水泵及管道系统的控制调节

南通大学电气工程学院建筑给排水工程南通大学电气工程学院给排水概论自动控制基础知识自动化仪表与设备水泵及管道系统控制调节Outline南通大学电气工程学院调节内容与意义在建筑给水系统中，存在两类控制问题：对水泵的启停逻辑控制(水位控制系统)对水泵工况点的调节(变频调速)给水系统由管道系统和水泵组成。输配水管道系统担负输送、分配水的任务，其造价占系统总造价主要部分.而水泵运行费用(电耗)为给水系统最大运行费用.因此合理调节水泵管道工况，在实现用户用水要求的同时，最大限度节能降耗，十分重要且有意义.其他水泵与管道系统①小区、建筑的给水系统——包括小区、建筑给水管网及加压设施②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③城市供水系统——包括输配水管网及二泵站、加压泵站；④城市雨水、污水排水系统——包括排水管网及雨水泵站、污水泵站南通大学电气工程学院高低水箱自动供水系统水位控制系统南通大学电气工程学院1.问题提出：如何根据高低水箱的水位情况来控制水泵的启停？高低水箱自动供水系统2.控制要求：①通过半自动方式控制水泵的启停，设手动按钮m、a；水位控制系统②设水位开关p、v、h、b；③低位水箱：低于b时，必须停止；高于b时，允许启动④高位水箱：高于p时，必须停止；低于p时，允许启动⑤联合要求：高于h，低于v，必须启动南通大学电气工程学院高低水箱自动供水系统3.控制方案：①自动控制：②半自动控制：水位控制系统11()()ttMPbhvppMPpbhvMP()MPpbhvmp()KAamkaKMKAMP③综合：(MPt-1、p、v、h、b)→MPt南通大学电气工程学院高低水箱自动供水系统4.基本控制线路图：水位控制系统()MPpbhvmp()KAamkaKMKAMP水位控制系统南通大学电气工程学院水泵工况调节意义节能：水泵是给排水工程中的主要耗能设备。水压稳定：水压是供水质量的重要指标。水泵调速控制水泵调节类型恒压调速常见于二泵站、建筑与小区等给水系统传统做法：以二泵站为例，通常采用分级供水，视用水情况将二泵站的工作制度定为二级或三级。而该方法存在弊端因此有必要进行恒压调速控制南通大学电气工程学院水泵调速控制水泵调节类型恒流调速造成能量浪费，需要以水量恒定为目的的水泵调速。给水系统一泵站的典型情况。一泵站按最低水位设计，但运行中多数时间内水源水位常处于常水位附近，高于最低水位，实际需要的水泵扬程低于设计扬程。常采取关小管路阀门的方式消耗多余的水头，保证一泵站取水流量恒定。其它调节情况水处理药剂投加泵调节。按需调节，非恒压，非横流南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制离心泵常用调速技术电机转速不变，通过附加装置改变水泵转速。如液力偶合器调速。直接改变电机转速。如可控硅串级调速、变频调速。变频调速调速原理电机转速：磁通量：变频调速方式基频以下：①恒磁通调速控制，V/f=常值②恒压频比调速控制，U/f=常值基频以上：③恒功率调速控制④恒电流调速控制水泵调速控制60(1)nfsP4.44smsNVfNK南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制单台水泵恒压给水控制组成及工作原理水泵变频调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制单台水泵恒压给水控制控制框图PLCVR-eVf变频器水泵供水网压力传感器压力状态显示用户供水给定压力水泵变频调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制单台水泵恒压给水控制电气主回路图水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(两台)原理图工作规律Q：0～1/21台变频1台停1/2～11台变频1台工频水