给排水自动化原理

建筑设备自动化山东建筑大学信电学院1第4章给排水自动化原理

4.1给水排水系统的分类和基本给水方式4.2建筑给水系统自动控制4.3变频调速恒压供水系统4.4变频器在小流量恒压供水系统中的应用本章小结本章作业第4章给排水自动化原理

24.1给水排水系统的分类和基本给水方式给排水系统的分类4.1.2基本给水方式4.1.3水泵的调节方式

第4章给排水自动化原理

3给排水系统的分类第4章给排水自动化原理

44.1.2基本给水方式一、依靠外网压力给水方式1.直接给水方式2.单设水箱的给水方式二、依靠水泵升压给水方式1.水泵的给水方式2.水泵和水箱的联合给水方式3.气压给水方式4.分区供水的给水方式

第4章给排水自动化原理

51.直接给水方式建筑内部管网直接在外网压力的作用下工作。当室外给水管网的水量、水压一天内任何时间都能满足室内管网的水量、水压要求时，采用依靠外网的直接给水方式。优点：系统最简单，能充分利用外网压力；缺点：室内没有贮备水量，外网一旦停水，内部立即断水。第4章给排水自动化原理

62.单设水箱的给水方式

在室外管网中的水压足够时（一般在夜间），可直接向室内管网和室内高位水箱送水，水箱贮备水量；当室外管网的水压不足时（一般在白天），短时间不能满足建筑物上层用水要求时，由水箱供水。适用于室外管网水压周期性变化大，短时间不能保证建筑物上层用水要求的情况。第4章给排水自动化原理

7二、依靠水泵升压给水方式

1.设水泵的给水方式建筑内用水量大且较均匀时，可用恒速水泵供水；建筑内用水不均匀时，宜采用一台或多台水泵变速运行供水，以提高水泵的工作效率。适用于室外给水管网的水压经常不足的情况。第4章给排水自动化原理

82.设置水泵和水箱的联合给水方式水泵的进水管直接与外网连接，外网水压高时，由外网直接供水；当外网水压不足时，水泵增压供水，并利用高位水箱调节流量。适用于室外给水管网水压经常性低于或周期性低于建筑内部给水管网所需水压，而且建筑物内部用水又很不均匀的情况。第4章给排水自动化原理

93.气压给水方式气压水罐的作用相当于高位水箱，其位置可根据需要设置在高处或低处。在给水系统中设置气压给水设备，利用该设备的气压水罐内气体的可压缩性，升压供水。适用于室外给水管网压力低于或经常不能满足建筑内给水管网所需水压，室内用水不均匀，且不宜设置高位水箱的情况。第4章给排水自动化原理

