第三章水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)課件

第三章水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)精品課件§3.1調(diào)節(jié)的內(nèi)容和意義一、給水排水工程中的水泵與管道系統(tǒng)主要包括：(1)城市供水系統(tǒng)——包括輸配水管網(wǎng)及二泵站、加壓泵站；(2)城市雨水、污水排水系統(tǒng)——包括排水管網(wǎng)及雨水泵站、污水泵站；(3)小區(qū)、建筑的給水系統(tǒng)——包括小區(qū)、建筑給水管網(wǎng)及加壓設(shè)施；(4)小區(qū)、建筑的排水系統(tǒng)——包括排水管網(wǎng)及小區(qū)排水泵站、建筑室內(nèi)污水提升泵等。精品課件二、調(diào)節(jié)內(nèi)容將控制系統(tǒng)分為如下兩大類：(1)對(duì)水泵的開(kāi)停雙位控制：按照液位(或壓力值)、流量等參數(shù)的要求，改變每臺(tái)水泵的開(kāi)、停狀態(tài)或改變水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。(2)對(duì)水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)控制：按照液位(或壓力)、流量等參數(shù)的要求，改變水泵的工作點(diǎn)。精品課件§3.2水泵—管路的雙位控制系統(tǒng)[例1]排水泵站的控制系統(tǒng)圖3.1排水泵站系統(tǒng)示意圖要求：當(dāng)水位高于a時(shí)，水泵啟動(dòng)排水；當(dāng)水位低于b時(shí)，水泵停止排水。精品課件分析該系統(tǒng)的工作過(guò)程，可知這是一個(gè)有記憶的邏輯系統(tǒng)，可以采用交流接觸器組成邏輯控制裝置。變量有水位a、b及代表水泵當(dāng)前狀態(tài)的附加變量Pt-1，3個(gè)變量共有8種邏輯組合。ab(b)Pt-1P

00(1)000(1)101(0)001(0)110(1)010(1)111(0)011(0)10001——11圖3.2例1卡諾圖真值表001b01Pt-1精品課件得到邏輯表達(dá)式：建立圖3.3所示的控制系統(tǒng)線路。~圖3.3例1控制線路圖精品課件該控制系統(tǒng)的具體要求：(1)可以按手動(dòng)或自動(dòng)兩種方式控制水泵的開(kāi)停，設(shè)手動(dòng)按鈕m、a；(2)在自動(dòng)控制方式下，水泵可以根據(jù)水位變化自動(dòng)開(kāi)停，設(shè)水位開(kāi)關(guān)p、v、h、b；(3)對(duì)低位水箱水位的限制。當(dāng)水位低于b時(shí)，低位水箱處于缺水狀態(tài)，水泵必須停止；當(dāng)水位高于h時(shí)，低位水箱處于充滿狀態(tài)，允許水泵啟動(dòng)；(4)對(duì)高位水箱水位的限制。當(dāng)水位低于v時(shí)，高位水箱處于放空狀態(tài)，水泵可以啟動(dòng)供水；當(dāng)水位高于p時(shí)，高位水箱充滿，水泵應(yīng)該停止供水。[例2]建筑物高低水箱給水系統(tǒng)圖3.4高低水箱給水系統(tǒng)示意圖精品課件經(jīng)分析，這是有記億的邏輯控制系統(tǒng)，用變量MPt-1表示水泵當(dāng)前狀況，這樣共有p、v、h、b、MPt-15個(gè)邏輯變量，共同決定水泵自動(dòng)開(kāi)停。水泵的工況改變，用交流接觸器實(shí)現(xiàn)，以MP表示其線圈及主觸點(diǎn)。5個(gè)邏輯變量，共有25＝32種可能的邏輯組合。精品課件低水箱達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài)故障兩水箱都達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài)高水箱達(dá)高水位，停止低水箱達(dá)高水位，運(yùn)行故障低水箱達(dá)高水位，高水箱達(dá)低水位，是否運(yùn)行取決于之前狀態(tài)高水箱達(dá)高水位，停止精品課件卡諾圖如下：圖3.5例2卡諾圖(b=1)精品課件得到自動(dòng)控制邏輯表達(dá)式：手動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯表達(dá)式為：手動(dòng)可以控制自動(dòng)，總的邏輯表達(dá)式為：圖3.6例2控制線路圖精品課件§3.3水泵的調(diào)速控制一、水泵調(diào)節(jié)的類型1恒壓調(diào)速屬于二泵站、建筑與小區(qū)給水系統(tǒng)的典型情況。例如二泵站，通常采用分級(jí)供水，視用水情況將二泵站的工作制度定為二級(jí)或三級(jí)。有弊端，有必要以保證用戶水壓恒定為目標(biāo)進(jìn)行水泵調(diào)速。