高位水池的液位高低和泵系统的设计以及如何控制？

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1、系统简介

为缓解生产环境，某公司投资清洁水技改安装工程并完工一座福特水2.5万顿的自来水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和低位鱼池。依照公司用水需求特性，从抽水泵系统进来的水一部份直接供给生产用水部委，一部份则需通过加压泵输送到低位鱼池，而供给生产用水部委的水压与供给低位池子的水压相差较大。同时低位鱼池距抽水水厂较远达十多公里，低位池子的差压高低和加压泵系统的设计以及怎样与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。

鉴于以上特征，从技术靠谱和经济实用视角综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的手动恒压控制自来水系统，同时通过主水管道压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。

2、系统方案

系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成(见图1)。

2.1抽水泵系统

整个抽水泵系统有150KW深井泵马达四台，90KW深井泵马达两台，辅以变频器循环工作模式，六台水泵均可设置在变频模式下工作。选用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的变压器。当变频器工作在50HZ，管网压力始终高于系统设定的下限时，软起动器便手动起动一台水泵投入到单相运行，当压力达到高限时，手动停掉单相运行水泵。一次主电路接线示意图见图2所示。

系统为每台水泵搭载马达保护器，是由于马达功率较大，在缺相、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等状况下为确保马达的良好使用条件，达到延长马达的使用寿命的目的。

系统搭载水位显示仪表，可进列宽高位报案，同时通过PLC可确保取水在合理水位的氨氮监控，同时也保护马达制正常运转载荷。

系统搭载流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

2.2公司内不同压力自来水需求的解决

为稳定靠谱地满足公司内部分区域自来水太力(0.4~0.45Mpa)高于经理网水压力(0.8~0.9Mpa)的要求，搭载稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。

2.3加压泵系统

因为抽水水厂距离低位鱼池较远，直接自来水到低位鱼池抽水泵的管径不足，因此在距离低位鱼池落差为36米处设计有一加压泵站，搭载卧式离心泵两台(一用一备)马达功率为75KW，管径36米。

该加压泵的控制系统需考虑以下条件：

(1)若低位鱼池水位低和经理有水，则打开进水电动阀门和起动加压泵向低位鱼池自来水;

(2)若低位鱼池水位满且经理有水，则给出报案讯号并关掉加压泵和进水电动阀门;

(3)若经理无水阐明用水量减小或抽水泵站停止供气，应当开启出水电动阀门由低位池子向经理补充不。

像抽水泵一样，我们为加压泵搭载了软起动器和马达保护器，确保加压泵常年靠谱地运转，同时搭载了低位池子的水位传感和数显仪和缺水传感。

为保证整个主水管网的恒压供不，当低位鱼池满且主水管有水时，加压泵停止，此刻经理压力将“憋压”，最终造成经理压力上升，并将此压力传递到抽水水厂，抽水泵的控制系统测试到此压力进行恒压变频控制稳压减压阀，从而达到整个经理网的恒压自来水，这是整个控制系统设计的关键。

3、系统实现功能

3.1全手动平缓切换，恒压控制主水管网压力传感的压力讯号4~20mA献给数字PID控制器，控制器按照压力设定值与实际测试值进行PID运算，并给出讯号直接控制变频器的扭矩以使管网的压力稳定。当用水量不是巨大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行;当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限讯号与变频器的高速讯号同时被PLC测试到，PLC手动将原工作在变频状态下泵投入到单相运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加强管网的自来水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到单相运行，而将另一台备用泵投入变频运行。

当用水量减小时，首先表现为变频器已工作在最低速讯号有效，这时压力上限讯号如仍出现，PLC首先将单相运行的泵停掉，以提高自来水量。当上述两个讯号仍存在时，PLC再停掉一台单相运行的马达，直至最后一台泵用显存器恒压自来水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的马达累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证自来水系统有备用泵，又保证系统的泵有相似的运行时间，确保了泵的牢靠寿命。

3.2半手动运行

当PLC系统出现问题时，手动控制系统失灵，这时侯系统工作处于半手动状态，即一台泵具备变频手动恒压控制功能，当用水量不够时，可自动投入另外一台或几台单相泵运行。

3.3自动

当压力传感故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以自动单相模式运行。

4、实施疗效

实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的手动控制的最经济结构，在硬件设计中充分考虎变频与单相在切换时的顿时压力与电压冲击，每台泵均选用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限速率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的偏差范围还有不可忽略的作用。

①采用变频恒压自来水，清除了经理网压力波动稳压减压阀，保证了自来水品质，并且节能疗效显著，并延长了经理网及其管件的使用寿命。

②用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。

③拓宽利用变频恒压控制原理，较差地解决了加压泵站与抽水水厂的远程通信总是并达到异地连锁控制的目的。

④在抽水泵站设置连续差压显示，并将讯号传与PLC，避免泵缺水烧毁水泵，设定的取水位置，确保水的品质。

⑤电机既有马达保护器，又有软起动器，摆脱了起动时的大电压冲击，相对延长了马达制使用寿命。

⑥由于选用PLC控制的压力手动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485插口，可与公司总调度室计算机网路进行连结。

⑦由于系统辅以闭环恒压控制，马达在满足主水很容易网的压力的前提下，节能疗效明显，年省电61万度，折合为人民币36亿元。

⑧通过选用变频器控制，可在不同秋天、节假日、日夜及上放学等全面调控水量，按日省水100吨计，则年可省水36500吨。

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