4给排水自动化原理

1、建筑设备自动化山东建筑大学信电学院1第4章 给排排水自动动化原理理4.1给水排水水系统的的分类和和基本给给水方式式4.2建筑给水水系统自自动控制制4.3变频调速速恒压供供水系统统4.4变频器在在小流量量恒压供供水系统统中的应应用本章小结结本章作业业第4章 给排排水自动动化原理理24.1给水排水水系统的的分类和和基本给给水方式式4.1.1给排水系系统的分分类4.1.2基本给水水方式4.1.3水泵的调调节方式式第4章 给排排水自动动化原理理34.1.1给排水系系统的分分类第4章 给排排水自动动化原理理44.1.2基本给水水方式一、依靠靠外网压压力给水水方式1.直接给水水方式2.单设水箱箱的给水水方

2、式二、依靠靠水泵升升压给水水方式1.水泵的给给水方式式2.水泵和水水箱的联联合给水水方式3.气压给水水方式4.分区供水水的给水水方式 第4章 给排排水自动动化原理理51.直接给水水方式建筑内部部管网直直接在外外网压力力的作用用下工作作。当室外给给水管网网的水量量、水压压一天内内任何时时间都能能满足室室内管网网的水量量、水压压要求时时，采用用依靠外外网的直直接给水水方式。优点：系统最简简单，能能充分利利用外网网压力；缺点：室内没有有贮备水水量，外外网一旦旦停水，内部立立即断水水。第4章 给排排水自动动化原理理62.单设水箱箱的给水水方式在室外管网网中的水水压足够够时（一般在在夜间），可直直接向室

3、室内管网网和室内内高位水水箱送水水，水箱箱贮备水水量；当室外管网网的水压压不足时时（一般在在白天），短时时间不能能满足建建筑物上上层用水水要求时时，由水水箱供水水。适用于室室外管网网水压周周期性变变化大，短时间间不能保保证建筑筑物上层层用水要要求的情情况。第4章 给排排水自动动化原理理7二、依靠靠水泵升升压给水水方式1.设水泵的的给水方方式建筑内用用水量大大且较均均匀时，可用恒恒速水泵泵供水；建筑内内用水不不均匀时时，宜采采用一台台或多台台水泵变变速运行行供水，以提高高水泵的的工作效效率。适用于室室外给水水管网的的水压经经常不足足的情况况。第4章 给排排水自动动化原理理82.设置水泵泵和水箱箱

4、的联合合给水方方式水泵的进进水管直直接与外外网连接接，外网网水压高高时，由由外网直直接供水水；当外外网水压压不足时时，水泵泵增压供供水，并并利用高高位水箱箱调节流流量。适用于室室外给水水管网水水压经常常性低于于或周期期性低于于建筑内内部给水水管网所所需水压压，而且且建筑物物内部用用水又很很不均匀匀的情况况。第4章 给排排水自动动化原理理93.气压给水水方式气压水罐罐的作用用相当于于高位水水箱，其其位置可可根据需需要设置置在高处处或低处处。在给给水系统统中设置置气压给给水设备备，利用用该设备备的气压压水罐内内气体的的可压缩缩性，升升压供水水。适用于室室外给水水管网压压力低于于或经常常不能满满足建

5、筑筑内给水水管网所所需水压压，室内内用水不不均匀，且不宜宜设置高高位水箱箱的情况况。第4章 给排排水自动动化原理理104.分区供水水的给水水方式高层建筑筑中，由由于顶层层与底层层的高差差比较大大，如果果只用一一个高位位水箱或或水泵直直接给整整个建筑筑(或建建筑群)给水，高层建建筑内所所需的水水压较大大，则底底层的生生活给水水压力大大。卫生生器具给给水配件件承受的的最大工工作压力力，不得得大于0.6MPa。高层建筑筑应采用用竖向分分区供水水方式。第4章 给排排水自动动化原理理11竖向分区区给水的的基本形形式（)串联分区区各区都设设有水泵泵、水箱箱，每区区水泵从从水箱抽抽水送到到上一区区的水箱箱，

6、由水水箱向各各层供水水。水泵和水水箱设置置在设备备层里。优点：各区水泵泵扬程和和流量稳稳定；按按实际需需要设计计；水泵泵的工作作效率高高；能耗耗低；管管道的总总需求量量少；节节约投资资。缺点:设备层（技术层层）要求求高；每每区都有有水泵、水箱，不便管管理；水水泵噪音音大；水水箱要考考虑防漏漏水；下下层水箱箱容积大大，结构构负荷大大；造价价高；工工作不可可靠；上上区用水水受下区区限制第4章 给排排水自动动化原理理12竖向分区区给水的的基本形形式（)并联分区区分区设置置水箱和和水泵，水箱设置置在各区区的顶部部，水泵泵则集中中设置在在底层或或地下室室。优点：便于集中中管理、维护；各区为为独立系系统，

