恒压供水系统

1.工程简介：

随着城市人口的不断增多，越来越多的小高层、超高层建筑如雨后春笋般拔地而起，对于这些高楼大厦的用户来说，用水问题尤为重要，目前采用的方法通常是采用水泵打压方式将市管的水抽至高层，供用户使用。但用户用水情况有时间性，早上、中午的用水量较大，晚上的用水量最大，白天上班和凌晨睡觉期间用水量最小，如果光采用泵直接抽水的话，有可能导致水压不稳，就会出现“不用水时水充足，要用水时水压小甚至无水”的情况，为了解决此类问题，目前常用的方法是通过接入压力传感器，实时检测其管网水压，当水压超过其设定值时，减慢水泵速度以降低水压，当水压低于其设定值时，加快水泵速度以增加水压。该工程是乐山某居民小区住宅高层建筑的恒压供水工程。

2.系统介绍：

本系统为2幢30多层的高层住宅楼提供用水。系统采用西门子S7-200PLC控制，ABB-ACS510变频器驱动水泵，人机接口采用西门子MP277触摸屏。上位机MP277为操作人员提供恒压供水参数输入接口、数据和动画的实时显示，使操作人员不用到现场就能检测压力和水泵的转速等。西门子S7-200为该系统的核心部件，主要执行用户程序和进行闭环PID调节，从而自动调节压力，PLC的输出用于控制接触器和变频器，而从控制水泵的转速，最终达到控制管网压力的作用。恒压供水的系统框架如下图1所示。

图1 恒压供水控制系统原理图

触摸屏采用PPI网络与S7-200通讯，实现数据交换，PLC的IO点与外部的开关信号如按钮、指示灯、继电器等连接，模拟量模块用于连接外部压力传感器和变频器。变频器用于连接水泵。该系统包含两台水泵，采用“一拖二”的方式进行。当启动时，变频器首先带动第一台水泵启动，当第一台泵达到工频扔达不到用户在触摸屏上的设定值则将第一台水泵切换成工频运行，变频器启动第二台水泵。考虑到减轻水泵负荷，该系统采用每隔12小时切换工作状态。整个切换由PLC完成，通过控制接触器进行。系统框图如下图2所示。

该系统采用施耐德3P-C65微型断路器，用于工业控制、民用建筑等领域，具有良好的分断和隔离能力，为主回路提供可靠的短路保护和过载保护，KM1和KM2为施耐德LC1系列接触器，起故障保护作用，当PLC、变频器等设备出现故障时，立即断开总控接触器，保护泵和整个管网系统。变频器采用ABBACS510系列设备，这是一款杰出的低压交流传动产品，安装、配置和使用十分简单，对风机、水泵应用做了特别的优化，常用于恒压供水、冷却风机、地铁、隧道等行业，KM3~KM6为施耐德LC1D产品，可靠隔离，受控于PLC，主要根据用户工艺要求起控制作用，继电器采用欧姆龙的MY系列产品，能承受较大的小功率负载，可靠隔离，在该系统中主要隔离PLC-IO端子和接触器控制线圈，保护PLC等重要设备，PLC采用西门子S7-200系列，安全、可靠、编程方便简单，极大提高了系统的稳定性、缩短了系统的开发周期。

3.系统特点

节能：本装置与其他的控制系统不同，它的能量损失最小，泵仅在要求供水时才提高转速，在从零至最大的不同流量要求时，通过改变泵的转速，使之始终输出恒定的压力。在用水量极小时，比如夜间，系统可通过PID调节自动降低泵的转速。

运行经济：使用变频无级调速系统可以快速调整泵的供水流量，并向用户提

供合适的供水压力。合适的工作压力使得设备的使用时间长，且泵、阀门、仪表及其他水暖器材的磨损很小，不易损坏。标准化的元器件和极大的互换性可减少大量备品备件。

快速收回投资：较高的投资费用将因较低的能量消耗在短期内得到补偿。显著的节能效果可快速收回投资费用。

4.系统运行

(1)首先操作人员在触摸屏上输入该系统参数，例如压力设定值(该系统维持的管网恒定压力)、PID参数(对于同一个系统模型参数可以固定)、手动启动泵的压力设定值、压力上限值、压力下限值、压力报警值、压力欲度量(开启辅泵的压力阀值)、欲度延时时间等相关参数；

(2)如果是新房，从未上过水，则需要先将系统打到手动档，系统则根据手动压力值，对新楼房管网进行一定量的灌水，以预置管网压力；

(3)数秒后，再切换至自动档位，此时系统将自动根据管网压力大小调节水泵转速，以维持压力设定值恒定，如果变频器达到工频而压力仍然超过阀值，延时数秒后，则开启辅泵，停泵按照后启先停原则；

(4)系统每隔24个小时将自动切换主辅泵工作方式；

(5)采用上述方法，可以达到公平竞争原则，使每台泵的运行时间基本一致。

此外，该系统报警系统包括压力报警，电机故障报警，水箱水位低限报警，变频器故障报警等等，针对不同报警有不同的处理机制，最大限度的保证安全可靠。