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(两台)电气主回路水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(三台)原理图水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(三台)原理图工作规律Q：0～1/31变2停1/3～2/31变1工1停2/3～11变2工水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(三台)运行过程示意图水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制水泵机组恒压给水控制(三台)主回路水泵调速控制南通大学电气工程学院变频调速恒压给水控制B：1/2＜Q＜1条件：A：0＜Q＜1/2↓↓↓↓①①②ABA停启动②①↓停↓AB↓↓BA↓停↓①1#停，2#停，3#变→→→1#变，2#停，3#工→→→1#工，2#变，3#工1#停，2#变，3#停→→→1#停，2#工，3#变→→→1#变，2#工，3#工1#停，2#停，3#停→→→1#变，2#停，3#停→→→1#工，2#变，3#停→→→1#工，2#工，3#变↓↓↓↓↓①①②②③③ABCAB停启动条件：A：0＜Q＜1/3B：1/3＜Q＜2/3C：2/3＜Q＜1↓BBCC水泵调速控制水泵机组恒压给水控制固定变频方式状态转换图两台循环变频方式状态转换图三台南通大学电气工程学院水泵机组恒压给水控制控制框图变频调速恒压给水控制水泵调速控制PLCVR-eVf变频器水泵机组供水网压力传感器压力状态显示用户供水给定压力切换机构放大器南通大学电气工程学院Fuzzy－PIDVR-eVf变频器供水泵组供水网放大器压力传感器压力PLC报警水泵机组恒压给水控制控制框图变频调速恒压给水控制水泵调速控制南通大学电气工程学院水泵调速控制技术特点①高效节能。设备能自动检测系统瞬时水压，据此调节供水量，节约供水能耗②用水压力恒定。无论系统用水量有任何变化，均能使供水管网的服务压力恒定，提高了供水品质③延长设备使用寿命。采用微机控制技术，对多台泵组可实现循环启动工作．损耗均衡。特别是软启动，无大启动电流，延长设备的电气、机械寿命④功能齐全。由于以微机做中央处理机，可以设置各种附加功能，如：小流量切换，水池无水停泵，市网压力升高停机，定时启、停，自动投入变频消防，自动投入工频消防等功能变频调速恒压给水控制南通大学电气工程学院概念：压力传感器的安装地点位置一：水泵出口水泵调速控制压力控制点位置出口处水压最低要求值最不利点水压最低要求值弊端：①对用户而言水压不恒定；②如果管路上发生某种情况，使得管路特性变化而使特性曲线形状变化，就可能影响用户的水压，即可靠性存在问题；③技术经济性能不十分理想。南通大学电气工程学院20sQHH修正：为了保证用户处的压力恒定为H0不变，水泵出口处的压力就应该沿管路特性曲线A0变化，即出口处变压力控制。其规律可以由管路特性曲线方程确定:kQHH0水泵调速控制压力控制点位置20sQHHkQHH0图中b、c、d三点分别代表水泵出口恒压、理想变压、线性化变压三种控制方式在某一供水量Q‘时的工作点。南通大学电气工程学院位置二：最不利点处水泵调速控制压力控制点位置优缺点：更节能，控制系统简单，不需要流量传感器，控制准确；这种控制方式改变了压力传感器的安装位置，相应增加信号线的长度，在工程与管理上有时会带来一些困难。出口处水压最低要求值最不利点水压最低要求值南通大学电气工程学院气压给水系统的控制建筑给水系统控制技术南通大学电气工程学院气压给水系统的控制1.控制原理：与高位水箱供水系统原理一致(补气装置仅用于补偿溶解于水的空气)2.压力控制点的选择：建筑给水系统控制技术气压罐设于靠近水泵处以两台同型号水泵组成系统为例气压罐设于用户处a0～d2a1～d2南通大学电气工程学院气压给水系统的控制建筑给水系统控制技术3.