设计大型建筑物的给排水监控系统

1绪论

1.1恒压供水问题日勺提出

水己经成为中国二十一世纪日勺热点问题，水有其自然属性，它既是一种特殊

的、不可替代的资源，又是一种可反复使用、可再生的资源；水又有其经济和社

会属性，不仅工业、农业的发展要靠水，水更是都市发展、人民生活日勺生命线。

变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等长处，在供水行业得到了广

泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，根据用水量的变化（实际

上为供水管网的压力变化）自动调整系统的运行参数，在用水量发生变化时保持

水压恒定以满足用水规定是当今先进、合理日勺节能型供水系统。在实际应用中怎

样充足运用变频器内置日勺多种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，减少

成本、保证产品质量等有着重要意义。

某建筑日勺小区供水方式为：把都市自来水管网的水源取到蓄水池后，用水泵

抽到高位水池，再由高位水池向小区供水。这种措施的缺陷是伴随住户人数明显

增多，导致了常常性的供水局限性，同步该供水方式还存在如下问题：

（1）供水成本高。由于小区的用水所有单纯采用水泵供水，导致电能的极大挥

霍和机电设备的大量损耗。

（2）供水可靠性低。由于水泵采用人工操作方式，高位水池H勺水位只能靠人为

估计，并且高位水池离水泵房较远，无法做到准时开机和停机。会导致供水中断

或出现高位水池水位过高而溢流，电能和水资源导致挥霍。此外，假如蓄水池水

位过低，还会导致水泵空转，导致电能挥霍和机电设备的I加速损耗。

（3）水资源挥霍。水泵不能准时停机而导致欧I溢流挥霍外。

1.2国内恒压供水系统的现实状况

国内恒压供水系统研究状况

目前，就国内而言，归结起来重要采用如下三种措施：

（1）水池一水泵（恒压变频或气压罐）一管网系统一用水点

这种方式是集中供水°对于一、二层是商业群房，群房上建有多幢住宅的建筑，

目前较多采用此种供水方案。一般设计有地下生活水池一座，集中恒压变频供水,

不设屋顶水箱。主水泵一般有三台，二开一备自动切换，副泵为一般为一小流量

泵，夜间用水量小时主泵自动切换到副泵，以维持系统压力基本不变。恒压变频

供水是较为理想和先进口勺。首先恒压变频供水保证出水压力不变，根据用水量大

小进行变频供水，既节省电能，又保证水泵软启动（对电网电压冲击不大），延

长了水泵寿命。各台水泵自动轮换使用，即最先发入使用的水泵最早退出运行，

这样各台水泵寿命均等，并且一旦水泵出现故障，该系统能自动跳过故障泵运行。

如图1T所示。

（2）水池一水泵一高位水箱一用水点

此方式也是集中供水。单幢次高层和高层建筑的高压供水区较多采用该种方案。

一般也需要设计有一座地下水池，通过两台水泵（一用一备）抽水送至高位水箱,

再由高位水箱向下供水至各用水点。该方式是较成熟H勺水泵、水箱供水方式。

（3）单元水箱一单元增压泵一单元高位水箱一各单位用水点

此方式已简化为单元总水表进水。单元水箱和单元增压泵实际上是一种整体，我

们称之为单元增压器。由于有屋顶水箱，高水位时停泵，低水位时启泵，这样，

水泵也有了停息时间，既省电又不至于一停电就停泵无水供应，用水有

了保障，社会效益很好。

LlL21.3

图1-1老式恒压供水方式

各类供水系统的比较

水池-水泵（恒压变频或气压罐）-管网系统-用水点是目前国内外普遍采用

的措施。该系统供水采用变频泵循环方式，以“完开先关”的次序关泵，工作泵

与备用泵不固定死。这样，既保证供水系统有备月泵，又保证系统泵有相似日勺运

行时间，有效地防止由于备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合运用

率，减少了维护费用。

水池-水泵-高位水箱-用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱，再

由高位水箱向下供水至各顾客。不过这第种二次供水方式不可防止导致二次污

染，影响居民的身体健康。因此这种方案并不可取，终将淘汰。

单元水箱-单元增压泵-单元高位水箱-各单位用水点确实也到达了楼房高层

的顾客不因都市供水管网水压减小而用不到水的目的，不过它的投资较大，总费

用比上两种方式增长一、二十万元。这些费用要在顾客的水电费上米扣除，这对

于顾客来说是巨大的压力，因此也不可取。

2供水系统日勺原理

2.1系统日勺总体布局图

水位传感器

真空泵

自来水公司

用户

闸阀

―►——►

取水电动阀

清水池

图2-1系统总体布局图

2.2系统日勺运行方案

系统采用3台水泵并联运行方式，把1泵和变频器连接，实现变频运行。为

保护电机，2泵和3泵用软起动器来启动，起动参数可调，并且采用软起动具有

软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机冲击电流大H勺弊

病，减轻对管道的冲击，防止高程供水系统的“水锤效应”，减少设备损坏，在

工作过程中，压力传感器将主管网水压变换为电流信号，经模拟量输入模块，输

