全自动多泵组合供水系统的开发

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　　全自动多泵组合供水系统的开发

　　摘 要:提出一种利用PLC控制的全自动组合供水系统,系统的泵站由5台扬程相同流量不等级差相近的水泵和两只电接点压力表组成,5台不同流量的水泵相互不同组合可实现30级供水流量,实现准恒压供水效果。同时本系统还同时实现了消防信号和水池缺水停泵和故障自动倒泵功能。  
　　关键词:PLC;控制;水泵;组合供水

　　1前言
　　在当前应用较普遍的是变频恒压供水系统具有供水压力稳定,能实现水泵电机的软启动、软停止和高效节能等特点。但也有其缺点:①变频器及配套器件价格昂贵,其配套器件通常占供水设备总投资很大份额;②对用户的使用,维护要求高;③变频器的下调频率只有在100%到30%的范围内才具有明显的节能效果。如果再下调频率,就会出现水泵运转而不出水的工况,也就是说,在用水低峰期不仅不能变频恒压供水,而且水泵工况恶化,发热造成的损耗也会比额定功率提高25%;④变频器产生的高次谐波对附近的电子类电器设备(如电视机、收音机、手机等)的干扰较大。要抑制这种干扰,必须配置高性能的噪声滤波器,但这样又会使本来就比较昂贵的变频器投资更大,工作可靠性也会相应降低。由于变频恒压供水的优缺点兼而有之,因此比较适用于大容量的恒压供水系统,对一般用户而言,采用变频恒压供水是否最佳,值得研究和有待实践。文中将详细介绍一种既经济又可靠的水控制系统。
　　
　　2组合全自动供水系统的构思
　　
　　所谓恒压供水,是指供水系统的供水压力始终保持在差值较小的上、下限之间。PLC控制的组合全自动供水系统,指的是当供水系统的用水量变化时,由装在供水主管道的电接点压力表检测设定的供水压力上限P上限和下限P下限的开关信号,输入PLC后,PLC根据这两个压力开关的信号的状态,自动控制数台扬程相同、流量不等的水泵组合启动运行。当供水压力P供水　　
　　3泵站的组成
　　
　　供水系统如图1所示。它主要由5台离心泵1-5,水池浮球阀、止回阀、截止阀、电接点压力表组成。按《建筑给水排水设计规范》(GBJ15-88),计算出日用水最大小时流量QS=220.3m3/H。另外水泵房水泵机组安装于地下6m处,最高建筑与水泵房地面高差为35m,所以选择5台泵的扬程均为60m,流量分别为12.6 m3/H 、18 m3/H、32m3/H、72m3/H、100m3/H,这5台泵组合可获得级差近似流量: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、184.6、190、02.6、204、216.6、222、234.6m3/H(组合方式见上表),由此可见,当改变泵的组合供水时,流量的变化级差不大于12.6m3/H,所以能使供水压力在较小的范围内波动,保证实现准恒压供水。装在泵站输出口的两个电接点压力表,一个按供水压力下限设定,另一个按供水压力上限设定。泵站输出管一端通过截止阀和止回阀与市政管网连接,另一端与用户管网连接。当管网压力低于泵站供水压力下限时,水泵运行加压,此时止回阀防止加压水回流市政管网。而当市政管网水压大于或等于泵站供水压力下限时,泵站停止运行,直接由市政管网供水,水池通过截止阀和浮球阀由市政管网供水,当水位达到控制水位时,浮球阀自动关闭进水。泵站5台电机电路如图2所示。
　　
　　4控制系统及其工作过程
　　
　　4.1输入输出线路
　　本泵站选用FX2N-32MR型PLC控制器,输入输出线路如图3所示。输入端子X0和X1分别连接电按点压力表的水压下限开关和上限开关;端子X2-X6分别是泵1-泵5的点动按钮。点动按钮的作用是控制系统安装及调试及维修时,单独对每台泵进行试机。X7接水池低水位信号,X10为消防输入信号,X11-X15接五台水泵的电机主线路热继电器动合触点,将电机的故障信号输入到PLC中,X16为报警复位按钮。PLC的9个输出端子Y0-Y10分别连接驱动泵1-泵5电动机的交流接触器KM1-KM9、Y11-Y15用于泵1-泵5的故障指示灯HL1-HL5,Y16接报警蜂鸣器。其中与电按点压力表水压下限开关连接的输入继电器X0采用动断触点;而与电按点压力表水压上限开关连接的输入继电器X1则采用用动合触点。PLC的输出继电器Y0-Y10用于水泵电机交流接触器KM1-KM9。Y16用于驱动报警用的蜂鸣器。
　
　　4.2控制系统动作过程
　　当泵站供水压力P供水2,m2得电自锁,并接通接触器Km2,使泵2启动,按此控制规律相继接通T2、T3、T4并各延时30s后逐台启动泵3、泵4和泵5。如果相继启动到任一台泵时,供水压力符合P下限≤P供水〈P上限时,X0和X1均断开,既不能启动未启动的泵,也不能使运行中的任一台水泵停止运行。这样就可以在用水量增加过程确保供水压力始终处于P下限和P上限的范围内;②若处于用水下降期,无论原来运行的泵是哪几台,只要用水量减少,P供水就会升高,当达到P供水≥P上限时,X0继续断开,切断泵的启动回路。X1动合触点闭合,接通泵的停止回路。此时电路首先接通定时器T5,延时30s后,T5的动合触点断开辅助继电器M1,令泵1停止,若泵1停止后,供水压力仍处于P供水≥P上限状态,则延时30s后停泵2,按此规律逐台停止泵的运行。一旦供水压力满足P下限≤P供水　　


