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    摘 要： 無負(fù)壓供水系統(tǒng)用于生活用水的二次增壓。所謂為無負(fù)壓是指在水泵工作時對市政管網(wǎng)的給水壓力不產(chǎn)生壓降，這就需要真空抑制技術(shù)、穩(wěn)流補(bǔ)償技術(shù)、預(yù)壓平衡補(bǔ)償技術(shù)、能量儲存釋放技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和智能控制技術(shù)等多種技術(shù)共同作用來實現(xiàn)。智能控制器目前有基于單片機(jī)專用的控制器和基于PLC的智能控制器。PLC以其靈活和可靠的特點越來越多地應(yīng)用在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中。和利時公司的LM系列PLC以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、優(yōu)化的PID技術(shù)以及無負(fù)壓供水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，在無負(fù)壓供水設(shè)備中越來越多的應(yīng)用。

   關(guān)鍵詞 無負(fù)壓供水；和利時LM系列PLC；控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)程序

   1 引言

   無負(fù)壓供水是在變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的先進(jìn)之處在于將系統(tǒng)直接與自來水管網(wǎng)串聯(lián)對接，而不用建立水池和設(shè)置水箱，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。這種供水方式實現(xiàn)了無池供水與變頻恒壓供水的結(jié)合，能夠達(dá)到比其它供水方式更環(huán)保節(jié)能的效果。此外在供水過程中，充分利用自來水原有的壓力，因此可節(jié)電50%以上。不僅如此，無負(fù)壓供水系統(tǒng)結(jié)合真空抑制、穩(wěn)流補(bǔ)償、預(yù)壓平衡補(bǔ)償、能量儲存釋放、變頻調(diào)速和智能控制等技術(shù)，在供水的同時不，會對市政管網(wǎng)產(chǎn)生壓降，從而保證了市政管網(wǎng)的正常運行。

   2 無負(fù)壓供水工藝概述

   無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)的核心概念就是通過變頻器控制水泵的運行頻率，達(dá)到節(jié)能供水的效果，同時系統(tǒng)還加入了市政管網(wǎng)保護(hù)功能、水泵保護(hù)功能以及故障處理等功能。為了節(jié)約成本，目前人們大多采用一個變頻器控制多個水泵的變頻運行方式，也就是我們常說的一拖二、一拖三或一拖四等控制系統(tǒng)。采用這種方式，變頻器輪流控制各個水泵變頻運行。

   水泵的運行方式有兩種，一種是變頻運行，一種是工頻運行。水泵的運行方式由中央控制器根據(jù)用戶用水量的多少自動控制。系統(tǒng)啟動后，水泵首先變頻運行，當(dāng)用水量增加時，變頻水泵轉(zhuǎn)換為工頻運行，并啟動下一臺水泵變頻運行。用水量減少后，工頻水泵退出運行，水泵的投切過程如此循環(huán)反復(fù)。

   在用水量很少，或沒有用水時，為了節(jié)能與延長水泵的使用壽命，水泵還可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)用水量增加時，水泵會自動從休眠狀態(tài)中被喚醒。當(dāng)一臺水泵長時間運行時，為了使各個水泵均衡運行，系統(tǒng)會自動選擇運行時間最短的水泵運行。當(dāng)有水泵出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動跳過該水泵，不會影響其他水泵的投切過程。

   3 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

   在傳統(tǒng)的無負(fù)壓供水設(shè)備中，控制器大多采用單片機(jī)設(shè)計，這種控制器一般都不允許用戶對其內(nèi)部的程序進(jìn)行修改。如果想增加一些功能，則必須找控制器的供應(yīng)商幫助完成。這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的靈活性較差，而且這種控制器一般都沒有經(jīng)過可靠性測試，在可靠性方面可能存在或多或少的問題。

   采用PLC作為核心控制單元，在可靠性上得到了保證，其開放的編程環(huán)境也使系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)更加方便。不僅如此，和利時還為無負(fù)壓供水設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的例程，用戶可以直接使用這個例程搭建無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)，或者可以根據(jù)需要對例程進(jìn)行簡單的修改，這樣大大提高了系統(tǒng)的建立效率以及系統(tǒng)的開放性。