入PLC,PLC根据给定日勺压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号

经模拟量输出模块至变频器，调整水泵电机日勺频率。

当用水量较小时，一台泵在变频器日勺控制下恒压运行，当用水量大到水泵全

速运行也不能保证管网H勺压力到达设定值时，压力传感器上传的信号被PLC检测

到，PLC自动将变频泵的频率降至出水频率，同步将第二台泵软启动投入到工频

运行，以保持压力口勺稳定，此时管网压力恒定依托调整变频泵频率实现；一段时

间后，若2台泵运转仍不能满足压力的规定，则依次将软启动下一台水泵。当用

水量减少时.，首先体现为变频器已工作在最低速信号有效，这时实际压力值不小

于设定压力，PLC将最终启动的工频泵停掉，以减少供水量。一段缓冲时间后，

当变频器仍工作在出水频率如下时，PLC再软停它停掉第2台工频运行的电机，

此时管网压力恒定依托调整变频泵频率实现。

为了防止备用泵锈死，用PLC定期，B、C泵循环备用。循环时间可默认定

在每周三凌晨2点;，由于这时用水量较少，备用泵循环可顺利进行。

2.3本系统日勺特点

提高备用泵的运用率，是本系统第一种特点。节能，是系统的另一种重要目

时。第」一•般二级加压水厂只单纯手动控制电机的启动和切换，这样在电机启

动时会产生很大的启动电流，长此以往对电机寿命有很大损害，并且在供水时一

直按工频全速运转效率低、能耗大。而本系统可根据实际压力变化自动调整变频

器频率，从而变化电机转速，减少了能量的消耗。第二，一般恒压供水在用水量

变化较大时有高效、节能的作用，但在用水量很小的状况下，如晚上，变频器工

作在出水频率附近，耗电量增大。

当流量较小时，恒压供水模式将转换成压差供水模式。压差供水模式的工作

过程如下，当流量条件满足压差方式时，系统自动切换。变频泵以50HzBU频率

启动，向微泄露赔偿器压水，当压力到达压差上限时,，水泵停止供水并停机。这

时管道日勺压力由微泄露赔偿器来提供。当压力传感器检测到压力低于压差下限

时，变频泵再次以工频把赔偿器压满。在压力到达压差上限时，定期器同步计时,

在变频器若干次日勺启停后（系统默认为4次），PLC自动比较压力由压差上限到

压差下限的日勺时间与否低于系统设定的频率上升时间，若都低于阐明需水量已增

大，系统就自动切换到恒压供水状态。微泄露赔偿器是比老式的压力罐、气压罐

更先进、更环境保护的恒压装置。老式的I只使用一般气囊储气，而微泄露赔偿器

使用

高质量橡胶囊储气，杜绝了二次污染。

本系统是由变频技术、压差一恒压自动转换技术及微泄露赔偿技术构成。采

用这种技术供水时，变频设备能自动的根据供水流量转换供水方式，并运用微泄

漏赔偿器储能，来实现微小流量下高效率供水时目的I。

3变频器和软启动的原理

3.1变频器构造电路图如图3-1

图3-1变频器构造电路图

变频器日勺基本原理

变频器是运用电力半导体器件日勺通断作用将工频电源变换为另一频率口勺电

能控制装置。变频器重要采用交一直一交方式（VVVF变频），先把工频交流电源

通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制日勺交

流电源以供应电动机。变频器日勺电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节

和控制环节4个部分构成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT

三相桥式逆变器，口输出为PMI波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无

功功率。

从理论上可知电机欧I转速n与供电频率f有如下关系：

〃=3”（1-5）（q-电机极数s-转差率）（3T）

q

由上式可知，转速n与频率f成正比，假如不变化电动机时级数，只要变化

频率f即可变化电动机日勺转速，当频率f在。〜50Hz的范围内变化时，电动机转

速调整范围非常宽。变频器就是通过变化电动机电源频率实现速度调整日勺，是一

种理想日勺高效率、高性能的调速手段。

变频器在工频如下和工频以上工作时日勺状况：

（1）变频器不不小于50Hz时,由于I*R很小,因此U/F=E/F不变时,磁通

为常数，转矩和电流成正比，这也就是为何一般用变频滞的过流能力来描述其过

载（转矩）能力，并成为恒转矩调速。

（2）变频器50Hz以上时，一般的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定

转矩也是在这个电压范围内给出的I。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调

速。（T=Te,P<=Pe）变频器输出频率不小于50Hz频率时，电机产生时转矩要以

和频率成反比欧I线性关系下降。当电机以不小于50Hz频率速度运行时・，电机负

载日勺大小必须要予以考虑，以防止电机输出转矩日勺局限性。举例，电机在100Hz

时产生日勺转矩大概要减少到50Hz时产生转矩的l/2o闪此在额定频率之，的调

速称为恒功率调速。

下面用公式来定性的分析一下频率在50Hz时日勺状况。众所周知，对一种特

定日勺电机来说，其额定电压和额定电流是不变的U如变频器和电机额定值都是:

