劉雍 葛立福

　　（北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）

　　摘  要 無負壓供水係統用於生活用水的二次增壓。所謂為無負壓是指在水泵工作時對市政管網的給水壓力不產生壓降，這就需要真空抑製技術
、穩流補償技術、預壓平衡補償技術、能量儲存釋放技術、變頻調速技術和智能控製技術等多種技術共同作用來實現。智能控製器目前有基於單片機專用的控製器和基於PLC的智能控製器。PLC以其靈活和可靠的特點越來越多地應用在無負壓供水係統中。和利時公司的LM係列PLC以其強大的數據處理能力、優化的PID技術以及無負壓供水係統標準的應用程序，在無負壓供水設備中越來越多的應用。

　　關鍵詞  無負壓供水
；和利時LM係列PLC；控製係統標準程序

　　1 引言

　　無wu負fu壓ya供gong水shui是shi在zai變bian頻pin恒heng壓ya供gong水shui的de基ji礎chu上shang發fa展zhan起qi來lai的de
，它ta的de先xian進jin之zhi處chu在zai於yu將jiang係xi統tong直zhi接jie與yu自zi來lai水shui管guan網wang串chuan聯lian對dui接jie

，而er不bu用yong建jian立li水shui池chi和he設she置zhi水shui箱xiang

，供gong給gei用yong戶hu的de水shui完wan全quan在zai一yi個ge密mi封feng的de環huan境jing中zhong，避bi免mian了le飲yin用yong水shui在zai供gong水shui過guo程cheng中zhong的de二er次ci汙wu染ran。這zhe種zhong供gong水shui方fang式shi實shi現xian了le無wu池chi供gong水shui與yu變bian頻pin恒heng壓ya供gong水shui的de結jie合he
，能neng夠gou達da到dao比bi其qi它ta供gong水shui方fang式shi更geng環huan保bao節jie能neng的de效xiao果guo。此ci外wai在zai供gong水shui過guo程cheng中zhong
，充chong分fen利li用yong自zi來lai水shui原yuan有you的de壓ya力li，因yin此ci可ke節jie電dian50%以上。不僅如此，無負壓供水係統結合真空抑製、穩流補償
、預壓平衡補償、能量儲存釋放
、變頻調速和智能控製等技術，在供水的同時不，會對市政管網產生壓降，從而保證了市政管網的正常運行。

　　2 無負壓供水工藝概述

　　無負壓供水控製係統的核心概念就是通過變頻器控製水泵的運行頻率

，達到節能供水的效果
，同時係統還加入了市政管網保護功能、水(shui)泵(beng)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)以(yi)及(ji)故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)等(deng)功(gong)能(neng)。為(wei)了(le)節(jie)約(yue)成(cheng)本(ben)，目(mu)前(qian)人(ren)們(men)大(da)多(duo)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)變(bian)頻(pin)器(qi)控(kong)製(zhi)多(duo)個(ge)水(shui)泵(beng)的(de)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)，也(ye)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)常(chang)說(shuo)的(de)一(yi)拖(tuo)二(er)、一拖三或一拖四等控製係統。采用這種方式
，變頻器輪流控製各個水泵變頻運行。

　　水(shui)泵(beng)的(de)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)有(you)兩(liang)種(zhong)
，一(yi)種(zhong)是(shi)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)，一(yi)種(zhong)是(shi)工(gong)頻(pin)運(yun)行(xing)。水(shui)泵(beng)的(de)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)由(you)中(zhong)央(yang)控(kong)製(zhi)器(qi)根(gen)據(ju)用(yong)戶(hu)用(yong)水(shui)量(liang)的(de)多(duo)少(shao)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)。係(xi)統(tong)啟(qi)動(dong)後(hou)
，水(shui)泵(beng)首(shou)先(xian)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)，當(dang)用(yong)水(shui)量(liang)增(zeng)加(jia)時(shi)
，變(bian)頻(pin)水(shui)泵(beng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)工(gong)頻(pin)運(yun)行(xing)
，並(bing)啟(qi)動(dong)下(xia)一(yi)台(tai)水(shui)泵(beng)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)。用(yong)水(shui)量(liang)減(jian)少(shao)後(hou)，工(gong)頻(pin)水(shui)泵(beng)退(tui)出(chu)運(yun)行(xing)，水(shui)泵(beng)的(de)投(tou)切(qie)過(guo)程(cheng)如(ru)此(ci)循(xun)環(huan)反(fan)複(fu)。

