试论plc在无负压供水系统中的应用

摘 要：无负压供水设备是对自来水管网的原有压力进行利用，使其可以在已有的压力基础上再叠加一些压力，缺多少补多少，不仅节省成本，还十分的节能，是当前二次供水方式中最为先进的设备。因此在很多工矿企业、自来水公司以及生活小区等地都受到青睐。本文首先介绍了无负压供水系统的含义、构成以及所具有的优点，之后对其工作原理，以及软硬件的设计进行了阐述。

关键词：PLC；无负压供水系统；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.179

伴随着我国城镇化进程的加快，人口密度的增加，建筑行业的发展越来越兴旺，为了解决土地较少，人们需求多的问题，高层建筑越来越多。这就导致自来水管的网压产生不足的问题，而导致城市中在用水高峰期时高层楼房的自来水供应不足的问题，造成住在高层的人们用水比较困难。为了使这一问题得以解决，通常所采取的方式是要对水箱或是水池进行修建，再利用水泵对其进行二次加压。但是这种方式比较麻烦。而全自动无负压供水设备是目前较为先进的设备，该设备能够和自来水管网直接进行串接，利用稳压平衡器与负压消除器对自来水管网进行保护使其不形成负压，也使得水箱或是蓄水池修建的麻烦得以避免。无负压供水设备是对自来水管网的原有压力进行利用，使其可以在已有的压力基础上再叠加一些压力，缺多少补多少，不仅节省成本，还十分的节能，是当前二次供水方式中最为先进的设备。

1 无负压供水系统概述

（1）无负压供水系统的含义。所谓无负压供水系统，指的是通过对先进的微机控制技术的运用，与性能较高的变频调速器结合，依照所需的生活用水量对水泵转速进行自动调节，或者是让运行水泵的台数进行增减，进而到达恒压供水的目的。此种供水系统设备具有节能高效的优点，同时压力十分的可靠且稳定，因此成为很多工矿企业、自来水公司以及生活小区等所青睐的供水设备。

（2）无负压供水系统的构成。无负压供水系统是一种形式较为新型的供水手段，是在以往的变频恒压供水系统基础之上构建而成的。该系统是把信息技术、自控技术以及电子和机械工程技术集为一体的高技术产品，主要包括三个部分，分别是前置管路、无负压自动调节装置以及变频调速增压装置。从前置管路来看，主要包括三个组成部分，分别是市政网、倒流防止器以及过滤器；从无负压自动调节装置来看，主要包括四个组成部分，分别是紫外线消毒器、稳流罐以及排水阀和真空消除器；从变频调速增压装置来看，主要包括五个组成分别，分别是用户管网、水泵组、远传压力表，以及保压装置和变频控制柜。

（3）无负压供水系统具有的优点。和以往的二次供水进行比较，无负压供水系统优点比较明显，具体如下：首先，无负压供水系统的成本较低，投资相对较少。因为不用对大型的水箱或是蓄水池进行修建，也没有必要对大型的气压罐进行设置，所以此系统不用大面积的占地，在土建投资上也较少；加之其对政供水管网的压力进行了充分的利用，使得泵选型不高，进而在设备的投资也相对减少。其次，无负压系统没有二次污染，比较卫生。该系统是通过全密封方式进行运行的，能够很好的避免污染物进到到供水系统当中，且过流部件也都选用的是级别较高的不锈钢材料，因此不会给水质造成污染。第三，节约水资源和能源。无负压供水系统实现了直接和市政管网进行串接，能够在市政管网压力上实现压力的叠加，对市政管网余压进行充分的利用，进而使得能源不会被浪费。另外，还能够防止原水池出现漏水或是渗水的现象且定期的对水池进行清洗，因此也避免了对水资源产生的浪费问题。第四，施工时间短，安装方便简单，且维护和管理方便。市场中具有各种各样的无负压供水设备，同时都是成套出售，所以在安装时比较简单，只要直接将其和进出水管进行相连即可，因此所需要的施工时间较短。同时，因为无负压供水系统是利用微机对变频进行全自动控制和调速的，所以一旦遇到停电就会自动停机，而如果来电就会立即自动的开机，对其进行维护和管理上都十分的方便。

