全自動(dòng)多泵組合供水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

1、全自動(dòng)多泵組合供水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)    2011-9-19 1:22:21   論文代寫(xiě)   作者：張仁醒       摘 要:提出一種利用PLC控制的全自動(dòng)組合供水系統(tǒng),系統(tǒng)的泵站由5臺(tái)揚(yáng)程相同流量不等級(jí)差相近的水泵和兩只電接點(diǎn)壓力表組成,5臺(tái)不同流量的水泵相互不同組合可實(shí)現(xiàn)30級(jí)供水流量,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水效果。同時(shí)本系統(tǒng)還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了消防信號(hào)和水池缺水停泵和故障自動(dòng)倒泵功能。  關(guān)鍵詞:PLC;控制;水泵;組合供水 1前

2、言 在當(dāng)前應(yīng)用較普遍的是變頻恒壓供水系統(tǒng)具有供水壓力穩(wěn)定,能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止和高效節(jié)能等特點(diǎn)。但也有其缺點(diǎn):變頻器及配套器件價(jià)格昂貴,其配套器件通常占供水設(shè)備總投資很大份額;對(duì)用戶的使用,維護(hù)要求高;變頻器的下調(diào)頻率只有在100%到30%的范圍內(nèi)才具有明顯的節(jié)能效果。如果再下調(diào)頻率,就會(huì)出現(xiàn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)而不出水的工況,也就是說(shuō),在用水低峰期不僅不能變頻恒壓供水,而且水泵工況惡化,發(fā)熱造成的損耗也會(huì)比額定功率提高25%;變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)附近的電子類(lèi)電器設(shè)備(如電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等)的干擾較大。要抑制這種干擾,必須配置高性能的噪聲濾波器,但這樣又會(huì)使本來(lái)就比較昂貴的變頻器投資更大,

3、工作可靠性也會(huì)相應(yīng)降低。由于變頻恒壓供水的優(yōu)缺點(diǎn)兼而有之,因此比較適用于大容量的恒壓供水系統(tǒng),對(duì)一般用戶而言,采用變頻恒壓供水是否最佳,值得研究和有待實(shí)踐。文中將詳細(xì)介紹一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的水控制系統(tǒng)。 2組合全自動(dòng)供水系統(tǒng)的構(gòu)思 所謂恒壓供水,是指供水系統(tǒng)的供水壓力始終保持在差值較小的上、下限之間。PLC控制的組合全自動(dòng)供水系統(tǒng),指的是當(dāng)供水系統(tǒng)的用水量變化時(shí),由裝在供水主管道的電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)設(shè)定的供水壓力上限P上限和下限P下限的開(kāi)關(guān)信號(hào),輸入PLC后,PLC根據(jù)這兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)的信號(hào)的狀態(tài),自動(dòng)控制數(shù)臺(tái)揚(yáng)程相同、流量不等的水泵組合啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)供水壓力P供水3泵站的組成 供水系統(tǒng)如圖1所示。它

4、主要由5臺(tái)離心泵1-5,水池浮球閥、止回閥、截止閥、電接點(diǎn)壓力表組成。按建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ15-88),計(jì)算出日用水最大小時(shí)流量QS=220.3m3/H。另外水泵房水泵機(jī)組安裝于地下6m處,最高建筑與水泵房地面高差為35m,所以選擇5臺(tái)泵的揚(yáng)程均為60m,流量分別為12.6 m3/H 、18 m3/H、32m3/H、72m3/H、100m3/H,這5臺(tái)泵組合可獲得級(jí)差近似流量:12.6、18、30.6、32、44.6、50、62.6、72、84.6、90、100、102.6、104、112.6、118、122、130.6、132、134.6、144.6、150、162.6、172、1

