(duì)水箱或是水池進(jìn)行修建，再利用水泵對(duì)其進(jìn)行二次加壓。但是這種方式比較麻煩。而全自動(dòng)無負(fù)壓供水設(shè)備是目前較為先進(jìn)的設(shè)備，該設(shè)備能夠和自來水管網(wǎng)直接進(jìn)行串接，利用穩(wěn)壓平衡器與負(fù)壓消除器對(duì)自來水管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)使其不形成負(fù)壓，也使得水箱或是蓄水池修建的麻煩得以避免。無負(fù)壓供水設(shè)備是對(duì)自來水管網(wǎng)的原有壓力進(jìn)行利用，使其可以在已有的壓力基礎(chǔ)上再疊加一些壓力，缺多少補(bǔ)多少，不僅節(jié)省成本，還十分的節(jié)能，是當(dāng)前二次供水方式中最為先進(jìn)的設(shè)備。

1　無負(fù)壓供水系統(tǒng)概述

（1）無負(fù)壓供水系統(tǒng)的含義。所謂無負(fù)壓供水系統(tǒng)，指的是通過對(duì)先進(jìn)的微機(jī)控制技術(shù)的運(yùn)用，與性能較高的變頻調(diào)速器結(jié)合，依照所需的生活用水量對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，或者是讓運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)進(jìn)行增減，進(jìn)而到達(dá)恒壓供水的目的。此種供水系統(tǒng)設(shè)備具有節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)壓力十分的可靠且穩(wěn)定，因此成為很多工礦企業(yè)、自來水公司以及生活小區(qū)等所青睞的供水設(shè)備。

（2）無負(fù)壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成。無負(fù)壓供水系統(tǒng)是一種形式較為新型的供水手段，是在以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)基礎(chǔ)之上構(gòu)建而成的。該系統(tǒng)是把信息技術(shù)、自控技術(shù)以及電子和機(jī)械工程技術(shù)集為一體的高技術(shù)產(chǎn)品，主要包括三個(gè)部分，分別是前置管路、無負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置以及變頻調(diào)速增壓裝置。從前置管路來看，主要包括三個(gè)組成部分，分別是市政網(wǎng)、倒流防止器以及過濾器；從無負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來看，主要包括四個(gè)組成部分，分別是紫外線消毒器、穩(wěn)流罐以及排水閥和真空消除器；從變頻調(diào)速增壓裝置來看，主要包括五個(gè)組成分別，分別是用戶管網(wǎng)、水泵組、遠(yuǎn)傳壓力表，以及保壓裝置和變頻控制柜。

（3）無負(fù)壓供水系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)。和以往的二次供水進(jìn)行比較，無負(fù)壓供水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較明顯，具體如下：首先，無負(fù)壓供水系統(tǒng)的成本較低，投資相對(duì)較少。因?yàn)椴挥脤?duì)大型的水箱或是蓄水池進(jìn)行修建，也沒有必要對(duì)大型的氣壓罐進(jìn)行設(shè)置，所以此系統(tǒng)不用大面積的占地，在土建投資上也較少；加之其對(duì)政供水管網(wǎng)的壓力進(jìn)行了充分的利用，使得泵選型不高，進(jìn)而在設(shè)備的投資也相對(duì)減少。其次，無負(fù)壓系統(tǒng)沒有二次污染，比較衛(wèi)生。該系統(tǒng)是通過全密封方式進(jìn)行運(yùn)行的，能夠很好的避免污染物進(jìn)到到供水系統(tǒng)當(dāng)中，且過流部件也都選用的是級(jí)別較高的不銹鋼材料，因此不會(huì)給水質(zhì)造成污染。第三，節(jié)約水資源和能源。無負(fù)壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接和市政管網(wǎng)進(jìn)行串接，能夠在市政管網(wǎng)壓力上實(shí)現(xiàn)壓力的疊加，對(duì)市政管網(wǎng)余壓進(jìn)行充分的利用，進(jìn)而使得能源不會(huì)被浪費(fèi)。另外，還能夠防止原水池出現(xiàn)漏水或是滲水的現(xiàn)象且定期的對(duì)水池進(jìn)行清洗，因此也避免了對(duì)水資源產(chǎn)生的浪費(fèi)問題。第四，施工時(shí)間短，安裝方便簡(jiǎn)單，且維護(hù)和管理方便。市場(chǎng)中具有各種各樣的無負(fù)壓供水設(shè)備，同時(shí)都是成套出售，所以在安裝時(shí)比較簡(jiǎn)單，只要直接將其和進(jìn)出水管進(jìn)行相連即可，因此所需要的施工時(shí)間較短。同時(shí)，因?yàn)闊o負(fù)壓供水系統(tǒng)是利用微機(jī)對(duì)變頻進(jìn)行全自動(dòng)控制和調(diào)速的，所以一旦遇到停電就會(huì)自動(dòng)停機(jī)，而如果來電就會(huì)立即自動(dòng)的開機(jī)，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和管理上都十分的方便。

