自動(dòng)控制系統(tǒng)在小區(qū)恒壓供水中的應(yīng)用

崔恩恒

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.055

摘 要：自來(lái)水是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，現(xiàn)今在我國(guó)的城市中已經(jīng)基本建立起了完善的城市供水體系。在城市小區(qū)供水中，由于供水用戶(hù)較多且使用時(shí)間不一致，從而對(duì)小區(qū)供水壓力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，小區(qū)供水壓力過(guò)高或是過(guò)低都會(huì)對(duì)用戶(hù)造成不良的使用感受。做好小區(qū)供水壓力的控制實(shí)現(xiàn)恒壓供水是自來(lái)水公司現(xiàn)今和未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)重要的發(fā)展方向，該文在分析小區(qū)恒壓供水特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了采用供水電機(jī)變頻調(diào)速和PLC控制相結(jié)合的控制方案，在確保恒壓供水的基礎(chǔ)上最大限度地確保資金的使用。

關(guān)鍵詞：供水 恒壓 變頻調(diào)速 PLC控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0055-02

恒壓供水是根據(jù)不同時(shí)段用水需求通過(guò)調(diào)節(jié)的方式將供水壓力控制在一個(gè)較為穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)，在以往的供水壓力調(diào)節(jié)中主要采用的是人工調(diào)節(jié)的方式，但是這一調(diào)節(jié)模式很難及時(shí)、有效地達(dá)到目的，致使在小區(qū)供水中，高峰時(shí)段供水壓力不足，用戶(hù)用水無(wú)法得到良好的保證，在低峰時(shí)段時(shí)，供水壓力又過(guò)高，這種工作模式不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能同時(shí)也存在著較大的安全隱患（如供水壓力過(guò)高而導(dǎo)致的爆管事故）。恒壓供水是自來(lái)水供應(yīng)中重要的研究方向，該文在分析恒壓供水特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了一種基于PLC、變頻控制基礎(chǔ)上的恒壓供水控制系統(tǒng)。

1 電機(jī)基本控制方式的分析比較

1.1 星/三角電機(jī)啟?？刂铺攸c(diǎn)分析

星/三角電機(jī)啟?？刂品绞绞且环N在電機(jī)控制中較常采用的控制方式，其特點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、方便，不足之處則是電機(jī)在啟停的過(guò)程中產(chǎn)生的電流過(guò)大容易對(duì)電機(jī)造成損壞，這種現(xiàn)象在大功率電機(jī)中顯示的更為明顯。

1.2 軟啟動(dòng)器控制特點(diǎn)分析

軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為電機(jī)啟動(dòng)的調(diào)壓器，其被接入到電機(jī)和啟動(dòng)電源之間，在電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)，晶閘管上的輸出電壓隨著時(shí)間而逐漸增加，直至晶閘管全導(dǎo)通輸出全部電壓，依靠晶閘管的這一特性從而使得電機(jī)在啟停的過(guò)程中能夠平滑運(yùn)動(dòng)。在電機(jī)控制中采用軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是其所輸出的電壓是逐漸增加的，從而使得電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的電流處于一個(gè)較低的水平，隨著電壓的逐漸增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是平滑啟動(dòng)的，這一方式適用于無(wú)需對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的場(chǎng)合。

1.3 通過(guò)使用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制

在變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的過(guò)程中其依靠的是對(duì)于電源頻率f的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)頻率在0～50 Hz的區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行變化時(shí)，能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，因此，采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)的控制時(shí)，能夠在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，采用變頻器來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，電機(jī)所帶動(dòng)的水泵是一個(gè)較大的負(fù)載，通過(guò)研究表明當(dāng)電機(jī)水泵所帶的負(fù)載較高時(shí)，通過(guò)降低變頻器的頻率用以控制電機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率損耗會(huì)處于一個(gè)較低的水平，且耗電量也大為降低。因此，使用變頻器來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。能夠有效地節(jié)約電能，采用變頻器來(lái)對(duì)電機(jī)的啟停進(jìn)行控制，能既能夠獲得軟啟動(dòng)器所具有的相關(guān)功能，也能夠通過(guò)改變電源的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，同時(shí)能夠降低能源的消耗，因此，在工業(yè)控制領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