5、84.6、190、02.6、204、216.6、222、234.6m3/H(組合方式見(jiàn)上表),由此可見(jiàn),當(dāng)改變泵的組合供水時(shí),流量的變化級(jí)差不大于12.6m3/H,所以能使供水壓力在較小的范圍內(nèi)波動(dòng),保證實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水。裝在泵站輸出口的兩個(gè)電接點(diǎn)壓力表,一個(gè)按供水壓力下限設(shè)定,另一個(gè)按供水壓力上限設(shè)定。泵站輸出管一端通過(guò)截止閥和止回閥與市政管網(wǎng)連接,另一端與用戶管網(wǎng)連接。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于泵站供水壓力下限時(shí),水泵運(yùn)行加壓,此時(shí)止回閥防止加壓水回流市政管網(wǎng)。而當(dāng)市政管網(wǎng)水壓大于或等于泵站供水壓力下限時(shí),泵站停止運(yùn)行,直接由市政管網(wǎng)供水,水池通過(guò)截止閥和浮球閥由市政管網(wǎng)供水,當(dāng)水位達(dá)到控制水位時(shí),浮球

6、閥自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水。泵站5臺(tái)電機(jī)電路如圖2所示。 4控制系統(tǒng)及其工作過(guò)程 4.1輸入輸出線路 本泵站選用FX2N-32MR型PLC控制器,輸入輸出線路如圖3所示。輸入端子X(jué)0和X1分別連接電按點(diǎn)壓力表的水壓下限開(kāi)關(guān)和上限開(kāi)關(guān);端子X(jué)2-X6分別是泵1-泵5的點(diǎn)動(dòng)按鈕。點(diǎn)動(dòng)按鈕的作用是控制系統(tǒng)安裝及調(diào)試及維修時(shí),單獨(dú)對(duì)每臺(tái)泵進(jìn)行試機(jī)。X7接水池低水位信號(hào),X10為消防輸入信號(hào),X11-X15接五臺(tái)水泵的電機(jī)主線路熱繼電器動(dòng)合觸點(diǎn),將電機(jī)的故障信號(hào)輸入到PLC中,X16為報(bào)警復(fù)位按鈕。PLC的9個(gè)輸出端子Y0-Y10分別連接驅(qū)動(dòng)泵1-泵5電動(dòng)機(jī)的交流接觸器KM1-KM9、Y11-Y15用于泵1-泵5的

7、故障指示燈HL1-HL5,Y16接報(bào)警蜂鳴器。其中與電按點(diǎn)壓力表水壓下限開(kāi)關(guān)連接的輸入繼電器X0采用動(dòng)斷觸點(diǎn);而與電按點(diǎn)壓力表水壓上限開(kāi)關(guān)連接的輸入繼電器X1則采用用動(dòng)合觸點(diǎn)。PLC的輸出繼電器Y0-Y10用于水泵電機(jī)交流接觸器KM1-KM9。Y16用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警用的蜂鳴器。 4.2控制系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程 當(dāng)泵站供水壓力P供水2,m2得電自鎖,并接通接觸器Km2,使泵2啟動(dòng),按此控制規(guī)律相繼接通T2、T3、T4并各延時(shí)30s后逐臺(tái)啟動(dòng)泵3、泵4和泵5。如果相繼啟動(dòng)到任一臺(tái)泵時(shí),供水壓力符合P下限P供水P上限時(shí),X0和X1均斷開(kāi),既不能啟動(dòng)未啟動(dòng)的泵,也不能使運(yùn)行中的任一臺(tái)水泵停止運(yùn)行。這樣就可以在用水

8、量增加過(guò)程確保供水壓力始終處于P下限和P上限的范圍內(nèi);若處于用水下降期,無(wú)論原來(lái)運(yùn)行的泵是哪幾臺(tái),只要用水量減少,P供水就會(huì)升高,當(dāng)達(dá)到P供水P上限時(shí),X0繼續(xù)斷開(kāi),切斷泵的啟動(dòng)回路。X1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,接通泵的停止回路。此時(shí)電路首先接通定時(shí)器T5,延時(shí)30s后,T5的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)輔助繼電器M1,令泵1停止,若泵1停止后,供水壓力仍處于P供水P上限狀態(tài),則延時(shí)30s后停泵2,按此規(guī)律逐臺(tái)停止泵的運(yùn)行。一旦供水壓力滿足P下限P供水無(wú)論用水量如何變化,這種控制系統(tǒng)總能根據(jù)用水量變化后產(chǎn)生的壓力開(kāi)關(guān)信號(hào),自動(dòng)控制泵的組合運(yùn)行,輸出與用水量基本符合的流量,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒壓供水。4.3故障報(bào)警及倒泵 如果供水系

