隨著我國(guó)加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì), 在生產(chǎn)、建設(shè)、流通、消費(fèi)各領(lǐng)域節(jié)約資源, 提高資源利用效率, 節(jié)能環(huán)保成為各項(xiàng)工作首要考慮的問(wèn)題。我國(guó)城市建設(shè)中, 智能建筑、智能住宅小區(qū)的建設(shè)如火如荼地進(jìn)行, 如何推動(dòng)公共建筑、生活小區(qū)、住宅節(jié)水和中水回用設(shè)施建設(shè)、推進(jìn)污水處理及再生利用變得非常重要。

智能建筑追求的終極目標(biāo)是舒適環(huán)保、節(jié)約成本、節(jié)能降耗。給水系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的子系統(tǒng), 如何控制給水系統(tǒng)達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的效果是非常值得研究的問(wèn)題。

1、智能建筑中的給水系統(tǒng)

在建筑領(lǐng)域, 智能建筑生活給水設(shè)備, 一般地說(shuō), 可分為兩種基本型式, 即匹配式與非匹配式。

1.1 非匹配式

非匹配式供水設(shè)備的特點(diǎn)是水泵的供水量, 總大于系統(tǒng)的用水量。需配置蓄水設(shè)備, 如水塔、高位水箱等, 以便將多余的水或全部的水暫時(shí)蓄存起來(lái)。當(dāng)蓄存的水, 達(dá)到高水位時(shí), 水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí), 由蓄水器向用水系統(tǒng)供水。當(dāng)蓄水器中的水被用到低水位時(shí), 水泵再次啟動(dòng)向蓄水設(shè)備供水。

1.2 匹配式

匹配式供水設(shè)備的特點(diǎn)是水泵的供水量隨著用水量的變化而變化, 沒(méi)有多余的水量, 不設(shè)置高位水箱等蓄水設(shè)備。

早期的水泵直供式給水系統(tǒng), 就是一種原始的匹配式供水設(shè)備。但由于水泵的速度不能調(diào)節(jié), 水壓隨用水量的變化而急劇變化。當(dāng)用水量很小時(shí), 水壓很高, 供水效率很低, 既不節(jié)能, 又使系統(tǒng)的水壓不穩(wěn)定。

近幾年來(lái), 由于電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及節(jié)能降耗的需求, 變頻調(diào)速裝置開始在民用供水系統(tǒng)中得到應(yīng)用。通過(guò)改變水泵電機(jī)的供電電源頻率, 調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速, 自動(dòng)控制水泵的供水量, 以保證在用水量變化時(shí), 供水量隨之變化, 從而維持水系統(tǒng)的壓力不變, 實(shí)現(xiàn)了供水量與用水量的相互匹配。成為較完美的匹配式供水設(shè)備, 省去了高位水箱, 也不用氣壓罐, 既節(jié)能, 又節(jié)省建筑面積。

2、變頻恒壓供水

2.1 常用雙泵供水控制方案

在雙泵變頻供水系統(tǒng)中, 目前常用的方案有:

a. 變頻主泵+工頻輔泵;

b. 變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐;

c. 變頻主泵+變頻輔泵。

兩臺(tái)泵供水, 適用于用水量不大, 供水可靠性要求不太高的場(chǎng)所。兩臺(tái)泵中的任何一臺(tái)都可以由變頻器供電, 任何一臺(tái)也均可由配電系統(tǒng)直接供電, 全速運(yùn)行。用變頻器自帶的PID ( 比例積分微分) 調(diào)節(jié)器及可編程控制器或繼電器控制, 使水路系統(tǒng)的水壓維持在一定范圍內(nèi)。

2.2 雙泵變頻恒壓供水控制

本課題采用變頻主泵+工頻輔泵控制方案。

運(yùn)用變頻器、PLC ( 可編程邏輯控制器) 或繼電器、壓力傳感器等設(shè)備進(jìn)行變頻恒壓供水裝置的開發(fā)。

在本裝置中, 兩臺(tái)泵中一臺(tái)是由變頻器供電的變速泵, 一臺(tái)為全電壓供電的定速泵。當(dāng)用水量較小時(shí), 只用變頻泵供水;當(dāng)用水量加大, 一臺(tái)變頻泵達(dá)到設(shè)定上限頻率仍不能滿足供水要求時(shí), 定頻泵啟動(dòng), 由兩臺(tái)泵同時(shí)供水; 當(dāng)用水量又減少至一臺(tái)泵能滿足供水量的要求時(shí), 定頻泵又停泵, 由變頻泵供水; 當(dāng)變頻泵或其調(diào)速裝置故障時(shí), 定頻泵作為備用泵延時(shí)啟動(dòng)單獨(dú)供水。此時(shí), 水壓隨用水量大小發(fā)生變化, 用水量大時(shí)水壓低, 用水量小時(shí)水壓高。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要通過(guò)變頻器所具有的PID控制,PLC或繼電器, 水壓傳感器, 三者組成單閉環(huán)PID控制, 使水壓穩(wěn)定于恒定狀態(tài), 同時(shí), 變頻泵在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程持續(xù)運(yùn)行, 變頻器的上限頻率為50Hz, 下限頻率為28Hz。

在進(jìn)行定頻泵的切換中, 我們既可以選用PLC進(jìn)行邏輯控制, 也可選用中間繼電器進(jìn)行切換控制。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn), 前者控制精度較高, 并可實(shí)現(xiàn)延遲開關(guān)的功能, 利于二次開發(fā); 后者造價(jià)便宜, 不需要復(fù)雜PLC編程, 利于實(shí)現(xiàn)和掌握。我們對(duì)以上兩種組合分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試并取得了較好的效果。

3、基于BACtalk的供水控制系統(tǒng)研究

3.1 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

本供水裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建在智能建筑實(shí)驗(yàn)研究中心樓宇控制實(shí)驗(yàn)室, 包括: VAV總風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)、變頻恒壓供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)等。

樓控系統(tǒng)采用美國(guó)艾頓公司的產(chǎn)品, 產(chǎn)品遵循美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BACnet (building automation controlnet) 協(xié)議,它能使樓宇中的各個(gè)系統(tǒng)達(dá)到互相通信,能實(shí)現(xiàn)整個(gè)樓宇的最優(yōu)控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。系統(tǒng)總共由20個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器, 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器, 和一臺(tái)PC機(jī)( 中央站) 組成。利用總線技術(shù)BACnet協(xié)議, 實(shí)現(xiàn)了基于BACtalk下供水系統(tǒng)裝置的開發(fā)。BACtalk控制系統(tǒng)硬件由1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器(VLC) , 與一個(gè)液位傳感器組成。

圖1 樓控實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)圖

3.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

利用已搭建好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái), 通過(guò)BACtalk編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)包括兩部分: 上位機(jī)界面的編程和現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC的編程。

上位機(jī)監(jiān)控界面的編程主要是: 在選取的被控系統(tǒng)上, 設(shè)置不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn), 從而能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器的狀態(tài)或者遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)控制器。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器的編程主要是利用VisualLogic圖形模塊,進(jìn)行功能模塊組合編程。其程序如圖2所示。

圖2 控制程序圖