无负压供水方案选型自动控制方案说明
第一部分 SCN无负压供水方案选型说明
一、工程概述
本工程为，总为 栋楼， 户 高楼高60米
二、设计依据
1） 建设单位提供的实际工程资料及参数：见工程概述。
2） 相关国家及行业标准规范：
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收设计规范》（GB50242-2002）
《建筑给水排水设计规范》 （GB50015-2003）
《给水排水管道工程施工及验收规范》 （GB50268-1997）
《生活饮用水卫生标准》 （GB5749-1985）
《通用用电设备配电设计规范》 （GB50055-93）
《低压配电设计规范》 （GB50054-95）
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》 （GB50062-92）
《泵站设计规范》 (GB/T 50265-97)
《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2001）
《动力机器基础设计规范》 （GB50046-96）
三、供水方案
需要加压的部分采用壹套无负压供水设备恒压变频供水。
四、选型说明
1）生活用水量
依据《建筑给排水设计规范》3.6.1第1条，计算设计流量：
a) 根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，按下列公式计算出大用水时卫生器具给水当量平均出流概率。
= （%）（1）
式中 U0–大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）；
q 0-高用水日的用水定额；本工程取300L/P·d；
m-每户用水人数； 本工程取3.5人；
Kh-小时变化系数； 本工程取2.5；
Ng-每户设置的卫生器具给水当量数；本工程取5；
T-用水时数（h）; 本工程取24h;
0.2- 一个卫生器具给水当量的额定流量（L/S）；
计算结果：U0=0.0304
b) 计算卫生器具的同时出流概率：
(%) (2)
式中 U-卫生器具给水当量同时出流概率（%）；
ac-对应于不同的U0系数；本工程ac值为0.14732；
Ng-卫生器具给水当量总数；
计算结果：U=0.24；
c) 设计秒流量：（3）
经以上计算本工程所需大小时流量计算结果：
2)设备出水压力
按照 《建筑给排水设计规范》的规定，建筑物所需小服务水头按下式进行估算：
H≥1.2Hy +
其中： H----不利点所需小服务水头；
HY---不利配水点与引入管的标高差；
---不利配水点所需流出水头；
1.2---给水管网在不利点流量分配情况下，克服水泵出口至不利点用水点间的水头损失而综合考虑的系数。
代入数据得：H≥65m;
综上述计算可得，供水设备系统流量Q＝34m3/h H＝80m
五、 设备选型
根据上述计算所得参数选型如下：
设备型号： SCWG/3DRL12-8 (Q=34m3/h, H=80m,N=5.5kw*3)
水泵型号： CDL12-8 配置3台 扬子江不锈钢多级水泵
流量补偿器： YQQ-150 （304不锈钢） 一套
外形尺寸： φ600mm×1300mm
负压监测系统：NFQ-1 一套
控制柜系统： 一套
管道、 管件、阀门、配套仪表： 一套
六、 管径大小
泵房进出水管管径不小于DN150，水表口径大小为DN150。
第二部分 SCN无负压设备自动控制方案说明
一、 指导原则
一） 安全可靠：
１、水泵的保护：无水停机；有水开机；电源缺相停机；电机过载停机；变频器报警停机等。大限度保护水泵的安全。
２、变频器的保护：过电压保护、欠电压保护、加速时过电压保护、加速时欠电压、减速时过电压、减速时欠电压、电机温度过高保护、电机负载太小保护、变频器过载等保护。
３、电源保护：当流过电流过大时，系统自动断电达到安全的目的。当遇有雷击时，系统防雷模块自动启动保护系统。
４、信号防雷：在信号系统中，也加入了防雷模块，达到系统的保护目的。
二） 节能：
我们在自动控制中运用了能耗小的并联泵组合理运行搭配及调速方式的控制理论对设备进行控制，使泵处于佳工作点，从而达到比普通变频供水更节能的效果。
三） 节约用户运行成本：
在实时监控系统中，采用互联网数据传输，这样就大大节约了用户运行的成本。用户只要每月交固定的宽带包月费用就可以，省去了传统的电话线、或无线申请频点等费用。
二、 控制原理
1、变频供水行业存在以下问题：
A 在满足用户的需水量及保证供水压力的情况下，开并联泵组时，水泵节电很少甚至不节电；一台调速泵运行时，节电很少或不节电。