15kW/380V/30A,电机可以工作在50Hz以上。

当转速为50Hz时，变频器的J输出电压为380V,电流为30A。这时假如增大

输出频率到60Hz,变频错的最大输出电压电流还只能为380V/30A。很显然输出

功率不变。因此我们称之为恒功率调速。

这时的转矩状况怎样呢？由于功率是角速度与转矩的乘积。由于功率不变，

角速度增长了，因此转矩会对应减小。我们还可以再换一种角度来看：从电机的

定子电压

U=E+IxR（［-电流，R-电阻，E-感应电势）（3-2）

可以看出，U、I不变时，E也不变。而

E=kxfxX（k-常数，f-频率，X-磁通）（3-3）

因此当f由50Hz增长到60Hz时，X会对应减小。对于电机来说，

T=KxIxX（K-常数，I-电流，X-磁通）（3-4）

因此转矩T会跟着磁通X减小而减小。

结论：当变频器输出频率从50Hz以上增长时，电机的输出转矩会减小。

变频器日勺配线

1、主回路端子台日勺配线图如图3-2所示。

2、控制回路端子

（1）控制回路端子图

变频器实际应用中接线端子排列如图3-3所示。

TATCX2X4X5FWDCMREV0C1GNDV-IIAMFM

00

AB

06勘水00水水水的水水矽0KS485通讯

TBXIX3CMX6X7RST+24OC2V+VIIVI2AM-E

图3-3变频器端子图

（2）控制回路端子功能阐明

变频器中所用的各个端子阐明如表3T所示。

JP1跳线阐明：

电源：1-2短接，V+输出5V/50mA

电源：2-3短接,V+输出10V/10mA

表3-1变频器端子功能表

种类端子符号端子功能备注

向外提供+5V/50mA电源

V+由控制板上JP1选择

或+10V/10mA电源

V-向外提供T0V/10mA电源

模VII频率设定电压信号输入端10〜10V

拟

VI2频率设定电压信号输入端2-10-10V

输

入频率设定电流信号输入正端（电流

II流入端）0〜20mA

频率设定电压信号日勺公共端（V+、

GNDV-电源地），频率设定电流信号输

入负端（电流流出端）

XI多功能输入端子1

X2多功能输入端子2

X3多功能输入端子3

多功能输入端子的详细功能由

X4多功能输入端子4参数L-63~L-69设定，端子与

X5多功能输入端子5CM端闭合有效

X6多功能输入端子6

控X7多功能输入端子7,也可作外部脉

冲信号的输入端孑

制FWD正转控制命令端

与CM端闭合有效，FWD-CM决定

REV逆转控制命令端

端面板控制方式时日勺运转方向。

RST故障复位输入端

子CM控制端子日勺公共端

向外提供日勺+24V/50mA日勺电源

+24

（CM端子为该电源地）

可编程电压信号输出端，外接电压最大容许电流1mA

AM

模拟表头（由参数b-10设定）输出电压0〜10V

输出可编程频率信号输出端，外接频率最高输出信号频率50KHZ、幅值

FM计（由参数b-11浚定510V

AM-AM、FM端子的公共端内部与GND端相连

0C0C1可编程开路集电极输出，由参数最大负载电流50mA,最高承受

输出0C2b-15及b-16设定电压24V

故

障变频器正常：TA-TB闭合

TA

输TA-TC断开触点容量:AC250V1A

出TB

变频器故障：TA-TB断开阻性负载

TC

TA-TC闭合

RS485通讯端子

通讯RS485

变频器的基本配线图如图3-4所示。

图3-4变频器日勺基本配

故障诊断与对策

当变频器有故障时，1泵故障输入置1,1泵停止，详细故障如表3-2。

表3-2变频器故障对策表

故障代码故障阐明也许原因对策

1.加速时间过短1.延长加速时间

Er.01加速中过流

2.转矩提高过高或V/F曲线2.减少转矩提高电压、调整

Er.02减速中过流减速时间太短增长减速时间

Er.03运行中过流负载发生突变减小负载波动

1.输入电压太高1.检查电源电压

Er.04加速中过压

2.电源频繁开、关2.用变频器的控制端子控制变

L减速时间太短1.延K减速时间

Er.05减速中过压

2.输入电压异常2.检查电源电压

1.电源电压异常1.检查电源电压

Er.06运行中过压

2.有能量回馈性负载2.安装或重新选择制动电阻

