二次供水設(shè)備為用戶提供高效、節(jié)能、安全的用水

從水塔重力供水到水箱的恒壓供水再到目前的變頻無負(fù)壓供水，二次供水設(shè)備也有了很大的發(fā)展，特別是無負(fù)壓供水以更環(huán)保節(jié)能的效果取得了市場的認(rèn)可。當(dāng)二次設(shè)備增多，對(duì)二次設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控也顯得尤為重要，不僅可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備的運(yùn)行，還能讀取用戶的用水量，真正實(shí)現(xiàn)了供水安全、節(jié)能、高效;管理方便。

1城市管網(wǎng)二次供水設(shè)備的工作原理

無負(fù)壓供水設(shè)備是直接與城市管網(wǎng)和用戶管網(wǎng)相連，通過安裝在穩(wěn)流罐上的真空消除器來阻止供水工程中產(chǎn)生的負(fù)壓，保證水泵工作時(shí)不會(huì)對(duì)城市自來水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓。

兩個(gè)壓力傳感器分別采集城市管網(wǎng)壓力和用戶管網(wǎng)的壓力，通過與設(shè)定壓力的比較，利用PID控制算法自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器來驅(qū)動(dòng)水泵，使得用戶管網(wǎng)壓力保持在設(shè)定壓力上。同時(shí)，在穩(wěn)流罐上還需要安裝無水傳感器，當(dāng)城市管網(wǎng)無水時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止;在設(shè)備的出口端安裝壓力報(bào)警傳感器，當(dāng)系統(tǒng)輸出壓力過高時(shí)關(guān)掉運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵保證用戶管網(wǎng)的安全。

PLC將供水設(shè)備的運(yùn)行情況通過GPRS調(diào)制解調(diào)器HD7710D下U將城市進(jìn)水管網(wǎng)壓力、出水管網(wǎng)壓力、流量、設(shè)備運(yùn)行中的電壓電流以及水泵的運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào)發(fā)送到城市管網(wǎng)監(jiān)控中心。監(jiān)控中心既可以檢測設(shè)備的運(yùn)行狀況，也可以控制設(shè)備的啟停;現(xiàn)場控制采用Smart Line觸摸屏來控制。

2無負(fù)壓供水系統(tǒng)程序優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前市場上無負(fù)壓供水設(shè)備主要完成以下幾個(gè)功能:提供自動(dòng)工作和手動(dòng)工作兩種方式、低水位自動(dòng)停機(jī)功能、自動(dòng)復(fù)位功能、故障泵屏蔽功能、自動(dòng)保護(hù)功能。木文在市場原有無負(fù)壓供水功能上，結(jié)合當(dāng)前市場上多數(shù)產(chǎn)品存在的問題，從以下幾個(gè)方面對(duì)供水穩(wěn)定性、安全性、節(jié)能等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1恒壓供水功能優(yōu)化設(shè)計(jì)

無負(fù)壓供水設(shè)備采用疊壓方式運(yùn)行，直接在自來水管網(wǎng)上進(jìn)行升壓，根據(jù)壓力傳感器采集的市網(wǎng)壓力和用戶管網(wǎng)壓力，PLC利用PID控制算法，控制變頻器拖動(dòng)水泵，達(dá)到恒壓供水的目的。但當(dāng)城市管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定時(shí)，特別是當(dāng)壓力波動(dòng)較大，采用單一目標(biāo)壓力PID跟蹤控制的算法，供水設(shè)備會(huì)出現(xiàn)頻繁停啟現(xiàn)象，達(dá)不到良好的供水效果。針對(duì)這種現(xiàn)象，木文提出了雙目標(biāo)壓力P舊跟蹤算法，大大優(yōu)化了供水的連續(xù)性和可靠性。

根據(jù)現(xiàn)場市網(wǎng)管網(wǎng)壓力波動(dòng)和用戶實(shí)際供水需求的情況分別設(shè)定供水目標(biāo)壓力一、目標(biāo)壓力二、市網(wǎng)限定壓力。設(shè)定時(shí)目標(biāo)壓力二應(yīng)小于目標(biāo)壓力一。目標(biāo)壓力一是在市網(wǎng)管網(wǎng)壓力正常，大于市網(wǎng)管網(wǎng)限定壓力的情況下,PLC控制器將此目標(biāo)壓力一設(shè)為PID的給定壓力，這樣保證正常情況下，用戶可以正常用水，當(dāng)市網(wǎng)管網(wǎng)壓力波動(dòng)時(shí)，但仍高于市網(wǎng)停機(jī)壓力時(shí)，PLC控制器將目標(biāo)壓力二設(shè)為PID的給定壓力，第二目標(biāo)壓力接近并高于市網(wǎng)管網(wǎng)壓力，這樣保證穩(wěn)流調(diào)節(jié)罐中的水位不低于低水位停機(jī)限定值。這樣低流速的水會(huì)把整個(gè)用戶管網(wǎng)填滿，保證供水設(shè)備不停機(jī)，等市網(wǎng)管網(wǎng)壓力恢復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)切換到目標(biāo)壓力一供水恢復(fù)用戶正常供水。

