居民楼宇恒压供水系统

题目: 居民楼宇恒压供水系统

专 业 自动化 班 级 方0853-1 学 号 20087090 姓 名 黄富

完成日期: 2011 年 6 月 24 日

居民楼宇恒压供水系统设计

目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于

电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行

通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。

。长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题。

变频节能理论

1. 交流电机变频调速原理：

交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 为电机转速，f为交流电频率，s 为转差率，p为极对数。

电机选定之后s 、p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。

2. 各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。

流量与转速成正比：Ｑ∝Ｎ

转矩与转速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２

功率与转速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３

而且变频调速自身的能量损耗极低，在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率，由此可知在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与功率的关系：

Ｐ变＝Ｎ３Ｐ额＝Ｑ３Ｐ额

采用出口阀控制流量的方式，电机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额

其中，Ｐ为功率 Ｎ为转速 Ｑ为流量

例如设定当前流量为水泵额定流量的６０％，则采用变频调速时Ｐ＝Ｑ３Ｐ＝０.２１６Ｐ，而采用阀门控制时Ｐ＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ＝０.７６Ｐ，节电＝（Ｐ-Ｐ）／Ｐ*１００％＝７１.６％。

楼宇自动化恒压供水控制系统方案

恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成 控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

1. 控制方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：

ΔP=KQ2；式中K一为系数

设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P应按

下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳的节能效果。

P=PL+ΔP=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。

典型的自动恒压供水系统的结构框图如图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵的调节控制。

2.运行特征

以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时(Q max为4台水泵全部工频运行时的最大流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1／3Qmax以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时(Q max为4台水泵全部工频运行时的最

大流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1／3Qmax3. 系统方案

目前，住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。

系统设计方案及实施

智能小区恒压供水网由恒压供水系统和污水排放系统组成。恒压供水缓冲罐连接在总水管网上，它下面带有三个供水泵，实现一拖三供水工作，通过供水压力的变化完成小区供水。另外污水池带有两台排污泵，实现小区污水排放功能。计算机监控系统通过调制解调器实现小区恒压供水远程控制。

恒压变量供水设备由变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。通过变频器和继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时,压力传感器从根本上杜绝了一起上

电的可能性。

供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位流量、压力的测量与调节；使用水量、排水量的测量；污水处理设备运转的监视、控制；水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等。现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的高/低水位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。

远程压力表监测管网供水压力，其输出的模拟量传递到PLC，经过PLC转换后以模拟量输出的形式传给变频器（压力反馈），变频器根据管网压力的变化调整电机频率。管网压力当前值高于变频器设定时，变频器就会提高其频率；当前值低于变频器设定时，变频器就会降低其频率。当变频器的运行频率达到50hz时，若此时管网压力仍低，系统将自动启动一台工频泵；当变频器的运行频率降到10hz时，若此时管网压力仍高，系统将自动摘除一台工频泵。加泵、减泵时均需考虑30秒的延时，以免电机产生震荡

在供水系统中，4台泵的运行状态为一台处于变频而其他泵有可能处于工频。所以，每台泵的供电接触器其上口电源均来自与变频器输出和电网的三相电源。供水管网压力进入PLC，经处理和转换后再由PLC以模拟量的方式输出，将该输出模拟量信号与变频器的模拟量反馈信号连接，作为变频器对管网压力的检测。同时，再将变频器输出的频率信号接入PLC，作为频率的检测和控制缘。变频器中还有一些开关量的设置，如变频器的启停控制（由PLC输出的数字点控制），多台泵运行的连锁控制（多台泵的手/自动转换信号控制）等。在“变频自动”运行方式下，先利用变频器启动并运行一台泵，同时系统检测供水管网的实时压力，当供水管网压力低于设定值时（外界用水量增加），系统完成变频泵频率的上调，当频率到达50Hz时，管网压力仍低则启动第一台工频泵（由PLC采用星/角启动控制）。以此类推，顺序实现工频泵的加入。当供水管网压力高于设定值时（外界用水量减少），系统完成变频

泵频率的下调，当频率到达10Hz时，管网压力仍高则摘除一台工频泵（由PLC控制）。以此类推，顺序实现工频泵的摘除。系统采用定时轮换工作制，其变频的工作顺序为1#——2#——3#——4#，当切换时，为了防止工频电源和变频输出短路，必须先将变频器关闭，待外部将其接触器连接好后再开启变频器。工频和变频接触器应有机械上的联锁。

4台泵手动控制系统。当需要进行手动控制时（此时，只可以在工频下运行），由于电动机的功率较大，所以应对其进行降压启动。降压启动的方式采用的是星/角启动控制

星/角启动过程全部由继电逻辑控制完成，为了防止主运行接触器与变频控制接触器一起上电，本方案除了采用必要的互锁外，还对主接触器和变频接触器选用了带机械联锁控制从根本上杜绝了一起上电的可能性。

四台水泵没有严格规定哪一台是专门用于变频，而是采用了循环换泵运行的特点，所以，其手动控制也是由四套完全独立的控制电路组成。