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1組合全自動供水系統的構思

所謂恒壓供水,是指供水系統的供水壓力始終保持在差值較小的上、下限之間。PLC控制的組合全自動供水系統,指的是當供水系統的用水量變化時,由裝在供水主管道的電接點壓力表檢測設定的供水壓力上限P上限和下限P下限的開關信號,輸入PLC后,PLC根據這兩個壓力開關的信號的狀態,自動控制數臺揚程相同、流量不等的水泵組合啟動運行。當供水壓力P供水

2泵站的組成

供水系統如圖1所示。它主要由5臺離心泵1-5,水池浮球閥、止回閥、截止閥、電接點壓力表組成。按《建筑給水排水設計規范》(GBJ15-88),計算出日用水最大小時流量QS=220.3m3/H。另外水泵房水泵機組安裝于地下6m處,最高建筑與水泵房地面高差為35m,所以選擇5臺泵的揚程均為60m,流量分別為12.6m3/H、18m3/H、32m3/H、72m3/H、100m3/H,這5臺泵組合可獲得級差近似流量: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(組合方式見上表),由此可見,當改變泵的組合供水時,流量的變化級差不大于12.6m3/H,所以能使供水壓力在較小的范圍內波動,保證實現準恒壓供水。裝在泵站輸出口的兩個電接點壓力表,一個按供水壓力下限設定,另一個按供水壓力上限設定。泵站輸出管一端通過截止閥和止回閥與市政管網連接,另一端與用戶管網連接。當管網壓力低于泵站供水壓力下限時,水泵運行加壓,此時止回閥防止加壓水回流市政管網。而當市政管網水壓大于或等于泵站供水壓力下限時,泵站停止運行,直接由市政管網供水,水池通過截止閥和浮球閥由市政管網供水,當水位達到控制水位時,浮球閥自動關閉進水。泵站5臺電機電路如圖2所示。

3控制系統及其工作過程

3.1輸入輸出線路

本泵站選用FX2N-32MR型PLC控制器,輸入輸出線路如圖3所示。輸入端子X0和X1分別連接電按點壓力表的水壓下限開關和上限開關;端子X2-X6分別是泵1-泵5的點動按鈕。點動按鈕的作用是控制系統安裝及調試及維修時,單獨對每臺泵進行試機。X7接水池低水位信號,X10為消防輸入信號,X11-X15接五臺水泵的電機主線路熱繼電器動合觸點,將電機的故障信號輸入到PLC中,X16為報警復位按鈕。PLC的9個輸出端子Y0-Y10分別連接驅動泵1-泵5電動機的交流接觸器KM1-KM9、Y11-Y15用于泵1-泵5的故障指示燈HL1-HL5,Y16接報警蜂鳴器。其中與電按點壓力表水壓下限開關連接的輸入繼電器X0采用動斷觸點;而與電按點壓力表水壓上限開關連接的輸入繼電器X1則采用用動合觸點。PLC的輸出繼電器Y0-Y10用于水泵電機交流接觸器KM1-KM9。Y16用于驅動報警用的蜂鳴器。

3.2控制系統動作過程

當泵站供水壓力P供水2,m2得電自鎖,并接通接觸器Km2,使泵2啟動,按此控制規律相繼接通T2、T3、T4并各延時30s后逐臺啟動泵3、泵4和泵5。如果相繼啟動到任一臺泵時,供水壓力符合P下限≤P供水〈P上限時,X0和X1均斷開,既不能啟動未啟動的泵,也不能使運行中的任一臺水泵停止運行。這樣就可以在用水量增加過程確保供水壓力始終處于P下限和P上限的范圍內;②若處于用水下降期,無論原來運行的泵是哪幾臺,只要用水量減少,P供水就會升高,當達到P供水≥P上限時,X0繼續斷開,切斷泵的啟動回路。X1動合觸點閉合,接通泵的停止回路。此時電路首先接通定時器T5,延時30s后,T5的動合觸點斷開輔助繼電器M1,令泵1停止,若泵1停止后,供水壓力仍處于P供水≥P上限狀態,則延時30s后停泵2,按此規律逐臺停止泵的運行。一旦供水壓力滿足P下限≤P供水

無論用水量如何變化,這種控制系統總能根據用水量變化后產生的壓力開關信號,自動控制泵的組合運行,輸出與用水量基本符合的流量,實現準恒壓供水。

泵站在自動組合過程中,由于壓力表指針抖動和有的泵停止或啟動后因供水壓力過低或過高,電機會頻繁啟動。為避免電機頻繁啟動、停止而產生水錘和對電網沖擊,在程序設置中,無論哪臺水泵啟動或停止均需作延時處理。

3.3故障報警及倒泵

如果供水系統出現故障,一般有以下三情況:一是某臺水泵電機堵轉或過載,串接在電機主線路的熱繼電器動作,該繼電器信號接點閉合,其開關信號送給PLC,PLC經程序運行后發出停泵指令并接通對應的信號燈及報警器,同時根據程序要求投入另外一臺水泵;一是P供水P上限時,由于控制系統控制失靈未能停泵。在這種情況下P供水一直等于或大于P上限,即X1始終閉合,在梯形圖中用該觸點驅動T15同樣設定時間為600s,如果該定時器有輸出信號,同樣驅動蜂鳴器,發出故障報警信號。該蜂鳴器通過導線連接到值班房中,一旦發生故障便可立即處理。

