試論plc在無負壓供水系統中的應用

房立飛（曲阜師范大學工學院，山東　日照　276826）

試論plc在無負壓供水系統中的應用

房立飛
（曲阜師范大學工學院，山東日照276826）

無負壓供水設備是對自來水管網的原有壓力進行利用，使其可以在已有的壓力基礎上再疊加一些壓力，缺多少補多少，不僅節省成本，還十分的節能，是當前二次供水方式中最為先進的設備。因此在很多工礦企業、自來水公司以及生活小區等地都受到青睞。本文首先介紹了無負壓供水系統的含義、構成以及所具有的優點，之后對其工作原理，以及軟硬件的設計進行了闡述。

PLC；無負壓供水系統；應用

伴隨著我國城鎮化進程的加快，人口密度的增加，建筑行業的發展越來越興旺，為了解決土地較少，人們需求多的問題，高層建筑越來越多。這就導致自來水管的網壓產生不足的問題，而導致城市中在用水高峰期時高層樓房的自來水供應不足的問題，造成住在高層的人們用水比較困難。為了使這一問題得以解決，通常所采取的方式是要對水箱或是水池進行修建，再利用水泵對其進行二次加壓。但是這種方式比較麻煩。而全自動無負壓供水設備是目前較為先進的設備，該設備能夠和自來水管網直接進行串接，利用穩壓平衡器與負壓消除器對自來水管網進行保護使其不形成負壓，也使得水箱或是蓄水池修建的麻煩得以避免。無負壓供水設備是對自來水管網的原有壓力進行利用，使其可以在已有的壓力基礎上再疊加一些壓力，缺多少補多少，不僅節省成本，還十分的節能，是當前二次供水方式中最為先進的設備。

1　無負壓供水系統概述

（1）無負壓供水系統的含義。所謂無負壓供水系統，指的是通過對先進的微機控制技術的運用，與性能較高的變頻調速器結合，依照所需的生活用水量對水泵轉速進行自動調節，或者是讓運行水泵的臺數進行增減，進而到達恒壓供水的目的。此種供水系統設備具有節能高效的優點，同時壓力十分的可靠且穩定，因此成為很多工礦企業、自來水公司以及生活小區等所青睞的供水設備。

（2）無負壓供水系統的構成。無負壓供水系統是一種形式較為新型的供水手段，是在以往的變頻恒壓供水系統基礎之上構建而成的。該系統是把信息技術、自控技術以及電子和機械工程技術集為一體的高技術產品，主要包括三個部分，分別是前置管路、無負壓自動調節裝置以及變頻調速增壓裝置。從前置管路來看，主要包括三個組成部分，分別是市政網、倒流防止器以及過濾器；從無負壓自動調節裝置來看，主要包括四個組成部分，分別是紫外線消毒器、穩流罐以及排水閥和真空消除器；從變頻調速增壓裝置來看，主要包括五個組成分別，分別是用戶管網、水泵組、遠傳壓力表，以及保壓裝置和變頻控制柜。

（3）無負壓供水系統具有的優點。和以往的二次供水進行比較，無負壓供水系統優點比較明顯，具體如下：首先，無負壓供水系統的成本較低，投資相對較少。因為不用對大型的水箱或是蓄水池進行修建，也沒有必要對大型的氣壓罐進行設置，所以此系統不用大面積的占地，在土建投資上也較少；加之其對政供水管網的壓力進行了充分的利用，使得泵選型不高，進而在設備的投資也相對減少。其次，無負壓系統沒有二次污染，比較衛生。該系統是通過全密封方式進行運行的，能夠很好的避免污染物進到到供水系統當中，且過流部件也都選用的是級別較高的不銹鋼材料，因此不會給水質造成污染。第三，節約水資源和能源。無負壓供水系統實現了直接和市政管網進行串接，能夠在市政管網壓力上實現壓力的疊加，對市政管網余壓進行充分的利用，進而使得能源不會被浪費。另外，還能夠防止原水池出現漏水或是滲水的現象且定期的對水池進行清洗，因此也避免了對水資源產生的浪費問題。第四，施工時間短，安裝方便簡單，且維護和管理方便。市場中具有各種各樣的無負壓供水設備，同時都是成套出售，所以在安裝時比較簡單，只要直接將其和進出水管進行相連即可，因此所需要的施工時間較短。同時，因為無負壓供水系統是利用微機對變頻進行全自動控制和調速的，所以一旦遇到停電就會自動停機，而如果來電就會立即自動的開機，對其進行維護和管理上都十分的方便。

