自动恒压供水系统的设计与控制方式的介绍

引言

《世纪星组态软件》是在PC机上开发的智能型人机接口（HMI）软件系统，运行于 Windows 98/2000/NT/XP 中文操作系统平台，全中文界面。产品在开发和设计过程中，采用国际先进的组态理念，吸收当前国内外先进组态软件的优秀成果，并经过严格的实验测试和众多行业的现场实践。

《世纪星组态软件》作为一个实时的人机界面实用程序生成器，可以产生在管理级别上的监控和数据采集（SCADA）程序。《世纪星组态软件》由开发系统（CSMaker）和运行系统（CSViewer）两部分组成。CSMaker 和 CSViewer 是各自独立的  世纪星组态软件Windows 32 位应用程序，均可单独使用，两者又相互依存，在开发系统中设计开发的画面应用程序必须在运行系统中才能运行。

《世纪星组态软件》运行系统是世纪星的实时运行环境，用于显示开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与 I/O 服务程序的数据交换。它通过实时数据库管理从工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史数据记录、趋势曲线等监视功能。

概述

供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：

（1）维持水压恒定

（2）控制系统可手动/自动运行

（3）多台泵自动切换运行

（4）系统睡眠与唤醒，当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒

（5）在线调整PID参数；

（6）泵组及线路保护检测报警，信号显示等将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。

一般供水方式，多为用水量调节开停泵数量，压力偏小时加泵，压力偏高时减泵。传统控制方式为人工手动控制，存着如下缺点： 操作方式落后，人为因素很大；管理方式落后，无法建立严格科学管理体制；设备运行不合理，维修量大，使用寿命短；能耗高、机械磨损大，生产成本高；采用自动恒压供水系统，可以大大改善供水性能，稳定供水压力，节约电能。

系统结构

系统采用一台变频器控制多台水泵以循环工作方式，中心控制器为PLC可编程控制器，以设定压力和反馈压力为控制目标，以PID为控制算法组成闭环控制系统。以降压启动柜或软启动器作为工频运行回路或独立后备系统。实时采集水网参数、电网参数、电机温度、设备运行状态，达到优化运行、可靠保护、确保供水、节约电耗。

控制方式

以出口总管网水压为控制目标，以供水时间、季节为参考值，合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水压、节电供水之目。

1、调节开、停泵组数量和变频调速泵转速，达到调节管网水压目，稳定供水压力。

2、调节精度：-0.1Mpa～+0.1Mpa。

3、以管网水压为控制目标，达到高效节能供水。

4、以24小时为周期，用水量不同可上分段设定供水压力，PLC依据设定值自动运行。

5、以“先入先出”为准则，对水泵进行优化组合，循环投切。 对变频机组负荷实时计算，确定各泵开、停时间，使各泵高效区段工作并磨损均匀。

6、阀门自动控制。工作程序为：

开泵----检测泵出口水压----压力达到设定值时开阀----检测阀门开尽限位。

关阀----检测阀门关尽限位----停泵。

7、PLC精确控制，使泵组变、工频运行实现无扰动切换。并保证各泵磨损均匀。

8、对供水量计算，限制泵组临界状态频繁起停。

9、每台泵组后备手动软起控制功能，确保故障情况下不间断供水。

10、水压异常报警，低水池水位过低自动停机，用水量极小时自动停机。

11、软启动，减少了单泵启动电流、冲击和水泵机械磨损，延长设备使用寿命。

12、PLC与上位监控站连网功能。

13、自动运行，远程运行，手动运行。手动运行为最高优先权。

14、 监测所有设备相关参数：电机电压、电流、温度、运行时间、运行状态、出口水压、阀门 状态、阀门故障、水池水位、管网水压、水质参数。 中心控制室进行网络通讯，协调生产。

15、 对排污泵进行实时监控和自动控制。

技术经济指标分析

1、水泵其扬程（H）、流 量（Q）、转速（N）和轴功率（P）之间存如下关系： Q=K1*N H=K2*N2 P=K3*H*Q=K1*K2*K3*N3=K*N3

由此可见，水泵出口流量与转速成正比，扬程与转速平方成正比，消耗轴功率与转速三次方成正比。对水泵进行调速运行，对供水流量与压力进行调节，有着非常明显节能效果。当变频泵运行45Hz时。比工频运转节电27%。P（45）/p（50）=（45/50）3=73%

2、应用变频调速可以用水需求量对水泵流量进行无级调整，减少开停工频泵次数，减少对电网及水泵机械冲击，延长设备使用寿命，大大减少爆管危险性，减少工程维修费用和跑水浪费，间接节约了成本。

3、供水施工经验和运行数据分析，一般每天可分为几个档次压力供水，其直接节电率10%以上。考虑减少维修费用，延长设备使用寿命，提高管理水平和自动化监控能力等间接节能效率，总节能率可达18%以上。

上位机监控软件

《世纪星组态软件》是PC机上开发智能型人机接口（MMI）软件系统，它以Windows 98/2000/NT/XP 中文平台作为其操作系统，全中文界面，并充分利用了Windows各种便利功能。

《世纪星组态软件》由开发系统和运行系统组成。开发系统是《世纪星组态软件》集成开发环境，软件开发者这个环境中完成界面设计、数据库定义、动画连接、硬件设备安装、网络配置、系统配置等。该系统具有先进完善图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理抽象控制对象，能非常简单、方便对数据报警、趋势曲线、历史数据记录、安全防范等进行操作；开发者利用其丰富图形控件和自定义图库功能，可以大大减少设计界面时间；简单而实用编程命令语言，开发者不需要编程经验就可以设计完成实际工程；方便硬件设备安装向导和全面支持国内国际工控底层设备，彻底实现工控现场数据采集和监控功能。

运行系统是《世纪星组态软件》系统实时运行环境，用于显示开发系统中建立动画图形画面，并负责数据库与硬件设备数据交换。运行系统能实时而形象反映现场所有参数和实际情况；实时数据库管理从工业控制对象采集各种数据；可把数据变化用动画方式形象表示出来，同时完成实时和历史报警、历史数据记录、实时和历史趋势曲线等监控功能；可生成历史数据文件，用于追忆历史事件；灵活方便组态式报表，可充分满足用户各种报表需要。

工艺过程

1、主画面

2、PID 调节

3、打印报表