黃琳娜

湛江市技師學(xué)院，廣東湛江 524000

0 引言

湛江市技師學(xué)院有一萬多師生員工，生活用水量較大，且樓層高低不一，又沒有水塔，從而造成用水高峰的時候，高樓層的用水很不方便，有時候水很小，有時候沒有水用，管理人員要經(jīng)常對供水水泵進(jìn)行開關(guān)的控制，且勞動量很大。因此，為了滿足全校師生員工正常用水，節(jié)約用電，本文設(shè)計了一套全自動的恒壓供水系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的特點在于不管是用水高峰，還是用水低潮，保證每個用戶都能正常用水，并且以最少的能耗而保證全校師生員工正常用水，減少管理人員的勞動量。本系統(tǒng)使用了水泵輪流工作程序，水泵可以在用水低潮的時候，輪流休息，以避免某臺水泵長期工作而縮短了工作壽命。

1 整個恒壓供水系統(tǒng)的組成（如圖1所示）

體系分別由供水部分、壓力采集部分、電氣控制部分組成。從圖1可以看出，電氣控制部分為主要控制，其細(xì)分為PLC、變頻器、繼電器組。壓力采集部分主要完成壓力反饋與A/D轉(zhuǎn)換的功能。供水部分分為外來供水、供給本校使用水。

圖1

2 恒壓供水系統(tǒng)流程圖

恒壓供水系統(tǒng)由PLC起到總控制作用。系統(tǒng)啟動后，PLC根據(jù)管理人員給定的供水壓力與輸出供水壓力而做出相應(yīng)的自動控制過程。其控制過程由繼電器組功率放大后，再由繼電器控制水泵的工頻或變頻的運行。供水壓力的粗調(diào)節(jié)由啟動工頻運行水泵的臺數(shù)完成，供水壓力的精調(diào)節(jié)由變頻運行的水泵完成。恒壓供水系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2

3 三恒壓供水系統(tǒng)主回路

三恒壓供水系統(tǒng)主回路以圖3所示。

圖3

4 變頻器的PID設(shè)定與連接

恒壓供水工作的精調(diào)整都是由變頻器自身的PID運算實現(xiàn)。本系統(tǒng)中壓力傳感器的輸出電流與被測量成正比，變頻器采用負(fù)運算；A540系列變頻器由參數(shù)Pr128決定負(fù)運算工作方式。

通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，安裝在供水管上壓力傳感器反饋來的壓力信號（4mA對應(yīng)0MPa，20mA對應(yīng)0.5MPa）的傳感器調(diào)節(jié)水泵的供水壓力作為壓力負(fù)反饋接至變頻器的輔助輸入端4、5；變頻器、PLC時刻跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力給定值之間的偏差變化情況，經(jīng)變頻器的PID運算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，并通過PLC控制水泵工頻電源供電與變頻電源供電的切換，自動控制水泵投入運行的臺數(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)控制，使水壓不偏離壓力給定值，保持水壓恒定。

變頻器PID設(shè)置相關(guān)參數(shù)如下表1。

表1 變頻器的參數(shù)設(shè)置

連接圖如圖4所示。

5 PLC的控制

PLC在本系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻---變頻的切換和水泵的工作臺數(shù)的調(diào)整。其工作流程圖如圖5所示：

圖5

在圖5 中，恒壓水系統(tǒng)有兩種運行方式，一種是手動控制，一種是自動控制。

在手動控制中，要求管理人員輸入相應(yīng)的運行水泵后，PLC才有相應(yīng)的控制輸出來控制水泵運行，這樣可以方便調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，水泵的維修與保養(yǎng)都是在手動方式下完成的。

在自動控制中，PLC根據(jù)供水壓力來自動調(diào)整水泵的工作臺數(shù)，每當(dāng)供水壓力值低于給定供水壓力值時，變頻器提高輸出的頻率，水泵也相應(yīng)提高轉(zhuǎn)速而加大供水壓力，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，且供水壓力還不到給定供水壓力值時，PLC將增加工作水泵數(shù)量，以保證供水壓力在給定的供水壓力范圍;反之PLC卻減少工作水泵數(shù)量。在用水低潮時，水泵輪流休息，以提高使用的壽命。它們的運行過程如下所述。

系統(tǒng)啟動時，KM0閉合，1#水泵以變頻方式運行，當(dāng)變頻器的運行頻率超出設(shè)定值時，輸出一個上限信號，PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行方式轉(zhuǎn)換為工頻運行方式，KM0斷開，KM1吸合，同時KM2吸合，變頻啟動2#水泵運行。如果再次接收到上限信號，則KM2斷開KM3閉合，2#水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行方式，同時KM4閉合3#水泵變頻運行。

如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KM4、KM3，開啟KM2，2#水泵變頻運行，再次收到下限信號時就關(guān)閉KM2、KM1，KM0吸合，只剩下1#水泵變頻運行。水泵輪流工作的時候，只是三臺水泵的先后時序換了。 PLC接線I/O分配圖如圖6所示。

圖6

圖7 程序的設(shè)計

6 恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試是對程序結(jié)果進(jìn)行全面的檢查，找出問題并糾正其錯誤，使可能發(fā)生的問題與錯誤，盡量消滅在正式運行之前。通常調(diào)試的方法大多數(shù)是采用靜態(tài)調(diào)試法與動態(tài)調(diào)試法。所謂靜態(tài)調(diào)試法是用人工的方式對程序的編寫進(jìn)行審核，找出其中錯誤，這種方法不用運行程序。而動態(tài)調(diào)試法是通過程序的運行，在程序的“動態(tài)”執(zhí)行中檢查并處理各種出現(xiàn)錯誤。本系統(tǒng)是采用動、靜態(tài)相結(jié)合的調(diào)試方法。

7 結(jié)論

原來由于沒有變頻運行的水泵，供水壓力很難保證，通常是少一臺水泵運行時，供水壓力不夠，多一臺水泵運行時，壓力過大，且水泵電機(jī)工作電流很大，造成能量大耗。因此造成夜間高層樓的用水沒有水用，白天又要一位管理人員現(xiàn)場管理。

該系統(tǒng)投入使用后，保證了全校師生員工的正常生活用水。該系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定，故障率少，節(jié)能明顯，減少了管理人員的工作強(qiáng)度。

本系統(tǒng)是一個居住集中、樓層高低不一，且沒有水塔的生活區(qū)的自動恒壓供水系統(tǒng)，系統(tǒng)實用性強(qiáng)、節(jié)能、有著推廣應(yīng)用的價值。

[1]FX2N系列微型可編程控制器使用手冊.隨機(jī)資料.

[2]FR-A540E系列變頻器使用手冊.隨機(jī)資料.

[3]劉守操，余文烋，劉結(jié)成，許振茂編.可編程序控制器與變頻技術(shù).

[4]丁軻軻主編，楊若萍副主編.自動測量技術(shù)[M].中國電力出版社，2004，12.