全自動多泵組合供水系統(tǒng)的開發(fā)

1、全自動多泵組合供水系統(tǒng)的開發(fā)    2011-9-19 1:22:21   論文代寫   作者：張仁醒       摘 要:提出一種利用PLC控制的全自動組合供水系統(tǒng),系統(tǒng)的泵站由5臺揚程相同流量不等級差相近的水泵和兩只電接點壓力表組成,5臺不同流量的水泵相互不同組合可實現(xiàn)30級供水流量,實現(xiàn)準恒壓供水效果。同時本系統(tǒng)還同時實現(xiàn)了消防信號和水池缺水停泵和故障自動倒泵功能。  關(guān)鍵詞:PLC;控制;水泵;組合供水 1前

2、言 在當前應(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,能實現(xiàn)水泵電機的軟啟動、軟停止和高效節(jié)能等特點。但也有其缺點:變頻器及配套器件價格昂貴,其配套器件通常占供水設(shè)備總投資很大份額;對用戶的使用,維護要求高;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,就會出現(xiàn)水泵運轉(zhuǎn)而不出水的工況,也就是說,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)熱造成的損耗也會比額定功率提高25%;變頻器產(chǎn)生的高次諧波對附近的電子類電器設(shè)備(如電視機、收音機、手機等)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,但這樣又會使本來就比較昂貴的變頻器投資更大,

3、工作可靠性也會相應(yīng)降低。由于變頻恒壓供水的優(yōu)缺點兼而有之,因此比較適用于大容量的恒壓供水系統(tǒng),對一般用戶而言,采用變頻恒壓供水是否最佳,值得研究和有待實踐。文中將詳細介紹一種既經(jīng)濟又可靠的水控制系統(tǒng)。 2組合全自動供水系統(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控制的組合全自動供水系統(tǒng),指的是當供水系統(tǒng)的用水量變化時,由裝在供水主管道的電接點壓力表檢測設(shè)定的供水壓力上限P上限和下限P下限的開關(guān)信號,輸入PLC后,PLC根據(jù)這兩個壓力開關(guān)的信號的狀態(tài),自動控制數(shù)臺揚程相同、流量不等的水泵組合啟動運行。當供水壓力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臺離心泵1-5,水池浮球閥、止回閥、截止閥、電接點壓力表組成。按建筑給水排水設(shè)計規(guī)范(GBJ15-88),計算出日用水最大小時流量QS=220.3m3/H。另外水泵房水泵機組安裝于地下6m處,最高建筑與水泵房地面高差為35m,所以選擇5臺泵的揚程均為60m,流量分別為12.6 m3/H 、18 m3/H、32m3/H、72m3/H、100m3/H,這5臺泵組合可獲得級差近似流量: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(組合方式見上表),由此可見,當改變泵的組合供水時,流量的變化級差不大于12.6m3/H,所以能使供水壓力在較小的范圍內(nèi)波動,保證實現(xiàn)準恒壓供水。裝在泵站輸出口的兩個電接點壓力表,一個按供水壓力下限設(shè)定,另一個按供水壓力上限設(shè)定。泵站輸出管一端通過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。當管網(wǎng)壓力低于泵站供水壓力下限時,水泵運行加壓,此時止回閥防止加壓水回流市政管網(wǎng)。而當市政管網(wǎng)水壓大于或等于泵站供水壓力下限時,泵站停止運行,直接由市政管網(wǎng)供水,水池通過截止閥和浮球閥由市政管網(wǎng)供水,當水位達到控制水位時,浮球

6、閥自動關(guān)閉進水。泵站5臺電機電路如圖2所示。 4控制系統(tǒng)及其工作過程 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X0和X1分別連接電按點壓力表的水壓下限開關(guān)和上限開關(guān);端子X2-X6分別是泵1-泵5的點動按鈕。點動按鈕的作用是控制系統(tǒng)安裝及調(diào)試及維修時,單獨對每臺泵進行試機。X7接水池低水位信號,X10為消防輸入信號,X11-X15接五臺水泵的電機主線路熱繼電器動合觸點,將電機的故障信號輸入到PLC中,X16為報警復(fù)位按鈕。PLC的9個輸出端子Y0-Y10分別連接驅(qū)動泵1-泵5電動機的交流接觸器KM1-KM9、Y11-Y15用于泵1-泵5的

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

8、量增加過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,無論原來運行的泵是哪幾臺,只要用水量減少,P供水就會升高,當達到P供水P上限時,X0繼續(xù)斷開,切斷泵的啟動回路。X1動合觸點閉合,接通泵的停止回路。此時電路首先接通定時器T5,延時30s后,T5的動合觸點斷開輔助繼電器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30s后停泵2,按此規(guī)律逐臺停止泵的運行。一旦供水壓力滿足P下限P供水無論用水量如何變化,這種控制系統(tǒng)總能根據(jù)用水量變化后產(chǎn)生的壓力開關(guān)信號,自動控制泵的組合運行,輸出與用水量基本符合的流量,實現(xiàn)準恒壓供水。4.3故障報警及倒泵 如果供水系