　　无论用水量如何变化,这种控制系统总能根据用水量变化后产生的压力开关信号,自动控制泵的组合运行,输出与用水量基本符合的流量,实现准恒压供水。

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　　泵站在自动组合过程中,由于压力表指针抖动和有的泵停止或启动后因供水压力过低或过高,电机会频繁启动。为避免电机频繁启动、停止而产生水锤和对电网冲击,在程序设置中,无论哪台水泵启动或停止均需作延时处理。
　　4.3故障报警及倒泵
　　如果供水系统出现故障,一般有以下三情况:一是某台水泵电机堵转或过载,串接在电机主线路的热继电器动作,该继电器信号接点闭合,其开关信号送给PLC,PLC经程序运行后发出停泵指令并接通对应的信号灯及报警器,同时根据程序要求投入另外一台水泵;一是P供水P上限时,由于控制系统控制失灵未能停泵。在这种情况下P供水一直等于或大于P上限,即X1始终闭合,在梯形图中用该触点驱动T15同样设定时间为600s,如果该定时器有输出信号,同样驱动蜂鸣器,发出故障报警信号。该蜂鸣器通过导线连接到值班房中,一旦发生故障便可立即处理。
　　4.4消防及低水位停泵
　　当出现消防信号或水池低水位(水池必须至少留有200m3水以作消防用水)时,即使P供水　　
　　5供水控制系统的调试
　　
　　5.1系统脱机调试
　　将程序写入PLC按以下几种情况进行调试。①用水上升期模拟,观察PLC输出指示灯,接通水压下限接点X0,10秒后Y0灯亮,再过10秒,Y1灯亮,直至Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10灯亮后断开水压下限接点X0,此时所有灯均不灭。符合要求。②用水下降期模拟,紧接着上一步断开水压下限接点X0,保持水压上限接点X1接通,10秒后Y0灯灭,再过10秒,Y1灯也灭,最后Y0到Y10灯均灭,断开水压上限接点X1,Y0到Y10任何一个灯都不亮,只有再次接通水压下限接点X0时才又从Y0开始点亮。③模拟用水量交替变化情况,取流量62.6m3/H为测试点,分两种情况,第一是先增后减,即从62.6m3/H到72m3/H再到50m3/H,模拟水压低断开水压上限接点X1接通水压下限接点X0直至Y0、Y1、Y2灯亮,再模拟水压低接通水压下限接点X0断开水压上限接点X1,Y3、Y5灯亮后又模拟水压高断开水压下限接点X0接通水压上限接点X1,10秒后Y0灯灭,再过10秒Y1灯灭,又过10秒Y2灯灭后剩下Y3、Y5。此时模拟水压高断开水压下限接点X0接通水压上限接点X1,则Y3、Y5灯也灭,又模拟水压低接通水压下限接点X0断开水压上限接点X1,Y0、Y1、Y2灯间隔10秒点亮。模拟水压高再接通水压上限接点X1断开水压下限接点X0,Y0灯灭,剩下Y1、Y2灯亮;第二先减后增,即从62.6m3/H到50m3/H再到72m3/H,接通水压下限接点X0当Y0、Y1、Y2灯亮后模拟水压高断开水压下限接点X0接通水压上限接点X1,Y0灯灭,剩下Y1、Y2灯亮,再模拟水压低接通水压下限接点X0断开水压上限接点X1,10秒后Y0灯亮,再过10秒后Y3、Y5陆续点亮。