智能建筑系统集成课件.ppt

1,建筑设备自动化与系统集成,山东建筑大学信电学院,第4章 给排水自动化原理,2,第4章 给排水自动化原理,4.1 生活给水系统与消防供水系统的自动控制 4.2 变频调速恒压供水系统 4.3 几种变频恒压供水设备的应用与控制 本章小结 本章作业,第4章 给排水自动化原理,3,4.1 生活给水系统与消防供水系统的自动控制,生活给水系统主要是对给水系统的状态、参数进行监测与控制，保证系统的运行参数满足建筑的供水要求以及供水系统的安全。4.1.1 给水系统自动控制4.1.2 生活供水与消防供水的合用,第4章 给排水自动化原理,4,4.1.1 给水系统自动控制,现代建筑中常见的生活给水系统有以下三种方式：高位水箱给水方式；水泵直接给水方式；气压罐压力给水方式 1.高位水箱给水系统监控 在建筑的最高楼层设置高位供水水箱，用水泵将低位水箱水输送到高位水箱，再通过高位水箱送向给水管网供水，将水输送到用户。通常生活用水与消防用水分设彼此独立的高位水箱。如果消防用水和生活用水共用一个水箱时，可将生活用水的出水管安装在距高位水箱底部一定高度的位置，而将消防用水出水管安装在水箱底部，从而保证高位水箱在通常用水条件下的水位不会低于消防设计要求。,第4章 给排水自动化原理,5,第4章 给排水自动化原理,6,4.1.1 给水系统自动控制,（1）控制原理 在高位水箱中，设置四个液位开关，分别为：检测溢流水位；停泵水位；启泵水位；低限报警水位。DDC根据液位开关送入信号来控制生活泵的启停，当高位水箱液面低于启泵水位时，DDC送出信号自动启动生活泵运行，向高位水箱供水；当高位水箱液面高于启泵水位而达到停泵水泵时，DDC送出信号自动停止生活泵。当高位水箱液面达到停泵水位而水泵不停止供水，液面继续上升到溢流报警水位或高位水箱液面低于启泵水位时，水泵没有及时启动而使水位达到低限报警水位时，控制器发出报警信号，提醒工作人员及时处理。,第4章 给排水自动化原理,7,4.1.1 给水系统自动控制,在由多台水泵组成的系统中，多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时，备用水泵能投入使用，以保证系统正常工作。为了延长各水泵的使用寿命，通常要求水泵累计运行时间数尽可能均衡。因此，每次启动水泵时，应优先启动累计运行时间数最少的水泵，控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。控制中心能实现对现场设备的远程控制，监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开关控制。,第4章 给排水自动化原理,8,4.1.1 给水系统自动控制,（2）设备、系统运行状态与参数监控点位及常用传感器给水泵运行状态：取自给水泵配电柜接触器辅助触点。给水泵故障报警：取自给水泵配电柜热继电器触点。给水泵手/自动转换状态：取自给水泵配电柜转换开关，可选给水泵启停控制：从DDC的DO输出到给水泵配电箱接触器控制回路。水流开关状态：水流开关状态输出点。水池水位监测：取水池水位开关输出点，一般选用液位开关，溢流报警水位、启泵水位、停泵水位、低限报警水位。,第4章 给排水自动化原理,9,4.1.1 给水系统自动控制,在高层建筑中，由于最高层与最低层的压差比较大，如果只用一个高位水箱给整个建筑直接给水，则低层的生活给水压力太大，供水效果不好。因此，若在高层建筑(群)中采用高位水箱供水时，常用的办法有两种：在不同标高的分区设立独立的高位水箱，对相应的分区供水；对最高层的高位水箱进行减压后，向不同的分区供水,第4章 给排水自动化原理,10,4.1.1 给水系统自动控制,2.水泵直接给水系统监控 用水泵直接向终端用户提供一定水压的供水方式。通常在给水泵前建有缓冲水池，避免水泵水量不均衡供水对城市管网的影响。这种供水系统常采用恒速泵加变频调速泵的供水方式，即根据终端用户的用水量调整恒速泵的台数与变频调速泵的转速来满足用户用水量的需要，而调速水泵的转速调节是通过变频来实现的。图4.3 是水泵直接给水系统监控原理图。,第4章 给排水自动化原理,11,第4章 给排水自动化原理,12,4.1.1 给水系统自动控制,（1）控制原理安装在水泵输出口的水管式压力传感器检测管网压力，检测值与设定值比较的偏差去控制变频器的输出频率，实现水泵转速的控制，将供水压力维持在设计范围内。当给水管网用户用水量增多、管网压力减小，控制器控制变频器输出频率增加，水泵转速随着增加，供水量增加，以满足用户的需求：给水管网用户用水量减少、管网压力增加，控制器控制变频器输出频率降低，水泵转速随着减少，供水量减少，以达到节能的目的。