1、【高校校园供水方式的改造实践】高校 摘要：根据高校用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了某校园原供水系统存在成本高，可靠性低，水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水为主，水泵提开为辅，水泵采用自动控制方式的改造思路。并据此进行了管网改造，及利用微型可编程控制器logo!实现水泵自控，取得了良好的节能节水效果。 1校园供水存在的问题 高校校园的供水和一般城市供水相比较为特殊。主要是由于校园内学生住宿区一般都较为集中，造成了学生宿舍、食堂的用水十分集中，且用水量较大。而其它建筑物如教室、实验室、教师住宿区等的用水量则相对较少。同时，用水的时间性强，一般在早上600800，中
2、午1100200，下午500700，晚上9001000四个时间段用水量最大，而其它时间则用水量一般。某高校的某区供水方式为：把城市自来水管网的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校园内高位水池，再由高位水池向校园管网供水。随着高校的扩招，学生人数显著增多，造成了经常性的供水不足，特别是学生宿舍和食堂最为明显，影响了学生和教师的正常生活秩序，同时该供水方式还存在如下问题： (1)供水成本高。由于校园内的用水全部采用水泵供水，造成电能的极大浪费和机电设备的大量损耗。 (2)供水可靠性低。由于水泵采用人工操作方式，高位水池的水位只能靠人为估计，而且高位水池离水泵房较远，无法做到准时开机和停机。会造成供水中断
3、或出现高位水池水位过高而溢流，电能和水资源造成浪费。另外，如果蓄水池水位过低，还会造成水泵空转，导致电能浪费和机电设备的加速损耗。 (3)水资源浪费。除水泵不能准时停机而造成的溢流浪费外。学生因高峰期供水中断，故经常打开阀门未关，造成来水后的浪费。很多学生在上课前或睡觉前打开阀门，用水桶或脸盆接水、贮水，造成来水后大量溢流，极大地浪费了水资源，增大了供水成本。 (4)校园管网系统设计有缺陷。对于一般建筑物，如教室、实验室、教师住宿区等，本来城市自来水的正常供水即可满足其用水量要求，但采用水泵供水后反而会出现供水不足的现象。同时，用水量大的学生宿舍屋顶水池设计偏小，调节能力较差。 2改造思路 (
4、1)校园供水以自来水供水为主，水泵供水为辅。由于自来水采用多厂联合供水的方式，并设有大量的多级调节水池和加压泵站，对水压和水量的调节能力较强。且自来水对供电事故的应急能力较强，机电设备的备用率较高，特别是经过近几年的管网改造，供水可靠性大大提高。因此，校园供水应充分利用自来水管网所提供的水压，满足校园供水中的大部分需要。针对用水量较大、用水集中、时间性强的学生宿舍和食堂，在用水高峰期会出现供水不足的情况。应在自来水正常供水的情况下，采用水泵供水作为辅助措施，发挥校园内蓄水池、高位水池和屋顶水池的贮水作用。这种供水方式既节约了大量电能，降低机电设备的损耗，获得良好经济效益，又提高了供水的可靠性，
5、满足校园的特殊供水需要。 (2)水泵供水采用自动控制方式。采用自动控制方式虽然会增加一些投资费用，但这部分费用与供水中的土建投资和机电设备投资相比是很小的。加上现在的自动控制装置技术成熟，可靠性高，既减少了人为因素的影响，提高了水泵供水的可靠性和准确性，又可减轻工作人员的工作量，降低能耗和机电设备的损耗，获得良好的经济效益，特别是长期运行，效益更加显著。对于自动控制装置的投资，也将因节水节能而很快回收。 3具体改造方案 3.1对校园供水管网进行适当改造 该校园的高位水池地理位置较高，通过对该校园附近的自来水管网压力进行多次实测，发现在自来水管网压力最高时，也不会造成高位水池溢流。因此，在改造时