104.分区区供水的的给水方方式高层建筑筑中，由由于顶层层与底层层的高差差比较大大，如果果只用一一个高位位水箱或或水泵直直接给整整个建筑筑(或建建筑群)给水，，高层建建筑内所所需的水水压较大大，则底底层的生生活给水水压力大大。卫生生器具给给水配件件承受的的最大工工作压力力，不得得大于0.6MPa。。高层建筑筑应采用用竖向分分区供水水方式。。第4章给排排水自动动化原理理11竖向分区区给水的的基本形形式（１)串串联分区区各区都设设有水泵泵、水箱箱，每区区水泵从从水箱抽抽水送到到上一区区的水箱箱，由水水箱向各各层供水水。水泵和水水箱设置置在设备备层里。。优点：各区水泵泵扬程和和流量稳稳定；按按实际需需要设计计；水泵泵的工作作效率高高；能耗耗低；管管道的总总需求量量少；节节约投资资。缺点:设备层（（技术层层）要求求高；每每区都有有水泵、、水箱，，不便管管理；水水泵噪音音大；水水箱要考考虑防漏漏水；下下层水箱箱容积大大，结构构负荷大大；造价价高；工工作不可可靠；上上区用水水受下区区限制第4章给排排水自动动化原理理12竖向分区区给水的的基本形形式（（２)并联联分区分区设置置水箱和和水泵，，水箱设置置在各区区的顶部部，水泵泵则集中中设置在在底层或或地下室室。优点：便于集中中管理、、维护；；各区为为独立系系统，各各自运行行，互不不影响，，供水比比较安全全可靠；；能源消消耗相对对比较少少。缺点：管材消耗耗较多，，水箱占占用建筑筑物上层层使用面面积，高高区水泵泵和管道道系统的的承压能能力要求求比较高高。第4章给排排水自动动化原理理13竖向分区区给水的的基本形形式(３)减减压分区区给水方方式利用减压阀或或各区的的减压水水箱进行减压压。利用水箱箱减压：：水泵将水水直接送送入最上上层的水水箱，各各区分别别设置水水箱，由由上区的的水箱向向下区的的水箱供供水。利用减压压阀减压压：在上下区区之间设设置减压压阀，起起减压的的作用。。向下区区供水时时，先通通过干管管上的减减压阀减减压，然然后进入入下一区区的管网网，依次次向下区区供水。。优点：供供水可靠靠，设备备与管材材少、投投资省、、设备布布置集中中、省去去水箱占占用面积积。缺点点：下区区水压损损失大，，能量消消耗多。。第4章给排排水自动动化原理理14第4章给排排水自动动化原理理154.2建筑给水水系统自自动控制制现代建筑筑中常见见的生活活给水系系统有以以下几种种方式高位水箱箱给水方方式水泵直接接给水方方式气压罐压压力给水水方式无负压供供水方式式第4章给排排水自动动化原理理164.2建筑给水水系统自自动控制制给水监控控系统主主要是对对给水系系统的工工作状态态和参数数进行监监测与控控制，保保证系统统的运行行参数能能够满足足建筑的的供水要要求和供供水系统统的安全全。高高位水水箱给水水系统监监控气气压给给水系统统监控水水泵直直接给水水系统监监控无无负压压供水方方式生生活供供水与消消防供水水的合用用系统第4章给排排水自动动化原理理17高高位水水箱给水水系统监监控水池水箱水泵第4章给排排水自动动化原理理18高高位水水箱给水水系统监监控通常生活活用水与与消防用用水分设设彼此独独立的高高位水箱箱。如果消防防用水和和生活用用水共用用一个水水箱时，，生活用水水的出水水管安装在距距高位水水箱底部部一定高高度的位位置，而消防用水水出水管管安装在水水箱底部部，保证高位位水箱在在通常用用水条件件下的水位不会会低于消消防设计计要求。。第4章给排排水自动动化原理理191.系统组成成第4章给排排水自动动化原理理202.控控制原理理高位水箱箱中，设设置四个个液位开开关：检测溢流流水位；；停泵水水位；启启泵水位位；低限限报警水水位。DDC根据液位位开关送送入信号号来控制制生活泵泵的启停停第4章给排排水自动动化原理理212.控控制原理理DDC根根据液位位开关送送入信号号来控制制生活泵泵的启停停，当高位位水箱液液面低于于启泵水水位时，，DDC送出信信号自动动启动生生活泵运运行，向向高位水水箱供水水；当高高位水箱箱液面高高于启泵泵水位而而达到停停泵水泵泵时，DDC送送出信号号自动停停止生活活泵。当高位位水箱箱液面面达到到停泵泵水位位而水水泵不不停止止供水水，液液面继续续上升升到溢溢流报报警水水位或或高位位水箱箱液面面低于于启泵泵水位位时，，水泵没没有及及时启启动而而使水水位达达到低低限报报警水水位时时，控控制器器发出出报警警信号号，提提醒工工作人人员及及时处处理。。