Er.07停机时过压电源电压异常检查电源电压

1.电源电压异常1.检查电源电压

Er.08运行中欠压

2.电网中有大日勺负载起动2.分开供电

1.负载过大1.减小负载或更换成较大容量

Er.09变频器过载2.加速时间过短变频器

3.转矩提高过高或V/F曲线2.延长加速时间

1.负载过大1.减小负载

Er.10电机过载2.加速时间过短2.延长加速时间

3.保护系数设定过小3.加大电机过载保护系数

1.风道阻塞1.清理风道或改善通风条件

Er.11变频器过热2.环境温度过高2.改善通风条件、减少载波频

3,风扇损坏率

1.变频器的输出端接地

1.检查连接线

Er.12输出接地

变频器与电机的连线过长

2.2.缩短接线、减少载波频率

且载波

由于周围电磁干扰而引起给变频器周围的干扰源加吸

Er.13干扰

口勺误动作取电路

变频器与电机之间的接线

Er.14输出缺相检查接线

不良或断开

1.输出短路或接地1.检查接线

Er.15IPM故障

2.负载过重2.减轻负载

外部设备故变频器日勺外部设备故障输

Er.16检查信号源及有关设备

障入

电流检测错1.电流检测器件或电路损坏

Er.17向厂家寻求服务

误2.辅助电源有问题

3.2软启动

软起动相是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软起动、软

停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置，国外称为Soft

Startero软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定

子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使月软启动器启动电动机时，晶闸

管日勺输出电压逐渐增长，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额

定电压日勺机械特性上，实现平滑启动，减少启动电流，防止启动过流跳闸。待电

机到达额定转数时，启动过程结束，软启动器自匆用旁路接触器取代已完毕任务

时晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以减少晶闸管欧I热损耗，延长软启

动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网防止了谐波污染。软启动器同步还

提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐减少，转数逐渐下降到零,

防止自由停车引起的转矩冲击

4供水系统日勺硬件电路设计和软件设计

4.1重要器件选型和负荷计算

供水泵日勺选择和负荷计算

1、设定每人一天的用水量为30升，人数按30000人来计算。则一天的最大

用水量为

Q=3OOOOx3OL=9OOOOOL(4-1)

每小时最大时的用水量为

900000/24000=37.5。/〃?)(4-2)

最高的楼为10层，居民楼每层高度按3m计算，则楼高为30m,供水高度为

30m。一般由现实需要还要加上一层，即供水高度为33m,再加上经验值15nl〜20m,

则泵日勺总扬程为48〜53m。选择离心泵ISG80-50-200,适配15KW日勺电机

(Y160M2-2),共3台。

2、系统负荷计算

(1)在计算用水量时，还需要考虑用水量的变化状况。在设计规定的年限内，

用水量最大H勺一天日勺用水量，称为最高日用水量，它一-般是用来确定给水系统中

各类给水设施规模日勺，在最高日内，用水量最大的一种小时的用水量称最高时用

水量，它确定给水管径的基础。最高日用水量与立均日用水量的比值，称为日变

化系数KD；最高时用水量与平均时用水量的比值，称为时变化系数Kh。在确定

用水日变化系数和时变化系数时，应根据都市性质，规模，国民经济与社会发展

和都市供水系统状况，并结合类似都市的现实状况用水曲线，经分析后确定。在

缺乏实际用水资料时，都市综合用水日变化系数宜采用LIT.5,时变化系数宜

采用1.2T.6.特大都市和大都市宜取下限，中小都市宜取上限，个别小城镇还

合适加大。

Q=qNf(4-3)

