现代住宅小区PLC恒压供水自动控制系统设计分析探讨.pdf

工艺与设备 广东 建材2 0 0 9 年第4 期 现代住宅小区 p l c恒压供水 自动控制系统设计分析探讨 袁 林 ( 湖南株洲市 自 来水公司) 摘 要：本文结合工程项目实例， 分析介绍了某小区恒压供水系统组成及工作原理： 并从启动阶段、 稳定运行状态、 加泵减泵控制等方面对 p l c恒压供水自动控制系统的设计要点进行了洋细阐述。 关键词：现代住宅小区； 恒压供水； 自动控制系统； 变频调速 1引言 随着对住宅小区和企事业单位供水质量要求 的不 断提高， 传统的水塔式供水方式和直接水泵加压等供水 方式已经不能满足人们生产生活的需要。 由于用户用水 在高峰和低谷时用水量相差很大， 不利于设备的经济运 行 ， 降低了供水设备尤其是电机的使用寿命， 浪费了大 量的电能。随着变频调速技术的不断发展 ， 恒压变频供 水设备开始应用到多层住宅小区及企事业单位的供水， 提高了供水质量 ， 节约了大量 电能 。下面 以一个住宅小 区的变频恒压供水设备为例， 介绍变频调速技术的恒压 供水 自动控制系统。 2工程实例 湖南株洲某住宅小区共有住宅楼 l 5幢，最高为 9 层 ， 每幢 由两根 d n 5 0水管并联供水， 进入小区总管为一 根 d n i o 0水管。设计流量为 4 0 t h ， 需增补扬程 2 0 m ， 以 保证出水压力达到 0 3 1 m p a 。 3 恒压供水系统的组成及工作原理 小区的恒压供水系统由 2台变频电机拖动的水泵 机组、 1台泵类专用变频器、 1台可编程控制器 p l c ， 再 加上电磁阀、 压力传感器等组成， 如图 1 所示。 图 1 自动供 水 系统 图 该系统的工作过程如下： 蓄水池隔离市政的 自来水 网和小区供水系统， 起到一定的缓冲作用 。小区供水系 统由 2台水泵机组加压供水。系统启动时， 变频器控制 2 2 2 l台变频电机低转速启动， 通过变频器逐步提高水泵转 速 ， 出水 口压力传感器将水压信号反馈给 p l c从而调节 变频器输出频率， 如果第 l台电机传速调节到最高时出 水 口压力仍然达不到设定值，则需要增加另一台水泵。 增加水泵时， 首先将第 1 台水泵从变频器供 电通过接触 器组转换到由电网直接供电， 即由变频转换到工频。然 后通过变频器控制第 2台变频 电机软启动， 逐步增加第 2台电机的转速 ， 直到出水口的水压达到设定值。当用 户的用水量较小时， 1台电机就可 以满足水压的要求， 用水高峰时 ， 2台电机同时投入运行 。2台电机互为备 用， 大大提高了系统的可靠性， 而且在用水低谷时， 还可 以对电机进行必要的维护检修 。 采用 p l c控制 的变频调速恒压供水系统有以下优 点 ： ( 1 ) 供水质量提高， 水压稳定， 得到了用户的肯定。 ( 2 ) 操作控制简单。 通过 p l c和变频器还可实现对系 统的过流、 过热、 过压、 短路等保护功能。减轻了设备维 护人员的劳动强度 ， 延长了设备的寿命。 ( 3 ) 节约资源。变频器的容量小于系统的总容量， 大 大降低了电控系统的造价。 同时由于采用 了变频调速技 术 ， 电能消耗大为减少。 4恒压供水自动控制系统的设计要点 4 1 启动阶段 自 动控制系统的设计 系统开始工作时， 压力传感器将水压信号送到 p l c 控制器 ， 开始时水压低于设定值， 启动升速程序。把第 l 台电机接入变频器输 出电路 ，变频器初始输 出频率为 3 5 h z ， 电机低转速启动， 控制水泵电机逐渐升速 ， 同时管 网电压上升。当水压达到设定值时， 变频电机在此频率 下稳定运行， 进入稳定运行状态， 并保持水压恒定。 若变 频 电机频率达到电网工频时，水压还未达到设定值， 此 广东建材2 0 0 9 年第4 期 工艺与设备 时 p l c给出信号至接触器组。 接触器组将第 1台电机切 换至工频 电网，同时发 出指令使第 2台电机接入变频 器， 变频器输出频率为 3 5 h z ， 第 2台水泵启动并调速至 水压的设定值， 达到稳定运行状态使水压保持恒定 。 