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          自動化多功能農村自動供水系統的設計與實現

          2018-08-31來源:中贏供水作者:中贏供水-小區高層

          自動化多功能農村自動供水系統的設計與實現

           

                針對目前農村供水系統的現狀,我們開發了適于農村應用的農村自動供水系統。已經成功應用在河北省的一些農村,受到了廣泛的好評。

           

          1、引言

            隨著我國國民經濟的不斷發展和社會的進步,農民的生活日漸富裕,對生活質量的要求也日漸提高,而其生活用水質量問題遠沒有得到解決。在我國北方平原地區的廣大農村,由水井向自來水過渡曾經經過以下幾個時期:

                一代是水塔供水方式,由深井泵將地下水抽上水塔,由水塔通過管路給各農戶供水。這種方式存在供水二次污染、水塔損毀難于恢復等缺點。

                二代是氣壓罐供水方式,氣壓罐供水也存在水的二次污染問題。另外,因為農村自來水管網大多年久失修,比較脆弱,如果全 天候給水,水壓不能自動調節使其穩定,經常出現水壓過高管網迸裂的問題。另外,氣壓罐給水方式,水泵在開啟時對電網沖擊大、運行過程中電能的浪費嚴重。氣壓罐給水還經常出現壓力開關失靈,造成氣壓罐壓力驟增,水泵不能正常停止,以致出現危險。

                因此,北方平原農村基本上采用定時供水,農戶用水缸或自打水坑儲 水來滿足生活用水的需要,嚴重影響供水質量。還有一個問題就是地勢高的農戶因水壓不夠,水管不能出水,就用管道泵接到自來水管網上來抽水,這樣又使其他農戶水壓不夠,形成惡性循環。所以吃水問題仍是困擾農民生活的一大難題?,F在城市普遍采用的變頻供水系統,適用于高層集中供水,沒有被廣大農村所接受,是因 為農村供水的特點是揚程低、面積大、管網薄弱、電壓不穩定,農村電工限于技術等條件,難于查找系統的常見故障原因等而仃機?;谏鲜銮闆r,針對目前農村供水系統的現狀,我們開發了適于農村應用的自動供水系統。已經成功應用在河北省的一些農村,受到了廣泛的好評。

          自動化多功能農村自動供水系統的設計與實現

          2、農村自動供水系統簡介

            本農村自動供水系統是由人機界面交互系統、恒壓供水系統、水處理系統和水壓閉環控制系統四部分構成。人機界面交互系統主要由型號為富士ug220h-lc4 5.7寸單色屏組成。ug220h-lc4功能強、價格便宜,具有三個通訊口及一個打印機口,可同時連接PLC并內置萬年歷,可隨時調整時鐘,便于調整循 環啟動時間;可根據圖中的各電氣元件做相應的動畫圖形,反映變頻器的啟/停、接觸器的吸合/斷開及電機的運行/停止等; 還可顯示變頻器的工作頻率、電壓、電流等參數,反映管網的設定壓力及實際壓力。使用中,編制相應的說明書,對系統各部件的注意事項及維護等做相應的介紹; 可通過動畫及文字等顯示系統的故障報警以及相應的處理方式,便于農村電工的學習和簡單維護。同時,可以通過在系統上留言作為交接班記錄;自動繪制日水壓變 化曲線進行需水量日周期分析。由hmi時鐘自動描繪管網24h內壓力變化曲線,既方便調試又方便設置,便于及時調整和監控水壓變化,為系統的改進收集資料。

            農村自動供水系統主要由泵組、閥門、儀表、供水管網等組成,作為整個供水系統的基礎設施系統。變頻器恒壓供水系統如附圖所示。

            水處理系統由靜電離子和臭氧 水處理器組成,安裝在供水管網中,可以減少農村飲用水中的重金屬離子,并具有 除藻和緩蝕的功能,保障飲用水的衛生。

            整個供水系統的核心是水壓閉環控制系統,主要是由變頻調速器(vvvf)、人機界面(hmi)、數字pid調節器及主電路組成。其動作原理是根據管網用水 量的變化,調節水泵電機的電源頻率和電壓,控制水泵的轉速,從而實現調節供水量及節能的目的。其動作過程是在水泵出口干管上設壓力傳感器(yb),實時采集管網壓力信號,變頻器內部將其轉換成模擬信號,經過放大與轉換,轉換成數字信號,進入處理器。通過運算與設定水壓值比較,得出偏差量,經過pid運算、 d/a轉換把這一參數送給變頻器,控制電機電源頻率變化,調節水泵的轉速,從而達到恒壓變量供水的目的。

