给排水设备的控制

第3章给排水设备的控制教学导航教知识重点1、熟知常用水位控制器的原理；2、掌握典型生活水泵控制电路图的分析方法；3、掌握典型消防水泵的控制电路图的分析方法。知识难点消防水泵控制电路图的分析方法推荐教学方式以实例分析为主，分解复杂电路为若干个子电路，引导学生在电路分析中建立逻辑思维的方式。建议学时12学时学推荐学习方法以分析、探究和小组讨论的学习方式为主。结合本章内容，通过自主学习、分析和总结，逐步建立起分析水泵控制电路的能力，为今后分析更为复杂的水泵控制电路及设计水泵控制电路图打下基础。必须掌握的理论知识1、常用水位控制器的原理；2、各类水泵的控制要求和运行方式。必须掌握的技能典型水泵控制电路图的分析方法。第3章给排水设备的控制知识分布网络给排水设备的控制生活供水泵的典型控制电路消火栓泵的典型控制电路消防稳压泵的典型控制电路单台排水泵的典型控制电路两台排水泵的典型控制电路自动喷淋泵的典型控制电路常用的水位控制器水泵的控制要求和运行方式控制电路图的分析第3章给排水设备的控制3.1生活供水设备的控制章节导读在建筑物内，给水与排水系统是保证建筑功能最基本的系统之一，其中使用的常见水泵有生活给水泵、消火栓泵、喷淋泵、消防稳压泵、排水泵等。在现代建筑里，对这些水泵控制的基本要求是自动控制、正确动作。对一个水泵控制电路图进行分析，必须先了解水泵的作用和运行方式。另外，为了实现自动控制的目的，还需采集液位、压力等信号，为此，应熟悉这些常见的物理量信号控制器件。对水泵控制电路图进行正确地分析是水泵运行、管理、检修、维护必不可少的技能，也为水泵控制电路的设计和创新改进打下良好的基础。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器为了实现对水泵的自动控制以及监测水池、水箱内的液位高度，经常用到水位控制器。水位控制器也称为液位信号器、水位开关，它是随液面高度变化而改变其触点通断状态的开关，按其结构和原理分，常见的有干簧管水位控制器、浮球磁性开关、电极式水位控制器、压力式水位控制器和超声波液位控制器等。第3章给排水设备的控制1、干簧管水位控制器干簧管水位控制器由中空的导杆、嵌有永磁环的浮标和接线盒等组成。导杆和浮标由非导磁材料制作，如不锈钢、塑料等。在导杆内部的不同高度上装有若干个干簧管，干簧管接点通过引线经导杆内孔连接至接线盒内端子上。干簧管水位控制器原理如图3-1，磁性浮标套在导杆上，跟随液面上升或下降，当其移动到水位上限或下限位置时，对应位置的干簧管SL1、SL2受磁力作用而动作，发出接点开（关）转换信号。导杆上还设有上下限位环，用以限制浮标上下浮动范围，从而获得不同的液位控制高度。3.1.1常用的水位控制器图3-1干簧管水位控制器原理图第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器在导杆上套多个磁环浮标并对应设置多个干簧管，则可获得多水位控制、报警等组合应用，图3-2为4个浮标的干簧管水位控制器。图3-24个浮标的干簧管水位控制器第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器2、浮球磁性开关图3-3为浮球磁性开关结构示意图，主要由浮球、外接电缆和密封在浮球内的开关装置组成，浮球用工程塑料或不锈钢等非导磁性材料制成。开关装置由干簧管、磁环和动锤构成，磁环的安装位置偏离干簧管中心，其厚度小于一根簧片的长度，所以磁环产生的磁场几乎全部从单根簧片上通过，磁力线被短路，两根簧片之间无吸力，干簧触点处于断开状态。当动锤靠近磁环时，可视为磁环厚度增加，两簧片被磁化为相反的极性而相互吸引，使其触点闭合。图3-3浮球磁性开关结构示意图第3章给排水设备的控制浮球磁性开关安装示意图如图3-4所示。当液位在下限时，浮球正置（如图3-3所示位置），动锤依靠自重位于浮球下部，因此干簧管触点处于断开状态。3.1.1常用的水位控制器在液位上升过程中，由于动锤在下部，浮球重心在下基本保持正置状态不变，当液位接近上限时由于浮球被支点和导线拉住，开始逐渐倾斜，当越过水平测量位置时，浮球内动锤因自重下滑，浮球重心在上部而迅速翻转成倒置，同时，干簧管触点吸合，发出液位上限信号。