9、統(tǒng)出現(xiàn)故障,一般有以下三情況:一是某臺水泵電機堵轉(zhuǎn)或過載,串接在電機主線路的熱繼電器動作,該繼電器信號接點閉合,其開關(guān)信號送給PLC,PLC經(jīng)程序運行后發(fā)出停泵指令并接通對應(yīng)的信號燈及報警器,同時根據(jù)程序要求投入另外一臺水泵;一是P供水P上限時,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驅(qū)動T15同樣設(shè)定時間為600s,如果該定時器有輸出信號,同樣驅(qū)動蜂鳴器,發(fā)出故障報警信號。該蜂鳴器通過導(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 當出現(xiàn)消防信號或水池低水位(水池必須至少留有200m3水以作消防用水)時,

10、即使P供水5供水控制系統(tǒng)的調(diào)試 5.1系統(tǒng)脫機調(diào)試 將程序?qū)懭隤LC按以下幾種情況進行調(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X0,10秒后Y0燈亮,再過10秒,Y1燈亮,直至Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈亮后斷開水壓下限接點X0,此時所有燈均不滅。符合要求。用水下降期模擬,緊接著上一步斷開水壓下限接點X0,保持水壓上限接點X1接通,10秒后Y0燈滅,再過10秒,Y1燈也滅,最后Y0到Y(jié)10燈均滅,斷開水壓上限接點X1,Y0到Y(jié)10任何一個燈都不亮,只有再次接通水壓下限接點X0時才又從Y0開始點亮。模擬用水量交替變化情況,取流量62.6m3/H為測試點,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,模擬水壓低斷開水壓上限接點X1接通水壓下限接點X0直至Y0、Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,Y3、Y5燈亮后又模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,10秒后Y0燈滅,再過10秒Y1燈滅,又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。此時模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,則Y3、Y5燈也滅,又模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,Y0、Y1、Y2燈間隔10秒點亮。模擬水壓高再接通水壓上限接點X1斷開水壓下限接點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X0當Y0、Y1、Y2燈亮后模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,Y0燈滅,剩下Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,10秒后Y0燈亮,再過10秒后Y3、Y5陸續(xù)點亮。即Y0、Y1、Y2、Y3、Y5均點亮,模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,10秒后Y0燈滅,再過10秒Y1燈滅,又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。故障模擬,接通水壓下限接點X0,當Y0、Y1燈亮?xí)r接通泵1故障接點水壓上限接點X11,Y0燈立即滅,Y11、Y16燈立即點亮,此時即使水壓上限接

13、點X11斷開,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X0斷開水壓上限接點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模擬。先接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,此時分兩種情況測試,第一,當Y0、Y1燈亮?xí)r接通X7或X10,在水壓下限接點X0仍接通時,Y1、Y0每隔10秒燈滅。且不復(fù)亮,只有X7或X10斷開10秒后Y0燈才亮。第二,當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X7或X10的情況

14、下使水壓下限接點X0接通600秒,Y0到Y(jié)10燈均不亮。 5.2 PLC在線有載調(diào)試 接上水泵電機主線路電源,用點動按鈕分別啟動每臺水泵電機,如果電機轉(zhuǎn)向與水泵運行方向相同時則分別在對應(yīng)線端標上U1、V1、W1或U2、V2、W2標簽。如果電機轉(zhuǎn)向與水泵運行方向相反時則將任兩根電源線對調(diào)后再試,轉(zhuǎn)向相同后再分別在對應(yīng)線端標上U1、V1、W1或U2、V2、W2標簽。 5.3電接點壓力表水壓下限P下限和上限P上限的調(diào)試設(shè)定 調(diào)試的關(guān)鍵是電接點壓力表水壓下限P下限和上限P上限的設(shè)定。我們用燃氣熱水器根據(jù)最高樓層中熱水器可靠點火供熱水時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應(yīng)的揚程差值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 本供水系統(tǒng)建成并投入運行至今已一年多,實踐表明,這種供水方式與變頻恒壓供水方式相比,具有以下優(yōu)點:控制系統(tǒng)簡單,價格低,投資少,設(shè)備折舊費低;工作可靠,壽命長;對使用、維護的技術(shù)要求低;自動化程度相等;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;對泵站周圍電子類電器等無噪聲干擾;在供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的整個壽命期中,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),但主要缺點是水泵啟停頻繁,所以本系統(tǒng)只適用于供水量較小的場合。對市政等大型泵站不適用。 參考文獻: 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.機械工業(yè)出版社2002.5. 2 王兆義.可編程控制器實用技術(shù);機械工業(yè)出版社,1996.8. 3 李紅斌,張承慧,宋軍,萬軍.遠程供水變頻調(diào)速計算機控制系統(tǒng)設(shè)計.2002(01):1418. 4 陳虹,史旺旺,唐鴻儒,劉正意.中小型水廠自動化技術(shù)的實現(xiàn)方法.給水排水;2001,27(11):8690. 5 韓濤,錢毅.變頻調(diào)速供水系統(tǒng)控制特性的改進.供水排水.1995,21(6):3132. 6 蔡燕,陳振翼.微機控制變頻調(diào)速水泵恒壓供水系統(tǒng).天津紡織工學(xué)院學(xué)報,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