恒壓供水系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

雷小東

（寧夏厚德電力工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

恒壓供水系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

雷小東

（寧夏厚德電力工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

文章以PLC為核心，研究并設(shè)計(jì)了一種能夠穩(wěn)定供水，水壓不會(huì)受到因用戶用水量的多少而受到影響的供水系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，能夠滿足大部分家庭的用水要求。

PLC；流量檢測；恒壓控制

目前由于社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，中國的城市化進(jìn)程正在加速推進(jìn)。越來越多的人進(jìn)入城市，對城市的資源供給帶來了很大的壓力。特別是自來水的供給，更是重中之重。

1 城市自來水供給系統(tǒng)概述

城市居民居住的樓房自來水供給系統(tǒng)，主要有兩種供水方式：第一種采取先用水泵抽水到樓頂?shù)乃?，然后自來水由水箱流出供給各樓層居民使用；第二種采取直接供水方式，由水泵直接抽取地下自來水管道中的水提供給各戶使用。兩種供水方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：第一種方法優(yōu)點(diǎn)是高層用戶的水壓不會(huì)受到影響，各戶用水量的變化基本不會(huì)對水壓造成明顯的影響，但是需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)水塔（水箱），并定時(shí)清潔水塔（水箱）；第二種方案優(yōu)點(diǎn)不需要水箱，自來水質(zhì)好，但對水泵的質(zhì)量和功率都有嚴(yán)格的要求，對高層建筑來說，通常需要二次加壓，設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)成本很高。城市樓房的供水主要還是以樓頂水塔供水的方式為主。文章選取第一種設(shè)計(jì)方案。

2 總體設(shè)計(jì)方案

供水系統(tǒng)需要供水水壓保持恒定，因此設(shè)計(jì)一個(gè)以水壓為被控變量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)用戶用水量變化導(dǎo)致水管內(nèi)的壓力發(fā)生變化，可以根據(jù)壓力的變化來調(diào)節(jié)水箱內(nèi)存水量的多少?？紤]到主管道內(nèi)的壓力雖然恒定，但是在實(shí)際使用中水的流量也是很重要的指標(biāo)，因此在主回路內(nèi)又設(shè)計(jì)一個(gè)流量檢測的副回路，以穩(wěn)定水的流量，這樣可以使供水的質(zhì)量進(jìn)一步提升，如圖1所示。

圖1 恒壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)分為PLC（含變頻器）、離心泵、流量監(jiān)測與壓力監(jiān)測，包括水箱共5個(gè)部分組成，其中PLC是控制系統(tǒng)核心，通過檢測的流量與壓力兩個(gè)物理量起到穩(wěn)定控制水壓的作用；離心泵的輸入信號(hào)由PLC提供，利用PLC的輸出控制變頻器從而調(diào)節(jié)離心泵的轉(zhuǎn)速；水箱內(nèi)的水位會(huì)隨著用戶用水量的不同而發(fā)生變化，這種變化也會(huì)使水箱內(nèi)的壓力發(fā)生變化。

3 設(shè)備及控制規(guī)律的選擇

PLC選用德國西門子公司的S7-200型號(hào)。變頻器采用FR-A540系列，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減少電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長設(shè)備使用壽命。離心泵采用2.2KW 2900r/min揚(yáng)程28m兩臺(tái)水泵。由于控制的變量有兩個(gè)，分別是水壓及流量，這兩個(gè)量不存在大的滯后，因此選用比例積分和比例規(guī)律，在滿足水壓恒定的情況下保證流量基本穩(wěn)定。水壓控制需要加入能夠消除余差的積分控制，流量控制需要控制及時(shí)，對余差無要求，只需要比例控制即可。PLC內(nèi)部有PID模塊，采用相應(yīng)的設(shè)置即可。

圖2 程序流程圖

4 軟件設(shè)計(jì)

PLC上電先初始化處理，讀入設(shè)定好的流量、壓力數(shù)據(jù)及比例、積分系數(shù)。之后水箱內(nèi)的壓力及流量數(shù)據(jù)通過傳感器送入PLC中，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若流量及壓力與設(shè)定值不符，則通過PID運(yùn)算得到合適的輸出由變頻器調(diào)節(jié)離心泵改變水壓及流量大小，直到水壓及流量達(dá)到設(shè)定值。為了防止出現(xiàn)由于偏差存在時(shí)間過長導(dǎo)致積分飽和現(xiàn)象而失控，在設(shè)計(jì)程序時(shí)需要在偏差過大時(shí)切除積分效果，而在偏差足夠小時(shí)引入積分。

5 結(jié)束語

通過實(shí)際運(yùn)行，恒壓供水控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，能夠滿足實(shí)際使用要求。而且成本低廉，性能可靠，能夠穩(wěn)定供水，水壓不會(huì)受到因用戶用水量的多少而受到影響。盡管由于使用了水塔，不影響水質(zhì)而需要定時(shí)清理，但不失為一種經(jīng)濟(jì)合理的恒壓供水系統(tǒng)，可以滿足大部分城市居民的供水要求。

[1]張春霞.變頻調(diào)速及PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報(bào),2004,(10):51-52.

[2]劉帥,齊向東,王興.基于PLC的模糊恒壓供水系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2010,(12):51-52+54.

[3]梁玉紅.變頻器的控制方式及應(yīng)用選型[J].電子設(shè)計(jì)工程,2007,(9):434-436.

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