B当工况点、管网参数等情况发生变化后，且在泵站系统满足工况条件下，调速系统经常出现运行不稳定现象，从而造成节能效果不能保持低的单位电耗值。
2、在此基础上，我公司在控制理论上应用了以下理论使能耗小：能耗小的并联泵组合理运行搭配及调速方式的控制理论：在泵站系统的工艺参数（流量、压力）、设备参数（水泵、电机、调速装置）等确定的情况下，采用小二乘法理论找出H-Q之间的函数关系，运用并联泵组特性曲线拟合法，自动找出一套耗能小的运行搭配和调速方式，即优化泵组合方案（运行搭配合理的泵组工况点稳定运行在高效区间内）。当然，该优化泵组合方案并不一定是每台水泵都能达到优，在这里是指一个泵站内水泵优化组合后的总体效果，可以形象的说把整个泵站内已优化组合后的每一泵组合方案看作一台"水泵"，我们把泵组合方案称为"虚拟水泵"，而这一台"虚拟水泵"在一定压力和流量下，用小二乘法理论计算出"虚拟水泵"的特性方程和特性曲线为标准，找出"虚拟水泵"高效区的范围。当“虚拟水泵”的工况点不在高效区内运行时，控制系统可根据水泵调速的相似定理和等效率原理，通过设定参数自动调整变频泵的运行工况点，使动态运行"虚拟水泵"的工况点处在高效区内，此时单位流量耗能小（控制原理示意见图1）。
3、并联泵组合理运行搭配的数学方法
水泵的运行方式一旦确定，其流量(Q)和扬程(H)就存在一定的关系，即Q-H关系，通用表达式为：H=a0+ a1Q+a2Q2,利用小二乘法对该 二次曲线进行拟合，从而可确定以上关系式中的a0,a1,a2的参数，画出泵组标准的Q-H曲线，找出“虚拟水泵”的高效区。在Q-H曲线上先取若干个点，查出各点对应的Q、H值，构成X、Y、P三个矩隈，再利用小二乘法的计算公式(1)，可确定出水泵的特性参数a0, a0, a2:
P=(XXT)-1(XY) (1)
式中：
4、泵组调速方式的控制理论
由(1)、(2)两计算公式可得出“虚拟水泵”所有的泵组全方案中的H-Q曲线方程。根据相似定律，可以得到下式：
Q1/Q2=n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,N1/N2=(n1/n2)3;
欲使调速后的“虚拟水泵”方案工况点运行在高效区内，可根据相似定理和等效率原理，使“虚拟水泵”调速后的特性曲线经过设定的（流量、压力）参数点，此点就是“虚拟水泵”的佳工况点。
三、自控系统组成及功能说明：
１、设备具有远程网络控制技术，可以对现场的设备进行远程控制:
a、启动、停止;
b、更改设定压力;
c、对时间段进行设定及更改；
d、对相应时间段内的压力值更改；
e、四个时间段可以设定；
f、对每个时间段可以使其有效和无效。
２、MODEM远程监视
对设备运行过程当中的参数：水泵电流、当前电压、电机频率、进水压力、出水压力、设定压力、设定时间段、每台泵的累计运行时间、每台泵的运行状态（工频或变频）、两台泵功率、进水流量瞬时和累计、出水流量瞬时和累计、门禁开关、有无市电开关、浊度、余氯等参数有远程监视的功能（其中流量计、水质仪表、门禁开关一次仪表由用户提供）。在监控中心可以直观地、实时显示上述设备的各种运行状态。另外，开关量和模拟量具有可扩展性。
３、图像传输
本设备是利用宽带网络进行的图像传输。它具有多人可同时监控一个受控点；图像传输速度快等优点。每月只要交付宽带的月租费用即可。
４、远程报警
当设备出现故障或变频报警时，要具备向监控中心或设备管理人员报警的功能。当出现变频器报警、电源缺相、过流、过压、过载、停电、缺水、长时间达不到设定压力时，要向远程中心拔号报警。
５、设备要求具有自动保护功能，具有过电流、过电压、欠电压、缺相、过载、变频器故障等保护功能，并且设备具有自动报警和运行状态提示功能。
６、设备采用多台水泵并联互为备用工作方式时，具备各水泵机组均衡工作的技术。
７、对于PLC软件，提供功能说明书，源程序。功能说明书上包括各开关量和模拟量的输入输出和处理，MODEM的数据传输、实时监控接口数据的传输。
８、泵房全部的信号传递和控制是通过PLC的，在控制屏上要配小的人机操作界面。
９、设备的控制过程说明：
本设备是全自动供水设备，可以对用户提供无负压供水。它的工作过程如下：当人为启动设备使其自动运行时，先检测有无进水，在保证有进水的前提下，检测出水压力是否小于设定的压力，若小于设定压力则启动累积运行时间少的一台水泵进行变频供水；当出水压力还小于设定压力时，检测其小于设定压力时间持续2分钟以上，本水泵变频转工频，启动下一台水泵变频运行以达到恒压供水（若有两台泵以上，则判断其累积运行时间，取其运行时间短且没有故障的）。当此时用水量减小（即以现在的状态运行，出水压力大于设定压力）时，出水压力就会增高，这时变频水泵会降低频率，当频率低于20HZ且时间持续5min以上，这时停止先启动的水泵，保证先启动先停止，使两台水泵使用的累积时间相差很小。当没有进水时即进水压力为零且持续2分钟以上时，设备自动停机，以保护水泵及电机。当出现用户用水量增大或爆管现象时即水泵全部启动且时间超过设定的要求比如30min还是达不到设定的压力时，向远程监控中心报警。当断电后，再来电时，PLC上电自检，在电压正常、进水压力正常、无各报警信号后，启动设备按停止前的设定的压力恒压供水。