2.2無人值守功能優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于供水設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)無人到現(xiàn)場監(jiān)控運(yùn)行，因此供水設(shè)備必須能實(shí)現(xiàn)無人值守功能，包括:自動(dòng)休眠、自動(dòng)喚醒、自動(dòng)切換泵、自動(dòng)啟停、故障自動(dòng)處理。但經(jīng)過對(duì)市場現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備對(duì)故障的處理僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的簡單的保護(hù)停機(jī)，沒有實(shí)現(xiàn)智能化。

本系統(tǒng)的故障自動(dòng)處理是依據(jù)設(shè)備安全和保證用戶用水。例如三臺(tái)供水泵中有一臺(tái)水泵發(fā)生故障，市場現(xiàn)有的設(shè)備是整個(gè)設(shè)備停機(jī)報(bào)警，需要等到維修人員到達(dá)現(xiàn)場并解除故障后才能供水，供水恢復(fù)周期長。而木系統(tǒng)自動(dòng)切除故障泵，運(yùn)行其它正常的水泵，這樣既保證了設(shè)備的安全，也保證了用戶用水。

2.3休眠節(jié)電功能優(yōu)化設(shè)計(jì)

供水設(shè)備的休眠功能包括休眠判斷和休眠喚醒，增加休眠功能可以大大降低設(shè)備的耗電量。休眠判讀是指當(dāng)用戶不用水時(shí)，設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是設(shè)備休眠;休眠喚醒是指當(dāng)用戶管網(wǎng)壓力下降到限定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)喚醒，重新為用戶管網(wǎng)加壓。當(dāng)前市場上的休眠方式主要有兩種:

(1)判斷出水壓力和休眠頻率

控制器不斷的采集出水壓力和變頻器的運(yùn)行頻率，當(dāng)出水壓力達(dá)到目標(biāo)壓力并維持不變，同時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率小于或等于休眠頻率時(shí)，供水設(shè)備進(jìn)入休眠模式。

(2)判斷瞬時(shí)流量

通過采集瞬時(shí)流量的值，如果一段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)流量為0，則認(rèn)為用戶沒有用水，設(shè)備進(jìn)入休眠模式。

從成本上方式二要高于方式一，需要多增加1臺(tái)流量計(jì)，因此多采用第一種休眠方式。但第一種休眠方式僅僅在城市管網(wǎng)壓力波動(dòng)很小的情況下能取得良好的效果。特別是夜間，城市管網(wǎng)壓力一般會(huì)下降，即使用戶沒有用水，變頻器為維持目標(biāo)壓力，變頻器的運(yùn)行頻率會(huì)高于休眠頻率，因此會(huì)造成夜間不休眠的情況。

通過以上分析，本文提出了一種新的休眠方式，即在判斷用戶管網(wǎng)壓力和休眠的頻率的同時(shí)，增加了主動(dòng)觸發(fā)休眠模式。當(dāng)用戶管網(wǎng)壓力維持目標(biāo)壓力不變，如果運(yùn)行頻率高于休眠頻率，則主動(dòng)將變頻器的運(yùn)行頻率降為休眠頻率，如果在一定時(shí)間內(nèi)用戶管網(wǎng)壓力不發(fā)生降低，則進(jìn)入休眠模式，反之正常運(yùn)行。這樣就有效的避兔了夜間不休眠的情況。

3遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般有兩種類型，一種是現(xiàn)場沒有監(jiān)控系統(tǒng)，而是將采集到的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器中進(jìn)行處理;另一種是現(xiàn)場監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控并存。木文采用的是第二種監(jiān)控方式，選用S7-200 CPU 224XP CN，該P(yáng)LC有兩個(gè)串口 ,COM1用來采集流量信息，COMO用來連接GPRS設(shè)備，利用EM277擴(kuò)展一個(gè)通信接口，該接口用來連接觸摸屏。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心軟件采用組態(tài)土655軟件編程工具開發(fā)，針對(duì)性強(qiáng)，靈活性好，可以對(duì)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存，制作輸出報(bào)表，繪出各種曲線，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、管理功能。為方便設(shè)備的增加，該監(jiān)控軟件采用模塊化編程方式。監(jiān)控中心對(duì)某設(shè)備的監(jiān)控主畫面如圖4所示，該設(shè)備為三臺(tái)泵，其中僅有一臺(tái)以變頻方式運(yùn)行，運(yùn)行頻率為35.2Hz，用戶管網(wǎng)壓力位0.28Mpa，城市管網(wǎng)壓力為0.20Mpa。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)自投入以來，取得了良好的效果。設(shè)備運(yùn)行更加可靠，用水更加安全、節(jié)能，保證供水設(shè)備管理的可預(yù)見性，對(duì)用戶用水質(zhì)量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，并對(duì)設(shè)備提供科學(xué)管理的依據(jù)，為用戶提供高效、節(jié)能、安全的用水。