圖3.7二泵站水泵工況點(diǎn)的變化精品課件2恒流調(diào)速這是給水系統(tǒng)一泵站的典型情況。一泵站按最低水位設(shè)計(jì)，但運(yùn)行中多數(shù)時(shí)間內(nèi)水源水位常處于常水位附近，高于最低水位，實(shí)際需要的水泵揚(yáng)程低于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。常采取關(guān)小管路閥廠的方式消耗多余的小頭，保證一泵站取水流量恒定。造成能量浪費(fèi)，需要以水量恒定為目的的水泵調(diào)速。圖3.8一泵站水泵工況點(diǎn)的變化H1H2精品課件水泵的調(diào)速方法主要分為兩類：二、水泵的調(diào)速方法第一類是電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，通過(guò)附加裝置改變水泵的轉(zhuǎn)速，如液力耦合器調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等。第二類是直接改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如可控硅串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。后者是在水泵站應(yīng)用較多的調(diào)速形式。精品課件1串級(jí)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組外接一個(gè)可變反電勢(shì)，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。為使反電勢(shì)的頻率與轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)相符合，通常把轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)通過(guò)三相橋式整流變?yōu)橹绷麟?，用直流電?dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)的方法，稱為機(jī)組串級(jí)調(diào)速。精品課件2液力耦合器調(diào)速液力耦合器調(diào)速是一種機(jī)械調(diào)速方式，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。液力耦合器是由主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外殼、導(dǎo)流管、循環(huán)油泵等組成的。泵輪在電機(jī)一側(cè)，與電機(jī)同步；渦輪在水泵一側(cè)，與水泵同步。精品課件3變頻調(diào)速通過(guò)改變水泵工作電源頻率的方式改變水泵的轉(zhuǎn)速變頻調(diào)速是通過(guò)變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)的，它可以將輸入的固定頻率的電源(在我國(guó)為50Hz)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的電源輸出，供給水泵電機(jī)等需要調(diào)頻的設(shè)備作工作電源。精品課件三、水泵調(diào)速運(yùn)行的方式以變頻泵為例，常采用變速與定速水泵配合工作的方式。即一個(gè)泵站內(nèi)只有一至兩臺(tái)水泵變速運(yùn)行，其余水泵為定速運(yùn)行，變速泵與定速泵組合一起工作，通過(guò)對(duì)變速泵的調(diào)節(jié)，得到要求的各種工況。精品課件§3.4恒壓給水系統(tǒng)控制技術(shù)恒壓給水控制技術(shù)的分類1）雙位控制系統(tǒng)。按水位(水壓)的高低兩個(gè)界限值控制給水泵的開(kāi)停。當(dāng)高低水位相差不大、水壓波動(dòng)較小時(shí)，可近似看作恒壓給水系統(tǒng)，如前述的高位水箱給水系統(tǒng)以及氣壓給水系統(tǒng)。2)定值控制給水系統(tǒng)。按某一壓力控制點(diǎn)的水壓目標(biāo)值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制?？梢圆捎米冾l調(diào)速等技術(shù)，改變水泵特性，對(duì)水泵工況連續(xù)調(diào)節(jié)，將水壓控制在很小的波動(dòng)范圍內(nèi)。精品課件一、變頻調(diào)速恒壓給水技術(shù)1工作原理變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)壓力恒定的目的。它由電機(jī)泵組、壓力傳感器、控制器、變頻器以及自動(dòng)切換裝置等組成，以水壓為控制參數(shù)。工作原理：水泵啟動(dòng)后，壓力傳感器向控制器提供控制點(diǎn)的壓力值H。