在液位下降过程中，浮球重心在上部，基本保持倒置状态不变。当液位接近下限时，由于浮球被支点和导线拉住，开始逐渐向正置方向倾斜，当越过水平测量位置时，浮球内动锤因自重又迅速向上部滑动，使浮球翻转成正置，同时干簧管触点断开。调节支点的位置和导线的长度就可以调节液位的控制范围。同样，采用多个浮球开关分别设置在不同的液位上，可各自给出液位信号，从而对多个液位进行控制和监视。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器图3-4浮球磁性开关安装示意图第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器3、电极式水位控制器电极式水位控制器由液位检测电极和控制器两部分组成，属于电阻式测量仪表，利用水的导电性，当水接触电极时产生电阻突变来测量水位。图3-5为一种三电极式水位控制器原理图。图3-5三电极水位控制器原理图当水位低于DJ2以下时，DJ2和DJ3之间不导电，三极管V2截止，Vl饱和导通，灵敏继电器KE吸合，其触点使线柱2至3发出低水位信号。当水位上升使DJ2和DJ3导通时，因线柱5至7不通，V2继续截止，V1继续导通；当水位上升到使DJl、DJ2和DJ3均导通时，线柱5至7接通，V2饱和导通，Vl截止，KE释放，发出高水位信号。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器电极式水位控制器分一体型和分体型两种安装形式。一体型是将控制器的电路板装入液位检测电极的接线盒内，组成一体结构；分体型是控制器与检测电极分开安装，有控制箱内轨道安装和控制盘面板安装两种形式。根据工艺要求不同，液位检测电极可为一根、两根、三根和四根，以实现不同的功能。给排水系统中，三根电极最常用，可以实现自动控制给水和排水；四根电极则是在高、低水位控制的基础上增加了上限报警或下限报警功能，防止水位超高溢流或过低空泵运行。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器4、压力式水位控制器水箱、水池的液位也可以通过电接点压力表来检测，水位高时压力也高，水位低时压力也低。电接点压力表示意图如3-6所示，既可作为压力控制又可作为就地检测之用。它由弹簧管、传动放大机构、刻度盘指针和电触点装置等构成。当被测介质进人弹簧管时，弹簧产生位移，经传动机构放大后，使指针绕固定轴发生转动，转动的角度与弹簧管中压力成正比，并在刻度上指示出来，同时带动电触点指针动作。在低水位时，指针与下限整定值触点接通，发出低水位信号；在高水位时，指针与上限整定值触点接通；在水位处于高低水位整定值之间时，指针与上下限触点均不通。如将电接点压力表安装在供水管网中，可以通过反应管网供水压力而发出开泵和停泵信号。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器4、压力式水位控制器图3-6电触点压力表示意图由弹簧管、传动放大机构、刻度盘指针和电触点装置等构成。当被测介质进人弹簧管时，弹簧产生位移，经传动机构放大后，使指针绕固定轴发生转动，转动的角度与弹簧管中压力成正比，并在刻度上指示出来，同时带动电触点指针动作。第3章给排水设备的控制3.1.1常用的水位控制器5、超声波液位控制器在水位控制的实际应用中，有时不仅要求控制器件就地发出信号，还要求水位能远距离的实时显示和控制。例如，在消防控制中心，希望实时显示消防水箱、水池的液位。这类应用，常通过非接触式的水位控制器来实现，超声波液位控制器就是典型的一种，如图3-7所示。图3-7超声波液位控制器的安装及工作原理示意图第3章给排水设备的控制超声波液位控制器由探测器和控制器组成。探测器在微处理器的控制下，发射高频超声波脉冲并接收液面反射回来的超声波，控制器接收探测器信号，根据超声波在空气中的传播时间来计算出探测器与被测物之间的距离。控制器LCD液晶面板可实时显示液位高度，并可通过继电器输出高、低液位和报警液位等信号。超声波液位控制器有应用范围广、工作稳定可靠、测量精度高等诸多优点，但价格较高。