恒壓供水系統

1.工程簡介：

隨著城市人口的不斷增多，越來越多的小高層、超高層建筑如雨后春筍般拔地而起，對于這些高樓大廈的用戶來說，用水問題尤為重要，目前采用的方法通常是采用水泵打壓方式將市管的水抽至高層，供用戶使用。但用戶用水情況有時間性，早上、中午的用水量較大，晚上的用水量最大，白天上班和凌晨睡覺期間用水量最小，如果光采用泵直接抽水的話，有可能導致水壓不穩，就會出現“不用水時水充足，要用水時水壓小甚至無水”的情況，為了解決此類問題，目前常用的方法是通過接入壓力傳感器，實時檢測其管網水壓，當水壓超過其設定值時，減慢水泵速度以降低水壓，當水壓低于其設定值時，加快水泵速度以增加水壓。該工程是樂山某居民小區住宅高層建筑的恒壓供水工程。

2.系統介紹：

本系統為2幢30多層的高層住宅樓提供用水。系統采用西門子S7-200PLC控制，ABB-ACS510變頻器驅動水泵，人機接口采用西門子MP277觸摸屏。上位機MP277為操作人員提供恒壓供水參數輸入接口、數據和動畫的實時顯示，使操作人員不用到現場就能檢測壓力和水泵的轉速等。西門子S7-200為該系統的核心部件，主要執行用戶程序和進行閉環PID調節，從而自動調節壓力，PLC的輸出用于控制接觸器和變頻器，而從控制水泵的轉速，最終達到控制管網壓力的作用。恒壓供水的系統框架如下圖1所示。

圖1 恒壓供水控制系統原理圖

觸摸屏采用PPI網絡與S7-200通訊，實現數據交換，PLC的IO點與外部的開關信號如按鈕、指示燈、繼電器等連接，模擬量模塊用于連接外部壓力傳感器和變頻器。變頻器用于連接水泵。該系統包含兩臺水泵，采用“一拖二”的方式進行。當啟動時，變頻器首先帶動第一臺水泵啟動，當第一臺泵達到工頻扔達不到用戶在觸摸屏上的設定值則將第一臺水泵切換成工頻運行，變頻器啟動第二臺水泵?？紤]到減輕水泵負荷，該系統采用每隔12小時切換工作狀態。整個切換由PLC完成，通過控制接觸器進行。系統框圖如下圖2所示。

該系統采用施耐德3P-C65微型斷路器，用于工業控制、民用建筑等領域，具有良好的分斷和隔離能力，為主回路提供可靠的短路保護和過載保護，KM1和KM2為施耐德LC1系列接觸器，起故障保護作用，當PLC、變頻器等設備出現故障時，立即斷開總控接觸器，保護泵和整個管網系統。變頻器采用ABBACS510系列設備，這是一款杰出的低壓交流傳動產品，安裝、配置和使用十分簡單，對風機、水泵應用做了特別的優化，常用于恒壓供水、冷卻風機、地鐵、隧道等行業，KM3~KM6為施耐德LC1D產品，可靠隔離，受控于PLC，主要根據用戶工藝要求起控制作用，繼電器采用歐姆龍的MY系列產品，能承受較大的小功率負載，可靠隔離，在該系統中主要隔離PLC-IO端子和接觸器控制線圈，保護PLC等重要設備，PLC采用西門子S7-200系列，安全、可靠、編程方便簡單，極大提高了系統的穩定性、縮短了系統的開發周期。

3.系統特點

節能：本裝置與其他的控制系統不同，它的能量損失最小，泵僅在要求供水時才提高轉速，在從零至最大的不同流量要求時，通過改變泵的轉速，使之始終輸出恒定的壓力。在用水量極小時，比如夜間，系統可通過PID調節自動降低泵的轉速。

運行經濟：使用變頻無級調速系統可以快速調整泵的供水流量，并向用戶提

供合適的供水壓力。合適的工作壓力使得設備的使用時間長，且泵、閥門、儀表及其他水暖器材的磨損很小，不易損壞。標準化的元器件和極大的互換性可減少大量備品備件。

快速收回投資：較高的投資費用將因較低的能量消耗在短期內得到補償。顯著的節能效果可快速收回投資費用。

4.系統運行

(1)首先操作人員在觸摸屏上輸入該系統參數，例如壓力設定值(該系統維持的管網恒定壓力)、PID參數(對于同一個系統模型參數可以固定)、手動啟動泵的壓力設定值、壓力上限值、壓力下限值、壓力報警值、壓力欲度量(開啟輔泵的壓力閥值)、欲度延時時間等相關參數；

(2)如果是新房，從未上過水，則需要先將系統打到手動檔，系統則根據手動壓力值，對新樓房管網進行一定量的灌水，以預置管網壓力；

(3)數秒后，再切換至自動檔位，此時系統將自動根據管網壓力大小調節水泵轉速，以維持壓力設定值恒定，如果變頻器達到工頻而壓力仍然超過閥值，延時數秒后，則開啟輔泵，停泵按照后啟先停原則；

(4)系統每隔24個小時將自動切換主輔泵工作方式；

(5)采用上述方法，可以達到公平競爭原則，使每臺泵的運行時間基本一致。

此外，該系統報警系統包括壓力報警，電機故障報警，水箱水位低限報警，變頻器故障報警等等，針對不同報警有不同的處理機制，最大限度的保證安全可靠。