系统运行时，调速泵首先工作，当调速泵不能满足用水量要求时，自动启动恒速泵：反之，压力过高时，亦是先调低调速泵的转速，然后再减少恒速泵的运行台数。,第4章 给排水自动化原理,13,4.1.1 给水系统自动控制,（2）设备、系统运行状态与参数监控点位及常用传感器生活给水供水压力测量；恒速供水泵运行状态 恒速供水泵故障报警；恒速供水泵启停控制 恒速供水泵手/自动转换状态；变速供水泵运行状态变速供水泵故障报警;变速供水泵手/自动转换状态 变速供水泵启停控制;变速供水泵转速控制 缓冲水池高低水位监测;水流开关状态,第4章 给排水自动化原理,14,4.1.1 给水系统自动控制,在高层建筑中，水泵直接给水系统如果采用一种给水压力向整个建筑直接给水，同样存在低层的生活给水压力太大、给水效果比较差的问题。因此，如果在高层建筑(群)采用水泵直接给水系统，则常采用两种给水的方式：,分区配置不同扬程的水泵向不同分区直接给水,同一扬程水泵进行减压后向不同分区给水,第4章 给排水自动化原理,15,4.1.1 给水系统自动控制,3.气压给水系统监控 气压给水方式是利用气压罐代替高位水箱的给水系统。气压罐可以集中于地下室水泵房内，避免在楼房高层设置高位水箱占用空间的缺点。气压罐的外层为金属罐体，内有一个密封式弹性橡胶气囊，气囊内充有一定压力的氮气，水泵向罐体和气囊间的空间注水，水压升高，压迫气囊，气囊内氮气体积缩小，当罐体和气囊间的水压力达到规定值时停泵，靠气囊内气体的压力向给水管网供水。给水管网用户用水后，管网和罐内水压下降，水压下降到规定值后，水泵再次启动，向罐内注水，水压再次升高，如此循环，保持水压在一定的范围内，以满足供水要求。,第4章 给排水自动化原理,16,控制原理:通过水管式压力传感器检测给水管网输入口压力，DDC控制器将测量压力值与设定值比较，根据比较偏差的大小控制给水泵的启停，以保证供水压力在要求的范围内。,第4章 给排水自动化原理,17,4.1.2 生活供水与消防供水的合用,对多层建筑，建筑设计防火规范GBJ16-87（2001版）第8.1.2条规定“消防给水宜与生产、生活给水管道合用”。但对高层建筑，高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005版）第7.4.1条规定“室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置”。1.生活供水与消防供水的合用优点2应注意的有问题,第4章 给排水自动化原理,18,4.1.2 生活供水与消防供水的合用,1.生活供水与消防供水的合用优点：(1)生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。(2)生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵组，且便于设备管理和维护。(3)设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。(4)水泵软启动、软停车，无冲击和超压危害。系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有1台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。,第4章 给排水自动化原理,19,4.1.2 生活供水与消防供水的合用,2应注意的有问题：(1)应设消防接口，如有消防报警系统应设24VDC无源启停接口。(2)应有消防时确保消防用水的技术措施，如在生活总管上安装电磁阀，消防时关闭生活用水。(3)应设水位接口，消防低水位报警，并关闭生活用水。(4)应有双恒压功能，即平时低恒压生活供水，消防时自动转入高恒压消防供水。(5)消防时应限制退泵操作，以防止压力不稳。,第4章 给排水自动化原理,20,4.2 变频调速恒压供水系统,变频调速恒压供水系统主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成，通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，有两种方法：(1)每台水泵配用一台变频器。根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，只有一个闭环回路，较简单，但成本高。(2)所有水泵配用一台变频器。成本低，性能良好，但控制程序较复杂，是发展方向。,第4章 给排水自动化原理,21,4.2.1 变频恒压供水系统的工作过程,变频恒压供水自动控制的原理框图如图4.8所示。