2　無負(fù)壓供水系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)?shù)y被開啟，通過Y型過濾器、倒流防止器等部件會(huì)使市政管網(wǎng)的自來水流入到穩(wěn)流罐當(dāng)中，其中的空氣再經(jīng)由真空消除器將其排除，真空消除器就會(huì)自行關(guān)上，如果穩(wěn)流罐中的自來水充滿以后，罐中的壓力就會(huì)與市政管網(wǎng)中的水壓一樣。當(dāng)自來水的壓力可以使得用戶管網(wǎng)的壓力以及用水量的需求得到滿足時(shí)，通過旁通管路市政管網(wǎng)的自來水直接就能給用戶水管網(wǎng)進(jìn)行供水，這時(shí)的供水設(shè)備就會(huì)處在“睡眠”的狀況下；如果自來水的水量和壓力對(duì)于用戶管網(wǎng)要求的水量和水壓需求不能夠滿足時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)利用壓力傳感器提供信號(hào)給PLC，進(jìn)而啟動(dòng)水泵的數(shù)量以及變頻的頻率高低做出決定。依照控制程序，PLC在對(duì)變頻運(yùn)行進(jìn)行切換，對(duì)水泵進(jìn)而輪換，確保各水泵運(yùn)行的時(shí)間幾乎一樣，同時(shí)避免出現(xiàn)死水區(qū)。當(dāng)水泵組在進(jìn)行供水的過程中，假如市政自來水管網(wǎng)的水量超過了水泵組輸出的水量，系統(tǒng)就會(huì)加壓而給高層用戶進(jìn)行正常的供水。當(dāng)處在用水的高峰階段時(shí)，假如市政自來水管網(wǎng)比水泵組的輸出水量低時(shí)，穩(wěn)流罐中的水就會(huì)當(dāng)作增補(bǔ)的水源進(jìn)而確保加壓供水。

這時(shí)，真空消除器開啟，空氣就會(huì)通過真空消除器流進(jìn)到穩(wěn)流罐，使得市政自來水管網(wǎng)的負(fù)壓得以消除。如果超過了用水的高峰階段以后，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)回到原來的狀態(tài)之下。假如市政自來水管網(wǎng)出現(xiàn)停水，或是供水不夠時(shí)，就會(huì)造成穩(wěn)流罐中的水位持續(xù)斷降低到原來的水位時(shí)，液位控制器就會(huì)產(chǎn)生水泵的停機(jī)信號(hào)，避免水泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，進(jìn)而對(duì)水泵機(jī)組產(chǎn)生保護(hù)。假如出現(xiàn)停電，系統(tǒng)就會(huì)利用旁通止回閥，將市政管網(wǎng)的壓力提供給樓層較低的水戶，以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行維持供水。

圖1　無負(fù)壓供水設(shè)備工作原理

3　無負(fù)壓供水系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)