式中：q为最高日综合用水定额，n】3/(d-cap),N为设计年限内计划人口数；f

为自来水的普及率。根据《室外给水设计规范》中H勺居民用水定额并根据商户的

用水实际，选择q=800L/(cap•d),f取100%。

若选每层楼有20个商户，则10层共有商户200个

3

Qv=800X0.20=160m(4-4)

考虑到未预见用水量和管网漏失水量，增长15%-25阴勺用水量。因此在设计年限

内最高日用水量Q为

3

9A=1.15X160=184m(4-5)

(2)最高时用水

根据最高日用水量Q和综合用水时变化系数Kh,计算最高时用水量Qh

Q产KhXQ/24(Kh取1.5)(4-6)

3

Qh=KhXQA/24=l.5X184/24=115m(4-7)

(3)管径计算

确定管网中各管段的管径，应根据各管段的最高日最高时的计算流量Qij来确

定。

由于，

JT..,、

Qij=Av=—D'v(4-8)

4

式中：A为管段断面面积;D为管段直径，v为流速

(4-9)

从上式可知，管径日勺大小不尽与管段的计算流量有关，还与所采用日勺流速有

关，只懂得流量是无法确定管径的I。因此必须有线选定流速。为防止官网因水锤

现象而损坏，一般最人设计流量不超过2.5-3.Oin/s；为防止在管内沉积杂物,

最小流量不不不小于0.6m/s。由此可见，在技术上容许欧I流量范围是较大的，

但我们还应当从经济的角度，在上述范围选择合适的流量。根据经济流速的选择

原则，综合考虑小区供水实际状况，取v0.7m/s

n(4^7(4x11.5/3600公

D--—-J-----------^75mm(4-10)

VnvVv

变频器和软启动日勺选型

由于电机的功率为15KW,变频器选择康沃生产的JP2系列CVF-P2-4T0185,

软起动器选择STR015A,功率为18.5KWO

4.2供水系统日勺电气设计

恒压供水思绪

本系统详细控制方案为：

1、供水

（1）单泵工作

开机延时5秒，首先启动真空泵，启动1泵真空电磁阀和1泵电动阀，真空

泉工作1分钟后（可以设置），启动变频1泵，关闭真空泵，关闭1泵真空电磁

阀；1泵按2Hz/S速度上升至出水频率（可以设置），再按IHz/S速度工作。

（2）进泵

当1泵抵达全速但压力达不到设定值，延时（可以设置）启动真空泵，启动

2泵直空电磁阀和2泵电动阀，直空工作1分钟后（可以设置），软起工频？泵,

关闭真空泵，关闭2泵真空电磁阀；1泵下降至巴水频率（可以设置），若压力

超过设定压力，重新执行单泵工作程序。

（3）退泵

当1泵频率下降至出水频率（可以设置），实际压力超过设定压力，延时（可

以设置），停止2泵，关闭2泵电动阀，重新执行单泵工作程序；

（4）3泵为手动/自动备用泵，本系统考虑到当碰到特殊状况时两个泵达不到

需求时，要启动3泵。故在PLC程序中编写了进退3泵的程序。

（5）电动阀门可自动，也可手动控制。

2、取水

当蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并启动取水电动阀;

