全自動(dòng)多泵組合供水系統(tǒng)的開發(fā)

摘 要:提出一種利用PLC控制的全自動(dòng)組合供水系統(tǒng)，系統(tǒng)的泵站由5臺(tái)揚(yáng)程相同流量不等級(jí)差相近的水泵和兩只電接點(diǎn)壓力表組成，5臺(tái)不同流量的水泵相互不同組合可實(shí)現(xiàn)30級(jí)供水流量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水效果。同時(shí)本系統(tǒng)還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了消防信號(hào)和水池缺水停泵和故障自動(dòng)倒泵功能。

關(guān)鍵詞:PLC;控制;水泵;組合供水

中圖分類號(hào):TU821.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)07-0207-03

1前言

在當(dāng)前應(yīng)用較普遍的是變頻恒壓供水系統(tǒng)具有供水壓力穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止和高效節(jié)能等特點(diǎn)。但也有其缺點(diǎn):①變頻器及配套器件價(jià)格昂貴，其配套器件通常占供水設(shè)備總投資很大份額;②對(duì)用戶的使用，維護(hù)要求高;③變頻器的下調(diào)頻率只有在100%到30%的范圍內(nèi)才具有明顯的節(jié)能效果。如果再下調(diào)頻率，就會(huì)出現(xiàn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)而不出水的工況，也就是說，在用水低峰期不僅不能變頻恒壓供水，而且水泵工況惡化，發(fā)熱造成的損耗也會(huì)比額定功率提高25%;④變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)附近的電子類電器設(shè)備(如電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等)的干擾較大。要抑制這種干擾，必須配置高性能的噪聲濾波器，但這樣又會(huì)使本來就比較昂貴的變頻器投資更大，工作可靠性也會(huì)相應(yīng)降低。由于變頻恒壓供水的優(yōu)缺點(diǎn)兼而有之，因此比較適用于大容量的恒壓供水系統(tǒng)，對(duì)一般用戶而言，采用變頻恒壓供水是否最佳，值得研究和有待實(shí)踐。文中將詳細(xì)介紹一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的水控制系統(tǒng)。

2組合全自動(dòng)供水系統(tǒng)的構(gòu)思

所謂恒壓供水，是指供水系統(tǒng)的供水壓力始終保持在差值較小的上、下限之間。PLC控制的組合全自動(dòng)供水系統(tǒng)，指的是當(dāng)供水系統(tǒng)的用水量變化時(shí)，由裝在供水主管道的電接點(diǎn)壓力表檢測設(shè)定的供水壓力上限P上限和下限P下限的開關(guān)信號(hào)，輸入PLC后，PLC根據(jù)這兩個(gè)壓力開關(guān)的信號(hào)的狀態(tài)，自動(dòng)控制數(shù)臺(tái)揚(yáng)程相同、流量不等的水泵組合啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)供水壓力P供水

3泵站的組成

供水系統(tǒng)如圖1所示。它主要由5臺(tái)離心泵1-5，水池浮球閥、止回閥、截止閥、電接點(diǎn)壓力表組成。按《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ15-88)，計(jì)算出日用水最大小時(shí)流量QS=220.3m³/H。另外水泵房水泵機(jī)組安裝于地下6m處，最高建筑與水泵房地面高差為35m，所以選擇5臺(tái)泵的揚(yáng)程均為60m，流量分別為12.6 m³/H 、18 m³/H、32m³/H、72m³/H、100m³/H，這5臺(tái)泵組合可獲得級(jí)差近似流量:12.6、18、30.6、32、44.6、50、62.6、72、84.6、90、100、102.6、104、112.6、118、122、130.6、132、134.6、144.6、150、162.6、172、184.6、190、02.6、204、216.6、222、234.6m³/H(組合方式見上表)，由此可見，當(dāng)改變泵的組合供水時(shí)，流量的變化級(jí)差不大于12.6m³/H，所以能使供水壓力在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，保證實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水。裝在泵站輸出口的兩個(gè)電接點(diǎn)壓力表，一個(gè)按供水壓力下限設(shè)定，另一個(gè)按供水壓力上限設(shè)定。泵站輸出管一端通過截止閥和止回閥與市政管網(wǎng)連接，另一端與用戶管網(wǎng)連接。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于泵站供水壓力下限時(shí)，水泵運(yùn)行加壓，此時(shí)止回閥防止加壓水回流市政管網(wǎng)。而當(dāng)市政管網(wǎng)水壓大于或等于泵站供水壓力下限時(shí)，泵站停止運(yùn)行，直接由市政管網(wǎng)供水，水池通過截止閥和浮球閥由市政管網(wǎng)供水，當(dāng)水位達(dá)到控制水位時(shí)，浮球閥自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水。泵站5臺(tái)電機(jī)電路如圖2所示。