           

          3、農村自動供水系統設計

            現以某村的實際狀態來說明(該村有3126口人,618戶)。因農村除滿足生活用水外,還須澆菜園(農戶庭院菜園),但只在春、夏兩季澆園。故農村用水季 節性較強,夏季用水達到高峰,冬季僅滿足生活用水,洗澡較少,所以冬季是用水低谷,年用水負荷變化較大。在工程設計時,采用了有二臺水泵,冬季一臺潛水泵可滿足需要;夏季則需要兩臺潛水泵同時工作(一臺工頻、一臺變頻工作)。選用200qj50-65型潛水泵,流量50m3/h,揚程65m,電機功率 13kw。由于潛水泵電機的額定電流比普通電機偏大,而且潛水泵電機運行一段時間后通常啟動較困難,所以選用配套18.5kw變頻器。為此選用富士電機 frn18.5g11s-4cx變頻器,它具有pid功能,可實現閉環恒壓控制,適宜應用于供水系統。另外還具有串行通訊功能,自帶rs-485通訊功 能,可以與上位機及hmi進行直接通訊;它的端子具有自由設定功能,可將x1-x8中8個輸入端子和y1-y4中4個輸出端子設定為自由定義口,在硬件上 解決了hmi無i/o端子問題。hmi選用富士的ug220h-lc4 5.7寸單色,本系統充分利用人機界面hmi與變頻器通訊的特點,無須plc及專用設備。通過對hmi的設置可實現定時自動供水以減少水的浪費。傳感器選 用xtz-150型0~1.0mpa的遠傳壓力表。此種壓力表既有顯示壓力功能,同時也可將壓力變化變成相應的電阻變化,作為壓力反饋,且價格低廉、可靠耐用。

            該農村自動供水系統共有兩種工作方式:手動方式、自動方式。系統工作在手動方式時,水泵的定時切除由時間繼電器執行。此種工作方式主要用于檢修,亦可用于系統故障時,保證供水系統的連續性和可靠性。

            農村自動供水系統工作在自動工作方式時,根據農村地況的要求來設定壓力。在恒定壓力的基礎上,隨著供水量的變化自動調節水泵電機轉速,實現恒壓變流量的節能供水,兩臺水泵遞次循環軟起動,從而無水壓波動和頻繁啟動對電網的沖擊,也防止了對管網的沖擊和某臺水泵長期不用而導致的銹死,延長了設備的壽命。

            該農村自動供水系統具有過載保護、短路保護、過電壓保護、缺相保護、欠壓保護、過熱保護、過電流保護以及過電壓、過載、欠電壓瞬間斷電再啟動功能,并具有完備的故障記錄供查閱。當變頻器發生故障時能立即發出聲光報警并輸出信號給控制器,實現保護,防止故障擴大,并在hmi界面上通過動畫和文字顯示故障報警和相應的處理方法。特別適合于農村電工及時、正確的排除故障。

           

          4、結束語

            本農村自動供水系統適用于平原地區的廣大農村,它具有以下優點:避免了高位水箱儲水環節和高壓罐給水的弊端,避免了水質的二次污染,采用了靜電、臭氧處理,使水質穩定,保證了居民用水安,,,全。采用變頻調速供水方式,水泵的轉速隨著管網流量的變化而變化,因為軸功率與轉速的三次方成正比,所以與氣壓罐給水方式的恒速泵運 行方式相比,明顯地節省電能,根據計算和實測,由于采用變頻器而增加的投資在運行后一年至一年半即可收回。該系統的泵組及控制系統集中設在泵房,占地面積小、安裝快、投資省,適應了農村資金不足的情況;全自動運行、無人值守、可靠性高;由于實現了人機界面交互方式,適于農村人員維護和檢修;變頻調速水泵的 啟動為軟啟動,減少了對水泵及管網的沖擊,適應農村管網的特點;多臺泵組采用先投入,先退出的運行方式,確保每臺泵的運行時間相同,能夠有效延長泵組的使用壽命。

            該農村自動供水系統工程造價為5萬元,以河北省為例,河北省有120個縣,以每個縣平均有150個自然村計算,則僅河北省農村供水就有7億2千萬元的潛在市場。實踐證明本系統運行穩定可靠,實現了真正意義上無人值守,使農民能像城里人一樣使用上真正的自來水,節能也達到了預期的設計目的。希望隨著新技術在廣大農村的應用,能確實提高農民的生活水平,為老百姓多做一些實事。

           

           

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