4 2 稳定运行状态的自 动控制系统设计 进入稳定运行状态后 ， 控制系统框图如图 2所示。 图 2 p i d控 制 示 意 图 为 了防止各种扰动如用水负荷的波动对水压造成 的影响， 压力传感器将管网水压信号与给定水压 比较后 通过 p i d环节送至变频器， 调节变频器的输 出频率从而 保持水压的稳定。传统的 p i d调节器算法为： 一t 1 ， 、 u ( t ) = k e ( t ) + t e ( t ) d t + t 。 【 i 1 j 0 q c j 关于 p值， i 值， d值的设定可采用在经验值指导下 的测试法， 力争短时间内完成参数设定 ， 避免对外 界和 设备本身造成不 良影响。 设定的依据： 增益 p值大， 反应 快， 有利于减少静态误差 ( 即供水管网的实际压力与恒 压给定值 的差值) ， 但是 p值过大， 系统将产生振荡， 稳 定性变坏 。积分 i 值越小振荡作用越强烈， 应适当增大 i 值 ， 减少振荡， 使系统更加稳定 ， 但是积分 时间太长又 会发生当实际管网水压急剧变化时难 以迅速恢复 的情 况 ， 系统的动态响应变差。 微分 d值时间愈短， 微分作用 愈弱， 减少 d值， 有利于减少调节时间， 克服因积分时间 太长而使系统恢复时间过长。p ， i ， d经验值和参数设定 依据， 在测试过程中依照先比例后积分的原则对系统进 行在线调试。依据笔者多年的经验， 确定 了参数的大致 范围：当 p参数设定为 1 4 ， i参数设定为 2 0 ， d参数设 定为 0 5时， 效果较令人满意。应注意本文给出的仅是 参考值 ， 在 p i d产生的控制作用中， 某部分 的减少往往 可由其他部分的增大来补偿 ， 因此不同的设定参数完全 可得到同样令人满意的控制效果。 对于居 民小区， 用水高峰集 中在早 、 中、 晚 3个 时 段 ， 而在深夜则用水量处于低谷 。改变不同时段的压力 给定值， 则更能起到节能的作用 。每个时段 内的压力给 定值是根据 日用水量变化情况设定的。 在 p l c控制程序 中根据时段的不同， 设定不同压力值， 在深夜， 给定值小 些； 在用水高峰期， 给定值大些。工作时， 控制程序按不 同时段 自动给出压力给定值， 无需人工干预。 4 3 加泵、 减泵控制 当变频器输 出频率最高水压仍不能满足要求， 则需 要进行加泵操作。第 1台电机 由变频到工频的转换 ， 时 间应尽可能短。 因为电机脱离变频后， 在水压的作用下， 电机转速下 降很快， 转换时间过长， 会导致电机启动电 流增加。同时第 2台电机接入变频器启动。如果两 台电 机 同时运行时 ， 由于用水负荷减小， 第 2台电机转速调 到最低 ， 实际管网压力仍然超 出设定值 ， 则进行减泵操 作 。 将第 1台电机从电网断开。 为了防止出现反复加泵、 减泵的现象 ， 在 p l c程序设计中， 引入滞环控制 。 程序中 加泵 、 减泵的切换设定值 不是刚好等于设定值 ， 加泵时 设定值为“ 设定值 一 ” ， 减泵时设定值为“ 设定值 + ” 。 的大小根据水压控制精度要求而进行相应设定。 4 4 人机交互界面的设计 人机交互界面应当提供相应 的操作控制界面 ， 提供 相应故障报警信息等 。 系统应当提供 自动控制模式和人 工控制模式两种。在 自动控制模式下， 如果发生停电或 其他意外情况使水泵停机 ， 系统能够在下次供电时重新 启动。 这样， 供水站平时就可无人值守， 有利于减轻工作 人员的劳动强度， 节约劳动力资源。 系统出现故障时， 能 够切换到手动控制方式， 保证连续供水。 5结语 综上所述 ， 变频恒压供水系统是值得大力推广的一 项技术 ， 不但可应用于新建小区的供水系统 ， 也可应用 到原有供水设备的改造 中。实践运行表 明， 该系统投入 使用后系统供水压力稳定， 控制精度高， 运行可靠 ， 且具 有 良好的经济效益 。 【 参考文献】 1 乔维德模糊神经网络在 p l c恒压供水控制系统中的