   本次設(shè)計針對1拖3無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護(hù)器、故障報警燈等組成。PLC負(fù)責(zé)三個水泵的投切控制算法，根據(jù)管網(wǎng)出口的設(shè)定壓力動態(tài)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以及實現(xiàn)倒泵、休眠、故障處理、無負(fù)壓補(bǔ)償?shù)裙δ堋１鞠到y(tǒng)采用和利時LM系列PLC作為系統(tǒng)控制器，并且通過LM系列PLC自帶的RS232接口連接現(xiàn)場的觸摸屏HT6720T，觸摸屏程序具有系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、查詢系統(tǒng)報警記錄等功能。為了便于用戶查詢控制系統(tǒng)的運行狀況以及設(shè)置出口壓力等參數(shù)，這里還用LM系列PLC自帶的RS485接口連接了一個短信數(shù)傳模塊，用戶可以通過手機(jī)隨時查詢水泵的運行狀況以及設(shè)定管網(wǎng)的出口壓力。無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

                 
                                   3-1 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

   4 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

   根據(jù)工藝要求，無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

                     
                           圖2 無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖

   無負(fù)壓供水控制系統(tǒng)操作界面由觸摸屏HT6720T制作。操作界面主要可以完成無負(fù)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(shè)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3所示，可以查看各個水泵的運行狀態(tài)以及進(jìn)水壓力、目標(biāo)壓力和出水壓力等幾個重要的輸出參數(shù)。

   圖4和圖5是參數(shù)設(shè)置界面，可以進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。所設(shè)置的參數(shù)均為掉電保持。LM系列PLC中掉電保持區(qū)的數(shù)據(jù)為永久保持，可以避免因停電導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)丟失的后顧之憂。圖6為觸摸屏報警查詢畫面，可以查詢實時報警和歷史報警信息。
  
                 
                                   圖3 觸摸屏工況界面

                  
                                  圖4 觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面一

                  
                                圖5 觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面二

                   
                              圖6 觸摸屏報警查詢畫面

   5 系統(tǒng)的特點

   基于LM系列PLC的無負(fù)壓供水系統(tǒng)具有如下特點：

   可靠性

   可靠性是無負(fù)壓供水系統(tǒng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的單片機(jī)控制器相比，LM系列PLC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。LM系列PLC的輸入和輸出點都是與現(xiàn)場隔離的，這為系統(tǒng)的可靠性提供了硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)所提供的增量PID運算功能塊使系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的用水量迅速調(diào)節(jié)給水泵的工作頻率，使給水壓力以較快的速度穩(wěn)定在設(shè)定值，這也在功能上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

   易用性

   LM系列PLC體積小、集成化程度高、運算速度快、邏輯控制容量大，還可以進(jìn)行在線調(diào)試和離線調(diào)試，有強(qiáng)大的視圖功能，可以大大降低編程調(diào)試的工作量，縮短調(diào)試的周期。靈活的編程功能，可以給未來的系統(tǒng)升級帶來極大方便。系統(tǒng)采用7英寸TFT觸摸屏，整個系統(tǒng)的運行狀況一目了然，各項控制參數(shù)也可以根據(jù)不同工況進(jìn)行調(diào)整，并可以生成實時報警與歷史報警列表。同時，還利用LM系列PLC自帶的RS485接口連接短信數(shù)傳模塊，用戶可以直接通過手機(jī)隨時查詢系統(tǒng)的運行工況，并可以進(jìn)行管網(wǎng)出口壓力等參數(shù)的設(shè)置。

   功能性

   本系統(tǒng)是在LM系列PLC的無負(fù)壓供水標(biāo)準(zhǔn)程序的基礎(chǔ)上建立的，實現(xiàn)的功能包括了水泵的自動投切功能、休眠倒泵功能、水泵優(yōu)先級判斷功能、優(yōu)化的故障處理功能、多時段設(shè)定功能、低水位自動保護(hù)功能、無負(fù)壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個系統(tǒng)的搭建過程幾乎沒有對標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行修改，在實現(xiàn)了強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上，方便快速地完成了控制系統(tǒng)的搭建。

   參考文獻(xiàn)

   [ 1 ] 唐小猛，無負(fù)壓供水設(shè)備技術(shù)分析[J]，廣州大學(xué)學(xué)報

   [ 2 ] 姚宏、田勝，二次加壓泵站運行現(xiàn)狀及節(jié)能改造措施淺析[J]，節(jié)能技術(shù)

   [ 3 ] 馬戍環(huán)，無負(fù)壓給水設(shè)備及管網(wǎng)準(zhǔn)用的技術(shù)條件，給水排水

   [ 4 ] 顧戰(zhàn)松，《可編程控制器原理與應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社

   [ 5 ] 和利時公司，HOLLiAS LM小型可編程控制器硬件手冊，2008

   作者簡介：

   劉雍，男，碩士研究生，研究方向為自動控制，現(xiàn)任北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司行業(yè)技術(shù)支持。