當(dāng)H低于控制器設(shè)定的壓力值H0時(shí)，應(yīng)該提高水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻調(diào)速器發(fā)送提高電源頻率的指令；當(dāng)H高于H0時(shí)，則應(yīng)該降低水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送降低頻率的控制信號(hào)。當(dāng)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)新的水泵投入運(yùn)行；反之，則自動(dòng)減少運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)。精品課件圖3.9給水設(shè)備系統(tǒng)原理圖精品課件設(shè)備的運(yùn)行工作示意圖如下：圖3.10變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程示意圖精品課件2技術(shù)特點(diǎn)(1)高效節(jié)能。設(shè)備能自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)瞬時(shí)水壓，據(jù)此調(diào)節(jié)供水量，節(jié)約供水能耗。(2)用水壓力恒定。無(wú)論系統(tǒng)用水量有任何變化，均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力恒定，提高了供水品質(zhì)。(3)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。采用微機(jī)控制技術(shù)，對(duì)多臺(tái)泵組可實(shí)現(xiàn)循環(huán)啟動(dòng)工作．損耗均衡。特別是軟啟動(dòng)，無(wú)大啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)設(shè)備的電氣、機(jī)械壽命。(4)功能齊全。由于以微機(jī)做中央處理機(jī)，可以設(shè)置各種附加功能，如：小流量切換，水池?zé)o水停泵，市網(wǎng)壓力升高停機(jī)，定時(shí)啟、停，自動(dòng)投入變頻消防，自動(dòng)投入工頻消防等功能。精品課件二、恒壓給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)的位置恒壓給水系統(tǒng)按壓力控制點(diǎn)位置的不同，又可以分為兩大類：一類是將控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)處，直接按最不利點(diǎn)水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)；另一類是將控制點(diǎn)設(shè)于水泵出口，按該點(diǎn)的水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，間接地保證最不利點(diǎn)的水壓穩(wěn)定。精品課件1控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口，事先給定一個(gè)壓力設(shè)定值，按此值變速調(diào)節(jié)水泵工況是常用方式．其工作特性如圖。圖3.11水泵出口恒壓調(diào)速給水系統(tǒng)工作特性HH'H1H0出口處水壓最低要求值最不利點(diǎn)水壓最低要求值精品課件弊端：①對(duì)用戶而言水壓不恒定；②如果管路上發(fā)生某種情況，使得管路特性變化而使特性曲線形狀變化，就可能影響用戶的水壓，即可靠性存在問(wèn)題；③技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不十分理想。修正：為了保證用戶處的壓力恒定為H0不變，水泵出口處的壓力就應(yīng)該沿管路特性曲線A0變化，即出口處變壓力控制。其規(guī)律可以由管路特性曲線方程確定:精品課件圖3.12水泵出口變壓調(diào)速給水系統(tǒng)工作特性圖3.12中的b、c、d三點(diǎn)分別代表水泵出口恒壓、理想變壓、線性化變壓三種控制方式在某一供水量Q'時(shí)的上作點(diǎn)。HcHd精品課件2控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：更節(jié)能，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要流量傳感器，控制準(zhǔn)確；這種控壓方式改變了壓力傳感器的安裝位置，相應(yīng)增加信號(hào)線的長(zhǎng)度，在工程與管理上有時(shí)會(huì)帶來(lái)一些困難。HH'H1H0Hc精品課件三、氣壓給水系統(tǒng)的控制問(wèn)題以由兩臺(tái)同型號(hào)水泵組成的氣壓給水系統(tǒng)為例。圖3.13中縱坐標(biāo)以絕對(duì)水壓標(biāo)高表示。