【正文】 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 1 電氣系高級工畢業(yè)課題 設(shè) 計 說 明 書 課題名稱 雙恒壓無塔供水系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 寧波技師學(xué)院電氣技術(shù)系 二 零 一 四 年 二 月 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 2 目 錄 1 前言 ………………………………………………………………………… …… 4 雙恒壓供水的目的和意義??????????????????? 4 消防、生活供水的特點?????????????????????? 4 消防、生活供水的實現(xiàn)?????????????????????? 5 論文的主要工作????????????????????????? 7 本章小結(jié)?? …………………………………………………………………… 7 2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)理論分析 ……………………………………… 8 序言?????????????????????????????? 8 工藝調(diào)節(jié)過程簡介???????????????????????? 8 變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)???????????????????????? 8 節(jié)能分析??????????????????????????? 13 小結(jié)??? ………………………………………………… ………………… 15 3 總體方案設(shè)計 ………………………………………………………………… 17 系統(tǒng)總述?????????????????????????? 17 壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略 ??????????????? 17 壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 ??????????????????? 18 總體設(shè)計框架 ???????????????????????? 19 本章小結(jié) …………………………………………………………………… 21 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計 ………………………………………………………………… 22 設(shè)備選擇??????????????????????????? 22 外部電路設(shè)計????????????????????????? 29 控制電路設(shè)計????????????????????????? 30 變頻器參數(shù)設(shè)定???????????????????????? 32 本章小結(jié)? …………………………………………………………………… 34 5 軟件系統(tǒng)設(shè)計 ………………………………………………………………… 35 泵站軟件的設(shè)計分析???????????????????? ?? 44 程序結(jié)構(gòu)??????????????????????????? 35 程序功能實現(xiàn)????????????????????????? 35 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 3 控制程序設(shè)計????????????????????????? 38 本章小結(jié)? …………………………………………………………………… 39 6 系統(tǒng)調(diào)試 ……………………………………………………………………… 40 變頻器調(diào)試?????????????????????????? 40 PLC 的調(diào)試??????????????????? ??????? 42 本章小結(jié)??????????????????????????? 43 結(jié)論 ??????????????????????????????? 47 1 前言 傳統(tǒng)的生活及生產(chǎn)供水的方法是通過建造水塔維持水壓。但是，建造水塔需 要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 4 然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題，通常的辦法是 :用水量大時，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)。 這就是恒壓供水的基本思路。交流變頻器的誕生和 PLC 的運用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便 。 1. 1 雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 變頻調(diào)速雙恒壓系統(tǒng)，是現(xiàn)今社會供水的一個新興的課題。首先，它把傳統(tǒng)的消防、生活兩套供水系統(tǒng)綜合在一個系統(tǒng)中，通過特殊的方法，兼顧生活、消防各自供水的特點和差異性，既能保證正常情況下高質(zhì)量生活供水，又能保證消防狀態(tài)下可靠的消防水源。其次，雙恒壓供水系統(tǒng)，能根據(jù)不同的季節(jié)，不同的供水時段，以及各種意外的情況作出反應(yīng)，保證系統(tǒng)管網(wǎng)的恒壓，減少供水欠壓和過壓兩種不合理現(xiàn)象。改 變了傳統(tǒng)的恒速泵，或水塔、水箱供水方式的缺點 。也避免了像水塔或水箱二次污染的可能，使設(shè)備和系統(tǒng)平穩(wěn)和可靠，同時節(jié)能顯著。此外，構(gòu)造這樣一個控制系統(tǒng)可減小占地面積，降低一次性投資，系統(tǒng)安全可靠，維修管理方便。 