高层建筑PLC变频恒压供水和无负压供水技术研究

莫珏敏

摘要：高层建筑是当前建筑行业中最为常见的建筑形式，而随着高层建筑的林立，建筑供水效率已经出现了一定的弊端。无法适应社会发展需求，则需要及时加以改进。本文通过现阶段常见的PLC变频恒压供水以及无负压供水模式进行研究，分析了两种不同技术的优势与具体内容，从而为今后的高层建筑供水系统应用提供参考。

关键词：PLC；变频恒压；无负压

引言：高层建筑层出不穷，为了能够提供稳定的用水，则需要不断优化供水系统，避免供水系统由于供水压力不足影响高层使用者的用水体验。当前高层建筑中常见使用水塔以及高水位设备等创建供水系统，成本较高且会产生相对较大的能耗。因此为了实现节能减排与供水的双方要求，需要通过更换供水系统的方式创建最佳用水体验。

1 PLC变频恒压供水技术研究

1.1变频恒压供水系统结构

基于PLC设计形成的高层建筑变频恒压供水系统中，含有启动水泵电机的程序，变频器能够正常供电，在正式启动控制系统的分组控制开关之后，PLC程序正式运行。

变频恒压供水系统中切换水泵电机频率的程序，则是通过在启动水泵机组之后，由PLC控制变频器维持稳定输出频率，从而则能够实现工频与变频的自动切换。恒压供水系统将会对变频器的输出频率进行监控，从而起到调节水泵电机转速的作用。若检测供水管网中的水量变动时，利用PLC的模拟量输出模块控制变频器PLC的模拟量输出模块输出0 ~5V电压信号或4~20mA电流信号，作为变频器的模拟量输入信号，控制变频器的输出频率。

与此同时，基于PLC的控制结构，则在供水系统中同时含有了通讯连接装置，便于PLC控制器及时发出控制信号完成对供水系统的指令输出。需要设定PLC的专用执行协议以及RS指令连接阶段，完成通信装置的设定之后，需要重新启动PLC变频恒压供水系统。

PLC数据输出结构是供水系统中负责对供水实施检测的软件，其主要作用为通过收集信号并进行对比，掌握信号采集装置所获取到的相关数据并与预先设定数据进行充分的对比，进而根据信号数据的差异及时将其调整到设定参数值，从而对供水系统起到一定的调控作用。根据水泵系统的实际功能要求，选择的PLC结构为MITSUBISHI公司所生产的FX2N系列FX2N-48MR-001。其中FX2N-48MR硬件结构资源相对较为丰富且可实现灵活配置。内含时钟、PID运算、高速计数器、显示器、AC/DC/继电器内置数字I/O(24路开关量输入，24路继电器输出)，另配置FX0N-4AD模拟量模块，FX2N-485-BD通信模块。SC-09通信编程器，采用RS485网络通信。

设计PLC控制结构，则需要考虑到在供水系统内部的相关设备对于PLC的输入以及输出点数等将会产生一定的影响。PLC控制端口中含有工频转换器等相关功能按钮，在输出端更是涵盖了转换、运行以及控制等相关功能按钮。借助于继电器，促使PLC连接交流接触器，并分离控制系统内的强弱电流，避免其在运行过程中出现干扰影响问题，形成相对较为稳定的供水效果，并保障使用安全。

1.2恒压供水控制原理

PLC变频恒压供水系统在应用过程中，主要是通过对供水管网的实际水压进行控制，并通过PLC系统实施动态监测监控。确保供水系统整体经过严密的设计之后，能够尽可能的消除偏差问题，从而维持恒定的管网水压。促使供水管网始终能够与设定的目标偏差之间维持最小差异，通过设定常数值不变的既定目标值，或是在一段时间之后出现改变等，在每一不同的时间段内均能够保障目标值为常数值[2]。

