自動恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制方式的介紹

引言

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》是在PC機(jī)上開發(fā)的智能型人機(jī)接口（HMI）軟件系統(tǒng)，運(yùn)行于 Windows 98/2000/NT/XP 中文操作系統(tǒng)平臺，全中文界面。產(chǎn)品在開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中，采用國際先進(jìn)的組態(tài)理念，吸收當(dāng)前國內(nèi)外先進(jìn)組態(tài)軟件的優(yōu)秀成果，并經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)測試和眾多行業(yè)的現(xiàn)場實(shí)踐。

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》作為一個(gè)實(shí)時(shí)的人機(jī)界面實(shí)用程序生成器，可以產(chǎn)生在管理級別上的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）程序?！妒兰o(jì)星組態(tài)軟件》由開發(fā)系統(tǒng)（CSMaker）和運(yùn)行系統(tǒng)（CSViewer）兩部分組成。CSMaker 和 CSViewer 是各自獨(dú)立的 世紀(jì)星組態(tài)軟件Windows 32 位應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用，兩者又相互依存，在開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在運(yùn)行系統(tǒng)中才能運(yùn)行。

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》運(yùn)行系統(tǒng)是世紀(jì)星的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換。它通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理從工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時(shí)完成報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能。

概述

供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：

（1）維持水壓恒定

（2）控制系統(tǒng)可手動/自動運(yùn)行

（3）多臺泵自動切換運(yùn)行

（4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時(shí)自動喚醒

（5）在線調(diào)整PID參數(shù)；

（6）泵組及線路保護(hù)檢測報(bào)警，信號顯示等將管網(wǎng)的實(shí)際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時(shí)，變頻器增大輸出頻率，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。

一般供水方式，多為用水量調(diào)節(jié)開停泵數(shù)量，壓力偏小時(shí)加泵，壓力偏高時(shí)減泵。傳統(tǒng)控制方式為人工手動控制，存著如下缺點(diǎn)： 操作方式落后，人為因素很大；管理方式落后，無法建立嚴(yán)格科學(xué)管理體制；設(shè)備運(yùn)行不合理，維修量大，使用壽命短；能耗高、機(jī)械磨損大，生產(chǎn)成本高；采用自動恒壓供水系統(tǒng)，可以大大改善供水性能，穩(wěn)定供水壓力，節(jié)約電能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用一臺變頻器控制多臺水泵以循環(huán)工作方式，中心控制器為PLC可編程控制器，以設(shè)定壓力和反饋壓力為控制目標(biāo)，以PID為控制算法組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。以降壓啟動柜或軟啟動器作為工頻運(yùn)行回路或獨(dú)立后備系統(tǒng)。實(shí)時(shí)采集水網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、電機(jī)溫度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行、可靠保護(hù)、確保供水、節(jié)約電耗。

控制方式

以出口總管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，以供水時(shí)間、季節(jié)為參考值，合理組合開泵臺數(shù)，減少開停泵次數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定水壓、節(jié)電供水之目。

1、調(diào)節(jié)開、停泵組數(shù)量和變頻調(diào)速泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)管網(wǎng)水壓目，穩(wěn)定供水壓力。

2、調(diào)節(jié)精度：-0.1Mpa～+0.1Mpa。

3、以管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，達(dá)到高效節(jié)能供水。

4、以24小時(shí)為周期，用水量不同可上分段設(shè)定供水壓力，PLC依據(jù)設(shè)定值自動運(yùn)行。

5、以“先入先出”為準(zhǔn)則，對水泵進(jìn)行優(yōu)化組合，循環(huán)投切。 對變頻機(jī)組負(fù)荷實(shí)時(shí)計(jì)算，確定各泵開、停時(shí)間，使各泵高效區(qū)段工作并磨損均勻。

6、閥門自動控制。工作程序?yàn)椋?/p>

開泵----檢測泵出口水壓----壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)開閥----檢測閥門開盡限位。

