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

1城市管網二次供水設備的工作原理

無負壓供水設備是直接與城市管網和用戶管網相連，通過安裝在穩(wěn)流罐上的真空消除器來阻止供水工程中產生的負壓，保證水泵工作時不會對城市自來水管網產生負壓。

兩個壓力傳感器分別采集城市管網壓力和用戶管網的壓力，通過與設定壓力的比較，利用PID控制算法自動調節(jié)變頻器來驅動水泵，使得用戶管網壓力保持在設定壓力上。同時，在穩(wěn)流罐上還需要安裝無水傳感器，當城市管網無水時，設備自動停止;在設備的出口端安裝壓力報警傳感器，當系統(tǒng)輸出壓力過高時關掉運轉的水泵保證用戶管網的安全。

PLC將供水設備的運行情況通過GPRS調制解調器HD7710D下U將城市進水管網壓力、出水管網壓力、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)送到城市管網監(jiān)控中心。監(jiān)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(xiàn)場控制采用Smart Line觸摸屏來控制。

2無負壓供水系統(tǒng)程序優(yōu)化設計

目前市場上無負壓供水設備主要完成以下幾個功能:提供自動工作和手動工作兩種方式、低水位自動停機功能、自動復位功能、故障泵屏蔽功能、自動保護功能。木文在市場原有無負壓供水功能上，結合當前市場上多數(shù)產品存在的問題，從以下幾個方面對供水穩(wěn)定性、安全性、節(jié)能等方面進行了優(yōu)化設計。

2.1恒壓供水功能優(yōu)化設計

無負壓供水設備采用疊壓方式運行，直接在自來水管網上進行升壓，根據(jù)壓力傳感器采集的市網壓力和用戶管網壓力，PLC利用PID控制算法，控制變頻器拖動水泵，達到恒壓供水的目的。但當城市管網壓力不穩(wěn)定時，特別是當壓力波動較大，采用單一目標壓力PID跟蹤控制的算法，供水設備會出現(xiàn)頻繁停啟現(xiàn)象，達不到良好的供水效果。針對這種現(xiàn)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(xù)性和可靠性。

根據(jù)現(xiàn)場市網管網壓力波動和用戶實際供水需求的情況分別設定供水目標壓力一、目標壓力二、市網限定壓力。設定時目標壓力二應小于目標壓力一。目標壓力一是在市網管網壓力正常，大于市網管網限定壓力的情況下,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，用戶可以正常用水，當市網管網壓力波動時，但仍高于市網停機壓力時，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管網壓力，這樣保證穩(wěn)流調節(jié)罐中的水位不低于低水位停機限定值。這樣低流速的水會把整個用戶管網填滿，保證供水設備不停機，等市網管網壓力恢復正常時，自動切換到目標壓力一供水恢復用戶正常供水。

2.2無人值守功能優(yōu)化設計

由于供水設備正常運行時無人到現(xiàn)場監(jiān)控運行，因此供水設備必須能實現(xiàn)無人值守功能，包括:自動休眠、自動喚醒、自動切換泵、自動啟停、故障自動處理。但經過對市場現(xiàn)有設備的調研分析發(fā)現(xiàn)，設備對故障的處理僅能實現(xiàn)設備的簡單的保護停機，沒有實現(xiàn)智能化。

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

2.3休眠節(jié)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不用水時，設備停止運轉，也就是設備休眠;休眠喚醒是指當用戶管網壓力下降到限定值時，設備自動喚醒，重新為用戶管網加壓。當前市場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，同時變頻器的運行頻率小于或等于休眠頻率時，供水設備進入休眠模式。

(2)判斷瞬時流量

通過采集瞬時流量的值，如果一段時間內瞬時流量為0，則認為用戶沒有用水，設備進入休眠模式。

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壓力波動很小的情況下能取得良好的效果。特別是夜間，城市管網壓力一般會下降，即使用戶沒有用水，變頻器為維持目標壓力，變頻器的運行頻率會高于休眠頻率，因此會造成夜間不休眠的情況。

通過以上分析，本文提出了一種新的休眠方式，即在判斷用戶管網壓力和休眠的頻率的同時，增加了主動觸發(fā)休眠模式。當用戶管網壓力維持目標壓力不變，如果運行頻率高于休眠頻率，則主動將變頻器的運行頻率降為休眠頻率，如果在一定時間內用戶管網壓力不發(fā)生降低，則進入休眠模式，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(jiān)控系統(tǒng)的設計

遠程監(jiān)控系統(tǒng)一般有兩種類型，一種是現(xiàn)場沒有監(jiān)控系統(tǒng)，而是將采集到的數(shù)據(jù)傳送到遠程服務器中進行處理;另一種是現(xiàn)場監(jiān)控與遠程監(jiān)控并存。木文采用的是第二種監(jiān)控方式，選用S7-200 CPU 224XP CN，該PLC有兩個串口 ,COM1用來采集流量信息，COMO用來連接GPRS設備，利用EM277擴展一個通信接口，該接口用來連接觸摸屏。

遠程監(jiān)控中心軟件采用組態(tài)土655軟件編程工具開發(fā)，針對性強，靈活性好，可以對采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析、處理、保存，制作輸出報表，繪出各種曲線，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠程監(jiān)測、管理功能。為方便設備的增加，該監(jiān)控軟件采用模塊化編程方式。監(jiān)控中心對某設備的監(jiān)控主畫面如圖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，用戶管網壓力位0.28Mpa，城市管網壓力為0.20Mpa。

4結束語

本系統(tǒng)自投入以來，取得了良好的效果。設備運行更加可靠，用水更加安全、節(jié)能，保證供水設備管理的可預見性，對用戶用水質量實現(xiàn)遠程管理，實時掌握設備運行狀況，并對設備提供科學管理的依據(jù)，為用戶提供高效、節(jié)能、安全的用水。