　　zaiyongshuilianghenshao
，huomeiyouyongshuishi
，weilejienengyuyanchangshuibengdeshiyongshouming
，shuibenghaikeyijinruxiumianzhuangtai。dangyongshuiliangzengjiashi，shuibenghuizidongcongxiumianzhuangtaizhongbeihuanxing。dangyitaishuibengchangshijianyunxingshi，weileshigegeshuibengjunhengyunxing

，xitonghuizidongxuanzeyunxingshijianzuiduandeshuibengyunxing。dangyoushuibengchuxianguzhangshi，xitonghuizidongtiaoguogaishuibeng，buhuiyingxiangqitashuibengdetouqieguocheng。

　　3 無負壓供水控製係統結構設計

　　在zai傳chuan統tong的de無wu負fu壓ya供gong水shui設she備bei中zhong，控kong製zhi器qi大da多duo采cai用yong單dan片pian機ji設she計ji，這zhe種zhong控kong製zhi器qi一yi般ban都dou不bu允yun許xu用yong戶hu對dui其qi內nei部bu的de程cheng序xu進jin行xing修xiu改gai。如ru果guo想xiang增zeng加jia一yi些xie功gong能neng
，則ze必bi須xu找zhao控kong製zhi器qi的de供gong應ying商shang幫bang助zhu完wan成cheng。這zhe就jiu導dao致zhi了le係xi統tong的de靈ling活huo性xing較jiao差cha，而er且qie這zhe種zhong控kong製zhi器qi一yi般ban都dou沒mei有you經jing過guo可ke靠kao性xing測ce試shi，在zai可ke靠kao性xing方fang麵mian可ke能neng存cun在zai或huo多duo或huo少shao的de問wen題ti。

　　采用PLC作(zuo)為(wei)核(he)心(xin)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)，在(zai)可(ke)靠(kao)性(xing)上(shang)得(de)到(dao)了(le)保(bao)證(zheng)，其(qi)開(kai)放(fang)的(de)編(bian)程(cheng)環(huan)境(jing)也(ye)使(shi)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)和(he)維(wei)護(hu)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)。不(bu)僅(jin)如(ru)此(ci)
，和(he)利(li)時(shi)還(hai)為(wei)無(wu)負(fu)壓(ya)供(gong)水(shui)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)了(le)標(biao)準(zhun)的(de)例(li)程(cheng)
，用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)使(shi)用(yong)這(zhe)個(ge)例(li)程(cheng)搭(da)建(jian)無(wu)負(fu)壓(ya)供(gong)水(shui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，或(huo)者(zhe)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)對(dui)例(li)程(cheng)進(jin)行(xing)簡(jian)單(dan)的(de)修(xiu)改(gai)
，這(zhe)樣(yang)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)建(jian)立(li)效(xiao)率(lv)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)的(de)開(kai)放(fang)性(xing)。

　　本次設計針對1拖3無負壓供水控製係統。係統主要由PLC
、變頻器、離心泵、壓力傳感器
、水位傳感器、缺相保護器、故障報警燈等組成。PLC負責三個水泵的投切控製算法，根據管網出口的設定壓力動態調節變頻器的輸出頻率，以及實現倒泵、休眠、故障處理
、無負壓補償等功能。本係統采用和利時LM係列PLC作為係統控製器，並且通過LM係列PLC自帶的RS232接口連接現場的觸摸屏HT6720T，觸摸屏程序具有係統參數設置、顯示係統運行狀態、查詢係統報警記錄等功能。為了便於用戶查詢控製係統的運行狀況以及設置出口壓力等參數，這裏還用LM係列PLC自帶的RS485接口連接了一個短信數傳模塊