將氣壓罐設(shè)在水泵間時(shí)，相當(dāng)于將壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處。下面比較將控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處和最不利點(diǎn)處時(shí)的水泵工況特性。精品課件Q圖3.13氣壓給水系統(tǒng)壓力控制點(diǎn)的比較出口處要求最低水壓值最不利點(diǎn)要求最低水壓值a0P1停止P2停止P1啟動(dòng)P2啟動(dòng)P1停止P2停止P1啟動(dòng)P2啟動(dòng)控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處控制點(diǎn)設(shè)最不利點(diǎn)精品課件氣壓罐的安裝位置靠近用戶并盡可能高，有利于減小罐容積并降低罐內(nèi)承壓、因?yàn)橛腥缦玛P(guān)系：比較：將氣壓罐設(shè)置在用戶最不利點(diǎn)，即將壓力控制點(diǎn)設(shè)在最不利點(diǎn)時(shí)，用戶的水壓變化明顯減小，供水能量的浪費(fèi)較小。而且較低的供水壓力還為用戶的使用提供方便，并且有利于延長(zhǎng)給水系統(tǒng)配件的壽命。精品課件四、變頻調(diào)速給水系統(tǒng)中水泵的組合優(yōu)化P0P1P2可編程控制器P0P1P2電接點(diǎn)壓力表管路系統(tǒng)低位水池水位傳感器水泵qq2q圖3.14水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速原理圖精品課件工作原理水泵P1，P2的工作狀態(tài)各用一位二進(jìn)制數(shù)a1，a2表達(dá)，用數(shù)字“1”表示水泵工作，“0”表示水泵停止。變頻水泵P0額定流量q，定速水泵P1，P2的額定流量分別為q，2q。出口流量P2P1P0Qta2a10<Qt<q000<q0<qq<Qt<2q010<q0<q2q<Qt<3q100<q0<q3q<Qt<4q110<q0<q三臺(tái)水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)精品課件規(guī)律：如果給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為Q，可以把變頻水泵的容量設(shè)計(jì)成q=Q/2n（n=1、2、3……），同時(shí)配備n臺(tái)工頻電源開(kāi)關(guān)控制的水泵，這n臺(tái)水泵的額定揚(yáng)程一致，但額定流量呈兩倍遞變，即q、2q、4q…2n-1q，由這（n+1）臺(tái)水泵組合優(yōu)化變頻調(diào)速給水系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)全流量范圍內(nèi)高質(zhì)量的供水，又降低了變頻器的工程預(yù)算價(jià)格，提高了整個(gè)給水系統(tǒng)的性能價(jià)格比。精品課件§3.5污水泵站組合運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)例：某泵站是污水排放系統(tǒng)的中途提升泵站，在接受排水管網(wǎng)輸送來(lái)的污水的同時(shí)，還接受附近的工業(yè)和生活污水。由于進(jìn)水量的變化很大，過(guò)去使用多臺(tái)定速泵的形式，不能有效地控制進(jìn)水位在警戒線以內(nèi)，有時(shí)導(dǎo)致上游低洼地區(qū)跑冒污水。為了改善這種狀況，選樣了水泵變速運(yùn)行并且使用微機(jī)控制的方案。精品課件控制系統(tǒng)的構(gòu)成(1)一次儀表計(jì)量的水位、水量、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)及各種故障信號(hào)均通過(guò)轉(zhuǎn)換器換成電壓模擬信號(hào)，經(jīng)濾波器送入微機(jī)的A/D電路。(2)微機(jī)輸出的開(kāi)停水泵信號(hào)，經(jīng)過(guò)通用接口連接器、寄存器及繼電器驅(qū)動(dòng)后，控制定速水泵啟動(dòng)柜和變速水泵調(diào)速柜的開(kāi)停。同時(shí)轉(zhuǎn)速的控制由微機(jī)發(fā)出的數(shù)字星調(diào)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號(hào)，送至調(diào)速柜執(zhí)行，(3)水泵發(fā)生故障時(shí)，微機(jī)要自動(dòng)切除故障泵，啟動(dòng)備用泵，并通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。(4)泵站的機(jī)電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量電磁輻射