本論文就如何構(gòu)筑這樣一個系統(tǒng)提出了一套較完備的方案，對此方案的實際運用，做了較深入的理論探討，并結(jié)合工作實際，做了一套切實可行的系統(tǒng)。 1. 2 消防、生活供水的特點 傳統(tǒng)的消防、生活供水方式是分別獨立的兩套系統(tǒng)，這樣既不經(jīng)濟(jì)又不合理，而且在真正發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)的可靠性使人置疑，并且人為地 增加投資成本和運行費用。 合理選擇給水系統(tǒng)對住宅給排水的設(shè)計尤為重要。中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《居住小區(qū)給排水設(shè)計規(guī)范》 (CECS57:94)中明確規(guī)定 :多層建筑居住小區(qū)，應(yīng)采用生活消防共用的給水系統(tǒng)。同樣，對于多層住宅建筑內(nèi)的生活給水與室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的共用，則有利于給水系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化 多層住宅建筑的生活、消防給水系統(tǒng)的設(shè)置目的和運行方式不同。消防用水必備但不常用，是應(yīng)急使用系統(tǒng)，力求簡單，應(yīng)盡可能減少設(shè)備 :生產(chǎn) (生活 )用水是常用系統(tǒng)，但所需水量時大時小。如合理地采用加壓供水系統(tǒng)，并使消 防、生活供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，則不僅可以大大減少不必要的投資，而且能省去日常的維護(hù)費用 生活、消防供水的實現(xiàn) 給水系統(tǒng)由三臺工頻水泵和一套變頻控制系統(tǒng)組成，工頻泵組各根據(jù)負(fù)荷情況選定不同臺數(shù)的水泵及電機(jī)。三臺泵輪流備用。這樣就避免了長期不使用水泵，發(fā)生水泵銹電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 5 死的現(xiàn)象。 平時生活用水由一臺泵組供給，工作在低壓狀態(tài)下，保證給水管網(wǎng)末端用戶所需要的水壓和水量，同時保持消防管網(wǎng)的一定水壓和水量。保證了水質(zhì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和水量的穩(wěn)定性?；馂?zāi)時，根據(jù)消火栓的緊急按鈕指令或消防指令信號啟動 (手動或自動 )消防 供水系統(tǒng)，三臺泵啟動加頻工作保證消防管網(wǎng)消防所需要的水壓和水量。但為使此供水系統(tǒng)安全可靠，此供水系統(tǒng)要求有獨立的供電電源或獨立的供電回路，保證泵房給水的安全可靠，以保證火災(zāi)區(qū)斷電不斷水，同時該系統(tǒng)應(yīng)該用雙路自動切換電源，以確保消防水泵的用電可靠安全。 變頻調(diào)速恒壓供水用于高層建筑群和住宅小區(qū)，可節(jié)約設(shè)備投資，而且集中管理維護(hù)較為方便，既可靠又經(jīng)濟(jì)。此外，此供水方式和每幢樓有屋頂水箱或用氣壓罐給水方法比較，有許多優(yōu)點。用此方式供水，隨時都能保證消防管網(wǎng)所需要的水壓和水量，根據(jù)用水量大小自動調(diào)節(jié)給水 量、自動增加或減少運行工作泵，節(jié)省電力，壓力穩(wěn)定，不會有超壓或欠壓運行的現(xiàn)象。備用泵參與運行，可避免長期不運行而銹死。在變頻器發(fā)生故障時，能自動切換到工頻供電繼續(xù)維持供水。水泵發(fā)生故障時，故障泵退出，備用泵自動投入。不僅可以全自動運行，而且可以無人值守，方便維修管理。它還避免了原屋頂水箱里水質(zhì)的二次污染，減輕了建筑負(fù)荷，節(jié)省建筑造價，保持建筑結(jié)構(gòu)完美，節(jié)省使用空間等等。有利于開發(fā)建設(shè)行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，綜合管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。 1. 目前供水系統(tǒng)的模式 對于居住住宅樓的給水系統(tǒng)設(shè)計，傳統(tǒng)的供水方式一 般采用①恒速泵直接供水 。②采用高位水箱供水 。③氣壓罐供水。 恒速泵供水 此方式是一種傳統(tǒng)的水系統(tǒng)供給方式，對于離心式機(jī)泵，過去常采用手動或自動調(diào)節(jié)控制閥、調(diào)節(jié)閥的開度來改變和調(diào)節(jié)流量，即用人為增減阻力的辦法來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝需要小流量時，調(diào)小調(diào)節(jié)閥開度機(jī)泵的能量大量損失在閥門和調(diào)節(jié)閥上，浪費了許多能量。而往復(fù)式機(jī)泵常通過備用機(jī)組、直流電機(jī)調(diào)速、旁路調(diào)節(jié)來適應(yīng)工況的波動。但若備用機(jī)組頻繁啟停，可能會導(dǎo)致工況的振蕩，同時也會影響設(shè)備壽命和電網(wǎng)電壓。改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)手段，因 為轉(zhuǎn)速降低后，流量成比例下降，而功耗的下降是大于該比例 的。但是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)受驅(qū)動機(jī)的限制，采用直流電動機(jī)調(diào)速較為方便，但增加了整流裝置，而且直流電動機(jī)價格昂貴。且兩者都有運轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性較差、維修工作量大的缺點。恒速泵由于耗能不合理，控制方法的不足，適應(yīng)性差將逐漸被淘汰。 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 6 1 .3. 