水泵及管道系统的控制调节

↓停
↓A
B
↓B
C
①
1#停，2#变，3#停→→→1#停，2#工，3#变→→→1#变，2#工，3#工
条件：A： 0＜Q＜1/3 B：1/3＜Q＜2/3 C：2/3＜Q＜1
↓停
↓A
B
↓B
C
①
1#停，2#停，3#变→→→1#变，2#停，3#工→→→1#工，2#变，3#工
↓停
↓A
↓B
①
②
③
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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
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建筑消防给水系统 ➢ 二、室内消火栓给水系统
➢ 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：n 60 f (1 s)
P 磁通量：m 4.44
变频调速方式
V fN
s
K
Ns
基频以下：① 恒磁通调速控制，V/f =常值
H H0 sQ2
H H0 sQ 2 H H0 kQ
H H0 kQ
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。
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水泵调速控制 ➢ 压力控制点位置
✓ 位置二：最不利点处
出口处水压 最低要求值 最不利点水压 最低要求值
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水位控制系统 ➢ 高低水箱自动供水系统
4. 基本控制线路图：
MP pb(hv mp)
KM KAgMP KA a(m ka)
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水泵调速控制
➢ 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。
➢ 水泵调节类型
供水给定压力
-Vf
PLC
变频器
水泵
压力传感器
供水网
用户
压力
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水泵调速控制 ➢ 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
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水泵调速控制 ➢ 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：0～1/2 1台变频1台停
1/2～1 1台变频1台工频
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水泵调速控制 ➢ 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
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水泵调速控制 ➢ 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
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水泵调速控制 ➢ 变频调速恒压给水控制
➢ 水泵机组恒压给水控制(三台)
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：
✓气压罐设于用户处
a1～d2
✓气压罐设于靠近水泵处 a0～d2
以两台同型号水泵组成系统为例
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建筑给水系统控制技术
➢ 气压给水系统的控制
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
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水位控制系统
➢ 高低水箱自动供水系统
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？
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； 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
建筑给排水工程
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Outline
➢ 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
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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.
供水泵组
报警 压力
供水网
压力传感器
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水泵调速控制
➢ 变频调速恒压给水控制
✓ 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
➢ 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。
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建筑给水系统控制技术 ➢ 气压给水系统的控制
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建筑给水系统控制技术 ➢ 气压给水系统的控制
1. 控制原理：
✓ 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
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水位控制系统 ➢ 高低水箱自动供水系统
✓ 原理图 ✓ 工作规律 Q：0～1/3 1变2停
1/3～2/3 1变1工1停 2/3～1 1变2工
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水泵调速控制 ➢ 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
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水泵调速控制 ➢ 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
✓ 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
水泵调速控制
➢ 压力控制点位置
✓ 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:
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
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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
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。 ➢ 造成能量浪费，需要以水量恒定为 目的的水泵调速。
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
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水泵调速控制
水泵调速控制
➢ 变频调速恒压给水控制
➢ 水泵机组恒压给水控制
✓ 控制框图
状态显示
VR
e
供水给定压力
Vf
PLC
变频器
切换机构
水泵机组
放大器
压力传感器
供水网
用户
压力
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水泵调速控制
➢ 变频调速恒压给水控制
➢ 水泵机组恒压给水控制
✓ 控制框图
VR
e
Fuzzy－PID
-
Vf
放大器
PLC 变频器
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
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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
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水泵变频调速控制 ➢ 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
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水泵变频调速控制 ➢ 变频调速恒压给水控制
➢ 单台水泵恒压给水控制
✓ 控制框图
状态显示
VR
e
⑤ 联合要求：高于h，低于v，必须启动
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水位控制系统
➢ 高低水箱自动供水系统
3. 控制方案： ① 自动控制：
(MPt-1、p、v、h、b) → MPt
MP b(hv p pgMPt1) pb(hv MPt1)
MP pb(hv mp)
② 半自动控制：
③综
合：
KA a(m ka) KM KAgMP
➢ 二进制变流量水泵组合系统
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水泵组合优化
➢ 水泵组合优化变频调速恒压给水方案
电接点压力 表
可 编
P0
程 P1
控
制 P2
器
水位传感器
管路系统
P0
P1
q
q
低位水池
水泵
P2
2q
✓ 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。
出口流量 P2 P1 P0
Qt
a2 a1
0<Qt<q
0 0 0<q0<q
q<Qt<2q 0 1 0<q0<q
2q<Qt<3q 1 0 0<q0<q
3q<Qt<4q 1 1 0<q0<q
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水泵组合优化
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。
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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
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
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水泵调速控制
➢ 水泵调节类型
恒流调速
➢ 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
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 南通大学电气工程学院
水泵调速控制 ➢ 压力控制点位置
✓ 概念：压力传感器的安装地点 ✓ 位置一：水泵出口
出口处水压 最低要求值 最不利点水压 最低要求值
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水泵调速控制 ➢ 变频调速恒压给水控制
➢ 水泵机组恒压给水控制
✓ 固定变频方式状态转换图
两台
① ↓
启动 A
② ↓
B
↓停
↓A
①
②
条件：A： 0＜Q＜1/2 B： 1/2＜Q＜1
✓ 循环变频方式状态转换图
三台
①
百度文库启动
②
③
↓
A
↓
B
↓
C
1#停，2#停，3#停→→→1#变，2#停，3#停→→→1#工，2#变，3#停→→→1#工，2#工，3#变
V W 1
其中 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=P min/P0
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水泵组合优化
✓ 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.
✓ 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)
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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