第4章给给排水水自动动化原原理22多泵运运行的的控制制策略略（1））在由由多台台水泵泵组成成的系系统中中，多多台水水泵互互为备备用。。（2））当一一台水水泵损损坏时时，备备用水水泵能能投入入使用用，保保证系系统正正常常工作作。（3））为延延长各各水泵泵的使使用寿寿命，，通常常要求求水泵泵累计计运行行时间间数尽尽可能能均衡衡。每次启启动水水泵时时，应应优先先启动动累计计运行行时间间数最最少的的水泵泵，控控制系系统应应有自自动记记录设设备运运行时时间的的功能能。（4））控制制中心心能实实现对对现场场设备备的远远程控控制，，监控控系统统能够够在控控制中中心实实现对对现场场设备备的远远程开开／关关控制制。第4章给给排水水自动动化原原理233.设设备备、系系统运运行状状态与参数数监控控点／／位及及常用用传感感器（1））监控控参数数的采采集①高位水水箱的的水位位监测测信号号。采用两两位式式的开开关信信号。。溢流报报警水水位、、启泵泵水位位、停停泵水水位、、低限限报警警水位位；②水流开开关状状态信信号。。水流开开关采采用两两位式式开关关信号号；③水泵运运行状状态信信号。。取自水水泵配配电柜柜接触触器辅辅助触触点。。④水泵故故障报报警信信号。。取自配配电柜柜水泵泵主电电路热热继电电器触触点⑤水泵泵手／／自动动转换换状态态信号号。取自水水泵配配电柜柜手自自动转转换开开关，，可选选。第4章给给排水水自动动化原原理243.设设备备、系系统运运行状状态与参数数监控控点／／位及及常用用传感感器（2））水泵泵控制制功能能控制器器输出出接口口控制制继电电器、、中间间继电电器、、交流流继电电器完完成对对水泵泵的启启停控控制。第4章给给排水水自动动化原原理254.控控制制点表表统计计第4章给给排水水自动动化原原理265.控控制器器电路路设计计根据统统计出出的控控制点点表，，确定定控制制系统统所需需的输输入/输出出数量量，根根据输输出/输入入点数数和类类型，，选择择控制制器高位水水箱给给水系系统中中，现现场输输入信信号12个，输输出信信号2个。。如果以以海湾5000作为主主控制制器，，选型过过程如如下。第4章给给排水水自动动化原原理27BA5000DDC控制制器第4章给给排水水自动动化原原理28DDC选型表表由上表表可知知，给给水系系统的的监控控点，，选用用1块HW-BA5202模块,2块HW-BA5206-6，模块块需要要配置置智能能节点点控制制箱HW-BA5810Ⅰ型楼宇宇控制制箱1台，编编号为为-1DDC-01。第4章给给排水水自动动化原原理294.2.2气压给给水系系统监监控在给水水系统统中设设置气气压给给水设设备，，利用用该设设备的的气压压水罐罐内气气体的的可压压缩性性，升升压供供水。。其作作用相相当于于高位位水箱箱，其其位置置可根根据需需要设设置在在高处处或低低处。。适于室外给给水管管网压压力低低于或或经常常不能能满足足建筑筑内给给水管管网所所需水水压，，室内内用水水不均均匀，，且不不宜设设置高高位水水箱时时采用用。分为：：隔膜膜式气气压给给水和和补气式式气压压给水水两种种方式式。第4章给给排水水自动动化原原理301、空空气压压缩机机补气气式气气压给给水控控制原原理补气式式气压压给水水设备备气与水水在气气压水水罐中中直接接接触触，设备备运行行过程程中，，部分分气体体溶于于水中中，随随着空空气量量的减减少，，罐内内压力力下降降，不不能满满足供供水需需要，，保证证给水水系统统的设设计工工况，，需设设补气气调压压装置置。水位达达到下下限时时，补补水泵泵再次次启动动，这这样循循环多多次，，直到到罐内内压力力、水水位都都达到到所规规定的的位置置时补补水泵泵停止止，保保证罐罐内随随时保保持额额定工工作压压力和和额定定水位位。第4章给给排水水自动动化原原理31第4章给给排水水自动动化原原理322.设补气气罐补补气式式气压压给水水控制制原理理三个阶阶段：：补气罐罐充气气过程程气压水水罐补补气过过程补气过过量排排气过过程第4章给给排水水自动动化原原理333、隔隔膜式式气压压给水水控制制原理理隔膜式式气压压罐、、稳压压泵、、电控控箱、、仪表表、管管道附附件等等组成成第4章给给排水水自动动化原原理344.2.3水泵直接给给水系统监监控设置水泵直接向向终端用户户提供一定定水压的供供水方式，，适用于室外外给水管网网的水压经经常不足的的场合，在在给水泵前前建有缓冲冲水池，避避免水泵水水量不均衡衡供水对城城市管网的的影响。