1引言
随着城市建设的推进，居民区高层建筑的不断增加，这样的问题越来越突出。因此如何有效的利用自动化技术来设计高性能、高可靠性、低能耗的供水系统已经迫在眉睫。
2系统分析
二次供水通常是指供水单位将来自城市公共水源中的水，经贮存、加压或深度处理和消毒后，由供水管道或专用管道向用户供水的形式。
随着电力电子技术、变频调速技术和自动控制技术的快速发展及完善，以变频调速为核心的智能控制恒压变频供水系统逐渐取代了以往主要靠压力蓄能的传统供水系统[1] [2]。
据统计，我国的电机驱动系统能效比国外低20%左右，电能浪费十分严重，水泵电机作为一种高耗能通用机械，其耗电量占全国总耗电量的21%以上[3]。在居民用水高峰期时经常出现供水压力不足，供水量远低于需求量，无法保证供水质量；而用水低峰期，供水量又高于需求量，水压会迅速升高，不仅造成巨大的电能浪费，而且长时间持续有可能造成供水管道破裂甚至导致供水设备的损坏。
目前常用的城市二次供水系统分为恒压式和叠压式两种。二次供水智能控制系统以变频控制技术为基础，把叠压和恒压结合到一起，既可以最大程度的稳定供水系统的压力，又能大量节约电能，是很有现实意义。
3 系统原理
恒压式供水以变频调速为核心，通过安装在用户供水管道的压力传感器采集用户端供水压力，然后与设定的正常供水压力值作比较，根据压力差大小实时调节变频器的输出频率，控制水泵无级调节转速，使系统水压始终稳定在正常供水的范围内。变频起动方式比较平稳，可将起动电流限制在额定电流以内，避免了水泵电机起动时对电网的冲击[4]。
叠压供水是水泵直接从市政供水管网抽水，由于市政管网本身存在一定的压力，一般可以直接对三层以下的建筑直接供水，这种方式相当于利用了管网的余压，可以一定程度上降低供水设备的能耗。但是叠压供水设备如果控制不当极易对供水管网造成负压，打破了城市地下供水管网的压力平衡状态，严重的可能造成管道破裂，所以只适合一些低层建筑[5]。
二次供水智能控制系统就是把恒压和叠压结合到一起，既能利用市政管网的本身压力，又不会对管网造成负压，还能达到用户用水需求。
二次供水智能控制系统的设备是以市政管网的水压为基础叠压供水,配备水箱与市政水源进行备用；控制系统设备在配置供水泵时，计算其扬程可考虑减去市政管网入口压力,能有效降低配置水泵的功率,达到更好的节能效果,从而降低成本；当市政管网压力比较低时,控制系统出于对供水管网的保护会自动切换到水箱供水,此时水箱中的水属于静止状态,所以压力是静压,由于前期选择供水泵扬程的时候减去了市政管网入口压力,在此时有可能出现供水泵运行但是不能达到设定压力的情况,这样反而降低了能效,为此，在水箱和水泵之间增加一台稳压泵用来解决出现的这个问题。
4 系统设计
4.1系统组成
二次供水智能控制系统的组成有：保障二次供水水质、水压而设置的水箱、消毒设备、气压罐，阀门、水泵机组及电控柜等。
系统设计了以西门子S7-200可编程控制器为控制核心，以ABB公司ACS510变频器为调速部件的多泵供水系统系统中供水泵采用变频器一拖多的模式：由一台ACS510变频器拖动一组供水泵电机构成，其中只有一台供水泵处于变频工作状态，其他水泵根据用水量需求的变化增泵或减泵运行。这种系统兼顾了控制精度、水泵效率和投资成本等因素，比较适合中国的国情。
由于用户用水量的变化直接反映为管网压力的变化，系统将安装在用户供水管前端的压力变送器所采集的用户端压力信号实时反馈给可编程控制器S7-200，S7-200将反馈的用户端压力信号与设定压力值进行比较，然后通过内部控制算法产生控制量去实时控制变频器的输出，利用变频器来调节水泵电机转速，同时可以根据用水量的变化控制供水泵机组的增泵或减泵，当用户端用水量发生变化时，维持管网水压基本恒定以满足用户的用水需求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.2系统功能特点
1)系统中增压泵安装于水箱出口与供水泵进水口之间，用于当市政管网压力不能满足正常供水压力时，供水泵进口切换到水箱供水时，增压泵启动，用压力叠压，保证出口管网压力稳定。
