摘 要 無負(fù)壓供水系統(tǒng)用于生活用水的二次增壓。所謂為無負(fù)壓是指在水泵工作時(shí)對(duì)市政管網(wǎng)的給水壓力不產(chǎn)生壓降，這就需要真空抑制技術(shù)、穩(wěn)流補(bǔ)償技術(shù)、預(yù)壓平衡補(bǔ)償技術(shù)、能量?jī)?chǔ)存釋放技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和智能控制技術(shù)等多種技術(shù)共同作用來實(shí)現(xiàn)。智能控制器目前有基于單片機(jī)專用的控制器和基于PLC的智能控制器。PLC以其靈活和可靠的特點(diǎn)越來越多地應(yīng)用在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中。和利時(shí)公司的LM系列PLC以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、優(yōu)化的PID技術(shù)以及無負(fù)壓供水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，在無負(fù)壓供水設(shè)備中越來越多的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 無負(fù)壓供水；和利時(shí)LM系列PLC；控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)程序
1 引言
無負(fù)壓供水是在變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的先進(jìn)之處在于將系統(tǒng)直接與自來水管網(wǎng)串聯(lián)對(duì)接，而不用建立水池和設(shè)置水箱，供給用戶的水完全在一個(gè)密封的環(huán)境中，避免了飲用水在供水過程中的二次污染。這種供水方式實(shí)現(xiàn)了無池供水與變頻恒壓供水的結(jié)合，能夠達(dá)到比其它供水方式更環(huán)保節(jié)能的效果。此外在供水過程中，充分利用自來水原有的壓力，因此可節(jié)電50%以上。不僅如此，無負(fù)壓供水系統(tǒng)結(jié)合真空抑制、穩(wěn)流補(bǔ)償、預(yù)壓平衡補(bǔ)償、能量?jī)?chǔ)存釋放、變頻調(diào)速和智能控制等技術(shù)，在供水的同時(shí)不，會(huì)對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生壓降，從而保證了市政管網(wǎng)的正常運(yùn)行。
2 無負(fù)壓供水工藝概述
無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)的核心概念就是通過變頻器控制水泵的運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能供水的效果，同時(shí)系統(tǒng)還加入了市政管網(wǎng)保護(hù)功能、水泵保護(hù)功能以及故障處理等功能。為了節(jié)約成本，目前人們大多采用一個(gè)變頻器控制多個(gè)水泵的變頻運(yùn)行方式，也就是我們常說的一拖二、一拖三或一拖四等控制系統(tǒng)。采用這種方式，變頻器輪流控制各個(gè)水泵變頻運(yùn)行。
水泵的運(yùn)行方式有兩種，一種是變頻運(yùn)行，一種是工頻運(yùn)行。水泵的運(yùn)行方式由中央控制器根據(jù)用戶用水量的多少自動(dòng)控制。系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵首先變頻運(yùn)行，當(dāng)用水量增加時(shí)，變頻水泵轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，并啟動(dòng)下一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。用水量減少后，工頻水泵退出運(yùn)行，水泵的投切過程如此循環(huán)反復(fù)。
在用水量很少，或沒有用水時(shí)，為了節(jié)能與延長(zhǎng)水泵的使用壽命，水泵還可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)用水量增加時(shí)，水泵會(huì)自動(dòng)從休眠狀態(tài)中被喚醒。當(dāng)一臺(tái)水泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，為了使各個(gè)水泵均衡運(yùn)行，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇運(yùn)行時(shí)間最短的水泵運(yùn)行。當(dāng)有水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過該水泵，不會(huì)影響其他水泵的投切過程。
3 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在傳統(tǒng)的無負(fù)壓供水設(shè)備中，控制器大多采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，這種控制器一般都不允許用戶對(duì)其內(nèi)部的程序進(jìn)行修改。如果想增加一些功能，則必須找控制器的供應(yīng)商幫助完成。這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的靈活性較差，而且這種控制器一般都沒有經(jīng)過可靠性測(cè)試，在可靠性方面可能存在或多或少的問題。
采用PLC作為核心控制單元，在可靠性上得到了保證，其開放的編程環(huán)境也使系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)更加方便。不僅如此，和利時(shí)還為無負(fù)壓供水設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的例程，用戶可以直接使用這個(gè)例程搭建無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)，或者可以根據(jù)需要對(duì)例程進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改，這樣大大提高了系統(tǒng)的建立效率以及系統(tǒng)的開放性。