常采用恒速泵加变变频调速泵泵的供水方式式，根据终端端用户的用用水量调整整恒速泵的的台数与变变频调速泵泵的转速来来满足用户户用水量的的需要，而调速水泵泵的转速调调节是通过过变频来实实现的。第4章给排水水自动化原原理35图4.12水泵直接给水的基本方式第4章给排水水自动化原原理36第4章给排水水自动化原原理371.控制原原理（1）系统统组成：生活水池液液位传感器器、3台给给水泵、压压力变送器器、控制器器等组成。。（2）工作作原理：安装在水泵泵输出口的的管式压力传感器器检测管网压压力，检测测值与设定定值比较的的偏差去控控制变频器器的输出频频率，实现现水泵转速速的控制，，将供水压压力维持在在设计范围围内。第4章给排水水自动化原原理381.控制原原理当给水管网网用户用水水量增多、、管网压力力减小，控控制器控制制变频器输输出频率增增加，水泵泵转速随着着增加，供供水量增加加，以满足足用户的需需求;给水水管网用户户用水量减减少、管网网压力增加加，控制器器控制变频频器输出频频率降低，，水泵转速速随着减少少，供水量量减少，以以达到节能能的目的。。系统运行时时，调速泵泵首先工作作，当调速速泵不能满满足用水量量要求时，，自动启动动恒速泵：：反之，压压力过高时时，亦是先先调低调速速泵的转速速，然后再再减少恒速速泵的运行行台数。第4章给排水水自动化原原理392.设备、、系统运行行状态与参参数监控点点／位及传传感器（1）监控控参数的采采集①生活给水管管道压力测测量采用压力变变送器或采采用电阻远远传式压力力表②水流开关状状态信号。。水流开关采采用两位式式开关信号号；③恒速泵运行行状态信号号。取自水泵配配电柜接触触器辅助触触点。④调速泵运运行状态信信号。取自变频器器端子排或或水泵配电电柜接触器器辅助触点点。第4章给排水水自动化原原理40（1）监控控参数的采采集⑤生活水池的的水位监测测信号。采用两位式式的开关信信号。溢流流报警水位位、启泵水水位、停泵泵水位、低低限报警水水位；⑥恒速泵故障障报警信号号。取自配电柜柜水泵主电电路热继电电器触点。。⑦调速泵故故障报警信信号。取自变频器器端子排。。⑧水泵手／／自动转换换状态信号号。取自水泵配配电柜手自自动转换开开关，可选选。第4章给排水水自动化原原理41（2）水泵泵控制功能能控制器输出出接口控制制继电器、、中间继电电器、交流流继电器完完成对水泵泵的启停控控制，控制制器模拟输输出模块输输出0～10V的电电压信号，，控制变频频器频率输输出。①恒速泵的的启停控制制；②调速泵的的启停控制制；③调速泵转转速控制。。第4章给排水水自动化原原理423.控制点点表统计第4章给排水水自动化原原理434.控制器器电路设计计根据统计出出的控制点点表，确定定控制系统统所需的输输入/输出出数量，根根据输出/输入点数数和类型，，选择控制制器。给水系统中中，现场开关量量输入信号号13个，开关量量输出信号号3个，模拟输输入信号1个，模拟输输出信号1个。如果以西门门子S7-200PLC作为主控制制器，可选选用CPU224（14输入/10输出出）和EM235模拟量输出出/输入混混合模块（4AI/1AO）组成控制器器。第4章给排水水自动化原原理44第4章给排水水自动化原原理45无负压供水水方式是20世纪纪9O年代代中期在我我国二次供供水继高位水箱、、气压给水水、变频调调速给水之后而兴起起的一种新新型的、节节能省地型型的二次供供水方式。。无负压供水水是以市政管管网为水源源，充分利利用了市政政管网原有有的压力，，形成密闭闭的连续接接力增压供供水方式，，节能效果果好，没有有水质的二二次污染，，是变频恒压供供水设备的发展与延延伸。第4章给排水水自动化原原理46一、无负压压给水设备备的工作原原理利用水泵与与自来水管管网的串接接。当自来水管管网压力满满足要求时时，设备通过过阀门直接接供水，当自来水管管网压力不不足时，供水系统统利用压力力传感器发发出启泵信信号，水泵进入入运行状状态。第4章给排排水自动动化原理理47不同状况况系统工工作状态态不同●自来水管管网的水水流量大大于水泵泵流量系统保持持水泵与与自来水水管网串串接的正正常供水水；●自来水管管网水量量不能满满足水泵泵需要可以用调调节罐内内的水来来补偿，，保持正正常供水水。这种种状况下下，空气气通过真真空抑制制器进入入罐体，，消除管管网负压压；●当自来水水不足或或停水罐体水位位下降，，流量传传感器作作出反应应，发出出停止工工作信号号，避免免水泵机机组毁坏坏●当罐罐体内水水位较高高时，通通过倒流流防止器器控制自自来水倒倒流。