自來水加壓站PLC控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與分析

岳 鵬

山西太水市政工程有限公司 山西 太原 030009

當(dāng)前隨著社會科技與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人口結(jié)構(gòu)逐漸向城市化進程發(fā)生變革，人們對于用水的需求量也隨之越來越大。但由于水資源取之有限，當(dāng)下供水問題的嚴峻已經(jīng)成為了亟待解決的重要問題。傳統(tǒng)供水的設(shè)計理念，并未有預(yù)料到城市人口結(jié)構(gòu)越來越多這一發(fā)展現(xiàn)狀，所以當(dāng)處于人口不斷增長現(xiàn)下狀況時，出現(xiàn)用水高峰期停水或是水壓不足的問題，并且越來越頻繁。而用水量強度較小的夜間時刻，供水系統(tǒng)也依舊進行這高強度的工作，也就直接造成了電能資源的浪費，也增加了供水單位的成本。

對此，恒壓供水系統(tǒng)能夠針對性的解決這一難題，它自身的變頻調(diào)速能夠在人們?nèi)粘Ｓ盟母叻迤冢峁└咝У墓芫W(wǎng)水壓，充分滿足人們對于用水的需求。而當(dāng)人們用水較少的時段，恒壓供水還能夠進行及時的檢測，并調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，這樣一來，很好地節(jié)約了電力成本[1]。恒壓供水系統(tǒng)以小型變頻器與PLC結(jié)合組成，不僅具有良好的穩(wěn)定性，其制作成本也較傳統(tǒng)供水系統(tǒng)低廉，且在投入使用過程中，對其的維護檢修工作也簡單方便[2]，所以，恒壓供水系統(tǒng)有著良好的發(fā)展前景，是供水行業(yè)實現(xiàn)良好發(fā)展的內(nèi)驅(qū)動力。

1 恒壓供水系統(tǒng)的概述

1.1 傳統(tǒng)定壓供水方式存在的弊端

以傳統(tǒng)定壓供水方式的工作過程研究來看，首先對其進行管理工作便是難點，由于供水系統(tǒng)的復(fù)雜性及造價較高，難以對其開展有效的管理。管道通常情況下是與大氣進行連接，這就導(dǎo)致管道容易出現(xiàn)被腐蝕的問題，難以實現(xiàn)長久穩(wěn)定的工作。傳統(tǒng)的定壓水箱自身構(gòu)成較大，需要專門且寬闊的地方進行安置，且供水水箱中，通常容易出現(xiàn)較多微生物，或是藻類生物的滋生，很有可能造成水源的污染，就需要供水機構(gòu)定期開展定壓水箱的圍護與檢修，并要聘請相關(guān)的衛(wèi)生防疫部門進行專業(yè)的檢驗[3]。想要進行高危定壓水箱良好的控制，通常要以泵的臺數(shù)投入作為調(diào)節(jié)的主要方式，但其能夠發(fā)揮的作用確不能滿足人們的期待，它缺少能夠進行良好調(diào)節(jié)的供水量與用水量之間的平很，這就使得水泵難以真正發(fā)揮自身的作用，實現(xiàn)高質(zhì)量的工作效率。傳統(tǒng)的定壓水泵在設(shè)定方式上，水泵需要進行頻繁的啟動與停止，這就直接的縮短了水泵及自身的各項零件使用壽命的縮短，增加投入的成本。而使用高位水箱進行供水時，當(dāng)人們用水處于高峰期時，管網(wǎng)的壓力就會直接增大，這就容易導(dǎo)致人們在用水時出現(xiàn)水壓不足，或是冷熱不均的情況。傳統(tǒng)定壓供水在水泵的設(shè)計上，工作人員只著重關(guān)注與機體整個的安全系數(shù)，選擇最大的電機型號，而在用水需求較小或是進行余水調(diào)控的環(huán)節(jié)中，大量的能源都需要消耗在閥門上，這也直接的導(dǎo)致了電力資源的浪費。