6、设置一条管路直接把城市供水管网和校园供水管网连接起来，并在管路上安装质量较好的倒流防止器，只允许水流从城市管网流向校园管网，利用自来水自身的压力向校园管网供水，满足校园供水的大部分需要。而且当自来水管网压力较高时(如深夜)，还可实现各屋顶水池的贮水功能。对于高位水池，也能完成部分贮水任务，从而减少水泵的供水量，节约能耗，降低供水成本。如果在自来水管网压力最高时，会造成高位水池溢流，则在上述管路改造的基础上，还需在高位水池的出水干管上增加一个止回阀，只允许水从高位水池流出。并从城市管网上另引一路水管到高位水池，且用浮球阀控制其进水，以防止高位水池溢流。 3.2水泵改为自动控制方式 在原有的水泵手
7、动控制系统中，设有2台水泵，1用1备，但水泵出水干管的口径是按一台水泵运行设计的。故在改造时不考虑两台水泵同时运行的情况，否则需对水泵出水干管进行增径改造。又由于水泵功率较大，故原系统配有自耦减压启动器，以减小启停时的冲击。 根据原系统的实际情况，为实现水泵的自动控制，设置一套自动控制装置，设置3个液位开关，其中2个安装于高位水池，1个安装于蓄水池。同时，为了加强水泵的故障判断，以便及时修理，在水泵出水干管上设置一只电接点压力表，根据水泵运行时其压力是否达到预定值来判断水泵是否出现故障。当然，更可靠的判断方法是设置示流信号器，即根据水泵出水管路上的示流信号器是否动作来进行判断，但示流信号器只能
8、用于较小口径的管路上，且安装比较麻烦，而采用电接点压力表的判断方法既方便又可靠。另外，设置报警功能，并将报警信号远送值班室，以便值班人员对报警情况及时掌握。这样，根据水池水位、电接点压力表的情况来实现水泵的自动控制。正常情况下，利用工作泵进行供水，当工作泵出现故障时，则利用备用泵进行供水，并由自动装置对工作泵和备用泵进行自动切换，使设备得到均衡利用，这对延长设备使用寿命是很有好处的。其供水原理示意见图1，图1中的虚线部分为增加内容。 4水泵自动控制系统 4.1设备选择与设计 水泵的控制过程为简单的逻辑控制，开关量输入输出点数需求较少。如果采用继电器控制方式来实现，则接线较为复杂，可靠性较低;如
9、果采用通用可编程序控制器(plc)来实现，则输入输出点数浪费较大，成本较高;如果采用西门子微型可编程序控制器logo!来实现，则既能满足控制要求，又使成本相对较低，而且具有较高的可靠性，即性价比高，比较适合本系统。 logo!是西门子通用逻辑控制模块，是一种微型plc。它集编程、显示、控制为一体，具有编程方便、抗干扰强、体积小巧、价位较低的突出优点。它具有多种功能，如与、或、非、与非、或非、异或、延时继电器、脉冲触发器、时钟、rs触发器、计时器、计数器、日历触发开关等。并有多种型号，以满足输入输出点数、电压等级、通讯等不同功能的需要。而且软件编程十分简便，可利用操作面板的lcd显示屏和6个操作
10、键对功能块进行连接构成功能块图即可。同时，运行时可显示输入、输出状态、星期、时间等信息，也可随时修改有关控制参数。可见，logo!和通用plc相比，具有编程操作简单、编程语言易学、成本较低、参数显示和设置方便等优点，可应用于点数较少的逻辑控制场合，特别适合用在单机或小系统中。 根据水泵的控制要求及报警要求，控制器具体选为logo!230rcl，它具有12路开关量输入(230vac)，8路继电器输出(230vac，阻性10a，感性3a)，采用230vac供电。如果不设置报警功能，控制装置选择logo!230rc更适合，它具有6路开关量输入，4路继电器输出，其输入输出点数满足要求。 由于自耦减压启