系统工作时每台水泵处于三种状态之一，即工频电网拖动状态、变频器拖动调速状态、停止状态。,第4章 给排水自动化原理,22,4.2.1 变频恒压供水系统的工作过程,为了使变频恒压供水具有优良的节能效果，宜采用多泵并联的供水模式。现假定系统拖动2台以上的水泵运行，其运行过程如下：(1)系统开始工作时，供水管道水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1起动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1工作在调速运行状态。(2)当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速。,第4章 给排水自动化原理,23,4.2.1 变频恒压供水系统的工作过程,(3)当用水量继续增加，变频器输出频率增加到工频时，水压仍低于设定值，锁相同步控制环节控制水泵切换到工频电网后恒速运行；同时，使第二台水泵M2投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环控制，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，每当加速运行的变频器输出频率达到工频时，将继续发生如上转换，并有新的水泵投入并联运行。当最后一台水泵Mn投入运行，变频器输出频率达到工频时，压力仍未达到设定值，控制系统就会发出水压超限报警。,第4章 给排水自动化原理,24,4.2.1 变频恒压供水系统的工作过程,(4)当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行的第Mn-1台水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生上述转换，直到剩下一台变频泵运行为止。(5)当一台水泵变速运行，用水量接近于零。水泵最小转速为临界转速(变速运行水泵最小工作转速)时，可根据这一工作状态的长短和系统用水特点，使系统转换到间歇运行或小容量水泵运行。,第4章 给排水自动化原理,25,4.2.2 变频调速恒压供水系统的闭环控制,由图4.8知，水泵在运行中压力传感器将压力检测点(管网的中部)的管网压力H信号传输给变频器内置PID，当管网压力H低于设定压力H0时，变频器内置PID向变频调速器发出提高电源频率的信号，变频调速器将电机转速提高后，水泵的转速也相应提高，出水量增大，管道压力H也随之升高，当H高于H0时，变频器内置PID发出降低电源频率的信号，水泵的转速相应下降，水泵转速的提高与降低完全根据压力检测点的压力高于或低于设定压力H0来调节。,第4章 给排水自动化原理,26,4.2.2 变频调速恒压供水系统的闭环控制,因此，系统供水压力其本上维持在设定压力供水，也就是基本保持恒压供水。,第4章 给排水自动化原理,27,4.2.3 单台变频调速驱动多台水泵恒压供水系统的闭环控制,变频调速恒压供水控制系统的组成如图4.13所示。图中控制器的任务主要有两个:,(1)根据管道流量的变化，控制变频器的频率，调节水泵转速，以保证水泵出水口压力恒定。,(2)当已起动的水泵不能满足管道流量要求时，把变频器驱动的水泵切换至工频电源，并用变频器起动另一台泵，或者当变频器驱动的水泵运行于频率下限时，水压仍然过高，停止一台水泵。,图4.13 单变频器多台泵的恒压供水系统框图,第4章 给排水自动化原理,28,4.3 几种变频恒压供水设备的应用与控制,变频调速供水设备一般具有设备投资少，系统运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等特点。下面对几种变频供水设备的应用及控制方法进行介绍。1.普通循环软启动变频供水设备2.带小流量泵的循环软启动变频供水设备3.全流量高效变频供水设备4.深水井变频供水设备5.消防变频恒压稳压供水设备,第4章 给排水自动化原理,29,1.普通循环软启动变频供水设备,该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC(或变频控制器)，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵24台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵转为工频运行，变频柜再软启动第2台泵；若流量还不够，第2台泵转为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。