1.2 恒壓供水系統(tǒng)的概述

恒壓供水系統(tǒng)最顯著的特點，便是在人們用水需求高峰時期，能夠讓出口壓力穩(wěn)定運行，以不變的供水方式應(yīng)對供水管網(wǎng)系統(tǒng)中水量的裱花。供水網(wǎng)的出口壓力值，以用戶用水的需求量進行調(diào)控[4]。在傳統(tǒng)定壓供水的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了各方面的創(chuàng)新與突破，且已經(jīng)廣泛被供水行業(yè)所推行應(yīng)用。其最突出的變頻恒壓供水系統(tǒng)，有以下幾點特色：一是，它自身具備良好成熟的節(jié)能功效，在原本的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)20%-40%的節(jié)能效率，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)綠色用電，還能為供水機構(gòu)節(jié)約成本。二是新型的恒壓供水系統(tǒng)，對于占地面積的需求不高，這也能夠良好降低投入成本，且能獲取可觀的使用效率。三是恒壓供水自身的配置較為先進，擁有良好的自動化技術(shù)，且系統(tǒng)構(gòu)建科學(xué)，自身的功能十分齊全，便于供水機構(gòu)便捷可靠的長期使用。四是新型恒壓供水系統(tǒng)運行十分合理，它一改傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的啟停方式，在這基礎(chǔ)上以軟啟動、軟停止消除水錘的效應(yīng)，且很大程度的降低了電機軸的扭轉(zhuǎn)與磨損，不僅大大提升了水泵自身使用的壽命，還減少了在使用過程中可能出現(xiàn)的故障，降低了供水機構(gòu)進行檢修維護的費用。五是變頻恒壓的運用，是將水源直接供應(yīng)，這樣的方式改變了傳統(tǒng)模式下可能引發(fā)的水源二次污染，保護水源的衛(wèi)生狀況，降低了疾病的發(fā)生幾率[5]。六是新型恒壓供水系統(tǒng)，引入現(xiàn)代智能化的科技應(yīng)用，實現(xiàn)了良好的通訊控制，這樣大大的降低了人力資源成本的投入，實現(xiàn)了無人值守也能穩(wěn)定運行的良好發(fā)展。

2 PLC構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)

2.1 PLC系統(tǒng)構(gòu)成及控制的原理

PLC系統(tǒng)是通過FP0-C32、AD轉(zhuǎn)換模塊FP0-A21、超小型的變頻VF0以及智能壓力變送器、這四臺被廣泛應(yīng)用的加壓水泵組成。設(shè)計人員將壓力傳感器合適的安裝與出水管網(wǎng)上方，就能實現(xiàn)將出口壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的規(guī)范信號。然后通過系統(tǒng)的自動運算過程，將定壓相關(guān)的數(shù)值與參數(shù)進行對比，從而得出科學(xué)的參數(shù)傳送至變頻器中，再由變頻器進行水泵運行速度的控制，通過PLC控制器加泵[6]。系統(tǒng)可以自動根據(jù)用水處于高峰期或是低峰期進行由PLC來控制工作泵的數(shù)量，以及變頻器的調(diào)解作用，以此過程來實現(xiàn)恒壓供水。恒壓供水系統(tǒng)還具有自動及手動兩種控制方式，一旦出現(xiàn)供水負載變化，輸入電壓與頻率隨之變化時，能夠立即以設(shè)定的壓力創(chuàng)建基準(zhǔn)的閉環(huán)控制。

2.2 自動控制方式下的系統(tǒng)工作原理

在變頻控制下，當(dāng)1號泵開展工作時，處于用水高峰期，泵體在滿負荷情況下，即使變頻器工作的頻率需要調(diào)整為50Hz時，就會以短暫的延遲為契機，將KM1與KM2之間進行完美的結(jié)合，而1號泵體就會轉(zhuǎn)換自身的工作頻率，調(diào)解變頻器的輸出頻率為0Hz，這種改變能夠使得KM3與其分離，而轉(zhuǎn)向與KM4之間進行吸合。從而使2號泵體有序的調(diào)整工頻工作，3號泵則能夠良好的轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l進行工作的開展，相反情況下，當(dāng)處于用水的低峰期時，首先1號泵退出工作，而后2號泵也有序推出工作，以此來實現(xiàn)泵體良好加減的循環(huán)工作過程。

