恒压供水数字化变频调速及远程监控系统

水利建设与管理・２０１１年第１期　５７　刘登海　（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局　乌鲁木齐８３００００）　【摘要】本文阐述了数字化恒压供水变频器控制系统的组成、功能及各功能的实现方法。开发的计算机监控软件，　通过ＰＩＤ的通信功能，实现了供水系统的远程监控，提高了供水系统的自动化程度与管理水平。　【关健词】变频器ＰＩＤ调节器远程监控　

随着自动控制水平的提高，变频器恒压供水装置技　术已经相对成熟，从节能运行到系统稳定可靠都得到社　会认可。根据某小区用水需求，设计了一套数字化变频恒　压供水系统，系统根据用水量的不同，通过管网上远传压　变送器的信号输入到ＰＬＣ，实现ＰＩＤ的自动调节，控制水　泵的运行状态，保持管网供水压力。利用ＰＬＣ的通信功　能，结合开发的上位机监控软件，可较好地实现供水状况　的远程监控。该系统用途较为广泛，可用于生活、工业及　消防供水等许多领域。　１恒压供水系统要求　传统的供水方式如恒速泵加压供水、水塔高位水箱　供水等普遍存在效率低、能耗大、自动化程度低、可靠性　差、系统维护工作量大、气压罐需要定期充气加压等缺　点，增加了设备的危险性。采用变频无塔恒压供水技术，　可以弥补以上不足。变频恒压供水控制系统通过检测到　的管网压力，经ＰＬＣ的内置ＰＩＤ调节器运算后，调节变频　器的输出频率，实现管网的恒压供水。从自来水公司输送　来的净化水流入小区蓄水池中，然后由一台变频器控制　的两台电机和两台工频泵将水输送到小区每个用户中。　根据用户管网内水的压力来控制四台泵的工作方式。当　用户用水量较少时，只有一台变频泵运行，保证管内压力　恒定，当用户用水量较大时，系统自动启动其余的泵投入　运行，保证送人小区用户的水压力恒定。电机Ａ和电机Ｂ　由一台变频器来控制，统称变频电机，在用水量较小的情　况下，两台变频泵根据时间控制器相互切换，延长电机的　使用寿命。为防止在用户用水量很小时，贮水池内的水位　过高而溢出水池，加了一条液位联锁报警控制，以提高系　统的安全性。　２系统控制原理及组成　供水系统结构如图１所示。此系统采用闭环单回路　反馈控制，系统不断采集管网内压力信号与给定压力设　定值进行比较，经过运算后将偏差值送给ＰＩＤ调节器，　ＰＩＤ调节器再将信号送给执行机构，即电机组。执行机构　接收调节器的指令来改变自己的工作运行方式，从而使　管内的压力发生变化。如此循环执行，直到管网压力保持　在一个恒定的状态。由于该系统受到的环境（如温度变　化）干扰因素较多，压力控制又属于滞后控制，所以采用　Ｐ１Ｄ调节运算控制，以降低环境的干扰，提高系统的稳定　性和快捷性。　设计程序流程如图２所示。由图２可知，系统检测　管内压力，然后判断管内压力与低限设定压力之间的差　值，若小于低限设定压力，系统将会启动变频泵，并且变　频泵功率的大小取决于压力信号的大小，如果变频泵在　最大功率下运行时还未使管内压力达到低限设定值，那　么系统将会启动１号电机。如果此时已经达到低限设定　值，系统将会返回到开始时的状态，继续检测管内压力。　同样，当变频泵和１号工频泵同时运行时，管内压力还　未达到低限设定压力，系统会启动２号电机。如果此时　已经达到低限设定值，系统将会返回到开始时的状态，　继续检测管内压力。如果管内压力已经达到低限设定压　５８　刘登海／恒压供水数字化变频调速及远程监控系统　图１供水控制系统图　

图２流程控制框图　力，系统会判断管内的压力是否大于高限设定值。如果　没有达到高限设定压力值，系统将会返回到开始时的状　态，继续检测管内压力；如果已经达到高限设定压力值，　系统将会停２号电机；如果还大于高限设定压力值，系　统将会停１号电机；如果还大于高限设定压力值时，系　统将调节变频泵的功率，直至停止为止。用一台变频器　来控制两台变频电机，当只有一台变频泵处在运行工作　状态下，并且运行了一段时间，此时系统将自动切换到　另外一台变频泵，这样可以延长电机的使用寿命。四台　电机均设自动／手动装置，可以进行软启动，在特殊情况　下或故障状态下，也可以手动启动每台电机。并且四台　电机都设有过载保护、短路保护、过电压保护、缺相保　护、过热保护、过电流保护，以及过电压瞬间断电自动恢　复再启动功能。　系统有一台可编程逻辑控制器ＰＬＣ、一台变频器、　一台转换器、各种常规远传仪表、电机水泵组、报警装　置和其他管道设备。ＰＬＣ主要完成对系统的整体控制，　接受各种信号，进行相应的运算处理，然后输出控制信　号，包括联锁控制和报警输出。变频器可以改变电机的　功率。转换器能够根据ＰＬＣ所发的指令相互切换两台　变频泵的工作方式。各种常规远传仪表完成对数据的　采集和执行各种控制操作，完成各种联锁。选用具有累　计流量和瞬时流量功能的流量计，可以计算小区用水　的总量。　所有泵的停止运行条件相同，如果ｌ号电机５个条件　中（压力大于０．６ＭＰａ，电压大于４００Ｖ、电流大于５Ａ、温度　大于ｌｏ０℃、手动按键停）任何一个条件满足，就停１号电　机；如果２号电机５个条件中任何一个条件满足，就停２　号电机。两台变频泵的停泵条件和ｌ号电机、２号电机的　停泵条件相同。另外当液位开关值为１时或手动按键停　时电磁阀关闭。　３远程监控系统设计　３．１远程监控　供水泵站远离水电管理部门，为及时了解供水系统　的运行状况，方便管理，设计了由计算机、ＰＬＣ及数据采　集和通信模块组成的监控系统，实现了供水状况的远程　监控。　监控系统硬件由各类变送器和模拟量输入模块　Ｆｘ２Ｎ一４ＡＤ完成数据采集，通过通信转换模块实现ＰＩＤ　和计算机的远程通信连接。监控系统硬件构成方案如图３　所示。　监控系统软件以ＶＢ６．０作为开发平台，用通信控　件ＭＳＣ。ｍｍ实现计算机与ＰＬＣ的通信。监控系统主要　功能如下：　ａ．运行状态实时监视功能。通过读取ＰＬＣ输入、输　出继电器的状态及各种模拟量信息来掌握系统的运行状　态，实时显示各重要设备的运行状态和数据，绘制重要参　数的变化走势图。　刘登海／恒压供水数字化变频调速及远程监控系统　５９　１电压变送　ｌ电流变送Ｉ　功率变送ｌ　ｆ压力变送ｊ　ｆ流量变送Ｉ　Ｊ液位变送ｌ　ｌ　、　Ｉ　、　ｌ　

