自动控制系统在小区恒压供水中的应用

崔恩恒

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.055

摘 要：自来水是城市重要的基础设施之一，现今在我国的城市中已经基本建立起了完善的城市供水体系。在城市小区供水中，由于供水用户较多且使用时间不一致，从而对小区供水压力提出了严峻的考验，小区供水压力过高或是过低都会对用户造成不良的使用感受。做好小区供水压力的控制实现恒压供水是自来水公司现今和未来很长一段时间内重要的发展方向，该文在分析小区恒压供水特点的基础上提出了采用供水电机变频调速和PLC控制相结合的控制方案，在确保恒压供水的基础上最大限度地确保资金的使用。

关键词：供水 恒压 变频调速 PLC控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0055-02

恒压供水是根据不同时段用水需求通过调节的方式将供水压力控制在一个较为稳定的区间范围内，在以往的供水压力调节中主要采用的是人工调节的方式，但是这一调节模式很难及时、有效地达到目的，致使在小区供水中，高峰时段供水压力不足，用户用水无法得到良好的保证，在低峰时段时，供水压力又过高，这种工作模式不仅无法实现节能同时也存在着较大的安全隐患（如供水压力过高而导致的爆管事故）。恒压供水是自来水供应中重要的研究方向，该文在分析恒压供水特点的基础上提出了一种基于PLC、变频控制基础上的恒压供水控制系统。

1 电机基本控制方式的分析比较

1.1 星/三角电机启停控制特点分析

星/三角电机启停控制方式是一种在电机控制中较常采用的控制方式，其特点是控制系统简单、方便，不足之处则是电机在启停的过程中产生的电流过大容易对电机造成损坏，这种现象在大功率电机中显示的更为明显。

1.2 软启动器控制特点分析

软启动器采用三相反并联晶闸管作为电机启动的调压器，其被接入到电机和启动电源之间，在电机软启动时，晶闸管上的输出电压随着时间而逐渐增加，直至晶闸管全导通输出全部电压，依靠晶闸管的这一特性从而使得电机在启停的过程中能够平滑运动。在电机控制中采用软启动器的优点是其所输出的电压是逐渐增加的，从而使得电机在启动时的电流处于一个较低的水平，随着电压的逐渐增加，电动机的转速是平滑启动的，这一方式适用于无需对电机进行调速的场合。

1.3 通过使用变频器对电机进行控制

在变频器对电机转速控制的过程中其依靠的是对于电源频率f的改变来实现，当频率在0～50 Hz的区间范围内进行变化时，能够对电机的转速进行控制，因此，采用变频器来实现对于电机的控制时，能够在较宽的调速范围内进行调节。此外，采用变频器来对电机进行控制时，电机所带动的水泵是一个较大的负载，通过研究表明当电机水泵所带的负载较高时，通过降低变频器的频率用以控制电机处于额定转速的80%时，电动机功率损耗会处于一个较低的水平，且耗电量也大为降低。因此，使用变频器来对电机进行控制。能够有效地节约电能，采用变频器来对电机的启停进行控制，能既能够获得软启动器所具有的相关功能，也能够通过改变电源的频率来实现对于交流电动机的调速控制，同时能够降低能源的消耗，因此，在工业控制领域中有着广泛的应用。

2 小区供水恒压自动控制系统的设计方案

在小区供水恒压自动控制的设计方案中，针对小区的供水特点选用变频器控制水泵电机的电气控制方案，在变频器数量的选择上可以选用1台变频器或是2台变频器，当采用1台变频器控制水泵时，在供水压力降低时，通过控制水泵来对水压进行补压直至水压恢复到所需要的压力，当用水量增加时，1号泵的工作频率逐渐升高直至达到工频供电水平，同时将变频器切换到2号泵上重复上述水泵控制方式，待到供水量减少时逐步关闭1号工作水泵并控制2号泵的工作频率恢复供水恒压控制。采用1台变频器的控制方案所需的资金较少，但是当控制过程中出现供水量恰巧在1台水泵全功率的状态上下波动时，变频器来回切换会对变频器造成极大的损坏，为避免上述现象的发生，提高小区恒压供水质量，并在小区恒压供水方案的设计上采用2台变频器分别对水泵进行控制的方案较为合理。在小区的供水管网中，整个管网是封闭的，因此，管网中的供水压力是由用户的用水量所决定的，通过控制泵的工作状态来控制泵送进管网中的水量和压力。自动控制系统通过采集到的压力信息与系统中所设定的压力值，并完成两者之间的差值从而对水泵工作状态进行控制。在水泵电机的启停控制中采用软启动器或是变频器的软启动功能来实现控制启停电流开始实现变化，从而降低了启动电流波动对电网的冲击和供电量的要求，延长了设备的使用寿命。小区恒压控制系统工作时通过检测水泵出口总管压力并与设定压力进行对比，通过两者之间的差值实现对于水泵电机的控制，在对水泵电机进行控制的过程中，用以控制水泵电机的启停台数和工况，实现对每台水泵根据CPU的指令实时软启动、软切换以及变频控制，自动控制系统根据管网中的压力变化来对泵组中水泵的运行循环时间进行自动调节，从而确保自动供水系统的恒压供水，小区恒压自动供水控制系统的结构图如图1所示。

当使用自动恒压供水系统时，遇到供水用水量较小时，为了降低能耗可以在控制系统的设计上增加针对性的节能设置。在PLC控制中设置可以使水泵暂时停止工作的“休眠功能”，在使用变频器对水泵进行控制时，变频器频率输出低于其控制所设定的下限时则PLC启动“休眠”功能，控制变频器停止工作，以降低能耗，而当供水系统中用户用水量增加时，供水管网中的水压下降到一个较低的水平时，则重新启动变频器，首先控制1号变频器运转随着频率的逐渐增加，直至工频是在继续控制2号变频器动作直至将水压重新控制在一个较为稳定的区间范围内。在小区供水恒压控制系统中设计有相应的通信功能，通过使用PLC中所具有的RS232接口与监控显示器相连接，显示水泵运行的相关状态和报警信息等。

3 结语

小区恒压供水是供水系统的一个重要的发展方向。该文在分析恒压供水系统特点的基础上对恒压供水系统的设计方案进行了分析介紹。

参考文献

[1] 孙斌，张宏建，赵玉晓.模糊变频恒压供水系统设计[J].电气自动化，2002，24（3）：23-25.

[2] 李素玲，刘军营.恒压供水自动测控系统的设计与实现[J].中国给水排水，2004，20（3）：74-76.

[3] 周力.基于PLC的变频恒压供水模糊控制系统设计[J].机电工程，2005，22（3）：14-17.