4控制系統(tǒng)及其工作過程

4.1輸入輸出線路

本泵站選用FX2N-32MR型PLC控制器，輸入輸出線路如圖3所示。輸入端子X0和X1分別連接電按點(diǎn)壓力表的水壓下限開關(guān)和上限開關(guān);端子X2-X6分別是泵1-泵5的點(diǎn)動(dòng)按鈕。點(diǎn)動(dòng)按鈕的作用是控制系統(tǒng)安裝及調(diào)試及維修時(shí)，單獨(dú)對(duì)每臺(tái)泵進(jìn)行試機(jī)。X7接水池低水位信號(hào)，X10為消防輸入信號(hào)，X11-X15接五臺(tái)水泵的電機(jī)主線路熱繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)，將電機(jī)的故障信號(hào)輸入到PLC中，X16為報(bào)警復(fù)位按鈕。PLC的9個(gè)輸出端子Y0-Y10分別連接驅(qū)動(dòng)泵1-泵5電動(dòng)機(jī)的交流接觸器KM1-KM9、Y11-Y15用于泵1-泵5的故障指示燈HL1-HL5，Y16接報(bào)警蜂鳴器。其中與電按點(diǎn)壓力表水壓下限開關(guān)連接的輸入繼電器X0采用動(dòng)斷觸點(diǎn);而與電按點(diǎn)壓力表水壓上限開關(guān)連接的輸入繼電器X1則采用用動(dòng)合觸點(diǎn)。PLC的輸出繼電器Y0-Y10用于水泵電機(jī)交流接觸器KM1-KM9。Y16用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警用的蜂鳴器。

4.2控制系統(tǒng)動(dòng)作過程

當(dāng)泵站供水壓力P供水2，m²得電自鎖，并接通接觸器Km²，使泵2啟動(dòng)，按此控制規(guī)律相繼接通T2、T3、T4并各延時(shí)30s后逐臺(tái)啟動(dòng)泵3、泵4和泵5。如果相繼啟動(dòng)到任一臺(tái)泵時(shí)，供水壓力符合P下限≤P供水〈P上限時(shí)，X0和X1均斷開，既不能啟動(dòng)未啟動(dòng)的泵，也不能使運(yùn)行中的任一臺(tái)水泵停止運(yùn)行。這樣就可以在用水量增加過程確保供水壓力始終處于P下限和P上限的范圍內(nèi);②若處于用水下降期，無論原來運(yùn)行的泵是哪幾臺(tái)，只要用水量減少，P供水就會(huì)升高，當(dāng)達(dá)到P供水≥P上限時(shí)，X0繼續(xù)斷開，切斷泵的啟動(dòng)回路。X1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，接通泵的停止回路。此時(shí)電路首先接通定時(shí)器T5，延時(shí)30s后，T5的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開輔助繼電器M1，令泵1停止，若泵1停止后，供水壓力仍處于P供水≥P上限狀態(tài)，則延時(shí)30s后停泵2，按此規(guī)律逐臺(tái)停止泵的運(yùn)行。一旦供水壓力滿足P下限≤P供水

無論用水量如何變化，這種控制系統(tǒng)總能根據(jù)用水量變化后產(chǎn)生的壓力開關(guān)信號(hào)，自動(dòng)控制泵的組合運(yùn)行，輸出與用水量基本符合的流量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水。