，用戶可以通過手機隨時查詢水泵的運行狀況以及設定管網的出口壓力。無負壓供水控製係統結構如圖1所示。

　　3-1 無負壓供水控製係統結構圖

　　4 無負壓供水控製係統軟件設計

　　根據工藝要求
，無負壓供水控製係統程序流程圖如圖2所示。

圖2 無負壓供水控製係統程序流程圖

　　無負壓供水控製係統操作界麵由觸摸屏HT6720T製作。操作界麵主要可以完成無負壓供水控製係統運行工況的監視
、係統運行參數設置、實時報警顯示
、曆史報警顯示等功能。觸摸屏工況界麵如圖3所示，可以查看各個水泵的運行狀態以及進水壓力、目標壓力和出水壓力等幾個重要的輸出參數。

　　圖4和圖5是參數設置界麵
，可以進行係統參數的設置。所設置的參數均為掉電保持。LM係列PLC中掉電保持區的數據為永久保持，可以避免因停電導致係統設定參數丟失的後顧之憂。圖6為觸摸屏報警查詢畫麵，可以查詢實時報警和曆史報警信息。 

圖3 觸摸屏工況界麵

　　圖4 觸摸屏參數設置界麵一

　　圖5 觸摸屏參數設置界麵二　　

　　圖6 觸摸屏報警查詢畫麵

    5 係統的特點

    基於LM係列PLC的無負壓供水係統具有如下特點：

    可靠性

    可靠性是無負壓供水係統的關鍵。與傳統的單片機控製器相比，LM係列PLC在穩定性
、抗幹擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。LM係列PLC的輸入和輸出點都是與現場隔離的


，這為係統的可靠性提供了硬件基礎。係統所提供的增量PID運yun算suan功gong能neng塊kuai使shi係xi統tong能neng夠gou根gen據ju用yong戶hu的de用yong水shui量liang迅xun速su調tiao節jie給gei水shui泵beng的de工gong作zuo頻pin率lv，使shi給gei水shui壓ya力li以yi較jiao快kuai的de速su度du穩wen定ding在zai設she定ding值zhi

，這zhe也ye在zai功gong能neng上shang保bao證zheng了le係xi統tong的de穩wen定ding運yun行xing。

    易用性

    LM係列PLC體積小、集成化程度高
、運算速度快
、luojikongzhirongliangda，haikeyijinxingzaixiantiaoshihelixiantiaoshi，youqiangdadeshitugongneng，keyidadajiangdibianchengtiaoshidegongzuoliang，suoduantiaoshidezhouqi。linghuodebianchenggongneng，keyigeiweilaidexitongshengjidailaijidafangbian。xitongcaiyong7英寸TFT觸(chu)摸(mo)屏(ping)，整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)一(yi)目(mu)了(le)然(ran)，各(ge)項(xiang)控(kong)製(zhi)參(can)數(shu)也(ye)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)工(gong)況(kuang)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)，並(bing)可(ke)以(yi)生(sheng)成(cheng)實(shi)時(shi)報(bao)警(jing)與(yu)曆(li)史(shi)報(bao)警(jing)列(lie)表(biao)。同(tong)時(shi)
，還(hai)利(li)用(yong)LM係列PLC自帶的RS485接口連接短信數傳模塊，用戶可以直接通過手機隨時查詢係統的運行工況
，並可以進行管網出口壓力等參數的設置。

    功能性

    本係統是在LM係列PLC的無負壓供水標準程序的基礎上建立的
，實現的功能包括了水泵的自動投切功能
、休眠倒泵功能、水泵優先級判斷功能、優化的故障處理功能、多時段設定功能、低水位自動保護功能、無負壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個係統的搭建過程幾乎沒有對標準程序進行修改，在實現了強大功能的基礎上，方便快速地完成了控製係統的搭建。

　　參考文獻

　　[ 1 ]  唐小猛，無負壓供水設備技術分析[J]，廣州大學學報

　　[ 2 ]  姚宏、田勝，二次加壓泵站運行現狀及節能改造措施淺析[J]，節能技術

　　[ 3 ]  馬戍環
，無負壓給水設備及管網準用的技術條件，給水排水

　　[ 4 ]  顧戰鬆，《可編程控製器原理與應用》，國防工業出版社

　　[ 5 ]  和利時公司，HOLLiAS LM小型可編程控製器硬件手冊
，2008

　　作者簡介：

　　劉雍，男，碩士研究生
，研究方向為自動控製
，現任北京和利時自動化驅動技術有限公司行業技術支持。