藍普鋒RPC系列PLC在高層無負壓供水系統(tǒng)中的應用
1 無負壓供水技術介紹
隨著城市化進程的加快以及人們對供水要求的提高，無負壓供水技術取得了蓬勃的發(fā)展。所謂無負壓供水技術是指將無負壓供水設備與市政供水管網(wǎng)直接串接，變二次供水為一次直接供水到戶，不用建設水池和水箱。無負壓供水設備是一種加壓供水機組，直接與市政供水管網(wǎng)聯(lián)接，在市政管網(wǎng)剩余壓力的基礎上串聯(lián)疊壓供水，并能夠確保市政管網(wǎng)壓力不小于設定保護壓力。無負壓供水設備的核心是在二次加壓供水系統(tǒng)的運行過程中如何防止負壓產(chǎn)生，消除機組運行對市政管網(wǎng)的影響，在保證不影響附近用戶用水的前提下實現(xiàn)安全、可靠、平穩(wěn)、持續(xù)的供水。無負壓供水設施作為一種給水增壓新設備，不僅比普通變頻調(diào)速供水設施更節(jié)能，而且可以有效避免市政管網(wǎng)水質(zhì)的二次污染[1]。
隨著自動控制技術與變頻技術的進步，出現(xiàn)了很多新型節(jié)能的控制系統(tǒng)，無負壓供水控制系統(tǒng)就是其中之一。早期為了解決供水壓力不足，并出于節(jié)能環(huán)保的考慮，出現(xiàn)了變頻增壓系統(tǒng)。隨著變頻增壓系統(tǒng)的增多，系統(tǒng)對于管網(wǎng)的沖擊也越來也大，由此提出了無負壓系統(tǒng)的概念，即在供水的同時不對管網(wǎng)造成負壓。無負壓供水系統(tǒng)無需建立水池或在樓頂設置水箱，而是直接與自來水管網(wǎng)串聯(lián)對接，供給用戶的水完全在一個密封的環(huán)境中，避免了飲用水在供水過程中的二次污染。此外，在供水過程中，無負壓供水系統(tǒng)充分利用自來水原有的壓力，因此是一種節(jié)能環(huán)保的系統(tǒng)。
無負壓供水技術綜合了真空抑制技術、穩(wěn)流補償技術、預壓平衡補償技術、能量儲存釋放技術、變頻調(diào)速技術和智能控制技術等的二次增壓供水系統(tǒng)。目前，無負壓供水技術能夠很好地滿足中低層樓宇的用水需求。然而，對于高層樓宇的供水，無負壓供水技術還存在一些需要解決的問題，例如高層供水壓力不穩(wěn)定，產(chǎn)生影響水泵壽命的水錘現(xiàn)象，等等。對此，本文對無負壓高層供水技術進行了深入研究，基于藍普鋒RPC系列PLC快速、穩(wěn)定的優(yōu)良性能，很好地解決了無負壓供水技術在高層供水中的問題。2 高層無負壓供水控制系統(tǒng)設計
最早無負壓供水設備中，控制器大多采用單片機設計，這種控制器的優(yōu)點就是成本低，能夠滿足一般系統(tǒng)的要求。但是這樣的系統(tǒng)存在一些問題，例如系統(tǒng)不夠靈活，用戶無法修改其內(nèi)部算法以便適應新的系統(tǒng)要求，只能依靠系統(tǒng)供應商來修改內(nèi)部程序。
本系統(tǒng)采用藍普鋒RPC系列PLC作為核心控制單元，其開放的編程環(huán)境使得系統(tǒng)的開發(fā)、升級和維護更加方便。不僅如此，藍普鋒RPC系列PLC還針對無負壓供水控制系統(tǒng)提供了標準程序，用戶可以直接使用此程序，也可以在此程序基礎上進行二次開發(fā)。經(jīng)過優(yōu)化設計以及嚴格檢測的藍普鋒RPC系列PLC使控制系統(tǒng)在可靠性上得到了保證。
本系統(tǒng)采用藍普鋒RPC系列PLC作為核心控制單元，其開放的編程環(huán)境使得系統(tǒng)的開發(fā)、升級和維護更加方便。不僅如此，藍普鋒RPC系列PLC還針對無負壓供水控制系統(tǒng)提供了標準程序，用戶可以直接使用此程序，也可以在此程序基礎上進行二次開發(fā)。經(jīng)過優(yōu)化設計以及嚴格檢測的藍普鋒RPC系列PLC使控制系統(tǒng)在可靠性上得到了保證。
