二次供水設備為用戶(hù)提供高效、節能、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(wú)負壓供水，二次供水設備也有了很大的發(fā)展，特別是無(wú)負壓供水以更環(huán)保節能的效果取得了市場(chǎng)的認可。當二次設備增多，對二次設備的遠程監控也顯得尤為重要，不僅可以遠程控制設備的運行，還能讀取用戶(hù)的用水量，真正實(shí)現了供水安全、節能、高效;管理方便。

1城市管網(wǎng)二次供水設備的工作原理

無(wú)負壓供水設備是直接與城市管網(wǎng)和用戶(hù)管網(wǎng)相連，通過(guò)安裝在穩流罐上的真空消除器來(lái)阻止供水工程中產(chǎn)生的負壓，保證水泵工作時(shí)不會(huì )對城市自來(lái)水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓。

兩個(gè)壓力傳感器分別采集城市管網(wǎng)壓力和用戶(hù)管網(wǎng)的壓力，通過(guò)與設定壓力的比較，利用PID控制算法自動(dòng)調節變頻器來(lái)驅動(dòng)水泵，使得用戶(hù)管網(wǎng)壓力保持在設定壓力上。同時(shí)，在穩流罐上還需要安裝無(wú)水傳感器，當城市管網(wǎng)無(wú)水時(shí)，設備自動(dòng)停止;在設備的出口端安裝壓力報警傳感器，當系統輸出壓力過(guò)高時(shí)關(guān)掉運轉的水泵保證用戶(hù)管網(wǎng)的安全。

PLC將供水設備的運行情況通過(guò)GPRS調制解調器HD7710D下U將城市進(jìn)水管網(wǎng)壓力、出水管網(wǎng)壓力、流量、設備運行中的電壓電流以及水泵的運行狀態(tài)等信號發(fā)送到城市管網(wǎng)監控中心。監控中心既可以檢測設備的運行狀況，也可以控制設備的啟停;現場(chǎng)控制采用Smart Line觸摸屏來(lái)控制。

2無(wú)負壓供水系統程序優(yōu)化設計

目前市場(chǎng)上無(wú)負壓供水設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)停機功能、自動(dòng)復位功能、故障泵屏蔽功能、自動(dòng)保護功能。木文在市場(chǎng)原有無(wú)負壓供水功能上，結合當前市場(chǎng)上多數產(chǎn)品存在的問(wèn)題，從以下幾個(gè)方面對供水穩定性、安全性、節能等方面進(jìn)行了優(yōu)化設計。

2.1恒壓供水功能優(yōu)化設計

無(wú)負壓供水設備采用疊壓方式運行，直接在自來(lái)水管網(wǎng)上進(jìn)行升壓，根據壓力傳感器采集的市網(wǎng)壓力和用戶(hù)管網(wǎng)壓力，PLC利用PID控制算法，控制變頻器拖動(dòng)水泵，達到恒壓供水的目的。但當城市管網(wǎng)壓力不穩定時(shí)，特別是當壓力波動(dòng)較大，采用單一目標壓力PID跟蹤控制的算法，供水設備會(huì )出現頻繁停啟現象，達不到良好的供水效果。針對這種現象，木文提出了雙目標壓力P舊跟蹤算法，大大優(yōu)化了供水的連續性和可靠性。

根據現場(chǎng)市網(wǎng)管網(wǎng)壓力波動(dòng)和用戶(hù)實(shí)際供水需求的情況分別設定供水目標壓力一、目標壓力二、市網(wǎng)限定壓力。設定時(shí)目標壓力二應小于目標壓力一。目標壓力一是在市網(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控制器將此目標壓力一設為PID的給定壓力，這樣保證正常情況下，用戶(hù)可以正常用水，當市網(wǎng)管網(wǎng)壓力波動(dòng)時(shí)，但仍高于市網(wǎng)停機壓力時(shí)，PLC控制器將目標壓力二設為PID的給定壓力，第二目標壓力接近并高于市網(wǎng)管網(wǎng)壓力，這樣保證穩流調節罐中的水位不低于低水位停機限定值。這樣低流速的水會(huì )把整個(gè)用戶(hù)管網(wǎng)填滿(mǎn)，保證供水設備不停機，等市網(wǎng)管網(wǎng)壓力恢復正常時(shí)，自動(dòng)切換到目標壓力一供水恢復用戶(hù)正常供水。

