二次供水分时控制系统

二次供水分时控制系统

王陵

（重庆远通电子技术开发有限公司，重庆400000）

摘要：本文设计了一个二次供水分时系统，利用步进顺序控制功能，以及PLC结合变频器PID能够自动调整频率此功能的基础上，系统的操作变频器、三个泵及PLC，PID控制器的电流信号为4-20毫安，由管网的压力传感器输送，而PID改变频率输出的大小则可以控制泵速的大小变化。如果用户的水消耗量增加，管网的压力就会小于系统预设的压力值，变频器的输出频率会变大。如果管网的压力值与预设压力值相等，那么水泵的转速就不会发生改变，管网的压力也会随之不变。如果泵无法适应变大的用水量，压力产生变化，那么PLC也会随之加大泵数。如果管网的水消耗量被削减，多个水泵不需要同时工作，那么PLC会随之减小泵数，稳定管网输出的压力，以此来达到自动控制系统的目的。

关键词：二次供水；变频器；PLC；分时供水

一般情况下，中国市政府管网的供水压力稳定在0.14MP上下。这样的水压可以稳定给低层楼栋供水，却无法达到高层楼栋的供水条件，要想给高层供水，还需要二次加压。在过去，几乎所有的供水系统都采取的是常年维持高水压的办法，供水是用水泵送到水塔后再分分别输送到每个用户的。本次设计的系统将使用PLC结合变频器的办法来调整水泵的转速和控制水泵的切换，以此稳定管网输出的压力。

1二次供水分时控制系统概述

1.1、泵房设施

1.1.1、水箱

每个泵室都配置了两套不锈钢水箱，两者之间连接着管道，当其中一个水箱被清洗时，另外一个可以跟平时一样提供用户的用水。每个水箱里都有一套超声波液位仪，可以随时监视水箱中水位的改变。如果市政管网的压力没有超过容许压力，或是市政管网没有供水，那么管网用来送水的阀门会被关闭，转而使用水箱提供用水给用户，水箱的水位如果降到了最低，那么水泵会停止工作。若管网的压力等于荣誉压力或超过它时，系统会自动将水箱的水补充到水位的最高值。同样的，为了确保水箱里水的质量，每过24小时，系统就会将水箱里的水换一次。

1.1.2、消毒仪

经由水泵，自来水进入水箱，进而提供用户所需的生活用水。因为自来水可能会在水箱里停留比较久的时间，所以为了供水的水质，导入了可以对二次供水进行消毒的消毒装置，使得用户可以安全放心的使用水源。

1.1.3、余氯仪

人们曾经直接饮用没有经过煮沸的原水，但是在当今社会科技飞速发展的情况下，水源受到了严重的污染，水的质量也大幅下降。大量寄生虫及细菌存在于未经消毒煮沸的水中，故而我们用氯气来消毒生水。然而，过量的氯会危害身体健康，所以需要用余氯仪来监控和处理水中残留的铝氯含量。

1.1.4、浊度仪

运用90°散射光的原理检测和处理水中的土壤、粉尘、微生物及微细有机物，让用户可以使用和饮用安全清洁的水源。

1.1.5、泵组

二次供水通常从五楼开始，每七层就有一个加压区域。根据用户的数量，在每个加压区域配备2到4套加压泵，其中一个作为备用。这些泵构成了一个完整的供水系统，独立的为楼栋提供用水，各泵实行分时变频稳压供水。这些泵的组合被称为泵组，二次供水的核心装置正是它。泵组的出口管道配备有用语实时监测管道压力的传感器和电接点电压表，如果管道的压力超过了系统预设的最大压力值，HMI会进行压力超值警报，停止水泵的工作运转。