图1 变频恒压供水特性曲线

该水泵的变频调速原理为

对应图1中的水泵输出功率高度参数H，以及流量参数Q，根据水泵变速运行的相似定律，变速前后流量Q、扬程H，功率P与转速N之间关系为：

Q2/Q1=N2/N1；H2/H1=(N2/N1)；P2/P1= (N2/N1)2

则此时该水泵的节能量为

供水水泵的变频是通过调节异步电动机的速率实现的，而异步电动机的变频调速是通过对定子供电频率改变而实现的，则此时构成了

异步电动机的同步速率为

其中n1表示的为电动机转速；n表示转子速率；f表示为定子电源频率；p表示为极对数。

在系统控制阶段中，一旦经过传感设备检测到水压参数值与设定的标准参数值之间存在着差距，将会向系统自动反馈，促使供水系统了解当前阶段的水压参数与既定参数之间的具体差值，并向变频器进行反馈。并通过变频器内部的PID计算偏差值并对其进行转换，从而输出调节偏差值的执行量参数。

这一数值能够调节当前水压，逐渐缩小其与预定水压参数之间的差距。PLC变频器控制水泵转速，其主要目的是建立在高层建筑居民生活用水量的实际参数基础上改变水泵的抽水量，促使其充分适应供水需求，提升水泵的供水量从某种角度上来讲就能够对管网供水水压起到一定的平衡作用。

1.3 PLC变频恒压供水技术优势

基于PLC的变频恒压供水技术在实际应用中具有显著的高效性以及节能性表现。无论何种状态下，都能够维持恒压供水效果，并且能够自动运行，便于实时管理。其中所涉及的设备结构等相对较为先进，技术前沿，则促使设备使用寿命相对延长，维持更为稳定的电网结构，占地面积相对较少，能够形成较短的投资回收期。

2 无负压供水系统研究

2.1无负压供水系统结构

在无负压供水系统中，主要包括了压力罐、无负压稳流器、控制柜、水泵、电机、过滤器、传感器、电接点压力表以及管路组件等众多结构。基于在实际当中的无负压供水系统而言，作为供水系统的水泵与市政供水管网实现有效连接的主要装置，稳流器具有重要作用，其能够解决供水系统或是供水机泵在运行过程中所受到的负压影响，从而对水流起到一定的调节稳定作用。

2.2无负压供水技术

在高层建筑中应用无负压供水系统所涉及到的技术以微机变频技术为主，并同时结合有效的负压处理技术，从而实现叠压供水模式，针对于高层建筑用水时压力不足的问题能够给予更为有效的解决方式。在负压供水系统中，通过其中所携带的信号反馈装置，则能够及时的进行实时动态反馈。通过微机控制装置，控制温流补偿器以及真空抑制器，促使其中所包含的特殊装置等均能够被抑制，从而起到更好的抑制负压形成的作用。同时负压供水系统的设定，能够避免影响都城市整体供水管网的应用。

通过负压供水系统完成对市政供水系统的加压处理，满足高层建筑供水需求。在市政管网恢复正常供水之后，供水系统将会自动启动设备，开启电机。若出现停电故障，则供水系统的水泵机组将会自动停止运转。

2.3无负压供水技术优势

无负压供水技术，则充分建立在对市政供水管网充分利用的基础上，通过加压方式，消除高层建筑供水系统负压，实现节能环保效果。基于全密封状态得到系统结构，有效避免水资源受到污染。整体建设过程当中的投资成本相对较低。且设备结构相对较为简单，基于丰富的经验，促使现阶段市场中已经存在成熟的成套设备。

结束语：为了适应高层建筑的快速发展，对于其内部的供水系统提出了较高的要求。不仅需要呈现出相对较为良好的节能环保特征，同时也需要满足高层供水压力要求。本文通过对PLC变频恒压供水系统以及无负压供水系统的系统结构以及技术原理等进行研究分析，发现其均能够代替以往高层建筑中的水塔或是水箱供水方式，达到高效供水效果，满足高层建筑用水需求。

参考文献：

[1]陈思贤. 无负压供水技术在高层建筑给水系统中的应用[J]. 房地产世界,2022,(16):106-108.

[2]李金璞,李姿. 基于PLC的高层生活区变频恒压供水系统研究[J]. 数码世界,2018,(05):400-401.