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摘要：本文對無負壓高層供水技術進行了深入研究，基于藍普鋒RPC系列PLC快速、穩定的優良性能，很好地解決了無負壓供水技術在高層供水中的問題。
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒深入探討、交流。
1 無負壓供水技術介紹
隨著城市化進程的加快以及人們對供水要求的提高，無負壓供水技術取得了蓬勃的發展。所謂無負壓供水技術是指將無負壓供水設備與市政供水管網直接串接，變二次供水為一次直接供水到戶，不用建設水池和水箱。無負壓供水設備是一種加壓供水機組，直接與市政供水管網聯接，在市政管網剩余壓力的基礎上串聯疊壓供水，并能夠確保市政管網壓力不小于設定保護壓力。無負壓供水設備的核心是在二次加壓供水系統的運行過程中如何防止負壓產生，消除機組運行對市政管網的影響，在保證不影響附近用戶用水的前提下實現安全、可靠、平穩、持續的供水。無負壓供水設施作為一種給水增壓新設備，不僅比普通變頻調速供水設施更節能，而且可以有效避免市政管網水質的二次污染。
隨著自動控制技術與變頻技術的進步，出現了很多新型節能的控制系統，無負壓供水控制系統就是其中之一。早期為了解決供水壓力不足，并出于節能環保的考慮，出現了變頻增壓系統。隨著變頻增壓系統的增多，系統對于管網的沖擊也越來也大，由此提出了無負壓系統的概念，即在供水的同時不對管網造成負壓。無負壓供水系統無需建立水池或在樓頂設置水箱，而是直接與自來水管網串聯對接，供給用戶的水完全在一個密封的環境中，避免了飲用水在供水過程中的二次污染。此外，在供水過程中，無負壓供水系統充分利用自來水原有的壓力，因此是一種節能環保的系統。
無負壓供水技術綜合了真空抑制技術、穩流補償技術、預壓平衡補償技術、能量儲存釋放技術、變頻調速技術和智能控制技術等的二次增壓供水系統。目前，無負壓供水技術能夠很好地滿足中低層樓宇的用水需求。然而，對于高層樓宇的供水，無負壓供水技術還存在一些需要解決的問題，例如高層供水壓力不穩定，產生影響水泵壽命的水錘現象，等等。對此，本文對無負壓高層供水技術進行了深入研究，基于藍普鋒RPC系列PLC快速、穩定的優良性能，很好地解決了無負壓供水技術在高層供水中的問題。
2 高層無負壓供水控制系統設計
最早無負壓供水設備中，控制器大多采用單片機設計，這種控制器的優點就是成本低，能夠滿足一般系統的要求。但是這樣的系統存在一些問題，例如系統不夠靈活，用戶無法修改其內部算法以便適應新的系統要求，只能依靠系統供應商來修改內部程序。
本系統采用藍普鋒RPC系列PLC作為核心控制單元，其開放的編程環境使得系統的開發、升級和維護更加方便。不僅如此，藍普鋒RPC系列PLC還針對無負壓供水控制系統提供了標準程序，用戶可以直接使用此程序，也可以在此程序基礎上進行二次開發。經過優化設計以及嚴格檢測的藍普鋒RPC系列PLC使控制系統在可靠性上得到了保證。
根據《室外給水設計規范》的有關規定，當按照直接供水的建筑層數來確定給水管網水壓時，其用戶接管處的最小服務水頭，一層為10m，二層為12m，二層以上每增加一層增加4m。市政管網供水壓力平均在0.3MPa左右，可以滿足6層建筑的供水，6層以上建筑都需要通過增壓進行供水。一般高層樓宇采用分區供水，將7層至14層作為中區供水，15層以上作為高區供水。
本系統針對15層以上的高區供水進行設計。本系統主要由PLC、變頻器、立式多級離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護器、故障報警燈等組成。為了解決高層供水壓力不穩定和水錘問題，本系統采用每臺水泵對應一臺變頻器的結構形式，控制系統結構如圖1所示。PLC根據用戶管網的設定壓力與檢測到的反饋壓力，采用PID控制算法動態調節變頻器的輸出頻率，并且負責三個水泵的投切控制算法。水泵投切采用平滑投切處理算法，可以減少水錘的出現，使高層供水壓力更加穩定。系統中還有穩定可靠的倒泵、休眠、故障處理、無負壓補償等功能。系統通過藍普鋒RPC系列PLC本體自帶的RS232接口連接本地的7英寸觸摸屏，通過RS485接口連接上位機工程師站和操作員站，可以實現本地和遠程同時監視系統工藝運行工況，具有設置系統參數和查詢系統報警記錄等功能。
圖1 無負壓供水控制系統結構圖
無負壓供水控制系統操作界面由7英寸觸摸屏制作。操作界面主要可以完成無負壓供水控制系統運行工況的監視、系統運行參數設置、實時報警顯示、歷史報警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖2所示，可以查看各個水泵的運行狀態以及進水壓力、目標壓力和出水壓力等重要參數，通過系統菜單可以進入各參數設置界面及報警查詢界面等。
圖2 觸摸屏工況界面
3 高層無負壓供水控制系統的特點
基于藍普鋒RPC系列PLC的無負壓供水系統具有如下特點：
（1）可靠性更高
藍普鋒RPC系列PLC具有優異的硬件設計以及穩定的軟件平臺，在穩定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。增量PID算法可以使系統更快的響應用水需求，使給水壓力快速穩定的到達設定值，這也在功能上保證了系統的可靠運行。
（2）高層水壓更加穩定
對于高層供水，本系統采用了三臺變頻器對應三臺水泵的形式，并且結合平滑投切處理算法，很好的解決了加泵、減泵時出現的水錘問題，使高層供水壓力更加穩定，也更好的保護了水泵。
（3）更加節能環保
本系統不僅實現了水泵自動投切功能、水泵均衡運行、優化故障處理等功能，而且還有可靠的休眠、多時段設定功能。休眠功能可以使系統在零流量或極小流量時自動停泵，多時段設定功能允許用戶在不同時段設定不同的壓力，以達到節能的效果。不僅如此，在控制系統中還加入了三相電量采集模塊RPC2731，可采集三相電壓，三相電流，有功無功功率和用電量，可了解機組用電狀況，針對性地采取節能措施，這些都可以使系統更加節能。
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