2.2無(wú)人值守功能優(yōu)化設計

由于供水設備正常運行時(shí)無(wú)人到現場(chǎng)監控運行，因此供水設備必須能實(shí)現無(wú)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(guò)對市場(chǎng)現有設備的調研分析發(fā)現，設備對故障的處理僅能實(shí)現設備的簡(jiǎn)單的保護停機，沒(méi)有實(shí)現智能化。

本系統的故障自動(dòng)處理是依據設備安全和保證用戶(hù)用水。例如三臺供水泵中有一臺水泵發(fā)生故障，市場(chǎng)現有的設備是整個(gè)設備停機報警，需要等到維修人員到達現場(chǎng)并解除故障后才能供水，供水恢復周期長(cháng)。而木系統自動(dòng)切除故障泵，運行其它正常的水泵，這樣既保證了設備的安全，也保證了用戶(hù)用水。

2.3休眠節電功能優(yōu)化設計

供水設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備的耗電量。休眠判讀是指當用戶(hù)不用水時(shí)，設備停止運轉，也就是設備休眠;休眠喚醒是指當用戶(hù)管網(wǎng)壓力下降到限定值時(shí)，設備自動(dòng)喚醒，重新為用戶(hù)管網(wǎng)加壓。當前市場(chǎng)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行頻率，當出水壓力達到目標壓力并維持不變，同時(shí)變頻器的運行頻率小于或等于休眠頻率時(shí)，供水設備進(jìn)入休眠模式。

(2)判斷瞬時(shí)流量

通過(guò)采集瞬時(shí)流量的值，如果一段時(shí)間內瞬時(shí)流量為0，則認為用戶(hù)沒(méi)有用水，設備進(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臺流量計，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(hù)沒(méi)有用水，變頻器為維持目標壓力，變頻器的運行頻率會(huì )高于休眠頻率，因此會(huì )造成夜間不休眠的情況。

通過(guò)以上分析，本文提出了一種新的休眠方式，即在判斷用戶(hù)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。當用戶(hù)管網(wǎng)壓力維持目標壓力不變，如果運行頻率高于休眠頻率，則主動(dòng)將變頻器的運行頻率降為休眠頻率，如果在一定時(shí)間內用戶(hù)管網(wǎng)壓力不發(fā)生降低，則進(jìn)入休眠模式，反之正常運行。這樣就有效的避兔了夜間不休眠的情況。

3遠程監控系統的設計

遠程監控系統一般有兩種類(lèi)型，一種是現場(chǎng)沒(méi)有監控系統，而是將采集到的數據傳送到遠程服務(wù)器中進(jìn)行處理;另一種是現場(chǎng)監控與遠程監控并存。木文采用的是第二種監控方式，選用S7-200 CPU 224XP CN，該PLC有兩個(gè)串口 ,COM1用來(lái)采集流量信息，COMO用來(lái)連接GPRS設備，利用EM277擴展一個(gè)通信接口，該接口用來(lái)連接觸摸屏。

遠程監控中心軟件采用組態(tài)土655軟件編程工具開(kāi)發(fā)，針對性強，靈活性好，可以對采集的現場(chǎng)數據進(jìn)行分析、處理、保存，制作輸出報表，繪出各種曲線(xiàn)，從而實(shí)現整個(gè)系統的遠程監測、管理功能。為方便設備的增加，該監控軟件采用模塊化編程方式。監控中心對某設備的監控主畫(huà)面如圖4所示，該設備為三臺泵，其中僅有一臺以變頻方式運行，運行頻率為35.2Hz，用戶(hù)管網(wǎng)壓力位0.28Mpa，城市管網(wǎng)壓力為0.20Mpa。

4結束語(yǔ)

本系統自投入以來(lái)，取得了良好的效果。設備運行更加可靠，用水更加安全、節能，保證供水設備管理的可預見(jiàn)性，對用戶(hù)用水質(zhì)量實(shí)現遠程管理，實(shí)時(shí)掌握設備運行狀況，并對設備提供科學(xué)管理的依據，為用戶(hù)提供高效、節能、安全的用水。