7、各各自运行行，互不不影响，供水比比较安全全可靠；能源消消耗相对对比较少少。缺点：管材消耗耗较多，水箱占占用建筑筑物上层层使用面面积，高高区水泵泵和管道道系统的的承压能能力要求求比较高高。第4章 给排排水自动动化原理理13竖向分区区给水的的基本形形式()减压分区区给水方方式利用减压阀或或各区的的减压水水箱进行减压压。利用水箱箱减压：水泵将水水直接送送入最上上层的水水箱，各各区分别别设置水水箱，由由上区的的水箱向向下区的的水箱供供水。利用减压压阀减压压：在上下区区之间设设置减压压阀，起起减压的的作用。向下区区供水时时，先通通过干管管上的减减压阀减减压，然然后进入入下一区区的管网网，依次次向下区区供

8、水。优点：供供水可靠靠，设备备与管材材少、投投资省、设备布布置集中中、省去去水箱占占用面积积。缺点点：下区区水压损损失大，能量消消耗多。第4章 给排排水自动动化原理理14第4章 给排排水自动动化原理理154.2建筑给水水系统自自动控制制现代建筑筑中常见见的生活活给水系系统有以以下几种种方式高位水箱箱给水方方式水泵直接接给水方方式气压罐压压力给水水方式无负压供供水方式式第4章 给排排水自动动化原理理164.2建筑给水水系统自自动控制制给水监控控系统主主要是对对给水系系统的工工作状态态和参数数进行监监测与控控制，保保证系统统的运行行参数能能够满足足建筑的的供水要要求和供供水系统统的安全全。4.2.

9、1高位水箱箱给水系系统监控控4.2.2气压给水水系统监监控4.2.3水泵直接接给水系系统监控控4.2.4无负压供供水方式式4.2.5生活供水水与消防防供水的的合用系统第4章 给排排水自动动化原理理174.2.1高位水箱箱给水系系统监控控 水池水箱水泵第4章 给排排水自动动化原理理184.2.1高位水箱箱给水系系统监控控通常生活活用水与与消防用用水分设设彼此独独立的高高位水箱箱。如果消防防用水和和生活用用水共用用一个水水箱时，生活用水水的出水水管安装在距距高位水水箱底部部一定高高度的位位置，而消防用水水出水管管安装在水水箱底部部，保证高位位水箱在在通常用用水条件件下的水位不会会低于消消防设计计要

10、求。第4章 给排排水自动动化原理理191.系统组成成第4章 给排排水自动动化原理理202.控制原理理高位水箱箱中，设设置四个个液位开开关：检测溢流流水位；停泵水水位；启启泵水位位；低限限报警水水位。DDC根据液位位开关送送入信号号来控制制生活泵泵的启停停第4章 给排排水自动动化原理理212.控制原理理DDC根据液位位开关送送入信号号来控制制生活泵泵的启停停，当高位位水箱液液面低于于启泵水水位时，DDC送出信号号自动启启动生活活泵运行行，向高高位水箱箱供水；当高位位水箱液液面高于于启泵水水位而达达到停泵泵水泵时时，DDC送出信号号自动停停止生活活泵。当高位水水箱液面面达到停停泵水位位而水泵泵不停

11、止止供水，液面继续上上升到溢溢流报警警水位或或高位水水箱液面面低于启启泵水位位时，水泵没有有及时启启动而使使水位达达到低限限报警水水位时，控制器器发出报报警信号号，提醒醒工作人人员及时时处理。第4章 给排排水自动动化原理理22多泵运行行的控制制策略（1）在由多多台水泵泵组成的的系统中中，多台台水泵互互为备用用。（2）当一台台水泵损损坏时，备用水水泵能投投入使用用，保证证系统正正常工工作。（3）为延长长各水泵泵的使用用寿命，通常要要求水泵泵累计运运行时间间数尽可可能均衡衡。每次启动动水泵时时，应优优先启动动累计运运行时间间数最少少的水泵泵，控制制系统应应有自动动记录设设备运行行时间的的功能。（4