抵达工作上限时，自动启动系统，关闭取水电动阀，按照以上程序执行。

3、工作状态

系统分自动和手动控制，在自动状态下执行自动程序，在手动状态下可以手

动启动所有负载。详细思绪如图4T所示。

图4-1恒压供水思绪图

强电线路

系统采用3台水泵并联运行方式，功率为15kw,两备一用。把1泵和变频

器连接，实现变频运行。2泵和3泵用软起动器来启动，起动参数可调，并且采

用日勺软起动滞具有软停车功能。在变频器日勺接点中，常开触点KM7代表手动，常

开触点KM8代表自动，当需要系统自动时，KM8闭合，由PLC日勺模拟量模块输出

电压信号来变化变频器频率，变频器中的AM,AM-接点连接模拟量模块中的频率

输入端口，并进行处理；当旋钮打到手动档时，KM7闭合，由滑动变阻器来变化

VII□日勺输入电压，进而变化频率，从而调整水泵日勺转速。KA1线圈连接+24V和

0C1端口，作用是当变频器启动完毕后，线圈通电。当变频器出现故障时，TA、

TC内置开关闭合，P01口接通。FWD和CM接通时电机正转，由于本系统不需要

电机反转，故没有显示反转接口。软启动器的STOP、COM和RUN端口连接方式如

图4-2,当RUN和COM接通时，软启动器启动，启动时间可以设置。启动完毕后，

12V和0C端口接通。K12和K14接口分别接P03和24V,当软启动器出现故障时,

两端口的I内置开关接通，P03有信号，PLC会自动令水泵停止工作并令3泵启动

接替2泵。3泵故隙设置同2泵。变频器和两个软启动器的启动完毕端口连接的

线圈电路中都连接有一种二极管，它的J作用是为了消除继电器线圈中日勺剩余电

量，防止浪涌电流烧毁端口内部器件。

两软启动器下面的线路是为定期转换备用泵而设计的，系统启动时默认开一

号线路，即KM9,KM10闭合，KM11,KM12断开；当设定期间与系统内部时间相等

时,KM9,KM1O断开,KM11,KM12闭合。最初的设计想法是把KM9和KM1O定义为

三个常闭触点，这样定义I/O口和编程时都会简便某些，例如把KM9和KM1O分

别改为常闭触点KMU'和KM12'。当需要备用泵转换时，只让KMU（KM11'归

于KM11）和KM12（KM12'归于KM12）动作即可。但从实际考虑一种接触器只有

一种辅助常闭触点，这样一种电路就需要三个接触器，这样运作起来更麻烦了;