第4章给排排水自动动化原理理481．设备备配置无负压供供水取消消了水池、水水箱等，并能对对自来水水管网或或其他有有压管网网直接串串接供水水而不产产生负压压影响。。主要由稳流补偿偿器、真真空抑制制器、水水泵、控控制柜、、控制仪仪表、管道、阀阀门等组组成。第4章给排排水自动动化原理理49图4.6无负压給水系统组成第4章给排排水自动动化原理理502.运运行原理理：管网进水水量大于于设备出出水量时时，缓冲水水罐满水水，水泵泵通过缓缓冲水罐罐从管网网里吸水水。管网进水水量小于于设备出出水量时时，缓冲水水罐内的的压力和和水位开开始下降降。当罐内压压力低于于大气压压时，进／排排气阀打打开进气气，防止止罐内产产生负压压。当缓冲水水罐水位位继续下下降到设设定的低低水位时时，水泵泵停止运运行。第4章给排排水自动动化原理理51无负压供供水适用用范围（1）用用户原有有加压系系统的节节能、降降耗改造造；（2）各各类中水水、污水水、废水水处理厂厂；（3）各各类自来来水厂、、给水加加压泵站站；（4）油油田输油油管道、、油库、、油泵站站、油港港等恒压压输油系系统；（5）各各类工矿矿企业生生产用水水（如循循环冷却却水、工工业锅炉炉供水系系统等需需要恒压压的生产产用水））；（6）高高层建筑筑、住筑筑小区、、企事业业单位等等生活、、消防给给水系统统、暖通通、中央央空调循循环。第4章给排排水自动动化原理理52第4章给排排水自动动化原理理53二、无负负压给水水设备的的特点和和存在的的问题1.无无负压给给水设备备的技术术特点（1）技术先进进真空抑制制技术、、流体控控制技术术和智能能变频技技术。既既实现了了增加的的目的又又不会影影响管网网其它用用水户。。（2）卫生无污污染设备为为全密密封结结构，，细菌菌和粉粉尘不不会进进入系系统；；避免免了藻藻类的的滋生生，防防止了了水源源二次次污染染及供供水水水质污污染问问题。。（3））节能效效果显显著实现了了二次次增压压，采采用变变频技技术能能够降降低水水泵的的电能能消耗耗。（4））投资节节约：：无需修修建蓄蓄水池池或水水箱，，节省省了土土建投投资；；第4章给给排水水自动动化原原理541.无无负负压给给水设设备的的技术术特点点缺点：：无负压压给水水设备备也存存在一一些不不足。。如调节节容量量小，，对串串接管管网的的进水水量要要求较较高，，当系系统长长时间间停水水、停停电时时将会会出现现断水水现象象。第4章给给排水水自动动化原原理552.无无负负压给给水设设备存存在的的问题题（1））在来来水不不足时时为了了实现现无负负压功功能必必须以以牺牲牲用户户用水水，即即停止止或减减少水水泵吸吸水作作为代代价。。必须充充分考考虑当当地城城市管管网系系统的的水力力条件件，在在外部部管网网水力力条件件不匹匹配的的情况况下，，任何何设备备都无无法实实现真真正意意义上上的无无负压压。（2））仅仅仅仅解解决决了了水水泵泵吸吸水水口口处处的的压力力临临界界于于负负压压时时水泵泵如如何何停停止止吸吸水水的的问问题题，，但但并并没没有有对对管管网网可可能能产产生生的的影影响响（（如如水水压压波波动动、、水水表表计计量量等等））作作全全面面的的分分析析和和预预防防。。第4章给给排排水水自自动动化化原原理理56三、、无无负负压压给给水水设设备备的的管管网网接接入入条条件件1.应应当当规规定定当当室室外外给给水水管管网网的的水水量量、、水水压压达达到到一一定定要要求求时时，，方方可可选选用用直直接接增增压压二二次次供供水水设设备备。。2.无无负负压压供供水水设设备备必必须须有有多多重重的的、、可可靠靠的的防防负负压压、、防防倒倒流流、、防防水水表表计计量量冲冲击击等等措措施施。。避避免免对对城城市市公公共共供供水水管管网网的的水水质质造造成成污污染染。。3.要要有有防防止止设设备备本本体体对对水水质质造造成成污污染染相相应应的的检检测测和和要要求求。。第4章给给排排水水自自动动化化原原理理57生活活与与消消防防合合用用的的供供水水系系统统GB50016-2006《建建筑筑设设计计防防火火规规范范》建建筑筑的的低低压压室室外外消消防防给给水水系系统统可可与与生生产产、、生生活活给给水水管管道道系系统统合并并。合合并并的的给给水水管管道道系系统统，，当当生生产产、、生生活活用用水水达达到到最最大大小小时时用用水水量量时时，，仍仍应保保证证全全部部消消防防用用水水量量。。