蓝普锋RPC系列PLC在高层无负压供水系统中的应用

1 无负压供水技术介绍

随着城市化进程的加快以及人们对供水要求的提高，无负压供水技术取得了蓬勃的发展。所谓无负压供水技术是指将无负压供水设备与市政供水管网直接串接，变二次供水为一次直接供水到户，不用建设水池和水箱。无负压供水设备是一种加压供水机组，直接与市政供水管网联接，在市政管网剩余压力的基础上串联叠压供水，并能够确保市政管网压力不小于设定保护压力。无负压供水设备的核心是在二次加压供水系统的运行过程中如何防止负压产生，消除机组运行对市政管网的影响，在保证不影响附近用户用水的前提下实现安全、可靠、平稳、持续的供水。无负压供水设施作为一种给水增压新设备，不仅比普通变频调速供水设施更节能，而且可以有效避免市政管网水质的二次污染[1]。

随着自动控制技术与变频技术的进步，出现了很多新型节能的控制系统，无负压供水控制系统就是其中之一。早期为了解决供水压力不足，并出于节能环保的考虑，出现了变频增压系统。随着变频增压系统的增多，系统对于管网的冲击也越来也大，由此提出了无负压系统的概念，即在供水的同时不对管网造成负压。无负压供水系统无需建立水池或在楼顶设置水箱，而是直接与自来水管网串联对接，供给用户的水完全在一个密封的环境中，避免了饮用水在供水过程中的二次污染。此外，在供水过程中，无负压供水系统充分利用自来水原有的压力，因此是一种节能环保的系统。

无负压供水技术综合了真空抑制技术、稳流补偿技术、预压平衡补偿技术、能量储存释放技术、变频调速技术和智能控制技术等的二次增压供水系统。目前，无负压供水技术能够很好地满足中低层楼宇的用水需求。然而，对于高层楼宇的供水，无负压供水技术还存在一些需要解决的问题，例如高层供水压力不稳定，产生影响水泵寿命的水锤现象，等等。对此，本文对无负压高层供水技术进行了深入研究，基于蓝普锋RPC系列PLC快速、稳定的优良性能，很好地解决了无负压供水技术在高层供水中的问题。 2 高层无负压供水控制系统设计

最早无负压供水设备中，控制器大多采用单片机设计，这种控制器的优点就是成本低，能够满足一般系统的要求。但是这样的系统存在一些问题，例如系统不够灵活，用户无法修改其内部算法以便适应新的系统要求，只能依靠系统供应商来修改内部程序。 本系统采用蓝普锋RPC系列PLC作为核心控制单元，其开放的编程环境使得系统的开发、升级和维护更加方便。不仅如此，蓝普锋RPC系列PLC还针对无负压供水控制系统提供了标准程序，用户可以直接使用此程序，也可以在此程序基础上进行二次开发。经过优化设计以及严格检测的蓝普锋RPC系列PLC使控制系统在可靠性上得到了保证。

根据《室外给水设计规范》的有关规定，当按照直接供水的建筑层数来确定给水管网水压时，其用户接管处的最小服务水头，一层为10m，二层为12m，二层以上每增加一层增加4m。市政管网供水压力平均在0.3MPa左右，可以满足6层建筑的供水，6层以上建筑都需要通过增压进行供水。一般高层楼宇采用分区供水，将7层至14层作为中区供水，15层以上作为高区供水。

本系统针对15层以上的高区供水进行设计。本系统主要由PLC、变频器、立式多级离心泵、压力传感器、水位传感器、缺相保护器、故障报警灯等组成。为了解决高层供水压力不稳定和水锤问题，本系统采用每台水泵对应一台变频器的结构形式，控制系统结构如图1所示。PLC根据用户管网的设定压力与检测到的反馈压力，采用PID控制算法动态调节变频器的输出频率，并且负责三个水泵的投切控制算法。水泵投切采用平滑投切处理算法，可以减少水锤的出现，使高层供水压力更加稳定。系统中还有稳定可靠的倒泵、休眠、故障处理、无负压补偿等功能。系统通过蓝普锋RPC系列PLC本体自带的RS232接口连接本地的7英寸触摸屏，通过RS485接口连接上位机工程师站和操作员站，可以实现本地和远程同时监视系统工艺运行工况，具有设置系统参数和查询系统报警记录等功能。

图1 无负压供水控制系统结构图

无负压供水控制系统操作界面由7英寸触摸屏制作。操作界面主要可以完成无负压供水控制系统运行工况的监视、系统运行参数设置、实时报警显示、历史报警显示等功能。触摸屏工况界面如图2所示，可以查看各个水泵的运行状态以及进水压力、目标压力和出水压力等重要参数，通过系统菜单可以进入各参数设置界面及报警查询界面等。

图2 触摸屏工况界面

3 高层无负压供水控制系统的特点 基于蓝普锋RPC系列PLC的无负压供水系统具有如下特点： （1）可靠性更高

蓝普锋RPC系列PLC具有优异的硬件设计以及稳定的软件平台，在稳定性、抗干扰性以及恶劣条件下的工作性能都要更胜一筹。增量PID算法可以使系统更快的响应用水需求，使给水压力快速稳定的到达设定值，这也在功能上保证了系统的可靠运行。 （2）高层水压更加稳定

对于高层供水，本系统采用了三台变频器对应三台水泵的形式，并且结合平滑投切处理算法，很好的解决了加泵、减泵时出现的水锤问题，使高层供水压力更加稳定，也更好的保护了水泵。 （3）更加节能环保

本系统不仅实现了水泵自动投切功能、水泵均衡运行、优化故障处理等功能，而且还有可靠的休眠、多时段设定功能。休眠功能可以使系统在零流量或极小流量时自动停泵，多时段设定功能允许用户在不同时段设定不同的压力，以达到节能的效果。不仅如此，在控制系统中还加入了三相电量采集模块RPC2731，可采集三相电压，三相电流，有功无功功率和用电量，可了解机组用电状况，针对性地采取节能措施，这些都可以使系统更加节能。