泵站在自動(dòng)組合過程中，由于壓力表指針抖動(dòng)和有的泵停止或啟動(dòng)后因供水壓力過低或過高，電機(jī)會(huì)頻繁啟動(dòng)。為避免電機(jī)頻繁啟動(dòng)、停止而產(chǎn)生水錘和對(duì)電網(wǎng)沖擊，在程序設(shè)置中，無論哪臺(tái)水泵啟動(dòng)或停止均需作延時(shí)處理。

4.3故障報(bào)警及倒泵

如果供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，一般有以下三情況:一是某臺(tái)水泵電機(jī)堵轉(zhuǎn)或過載，串接在電機(jī)主線路的熱繼電器動(dòng)作，該繼電器信號(hào)接點(diǎn)閉合，其開關(guān)信號(hào)送給PLC，PLC經(jīng)程序運(yùn)行后發(fā)出停泵指令并接通對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈及報(bào)警器，同時(shí)根據(jù)程序要求投入另外一臺(tái)水泵;一是P供水P上限時(shí)，由于控制系統(tǒng)控制失靈未能停泵。在這種情況下P供水一直等于或大于P上限，即X1始終閉合，在梯形圖中用該觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)T15同樣設(shè)定時(shí)間為600s，如果該定時(shí)器有輸出信號(hào)，同樣驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。該蜂鳴器通過導(dǎo)線連接到值班房中，一旦發(fā)生故障便可立即處理。

4.4消防及低水位停泵

當(dāng)出現(xiàn)消防信號(hào)或水池低水位(水池必須至少留有200m³水以作消防用水)時(shí)，即使P供水

5供水控制系統(tǒng)的調(diào)試

5.1系統(tǒng)脫機(jī)調(diào)試

將程序?qū)懭隤LC按以下幾種情況進(jìn)行調(diào)試。①用水上升期模擬，觀察PLC輸出指示燈，接通水壓下限接點(diǎn)X0，10秒后Y0燈亮，再過10秒，Y1燈亮，直至Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈亮后斷開水壓下限接點(diǎn)X0，此時(shí)所有燈均不滅。符合要求。②用水下降期模擬，緊接著上一步斷開水壓下限接點(diǎn)X0，保持水壓上限接點(diǎn)X1接通，10秒后Y0燈滅，再過10秒，Y1燈也滅，最后Y0到Y(jié)10燈均滅，斷開水壓上限接點(diǎn)X1，Y0到Y(jié)10任何一個(gè)燈都不亮，只有再次接通水壓下限接點(diǎn)X0時(shí)才又從Y0開始點(diǎn)亮。③模擬用水量交替變化情況，取流量62.6m³/H為測試點(diǎn)，分兩種情況，第一是先增后減，即從62.6m³/H到72m³/H再到50m³/H，模擬水壓低斷開水壓上限接點(diǎn)X1接通水壓下限接點(diǎn)X0直至Y0、Y1、Y2燈亮，再模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開水壓上限接點(diǎn)X1，Y3、Y5燈亮后又模擬水壓高斷開水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1，10秒后Y0燈滅，再過10秒Y1燈滅，又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。此時(shí)模擬水壓高斷開水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1，則Y3、Y5燈也滅，又模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開水壓上限接點(diǎn)X1，Y0、Y1、Y2燈間隔10秒點(diǎn)亮。模擬水壓高再接通水壓上限接點(diǎn)X1斷開水壓下限接點(diǎn)X0，Y0燈滅，剩下Y1、Y2燈亮;第二先減后增，即從62.6m³/H到50m³/H再到72m³/H，接通水壓下限接點(diǎn)X0當(dāng)Y0、Y1、Y2燈亮后模擬水壓高斷開水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1，Y0燈滅，剩下Y1、Y2燈亮，再模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開水壓上限接點(diǎn)X1，10秒后Y0燈亮，再過10秒后Y3、Y5陸續(xù)點(diǎn)亮。即Y0、Y1、Y2、Y3、Y5均點(diǎn)亮，模擬水壓高斷開水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1，10秒后Y0燈滅，再過10秒Y1燈滅，又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。④故障模擬，接通水壓下限接點(diǎn)X0，當(dāng)Y0、Y1燈亮?xí)r接通泵1故障接點(diǎn)水壓上限接點(diǎn)X11，Y0燈立即滅，Y11、Y16燈立即點(diǎn)亮，此時(shí)即使水壓上限接點(diǎn)X11斷開，Y11、Y16燈也不滅直至故障復(fù)位按X16鈕接通后才能滅。如果繼續(xù)接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開水壓上限接點(diǎn)X1，10秒后Y2燈亮。按以上步驟再分別接通X12、X13、X14、X15。⑤水池低水位或消防信號(hào)模擬。先接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開水壓上限接點(diǎn)X1，此時(shí)分兩種情況測試，第一，當(dāng)Y0、Y1燈亮?xí)r接通X7或X10，在水壓下限接點(diǎn)X0仍接通時(shí)，Y1、Y0每隔10秒燈滅。且不復(fù)亮，只有X7或X10斷開10秒后Y0燈才亮。第二，當(dāng)Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10均亮后接通X7或X10，Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈則立即滅，然后Y1、Y0間隔10秒燈滅，在不斷開X7或X10的情況下使水壓下限接點(diǎn)X0接通600秒，Y0到Y(jié)10燈均不亮。