如不不引引起起生生产产事事故故，，生生产产用用水水可可作作为为消消防防用用水水第4章给给排排水水自自动动化化原原理理58一、、将将生生活活水水泵泵、、消消防防水水泵泵分分开开设设置置的的消消防防变变频频恒恒压压给给水水系系统统这种供水方式式将整个小区区作为1个消消防供水系统统，通过消防防泵将水输送送至每幢楼消消防管网消防主泵变频频供水消防主泵变频频加气压罐供供水第4章给排水自自动化原理592、生活消防防合用变频供供水设备系统具有2个恒压设定值值，分别是生活和和消防设定压压力。平时系统按生生活设定压力力运行，同时时向消防系统统补压，维持持消防管网压压力。第4章给排水自自动化原理60火警发生时，控制器接到到消防信号后后自动控制系系统将供水压压力提高到消消防设定压力力，变频泵进进行频率切换换，提高扬程程，增加流量量。若单台水泵的的流量不能满满足需要，按按消防所需水水量，依次启启动多台水泵泵参与运行，，供给全部系系统设计流量量。在夜间小流量量时，通过稳稳压泵和气压压罐或者变频频辅泵维持系系统的流量和和压力。第4章给排水自自动化原理613、生活供供水与消防供供水的合用优优点：(1)生活消消防泵组定时时轮换运行，，不会因消防防泵长期不用用或管理不善善而使水泵锈锈死，机组时时刻处在工作作状态。(2)生活泵泵组和消防泵泵组合用，基基本节省一套套消防泵组，，且便于设备备管理和维护护。(3)设备自自动化程度高高，供水稳定定可靠，且水水质无二次污污染。(4)水泵软软启动、软停停车，无冲击击和超压危害害。第4章给排水自自动化原理624、应注意的有问问题：(1)应设消消防接口，如如有消防报警警系统应设24VDC无无源启停接口口。(2)应有消消防时确保消消防用水的技技术措施，如如在生活总管管上安装电磁磁阀，消防时关闭生生活用水。(3)应设水水位接口，消消防低水位报报警，并关闭闭生活用水(4)应有双恒压功能，即平时低恒恒压生活供水水，消防时自自动转入高恒恒压消防供水水。(5)消防时时应限制退泵泵操作，以防防止压力不稳稳。第4章给排水自自动化原理634.3变频调速恒压压供水系统变频调速恒压压供水系统的的组成：水泵、交流异异步电动机、、变频器、供供水压力检测测装置、DDC等构成。。通常由鼠笼式式异步电动机机驱动水泵旋旋转来供水，，变频器的作用用是为电机提供供可变频率的的电源，实现现电机的无级级调速，传感器的任务务是检测管网水水压，压力设设定单元为系系统提供满足足用户需要的的水压期望值值。第4章给排水自自动化原理644.3变频调速恒压压供水系统在同一路供水水系统中，设置多台常用用泵，供水量量大时多台泵泵全开，供水水量小时开一一台或两台。。在采用变频调调速进行恒压压供水时，有有两种方法(1)每台水泵配用用一台变频器器。根据压力反馈馈信号，通过过PID运算算自动调整变变频器输出频频率，改变电电动机转速，，最终达到管管网恒压的目目的，只有一一个闭环回路路，较简单，，但成本高。。(2)所有水泵配用用一台变频器器。成本低，性能能良好，但控控制程序较复复杂，是发展展方向。第4章给排水自自动化原理65变变频调速恒恒压供水系统统的闭环控制制在供水系统中中，供水管网网中的水压能能够充分反映映供水能力与与用水需求之之间的关系：：若：供水流量＞用用水流量→供水管管网压力上上升若：供水流量＜＜用水流量量→供水管管网压力下下降若：供水流量＝＝用水流量量→供水管管网压力不不变。第4章给排水水自动化原原理66合理选择供供水压力值值，能保证证用户的用用水流量第4章给排水水自动化原原理674.3.2多泵恒恒压供水循循环软启动动方式控制制系统多泵并联的的供水模式式，每台水水泵处于三三种状态模模式之一：：工频电网网拖动状态态；变频器器拖动调速速状态；停停止状态。。第4章给排水水自动化原原理68变频恒压供供水系统的的工作过程程现假定系统统拖动3台台水泵运行行，其运行行过程如下下：(1)系统开始工工作时供水管道水水压力为零零，在控制制系统作用用下，变频频器开始运运行，M1起动且转速速逐渐升高高，当输出出压力达到到设定值，，供水量与与用水量相相平衡时，，转速才稳稳定到某一一定值，M1工作在调速速运行状态态。(2)当用水量增增加水压减减小时通过压力闭闭环调节水水泵按设定定速率加速速到另一稳稳定转速；；反之用水水量减少水水压增加时时，水泵按按设定的速速率减速到到新的稳定定转速。