摘要：城市高楼供水问题影响着城市居民的生活质量，由于传统水塔、水箱以及气压供水等装备极易造成水质污染并时常出现水压不足，高层供不上去水的情况，严重影响了居民的身体健康及正常用水问题。PLC技术由于性能优越，在高楼供水系统中被广泛应用。本文结合PLC技术的性能特点，分析了PLC技术在高楼供水系统中的应用，以供参考。
关键词：供水系统；PLC技术；特点；应用
1. 引言
近年来，我国城市建设日新月异，城市建筑高楼叠起，彰显着城市发展实力。然而，伴随着城市建筑楼层的不断升高，高楼供水问题越来越受到人们重视。楼层越高，供水压力要求就越大，一旦水压达不到，高层就会出现断水，且高楼供水水压需要维持在稳定的波动范围内，而高楼居民用水随着时间、季节等因素变化很大，如白天相较于夜晚用水量很大，夏季相较于冬季用水量很大，因此，在用水量变化较大时保持水压的稳定是高楼供水需要解决的一大问题。鉴于此，要全面实现供水系统的自动化控制，保持供水系统水压的稳定，依靠传统的水塔、气压供水系统是远远不够的。为了确保高楼供水保持恒定压力，促进供水质量的提升，并确保供水的可靠性和安全性，就必须改进供水系统，运用先进的自动控制技术，以达到恒压供水的目的。在城市高楼供水系统中，为了达到理想的自动化控制效果，通常采用全自动恒压供水控制系统，它可以通过监控管网压力的变化，自动对供水流量进行调节，以维持管网压力的恒定，而整个恒压供水的控制系统依靠的则是PLC技术。PLC技术在高楼供水中广泛应用主要得益于其强大的控制能力和优越的可编程性能，相信随着PLC技术的不断发展，PLC在高楼供水系统中将有更大的应用前景。
2. PLC在高楼供水系统应用中的性能优势
2.1 功能完善，系统安全可靠
目前，PLC技术的发展已经十分成熟，其产品应用也已实现不同规模的系列化。运用PLC技术不仅可以实现不同的功能控制，而且还具备逻辑处理、数据分析、实时通信、人机交互等功能，由于其功能完善，通用性和灵活性高，因此，可以有效保证高楼供水系统的安全、稳定和高效，且PLC产品可供选择的品牌很多，如西门子、施耐德、三菱等，便于用户量身定做。同时，PLC系统对生产工艺制造要求精益求精，内部集成电路具备先进的抗干扰性，系统运行可靠性高，例如三菱公司的F系列，其运行无故障时间高达30万小时，且运用PLC的控制系统，可以大大简化电气接线及开关接点，使系统更加精简优化。此外，PLC具备硬件故障自我检测功能，出现故障可及时警报，便于技术人员快速维修，恢复供水。另外，PLC还可以通过关联应用软件中的故障自诊断程序，保护系统中其他电路或设备，具有非常高的可靠性能。
2.2 实用性强，通信联网方便
近年来，为解决高楼供水问题，对供水系统设计要求越来越高，而现代PLC拥有多元化的控制模块和集成功能，在高楼供水系统中具有很强的实用性。高楼供水系统中涉及到电气设备控制、水泵的变频控制以及其他线路设备的控制等，这些问题基于PLC技术都能得到解决。这是因为，PLC技术实用性强，可改造性高，基于PLC设计的供水系统，拥有电气技术、变频技术及现代控制技术的集成，以满足供水系统不同的功能需求。此外，PLC具有很强的通信联网功能，能够轻易实现人机交互，方便用户实现互联网管控，运用PLC与互联网集成，可以实现数字运算、数据传输、通信转换、实时排序、实时监控等功能，能够快速完成数据采集，进行分析运算和实时监控，以提高供水质量和系统运行的安全稳定。
2.3 易学易用，便于升级维护
PLC虽然功能强大，但是极易掌握和应用，其设计形式简洁、编程语言简单、易于实现功能的扩展，对于PLC系统的设计者和应用者来说，都是非常简单方便的。鉴于此，基于PLC的高楼供水系统设计和应用也十分简单方便，一方面，对于高楼供水系统的设计者来说，PLC接口容易，编程语言简单易，相对于继电器控制系统，PLC需要设计的逻辑单元不多，加之PLC极易实现功能的扩展，便于升级改造，可以轻易实现对供水系统的功能升级和技术转换；另一方面，对于用户使用者来说，PLC系统为用户清晰设定了各种功能的操作按键，用户只需简单培训就能上手操作，即便是不懂PLC的人，也能轻易地掌握。此外，由于PLC系统的自动故障诊断功能以及其对控制设备的外部接线的大大简化，使其维护起来也变得十分方便。
3. PLC技术在高楼供水系统中的应用分析