12、）控制中中心能实实现对现现场设备备的远程程控制，监控系系统能够够在控制制中心实实现对现现场设备备的远程程开关关控制。第4章 给排排水自动动化原理理233.设备、系统运行行状态与参数监监控点位及常常用传感感器（1）监监控参数数的采集集高位水箱箱的水位位监测信信号。采用两位位式的开开关信号号。溢流报警警水位、启泵水水位、停停泵水位位、低限限报警水水位；水流开关关状态信信号。水流开关关采用两两位式开开关信号号；水泵运行行状态信信号。取自水泵泵配电柜柜接触器器辅助触触点。水泵故障障报警信信号。取自配电电柜水泵泵主电路路热继电电器触点点水泵手手自动动转换状状态信号号。取自水泵泵配电柜柜手自动动转换开开关

13、，可可选。第4章 给排排水自动动化原理理243.设备、系统运行行状态与参数监监控点位及常常用传感感器（2）水水泵控制制功能控制器输输出接口口控制继继电器、中间继继电器、交流继继电器完完成对水水泵的启启停控制制。第4章 给排排水自动动化原理理254.控控制点表表统计第4章 给排排水自动动化原理理265.控制器电电路设计计根据统计计出的控控制点表表，确定定控制系系统所需需的输入入/输出出数量，根据输输出/输输入点数数和类型型，选择择控制器器高位水箱箱给水系系统中，现场输输入信号号12个，输出出信号2个。如果以海湾5000作为主控控制器，选型过程程如下。第4章 给排排水自动动化原理理27BA5000

14、DDC控控制器第4章 给排排水自动动化原理理28DDC选型表由上表可可知，给给水系统统的监控控点，选选用1块HW-BA5202模块, 2块HW-BA5206-6，模块需需要配置置智能节节点控制制箱HW-BA5810型楼宇控控制箱1台，编号号为-1DDC-01。第4章 给排排水自动动化原理理294.2.2气压给水水系统监监控在给水系系统中设设置气压压给水设设备，利利用该设设备的气气压水罐罐内气体体的可压压缩性，升压供供水。其其作用相相当于高高位水箱箱，其位位置可根根据需要要设置在在高处或或低处。适于室外给水水管网压压力低于于或经常常不能满满足建筑筑内给水水管网所所需水压压，室内内用水不不均匀，且

15、不宜宜设置高高位水箱箱时采用用。分为：隔隔膜式气气压给水水和补气式气气压给水水两种方方式。第4章 给排排水自动动化原理理301、空气压压缩机补补气式气气压给水水控制原原理补气式气气压给水水设备气与水在在气压水水罐中直直接接触触，设备运运行过程程中，部部分气体体溶于水水中，随随着空气气量的减减少，罐罐内压力力下降，不能满满足供水水需要，保证给给水系统统的设计计工况，需设补补气调压压装置。水位达到到下限时时，补水水泵再次次启动，这样循循环多次次，直到到罐内压压力、水水位都达达到所规规定的位位置时补补水泵停停止，保保证罐内内随时保保持额定定工作压压力和额额定水位位。第4章 给排排水自动动化原理理31

16、第4章 给排排水自动动化原理理322.设补气罐罐补气式式气压给给水控制制原理三个阶段段：补气罐充充气过程程气压水罐罐补气过过程补气过量量排气过过程第4章 给排排水自动动化原理理333、隔膜膜式气压压给水控控制原理理隔膜式气气压罐、稳压泵泵、电控控箱、仪仪表、管管道附件件等组成成第4章 给排排水自动动化原理理344.2.3水泵直接接给水系系统监控控设置水泵直接接向终端端用户提提供一定定水压的的供水方式，适用于室室外给水水管网的的水压经经常不足足的场合合，在给给水泵前前建有缓缓冲水池池，避免免水泵水水量不均均衡供水水对城市市管网的的影响。常采用恒速泵加加变频调调速泵的供水方方式，根据终终端用户户的

17、用水水量调整整恒速泵泵的台数数与变频频调速泵泵的转速速来满足足用户用用水量的的需要，而调速水水泵的转转速调节节是通过过变频来来实现的的。第4章 给排排水自动动化原理理35图4.12 水泵直接给水的基本方式第4章 给排排水自动动化原理理36第4章 给排排水自动动化原理理371.控制原理理（1）系统组组成：生活水池池液位传传感器、3台给水泵泵、压力力变送器器、控制制器等组组成。（2）工作原原理：安装在水水泵输出出口的管管式压力传感感器检测管网网压力，检测值值与设定定值比较较的偏差差去控制制变频器器的输出出频率，实现水水泵转速速的控制制，将供供水压力力维持在在设计范范围内。第4章 给排排水自动动化原