2 高位水箱供水 采用樓頂設(shè)高位水箱供生活用水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運行、維護(hù)和管理過程中，此供水方式存在一些問題。例如，由于屋頂水箱的材質(zhì)及表面防腐物質(zhì)的有機(jī)成分不同，造成水質(zhì) 嚴(yán)重的二次污染 。目前對水箱內(nèi)存水的消毒問題并未得到較好的解決，水箱內(nèi)經(jīng)常還發(fā)現(xiàn)有死老鼠的情況 。加之屋頂高位水箱的有效容積受建筑負(fù)荷限制，一般考慮只貯存 10 分鐘的消防用水量，高層建筑一旦發(fā)生為災(zāi)，靠水箱供應(yīng)撲滅火災(zāi)的消防水量，是遠(yuǎn)不夠的。如對于消防水泵長期不使用，經(jīng)常發(fā)生銹死現(xiàn)象，消防管網(wǎng)中長期存水而形成死水，對發(fā)生火災(zāi)時不利。故高層建筑的二次加壓供水設(shè)施 — 高位水箱，給人們的生活和物業(yè)管理者帶來的問題急需解決。 高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實際是一個壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個壓力就是水位的高度。而管道的阻力特 性卻是變化的，當(dāng)水的用戶多時 (也即打開閥門，放水的支路多時 )，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。 雖然高位水箱供水由于運行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二次污染等豁占。 氣壓罐供水 氣壓罐給水設(shè)備用于消防供水系統(tǒng)，在工程實踐中已屢見不鮮。氣壓罐在消防工程中的用途不外乎 :一、其調(diào)節(jié)水量可滿足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱 。二、作為增壓設(shè)施，以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足 — 即 滿足大樓頂層消火栓處 7m靜水壓要求 。三、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動消防泵并發(fā)出火警訊號用。上述三種用途有一共同點，即均需貯存滿足規(guī)范要求的消防用水量。 氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，近幾年來己在高層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動頻繁、對電器設(shè)備要求較高等缺點，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。事實上要制造滿足貯存調(diào)節(jié)水量為 18, 12. 6m3 的氣壓水罐，在技術(shù)上是可以做得到的。但在實際工程中，由于受到建筑物內(nèi)場地限 制而很難實現(xiàn)。為此廣大設(shè)計人員對氣壓水罐只用作增壓及穩(wěn)壓設(shè)施 1. 4 論文的主要工作 本論文的主要工作是城鎮(zhèn)小區(qū)供水系統(tǒng) (包括生活和消防 )的實施和控制，采用無塔和無箱供水方式進(jìn)行設(shè)計和實施，其實施結(jié)果證明是可行的，具體而言，本論文的主要工作如下 : 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 7 構(gòu)筑城鎮(zhèn)小區(qū)的雙恒壓供水系統(tǒng) (設(shè)計、論證 )。 系統(tǒng)詳細(xì)構(gòu)件組成 (變頻器、 PLC、水泵、電機(jī)及電器輔助驅(qū)動器件等 )，及這些構(gòu)件選用的理論依據(jù)。 整個系統(tǒng)調(diào)速過程和節(jié)能的理論分析。 系統(tǒng)通訊實現(xiàn) (包括變頻器、 PLC 通訊的 硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn) )。 PLC、變頻器、外圍接口的連接及 PLC 的編程。 系統(tǒng)的總體調(diào)試 (關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，調(diào)試遇到問題及解決辦法和措施 )。 本論文是用理論去分析，解決實際工程問題來實施設(shè)計的一個完整控制系統(tǒng)，證明是可行的，它為以后的城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的設(shè)計和實施提供了一個范例。 1. 5 本章小結(jié) 綜上所述，城鎮(zhèn)社區(qū)生活、消防給水人用系統(tǒng)，在解決了常規(guī)性技術(shù)問題后優(yōu)點凸現(xiàn)。 ①生活消防共用給水系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)可行的給水方式，減少了投資的成本。對于集中水泵層，在室外總體上僅 設(shè)一路生活給水管，節(jié)省了建設(shè)費用，且便于管理維護(hù)。 ②設(shè)置屋頂水箱能滿足消防初期給水的要求，符合現(xiàn)行的防火計規(guī)范 。通過緊急關(guān)閉閥的采用，保證了消防給水系統(tǒng)的可靠，適合于住宅物業(yè)的維護(hù)管理。但是，消防水箱的設(shè)置并不一定能滿足最不利消火栓水壓和水量的需求，而且水箱設(shè)置高度還需滿足住宅設(shè)計規(guī)范對室內(nèi)分戶水表前的給水靜水壓力要求。同時，屋頂水箱的設(shè)置也增加了給水二次污染的機(jī)會。不設(shè)屋頂水箱的給水方式有利于生活給水，既能保證生活給水的水量、水壓，又能保證水質(zhì)的衛(wèi)生。 電氣專業(yè) 高級工畢業(yè)課題設(shè)計說明書 8 2 變頻調(diào)速恒壓供水理論分析 2. 1 序言 變頻調(diào)速恒壓供水是 90