3.1無負(fù)壓PLC供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）主電路控制方式。無負(fù)壓PLC供水控制系統(tǒng)主要包括手動(dòng)與自動(dòng)兩種方式。在手動(dòng)控制的狀況下，主要實(shí)在應(yīng)急狀況下應(yīng)用的控制方式，對(duì)傳感器故障或是pLC系統(tǒng)故障進(jìn)行調(diào)試，利用控制柜門上的電位器、轉(zhuǎn)換開關(guān)以及起停按鈕來對(duì)其實(shí)施控制，設(shè)置恒定的頻率進(jìn)行運(yùn)行。同時(shí)三臺(tái)水泵都能夠進(jìn)行單獨(dú)的操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急供水的目標(biāo)。在自動(dòng)控制的狀態(tài)下，通過PLC對(duì)三臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，一臺(tái)水泵分別由一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)恒壓對(duì)供水壓力的自動(dòng)化控制，能夠確保在一定范圍當(dāng)中供水壓力穩(wěn)定，并確保此系統(tǒng)的可靠、節(jié)能和穩(wěn)定性；

（2）變頻器。首先，變頻器把三相交流電壓整流成直流電壓，之后把直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率與幅值都能夠變化的交流電壓。所以，電動(dòng)機(jī)所輸入的頻率與電壓都能夠變化，進(jìn)而讓三相標(biāo)準(zhǔn)交流電動(dòng)機(jī)達(dá)到無級(jí)變速的作用，讓管網(wǎng)水壓可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的改變。本研究中選用的是具有矢量控制功能的VFDXXXFXXX系列產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脈沖編碼、電機(jī)、變頻器熱保護(hù)以及過流、過壓等作用。利用PLC模擬量輸出端子對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制，進(jìn)而使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠依照PLC設(shè)定的值，確保實(shí)現(xiàn)恒定的管網(wǎng)水壓。

3.2無負(fù)壓PLC供水系統(tǒng)的軟件要求

（1）工作流程。無負(fù)壓供水系統(tǒng)接通電源，把系統(tǒng)的出口恒壓設(shè)定值以及加減泵的頻率和壓力值在在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)定。在對(duì)控制系統(tǒng)中全部設(shè)定值進(jìn)行完調(diào)試就不用在進(jìn)行變化，因此在上電后，觸摸屏上的系統(tǒng)具有記憶的作用，所顯示的就是之前所設(shè)定好的數(shù)值。當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，就會(huì)根據(jù)圖2中顯示的工作流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水。

（2）無負(fù)壓供水系統(tǒng)的控制要求。從無負(fù)壓控制系統(tǒng)的要求來看，包括下面幾個(gè)方面。第一，要將觸摸屏上的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行加密，避免出現(xiàn)非專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)的問題；第二，PLC全部繼電開關(guān)量的輸出動(dòng)作都應(yīng)該進(jìn)行安全互鎖；無負(fù)壓供水系統(tǒng)的工作情況以及管網(wǎng)壓力值都在觸摸屏上顯示出來等等。

4　結(jié)語

從上面能夠看出，無負(fù)壓供水系統(tǒng)是將信息技術(shù)、電子以及機(jī)械等技術(shù)融為一體的比較先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。其所具有的成本低、占地面積小、能夠通過水氣進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)、節(jié)能、節(jié)水以及在停電之后依然可以供水等優(yōu)點(diǎn)而成為二次供水設(shè)備的首要選擇。

［1］黃志鋼，任繼鋒.PLC和變頻器在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.智能技術(shù)，2011（09）.

圖2　無負(fù)壓供水系統(tǒng)工作流程

［2］劉雍，葛立福.PLC在無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.綠色制造行業(yè)應(yīng)用，2012（05）.

［3］梁波.無負(fù)壓變頻恒壓供水自控技術(shù)研究［J］.山西建筑.

［4］黃妙軍.歐姆龍PLC在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012（05）.

［5］孫益欣.無負(fù)壓供水系統(tǒng)的分析研究［D］.西華大學(xué)，2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.179