18、理理381.控制原理理当给水管管网用户户用水量量增多、管网压压力减小小，控制制器控制制变频器器输出频频率增加加，水泵泵转速随随着增加加，供水水量增加加，以满满足用户户的需求求;给水管网网用户用用水量减减少、管管网压力力增加，控制器器控制变变频器输输出频率率降低，水泵转转速随着着减少，供水量量减少，以达到到节能的的目的。系统运行行时，调调速泵首首先工作作，当调调速泵不不能满足足用水量量要求时时，自动动启动恒恒速泵：反之，压力过过高时，亦是先先调低调调速泵的的转速，然后再再减少恒恒速泵的的运行台台数。第4章 给排排水自动动化原理理392.设备、系系统运行行状态与与参数监监控点位及传传感器（1）监监

19、控参数数的采集集生活给水水管道压压力测量量采用压力力变送器器或采用用电阻远远传式压压力表水流开关关状态信信号。水流开关关采用两两位式开开关信号号；恒速泵运运行状态态信号。取自水泵泵配电柜柜接触器器辅助触触点。调速泵泵运行状状态信号号。取自变频频器端子子排或水水泵配电电柜接触触器辅助助触点。第4章 给排排水自动动化原理理40（1）监监控参数数的采集集生活水池池的水位位监测信信号。采用两位位式的开开关信号号。溢流流报警水水位、启启泵水位位、停泵泵水位、低限报报警水位位；恒速泵故故障报警警信号。取自配电电柜水泵泵主电路路热继电电器触点点。调速泵泵故障报报警信号号。取自变频频器端子子排。水泵手手自动动

20、转换状状态信号号。取自水泵泵配电柜柜手自动动转换开开关，可可选。第4章 给排排水自动动化原理理41（2）水泵控控制功能能控制器输输出接口口控制继继电器、中间继继电器、交流继继电器完完成对水水泵的启启停控制制，控制制器模拟拟输出模模块输出出010V的电压信信号，控控制变频频器频率率输出。恒速泵泵的启停停控制；调速泵泵的启停停控制；调速泵转转速控制制。第4章 给排排水自动动化原理理423.控制点表表统计第4章 给排排水自动动化原理理434.控制器电电路设计计根据统计计出的控控制点表表，确定定控制系系统所需需的输入入/输出出数量，根据输输出/输输入点数数和类型型，选择择控制器器。给水系统统中，现场开

21、关关量输入入信号13个，开关关量输出出信号3个，模拟拟输入信信号1个，模拟拟输出信信号1个。如果以西西门子S7-200PLC作为主控控制器，可选用用CPU224（14输入/10输出）和EM235模拟量输输出/输输入混合合模块（4 AI/1AO）组成控制制器。第4章 给排排水自动动化原理理44第4章 给排排水自动动化原理理454.2.4无负压供供水方式式是20世纪9O年代中期期在我国国二次供供水继高位水箱箱、气压压给水、变频调调速给水水之后而兴兴起的一一种新型型的、节节能省地地型的二二次供水水方式。无负压供供水是以市政政管网为为水源，充分利利用了市市政管网网原有的的压力，形成密密闭的连连续接力力

22、增压供供水方式式，节能能效果好好，没有有水质的的二次污污染，是是变频恒压压供水设设备的发展与与延伸。第4章 给排排水自动动化原理理46一、无负负压给水水设备的的工作原原理利用水泵泵与自来来水管网网的串接接。当自来水水管网压压力满足足要求时时，设备通通过阀门门直接供供水，当自来水水管网压压力不足足时，供水系系统利用用压力传传感器发发出启泵泵信号，水泵进入入运行状状态。第4章 给排排水自动动化原理理47不同状况况系统工工作状态态不同自来水管管网的水水流量大大于水泵泵流量系统保持持水泵与与自来水水管网串串接的正正常供水水；自来水管管网水量量不能满满足水泵泵需要可以用调调节罐内内的水来来补偿，保持正正

23、常供水水。这种种状况下下，空气气通过真真空抑制制器进入入罐体，消除管管网负压压；当自来水水不足或或停水罐体水位位下降，流量传传感器作作出反应应，发出出停止工工作信号号，避免免水泵机机组毁坏坏 当罐罐体内水水位较高高时，通通过倒流流防止器器控制自自来水倒倒流。第4章 给排排水自动动化原理理481设备备配置无负压供供水取消消了水池、水水箱等，并能对对自来水水管网或或其他有有压管网网直接串串接供水水而不产产生负压压影响。主要由稳流补偿偿器、真真空抑制制器、水水泵、控控制柜、控制仪仪表、管道、阀阀门等组组成。第4章 给排排水自动动化原理理49图4.6 无负压給水系统组成第4章 给排排水自动动化原理理5