關(guān)閥----檢測閥門關(guān)盡限位----停泵。

7、PLC精確控制，使泵組變、工頻運(yùn)行實(shí)現(xiàn)無擾動切換。并保證各泵磨損均勻。

8、對供水量計(jì)算，限制泵組臨界狀態(tài)頻繁起停。

9、每臺泵組后備手動軟起控制功能，確保故障情況下不間斷供水。

10、水壓異常報(bào)警，低水池水位過低自動停機(jī)，用水量極小時(shí)自動停機(jī)。

11、軟啟動，減少了單泵啟動電流、沖擊和水泵機(jī)械磨損，延長設(shè)備使用壽命。

12、PLC與上位監(jiān)控站連網(wǎng)功能。

13、自動運(yùn)行，遠(yuǎn)程運(yùn)行，手動運(yùn)行。手動運(yùn)行為最高優(yōu)先權(quán)。

14、 監(jiān)測所有設(shè)備相關(guān)參數(shù)：電機(jī)電壓、電流、溫度、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)、出口水壓、閥門 狀態(tài)、閥門故障、水池水位、管網(wǎng)水壓、水質(zhì)參數(shù)。 中心控制室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，協(xié)調(diào)生產(chǎn)。

15、 對排污泵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動控制。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

1、水泵其揚(yáng)程（H）、流 量（Q）、轉(zhuǎn)速（N）和軸功率（P）之間存如下關(guān)系： Q=K1*N H=K2*N2 P=K3*H*Q=K1*K2*K3*N3=K*N3

由此可見，水泵出口流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，消耗軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。對水泵進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，對供水流量與壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，有著非常明顯節(jié)能效果。當(dāng)變頻泵運(yùn)行45Hz時(shí)。比工頻運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)電27%。P（45）/p（50）=（45/50）3=73%

2、應(yīng)用變頻調(diào)速可以用水需求量對水泵流量進(jìn)行無級調(diào)整，減少開停工頻泵次數(shù)，減少對電網(wǎng)及水泵機(jī)械沖擊，延長設(shè)備使用壽命，大大減少爆管危險(xiǎn)性，減少工程維修費(fèi)用和跑水浪費(fèi)，間接節(jié)約了成本。

3、供水施工經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，一般每天可分為幾個(gè)檔次壓力供水，其直接節(jié)電率10%以上?？紤]減少維修費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命，提高管理水平和自動化監(jiān)控能力等間接節(jié)能效率，總節(jié)能率可達(dá)18%以上。

上位機(jī)監(jiān)控軟件

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》是PC機(jī)上開發(fā)智能型人機(jī)接口（MMI）軟件系統(tǒng)，它以Windows 98/2000/NT/XP 中文平臺作為其操作系統(tǒng)，全中文界面，并充分利用了Windows各種便利功能。

《世紀(jì)星組態(tài)軟件》由開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)組成。開發(fā)系統(tǒng)是《世紀(jì)星組態(tài)軟件》集成開發(fā)環(huán)境，軟件開發(fā)者這個(gè)環(huán)境中完成界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫定義、動畫連接、硬件設(shè)備安裝、網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)配置等。該系統(tǒng)具有先進(jìn)完善圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理抽象控制對象，能非常簡單、方便對數(shù)據(jù)報(bào)警、趨勢曲線、歷史數(shù)據(jù)記錄、安全防范等進(jìn)行操作；開發(fā)者利用其豐富圖形控件和自定義圖庫功能，可以大大減少設(shè)計(jì)界面時(shí)間；簡單而實(shí)用編程命令語言，開發(fā)者不需要編程經(jīng)驗(yàn)就可以設(shè)計(jì)完成實(shí)際工程；方便硬件設(shè)備安裝向?qū)Ш腿嬷С謬鴥?nèi)國際工控底層設(shè)備，徹底實(shí)現(xiàn)工控現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。

運(yùn)行系統(tǒng)是《世紀(jì)星組態(tài)軟件》系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示開發(fā)系統(tǒng)中建立動畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與硬件設(shè)備數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行系統(tǒng)能實(shí)時(shí)而形象反映現(xiàn)場所有參數(shù)和實(shí)際情況；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理從工業(yè)控制對象采集各種數(shù)據(jù)；可把數(shù)據(jù)變化用動畫方式形象表示出來，同時(shí)完成實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線等監(jiān)控功能；可生成歷史數(shù)據(jù)文件，用于追憶歷史事件；靈活方便組態(tài)式報(bào)表，可充分滿足用戶各種報(bào)表需要。

工藝過程

1、主畫面

2、PID 調(diào)節(jié)

3、打印報(bào)表