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1、第三章 水泵及管道系统的控制调节,3.1 调节的内容和意义,一、给水排水工程中的水泵与管道系统主要包括：,(1)城市供水系统包括输配水管网及二泵站、加压泵站；(2)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；(3)小区、建筑的给水系统包括小区、建筑给水管网及加压设施；(4)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等。,二、调节内容,将控制系统分为如下两大类：,(1)对水泵的开停双位控制：按照液位(或压力值)、流量等参数的要求，改变每台水泵的开、停状态或改变水泵的运行台数。 (2)对水泵工作点的调节控制：按照液位(或压力)、流量等参数的要求，改变水泵的工作点
2、。,3.2 水泵管路的双位控制系统,例1 排水泵站的控制系统,图3.1 排水泵站系统示意图,要求：当水位高于a时，水泵启动排水；当水位低于b时，水泵停止排水。,分析该系统的工作过程，可知这是一个有记忆的逻辑系统，可以采用交流接触器组成逻辑控制装置。变量有水位a、b及代表水泵当前状态的附加变量Pt-1，3个变量共有8种逻辑组合。,图3.2 例1卡诺图,真值表,0 0 1 - 0 1 1 -,00,01,11,10,ab,0,1,Pt-1,得到逻辑表达式：,建立图3.3所示的控制系统线路。,图3.3 例1控制线路图,该控制系统的具体要求：(1)可以按手动或自动两种方式控制水泵的开停，设手动按钮m、
3、a；(2)在自动控制方式下，水泵可以根据水位变化自动开停，设水位开关p、v、h、b；(3)对低位水箱水位的限制。当水位低于b时，低位水箱处于缺水状态，水泵必须停止；当水位高于h时，低位水箱处于充满状态，允许水泵启动；(4)对高位水箱水位的限制。当水位低于v时，高位水箱处于放空状态，水泵可以启动供水；当水位高于p时，高位水箱充满，水泵应该停止供水。,例2 建筑物高低水箱给水系统,图3.4高低水箱给水系统示意图,经分析，这是有记亿的逻辑控制系统，用变量MPt-1表示水泵当前状况，这样共有p、v、h、b、 MPt-15个逻辑变量，共同决定水泵自动开停。水泵的工况改变，用交流接触器实现，以MP表示其线
4、圈及主触点。5个逻辑变量，共有2532种可能的逻辑组合。,低水箱达低水位，是否运行取决于之前状态,故障,两水箱都达低水位，是否运行取决于之前状态,高水箱达高水位，停止,低水箱达高水位，运行,故障,低水箱达高水位，高水箱达低水位，是否运行取决于之前状态,高水箱达高水位，停止,卡诺图如下：,图3.5 例2卡诺图(b=1),得到自动控制逻辑表达式：,手动控制系统的逻辑表达式为：,手动可以控制自动，总的逻辑表达式为：,图3.6 例2控制线路图,3.3 水泵的调速控制,一、水泵调节的类型,1 恒压调速,属于二泵站、建筑与小区给水系统的典型情况。,例如二泵站，通常采用分级供水，视用水情况将二泵站的工作制度
5、定为二级或三级。,有弊端，有必要以保证用户水压恒定为目标进行水泵调速。,图3.7 二泵站水泵工况点的变化,2 恒流调速,这是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。常采取关小管路阀厂的方式消耗多余的小头，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。,图3.8 一泵站水泵工况点的变化,H1,H2,水泵的调速方法主要分为两类：,二、水泵的调速方法,第一类是电机转速不变，通过附加装置改变水泵的转速，如液力耦合器调速、电磁离合器调速、变速箱调速等。第二类是直接改变电机的转速，
6、如可控硅串级调速、变频调速等。后者是在水泵站应用较多的调速形式。,1 串级调速,异步电动机的转子绕组外接一个可变反电势，可以改变电动机的转速。为使反电势的频率与转子绕组的感应电势相符合，通常把转子感应电势通过三相桥式整流变为直流电，用直流电动机实现反电势的方法，称为机组串级调速。,2 液力耦合器调速,液力耦合器调速是一种机械调速方式，可以实现无级调速。液力耦合器是由主动轴、从动轴、泵轮、涡轮、旋转外壳、导流管、循环油泵等组成的。泵轮在电机一侧，与电机同步；涡轮在水泵一侧，与水泵同步 。,3 变频调速,通过改变水泵工作电源频率的方式改变水泵的转速,变频调速是通过变频调速器实现的，它可以将输入的固
7、定频率的电源(在我国为50Hz)转换为频率可调的电源输出，供给水泵电机等需要调频的设备作工作电源。,三、水泵调速运行的方式,以变频泵为例，常采用变速与定速水泵配合工作的方式。即一个泵站内只有一至两台水泵变速运行，其余水泵为定速运行，变速泵与定速泵组合一起工作，通过对变速泵的调节，得到要求的各种工况。,3.4 恒压给水系统控制技术,恒压给水控制技术的分类,1）双位控制系统。按水位(水压)的高低两个界限值控制给水泵的开停。当高低水位相差不大、水压波动较小时，可近似看作恒压给水系统，如前述的高位水箱给水系统以及气压给水系统。,2) 定值控制给水系统。按某一压力控制点的水压目标值进行调节控制。可以采用