24、02.运运行原理理：管网进水水量大于于设备出出水量时时，缓冲水水罐满水水，水泵泵通过缓缓冲水罐罐从管网网里吸水水。管网进水水量小于于设备出出水量时时，缓冲水水罐内的的压力和和水位开开始下降降。当罐内压压力低于于大气压压时，进排排气阀打打开进气气，防止止罐内产产生负压压。当缓冲水水罐水位位继续下下降到设设定的低低水位时时，水泵泵停止运运行。第4章 给排排水自动动化原理理51无负压供供水适用用范围（1）用户原原有加压压系统的的节能、降耗改改造；（2）各类中中水、污污水、废废水处理理厂；（3）各类自自来水厂厂、给水水加压泵泵站；（4）油田输输油管道道、油库库、油泵泵站、油油港等恒恒压输油油系统；（5

25、）各类工工矿企业业生产用用水（如如循环冷冷却水、工业锅锅炉供水水系统等等需要恒恒压的生生产用水水）；（6）高层建建筑、住住筑小区区、企事事业单位位等生活活、消防防给水系系统、暖暖通、中中央空调调循环。第4章 给排排水自动动化原理理52第4章 给排排水自动动化原理理53二、无负负压给水水设备的的特点和和存在的的问题1.无负压给给水设备备的技术术特点（1）技术先进进真空抑制制技术、流体控控制技术术和智能能变频技技术。既既实现了了增加的的目的又又不会影影响管网网其它用用水户。（2）卫生无污污染设备为全全密封结结构，细细菌和粉粉尘不会会进入系系统；避避免了藻藻类的滋滋生，防防止了水水源二次次污染及及供

26、水水水质污染染问题。（3）节能效果果显著实现了二二次增压压，采用用变频技技术能够够降低水水泵的电电能消耗耗。（4）投资节约约：无需修建建蓄水池池或水箱箱，节省省了土建建投资；第4章 给排排水自动动化原理理541.无负压给给水设备备的技术术特点缺点：无负压给给水设备备也存在在一些不不足。如调节容容量小，对串接接管网的的进水量量要求较较高，当当系统长长时间停停水、停停电时将将会出现现断水现现象。第4章 给排排水自动动化原理理552.无无负压给给水设备备存在的的问题（1）在在来水不不足时为为了实现现无负压压功能必必须以牺牺牲用户户用水，即停止止或减少少水泵吸吸水作为为代价。必须充分分考虑当当地城市市

27、管网系系统的水水力条件件，在外外部管网网水力条条件不匹匹配的情情况下，任何设设备都无无法实现现真正意意义上的的无负压压。（2）仅仅仅解决决了水泵泵吸水口口处的压力临界界于负压压时水泵如何何停止吸吸水的问问题，但但并没有有对管网网可能产产生的影影响（如如水压波波动、水水表计量量等）作作全面的的分析和和预防。第4章 给排排水自动动化原理理56三、无负负压给水水设备的的管网接接入条件件1.应当规定定当室外外给水管管网的水水量、水水压达到到一定要要求时，方可选选用直接接增压二二次供水水设备。2.无负压供供水设备备必须有有多重的的、可靠靠的防负负压、防防倒流、防水表表计量冲冲击等措措施。避避免对城城市公

28、共共供水管管网的水水质造成成污染。3.要有防止止设备本本体对水水质造成成污染相相应的检检测和要要求。第4章 给排排水自动动化原理理574.2.5生活与消消防合用用的供水水系统GB50016-2006建筑设计计防火规规范8.1.4建筑的低低压室外外消防给给水系统统可与生生产、生生活给水水管道系系统合并。合并的的给水管管道系统统，当生生产、生生活用水水达到最最大小时时用水量量时，仍仍应保证全全部消防防用水量量。如不引起起生产事事故，生生产用水水可作为为消防用用水第4章 给排排水自动动化原理理58一、将生生活水泵泵、消防防水泵分分开设置置的消防防变频恒恒压给水水系统这种供水水方式将将整个小小区作为为

29、1个消消防供水水系统，通过消消防泵将将水输送送至每幢幢楼消防防管网消防主泵泵变频供供水消防主泵泵变频加加气压罐罐供水第4章 给排排水自动动化原理理592、生活活消防合合用变频频供水设设备系统具有有2个恒压设设定值，分别是生生活和消消防设定定压力。平时系统统按生活活设定压压力运行行，同时时向消防防系统补补压，维维持消防防管网压压力。第4章 给排排水自动动化原理理60火警发生生时，控制器器接到消消防信号号后自动动控制系系统将供供水压力力提高到到消防设设定压力力，变频频泵进行行频率切切换，提提高扬程程，增加加流量。若单台水水泵的流流量不能能满足需需要，按按消防所所需水量量，依次次启动多多台水泵泵参与