１0、本控制柜有自动和手动两种方式，在自动中又分远控和近控两种方式，其中手动和自动是互锁的，它是以一个主令开关控制的。远控和近控是一个指示灯，当从监控中心向其发出指令控制时，其灯亮；当监控中心取消控制时，其灯熄灭。其优先权是远控优先于近控；手动优先于自动。如水泵维修时不能有远程控制功能和自动投入运行功能。如果有一台泵出现故障不能运行，这一台泵要退出自动运行和不能远程启动这台水泵，这时变频器要自动启动另一台水泵，这样用户应到现场检修设备，查明故障具体出现原因。这时远程监控信号也已经传输到监控中心了。
１1、本设备要预留扩展模拟量模块或开关量模块的位置,当扩展模块安装上去后,软件不做任何改动可以投入使用。
第三部分 无负压设备技术经济投资分析说明
一、供水方式
传统的二次加压的供水采用水池、水箱和水泵联合供水方式，即由市政管网供水至水池，利用水泵和水箱调节流量。该方案虽能满足供水压力的稳定性和供水的可靠性，但由于自来水全部被放入水池中，再经过水泵二次加压提升至水箱向用户供水，不能利用自来水原有压力，系统能耗大；安装维护麻烦；同时因需要修建水池和水箱而带来的如一次性基建投资大，容易造成二次污染、漏水等一系列弊病。其供水方式原理图如下：
传统供水方式原理图
杭州双成供水设备有限公司公司采用的SCN型全自动变频无负压供水设备，不需要修建水池和加设水箱，二次加压供水设备可直接同市政管网联接，采用密闭式的稳流调节器和负压抑制器，利用PLC（可编程控制器）控制，自动调节，使自来水管道不产生负压，而且设备可叠加自来水管网的压力，达到节能的目的；与传统供水设备相比优势明显。其供水方式原理图如下：
SCN型全自动变频无负压供水方式原理图
二、无负压
负压形成及消除的有效性
管路中瞬变流是产生负压的重要原因如管网内压力突然波动；水泵快速启动和台数切换；水泵震荡、失控、突然升速；出水管断裂等很多情况下都会产生瞬变流，水柱分离而产生负压区。
我公司通过微电脑控制系统实现联合控制负压抑制器、稳压控制器实现无负压供水；从而避免对自来水管网产生影响。一方面负压抑制器自动控制启闭，智能补偿水泵工作时瞬变流对管网的抽吸、平衡稳流调节的压力使之不产生负压，一方面智能控制水泵平缓启动，避免水泵的失控、突变而造成对管网的影响。
三、节能
因与自来水管网直接串联，利用水泵的叠加原理，充分利用自来水管网的压力，只对自来水的进水压力和所需压力的差进行补压。当自来水满足要求时设备就停止工作，全部由自来水直供，与其他供水设备相比，节电可达50%-90%以上。
四、节约设备一次性投资
就设备投资而言，普通变频加压供水设备必须建设一个大型的蓄水池，无论在技术上还是项目投资上都是一笔不小的数目。大型水池相应的增加了泵房的占地面积，更加降低了土地利用率增加了投资。
而SCN型全自动管网直联罐式无负压成套供水设备不需要建水箱及泵房，节约占地面积。同时你可以把省下来的面积改造成车库，这样增加了投资收益。
五、水箱内水质污染问题
大型水箱由于内部水量较大，水池内的新旧水源交换比较缓慢，这样水箱内细菌繁殖速度就会加快，不良细菌含量过高，造成了严重的二次污染。
SCN型全自动管网直联罐式无负压成套供水设备全封闭运行，不会造成二次污染。
六、智能化程度高
采用高性能变频调速器，配备先进的可编程控制器，无需人员职守，无水自动停机，来水自动开机。水泵定时自动切换，过流、过压、过载、欠压自动保护。
七、安装简便、节省占地面积
设备体积小，节省占地面积，对泵房的基础无特殊要求，成套出厂，到现场直接与自来水对接，安装快捷方便，施工周期短。
八、产品先进、质量可靠、服务好
本设备完全按国际ISO9001：2000质量保证体系设计、生产、检验、服务；设备配置经过诸多生产厂家的筛选，具有可靠的质量保证。产品的关键零部件，如：电机、水泵、变频器、可编程控制器、断路器、继电器等采用国际国内知名品牌。
售后服务：设备保修期为一年，保修期内正常使用，属于质量问题造成的一切故障，我公司无偿修复或更换。
自设备正常使用之日起，保修期内我公司派专人每三个月一次免费巡检。
超出保修期以后，我公司永久性的对设备一年一次巡检，确保设备百分百可靠；接到用户维修电话后，售后服务人员将在第一时间赶赴现场进行维修。
本公司免费为客户提供技术咨询、应急操作。
感谢您访问我们扬子江泵业的网站www.yzj.cc，如有任何水泵疑问我们一定会尽心尽力为您提供优质的服务。