变频恒压供水技能实训模型
变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统,随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强,变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。在智能建筑教学领域,恒压供水系统已成为一个研究的重要课题,其典型结构是由压力传感器、可编程控制器(PLC)、变频器、供水泵组等组成。然而,实际应用的变频恒压供水系统因其结构庞大、分布广、不形象直观,故不适宜直接作为教学实验装置。为满足科研和教学要求, 目前市场上也出现不少恒压供水的实验设备,但其性能大多参差不齐,缺乏系统的全面性、集成性。有些厂家生产的恒压供水系统采用继电器接触器控制电路,通过控制水泵的起停和调节泵出水阀的开度来实现恒压供水,这样不但线路复杂,操作麻烦、维护困难,而且由于驱动电机是恒速运转,而水量是靠水泵出水阀开度的控制,这样浪费了大量能源。许多厂家虽然也生产出了变频恒压供水系统的实验装置,但仅模拟了一路管道和一台或几台水泵机组,采用PLC进行简单的逻辑控制。这种过于简化的系统,完全忽略了工程的概念,只是一种简单的单回路控制实验装置,失去了楼层供水的意义;有些厂家虽然也设计出了楼层模型,但其水网仅有一路系统,无法模拟真实的楼层供水系统(包含消防水系统、生活水系统、生产水系统);在控制系统设计上,仅靠PLC等控制设备独立完成自动控制过程,缺乏牢靠的手动措施,从而使系统投运前的不确定因素无法排除。
变频恒压供水技能实训模型满足了变频恒压供水系统中的基本要求,它是一种模拟楼层现场恒压供水系统的实验装置,是由储水系统、动力系统,输送系统、回水系统和控制系统(手动控制、自动控制)组成。它利用流量与转速成正比,而电机的消耗功率与转速的三次方成正比的关系来实现节能,即当需求的压力降低时,电动机转速降低,泵出口流量减少,电动机的消耗功率大幅度下降,从而达到节能的目的。
对象系统由四台不同功率的水泵机组组成,功能上划分为常规变频循环泵(2台)、消防增压泵(1台)、休眠小泵(1台),分别用于模拟正常模式下的生活供水动力系统和夜间小流量的生活供水动力系统以及消防水动力系统;输送系统结构上划分为生活水系统和消防水系统,生活水和消防水两路水系统之间采用特殊的单向影响结构,保证了消防管道在非火灾模式下的内部水压,而消防模式下的消防水压不影响正常的生活供水压力;回水系统采用有机玻璃材料结构,以使实验系统具有可观察性。
控制系统采用手动和自动两种控制方式,在自动控制器失效的状态下,用手动控制系统也能保证系统地可靠运行。在系统投入自动运行前,手动控制还可用于检验动力线路和动力设备的工况。在有变频和工频两种运行状态的设备间,采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护设计,以保障设备的安全运行;该系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护等多重保护机制,充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全。
一、系统结构
“VSBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”采用"PLC+变频器+手动控制器”的控制模式。控制结构如图一：
二、对象模型
其对象模型系统主要有4台水泵构成,其中两台为常规变频循环泵,一台为休眠小泵,一台为消防泵。该系统能够模拟供水现场的各种复杂状况,使实验设备更加贴近于实际工程。本实验装置可实现的功能有:
1)生活供水管网的恒压供水
2)特定时日供水压力控制。每日可设定四段压力运行,以适应供水压力变化的需求;
3)夜间可启动休眠小泵运行,以实现*大限度的节能;
4)火警状态,可自动启动消防泵
5)可实现上位机控制。
对象模型如图二。
对象主要设备的技术指标如下:
1,对象高度:2米;
2·输水管道口径12mm;
3.生活水系统
3.1生活水系统支路出水口(水龙头)数量12个(每层2个),口径12mm
3.2按照每个水龙头出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算,需求工作流量1000ml/s=60L/min,额定工作扬程>3m。
3.3生活水动力系统由2台水泵(变频运行)构成,每台功率为370w,扬程12m,流量50L/min,进水口径20mm,出水口径12mm (另有一台小功率工频水泵功率为180W,扬程8m,流量30L/min,进水口径16mm,出水口径12mm,它用于在夜间小流量时对生活管网的供水)。
4·消防水系统
4.1消防供水支路出水口数量6个(每层1个),口径12mm
4.2按照每个消防栓出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算,额定工作流量600ml/s=36L/min,需求工作扬程>3m
4.3消防供水支路水泵功率为370w,扬程12m,流量50L/min,进水口径20mm,出水口径12mm (技术参数与恒压供水支路的2台变频水泵一样)。
注释:以上管径指内径。
图二变频恒压供水对象模型结构
三、控制屏操作说明
1.“三相电源总开关”带有漏电保护器,用于控制整个系统的电源通断状态。
2.“启动”、“停止”按钮用于控制“工频输出”端的电源输出和手动自动开关。
3,八只红色运行状态指示灯用于指示系统手、自动状态和水泵的6种工作状态。
4, “手动/自动”开关用于系统在手动和自动控制两种状态下的切换。
5,八只手动控制按钮在手动状态下有效(在自动状态下无效),分别用于在手动状态下控制四台水泵。