即Y0、Y1、Y2、Y3、Y5均点亮,模拟水压高断开水压下限接点X0接通水压上限接点X1,10秒后Y0灯灭,再过10秒Y1灯灭,又过10秒Y2灯灭后剩下Y3、Y5。④故障模拟,接通水压下限接点X0,当Y0、Y1灯亮时接通泵1故障接点水压上限接点X11,Y0灯立即灭,Y11、Y16灯立即点亮,此时即使水压上限接点X11断开,Y11、Y16灯也不灭直至故障复位按X16钮接通后才能灭。如果继续接通水压下限接点X0断开水压上限接点X1,10秒后Y2灯亮。按以上步骤再分别接通X12、X13、X14、X15。⑤水池低水位或消防信号模拟。先接通水压下限接点X0断开水压上限接点X1,此时分两种情况测试,第一,当Y0、Y1灯亮时接通X7或X10,在水压下限接点X0仍接通时,Y1、Y0每隔10秒灯灭。且不复亮,只有X7或X10断开10秒后Y0灯才亮。第二,当Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10均亮后接通X7或X10,Y2、Y3、Y5、Y6、Y10灯则立即灭,然后Y1、Y0间隔10秒灯灭,在不断开X7或X10的情况下使水压下限接点X0接通600秒,Y0到Y10灯均不亮。
　　5.2 PLC在线有载调试
　　接上水泵电机主线路电源,用点动按钮分别启动每台水泵电机,如果电机转向与水泵运行方向相同时则分别在对应线端标上U1、V1、W1或U2、V2、W2标签。如果电机转向与水泵运行方向相反时则将任两根电源线对调后再试,转向相同后再分别在对应线端标上U1、V1、W1或U2、V2、W2标签。
　　5.3电接点压力表水压下限P下限和上限P上限的调试设定
　　调试的关键是电接点压力表水压下限P下限和上限P上限的设定。我们用燃气热水器根据最高楼层中热水器可靠点火供热水时泵站最低供水压力做为P下限,而供水压力上限则根据本泵站的最小流量级差(12.6m3/H),在所选用的水泵的H-Q曲线上查出此流量差所对应的扬程差值H差,在泵组的H-Q曲线上取最大的H差max,则P上限=P下限+H差max,根据以上方法,本供水系统的P下限=0.41MPa,H差max=0.12MPa,则P上限=0.53MPa。
　　
　　6结束语
　　
　　本供水系统建成并投入运行至今已一年多,实践表明,这种供水方式与变频恒压供水方式相比,具有以下优点:①控制系统简单,价格低,投资少,设备折旧费低;②工作可靠,寿命长;③对使用、维护的技术要求低;④自动化程度相等;⑤节能效果比变频恒压供水差一些,但比传统供水方式好得多;⑥对泵站周围电子类电器等无噪声干扰;⑦在供水系统控制系统的整个寿命期中,从投资、折旧、节能、维修等方面衡量,本系统综合效益优于同容量的变频恒压供水系统,但主要缺点是水泵启停频繁,所以本系统只适用于供水量较小的场合。对市政等大型泵站不适用。
　　
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