2.3 手動控制的方式

手動控制方式，是可以將PLC輸入繼電器，讓常開常閉的開關(guān)能夠以手動控制的方式選擇四臺水泵進入工頻工作或是停止工頻工作，這樣的設(shè)定更具科學(xué)性，能夠當(dāng)電機設(shè)備等出現(xiàn)故障需要進行檢修維護時，及時的幫助進行維護或是電機的更換，相關(guān)的操作規(guī)范要參考控制開關(guān)的I/O分配表。

3 系統(tǒng)硬件的概述

3.1 PLC的結(jié)構(gòu)及原理

PLC，中文翻譯的學(xué)名為“可編程控制器”，它是以微處理作為運營的基礎(chǔ)，以現(xiàn)代化的科技技術(shù)、自動化技術(shù)與通訊技術(shù)之間良好的結(jié)合形成的新型控制系統(tǒng)。它在傳統(tǒng)繼電器的控制技術(shù)上進行良好的優(yōu)化，加入現(xiàn)代化的職能信息處理配置，構(gòu)建出良好的自動化工業(yè)工程，是被廣泛推行應(yīng)用的控制設(shè)備。PLC的結(jié)構(gòu)框路徑如圖1所示。

圖1 PLC的結(jié)構(gòu)路徑

3.2 PLC的功能

PLC有著成熟的條件控制功能，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的指令調(diào)整和切換不同的操作模式，改變了傳統(tǒng)繼電器觸點進行串聯(lián)的方式，能夠高效率的實現(xiàn)與各種邏輯之間的連接，從事達到控制開關(guān)的目的。PLC具有良好的定時技術(shù)設(shè)定，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)中各項操作進行定時或是技術(shù)的控制，以此來取代傳統(tǒng)模式下繼電器與計數(shù)繼電器的功效[7]。PLC能夠通過對于步進控制功能來進行多道加工工序的控制，嚴格把控工作過程中的工序問題，只要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完成前一道工序，才能開展下一項工序的推進。它自身的數(shù)據(jù)處理功能也十分便捷，能夠完成數(shù)據(jù)的傳送、比較、位移、數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換，包括運算及邏輯編碼與譯碼之間全部的處理。實現(xiàn)A/D、D/A兩模塊之間與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。對于整個運動控制及過程控制也有著高水平的運營，良好的開展單軸與多軸之間的控制，并能夠?qū)囟?。壓力。速度等等方面進行閉環(huán)控制。PLC系統(tǒng)還具備成熟的擴展及遠程功能功能，能夠通過輸入輸出與擴展單元之間增加點數(shù)，也能附加各種智能單元離開提高PLC自身的控制能力，I/O功單元的運行下，能夠良好的將控制各種設(shè)備與主機之間相連，構(gòu)建了遠程控制的可行性。PLC自身還具備通訊聯(lián)網(wǎng)功能及監(jiān)控功能等眾多優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的數(shù)據(jù)交換，完成較為復(fù)雜的控制指令，還能對于各環(huán)節(jié)工作中一旦發(fā)生故障，及時向工作人員發(fā)出警報，并能夠準(zhǔn)確的鎖定故障位置，通過自主分析來判斷是否需要停止運行等強大功能。

