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(dǎo)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(luò)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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,通過手動啟停控制面板上的啟動按鈕來實現(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(yù)先設(shè)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(yù)先設(shè)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(shè)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(shè)定,系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境變化或用戶需求來自行設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定極限值時,系統(tǒng)就會根據(jù)預(yù)先設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yù)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(luò)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(yīng)不及時、設(shè)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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