3.1 高楼供水系统的控制原理
在高楼供水系统中，主要目的在于对水流量的控制，由于楼层居民对用水的需求随着时间、季节而发生很大的改变，如果控制水流量并维持供水压力的稳定，是高楼供水系统需要解决的问题。目前，对于水流量的控制方法常用的主要有两种，一是阀门控制法，二是转速控制法。其中，阀门控制在水泵电机转速不变的前提下，通过调节阀门开度来实现水流量的调控，阀门开度发生改变，水流阻力就会随着水路的大小而改变，管路的阻力也随之发生改变，此时水泵的扬程特性不变，由于在实际的供水系统中，用户用水量大小不定，如果水泵扬程特性始终保持不变，就会产生水泵的超压或者欠压问题，从而供水系统出现问题，造成供水中断；而转速控制要求阀门开度保持不变，通过改变水泵电机转速来实现对水流量的调控，由于阀门开度不变，管阻特性也会保持不变，但泵的扬程特性会随之发生改变。目前，变频恒压供水系统多采用转速控制，其原理在于运用自动调节功能，通过用户用水量的增大或减小而相应增加或减小电机转速，以实现管网压力保持恒定。
3.2变频恒压供水系统的设计原理
变频恒压供水系统的设计原理，主要考虑电动机的调速和变频恒压供水系统的节能两个方面。首先，对于电动机调速原理，目前的高楼供水系统中，水泵电机多为三相异步电动机，三相异步电动机的调速与电源频率、电动机极对数以及转差率有关，通过改变电源频率、电动机极对数以及转差率都能使电动机转速发生改变。然而，单一改变电源频率，会对电机运行性能产生不利影响，而只改变电机极对数需要使用专门的变极电机有级调速，不适于高楼供水系统中的应用，事实上，如果转差率变化不大时，异步电动机转速与电源频率可形成近似正比例的关系，此时，运用PLC技术设计的变频调速装置，可以实现电源频率的连续调节，以促进电动机转速的平滑转变；其次，对于变频恒压供水系统的节能原理，此时，需要考虑率供水系统中水泵扬程特性和管网管阻特性的交叉作用，在某一转速下，水泵的扬程H与水流量Q之间存在着一定的关系，如图3.1所示，其中，水泵的扬程特性反映了扬程与用水流量的关系，管阻特性反映了扬程与供水流量间的关系，图中可知，扬程特性随着用水流量的增加而减小，而管阻特性则随着供水流量的增加而变大。
图3.1 扬程H与流量Q之间的关系曲线
当两条曲线交叉时，供水系统达到工作点（图中A点），此时，用户用水流量和供水系统供水流量相等，两者处于平衡状态，使供水系统既满足了扬程特性，又符合管阻特性，从而保持运行的稳定。
3.3 变频恒压供水系统的设计与应用
为解决高楼供水问题，采用变频调速恒压供水控制系统的设计方案，如图3.2所示，从图中可知，该系统中，采用1台变频器控制4台电动机，变频器启动带动电动机转动，从而控制4个不同的水泵工作，电动机的启动、运行与调速均通过变频器实现，当管网压力信号、水位信号等传入时，变频器通过信号的采集与分析，输出相应的电机频率信号，并将信号反馈给PLC的PID模块，PID模块负责对信号进行分析运算，PLC根据运算结果发出控制信号，实现水泵电机的切换。
图3.2 变频调速恒压供水控制系统图
在变频恒压供水系统的设计中，PLC是最核心的设计，它要通过PLC技术完成对高楼供水系统中所有输入信号采集、对外数据交换、输出单元控制，并确保恒压的实现，因此，对于PLC的设计和选择，要充分考虑PLC的指令执行速度及丰富程度、通讯接口及协议、是否具备扩展功能模块和编程软件的实用性等多方面因素，以保证PLC各项功能的实现。
4. 结束语
在高楼恒压供水系统中，通过使用PLC技术，不仅实现了高楼供水系统的安全稳定，而且大大提高了高楼的供水质量，同时，由于PLC技术应用中表现出的优越性能，也在一定程度上促进了电能和水资源的节约。因此，PLC在高楼供水系统中的应用前景广阔，值得技术人员深入研究并作进一步的创新改进。
参考文献
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[3]王煜.采用PLC控制的变频恒压供水系统设计[D].大连理工大学，2014.
论文作者:邓智
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/20
标签：供水系统论文; 高楼论文; 扬程论文; 技术论文; 水泵论文; 转速论文; 功能论文; 《基层建设》2017年第26期论文;