楼宇恒压供水控制系统设计

楼宇恒压供水控制系统设计内容摘要：

频调速恒压供水的意义 随着城市的发展，人们的居住环境越来越集中，加之生活个性化的发展，使得城市供水系统的负荷变化很大。 以前通常采用恒速泵直接供水、高位水箱供水和气压罐供水几种方式来缓解，这些方法供水压力稳定，但存在水质污染、浪费严重，设备使用寿命不长，需派专人管理等弊端，近年来在供水系统中引入了变频调速技术，较好地解决了以上的问题。 采用变频调速恒压供水系统和传统的恒速泵供水系统、高位水箱供水系统、气罐供水系统相比，其优点是： (1)水压稳定、维护方便、占地面积小、节约能源； (2)起动平稳，起动电流可以限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击； (3)由于泵的平均转速降低了，从而可以延长泵和阀的使用寿命； (4)可以消除起动和停止时的水锤效应 (直接起动和停机时，液体动能的急剧变化，导致对管内的极大冲击，有很大的破坏力 )。 （ 5） 再有，用户用水的多少是经常变动的，因此，供水不足或供水过剩的情况时有发生。 用水和供水之间的不平衡集中地反映在供水的压力上；用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。 保持供水压力恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高供水质量。 变频调速恒压供水控制系统的主要特点： l、高效节能； 占地面积小，投入少，效率高； 配置灵活，自动程度高，功能齐全，灵活可靠； 运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上平均扭矩和磨损减少，水泵的使用寿命提高； 第 5 页 由于能对水泵实现软起启动，并可消除水锤效应； 必须承认水泵在额定工况下，使用变频调速控制耗电不但没有减少，而 且与电网直接供电相比为多耗电。 但运用变频调速可以节能有如下原因。 原因一： 设备的额定供水量是按建筑给水在最大条件下的需水量计算确定的，在正常使用下，用水量将少于设备的额定供水量，即设备不会处于满负荷状态。 原因二： 、 变频器的自身耗电为其额定输出功率的 3％，而其最大节电度达到 40％。 因而，在较长时间内使用仍可达到非常节能的效果。 原因三：少用水，少耗电，也就是说当用水量小于额定供水量时设备已处于节能状态。 由于生活用水负荷变化曲线变化很大，一般情况每日用水高峰期 (常在以下几个阶段：早上 6： 00． 9： 00、中午 12： 00． 14： 00、晚上 17： 00． 20： 30)共约为 9小时，用水量较大，水泵基本处于额定工况下。 第 6 页 第二章： 变频调速恒压供水系统的整体设计方案 变频调速恒压供水系统的构成及原理 本系统 由 4台主水泵 ， 一台变频器，一台 PLC、一个远传压力表及若干辅助部件构成，如图。 各部分功能如下： (1)水泵用来提高水压以实现向高处供水； (2)安装于供水管道上的远传压力表将管网水压力转换成 020mA的电信号； (3)交频调速器用于调节水泵转速以调节管网中水流量； (4)PLC用于水泵的逻辑切换、控制及供水压力的 PID控制等： (5)外围辅助电路用以当自动控制系统出现故障时可以通过人工调节方式维持系统运行，以保障连续生产。 原理如图 22所示。 变频调速恒压供水系统中远传压力表将主水管网压力信号转换成电流信号再经 PLC的扩展模块 PID运算送给变频器，并给出信号直接控制水泵电动机的转速和泵水量以使管网的压力稳定，由此构成压力闭环控制系统。 变频器的上、下限频率信号及其持续时间长短可作为 PLC进行逻辑切换、起停泵的依据。 当用水量不是很大时，一台泵在 变频 器的控制下 稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，变频器的高速信号 (即变频器的频率上限信号 )被 PLC检测到，如果频率上限信号持续出现一定时间 （ 10s） ， PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，同时将另一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证系统压力稳定。 若两台泵全速运转仍不能达到设定压力，则将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另 一 台备用泵投入变频运行。 当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号 (即变频器的频率下限信号 )有效，如果频率下限信号持续出现 （ 10s） ， PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。 当变频器下限信号持续出现一定时间， PLC再停掉一台工频运行的水泵 电 机， 直到 只剩一台泵用变频器控制供水。 第 7 页 图 21变频调速恒压供水系统构成图 电源 控制 信号 用 户 3 KM2 KM4 KM6 KM8 KM1 KM3 KM5 PLC 水 源 3~ 4 3~ 3~ 2 3~ 1 压力表 变频器 KM7 第 8 页 图 22 交频调速恒压供水系统原理图 系统要求实现的功能 1： 全自动运行 合上自动开关后， l泵电机通电，变频器输出频率从 0Hz上升，同时 PID调节程序将接收到自远传压力表的信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给 变频器，如压力不够，则频率上升，直到 50Hz， 1泵由变频切换为工频，同时对 2泵进行变频启动，变频器频率逐渐上升至需要值，加泵依次类推； 如用水量减小 (压力过大 )，变频器下限频率持续出现，则将先启动的泵先切除。 若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动 l群泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。 变频自动控制功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。 2： 手动运行 当远传压力表故障或变频器故障时，为确保用水 ，四台泵可分别以手动控制方式工频运行。 3： 停止 转换开关置于停止位置，设备进入停机状态，任何设备不能启动。 4： 采用“自动切换”和“先启先停”原则 “自动切换”是指当一台单独运行水泵或者有两台 ，三台 同时运行的水泵，运行在这种状态下持续时间达到设定时间时自动换泵运行。 “先启先停” （除四台电机全部运行状出口水压检测点 水泵电机 变频器 远程压力表 PLC 用户 第 9 页 态之后的切换） 是指哪一台先启动的水泵在压力过大时也先被切除，这样保证系统的每台泵运行时间接近，防止有的泵运行时 间 过长，而有的泵却长时间不用而锈死，从而延长了设备的使用寿命。 5： 平稳切 换，恒压控制 远传压力表将主水管网压力信号经 PLC的扩展模块 PID运算送给变频器，并给出信号直接控制水泵电动机的转速以使管网的压力稳定。 当在运行的的水泵全速运行，还未达到给定压力时，变频运行的泵被切换到工频运行，变频器将启动另一台泵 (即采用软启动 )。 6:完善的各种保护、报警功能 (1)对工频电源和变频电源在供电控制回路上实现机械和电气互锁，防止短路产生。 (2)当水泵的功率较大时，为防止直接启动电流过大，需要采用软启动方法，即用变频器来启动水泵。 (3)运行的水泵在断开 电源后，利用其运行的惯性切换到工频，可避免切换过程中产生过电流。 (4)电动机的热保护。 虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小，但是当用户用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升速、降速状态，这时电动机的电流可能超过额定电流，导致电动机过热。 因此电动机的热保护是必须的。