2 无负压供水系统的工作原理

当蝶阀被开启，通过Y型过滤器、倒流防止器等部件会使市政管网的自来水流入到稳流罐当中，其中的空气再经由真空消除器将其排除，真空消除器就会自行关上，如果稳流罐中的自来水充满以后，罐中的压力就会与市政管网中的水压一样。当自来水的压力可以使得用户管网的压力以及用水量的需求得到满足时，通过旁通管路市政管网的自来水直接就能给用户水管网进行供水，这时的供水设备就会处在“睡眠”的状况下；如果自来水的水量和压力对于用户管网要求的水量和水压需求不能够满足时，系统就会利用压力传感器提供信号给PLC，进而启动水泵的数量以及变频的频率高低做出决定。依照控制程序，PLC在对变频运行进行切换，对水泵进而轮换，确保各水泵运行的时间几乎一样，同时避免出现死水区。当水泵组在进行供水的过程中，假如市政自来水管网的水量超过了水泵组输出的水量，系统就会加压而给高层用户进行正常的供水。当处在用水的高峰阶段时，假如市政自来水管网比水泵组的输出水量低时，稳流罐中的水就会当作增补的水源进而确保加压供水。

这时，真空消除器开启，空气就会通过真空消除器流进到稳流罐，使得市政自来水管网的负压得以消除。如果超过了用水的高峰阶段以后，此时系统就会回到原来的状态之下。假如市政自来水管网出现停水，或是供水不够时，就会造成稳流罐中的水位持续断降低到原来的水位时，液位控制器就会产生水泵的停机信号，避免水泵出现空转，进而对水泵机组产生保护。假如出现停电，系统就会利用旁通止回阀，将市政管网的压力提供给楼层较低的水户，以实现对用户进行维持供水。

3 无负压供水系统的硬软件设计

3.1 无负压PLC供水系统的硬件设计

（1）主电路控制方式。无负压PLC供水控制系统主要包括手动与自动两种方式。在手动控制的状况下，主要实在应急状况下应用的控制方式，对传感器故障或是pLC系统故障进行调试，利用控制柜门上的电位器、转换开关以及起停按钮来对其实施控制，设置恒定的频率进行运行。同时三台水泵都能够进行单独的操作，进而实现应急供水的目标。在自动控制的状态下，通过PLC对三台变频器进行控制，一台水泵分别由一台变频器进行控制，实现恒压对供水压力的自动化控制，能够确保在一定范围当中供水压力稳定，并确保此系统的可靠、节能和稳定性；

（2）变频器。首先，变频器把三相交流电压整流成直流电压，之后把直流电压转变为频率与幅值都能够变化的交流电压。所以，电动机所输入的频率与电压都能够变化，进而让三相标准交流电动机达到无级变速的作用，让管网水压可以实现持续的改变。本研究中选用的是具有矢量控制功能的VFDXXXFXXX系列产品，进而实现脉冲编码、电机、变频器热保护以及过流、过压等作用。利用PLC模拟量输出端子对变频器的频率进行控制，进而使得电机转速能够依照PLC设定的值，确保实现恒定的管网水压。

3.2 无负压PLC供水系统的软件要求

（1）工作流程。无负压供水系统接通电源，把系统的出口恒压设定值以及加减泵的频率和压力值在在触摸屏上进行设定。在对控制系统中全部设定值进行完调试就不用在进行变化，因此在上电后，触摸屏上的系统具有记忆的作用，所显示的就是之前所设定好的数值。当系统处于自动状态时，就会根据图2中显示的工作流程实现自动恒压供水。

（2）无负压供水系统的控制要求。从无负压控制系统的要求来看，包括下面几个方面。第一，要将触摸屏上的参数设定进行加密，避免出现非专业人员对其进行改动的问题；第二，PLC全部继电开关量的输出动作都应该进行安全互锁；无负压供水系统的工作情况以及管网压力值都在触摸屏上显示出来等等。

4 结语

从上面能够看出，无负压供水系统是将信息技术、电子以及机械等技术融为一体的比较先进的技术产品。其所具有的成本低、占地面积小、能够通过水气进行自动运转和调节、节能、节水以及在停电之后依然可以供水等优点而成为二次供水设备的首要选择。

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