30、运运行，供供给全部部系统设设计流量量。在夜间小小流量时时，通过过稳压泵泵和气压压罐或者者变频辅辅泵维持持系统的的流量和和压力。第4章 给排排水自动动化原理理613、生生活供水水与消防防供水的的合用优优点：(1)生活消防防泵组定定时轮换换运行，不会因因消防泵泵长期不不用或管管理不善善而使水水泵锈死死，机组组时刻处处在工作作状态。(2)生活泵组组和消防防泵组合合用，基基本节省省一套消消防泵组组，且便便于设备备管理和和维护。(3)设备自动动化程度度高，供供水稳定定可靠，且水质质无二次次污染。(4)水泵软启启动、软软停车，无冲击击和超压压危害。第4章 给排排水自动动化原理理624、应注意的的有问题题：

31、(1)应设消防防接口，如有消消防报警警系统应应设24VDC无源启停停接口。(2)应有消防防时确保保消防用用水的技技术措施施，如在在生活总总管上安安装电磁磁阀，消防时关关闭生活活用水。(3)应设水位位接口，消防低低水位报报警，并并关闭生生活用水水(4)应有双恒压功功能，即平时时低恒压压生活供供水，消消防时自自动转入入高恒压压消防供供水。(5)消防时应应限制退退泵操作作，以防防止压力力不稳。第4章 给排排水自动动化原理理634.3变频调速速恒压供供水系统统变频调速速恒压供供水系统统的组成成：水泵、交交流异步步电动机机、变频频器、供供水压力力检测装装置、DDC等构成。通常由鼠鼠笼式异异步电动动机驱动

32、动水泵旋旋转来供供水，变频器的的作用是为电机机提供可可变频率率的电源源，实现现电机的的无级调调速，传感器的的任务是检测管管网水压压，压力力设定单单元为系系统提供供满足用用户需要要的水压压期望值值。第4章 给排排水自动动化原理理644.3变频调速速恒压供供水系统统在同一路路供水系系统中，设置多台台常用泵泵，供水水量大时时多台泵泵全开，供水量量小时开开一台或或两台。在采用变变频调速速进行恒恒压供水水时，有有两种方方法(1)每台水泵泵配用一一台变频频器。根据压力力反馈信信号，通通过PID运算自动动调整变变频器输输出频率率，改变变电动机机转速，最终达达到管网网恒压的的目的，只有一一个闭环环回路，较简单

33、单，但成成本高。(2)所有水泵泵配用一一台变频频器。成本低，性能良良好，但但控制程程序较复复杂，是是发展方方向。第4章 给排排水自动动化原理理654.3.1变变频调速速恒压供供水系统统的闭环环控制在供水系系统中，供水管管网中的的水压能能够充分分反映供供水能力力与用水水需求之之间的关关系：若：供水流量量用水水流量 供水水管网压压力上升升若：供水流量量用水水流量 供水水管网压压力下降降若：供水流量量用水水流量 供水水管网压压力不变变。第4章 给排排水自动动化原理理66合理选择择供水压压力值，能保证证用户的的用水流流量第4章 给排排水自动动化原理理674.3.2多多泵恒压压供水循循环软启启动方式式控

34、制系系统多泵并联联的供水水模式，每台水水泵处于于三种状状态模式式之一：工频电电网拖动动状态；变频器器拖动调调速状态态；停止止状态。第4章 给排排水自动动化原理理68变频恒压压供水系系统的工工作过程程现假定系系统拖动动3台水泵运运行，其其运行过过程如下下：(1)系统开始始工作时时供水管道道水压力力为零，在控制制系统作作用下，变频器器开始运运行，M1起动且转转速逐渐渐升高，当输出出压力达达到设定定值，供供水量与与用水量量相平衡衡时，转转速才稳稳定到某某一定值值，M1工作在调调速运行行状态。(2)当用水量量增加水水压减小小时通过压力力闭环调调节水泵泵按设定定速率加加速到另另一稳定定转速；反之用用水量

35、减减少水压压增加时时，水泵泵按设定定的速率率减速到到新的稳稳定转速速。第4章 给排排水自动动化原理理69变频恒压压供水系系统的工工作过程程(3)当用水量量继续增增加变频器输输出频率率增加到到工频(5OHz)时，水压压仍低于于设定值值，锁相同步步控制环环节控制水泵泵切换到到工频电电网后恒恒速运行行；同时时，使M2投入变频频器并变变速运行行，系统统恢复对对水压的的闭环控控制，直直到水压压达到设设定值为为止。如如果用水水量继续续增加，每当加加速运行行的变频频器输出出频率达达到工频频时，将将继续发发生如上上转换，并有新新的水泵泵投入并并联运行行。当最后一一台水泵泵Mn投入运行行，变频频器输出出频率达达