本次設(shè)計(jì)針對(duì)1拖3無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護(hù)器、故障報(bào)警燈等組成。PLC負(fù)責(zé)三個(gè)水泵的投切控制算法，根據(jù)管網(wǎng)出口的設(shè)定壓力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以及實(shí)現(xiàn)倒泵、休眠、故障處理、無負(fù)壓補(bǔ)償?shù)裙δ堋１鞠到y(tǒng)采用和利時(shí)LM系列PLC作為系統(tǒng)控制器，并且通過LM系列PLC自帶的RS232接口連接現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏HT6720T，觸摸屏程序具有系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、查詢系統(tǒng)報(bào)警記錄等功能。為了便于用戶查詢控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及設(shè)置出口壓力等參數(shù)，這里還用LM系列PLC自帶的RS485接口連接了一個(gè)短信數(shù)傳模塊，用戶可以通過手機(jī)隨時(shí)查詢水泵的運(yùn)行狀況以及設(shè)定管網(wǎng)的出口壓力。無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3-1 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)工藝要求，無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。
圖2 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖
無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)操作界面由觸摸屏HT6720T制作。操作界面主要可以完成無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)運(yùn)行工況的監(jiān)視、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)報(bào)警顯示、歷史報(bào)警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖3所示，可以查看各個(gè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)以及進(jìn)水壓力、目標(biāo)壓力和出水壓力等幾個(gè)重要的輸出參數(shù)。
圖4和圖5是參數(shù)設(shè)置界面，可以進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。所設(shè)置的參數(shù)均為掉電保持。LM系列PLC中掉電保持區(qū)的數(shù)據(jù)為永久保持，可以避免因停電導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)丟失的后顧之憂。圖6為觸摸屏報(bào)警查詢畫面，可以查詢實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警信息。
圖3 觸摸屏工況界面
圖4 觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面一
圖5 觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面二
圖6 觸摸屏報(bào)警查詢畫面
5 系統(tǒng)的特點(diǎn)
基于LM系列PLC的無負(fù)壓供水系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
ì 可靠性
可靠性是無負(fù)壓供水系統(tǒng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的單片機(jī)控制器相比，LM系列PLC在穩(wěn)定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。LM系列PLC的輸入和輸出點(diǎn)都是與現(xiàn)場(chǎng)隔離的，這為系統(tǒng)的可靠性提供了硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)所提供的增量PID運(yùn)算功能塊使系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的用水量迅速調(diào)節(jié)給水泵的工作頻率，使給水壓力以較快的速度穩(wěn)定在設(shè)定值，這也在功能上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
ì 易用性
LM系列PLC體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大，還可以進(jìn)行在線調(diào)試和離線調(diào)試，有強(qiáng)大的視圖功能，可以大大降低編程調(diào)試的工作量，縮短調(diào)試的周期。靈活的編程功能，可以給未來的系統(tǒng)升級(jí)帶來極大方便。系統(tǒng)采用7英寸TFT觸摸屏，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況一目了然，各項(xiàng)控制參數(shù)也可以根據(jù)不同工況進(jìn)行調(diào)整，并可以生成實(shí)時(shí)報(bào)警與歷史報(bào)警列表。同時(shí)，還利用LM系列PLC自帶的RS485接口連接短信數(shù)傳模塊，用戶可以直接通過手機(jī)隨時(shí)查詢系統(tǒng)的運(yùn)行工況，并可以進(jìn)行管網(wǎng)出口壓力等參數(shù)的設(shè)置。
ì 功能性
本系統(tǒng)是在LM系列PLC的無負(fù)壓供水標(biāo)準(zhǔn)程序的基礎(chǔ)上建立的，實(shí)現(xiàn)的功能包括了水泵的自動(dòng)投切功能、休眠倒泵功能、水泵優(yōu)先級(jí)判斷功能、優(yōu)化的故障處理功能、多時(shí)段設(shè)定功能、低水位自動(dòng)保護(hù)功能、無負(fù)壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個(gè)系統(tǒng)的搭建過程幾乎沒有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行修改，在實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上，方便快速地完成了控制系統(tǒng)的搭建。
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