第4章给排水水自动化原原理69变频恒压供供水系统的的工作过程程(3)当用水量继继续增加变频器输出出频率增加加到工频(5OHz)时，水水压仍低于于设定值，，锁相同步控控制环节控制水泵切切换到工频频电网后恒恒速运行；；同时，使使M2投入变频器器并变速运运行，系统统恢复对水水压的闭环环控制，直直到水压达达到设定值值为止。如如果用水量量继续增加加，每当加加速运行的的变频器输输出频率达达到工频时时，将继续续发生如上上转换，并并有新的水水泵投入并并联运行。。当最后一台台水泵Mn投入运行，，变频器输输出频率达达到工频时时，压力仍仍未达到设设定值，控控制系统就就会发出水水压超限报报警。第4章给排水水自动化原原理70变频恒压供供水系统的的工作过程程(4)当用水量下下降水压升升高变频器输出出频率降至至起动频率率时，水压压仍高于设设定值，系系统将工频频运行的第第Mn-1台水泵关掉掉，恢复对对水压的闭闭环调节，，使压力重重新达到设设定值。当当用水量继继续下降，，每当减速速运行的变变频器输出出频率降至至起动频率率时，将继继续发生上上述转换，，直到剩下下一台变频频泵运行为为止。(5)当一台水泵泵变速运行行，用水量量接近于零零水泵最小转转速为临界界转速(变变速运行水水泵最小工工作转速)时，可根根据这一工工作状态的的长短和系系统用水特特点，使系系统转换到到间歇运行行或小容量量水泵运行行。第4章给排水水自动化原原理714.3.3变频泵泵和软起动动器结合的的控制系统统用一台变频器固定拖动调速泵保证恒压供水水，另一台软启动器器负责多台定速泵的启停控制，，一台可编程程序控制器协协调控制则整整个供水系统统。系统中的软启启动器指的是是电子式可控控硅降压软启启动器，软启启动器的输出出与电网为同同步运行，可可实现水泵的软启动动、软停车、、软启动器到到工频的平滑滑切换，消除除水锤效应。。第4章给排水自自动化原理72第4章给排水自自动化原理73变频器控制多多泵给水系统统传统的恒压供供水设备由可编程控制器器控制供水装置成本本高第4章给排水自自动化原理74变频器控制多多泵给水系统统组成：一个开关量输输入/输出的的可编程控制器器和带有PID调节器以及简简易可编程控控制器的变频器图2.66典型的变频器基本原理接线图第4章给排水自自动化原理75变频器设置25Hz和50Hz两个个开关量输出出位置，当频频率低于25Hz时，变变频器OC1端输出，当当频率等于50Hz时，，变频器OC2端输出。。第4章给排水自自动化原理76工作过程①当供水设备备供电开始工作时，先起动变频频泵，管网水水压达到设定定值时，变频频器的输出频频率则稳定在在一定的数值值上。②当用水量增加加，水压降低，，传感器将这这一信号送入入变频器，变变频器的输出出频率上升，，水泵的转速速提高，水压压上升。③如果用水量增增加很多，变频器的输输出频率达到到最大值，仍仍不能使管网网水压达到设设定值，变频器输出端端口输出开关关量控制信号号。这一控制信号号作为PLC的数字量输输入信号，PLC控制器器起动一台工工频泵，其他他泵依次类推推。反之，当当用水量减少少，变频器的的输出频率达达到最小值，，则发出减少少一台工频电电机的命令。。第4章给排水自自动化原理77恒恒压供水中中变频到工频频切换问题变频器带动电电机达到额定定转速后，当当用户管网压压力仍低于设设定压力时，，要将电动机机切换到工频频电网运行，，变频器再起起动一台电动动机变频调速速运行；当水压过高需需要停泵时，，不允许突然然切断水泵电电源，要求逐逐渐降低转速速缓慢停车。。需要将工频频运行的电动动机再切换到到变频器调速速运行。不可避免地要要进行电网和和变频器之间间的相互切换换操作。变频泵循环运运行方式的关关键问题是水泵电动机机由变频器供供电切换到工工频电网供电电的平滑过渡渡问题。第4章给排水自自动化原理78由于变频器电电压输出起始始相位具有随随机性，输出出的三相电源源和工频电源源并不一致，，即使变频器器的输出频率率等于工频频频率，它输出出的三相电源和工工频电源的初初始相位也不不一致。若电动机的反反电动势与工工频电源电压压的相位差比较大大，将会产生比比启动电流还还要大的冲击击电流，即一一般的异步电电动机将流过过额定电流10倍左右的的电流，会影影响到电网和和电动机的寿寿命。