36、到工频频时，压压力仍未未达到设设定值，控制系系统就会会发出水水压超限限报警。第4章 给排排水自动动化原理理70变频恒压压供水系系统的工工作过程程(4)当用水量量下降水水压升高高变频器输输出频率率降至起起动频率率时，水水压仍高高于设定定值，系系统将工工频运行行的第Mn-1台水泵关关掉，恢恢复对水水压的闭闭环调节节，使压压力重新新达到设设定值。当用水水量继续续下降，每当减减速运行行的变频频器输出出频率降降至起动动频率时时，将继继续发生生上述转转换，直直到剩下下一台变变频泵运运行为止止。(5)当一台水水泵变速速运行，用水量量接近于于零水泵最小小转速为为临界转转速(变速运行行水泵最最小工作作转速)时，

37、可根根据这一一工作状状态的长长短和系系统用水水特点，使系统统转换到到间歇运运行或小小容量水水泵运行行。第4章 给排排水自动动化原理理714.3.3变变频泵和和软起动动器结合合的控制制系统用一台变频频器固定拖动动调速泵保证恒压压供水，另一台软启启动器负责多台台定速泵的启停控控制，一一台可编编程序控控制器协协调控制制则整个个供水系系统。系统中的的软启动动器指的的是电子子式可控控硅降压压软启动动器，软软启动器器的输出出与电网网为同步步运行，可实现现水泵的软软启动、软停车车、软启启动器到到工频的的平滑切切换，消消除水锤锤效应。第4章 给排排水自动动化原理理72第4章 给排排水自动动化原理理734.3.

38、4变频器控控制多泵泵给水系系统传统的恒恒压供水水设备由由可编程控控制器控控制供水装置置成本高高第4章 给排排水自动动化原理理744.3.4变频器控控制多泵泵给水系系统组成：一个开关关量输入入/输出出的可编程控控制器和带有PID调节器以以及简易易可编程程控制器器的变频器图2.66 典型的变频器基本原理接线图第4章 给排排水自动动化原理理75变频器设设置25Hz和50Hz两个开关关量输出出位置，当频率率低于25Hz时，变频频器OC1端输出，当频率率等于50Hz时，变频频器OC2端输出。第4章 给排排水自动动化原理理76工作过程程当供水设设备供电电开始工作作时，先起动动变频泵泵，管网网水压达达到设定

39、定值时，变频器器的输出出频率则则稳定在在一定的的数值上上。当用水量量增加，水压降降低，传传感器将将这一信信号送入入变频器器，变频频器的输输出频率率上升，水泵的的转速提提高，水水压上升升。如果用水水量增加加很多，变频器器的输出出频率达达到最大大值，仍仍不能使使管网水水压达到到设定值值，变频器输输出端口口输出开开关量控控制信号号。这一控制制信号作作为PLC的数字量量输入信信号，PLC控制器起起动一台台工频泵泵，其他他泵依次次类推。反之，当用水水量减少少，变频频器的输输出频率率达到最最小值，则发出出减少一一台工频频电机的的命令。第4章 给排排水自动动化原理理774.3.5恒恒压供水水中变频频到工频频

40、切换问问题变频器带带动电机机达到额额定转速速后，当当用户管管网压力力仍低于于设定压压力时，要将电电动机切切换到工工频电网网运行，变频器器再起动动一台电电动机变变频调速速运行；当水压过过高需要要停泵时时，不允允许突然然切断水水泵电源源，要求求逐渐降降低转速速缓慢停停车。需需要将工工频运行行的电动动机再切切换到变变频器调调速运行行。不可避免免地要进进行电网网和变频频器之间间的相互互切换操操作。变频泵循循环运行行方式的的关键问问题是水泵电电动机由由变频器器供电切切换到工工频电网网供电的的平滑过过渡问题题。第4章 给排排水自动动化原理理78由于变频频器电压压输出起起始相位位具有随随机性，输出的的三相电

41、电源和工工频电源源并不一一致，即即使变频频器的输输出频率率等于工工频频率率，它输输出的三相电源源和工频频电源的的初始相相位也不不一致。若电动机机的反电电动势与与工频电电源电压压的相位差比比较大，将会产产生比启启动电流流还要大大的冲击击电流，即一般般的异步步电动机机将流过过额定电电流10倍左右右的电流流，会影影响到电电网和电电动机的的寿命。第4章 给排排水自动动化原理理79恒压供水水中变频频到工频频切换问问题给出出几几种解决决方案1、多泵恒恒压供水水固定方方式控制制系统2、降低感感应电动动势幅值值后的工工频切换换3、在回路路中串入入电抗的的变频向向工频的的切换4、采用监监频监相相控制器器同步切切