3.3 PLC的主要特點

PLC系統(tǒng)首先具備運行的可靠性，且自身對于環(huán)境的變化適應(yīng)性較高。設(shè)計人員在構(gòu)建系統(tǒng)構(gòu)成中，采取了眾多硬件及軟件結(jié)合的抗干擾措施的加入，主要有以下幾點：意識隔離措施，設(shè)計人員將整個系統(tǒng)中的接口電路才能光電隔離實現(xiàn)信號的船體，不僅能夠有效的避免外部電路與內(nèi)部電路混亂的用電關(guān)聯(lián)，還能夠有效的應(yīng)對外部因素帶來的干擾，同時也對外部高壓的傳入起著關(guān)鍵的作用。二是濾波措施，它是在整個系統(tǒng)各種電路中，科學(xué)合理的布設(shè)多種濾波電路，從而實現(xiàn)對于高頻干擾信號的阻止。三是采用屏蔽措施，設(shè)計人員在內(nèi)部的電源中廣泛的應(yīng)用屏蔽措施，來保護外界對內(nèi)部電路及電壓，高質(zhì)量的保障供電，將內(nèi)部的電源之間獨立設(shè)定，也能夠良好的避免電源之間的干擾。四是連鎖措施，這一措施是在PLC內(nèi)部設(shè)置良好的檢測電路裝置，當(dāng)內(nèi)部產(chǎn)生故障或是超出規(guī)范作運營的標(biāo)準(zhǔn)時，就能立即開展報警工作，來保證整個系統(tǒng)的正常運行。五是后備措施，后備措施的設(shè)計，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行保護，避免因為故障造成機體停止運行后，相關(guān)參數(shù)與信息的丟失。六是控制措施，將智能化的控制軟件加入設(shè)計中，能夠促使PLC自身定期的進行環(huán)境、程序及故障的監(jiān)測，且這項技術(shù)具備一定的修復(fù)能力，面對并不嚴重的問題，能夠進行自我修復(fù)。七是密封措施，密封措施通常情況下是采用密封外殼等進行封裝，在材質(zhì)上一般還具有良好的防塵性及抗震性等，以此面適應(yīng)復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境。八是抗干擾性，PLC是集成電路所構(gòu)成的電子設(shè)備，想要實現(xiàn)它自身的可靠運行，就不能讓其對機械觸點進行依賴，以循環(huán)掃描的方式，來提升抗干擾的能力。

3.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)

整個PLC的工作的核心與基礎(chǔ)，是圍繞中央處理器進行，簡稱CPU。CPU能夠?qū)ο到y(tǒng)操作進行統(tǒng)一的指揮與協(xié)調(diào)。它能夠良好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入與良好的輸出，發(fā)出科學(xué)正常的控制信號。不僅如此，它還能夠?qū)斎氲挠脩舫绦蜻M行良好的儲存，在以掃描方式接收到信號后，存入與其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)管理模塊。CPU還能夠找出用戶程序上的錯誤信息進行提示，對整個系統(tǒng)狀態(tài)及電源控制等進行良好的檢測。可以說內(nèi)部各個構(gòu)造與外部設(shè)備的連接都離不開CPU的工作。而儲存器，也是PLC中關(guān)鍵的組成部分，通常儲存器分為兩種類別，一是系統(tǒng)儲存器，它面向管理、監(jiān)控、磁盤輸入處理、翻譯、變異等程序，其工作形勢固化，不能進行隨意的更改。另一種是用戶自身的存儲器，這種用來存放用戶在使用過程中的程序及相關(guān)工作的數(shù)據(jù)等，具體要能夠?qū)⑵浞譃槌绦虼鎯δK以及數(shù)據(jù)存儲模塊。PLC中，同樣非常重要的是輸入與輸出（I/O）。以接口的輸入與輸出劃分為兩部分工作。輸入接口通常需要利用PLC的輸入端子進行現(xiàn)場設(shè)備的控制信號接收，現(xiàn)場的信號輸入一般有按鈕、現(xiàn)為、光電及溫度和行程的開關(guān)等，將其能夠轉(zhuǎn)化為CPU識別的信號。而輸出接口則是將已經(jīng)處理好的信息傳送至輸出端的電路系統(tǒng)，從而實現(xiàn)控制其融合或是斷開的操作，來實現(xiàn)現(xiàn)場操作。

4 結(jié)束語

以上是本人對于PLC恒壓供水系統(tǒng)所做出的簡要探析，以當(dāng)前供水行業(yè)對其的廣泛應(yīng)用與推行來看，PLC系統(tǒng)具備強大的運行效率及穩(wěn)定的運行發(fā)展，其自身的節(jié)能省點也為供水機構(gòu)節(jié)省了良好的運行成本，且減少了供水機構(gòu)對于人力資源投入的成本。它自身便于維修的特點也受到了整個行業(yè)的一致好評。以變頻調(diào)速的運行方式，不僅能夠自動設(shè)定水壓調(diào)解水泵轉(zhuǎn)速，保證用戶在用水的任何時段都能夠滿足用水需求，真正實現(xiàn)整個供水行業(yè)良好穩(wěn)定的發(fā)展，能夠與時代一起走向美好未來！