1.1.6、管道

为保证安全清洁可靠的水质，二次供水泵室用于供水的管道都是304不锈钢管道。

1.2、二次供水工艺流程

（1）二次供水分时控制系统利用变频控制技术及PLC控制技术，控制管道网络叠压供水装置。这个装置主要基于市政管道网络供水，用水箱辅助供水，达成了这些功能：1）市政管道网络的压力比容许压力高时，用市政管道网络为系统提供水源。2）如果市政管网压力比容许压力小，或者市政管网没有供水的话，那么管网用来送水的阀门会被关闭，转而使用水箱提供用水给用户，水箱的水位如果降到了最低，那么水泵会停止工作。3）若是检测出加压泵向每个分区供水的流量和压力状态不正常，那么就需要在半小时内停止泵的运行。4）如果没有人在二次供水泵室看守，那么在发生断电时，系统会自动复原未断电之前的参数。对于供/给水系统和装置、电源系统和装置，PLC能够对其进行即时监控，并且可以随时在中央控制室查看泵室的情况和系统运行参数。

（2）自动控制系统拥有下列功能：1）监察给水系统：检测给水总管道的压力、流量，控制其电动阀。2）监控水箱的水位：控制水箱的水位，在其发生高低限值变化时发出报警。3）监控供水系统：控制水泵频率的变化，检测供水的水压，检测供水水质的浑浊程度、残余氯含量，控制供水水压及在其超限时报警。4）监控配电系统：检测系统的电流及电压，监测系统的负荷并在其超负荷运行时发出警报，测量电能。

2系统的组成和设备的选型

2.1、系统组成

居民区的供水系统一般的组成部件有水井、水泵、压力传感器、管网和变频器。工作过程为：利用管网中装配的压力传感器检测系统内水量改变导致的水压变化，同时反馈该变化信号给变频器PID，PID再对比其与预设压力的差距，并在运算后下达对应的频率转换命令，使水泵的转速发生变化，从而统一管网的水压和控制压力。

2.2、变频器和PLC的类型选择

本次使用日本三菱公司的FX2N系列的PLC和FR-A700系列变频器进行系统配置。

3系统控制原理

3.1、控制过程

当系统启动后，压力传感器会检测供水管道里的水压情况。若是水压比设定压力小，改变PID数值且输出值变大，那么变频器输出的频率以及泵的运转速度也会相应变大，若变频器输出的频率达到49Hz，那么就要将水泵的频率转变为电源的运行频率运作。若是水压小于预设值，那么就要在3个泵全部启动到最大供水压力之前，以可变频率持续启动第2个泵。若是供水量超过了用水量，逆变器的输出频率减小，水泵的运转速度随之减小。若变频器的输出频率减小至20赫兹，水泵会停止运行。若是深夜停止水的消耗，那么任何一台水泵都不会运转。

3.2、PLC控制的步进程序

步骤指令和复位指令构成了这个程序。在步进程序的实际控制流程中，其实仅含有两条命令。STL是开始进行步骤控制，在其完成工作流程之后，返回指令RET的使用可以令程序回到初始步骤S0，然后进行下一个循环。一个“步骤”的完成是从一个STL到下一个STL；SET是将线圈设置为“上电”的1状态的设置指令，RST是将线圈复位为“断电释放”的0状态的复位指令；ZRST是批量复位指令。举个例子，C10-C12的三个计数器都会马上复位；M8002是一种一旦接触电源(相当于上升沿)就会被电关闭的特殊继电器，过后它会正常开启。这里采用的是程序开始运行时的初始化进程。

4结语

本文研究了PLC结合变频器的二次供水分时控制系统。利用PLC拥有的灵活的步进命令控制功能，能够随着管道网络的水量变化及时转换三台水泵的使用。压力传感器传输给PID变频器管道内的压力信号，而根据这种信号的变化，PID比例积分控制器会自动调整变频器的输出频率，进而控制泵的运转速度，达到稳压自动控制供水的目的，在不需要人为介入的情况下，极大的减少了水和能源的消耗，是最佳的节能办法。

参考文献

[1]毛青,陈盛达,李树平,谢红.叠压供水与市政管网水力作用模拟与分析[J].中国给水排水,2019,35(13):62-66.

[2]余波.高层建筑二次加压供水设计探讨[J].江西建材,2019(03):68+70.

作者简介：王陵（1987.05-），男，重庆沙坪坝人，硕士研究生，工程师，研究方向：自动化系统设计与实现。