2 小區(qū)供水恒壓自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

在小區(qū)供水恒壓自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)方案中，針對(duì)小區(qū)的供水特點(diǎn)選用變頻器控制水泵電機(jī)的電氣控制方案，在變頻器數(shù)量的選擇上可以選用1臺(tái)變頻器或是2臺(tái)變頻器，當(dāng)采用1臺(tái)變頻器控制水泵時(shí)，在供水壓力降低時(shí)，通過(guò)控制水泵來(lái)對(duì)水壓進(jìn)行補(bǔ)壓直至水壓恢復(fù)到所需要的壓力，當(dāng)用水量增加時(shí)，1號(hào)泵的工作頻率逐漸升高直至達(dá)到工頻供電水平，同時(shí)將變頻器切換到2號(hào)泵上重復(fù)上述水泵控制方式，待到供水量減少時(shí)逐步關(guān)閉1號(hào)工作水泵并控制2號(hào)泵的工作頻率恢復(fù)供水恒壓控制。采用1臺(tái)變頻器的控制方案所需的資金較少，但是當(dāng)控制過(guò)程中出現(xiàn)供水量恰巧在1臺(tái)水泵全功率的狀態(tài)上下波動(dòng)時(shí)，變頻器來(lái)回切換會(huì)對(duì)變頻器造成極大的損壞，為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，提高小區(qū)恒壓供水質(zhì)量，并在小區(qū)恒壓供水方案的設(shè)計(jì)上采用2臺(tái)變頻器分別對(duì)水泵進(jìn)行控制的方案較為合理。在小區(qū)的供水管網(wǎng)中，整個(gè)管網(wǎng)是封閉的，因此，管網(wǎng)中的供水壓力是由用戶(hù)的用水量所決定的，通過(guò)控制泵的工作狀態(tài)來(lái)控制泵送進(jìn)管網(wǎng)中的水量和壓力。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)采集到的壓力信息與系統(tǒng)中所設(shè)定的壓力值，并完成兩者之間的差值從而對(duì)水泵工作狀態(tài)進(jìn)行控制。在水泵電機(jī)的啟停控制中采用軟啟動(dòng)器或是變頻器的軟啟動(dòng)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)控制啟停電流開(kāi)始實(shí)現(xiàn)變化，從而降低了啟動(dòng)電流波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和供電量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。小區(qū)恒壓控制系統(tǒng)工作時(shí)通過(guò)檢測(cè)水泵出口總管壓力并與設(shè)定壓力進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)兩者之間的差值實(shí)現(xiàn)對(duì)于水泵電機(jī)的控制，在對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制的過(guò)程中，用以控制水泵電機(jī)的啟停臺(tái)數(shù)和工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU的指令實(shí)時(shí)軟啟動(dòng)、軟切換以及變頻控制，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)中的壓力變化來(lái)對(duì)泵組中水泵的運(yùn)行循環(huán)時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而確保自動(dòng)供水系統(tǒng)的恒壓供水，小區(qū)恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

當(dāng)使用自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)時(shí)，遇到供水用水量較小時(shí)，為了降低能耗可以在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上增加針對(duì)性的節(jié)能設(shè)置。在PLC控制中設(shè)置可以使水泵暫時(shí)停止工作的“休眠功能”，在使用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行控制時(shí)，變頻器頻率輸出低于其控制所設(shè)定的下限時(shí)則PLC啟動(dòng)“休眠”功能，控制變頻器停止工作，以降低能耗，而當(dāng)供水系統(tǒng)中用戶(hù)用水量增加時(shí)，供水管網(wǎng)中的水壓下降到一個(gè)較低的水平時(shí)，則重新啟動(dòng)變頻器，首先控制1號(hào)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)隨著頻率的逐漸增加，直至工頻是在繼續(xù)控制2號(hào)變頻器動(dòng)作直至將水壓重新控制在一個(gè)較為穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)。在小區(qū)供水恒壓控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有相應(yīng)的通信功能，通過(guò)使用PLC中所具有的RS232接口與監(jiān)控顯示器相連接，顯示水泵運(yùn)行的相關(guān)狀態(tài)和報(bào)警信息等。

3 結(jié)語(yǔ)

小區(qū)恒壓供水是供水系統(tǒng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。該文在分析恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析介紹。

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