3.1.1常用的水位控制器5、超声波液位控制器第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式当市政直接供水压力不能满足使用要求时，需在生活给水系统中设置加压水泵。在工业与民用建筑中的加压给水系统，有设高位水箱的方式、气压给水方式和变频调速恒压给水等方式。1、高位水箱方式水泵的运行与控制图3-8为设高位水箱的生活给水系统示意图，给水系统依靠高位水箱内水的重力作用保证供水压力在正常范围内，在水池和高位水箱中均安装有液位控制器。两台水泵为一用一备或自动轮换运行。当高位水箱中液位降低至设定水位时，液位控制器发起泵信号至水泵控制柜，水泵启动向水箱补水，当水箱中液位升高至设定水位时，液位控制器发停泵信号至水泵控制柜，水泵停止运行。水池内安装液位控制器则用于监测其液位，当液位过低时停泵以避免水泵空转。第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式1、高位水箱方式水泵的运行与控制1—水池；2—水泵；3—高位水箱图3-8设高位水箱的生活给水系统第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式2、气压给水方式水泵的运行与控制气压给水设备是局部升压设备，如图3-9所示，由水泵将水压入密闭的钢质气压罐内，靠气压罐内被压缩的空气产生的压力来保证正常供水压力。随着水量的消耗，罐内压力逐渐降低，当压力下降到设定的最小工作压力时，电接点压力表发向控制箱发出起泵信号，水泵启动向管网和气压罐内补水。当罐内压力上升到设定的最大工作压力时，电接点压力表将发出停泵信号，水泵停止工作，如此往复循环。作为水源的水池内安装液位控制器，用于监测其液位，当液位过低时停泵以避免水泵空转。第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式2、气压给水方式水泵的运行与控制1—水泵；2—控制箱；3—气压罐；4—呼吸阀；5—电接点压力表图3-9气压给水的生活给水系统气压罐内的空气与水直接接触，在运行过程中，空气由于损失和溶解于水而减少，当罐内空气不足时，经呼吸阀自动吸入补充空气。第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式3、变频调速恒压给水系统水泵的运行与控制变频调速恒压供水设备由水泵机组、管路系统、膨胀罐（根据需要设置）、压力变送器器、控制柜等组成。图3-10为一款变频调速恒压供水设备实物图，其系统原理如下图所示。1—水源；2—主用泵；3—备用泵；4—变频器；5—PLC；6—压力变送器；7—液位信号器图3-10变频调速恒压供水设备实物图及系统原理图第3章给排水设备的控制3.1.2生活水泵的运行与控制方式控制柜内设置可编程控制器（PLC）、变频调速器及控制电路，与管路系统上设置的压力传送器组成了闭环供水控制系统，是给水系统控制的核心器件。系统正常工作时，供水管路上的压力变送器对供水压力进行实时采样，并将压力信号反馈至PLC。PLC将管网压力与设定的目标压力值进行比较和运算，给出频率调节信号和水泵启、停信号送至变频器，变频器据此调节水泵电机电源的频率，调整水泵的转速，自动控制水泵的供水量，使供水量与不断变化的用水量相互匹配，从而实现变量恒压供水的目的。同样，水池内需安装液位控制器，当液位过低时停泵。3、变频调速恒压给水系统水泵的运行与控制第3章给排水设备的控制3.1.3生活水泵的典型控制电路不同的建筑对供水的要求不同，系统中水泵的数量和运行方式也不同，有单台、一用一备、多用一备等方式。为了避免多台水泵中的某一台长期不动作而锈蚀卡死，多台泵时可采用自动轮换的控制方式。根据电源和供电线路情况，水泵的启动方式可为全压启动或降压启动。水泵不同的运行方式和启动方式，有不同的控制电路。本节介绍一些典型的生活水泵控制电路图。第3章给排水设备的控制3.1.3生活水泵的典型控制电路1、两台生活水泵一用一备全压启动控制电路如图3-11和图3-12所示。图中，Xn：m为接线端子编号，如X1：3表示1#端子排的3号端子，后文中均相同，不再赘述。图3-11两台水泵全压启动主电路图第3章给排水设备的控制3.1.3生活水泵的典型控制电路1）手动控制选择开关SAC置于“手动”位置，其1-2、3-