摘要：城市用水量在一天內(nèi)并不是一成不變的（如居民生活用水在下班后會增加），供水壓力僅靠人工手動調(diào)節(jié)是很難緩解的，導致供水壓力在用水需求量較大時不夠、在用水需求量較小時過大的現(xiàn)象，資源被極大地浪費了。為有效解決這一問題，將先金的自動化技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)及控制手段等融合到自來水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)，通過用戶的用水需求來對供水量進行自動調(diào)節(jié)，并且保持供水管網(wǎng)壓力在一個恒定值就迫在眉睫了，這正是本文的研究出發(fā)點。相較于傳統(tǒng)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(gòu)成的 PLC 變頻恒壓供水系統(tǒng)，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性、運行經(jīng)濟性及節(jié)能性，極大地降低了設備投資成本，并且當用戶的用水需求發(fā)生變化時，供水管網(wǎng)壓力仍然保持在一個恒定值。
1 自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統(tǒng)的總體架構(gòu)
自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，其主要是利用 PLC 控制一臺變頻器拖動一臺電動機的啟動、運行與調(diào)速，其余電機采用軟啟動啟動。當變頻電機調(diào)速不能滿足供水水壓時，啟動軟啟動電機，根據(jù)輸出水壓自動調(diào)整變頻電機速度。采用循環(huán)使用的運行方式來實現(xiàn)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(jù)設計功能和供水環(huán)境的特點，系統(tǒng)采用了如下三層控制結(jié)構(gòu) ：（1）變頻調(diào)速器。水泵的轉(zhuǎn)速由變頻器來進行調(diào)節(jié)，水泵的頻率由變頻器內(nèi)置的 PID 調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)模糊調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)用戶用水需求量發(fā)生變化時，出水量能夠相應地快速變化，保持供水管網(wǎng)壓力保持在一個恒定值 ；（2）可編程邏輯控制器 PLC。系統(tǒng)自動控制程序被安裝在 PLC 中，開關(guān)、按鈕、模擬量信號和其他開關(guān)量信號輸入被其采集，變頻器、軟啟動器等電氣元件能夠被其發(fā)出的開關(guān)信號所控制，從而實現(xiàn)水泵的投切及工頻、變頻的轉(zhuǎn)換。此外，當供水系統(tǒng)運行中出現(xiàn)異常情況時，PLC 可以通過采集到的信號來對異常狀況進行快速分析判斷，并根據(jù)分析判斷結(jié)果來向工作人員發(fā)出警報 ；（3）上位機人機界面。系統(tǒng)參數(shù)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施。
2 自來水廠 PLC 變頻恒壓供水系統(tǒng)的功能設計
地衣，手動控制和全自動控制兩種模式。在系統(tǒng)調(diào)試和水泵檢修時通常采用手動控制模式，通過手動啟�？刂泼姘迳系膯影粹o來實現(xiàn)任意一臺水泵的工頻軟啟動和停止操作，從而對水泵的運轉(zhuǎn)是否正常進行分析判斷 ；全自動控制模式則用于系統(tǒng)正常運行時，通過預先設置好的運行參數(shù)和手動按下控制面板上的啟動按鈕，就能夠根據(jù)用戶用水量需求的變化和預先設置好的參數(shù)來對水泵運行臺數(shù)和運行轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)，從而確保系統(tǒng)處于#優(yōu)運行狀態(tài)，達到安全可靠運行和節(jié)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(shù)據(jù)通過壓力變送器得以實時采集，PLC 的模擬量采集模塊接收管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)后，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換來轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并傳輸給 PLC 的內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)器，管網(wǎng)供水壓力的閉環(huán)控制就可以通過 PID 調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)。
第三，設置管網(wǎng)壓力參數(shù)。供水壓力在不同供水環(huán)境下是存在顯著差異的，通過壓力范圍設定，系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境變化或用戶需求來自行設置管網(wǎng)壓力參數(shù)。
第四，變頻器運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。變頻器的各類運行狀態(tài)數(shù)據(jù)（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(tǒng)的實時監(jiān)控下。
第五，設置重要參數(shù)的報警值。系統(tǒng)運行過程中難免會發(fā)生一些突發(fā)事件或故障，此時就需要通過設置重要參數(shù)的報警值來提醒工作人員及時進行檢查維修，避免故障的進一步蔓延（如軟啟動器故障報警、管網(wǎng)超壓報警及電機過流報警等）。以管網(wǎng)超壓報警為例，當供水管網(wǎng)的壓力值超過設定極限值時，系統(tǒng)就會根據(jù)預先設置好的信號來進行分析判斷并采取必要的處理結(jié)果（發(fā)出聲光警報信號或自動停機），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 進行通訊，各水泵的運行狀態(tài)及其他設備的運行參數(shù)被遠程傳輸給上位機，同時上位機下發(fā)的控制指令也會遠程下達給各類現(xiàn)場設備，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。
第七，人機交流。通過良好的人接界面，上位機與工作人員間可以進行直觀且簡單的交流（如工作人員在上位機上設置系統(tǒng)運行參數(shù)、查詢某臺水泵的歷史運行數(shù)據(jù)和報警信息、遠程遙控現(xiàn)場設備的啟停等，生成和打印供水報表等）。第八，擴展和升級。系統(tǒng)在硬件選型時預留出一部分 I/O 點數(shù)和繼電器數(shù)量，方便日后系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)升級用。
3 結(jié)束語
為改變傳統(tǒng)的人工手動控制局面，自來水廠必須將先金的自動化技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)及控制手段等融合到變頻恒壓供水系統(tǒng)中，通過用戶的用水需求來對供水量進行自動調(diào)節(jié)，從而解決人工手動控制對供水管網(wǎng)壓力變化響應不及時、設備運行安全無法得到有效保障、資源浪費嚴重等問題，在提高供水系統(tǒng)自動控制水平和控制質(zhì)量的基礎(chǔ)上，切實降低自來水廠的生產(chǎn)運營成本，提高經(jīng)濟效益。
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