１　

ＳＲＩ—ＣＯＭ：　ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ　ＡＩ：　ＦＸ２Ｎ一４８５ＢＤ　ＦＸ２Ｎ一　ＭＲ　ＦＸ２Ｎ一４ＡＤ　

ｌｑ　组态界而、　……］＝１ｌ　ｌ　

、，Ｉ　ｌ　Ｒｓ一４｝｝ｓ　ＦＸ４８ＳＰＣ——ＩＦ　ｕ－ｉ富；　远程监控　图３监控系统框图　

ｂ．远程手动控制功能。通过操作上位机远程控制界　面直接控制水泵电机和变频器的运行，提高系统在故障　

状态时的应急处理能力。　ｃ．数据管理功能。实现历史数据的存储和查询，对报　警及故障信息自动生成记录文件，供事后分析。　ｄ．事故自动报警功能。当运行过程中的检测量超标　或设备发出故障信号或失去控制时，系统自动报警显示，　同时自动拨打管理人员的电话，及时通知管理人员进行　故障处理。　４结语　根据流体力学原理，水泵的流量与电机转速成正比，　压力与电机转速的平方成正比，因此水泵采用变频技术　的效果比采用常规供水方法节电４０％～５０％，节水７％。该　系统可以根据用户的要求，采用恒压控制、恒流控制、恒　温控制等多种自动控制方法；也可以根据负荷的不同增　加若干台泵。并且系统具有稳定、便于维护、无人职守等　优点。变频恒压供水，节能效果明显，已成为供水给水设　计的首选方案。　

（上接第５３页）和焊缝类别，选定主横梁和面板进行探　伤。受检焊缝为主横梁腹板对接焊缝、主横梁翼缘对接　焊缝、主横梁翼缘与边梁翼缘对接焊缝、主横梁腹板与　边梁腹板的角接焊缝、主横梁腹板与翼缘的角接焊缝及　面板对接焊缝。受检总长度约３５ｍ。其中一类焊缝５ｍ，　探伤比例为８０％；二类焊缝３０ｍ，探伤比例为２０％。　ｄ．启闭机运行状态检测。主要检测启闭机外观状态　是否完好，机架有无变形和损伤，卷筒表面、护板、轮缘有　无裂纹及损伤，钢丝绳是否牢靠，压板、螺栓是否齐全，开　式齿轮表面润滑、磨损、锈蚀和齿轮啮合情况，运转是否　平稳无冲击，减速箱是否密封良好无渗漏，制动器是否动　作灵活、工作准确可靠，附属设施是否完善。　ｅ．结构应力静态检测。结构应力检测通常采用电测　方法，通过粘贴在被测构件上的电阻应变片获取电信号，　利用屏蔽导线传递给静态检测系统，实现远距离测量。电　阻应变片通过绝缘胶粘贴于被测构件上，采用硅胶进行　密封处理，以保证应变片具有良好的绝缘度。现场检测　前，根据闸门结构应力初步分析结果，确定测点位置，并　进行打磨、清洗、定位，然后贴片、焊接、密封、引线、联机　并进行测量。为提高数据的准确性和稳定性，现场应布置　温度补偿试块，以消除温度的影响。　

２维修维护　根据检测情况，结合原始技术资料，制定详细的维修　方案，对钢闸门进行维修维护。　ａ．当门体变位时，可采取调整吊耳位置、加重、重绕　钢丝绳等方法进行处理。　ｂ．当门叶变形时，可采取人工、机械或热矫正方法进　行处理，必要时还应进行适当的加固。　ｃ．当门叶面板锈蚀严重时，可补焊新钢板加　强；门叶构件锈蚀严重时，可采用加梁格为主的方法　加固。　ｄ．当钢板、型钢或焊缝开裂或局部损坏时，可进行补　焊或更换新钢材。　ｅ．当支承行走装置的易磨损件的磨损量超过允许范　围时，应更换新件；当弧形闸门支铰转动不良时，可拔取　支铰轴洗净加油润滑后重新安装。　ｆ．当橡胶水封局部撕裂、断裂时，可局部更换修复，　若老化或磨损严重，则应更换新件；当水封与水封座板接　触不严密时，可在水封底部加垫处理。当金属水封发生翘　曲变形时，可矫正修平；轻微锈蚀、空蚀时可补焊后磨平；　严重损坏时则要更换新件。木水封损坏的主要修理方法　是更换新水封。◇　。