2)多台供水泵之间属于并联关系，增压泵与供水泵之间属于串联关系。根据成本考虑
增压泵选用变速或恒速控制。
3)由于城市居民用水需求量具有明显的时段性，用水高峰期一般集中在早、中、晚三个固定时段，此时可以根据不同时段用水需求的差异来设定不同的压力值，在宏观范围内实现变压控制，这样可以最大限度的减少能耗，但是在微观范围内仍是恒压控制。
4)二次供水智能控制系统中设定一个排空水箱时间，每天到设定的时间点，系统将关闭市政管网至水箱进水口电动阀和市政管网至水泵进水口电动阀，这样用户用水只能从水箱供给，直至水箱里的水用完，继续切换到市政管网供水，这样可以确保每日供水质量。
5 系统应用
5.1系统调节流程如下:
1)市政管网压力足够、供水量完全满足用户要求，系统进入睡眠节能状态，用户用水从设备旁路直通管直接供给。
2)市政管网压力不足但未到达系统保护压力，供水量能满足用户使用时，管网压力直接叠加到水泵进口，利用市政管网原有的压力，差多少补多少，系统运行根据用户用水量调节水泵的转速与参与工作的台数，系统对用户保持恒压供水。
3)当市政管网压力低，已经达到系统保护压力时，系统会开启保护市政管网压力功能，水箱进水口电动阀自动关闭以确保市政管网压力不再下降，系统从水箱取水供给用户，确保供水设备不对市政管网产生影响，并且不会因供水量不足而停止供水，市政管网保护压力可以根据系统实际情况进行设定。
5.2 二次供水智能控制系统
系统中主要配置为：供水泵的扬程为37m，流量为33m3/h；稳压罐最大容量是1.36m3；增压泵的扬程25m,流量25m3/h。市政供水压力高峰期0.4MPa，末端供水压力需要维持在0.55MPa左右。
增压泵在市政压力不足时及水箱排空功能启用时，及时有效增压，解决供水泵压力不能满足供水的需要；避免长时间运行供水泵也不能满足用户压力的情况出现，提高能效。
系统中所配置稳压罐,其容量1.36m3，可以避免压力的瞬间波动对系统运行的影响，在系统运行实际压力已经达到设定压力时，对维持系统压力的稳定性能起到一定作用，从而减少供水泵的频繁启停。
6 结论
本文根据二次供水系统的基本特征，采用恒压与叠压相结合的基础上，增加增压泵的方式对传统的二次供水系统进行改进。二次供水智能控制系统适用于市政管网压力保持在较高值的地区，能充分利用市政管网的压力，市政管网压力正常时，根据实际压力情况运行供水泵；如市政管网压力比较低时，用水箱供水时，先启动增压泵工作，如供水末端有微小的用水变化，可以直接发挥稳压罐的作用，根本不需要启动供水泵，如末端压力下降过快时，供水泵与增压泵都启动，配合稳压罐，真正需要多少水，就补偿多少水。这样能也能减少设备启动次数，减低设备的故障率。
目前，本系统己经应用于部分小区的供水，运行效果良好。系统未来可朝着全数字化智能控制方向发展，具有广阔的应用前景，能够带来极大的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]王仁峰.智能变频恒压供水及安全防范系统设计[D].〔硕士学位论文〕. 长春理工大学.2011.
[2]陈继伟.基于智能控制的生产/生活供水系统设[D].〔硕士学位论文〕.武汉:武汉理工大学.2007.
[3]王占奎.变频调速应用一百例[M].北京:科学出版社,1999.84-89.
[4]陈伯时，陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社.1998.108-123.
[5]王晓爽,姚宏.二次加压泵站管网余压利用节能的应用探讨[J].建筑节能.2007.10(35):8-10.
论文作者:蒋燕旭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：管网论文; 压力论文; 水泵论文; 市政论文; 系统论文; 水箱论文; 增压泵论文; 《电力设备》2018年第24期论文;