42、换5、同步切切换方式式第4章 给排排水自动动化原理理801、多泵恒恒压供水水固定方方式控制制系统对于由多多台小功功率水泵泵组成的的直接给给水系统统，一台台固定的的水泵变变速运行行，其余余水泵以以工频方方式自动动投入运运行，实实现恒压压供水。这种方式式不存在在变频与与工频的的转换。第4章 给排排水自动动化原理理812、降低感感应电动动势幅值值后的工工频切换换采用延长长切换时时间的办办法（一一般超过过1s），来避避开相位位不一致致造成的的电动势势叠加，等电动机机的感应应电动势势降下来来后再切切入工频频电源，这种依赖赖时间的的推移来来降低电电动势幅幅值的方方法是不不可取的的。随着着时间的的推移，转速

43、也也在快速速的下降降，转差差的增大大将不太太有利于于启动电电流的减减小。第4章 给排排水自动动化原理理82适当控制制KM3的作用时时间，让让其幅值值减小到到额定电电压的三三分之一一以下。这样，即使切切换至工工频电源源时刻感感应电动动势与工工频电源源的相位位相差180KM1和KM2一定要互互锁第4章 给排排水自动动化原理理83变频到工工频切换换过程按按以下顺顺序进行行：变频的相相序，一一定要和和工频相相序一致致；将变频器器停车方方式设定定为自由由停车，当变频频器输出出频率达达到50Hz时，断开开FWD端，电机机处于自自由停车车状态，电机脱脱离变频频器，然然后再进进行切换换到工频频的操作作；断开接

44、触触器KM1，切断电电动机与与变频器器之间的的联系接通接触触器KM3，为电动动机感应应电动势势提供释释放通路路；断开接触触器KM3；接通接触触器KM2，将电动动机投入入到工频频电源上上。第4章 给排排水自动动化原理理842、降低感感应电动动势幅值值后的工工频切换换此方法简简单易行行，安全全可靠，成本增增加较小小，但仍仍存在不不小的电电流冲击击。通过试验验和现场场测试，此种切切换方法法的冲击击电流约约为额定定电流的的3-5倍。第4章 给排排水自动动化原理理853、在回路路中串入入电抗的的变频向向工频的的切换这种切换换方法控控制简单单，较为为安全。但电抗抗器体积积庞大，成本增增加较多多。冲击击峰值

45、较较大，但但持续时时间短。此种切换换方法的的冲击电电流峰值值约为额额定电流流的45.5倍。第4章 给排排水自动动化原理理86切换过程程变频的相相序，一一定要和和工频相相序一致致；将变频器器停车方方式设定定为自由由停车，当变频频器输出出频率达达到50Hz时，断开开FWD端，电机机处于自自由停车车状态，电机脱脱离变频频器，然然后再进进行切换换到工频频的操作作；断开接触触器KM1，切断电电动机与与变频器器之间的的联系；接通接触触器KM3，在电源源与电机机间串入入电抗器器；接通接触触器KM2，将电抗抗器短接接，将电电动机投投入到工工频电源源上。断开接触触器KM3完成切换换第4章 给排排水自动动化原理理

46、874、采用监监频监相相控制器器同步切切换采用监频、监监相控制制器，用来监视视切换时时变频器器输出的的频率和相相位，当变频器器输出与与工频电电源的频频率和相相位一致致时，再再完成水水泵由变变频器电电源的切切换。切换后瞬瞬时电流流大致等等于电动动机的额额定电流流，基本本上实现现对生产产和电网网无任何何影响的的无扰动动切换。第4章 给排排水自动动化原理理88监频监相相控制器器监视变变频器输输出频率率和工频频电源频频率，当当两者相差小于于0.2Hz时，控制制器开始始检测变变频器输输出电压压与工频频电源的的相位差差，当相位差小小于5时，控制制器输出出信号，给变频频供水系系统提供供可以进进行切换换的信息息变频器输输出频率率和工频频电源的的频率基基本相同同时，同同相信号号出现的的频率是是工频电电网的频频率与变变频器输输出频率率之间差差值的倒倒数。f-同相信号号出现的的频率；f1工频电网网的电源源频率；f2变频器的的输出频频率。第4章 给排排水自动动化原理理895、同步切换换方式同步切换换就是在在不停电电的情况况下，利利用锁相相环技术术，使变变频器输输出电压压的频率率、幅值值和相位位均保持持与电网网电压一一致，然然后可进进行变频频器与电电网之间间的相互互平稳切切换。第4章 给排排水自动动化原理理90管网压力力小时，开关K拨在b端，经过压