辅助触头是有三个常闭触点日勺，但辅助触头绝对不能用到主电路日勺控制上。因此

用四个常开触点更安全。

若冷

图4-2电路示意图

如图4-3,电路图左边日勺是真空泵的主电路，断路静QF4和热继电港FR1用

来保证电机安全运行，KM1日勺作用是在PLC中用来控制真空泵时开闭。三个

电压表用来检测主电源线中电压与否稳定。

最右边日勺电路是为控制电路和PLC供电设计H勺。先通过变压器把380V转换

成220V,用低通滤波潜滤掉高频谐波，最终通过开关电源就得到24V和5V。

B

C

N

锻泵

图4-3电路示意图

控制线路

系统的控制线路，电源线为三相线『、JA、B相线，为了防止过载、短路和欠

电压，设置了断路器。下面的K按钮是应急按钮。再下面的手动转换开关是用来

选择手动还是自动。接触器最多只有四个常开触点，拿手动来说，需要两个10

型n勺接触器和两个40型的辅助触头，共16个常开触点，KM8同理。每个泵阀门

均有自动和手动，这是在实际需要的立场上设计丛J。当手动时，KM7闭合2SB1

为后动按钮，2SB2为停止按钮，当2SB1按下时，KM13自联锁，如下各环节同样；

当自动时，KM8闭合由PLC控制的J继电器来决定各个J开关的开闭。右边的那

一列指示灯是用来指示各开关按钮、泵和阀门与否动作到位。到位后按钮闭合，

指示灯亮。指示灯这一列的电源接线接在急停按钮下的转换开关处，各电路环节

在右边均有注解。两个电动阀循环控制线路和三个电磁阀的手动/自动控制线路。

在循环控制线路中由于接触器触点较多，只能用两个接触器并联在一起使用。循

环控制那两栏必须是两个开关同步接通指示灯才能亮。三个泵的电动阀口勺开到位

限位开关、关到位限位开关也在指示灯上有体现，正常工作时对应口勺灯亮。此外,

接触器不能串联，线圈通电后，静铁心磁化，吸合动铁心，这时主电路才接通。

假如两个接触器串联，也就是两个线圈串联，通电后，两个线圈可视作司步

得电，控制电路里回路是存在的I。但由于静铁心磁化后产生的吸力不也许完全相

等，因此两个动铁心吸合必然有快有慢。铁心先吸合的接触器在铁心吸合后线圈

电感增大，其端电压也大，这就也许导致另一种接触器线圈压降过低，铁心一直

吸合不上。这就相称于单独日勺一种110V接触器接在220V电路中了，当然导致控

制电路回路中电流过大,时间一长也许会烧毁线圈。

电动阀控制电路

图4-4中控制四个电动阀日勺接触器分别是KM2、KM3、KM4、KM5。电动阀里

有两个限位开关，三个接线端子。其中两个常开、常闭触点是主管阀门日勺启动和

闭合。连接在端子排中的1号位的是公共端，2号位时常闭触点的作用是关闭电

动阀，3号位日勺常开触点闭合后电动阀启动。当电动阀开到90。时，会碰到5

号位的关到位限位开关，线圈就会通电阐明电动阀已经完全打开。同样，当关闭

电动阀时，反转到90°时，会碰到4号位时开到位时限位开关，线圈通电表明

电动阀已经成功关闭。

NNANN

课酬就电琳I

图4-4电动阀控制线路

4.3恒压供水系统日勺软件设计

恒压供水系统的I/O分派如下表47

表4-1恒压供水系统的I/O分派表

输入：1泵状态输入P00

1泵故障输入P01

2泵状态输入P02

2泵故障输入P03

3泵状态输入P04

3泵故障输入P05

真空泵状态输入P06

真空泵故障输入P07

自动P08

手动P09

循环线路1状态POA

循环线路2状态POB

变频器频率输入VOCOMOD4980（出变频器）

压力输入VICOM1D4981

频率输出V0+V0-D4982（入变频器）

水位输入VOCOMOD4984

出水频率D465030Hz左栏为默认

工作压力设定D40120.36mpa

水位下限D40001.5m

水位上限D40054.5m

供水下限D40162m

实际水位D4004

实际压力D4018

变频器实际输出D4150

压差上限D40600.38mpa

压差下限D40700.34mpa

压力系数D403040

频率系数D404080

水位系数D405080

频率上升时间D402690s

输出：供水1泵P40

供水2泵P41

供水3泵P42

真空泵启动P43

1泵电动阀输出P44

2泵电动阀输出P45

3泵电动阀输出P46

取水电动阀输出P47

循环控制线路1P48

循环控制线路2P49

供水1泵电磁阀输

P4A

出

供水2泵电磁阀输

P4B

出

供水3泵电磁阀输

P4C

出

注：备用泵转换时间默认为：每周三凌晨两点。

4.4PLC日勺流程如图4-5

水位控制

模块

单泵工作

加3泵

减3泵

减2泵

3

恒压供水

\7_

压差工作

定时换泵

（默认每周三凌晨两点）

备用泵转换）

程序\

图4-5PLC的流程图

5排水系统日勺监控原理

5.1排水系统日勺基本原理

地上建筑的排水系统比较简朴，可以靠污水的重力沿排水管道自行排水入污

水井进入都市排水管网。而建筑物地下日勺污水排放则有所不一样，一般把污水集

中于污水池，然后用泵排放到地面的I排水系统，排水系统的监控原理如图5T

污水池

报警水位

启泵水位排水泵

,停泵水位

图57排水系统的监控原理图

在污水池中，设置液位开关，分别监测停泵水位（低）、启泵水泵（高）及

溢流报警水位。控制器根据液位开关H勺监测信号来控制水泵的启/停，当污水池

液位到达启泵水位时，控制器自动启动污水泵投入运行，将污水池的污水排出,

污水池液位下降，当污水池液面降到停泵水位时，控制器送出信号自动停止污水

泵运行。假如污水池液面到达启泵水位时，污水泵没有及时启动，污水池水位继

续升高到达最高报警水位时，监控系统发出报警信号，提醒值班工作人员及时处

