恒压供水系统研究与设计

2016-12-15雷小东

工程技术研究 2016年11期

关键词：恒压离心泵水压

雷小东

（宁夏厚德电力工程有限公司，宁夏银川 750001）

恒压供水系统研究与设计

雷小东

（宁夏厚德电力工程有限公司，宁夏银川 750001）

文章以PLC为核心，研究并设计了一种能够稳定供水，水压不会受到因用户用水量的多少而受到影响的供水系统。系统设计简单，能够满足大部分家庭的用水要求。

PLC；流量检测；恒压控制

目前由于社会及经济发展的要求，中国的城市化进程正在加速推进。越来越多的人进入城市，对城市的资源供给带来了很大的压力。特别是自来水的供给，更是重中之重。

1 城市自来水供给系统概述

城市居民居住的楼房自来水供给系统，主要有两种供水方式：第一种采取先用水泵抽水到楼顶的水箱，然后自来水由水箱流出供给各楼层居民使用；第二种采取直接供水方式，由水泵直接抽取地下自来水管道中的水提供给各户使用。两种供水方案都有各自的优缺点：第一种方法优点是高层用户的水压不会受到影响，各户用水量的变化基本不会对水压造成明显的影响，但是需要单独设计一个水塔（水箱），并定时清洁水塔（水箱）；第二种方案优点不需要水箱，自来水质好，但对水泵的质量和功率都有严格的要求，对高层建筑来说，通常需要二次加压，设备的维护和保养成本很高。城市楼房的供水主要还是以楼顶水塔供水的方式为主。文章选取第一种设计方案。

2 总体设计方案

供水系统需要供水水压保持恒定，因此设计一个以水压为被控变量的闭环控制系统。当用户用水量变化导致水管内的压力发生变化，可以根据压力的变化来调节水箱内存水量的多少。考虑到主管道内的压力虽然恒定，但是在实际使用中水的流量也是很重要的指标，因此在主回路内又设计一个流量检测的副回路，以稳定水的流量，这样可以使供水的质量进一步提升，如图1所示。

图1 恒压供水控制系统结构图

整个恒压供水系统分为PLC（含变频器）、离心泵、流量监测与压力监测，包括水箱共5个部分组成，其中PLC是控制系统核心，通过检测的流量与压力两个物理量起到稳定控制水压的作用；离心泵的输入信号由PLC提供，利用PLC的输出控制变频器从而调节离心泵的转速；水箱内的水位会随着用户用水量的不同而发生变化，这种变化也会使水箱内的压力发生变化。

3 设备及控制规律的选择

PLC选用德国西门子公司的S7-200型号。变频器采用FR-A540系列，可以实现电机软启动，减少电气和机械冲击噪音，延长设备使用寿命。离心泵采用2.2KW 2900r/min扬程28m两台水泵。由于控制的变量有两个，分别是水压及流量，这两个量不存在大的滞后，因此选用比例积分和比例规律，在满足水压恒定的情况下保证流量基本稳定。水压控制需要加入能够消除余差的积分控制，流量控制需要控制及时，对余差无要求，只需要比例控制即可。PLC内部有PID模块，采用相应的设置即可。

图2 程序流程图

4 软件设计

PLC上电先初始化处理，读入设定好的流量、压力数据及比例、积分系数。之后水箱内的压力及流量数据通过传感器送入PLC中，与设定值进行比较，若流量及压力与设定值不符，则通过PID运算得到合适的输出由变频器调节离心泵改变水压及流量大小，直到水压及流量达到设定值。为了防止出现由于偏差存在时间过长导致积分饱和现象而失控，在设计程序时需要在偏差过大时切除积分效果，而在偏差足够小时引入积分。