2　無負壓供水系統的工作原理

當蝶閥被開啟，通過Y型過濾器、倒流防止器等部件會使市政管網的自來水流入到穩流罐當中，其中的空氣再經由真空消除器將其排除，真空消除器就會自行關上，如果穩流罐中的自來水充滿以后，罐中的壓力就會與市政管網中的水壓一樣。當自來水的壓力可以使得用戶管網的壓力以及用水量的需求得到滿足時，通過旁通管路市政管網的自來水直接就能給用戶水管網進行供水，這時的供水設備就會處在“睡眠”的狀況下；如果自來水的水量和壓力對于用戶管網要求的水量和水壓需求不能夠滿足時，系統就會利用壓力傳感器提供信號給PLC，進而啟動水泵的數量以及變頻的頻率高低做出決定。依照控制程序，PLC在對變頻運行進行切換，對水泵進而輪換，確保各水泵運行的時間幾乎一樣，同時避免出現死水區。當水泵組在進行供水的過程中，假如市政自來水管網的水量超過了水泵組輸出的水量，系統就會加壓而給高層用戶進行正常的供水。當處在用水的高峰階段時，假如市政自來水管網比水泵組的輸出水量低時，穩流罐中的水就會當作增補的水源進而確保加壓供水。

這時，真空消除器開啟，空氣就會通過真空消除器流進到穩流罐，使得市政自來水管網的負壓得以消除。如果超過了用水的高峰階段以后，此時系統就會回到原來的狀態之下。假如市政自來水管網出現停水，或是供水不夠時，就會造成穩流罐中的水位持續斷降低到原來的水位時，液位控制器就會產生水泵的停機信號，避免水泵出現空轉，進而對水泵機組產生保護。假如出現停電，系統就會利用旁通止回閥，將市政管網的壓力提供給樓層較低的水戶，以實現對用戶進行維持供水。

圖1　無負壓供水設備工作原理

3　無負壓供水系統的硬軟件設計

3.1無負壓PLC供水系統的硬件設計

（1）主電路控制方式。無負壓PLC供水控制系統主要包括手動與自動兩種方式。在手動控制的狀況下，主要實在應急狀況下應用的控制方式，對傳感器故障或是pLC系統故障進行調試，利用控制柜門上的電位器、轉換開關以及起停按鈕來對其實施控制，設置恒定的頻率進行運行。同時三臺水泵都能夠進行單獨的操作，進而實現應急供水的目標。在自動控制的狀態下，通過PLC對三臺變頻器進行控制，一臺水泵分別由一臺變頻器進行控制，實現恒壓對供水壓力的自動化控制，能夠確保在一定范圍當中供水壓力穩定，并確保此系統的可靠、節能和穩定性；

（2）變頻器。首先，變頻器把三相交流電壓整流成直流電壓，之后把直流電壓轉變為頻率與幅值都能夠變化的交流電壓。所以，電動機所輸入的頻率與電壓都能夠變化，進而讓三相標準交流電動機達到無級變速的作用，讓管網水壓可以實現持續的改變。本研究中選用的是具有矢量控制功能的VFDXXXFXXX系列產品，進而實現脈沖編碼、電機、變頻器熱保護以及過流、過壓等作用。利用PLC模擬量輸出端子對變頻器的頻率進行控制，進而使得電機轉速能夠依照PLC設定的值，確保實現恒定的管網水壓。

3.2無負壓PLC供水系統的軟件要求

（1）工作流程。無負壓供水系統接通電源，把系統的出口恒壓設定值以及加減泵的頻率和壓力值在在觸摸屏上進行設定。在對控制系統中全部設定值進行完調試就不用在進行變化，因此在上電后，觸摸屏上的系統具有記憶的作用，所顯示的就是之前所設定好的數值。當系統處于自動狀態時，就會根據圖2中顯示的工作流程實現自動恒壓供水。

（2）無負壓供水系統的控制要求。從無負壓控制系統的要求來看，包括下面幾個方面。第一，要將觸摸屏上的參數設定進行加密，避免出現非專業人員對其進行改動的問題；第二，PLC全部繼電開關量的輸出動作都應該進行安全互鎖；無負壓供水系統的工作情況以及管網壓力值都在觸摸屏上顯示出來等等。

4　結語

從上面能夠看出，無負壓供水系統是將信息技術、電子以及機械等技術融為一體的比較先進的技術產品。其所具有的成本低、占地面積小、能夠通過水氣進行自動運轉和調節、節能、節水以及在停電之后依然可以供水等優點而成為二次供水設備的首要選擇。

［1］黃志鋼，任繼鋒.PLC和變頻器在無負壓供水系統中的應用［J］.智能技術，2011（09）.

圖2　無負壓供水系統工作流程

［2］劉雍，葛立福.PLC在無負壓供水控制系統中的應用［J］.綠色制造行業應用，2012（05）.

［3］梁波.無負壓變頻恒壓供水自控技術研究［J］.山西建筑.

［4］黃妙軍.歐姆龍PLC在無負壓供水系統中的應用［J］.自動化技術與應用，2012（05）.

［5］孫益欣.無負壓供水系統的分析研究［D］.西華大學，2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.179