理；反之，当污水池水位到达停泵水位，排水泵没有停止而使污水池水位下降到

低限水位，监控系统同样报警，提醒工作人员及时处理以免损坏水泵。

在由多台污水泵构成的排水系统中，多台水泵互为备用。为了延长各水泵的I

使用寿命，一般规定水泵合计运行时间数尽量相似。每次启动系统时，都应优

先启动合计运行小时数至少日勺泵，因此，控制系统应有自动记录设备运行时同欧I

功能。监控系统可以在控制中心实现对现场设备H勺远程开/关控制。

5.2排水监控系统的监控功能

(1)污水泵启/停控制

污水泵启/停由污水池水位自动控制。污水池设有3个水位：报警水位、污

水泵启泵水位和污水泵停泵水位。当污水池液面高于启泵水位时，控制器对水位

开关送入信号进行判断后，立即送出信号启动污水泵；当液面低于停泵水位时，

自动停止污水泵；当液面高于报警水位时，自动启动备用泵。

(2)检测及报警

排水泵运行状态的监测，当污水池液面高于报警水位时，自动报警。当水

泵发生故障时也会自动报警。

(3)设备运行时间合计、用电量合计

合计运行时间，为定期维修提供根据，并根据每台泵日勺运行时间，自动确定为运

行泵或是备用泵。

5.3排水系统控制内容如表5-2

表5-1控制内容表

序号控制对象取值范围描述

用于反应集水池水位已到达上

1集水池浮球上限水位计输入（DI）0（正常）限设定点，用于开排水泵

1（开泵）

用于反应集水池水位已到达下

2集水池浮球下限水位计输入（DI）0（正常）限设定点，用于开排水泵

1（停泵）

用于通过手/自动转换开关设

3控制器手动自动应用模式输入手动（0）备来调整排水泵的应用模式

（DI）自动⑴

对于排水泵日勺运行，进行开关

4排水泵启停控制输出（DO）水泵开设置

（0）

水泵关

（1）

提供排水泵状态信息，用于指

5设备状态指示输出（DO）水泵开示排水泵目前正常工作状态

（0）

水泵关

（1）

用于提供排水泵总运行时间

6排水泵合计运行时间输出（软件0-65535h（超过上限回零）

点）

用于输入排水泵故障信息

7排水泵故障报警状态输入（DI）0（正常）

1（报警）

用于输出排水泵故障信息

8排水泵故障报警状态输出（DO）0（正常）

1（报警）

用于排水泵备用泵切换

9排水泵备用切换控制（D0）0（正常）

1（报警）

液位测量仪表一般选择浮球水位计，其工作压力2MPa,工作温度

20"100℃,触点容量DC24V、0.1VA,测量精度为2%0

6消防给水系统

6.1消防给水系统基本原理

6.1.1系统日勺基本原理

按消防给水压力的不一样，可分为高压和临时高压消防给水系统。高压消防

给水系统指管网内常常保持灭火所需水量、水压力，不需启动升压设备，可直接

使用灭火设备救火。该系统简朴，供水完全，有条件时应优先采用。临时高压给

水系统有两种状况：一种是管网内最不利点周围平时水压和水量不满足灭火规

定，火灾时需启动消防水泵，使管网压力、流量到达灭火规定，另一种是管网内

常常保持足够的压力，压力由稳压泵或气压力给水设备等增压设施来保证，在泵

房内设消防水泵，火灾时需启动消防泵使管网压力满足消防水压规定。后者为目

前高层建筑中广泛采用的消防给水系统。临时高压给水系统需有可靠的电源，才

能保证安全供水。

6.1.2消防给水系统日勺用水量

高层建筑消防用水总量按室内外消防用水量之和计算。室内用水量是供室内

消火栓扑救建筑物初、中期火灾的I,是保证建物消防安全所必需日勺最小水量；而

室外用水量是供消防车支援室内灭火的用水量，通过水泵接合器向室内消防给水

系统供水。因此在计算室外给水管网通过的消防流量时，应为室内、外消防水量

的总和；而计算室内消防给水管道时，应按室内消防用水量计算，以免增长室内

消防系统的投资。

6.2消防给水系统日勺日勺几种供水形式

1、高位消防水池供水形式

此方式较合用于在室外给水管网中水压变化较大日勺居住区，室外管网不能

保证室内最不利点消火栓的压力日勺流量卬。当火灾发生时，直接依托大容量水池

里日勺贮水，通过室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统进行灭火。消防水箱的

容积以灭火延续时间内所需要的I所有消防用水量确定。当生活生产与消防合用水

箱时应具有保证消防水不做他用的技术措施，以保证消防贮水量。这种供水方式

安全可靠性高，控制简朴，使用以便，并且对供电规定不严，从而简化了消防给

水系统，有助于设计、施工和管理。不过这种方式需要大容量消防水池，对建筑

外观和构造计算以及抗宸投资等影响较大，因此有所限制。

2、设有消防水泵和水箱日勺给水方式

当室外管网水压常常不能满足室内消火栓给水系统的水压和水量规定期可

采用。该方式日勺用水量•般以满足lOmin的消防用水量为准。与高位消防水池供

水方式最大H勺不一样点在于消防水泵起着灭火时最重要任务，一次加压供水合用

于建筑高度在50nl如下，且不需要分区供水的高层建筑。消防安全可靠，分区水

箱容积较小；消防专用水泵可集中设置，便于平时维护管理，但对于消防供水管

材日勺质量规定较高。此方式是高层建筑消防给水设计中采用最多，最易接受H勺一

种方式。

3、消防气压罐供水方式

该方式与其他供水方式日勺不一样点在于无需另设高位水箱，使消防管网一直

处在常高压状态。消防安全可靠性高，便对供电规定严格规定，需两路电源或柴

油发电机供电系统。

总结

本次设计内容包括：恒压供水系统原理、恒压供水系统的电气实现、系统的

硬件选型、系统H勺硬件电路设计和软件设计等，其主体是由变频技术、压差■恒

压自动转换技术、微泄漏赔偿技术构成H勺，是现阶段水处理行业较为先进的供水

措施。本系统