11、动器使用380vac的交流接触器，而logo!230rcl输出继电器的电压要求小于240v,为此增设4只质量较好的中间继电器，用于对电压等级进行转换，并取消原系统的中间继电器和时间继电器，由logo!直接完成整个减压启动的逻辑过程，以简化接线，减少故障点，提高运行可靠性。液位开关和电接点压力表要选择质量较好的产品。另外，增设一只空气开关，用于对logo!供电的保护，增设4颗红色信号灯，用于报警显示，增设1只点动复位按钮，用于对水泵故障报警状态进行复位。 图2为硬件接线原理图，其中1sw为蓄水池低限水位，2sw为开泵水位，这两个水位均采用常闭触点。3sw为停泵水位，dyl为电接点压力表输出触点，
12、fw为水泵报警复位点动按钮触点，这三个触点均采用常开触点。这样设置常开和常闭触点，可使logo!的输入在大部分工作时间内为无电压状态，只有短时间内会出现带电状态。中间继电器1zj，2zj用于1?#水泵，3zj，4zj用于2?#水泵。报警指示灯1hd用于1#水泵故障报警，2hd用于2?#水泵故障报警，3hd用于蓄水池水位过低报警，4hd用于高位水池液位开关故障报警。1jlc为水泵正常运行接触器，2jlc为减压启动接触器，3jlc为星点接触器。rj为热继电器触点，rd为熔断器，k1为logo!电源的保护空气开关。 4.2软件设计 根据水泵的自动控制改造方案及硬件配置情况，利用logo!的显示屏和操
13、作键，对功能块进行连接，就可完成软件编程，得到图3所示的逻辑控制功能块图。 图3逻辑控制功能块示意 当高位水池的水位降到开泵水位后，工作泵启动，如果工作泵故障，则备用泵启动，当水位升到停泵水位后，水泵停止工作;当蓄水池水位降到低限水位以下时，报警指示灯3hd点亮，同时禁止启动水泵，对于此前已启动的水泵，则立即停止，以防水泵因无水而空转。当高位水池的液位开关出现逻辑错误时，即停泵水位显示有水，而开泵水位显示无水，则报警指示灯4hd点亮，同时禁止启动水泵，对于此前已启动的水泵，则立即停止，以防水泵因液位开关故障而误动作。当水泵运行15s(根据试验确定)后，如果电接点压力表触点dyl未闭合，即水泵压
14、力未达到预定值，则说明水泵抽水失败，判断为水泵故障。此时，把故障水泵退出运行，点亮报警指示灯，并进行锁定，直到修复后，由人工用复位按钮fw进行复位，才能再次开启水泵。水泵的减压启动逻辑过程为：logo!的输出q1(或q3)闭合后，中间继电器1zj(或3zj)闭合，使交流接触器3jlc和2jlc闭合，并启动软件延时，延时10s(根据自耦减压启动器要求设定)后，1zj(3zj)跳开，使3jlc，2jlc退出运行，最后通过q2(或q4)使中间继电器2zj(或4zj)闭合，启动交流接触器1jlc。工作泵和备用泵的自动切换功能是利用logo!230rcl的时钟功能来实现的，即在周一凌晨零点至周四中午12点时间内，1#水泵为工作泵，2#水泵为备用泵，而在其它时间则反过来;当然，也可用运行时间计时器或日历触发开关来实现。另外，logo!的i1i4输入信号均采用软件延时方式，延时时间为5s，即要求信号要能保持5s以上，才认为该输入存在，以防液面波动、压力脉动或其他原因引起的开关抖动而导致误操作。 5结语 在完成以上管路及水泵操作方式改造后，经过一年多的运行实践效果明显，在满足供水要求的同时，供水可靠性得到了很大提高，而且节能、节水效果十分显著。根据统计数据，运行一年来，水泵电耗降低了56%，供水量减少了23%。供水成本大大降低，获得了良好的经济效益，工作人员的工作量也得到了减轻。 6