9、統(tǒng)出現(xiàn)故障,一般有以下三情況:一是某臺(tái)水泵電機(jī)堵轉(zhuǎn)或過(guò)載,串接在電機(jī)主線路的熱繼電器動(dòng)作,該繼電器信號(hào)接點(diǎn)閉合,其開(kāi)關(guān)信號(hào)送給PLC,PLC經(jīng)程序運(yùn)行后發(fā)出停泵指令并接通對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈及報(bào)警器,同時(shí)根據(jù)程序要求投入另外一臺(tái)水泵;一是P供水P上限時(shí),由于控制系統(tǒng)控制失靈未能停泵。在這種情況下P供水一直等于或大于P上限,即X1始終閉合,在梯形圖中用該觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)T15同樣設(shè)定時(shí)間為600s,如果該定時(shí)器有輸出信號(hào),同樣驅(qū)動(dòng)蜂鳴器,發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。該蜂鳴器通過(guò)導(dǎo)線連接到值班房中,一旦發(fā)生故障便可立即處理。 4.4消防及低水位停泵 當(dāng)出現(xiàn)消防信號(hào)或水池低水位(水池必須至少留有200m3水以作消防用水)時(shí),

10、即使P供水5供水控制系統(tǒng)的調(diào)試 5.1系統(tǒng)脫機(jī)調(diào)試 將程序?qū)懭隤LC按以下幾種情況進(jìn)行調(diào)試。用水上升期模擬,觀察PLC輸出指示燈,接通水壓下限接點(diǎn)X0,10秒后Y0燈亮,再過(guò)10秒,Y1燈亮,直至Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈亮后斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0,此時(shí)所有燈均不滅。符合要求。用水下降期模擬,緊接著上一步斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0,保持水壓上限接點(diǎn)X1接通,10秒后Y0燈滅,再過(guò)10秒,Y1燈也滅,最后Y0到Y(jié)10燈均滅,斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,Y0到Y(jié)10任何一個(gè)燈都不亮,只有再次接通水壓下限接點(diǎn)X0時(shí)才又從Y0開(kāi)始點(diǎn)亮。模擬用水量交替變化情況,取流量62.6m3/H為測(cè)試點(diǎn),分兩種

11、情況,第一是先增后減,即從62.6m3/H到72m3/H再到50m3/H,模擬水壓低斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1接通水壓下限接點(diǎn)X0直至Y0、Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,Y3、Y5燈亮后又模擬水壓高斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1,10秒后Y0燈滅,再過(guò)10秒Y1燈滅,又過(guò)10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。此時(shí)模擬水壓高斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1,則Y3、Y5燈也滅,又模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,Y0、Y1、Y2燈間隔10秒點(diǎn)亮。模擬水壓高再接通水壓上限接點(diǎn)X1斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0,Y0燈滅,剩下Y1、Y2燈亮;第二

12、先減后增,即從62.6m3/H到50m3/H再到72m3/H,接通水壓下限接點(diǎn)X0當(dāng)Y0、Y1、Y2燈亮后模擬水壓高斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1,Y0燈滅,剩下Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,10秒后Y0燈亮,再過(guò)10秒后Y3、Y5陸續(xù)點(diǎn)亮。即Y0、Y1、Y2、Y3、Y5均點(diǎn)亮,模擬水壓高斷開(kāi)水壓下限接點(diǎn)X0接通水壓上限接點(diǎn)X1,10秒后Y0燈滅,再過(guò)10秒Y1燈滅,又過(guò)10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。故障模擬,接通水壓下限接點(diǎn)X0,當(dāng)Y0、Y1燈亮?xí)r接通泵1故障接點(diǎn)水壓上限接點(diǎn)X11,Y0燈立即滅,Y11、Y16燈立即點(diǎn)亮,此時(shí)即使水壓上限接