第4章给排水自自动化原理79恒压供水中变变频到工频切切换问题给出出几几种解决方案案1、多多泵恒恒压供供水固固定方方式控控制系系统2、降降低感感应电电动势势幅值值后的的工频频切换换3、在在回路路中串串入电电抗的的变频频向工工频的的切换换4、采采用监监频监监相控控制器器同步步切换换5、同同步切切换方方式第4章给给排水水自动动化原原理801、多多泵恒恒压供供水固固定方方式控控制系系统对于由由多台台小功功率水水泵组组成的的直接接给水水系统统，一一台固固定的的水泵泵变速速运行行，其其余水水泵以以工频频方式式自动动投入入运行行，实实现恒恒压供供水。。这种方方式不不存在在变频频与工工频的的转换换。第4章给给排水水自动动化原原理812、降降低感感应电电动势势幅值值后的的工频频切换换采用延延长切切换时时间的的办法法（一一般超超过1s），来来避开开相位位不一一致造造成的的电动动势叠叠加，，等电动动机的的感应应电动动势降降下来来后再再切入入工频频电源源，这种依依赖时时间的的推移移来降降低电电动势势幅值值的方方法是是不可可取的的。随随着时时间的的推移移，转转速也也在快快速的的下降降，转转差的的增大大将不不太有有利于于启动动电流流的减减小。。第4章给给排水水自动动化原原理82适当控控制KM3的作作用时时间，，让其其幅值值减小小到额额定电电压的的三KM1和KM2一定要要互锁锁第4章给给排水水自动动化原原理83变频到到工频频切换换过程程按以以下顺顺序进进行：：①变频的的相序序，一一定要要和工工频相相序一一致；；②将变频频器停停车方方式设设定为为自由由停车车，当当变频频器输输出频频率达达到50Hz时，断断开FWD端，电电机处处于自自由停停车状状态，，电机机脱离离变频频器，，然后后再进进行切切换到到工频频的操操作；；③断开接接触器器KM1，切断断电动动机与与变频频器之之间的的联系系④接通接接触器器KM3，为电电动机机感应应电动动势提提供释释放通通路；；⑤断开接接触器器KM3；⑥接通接接触器器KM2，将电电动机机投入入到工工频电电源上上。第4章给给排水水自动动化原原理842、降降低感感应电电动势势幅值值后的的工频频切换换此方法法简单单易行行，安安全可可靠，，成本本增加加较小小，但但仍存存在不不小的的电流流冲击击。通过试试验和和现场场测试试，此此种切切换方方法的的冲击击电流流约为为额定定电流流的3-5倍。。第4章给给排水水自动动化原原理853、这种切切换方方法控控制简简单，，较为为安全全。但但电抗抗器体体积庞庞大，，成本本增加加较多多。冲冲击峰峰值较较大，，但持持续时时间短短。此种切切换方方法的的冲击击电流流峰值值约为为额定定电流流的4～5.5倍。第4章给给排水水自动动化原原理86切换换过过程程①变变频频的的相相序序，，一一定定要要和和工工频频相相序序一一致致；；②将将变变频频器器停停车车方方式式设设定定为为自自由由停停车车，，当当变变频频器器输输③断开接触器KM1，切断电动机与变频器之间的联系；④接通接触器KM3，在电源与电机间串入电抗器；⑤接通接触器KM2，将电抗器短接，将电动机投入到工频电源上。⑥断开接触器KM3完成切换第4章给给排排水水自自动动化化原原理理874、、采采用用监监频频监监相相控控制制器器同同步步切切换换采用用监频频、、监监相相控控制制器器，，用来来监监视视切切换换时时变变频频器器输输出出的的频率率和和相相位位，，当变变频频器器输输出出与与工工频频电电源源的的频频率率和和相相位位一一致致时时，，再再完完成成水水泵泵由由变变频频器器电电源源的的切切换换。。切换换后后瞬瞬时时电电流流大大致致等等于于电电动动机机的的额额定定电电流流，，基基本本上上实实现现对对生生产产和和电电网网无无任任何何影影响响的的无无扰扰动动切切换换。。第4章给给排排水水自自动动化化原原理理88监频频监监相相控控制制器器监监视视变变频频器器输输出出频频率率和和工工频频电电源源频频率率，，当当两两者者相差差小小于于0.2Hz时，，控控制制器器开开始始检检测测变变频频器器输输出出电电压压与与工工频频电电源源的的相相位位差差，，当当相位位差差小小于于5°°时变频器输出频率和工频电源的频率基本相同时，同相信号出现的频率是工频电网的频率与变频器输出频率之间差值的倒数。f--同相相信信号号出出现现的的频频率率；；f1——工频频电电网网的的电电源源频频率率；；f2——变频频器器的的输输出出频频率率。。第4章给给排排水水自自动动化化原原理理895、、同步步切切换换方方式式同步步切切换换就就是是在在不不停停电电的的情情况况下下，，利利用用锁锁相相环环技技术术，，使使变变频频器器输输出出电电压压的的频频率率、、幅幅值值和