3.4消防及低水位停泵

當出現消防信號或水池低水位(水池必須至少留有200m3水以作消防用水)時,即使P供水

4供水控制系統的調試

4.1系統脫機調試

將程序寫入PLC按以下幾種情況進行調試。①用水上升期模擬,觀察PLC輸出指示燈,接通水壓下限接點X0,10秒后Y0燈亮,再過10秒,Y1燈亮,直至Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈亮后斷開水壓下限接點X0,此時所有燈均不滅。符合要求。②用水下降期模擬,緊接著上一步斷開水壓下限接點X0,保持水壓上限接點X1接通,10秒后Y0燈滅,再過10秒,Y1燈也滅,最后Y0到Y10燈均滅,斷開水壓上限接點X1,Y0到Y10任何一個燈都不亮,只有再次接通水壓下限接點X0時才又從Y0開始點亮。③模擬用水量交替變化情況,取流量62.6m3/H為測試點,分兩種情況,第一是先增后減,即從62.6m3/H到72m3/H再到50m3/H,模擬水壓低斷開水壓上限接點X1接通水壓下限接點X0直至Y0、Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,Y3、Y5燈亮后又模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,10秒后Y0燈滅,再過10秒Y1燈滅,又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。此時模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,則Y3、Y5燈也滅,又模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,Y0、Y1、Y2燈間隔10秒點亮。模擬水壓高再接通水壓上限接點X1斷開水壓下限接點X0,Y0燈滅,剩下Y1、Y2燈亮;第二先減后增,即從62.6m3/H到50m3/H再到72m3/H,接通水壓下限接點X0當Y0、Y1、Y2燈亮后模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,Y0燈滅,剩下Y1、Y2燈亮,再模擬水壓低接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,10秒后Y0燈亮,再過10秒后Y3、Y5陸續點亮。即Y0、Y1、Y2、Y3、Y5均點亮,模擬水壓高斷開水壓下限接點X0接通水壓上限接點X1,10秒后Y0燈滅,再過10秒Y1燈滅,又過10秒Y2燈滅后剩下Y3、Y5。④故障模擬,接通水壓下限接點X0,當Y0、Y1燈亮時接通泵1故障接點水壓上限接點X11,Y0燈立即滅,Y11、Y16燈立即點亮,此時即使水壓上限接點X11斷開,Y11、Y16燈也不滅直至故障復位按X16鈕接通后才能滅。如果繼續接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,10秒后Y2燈亮。按以上步驟再分別接通X12、X13、X14、X15。⑤水池低水位或消防信號模擬。先接通水壓下限接點X0斷開水壓上限接點X1,此時分兩種情況測試,第一,當Y0、Y1燈亮時接通X7或X10,在水壓下限接點X0仍接通時,Y1、Y0每隔10秒燈滅。且不復亮,只有X7或X10斷開10秒后Y0燈才亮。第二,當Y0、Y1、Y2、Y3、Y5、Y6、Y10均亮后接通X7或X10,Y2、Y3、Y5、Y6、Y10燈則立即滅,然后Y1、Y0間隔10秒燈滅,在不斷開X7或X10的情況下使水壓下限接點X0接通600秒,Y0到Y10燈均不亮。

4.2PLC在線有載調試

接上水泵電機主線路電源,用點動按鈕分別啟動每臺水泵電機,如果電機轉向與水泵運行方向相同時則分別在對應線端標上U1、V1、W1或U2、V2、W2標簽。如果電機轉向與水泵運行方向相反時則將任兩根電源線對調后再試,轉向相同后再分別在對應線端標上U1、V1、W1或U2、V2、W2標簽。

4.3電接點壓力表水壓下限P下限和上限P上限的調試設定

調試的關鍵是電接點壓力表水壓下限P下限和上限P上限的設定。我們用燃氣熱水器根據最高樓層中熱水器可靠點火供熱水時泵站最低供水壓力做為P下限,而供水壓力上限則根據本泵站的最小流量級差(12.6m3/H),在所選用的水泵的H-Q曲線上查出此流量差所對應的揚程差值H差,在泵組的H-Q曲線上取最大的H差max,則P上限=P下限+H差max,根據以上方法,本供水系統的P下限=0.41MPa,H差max=0.12MPa,則P上限=0.53MPa。

5結束語

本供水系統建成并投入運行至今已一年多,實踐表明,這種供水方式與變頻恒壓供水方式相比,具有以下優點:①控制系統簡單,價格低,投資少,設備折舊費低;②工作可靠,壽命長;③對使用、維護的技術要求低;④自動化程度相等;⑤節能效果比變頻恒壓供水差一些,但比傳統供水方式好得多;⑥對泵站周圍電子類電器等無噪聲干擾;⑦在供水系統控制系統的整個壽命期中,從投資、折舊、節能、維修等方面衡量,本系統綜合效益優于同容量的變頻恒壓供水系統,但主要缺點是水泵啟停頻繁,所以本系統只適用于供水量較小的場合。對市政等大型泵站不適用。

摘要:提出一種利用PLC控制的全自動組合供水系統,系統的泵站由5臺揚程相同流量不等級差相近的水泵和兩只電接點壓力表組成,5臺不同流量的水泵相互不同組合可實現30級供水流量,實現準恒壓供水效果。同時本系統還同時實現了消防信號和水池缺水停泵和故障自動倒泵功能。

關鍵詞:PLC;控制;水泵;組合供水

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