13、點(diǎn)X11斷開(kāi),Y11、Y16燈也不滅直至故障復(fù)位按X16鈕接通后才能滅。如果繼續(xù)接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,10秒后Y2燈亮。按以上步驟再分別接通X12、X13、X14、X15。水池低水位或消防信號(hào)模擬。先接通水壓下限接點(diǎn)X0斷開(kāi)水壓上限接點(diǎn)X1,此時(shí)分兩種情況測(cè)試,第一,當(dāng)Y0、Y1燈亮?xí)r接通X7或X10,在水壓下限接點(diǎn)X0仍接通時(shí),Y1、Y0每隔10秒燈滅。且不復(fù)亮,只有X7或X10斷開(kāi)10秒后Y0燈才亮。第二,當(dāng)Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10均亮后接通X7或X10,Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈則立即滅,然后Y1、Y0間隔10秒燈滅,在不斷開(kāi)X7或X10的情況

14、下使水壓下限接點(diǎn)X0接通600秒,Y0到Y(jié)10燈均不亮。 5.2 PLC在線有載調(diào)試 接上水泵電機(jī)主線路電源,用點(diǎn)動(dòng)按鈕分別啟動(dòng)每臺(tái)水泵電機(jī),如果電機(jī)轉(zhuǎn)向與水泵運(yùn)行方向相同時(shí)則分別在對(duì)應(yīng)線端標(biāo)上U1、V1、W1或U2、V2、W2標(biāo)簽。如果電機(jī)轉(zhuǎn)向與水泵運(yùn)行方向相反時(shí)則將任兩根電源線對(duì)調(diào)后再試,轉(zhuǎn)向相同后再分別在對(duì)應(yīng)線端標(biāo)上U1、V1、W1或U2、V2、W2標(biāo)簽。 5.3電接點(diǎn)壓力表水壓下限P下限和上限P上限的調(diào)試設(shè)定 調(diào)試的關(guān)鍵是電接點(diǎn)壓力表水壓下限P下限和上限P上限的設(shè)定。我們用燃?xì)鉄崴鞲鶕?jù)最高樓層中熱水器可靠點(diǎn)火供熱水時(shí)泵站最低供水壓力做為P下限,而供水壓力上限則根據(jù)本泵站的最小流量級(jí)差

15、(12.6m3/H),在所選用的水泵的H-Q曲線上查出此流量差所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程差值H差,在泵組的H-Q曲線上取最大的H差max,則P上限=P下限+H差max,根據(jù)以上方法,本供水系統(tǒng)的P下限=0.41MPa,H差max=0.12MPa,則P上限=0.53MPa。 6結(jié)束語(yǔ) 本供水系統(tǒng)建成并投入運(yùn)行至今已一年多,實(shí)踐表明,這種供水方式與變頻恒壓供水方式相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,價(jià)格低,投資少,設(shè)備折舊費(fèi)低;工作可靠,壽命長(zhǎng);對(duì)使用、維護(hù)的技術(shù)要求低;自動(dòng)化程度相等;節(jié)能效果比變頻恒壓供水差一些,但比傳統(tǒng)供水方式好得多;對(duì)泵站周?chē)娮宇?lèi)電器等無(wú)噪聲干擾;在供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的整個(gè)壽命期中,從投資

16、、折舊、節(jié)能、維修等方面衡量,本系統(tǒng)綜合效益優(yōu)于同容量的變頻恒壓供水系統(tǒng),但主要缺點(diǎn)是水泵啟停頻繁,所以本系統(tǒng)只適用于供水量較小的場(chǎng)合。對(duì)市政等大型泵站不適用。 參考文獻(xiàn): 1 汪曉光,孫曉瑛,王艷丹等.可編程控制器原理及應(yīng)用(上.下)冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社2002.5. 2 王兆義.可編程控制器實(shí)用技術(shù);機(jī)械工業(yè)出版社,1996.8. 3 李紅斌,張承慧,宋軍,萬(wàn)軍.遠(yuǎn)程供水變頻調(diào)速計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).2002(01):1418. 4 陳虹,史旺旺,唐鴻儒,劉正意.中小型水廠自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法.給水排水;2001,27(11):8690. 5 韓濤,錢(qián)毅.變頻調(diào)速供水系統(tǒng)控制特性的改進(jìn).供水排水.1995,21(6):3132. 6 蔡燕,陳振翼.微機(jī)控制變頻調(diào)速水泵恒壓供水系統(tǒng).天津紡織工學(xué)院學(xué)報(bào),1994,13(3):5457. 7 高新陵,宋曉平.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研制.河