气压罐设于用户处的优势水压变化明显较小减小罐容积并降低罐内承压1VWV：气压罐总容积；W：设计调节容积，由设计最大供水量及水泵每小时最大启动次数来决定；Alpha：罐内最小与最大压力的比例，Alpha=Pmin/Pmax；Beta：容积附加系数，Beta=Pmin/P0其中南通大学电气工程学院背景：变频调速器价格昂贵，技术复杂，降低了给水系统的性价比.为此，需要对水泵进行组合优化，从而实现在不基本降低给水系统性能前提下降低变频器选用容量.水泵组合优化二进制变流量水泵组合系统南通大学电气工程学院水泵组合优化水泵组合优化变频调速恒压给水方案P0P1P2可编程控制器P0P1P2电接点压力表管路系统低位水池水位传感器水泵qq2q出口流量P2P1P0Qta2a10Qtq000q0qqQt2q010q0q2qQt3q100q0q3qQt4q110q0q变频水泵P0额定流量q，定速水泵P1，P2的额定流量分别为q，2q。水泵P1，P2的工作状态各用一位二进制数a1，a2表达，用数字“1”表示水泵工作，“0”表示水泵停止。南通大学电气工程学院规律：如果给水系统的设计流量为Q，可以把变频水泵的容量设计成q=Q/2n（n=1、2、3……），同时配备n台工频电源开关控制的水泵，这n台水泵的额定扬程一致，但额定流量呈两倍递变，即q、2q、4q…2n-1q，由这（n+1）台水泵组合优化变频调速给水系统，既实现全流量范围内高质量的供水，又降低了变频器的工程预算价格，提高了整个给水系统的性能价格比。水泵组合优化南通大学电气工程学院建筑消防给水系统一、概述1.室内建筑消防系统安装在室内，用以扑灭发生在建筑物内初期火灾的设施系统。它一般与火灾报警系统紧密联系，共同构成火灾报警与消防联动系统2.灭火燃烧三要素：可燃物，助燃物，燃点3.灭火剂——水水是不燃液体，摄取燃烧物热量，起到冷却作用产生大量水蒸气，从而降低含氧量喷射出来的压力水流具有很大的动能和冲击力，可以冲散燃烧物灭火效果好，使用方便，来源广泛，价格便宜4.室内消火栓灭火系统、自动喷水灭火系统南通大学电气工程学院建筑消防给水系统二、室内消火栓给水系统1.室内消火栓利用室内给水管网向火场供水，并置于室内走廊等公共共享环境中的固定灭火设备2.组成箱体内：水枪、水带、消火栓、消防启动按钮、消防水喉其它(给水系统)消防管道、消防贮水设备(水箱或水池)、增压设备(水泵)南通大学电气工程学院建筑消防给水系统二、室内消火栓给水系统3.设置室内消火栓系统的原则根据《建筑设计防火规范》厂房、库房和高度不超过24m的科研楼(存有与水接触能引起燃烧爆炸物质的房间除外)超过800个座位的剧院、电影院、俱乐部和超过1200个座位的礼堂、体育馆体积超过5000m3车站、码头、机场建筑物以及展览馆、商店、病房楼，门诊楼、图书馆等超过7层的单元式住宅，超过6层的塔式住宅等超过5层或体积超过10000m3的教学楼等其他民用建筑物国家级重点文物保护的砖木或木结构的古建筑南通大学电气工程学院建筑消防给水系统二、室内消火栓给水系统4.类型少层建筑室内消火栓给水系统无水箱、水泵的给水系统仅设水箱不设水泵的给水系统设有消防泵、消防水箱高层建筑室内消火栓给水系统高层建筑集中的高压、临时高压室内消防给水系统南通大学电气工程学院建筑消防给水系统二、室内消火栓给水系统4.类型南通大学电气工程学院建筑消防给水系统二、室内消火栓给水系统4.类型分区供水南通大学电气工程学院三、自动喷水灭火系统1.概述安装在建筑物内，能自动喷水灭火，并能发出火警信号的消防灭火系统主要由水源、供水设备、喷头、管网、报警阀及火灾探测报警系统等组成灭火效率非常高。一般来说，可以用水灭火的建筑物都可以安装自动喷水灭火系统建筑消防给水系统南通大学电气工程学院三、自动喷水灭火系统1、湿式喷水灭火系统；2、干式喷水灭火系统；3、预作用式喷水灭火系统。闭式系统开式系统1、雨淋灭火系统；2、水幕系统；3、水雾灭火系统。2.分类按喷头开闭形式建筑消防给水系统南通大学电气工程学院三、自动喷水灭火系统3.组成及工作原理(湿式)建筑消防给水系统南