自動控制系統在小區恒壓供水中的應用

崔恩恒

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

摘 要：自來水是城市重要的基礎設施之一，現今在我國的城市中已經基本建立起了完善的城市供水體系。在城市小區供水中，由于供水用戶較多且使用時間不一致，從而對小區供水壓力提出了嚴峻的考驗，小區供水壓力過高或是過低都會對用戶造成不良的使用感受。做好小區供水壓力的控制實現恒壓供水是自來水公司現今和未來很長一段時間內重要的發展方向，該文在分析小區恒壓供水特點的基礎上提出了采用供水電機變頻調速和PLC控制相結合的控制方案，在確保恒壓供水的基礎上最大限度地確保資金的使用。

關鍵詞：供水 恒壓 變頻調速 PLC控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0055-02

恒壓供水是根據不同時段用水需求通過調節的方式將供水壓力控制在一個較為穩定的區間范圍內，在以往的供水壓力調節中主要采用的是人工調節的方式，但是這一調節模式很難及時、有效地達到目的，致使在小區供水中，高峰時段供水壓力不足，用戶用水無法得到良好的保證，在低峰時段時，供水壓力又過高，這種工作模式不僅無法實現節能同時也存在著較大的安全隱患（如供水壓力過高而導致的爆管事故）。恒壓供水是自來水供應中重要的研究方向，該文在分析恒壓供水特點的基礎上提出了一種基于PLC、變頻控制基礎上的恒壓供水控制系統。

1 電機基本控制方式的分析比較

1.1 星/三角電機啟停控制特點分析

星/三角電機啟停控制方式是一種在電機控制中較常采用的控制方式，其特點是控制系統簡單、方便，不足之處則是電機在啟停的過程中產生的電流過大容易對電機造成損壞，這種現象在大功率電機中顯示的更為明顯。

1.2 軟啟動器控制特點分析

軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為電機啟動的調壓器，其被接入到電機和啟動電源之間，在電機軟啟動時，晶閘管上的輸出電壓隨著時間而逐漸增加，直至晶閘管全導通輸出全部電壓，依靠晶閘管的這一特性從而使得電機在啟停的過程中能夠平滑運動。在電機控制中采用軟啟動器的優點是其所輸出的電壓是逐漸增加的，從而使得電機在啟動時的電流處于一個較低的水平，隨著電壓的逐漸增加，電動機的轉速是平滑啟動的，這一方式適用于無需對電機進行調速的場合。

1.3 通過使用變頻器對電機進行控制

在變頻器對電機轉速控制的過程中其依靠的是對于電源頻率f的改變來實現，當頻率在0～50 Hz的區間范圍內進行變化時，能夠對電機的轉速進行控制，因此，采用變頻器來實現對于電機的控制時，能夠在較寬的調速范圍內進行調節。此外，采用變頻器來對電機進行控制時，電機所帶動的水泵是一個較大的負載，通過研究表明當電機水泵所帶的負載較高時，通過降低變頻器的頻率用以控制電機處于額定轉速的80%時，電動機功率損耗會處于一個較低的水平，且耗電量也大為降低。因此，使用變頻器來對電機進行控制。能夠有效地節約電能，采用變頻器來對電機的啟停進行控制，能既能夠獲得軟啟動器所具有的相關功能，也能夠通過改變電源的頻率來實現對于交流電動機的調速控制，同時能夠降低能源的消耗，因此，在工業控制領域中有著廣泛的應用。

2 小區供水恒壓自動控制系統的設計方案

在小區供水恒壓自動控制的設計方案中，針對小區的供水特點選用變頻器控制水泵電機的電氣控制方案，在變頻器數量的選擇上可以選用1臺變頻器或是2臺變頻器，當采用1臺變頻器控制水泵時，在供水壓力降低時，通過控制水泵來對水壓進行補壓直至水壓恢復到所需要的壓力，當用水量增加時，1號泵的工作頻率逐漸升高直至達到工頻供電水平，同時將變頻器切換到2號泵上重復上述水泵控制方式，待到供水量減少時逐步關閉1號工作水泵并控制2號泵的工作頻率恢復供水恒壓控制。采用1臺變頻器的控制方案所需的資金較少，但是當控制過程中出現供水量恰巧在1臺水泵全功率的狀態上下波動時，變頻器來回切換會對變頻器造成極大的損壞，為避免上述現象的發生，提高小區恒壓供水質量，并在小區恒壓供水方案的設計上采用2臺變頻器分別對水泵進行控制的方案較為合理。在小區的供水管網中，整個管網是封閉的，因此，管網中的供水壓力是由用戶的用水量所決定的，通過控制泵的工作狀態來控制泵送進管網中的水量和壓力。自動控制系統通過采集到的壓力信息與系統中所設定的壓力值，并完成兩者之間的差值從而對水泵工作狀態進行控制。在水泵電機的啟停控制中采用軟啟動器或是變頻器的軟啟動功能來實現控制啟停電流開始實現變化，從而降低了啟動電流波動對電網的沖擊和供電量的要求，延長了設備的使用壽命。小區恒壓控制系統工作時通過檢測水泵出口總管壓力并與設定壓力進行對比，通過兩者之間的差值實現對于水泵電機的控制，在對水泵電機進行控制的過程中，用以控制水泵電機的啟停臺數和工況，實現對每臺水泵根據CPU的指令實時軟啟動、軟切換以及變頻控制，自動控制系統根據管網中的壓力變化來對泵組中水泵的運行循環時間進行自動調節，從而確保自動供水系統的恒壓供水，小區恒壓自動供水控制系統的結構圖如圖1所示。

當使用自動恒壓供水系統時，遇到供水用水量較小時，為了降低能耗可以在控制系統的設計上增加針對性的節能設置。在PLC控制中設置可以使水泵暫時停止工作的“休眠功能”，在使用變頻器對水泵進行控制時，變頻器頻率輸出低于其控制所設定的下限時則PLC啟動“休眠”功能，控制變頻器停止工作，以降低能耗，而當供水系統中用戶用水量增加時，供水管網中的水壓下降到一個較低的水平時，則重新啟動變頻器，首先控制1號變頻器運轉隨著頻率的逐漸增加，直至工頻是在繼續控制2號變頻器動作直至將水壓重新控制在一個較為穩定的區間范圍內。在小區供水恒壓控制系統中設計有相應的通信功能，通過使用PLC中所具有的RS232接口與監控顯示器相連接，顯示水泵運行的相關狀態和報警信息等。

3 結語

小區恒壓供水是供水系統的一個重要的發展方向。該文在分析恒壓供水系統特點的基礎上對恒壓供水系統的設計方案進行了分析介紹。

參考文獻

[1] 孫斌，張宏建，趙玉曉.模糊變頻恒壓供水系統設計[J].電氣自動化，2002，24（3）：23-25.

[2] 李素玲，劉軍營.恒壓供水自動測控系統的設計與實現[J].中國給水排水，2004，20（3）：74-76.

[3] 周力.基于PLC的變頻恒壓供水模糊控制系統設計[J].機電工程，2005，22（3）：14-17.