供水管网水锤电控装置的制作方法

本发明涉及一种供水管网水锤电控装置。

背景技术：

街面水电站位于福建省尤溪河流域上游，装机容量150mw*2，地下厂房结构，2008年投产发电。电站中控楼的消防用水取自后山高位水池（高程▽342米），高位水池由地下厂房两台消防水泵供水。

如图1所示，消防水泵投运以来水泵启动、停止瞬间水泵出水口处水压波动大，压力在1.8mpa至3.5mpa之间波动；高程290米处输水管路出现剧烈振动、摆动，波纹管严重扭曲，设备存在安全隐患。

供水管路在突然启停泵时，由于管内水流的惯性作用导致管内水流量的急剧变化，瞬间引起管内压力升高或降低，产生水流冲击波，就像锤子敲打一样，是谓水锤，有正水锤和负水锤。街面电站消防水泵启动、停止时在水泵出水口处出现水锤现象，瞬间峰值达正常工作压力的2倍，水锤的存在正是消防送水管网上各伸缩节以及阀门等管路连接部件发生渗水及损坏的主要原因。

水锤的破坏力与当时水流的动量有关，符合冲量定理，即ft=mv，也就是管内压力x作用时间=水的质量x水的流速。现有方式采用在消防水泵出口管道上以及高程290m处管路上分别加装水锤消除器，利用水锤消除器内合成橡胶弹性内胆吸纳输水管道水锤余压，对水波的瞬间压力提供快速而有效的缓冲，从而使管道内压力得到调节。

然而加装水锤消除器后虽然在一定程度上消除水锤作用引起的水压波动，但消防水泵在启动、停止时水泵出口水压波动最大值依然达到2.5mpa，这样幅值的水锤存在是目前消防送水管网上各伸缩节以及阀门等管路连接部件发生渗水及损坏的主要原因。

因此在不能改变水的质量的状况下，本申请考虑从减缓水的流速以及延迟其作用时间的角度去降低管内的水流压力，从而消除其水锤效应。针对街面电站消防供水系统，延长消防水泵的启动和停止时间，使水泵出口水流缓慢地递增和递减，便能减缓水流冲击达到减小水锤效应。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种供水管网水锤电控装置，通过控制消防水泵软启软停，消除消防管网的水锤产生，且能够实现压力恒定调节功能使供水管网在消防水泵在启停阶段外的保持压力稳定不变化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种供水管网水锤电控装置，包括控制模块及与该控制模块连接的变频器、用于接收火灾报警主机火警联动信号的第一开入模块、用于检测消防水池水位信号的第二开入模块、用于检测管道压力的压力传感模块；控制模块接收第一开入模块、第二开入模块、压力传感模块的采集信号并通过软件编程对包括水泵、变频器的各功能单元进行协联控制，实现消防水泵的软启软停控制；变频器、水泵以及总管压力变送器等设备组成管网的恒压供水系统，实现管网的恒压供水控制功能。

在本发明一实施例中，所述控制模块采用plc。

在本发明一实施例中，所述控制模块还连接有电站集控中心，以实现整个供水系统的自动运行监视和远程人工干预。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明装置采用plc+变频器的自动控制系统设计思路的优点体现于：是从消防管网水锤产生原因入手，通过控制消防水泵软启软停，消除消防管网的水锤产生。水泵启动后该自动控制系统投入压力恒定调节功能使供水管网在消防水泵在启停阶段外的保持压力稳定不变化。

附图说明

图1为改造前消防水泵系统。

图2为本发明供水管网水锤电控装置控制框图。

图3为本发明变频器、水泵以及总管压力变送器组成管网的恒压供水系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图2、3所示，本发明的一种供水管网水锤电控装置，包括控制模块及与该控制模块连接的变频器、用于接收火灾报警主机火警联动信号的第一开入模块、用于检测消防水池水位信号的第二开入模块、用于检测管道压力的压力传感模块；控制模块接收第一开入模块、第二开入模块、压力传感模块的采集信号并通过软件编程对包括水泵、变频器的各功能单元进行协联控制，实现消防水泵的软启软停控制；变频器、水泵以及总管压力变送器等设备组成管网的恒压供水系统，实现管网的恒压供水控制功能。所述控制模块采用plc。所述控制模块还连接有电站集控中心，以实现整个供水系统的自动运行监视和远程人工干预。

