供水系統(tǒng)與節(jié)能技術綜述【文獻綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)文獻綜述</p><p><b>　　電氣工程及自動化</b></p><p>　　供水系統(tǒng)與節(jié)能技術綜述</p><p>　　摘要：在居民生活用水、工業(yè)用水、各類自來水廠、油田、油庫、鍋爐、定壓供熱和恒壓補水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中依舊采用傳統(tǒng)老式的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設備。不但占地面積和設備投資

2、巨大，維護困難，而且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大量的快速供水需求。同時由于供水量的隨機性采用傳統(tǒng)控制方法，難以保證供水壓力的恒定和實時供水造成能量浪費嚴重。為解決這一問題。本課題設計了一種新型恒壓變頻供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89S51單片機為核心，采用PID算法，硬件部分采用高精度高穩(wěn)定的信號采集、傳輸、處理系統(tǒng)方便對系統(tǒng)工作的監(jiān)控。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力和運行的穩(wěn)定性系統(tǒng)利用MAX813L芯片實現(xiàn)了單片機系統(tǒng)的看

3、門狗電路、電源故障監(jiān)控和復位電路。使系統(tǒng)更加緊湊。本文闡述了系統(tǒng)的控制要求，分析了系統(tǒng)的工作原理和工作過程。給出了各部分硬件設計過程及其相關電路，軟件設計過程，控制算法實現(xiàn)流程圖。著重說明了PID算法在單片機上的實現(xiàn)方法，同時闡述了系統(tǒng)的工作特點。實驗證明這是一種經濟實用的先進控制技術。 </p><p>　　關鍵詞：單片機；變頻器；PID；恒壓變頻供水</p><p><b>

4、　　1引言</b></p><p>　　眾所周知，水是生產生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成

5、能量的浪費，同時有可能使水管爆破和用水設備的損壞[1]。在恒壓供水技術出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式[2]。例如水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質量極差。</p><p><b>　　2供水的種

6、類</b></p><p>　　2.1恒速泵加水塔的供水方式</p><p>　　這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力[3]。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容

7、量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時間比、開、停頻率等有關。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調，不能兼顧近期與遠期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題[4]。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質量的嚴重下降[

8、6]。</p><p>　　2.2恒速泵加氣壓罐供水方式</p><p>　　這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調速供水方式后，再將二者作一比較。<

9、;/p><p>　　2.3變頻調速供水方式</p><p>　　這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再通過控制器調節(jié)變頻器的輸出，無級調節(jié)水泵轉速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內。變頻調速水泵調速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。</p><p>　　(1) 出口恒壓

10、控制</p><p>　　水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定[7]。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。</p><p>　　(2)

11、出口變壓控制</p><p>　　水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不只是一個[8]。是將每日24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確程度。所需水泵出口壓力計算得越符合實際情況越節(jié)能，將

12、全天分得越細越節(jié)能，當然控制的實現(xiàn)也越復雜[9]。</p><p>　　(3) 最不利點恒壓控制</p><p>　　最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處，使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定[10]。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，于最不利點一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實際應用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。</p><p>　　變頻調速的

13、方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉速、額定流量的條件下工作。當系統(tǒng)所需水量下降時，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調節(jié)水泵轉速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流很小，啟動能耗比較小。另外氣壓

14、罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。而變頻調速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調速式中的調速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見變頻調速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。在運行效果上，氣壓罐方式與調速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。由于每個罐的調節(jié)能力很小，因此只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這

15、樣將產生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設備損壞很快[11]。變頻</p><p><b>　　3結束語</b></p><p>　　隨著經濟的發(fā)展，多種供水方式日趨成熟。變頻調速供水系統(tǒng)廣泛應用于居民區(qū)、賓館及其它公共建筑的生活用水、鍋爐補給水，加壓泵站、各類工礦企業(yè)的生產用水、消防用水、鍋爐恒壓補水、輸油管道增壓、注水系

16、統(tǒng)、農田灌溉等。變頻調速供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會效益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳和平,周篁.我國中長期節(jié)能目標及行動方案探討[J].中國能源,1999,(8):6～10.</p><p>　　[

17、2] 張旭.泵站工程的發(fā)展趨勢[J].科技情報開發(fā)與經濟,2002, 12(4): 210～211.</p><p>　　[3] 泵及泵站專業(yè)委員會.泵及泵站工程科技進步綜述[J].中國水利,2004,(10):23～25.</p><p>　　[4] Lindell E,Ormsbee,Ormsbee.Optimal Control of Water Supply System.Wate

18、rResource Planning and Management Lindell E,Ormsbee.Optimal Control of Water Supply System.WaterResource Planning and Management[M].ASCE.1994,2.</p><p>　　[5] LindellE,Ormsbee. Optimal Control of Water Supply

19、 Pumping System[M]. AWWA.1989,1.</p><p>　　[6]B.Ulanicki,J.P.rance.Computer-aided Optimal Pump Selection for WaterDistribution Network.Water Resource Planning and Management[M]. ASCE.1993,5.</p><p&

20、gt;　　[7] 左行濤. 并聯(lián)水泵變頻調速特性分析及在管路中的運用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2006.6.</p><p>　　[8]王錫仲,蔣志堅,高景峰.變頻優(yōu)化調壓節(jié)能供水裝置的研制[M].北京：北京工業(yè)大學,1998,10.</p><p>　　[9] Heilmann,T.Large Energy Saving withPump Operation.TFVVS [D]

21、.1996.</p><p>　　[10] 田希暉,薛亮儒.C5單片機技術教程[M].北京：人民郵電出版社,2007,10.</p><p>　　[11] 周楊.調速泵在工程中的應用[J].四川建筑大學,2004,24(2):92～93.</p><p>　　[12] 石兆玉. 變頻調速在供熱空調工程中的應用[J]. 中國建設信息供熱制冷,2004,5,10(6):