二次供水设备为用户提供高效、节能、安全的用水

从水塔重力供水到水箱的恒压供水再到目前的变频无负压供水，二次供水设备也有了很大的发展，特别是无负压供水以更环保节能的效果取得了市场的认可。当二次设备增多，对二次设备的远程监控也显得尤为重要，不仅可以远程控制设备的运行，还能读取用户的用水量，真正实现了供水安全、节能、高效;管理方便。

1城市管网二次供水设备的工作原理

无负压供水设备是直接与城市管网和用户管网相连，通过安装在稳流罐上的真空消除器来阻止供水工程中产生的负压，保证水泵工作时不会对城市自来水管网产生负压。

两个压力传感器分别采集城市管网压力和用户管网的压力，通过与设定压力的比较，利用PID控制算法自动调节变频器来驱动水泵，使得用户管网压力保持在设定压力上。同时，在稳流罐上还需要安装无水传感器，当城市管网无水时，设备自动停止;在设备的出口端安装压力报警传感器，当系统输出压力过高时关掉运转的水泵保证用户管网的安全。

PLC将供水设备的运行情况通过GPRS调制解调器HD7710D下U将城市进水管网压力、出水管网压力、流量、设备运行中的电压电流以及水泵的运行状态等信号发送到城市管网监控中心。监控中心既可以检测设备的运行状况，也可以控制设备的启停;现场控制采用Smart Line触摸屏来控制。

2无负压供水系统程序优化设计

目前市场上无负压供水设备主要完成以下几个功能:提供自动工作和手动工作两种方式、低水位自动停机功能、自动复位功能、故障泵屏蔽功能、自动保护功能。木文在市场原有无负压供水功能上，结合当前市场上多数产品存在的问题，从以下几个方面对供水稳定性、安全性、节能等方面进行了优化设计。

2.1恒压供水功能优化设计

无负压供水设备采用叠压方式运行，直接在自来水管网上进行升压，根据压力传感器采集的市网压力和用户管网压力，PLC利用PID控制算法，控制变频器拖动水泵，达到恒压供水的目的。但当城市管网压力不稳定时，特别是当压力波动较大，采用单一目标压力PID跟踪控制的算法，供水设备会出现频繁停启现象，达不到良好的供水效果。针对这种现象，木文提出了双目标压力P旧跟踪算法，大大优化了供水的连续性和可靠性。

根据现场市网管网压力波动和用户实际供水需求的情况分别设定供水目标压力一、目标压力二、市网限定压力。设定时目标压力二应小于目标压力一。目标压力一是在市网管网压力正常，大于市网管网限定压力的情况下,PLC控制器将此目标压力一设为PID的给定压力，这样保证正常情况下，用户可以正常用水，当市网管网压力波动时，但仍高于市网停机压力时，PLC控制器将目标压力二设为PID的给定压力，第二目标压力接近并高于市网管网压力，这样保证稳流调节罐中的水位不低于低水位停机限定值。这样低流速的水会把整个用户管网填满，保证供水设备不停机，等市网管网压力恢复正常时，自动切换到目标压力一供水恢复用户正常供水。

2.2无人值守功能优化设计

由于供水设备正常运行时无人到现场监控运行，因此供水设备必须能实现无人值守功能，包括:自动休眠、自动唤醒、自动切换泵、自动启停、故障自动处理。但经过对市场现有设备的调研分析发现，设备对故障的处理仅能实现设备的简单的保护停机，没有实现智能化。

本系统的故障自动处理是依据设备安全和保证用户用水。例如三台供水泵中有一台水泵发生故障，市场现有的设备是整个设备停机报警，需要等到维修人员到达现场并解除故障后才能供水，供水恢复周期长。而木系统自动切除故障泵，运行其它正常的水泵，这样既保证了设备的安全，也保证了用户用水。

2.3休眠节电功能优化设计

供水设备的休眠功能包括休眠判断和休眠唤醒，增加休眠功能可以大大降低设备的耗电量。休眠判读是指当用户不用水时，设备停止运转，也就是设备休眠;休眠唤醒是指当用户管网压力下降到限定值时，设备自动唤醒，重新为用户管网加压。当前市场上的休眠方式主要有两种:

(1)判断出水压力和休眠频率

控制器不断的采集出水压力和变频器的运行频率，当出水压力达到目标压力并维持不变，同时变频器的运行频率小于或等于休眠频率时，供水设备进入休眠模式。

(2)判断瞬时流量

通过采集瞬时流量的值，如果一段时间内瞬时流量为0，则认为用户没有用水，设备进入休眠模式。

从成本上方式二要高于方式一，需要多增加1台流量计，因此多采用第一种休眠方式。但第一种休眠方式仅仅在城市管网压力波动很小的情况下能取得良好的效果。特别是夜间，城市管网压力一般会下降，即使用户没有用水，变频器为维持目标压力，变频器的运行频率会高于休眠频率，因此会造成夜间不休眠的情况。

通过以上分析，本文提出了一种新的休眠方式，即在判断用户管网压力和休眠的频率的同时，增加了主动触发休眠模式。当用户管网压力维持目标压力不变，如果运行频率高于休眠频率，则主动将变频器的运行频率降为休眠频率，如果在一定时间内用户管网压力不发生降低，则进入休眠模式，反之正常运行。这样就有效的避兔了夜间不休眠的情况。

3远程监控系统的设计

远程监控系统一般有两种类型，一种是现场没有监控系统，而是将采集到的数据传送到远程服务器中进行处理;另一种是现场监控与远程监控并存。木文采用的是第二种监控方式，选用S7-200 CPU 224XP CN，该PLC有两个串口 ,COM1用来采集流量信息，COMO用来连接GPRS设备，利用EM277扩展一个通信接口，该接口用来连接触摸屏。

远程监控中心软件采用组态土655软件编程工具开发，针对性强，灵活性好，可以对采集的现场数据进行分析、处理、保存，制作输出报表，绘出各种曲线，从而实现整个系统的远程监测、管理功能。为方便设备的增加，该监控软件采用模块化编程方式。监控中心对某设备的监控主画面如图4所示，该设备为三台泵，其中仅有一台以变频方式运行，运行频率为35.2Hz，用户管网压力位0.28Mpa，城市管网压力为0.20Mpa。

4结束语

本系统自投入以来，取得了良好的效果。设备运行更加可靠，用水更加安全、节能，保证供水设备管理的可预见性，对用户用水质量实现远程管理，实时掌握设备运行状况，并对设备提供科学管理的依据，为用户提供高效、节能、安全的用水。