5.2 PLC在線有載調(diào)試

接上水泵電機(jī)主線路電源，用點(diǎn)動(dòng)按鈕分別啟動(dòng)每臺(tái)水泵電機(jī)，如果電機(jī)轉(zhuǎn)向與水泵運(yùn)行方向相同時(shí)則分別在對(duì)應(yīng)線端標(biāo)上U1、V1、W1或U2、V2、W2標(biāo)簽。如果電機(jī)轉(zhuǎn)向與水泵運(yùn)行方向相反時(shí)則將任兩根電源線對(duì)調(diào)后再試，轉(zhuǎn)向相同后再分別在對(duì)應(yīng)線端標(biāo)上U1、V1、W1或U2、V2、W2標(biāo)簽。

5.3電接點(diǎn)壓力表水壓下限P下限和上限P上限的調(diào)試設(shè)定

調(diào)試的關(guān)鍵是電接點(diǎn)壓力表水壓下限P下限和上限P上限的設(shè)定。我們用燃?xì)鉄崴鞲鶕?jù)最高樓層中熱水器可靠點(diǎn)火供熱水時(shí)泵站最低供水壓力做為P下限，而供水壓力上限則根據(jù)本泵站的最小流量級(jí)差(12.6m³/H)，在所選用的水泵的H-Q曲線上查出此流量差所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程差值H差，在泵組的H-Q曲線上取最大的H差max，則P上限=P下限+H差max，根據(jù)以上方法，本供水系統(tǒng)的P下限=0.41MPa，H差max=0.12MPa，則P上限=0.53MPa。

6結(jié)束語

本供水系統(tǒng)建成并投入運(yùn)行至今已一年多，實(shí)踐表明，這種供水方式與變頻恒壓供水方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):①控制系統(tǒng)簡單，價(jià)格低，投資少，設(shè)備折舊費(fèi)低;②工作可靠，壽命長;③對(duì)使用、維護(hù)的技術(shù)要求低;④自動(dòng)化程度相等;⑤節(jié)能效果比變頻恒壓供水差一些，但比傳統(tǒng)供水方式好得多;⑥對(duì)泵站周圍電子類電器等無噪聲干擾;⑦在供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的整個(gè)壽命期中，從投資、折舊、節(jié)能、維修等方面衡量，本系統(tǒng)綜合效益優(yōu)于同容量的變頻恒壓供水系統(tǒng)，但主要缺點(diǎn)是水泵啟停頻繁，所以本系統(tǒng)只適用于供水量較小的場合。對(duì)市政等大型泵站不適用。

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