8、变频调速等技术，改变水泵特性，对水泵工况连续调节，将水压控制在很小的波动范围内。,一、变频调速恒压给水技术,1 工作原理,变频调速恒压给水系统通过自动控制实现压力恒定的目的。它由电机泵组、压力传感器、控制器、变频器以及自动切换装置等组成，以水压为控制参数。,工作原理：水泵启动后，压力传感器向控制器提供控制点的压力值H。当H低于控制器设定的压力值H0时，应该提高水泵转速，控制器向变频调速器发送提高电源频率的指令；当H高于H0时，则应该降低水泵转速，控制器向变频器发送降低频率的控制信号。当某台水泵的转速达到规定的上限时，自动启动新的水泵投入运行；反之，则自动减少运行水泵的台数。,图3.9 给水设备
9、系统原理图,设备的运行工作示意图如下：,图3.10 变频调速系统运行过程示意图,2 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。,(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。,二、恒压给水系统压力控制点的位置
10、,恒压给水系统按压力控制点位置的不同，又可以分为两大类：一类是将控制点设在最不利点处，直接按最不利点水压进行工况调节；另一类是将控制点设于水泵出口，按该点的水压进行工况调节，间接地保证最不利点的水压稳定。,1 控制点设在水泵出口,压力控制点设在水泵出口，事先给定一个压力设定值，按此值变速调节水泵工况是常用方式其工作特性如图。,图3.11 水泵出口恒压调速给水系统工作特性,H,H,H1,H0,出口处水压最低要求值,最不利点水压最低要求值,弊端：对用户而言水压不恒定；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；技术经济性能不十分理想。,修正
11、：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:,图3.12 水泵出口变压调速给水系统工作特性,图3.12中的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时的上作点。,Hc,Hd,2 控制点设在最不利点,优缺点：更节能，控制系统简单，不需要流量传感器，控制准确；这种控压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。,H,H,H1,H0,Hc,三、气压给水系统的控制问题,以由两台同型号水泵组成的气压给水系统为例。图3.13中纵
12、坐标以绝对水压标高表示。将气压罐设在水泵间时，相当于将压力控制点设在水泵出口处。,下面比较将控制点设在水泵出口处和最不利点处时的水泵工况特性。,Q,图3.13 气压给水系统压力控制点的比较,出口处要求最低水压值,最不利点要求最低水压值,a0,P1停止,P2停止,P1启动,P2启动,P1停止,P2停止,P1启动,P2启动,控制点设在水泵出口处,控制点设最不利点,气压罐的安装位置靠近用户并尽可能高，有利于减小罐容积并降低罐内承压、因为有如下关系：,比较：将气压罐设置在用户最不利点，即将压力控制点设在最不利点时，用户的水压变化明显减小，供水能量的浪费较小。而且较低的供水压力还为用户的使用提供方便，并
13、且有利于延长给水系统配件的寿命。,四、变频调速给水系统中水泵的组合优化,P0,P1,P2,可编程控制器,P0,P1,P2,电接点压力表,管路系统,低位水池,水位传感器,水泵,q,q,2q,图3.14 水泵组合优化变频调速原理图,工作原理,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。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。,三台水泵组合优化变频调速系统设计,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，
14、但额定流量呈两倍递变，即q、2q、4q2n-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。,3.5 污水泵站组合运行系统,实例：某泵站是污水排放系统的中途提升泵站，在接受排水管网输送来的污水的同时，还接受附近的工业和生活污水。由于进水量的变化很大，过去使用多台定速泵的形式，不能有效地控制进水位在警戒线以内，有时导致上游低洼地区跑冒污水。为了改善这种状况，选样了水泵变速运行并且使用微机控制的方案。,控制系统的构成,(1)一次仪表计量的水位、水量、温度、电流、电压等数据及各种故障信号均通过转换器换成
15、电压模拟信号，经滤波器送入微机的A/D电路。(2)微机输出的开停水泵信号，经过通用接口连接器、寄存器及继电器驱动后，控制定速水泵启动柜和变速水泵调速柜的开停。同时转速的控制由微机发出的数字星调速信号，经过D/A转换成电压模拟信号，送至调速柜执行，(3)水泵发生故障时，微机要自动切除故障泵，启动备用泵，并通过报警电路发出声光报警信号。(4)泵站的机电设备会产生大量电磁辐射，在电网上造成十扰，除机房内墙要做金属屏蔽网，交流电源侧加稳压器、滤波器外，还要在输出开关电路采用两级继电器进行隔离使干扰无法中入机内。,图3.15 污水泵站控制系统图,3.6 给水监控与调度系统,系统结构和功能,1 结构,包括主控管理子系统、管网事故处理子系统、设备管理子系统、预测子系统等。,2 功能,(1)集中监视与校制(2)预测咨询系统(3)设备管理与运转台帐(4)管路台帐(5)管网计算与工况分析,此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！,