以下为本发明的具体实施过程。

如图2所示，本发明的供水管网水锤电控装置，采用plc+变频器的自动控制系统，对消防水泵进行变频调速控制，实现消防水泵的软启软停以及管网的恒压供水控制功能。

plc是整个系统的控制核心，具备了信号收集、逻辑判断以及输出指令等强大顺控功能。通过软件编程，十分灵活地实现对各功能单元如水泵、变频器等的协联控制。另外，它通过通讯网络与电站集控中心后台工作站联接，实现人机对话。电站集控中心后台工作站的图形化的模拟流程可实现整个供水系统的自动运行监视和远程人工干预。

变频器的变频调速功能是作为一种新型的交流电机无级调速驱动技术的应用，以其独特优良的控制性能被广泛应用于各速度控制领域。变频器具备多段梯级启停功能，能够完成对消防水泵的阶梯式的软启软停控制要求，因其级数差值和时长均可灵活设置，非常方便现场调试使之达到最佳的控制效果。

解决消防水泵的启停问题后，我们还可以基于变频器的内置闭环控制功能，将变频器、水泵以及总管压力变送器等设备按下图3组成管网的恒压供水系统，完成供水管网的压力恒定调节功能，使供水管网在消防水泵在启停阶段外的保持压力稳定不变化。在控制论中，负反馈形式的闭环控制是最基本的控制方式，且应用广泛。所谓闭环控制是指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。系统由于某种干扰的存在，使得实际输出偏离期望值，利用负反馈产生的偏差形成相应的控制作用去消除偏差，使系统输出量恢复到期望值之上。同开环控制系统相比，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。实际应用中我们屏蔽微分环节的调节作用（将微分系数kd置1），保留比例和积分环节构成pi控制器。根据pid控制原理可知，比例项p是起放大系统误差的幅值调节系统的响应速度的作用，增大比例系数kp可以加快调节减少静差，但kp过大会造成系统超调产生振荡，使系统稳定性变差；引入积分调节是为了使系统消除稳态误差提高无差度，积分作用的强弱取决于积分的时间常数ti，减少ti将减少积分环节的调节作用，有利于减少比例环节中的超调现象，使系统趋于稳定，但系统消除静差的速度变慢。因此，比例环节和积分环节的作用是相互影响的，其不同参数的整定对系统控制品质有着直接影响。那如何确定pi控制器的参数kp和ti呢。从应用角度看，我们要求被控对象主要指标能够达到设计要求即可。通常我们采用试凑法，根据变频器各pid参数对系统的影响程度按先确定比例系数kp后确定积分时间常数ti的步骤，通过系统试验运行，反复进行整定—调整—再整定，使之达到最佳的控制效果。

成果及应用领域：

通过对两台消防水泵的电气控制部分进行改造。采用plc+变频器的自动控制方式，变频器选用艾默生变频器td2100系列供水专用变频器。经过一年多的试运行，消防水泵启动、停止时出水口水压波动在1.8mpa至2.0mpa之间，水压上升率小于120%；高程290m处消防管路产大振动、摆动扭动已基本消除。

本发明亦可应用于以水或其他液体为介质的流体在管网输送过程中，当瞬间开、关阀门或瞬间启动、停止输送泵运转时引起的流量和压力突变而在管内产生水锤现象的输送管网系统，比如城市供水系统、工业厂房消防供水系统、水电站的多支路技术供水系统等。本发明提供的plc协联控制模式以及基于变频器内置闭环控制功能构建的变频恒压调节功能具有独特优良的控制性能。

以上是本发明的较佳实施案例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。