,第4章 给排水自动化原理,30,1.普通循环软启动变频供水设备,另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过设定切换时间(一般设为12天)，变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7.5kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合，如循环水系统。,第4章 给排水自动化原理,31,2.带小流量泵的循环软启动变频供水设备,当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：变频主泵+工频辅泵；变频主泵+工频辅泵+气压罐；变频主泵+气压罐；变频主泵+变频辅泵+气压罐。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备12台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为36m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。,第4章 给排水自动化原理,32,3.全流量高效变频供水设备,对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL1/3QM时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能；并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3QM 1/2 QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。变频柜控制核心由PLC和多功能PID调节仪构成，系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。,第4章 给排水自动化原理,33,4.深水井变频供水设备,目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要求供水的系统，仍存在夜间小流量“费电”问题。为解决小流量耗电问题，可增配1台直径6001200L的囊式气压罐，一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量，合理设置小流量频率fL，当系统用水量变小，运行频率降至小流量频率fL时，系统进入小流量变频稳压状态，同时PLC自动计算潜水泵启动次数，若小时启动次数D12次，系统则回到潜水泵变频恒压供水状态。,第4章 给排水自动化原理,34,5.消防变频恒压稳压供水设备,多层建筑消火栓或自动喷水灭火系统采用消防主泵变频供水设备时，可不再设稳压小泵，由主泵变频运行来保压。若消防管网室外部分较大，可增加调节容量100L左右的稳压罐即可。设备的主要功能如下。（1）主泵变频稳压功能平时无消防时，设备处于变频稳压工作状态，由电接点压力表采集管网水压信号，当管网水压低于稳压下限时，消防泵变频运行，向消防管网补水；当管网水压达到稳压上限时，消防泵软停止。（2）自动换泵功能消防主泵具有周期轮换稳压运行功能，换泵周期由变频柜程序设定，一般设定为2448h。若设备检测到稳压主泵故障时，立即切换到另一台主泵稳压运行，并报警显示。,第4章 给排水自动化原理,35,5.消防变频恒压稳压供水设备,（3）自动巡检功能设备具有定期强制自动巡检功能或随时手动巡检功能，以防水泵长期不运转而“锈死”。巡检周期和单泵巡检运行时间可调。若水泵故障，设备可自动报警并记忆。（4）自动消防恒压供水设备接到消防信号，立即进入消防主泵恒压供水状态。变频柜具有循环软启动功能，若一台泵故障或流量不够，可自动变频启动另一台泵。消防信号解除，立即恢复至平时消防高稳压供水状态。（5）智能消防功能因火灾或管网漏水严重，在无消防信号情况下，设备自动进入消防高恒压供水状态并报警，防止真正火灾发生时水泵频繁启停，水压时高时低不稳，影响灭火用水。,第4章 给排水自动化原理,36,本章小结,了解和掌握生活给水系统与消防供水系统的自动控制原理和控制方法；掌握给水系统的几种给水方式；掌握变频器驱动和工频驱动的恒压供水技术。重点与难点：变频器驱动和工频驱动的恒压供水技术。,第4章 给排水自动化原理,37,本章作业,1.简述水泵直接给水系统监控原理。2.简述变频恒压供水系统的工作过程。3.简述几种变频恒压供水设备的应用场合。,