根據(jù)《室外給水設計規(guī)范》的有關規(guī)定，當按照直接供水的建筑層數(shù)來確定給水管網(wǎng)水壓時，其用戶接管處的最小服務水頭，一層為10m，二層為12m，二層以上每增加一層增加4m。市政管網(wǎng)供水壓力平均在0.3MPa左右，可以滿足6層建筑的供水，6層以上建筑都需要通過增壓進行供水。一般高層樓宇采用分區(qū)供水，將7層至14層作為中區(qū)供水，15層以上作為高區(qū)供水。
本系統(tǒng)針對15層以上的高區(qū)供水進行設計。本系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、立式多級離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護器、故障報警燈等組成。為了解決高層供水壓力不穩(wěn)定和水錘問題，本系統(tǒng)采用每臺水泵對應一臺變頻器的結構形式，控制系統(tǒng)結構如圖1所示。PLC根據(jù)用戶管網(wǎng)的設定壓力與檢測到的反饋壓力，采用PID控制算法動態(tài)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，并且負責三個水泵的投切控制算法。水泵投切采用平滑投切處理算法，可以減少水錘的出現(xiàn)，使高層供水壓力更加穩(wěn)定。系統(tǒng)中還有穩(wěn)定可靠的倒泵、休眠、故障處理、無負壓補償?shù)裙δ堋Ｏ到y(tǒng)通過藍普鋒RPC系列PLC本體自帶的RS232接口連接本地的7英寸觸摸屏，通過RS485接口連接上位機工程師站和操作員站，可以實現(xiàn)本地和遠程同時監(jiān)視系統(tǒng)工藝運行工況，具有設置系統(tǒng)參數(shù)和查詢系統(tǒng)報警記錄等功能。
圖1 無負壓供水控制系統(tǒng)結構圖
無負壓供水控制系統(tǒng)操作界面由7英寸觸摸屏制作。操作界面主要可以完成無負壓供水控制系統(tǒng)運行工況的監(jiān)視、系統(tǒng)運行參數(shù)設置、實時報警顯示、歷史報警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖2所示，可以查看各個水泵的運行狀態(tài)以及進水壓力、目標壓力和出水壓力等重要參數(shù)，通過系統(tǒng)菜單可以進入各參數(shù)設置界面及報警查詢界面等。
圖2 觸摸屏工況界面
3 高層無負壓供水控制系統(tǒng)的特點
基于藍普鋒RPC系列PLC的無負壓供水系統(tǒng)具有如下特點：
（1）可靠性更高
基于藍普鋒RPC系列PLC的無負壓供水系統(tǒng)具有如下特點：
（1）可靠性更高
藍普鋒RPC系列PLC具有優(yōu)異的硬件設計以及穩(wěn)定的軟件平臺，在穩(wěn)定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。增量PID算法可以使系統(tǒng)更快的響應用水需求，使給水壓力快速穩(wěn)定的到達設定值，這也在功能上保證了系統(tǒng)的可靠運行。
（2）高層水壓更加穩(wěn)定
（2）高層水壓更加穩(wěn)定
對于高層供水，本系統(tǒng)采用了三臺變頻器對應三臺水泵的形式，并且結合平滑投切處理算法，很好的解決了加泵、減泵時出現(xiàn)的水錘問題，使高層供水壓力更加穩(wěn)定，也更好的保護了水泵。
（3）更加節(jié)能環(huán)保
（3）更加節(jié)能環(huán)保
本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了水泵自動投切功能、水泵均衡運行、優(yōu)化故障處理等功能，而且還有可靠的休眠、多時段設定功能。休眠功能可以使系統(tǒng)在零流量或極小流量時自動停泵，多時段設定功能允許用戶在不同時段設定不同的壓力，以達到節(jié)能的效果。不僅如此，在控制系統(tǒng)中還加入了三相電量采集模塊RPC2731，可采集三相電壓，三相電流，有功無功功率和用電量，可了解機組用電狀況，針對性地采取節(jié)能措施，這些都可以使系統(tǒng)更加節(jié)能。
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