给水排水工程仪表与控制 九 水泵及管道系统的控制调节

给水排水工程仪表与控制华中科技大学电气与电子工程学院CH3水泵及管道系统的控制调节1.调节的内容与意义2.水泵-管路的双位控制系统3.水泵的调速控制4.恒压给水控制技术5.污水泵站的变速运行6.计算机在城市供水系统中的应用1调节的内容与意义•管道系统通常是由水泵加压供水的有压系统，运行费用中电耗占第一位。•采取技术措施，合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。1调节的内容与意义•给水排水工程中的水泵与管道系统主要包括：①城市供水系统——包括输配水管网及二泵站、加压泵站；②城市雨水、污水排水系统——包括排水管网及雨水泵站、污水泵站：③小区、建筑的给水系统——包括小区、建筑给水管网及加压设施，④小区、建筑的排水系统——包括排水管网及小区排水泵站、建筑室内污水提升泵。1调节的内容与意义•按控制调节特点两类：①对水泵的开停双位控制：按照液位、压力值或流量等参数的要求，改变每台水泵的开、停状态或改变水泵的运行台数。②对水泵工作点的调节控制：按照液位、压力或流量等参数的要求，改变水泵的工作点。这种改变可以通过调节管路系统中阀门的开启度实现，或通过改变水泵转速的方式实现。2水泵—管路系统的双位控制•【例1】排水泵站的控制系统–排水泵站设一集水池，汇集从排水管网来的雨、污水。–依集水池中水位的高低，排水泵应自动地开、停。–为了解决排水泵的控制问题，设高、低两个控制水位a和b。2水泵—管路系统的双位控制–为一有记忆的逻辑控制系统–输入逻辑变量a、b、Pt-1；–输出逻辑变量P。–分析其所有逻辑组合，按真值表、卡诺图法处理。–注意有特殊的逻辑状态。–设计结果——控制原理图。–工作过程及原理分析。2水泵—管路系统的双位控制•【例2】建筑物高低水箱的控制系统2水泵—管路系统的双位控制–控制要求（逻辑条件）①可以按手动或自动两种方式控制水泵的开停，设手动按钮m、a；②在自动控制方式下，水泵可以根据水位变化自动开停，为此设水位开关p、v、h和b。③对低位水箱水位的限制：当水位低于b时，低位水箱处于缺水状态，水泵必须停止；当水位高于h时，低位水箱处于充满状态，允许水泵启动；④对高位水箱水位的限制：当水位低于v时，高位水相处于放空状态，水泵可以启动供水，当水位高于p时，高位水箱充满，水泵应该停止供水。2水泵—管路系统的双位控制•更多实例见：建筑工程各类水泵电气控制图集3水泵的调速控制•给排水工程中，一泵站、二泵站、加压泵站、提升泵站等水量非常大，可以达到每日几十万至几百万立方米，往往都采用大型水泵，电耗很高。一般，水泵站电耗占给水系统总电耗的70％以上，在给水系统的运行费用构成中居第一位。•其中，有多余的水头。为了节能，应该对水泵的运行工况进行调解。•为保持水压力稳定，也应进行水泵工况调节。3水泵的调速控制①水泵调节的类型视用途不同，水泵调速的控制参数不同。恒压调速恒流调速其它情况3水泵的调速控制•恒压调速–用水量变化越大，情况越严重。–文献资料：上海地区用水均匀性较强的大型给水系统中，由于水压波动、水泵长期在较低效率下运转等原因导致多耗电约20％。–因此，有必要以保证用户水压恒定为目标进行水泵调速。这种调节方式应用较为广泛。3水泵的调速控制•恒流调速①常水位②设计水位③常水位+阀门调节3水泵的调速控制•其它调速–加药泵、加氯泵–以调节其它工艺参数为目的。3水泵的调速控制②水泵调节的类型分驱动电机速度不变和驱动电机速度变化而种。液力耦合器调速、电磁离合器调速、变速箱；串级调速、变频调速。3水泵的调速控制③水泵调速的运行方式反馈控制系统计算机控制系统定速泵+变速泵4恒压给水控制技术•双位控制vs定值控制•变频调速恒压给水•工作原理•技术特点4恒压给水控制技术–恒压给水的压力控制点•水泵出口压力–恒压力–变压力（理想变压线和近似变压线）•管网最不利压力点4恒压给水控制技术•气压给水控制系统–压力控制点：水泵出口或压力最不利点–2台同型号水泵的控制图示：5污水泵站的变速运行•在污水提升泵站中，使用微机控制变速与定速水泵组合运行，可以保持近水位稳迂，降低能耗，并提高自动化程度。•由于进水量的变化很大，使用多台定速泵的形式，不能合效地控制进水位在警戒线以内，甚至导致上游低洼地区跑冒污水。为了改善这种状况，需选择水泵变速运行并且使用微机控制的方案。5污水泵站的变速运行•控制策略：水量平衡与效率优选①由进水位确定进水总流量值Q总；②由进出水位之差确定静扬程H静；③调数据表查在该静扬程下额定转速时的流量值为Q定；④变速泵所需的流量Q变＝Q总—Q定；⑤根据每分钟检测水位涨落的多少确定转速的优选范围；⑥在优选范同内找出最高效率点所对应的转速来控制变速泵的运行。5污水泵站的变速运行•实现无人值守，程序需满足正常管理工作的各种需要，并且对泵站可能出现的故障作出正确的判断和处理。①自动报表，记录水位变化、电机工作情况；②设置转换开关，在微机系统发生故障时手动运行；③实现水泵的自动换车，各台水泵均匀远行；④在运行的水泵发生故障时，自动切除故障泵，并发出报警信息。5污水泵站的变速运行•经济效益和社会效益①水位控制效果明显，消除存在多年的运转失调现象，不再发生加泵下游跑水、减泵上游排水困难的问题；②优选决定的水泵转速能使水泵效率维持在79~81%间，节约能耗10%；③改“值班定岗”改为“巡回检测”，运行管理人员减少2/3；④避免机泵的频繁开停，降低设备的维修率，延长设备使用寿命；⑤泵站可以低水位运行，上游重力式管道维持自清流速，减少管道疏通掏挖的上作量；⑥不再需要考虑集水池调蓄容积和机组容量的大小搭配，将集水池容积减少到最低程度，减少泵站的占地、工程量、施工难度和工程造价。6城市供水自动监测与调度•系统结构与功能•数据管理与应用