某工業園區給排水監控系統的實現*

黃金福，劉 棟，余佳鑫

（日立樓宇技術（廣州）有限公司，廣州 510660）

0 引言

在建筑領域中，給排水系統是重要的基礎設施，而工業園區的正常供水是園區企業各項活動有效運作的必備條件。因此，在設計時須充分考慮電機損壞、網絡異常、壓力超限等各項異常因素，避免這些情況的發生，以提供持續穩定的用水環境。在關鍵的環節采用一用一備或一用多備的方式，避免企業用水的中斷。為了實時了解整個系統的各項參數和各臺電機的運行狀態，以免出現異常時能及時處理，該系統配備了遠程監控系統，用戶可在移動電話或電腦上查看給排水系統的整體運行情況。在控制方式上，采用本地控制和遠程監控相結合的方式，并通過相應的邏輯設置，以免網絡通信的中斷而影響正常的供水。

1 總體方案設計

圖1 系統方案總體設計圖

如圖1 所示，根據該工業園區給排水監控系統的功能劃分，分為4個子系統：自來水加壓子系統、園區加壓子系統、排污子系統和中水恒壓控制子系統。為實現這4個子系統的集中統一管理，在位置選取上，把這幾個子系統全部放置在一個房間，并按照水的用途劃分不同的區域。為降低整個供水設備的高度，便于引水，水管、水箱、水泵等設備安裝在地下一層，智能樓宇控制器、變頻器、繼電器等電氣控制設備安裝在地上一層。

在設備的控制方面，除了傳統的本地手動控制和本地自動控制外，增加了數據的可視化和遠程監控的功能。即在水管和水箱加裝了水壓、水位、流量等傳感器，探測水在各個位置的狀態；在各個子系統的供電輸入端加裝電表，監控設備的用電量和電源質量；在水房的墻壁上，每個子系統均安裝一臺具備傳感器數據采集、遠程數據傳輸和控制功能的智能樓宇控制器；在云端的服務器上配備專門的樓宇綜合管理平臺管理，實現各個水泵的啟停控制、恒壓供水、狀態監測、故障報警、遠程監控、水能分析等功能。

連接方面，每個子系統的智能樓宇控制器均通過互聯網把數據上傳至綜合管理平臺，在該平臺實現各子系統的智能化監控。管理人員通過本地的監控電腦或移動設備獲取數據，了解電機、水箱、傳感器等部件的工作狀態，設定各個設備啟停的工作閾值和運行時間表，并在必要時進行遠程的干預處理[1]。通過使用綜合管理平臺的數據查詢功能，可以通過圖表的方式查看各個子系統每天、每月或每年的用電量和用水量，便于企業分配水電的費用，以及在企業制定節約用水和節約用電的措施時，提供一定的數據基礎。

2 系統設計

2.1 自來水加壓子系統

該工業園區與周邊的工業園區相比，地勢較高，在外部供水壓力不足時，需要啟動該子系統，把外部的自來水按一定的壓力傳輸至水箱。該子系統的連接圖如圖2所示，由智能樓宇控制器作為邏輯控制核心，而在電機的控制上，選用變頻器處理，由控制器通過RS485 接口控制，實現自來水的加壓或恒壓輸出。由自來水廠輸入至園區的進水壓力值作為電機的啟動條件，該壓力低于一定數值時，控制器啟動變頻器，進而控制電機。然而，若低于下限報警閾值，則說明外部的自來水停水，需要停止電機加壓工作[2]。變頻器的輸出頻率，由泵站輸出到水箱的出水壓力值為判斷依據，使出水壓力保持在一定的范圍內。水箱水位達到一定數值后，停止加壓。若水位進一步提高，則驅動電磁閥控制截止閥，從而停止自來水輸出[3]。另外，由浮球作為最后一道機械防護措施，在水位繼續提高時，關上進水口，避免水位過高而溢出。

圖2 自來水加壓子系統設計圖

所選用的震動傳感器安裝在截止閥前端，檢測水管由于壓力頻繁變化而產生的震動現象。該信號由控制器檢測，作為控制變頻器頻率和電磁閥通斷的重要依據，降低水管震動的次數和縮短震動時間，避免水管被震松，設備被震壞。

2.2 排污子系統

該供水房分為兩層，地上主要放置監控設備，而地下3 m左右的空間，主要放置供水設備。這里的排污子系統負責這個地下3 m空間的污水排放，主要起預防作用，防止倒灌的雨水和水箱溢出的積水過高，避免浸泡電機[4]。排污子系統較為簡單，主要由FMC-CN 智能樓宇控制器、污水池液位傳感器、接觸器、電機、配套的按鈕和指示燈等部件組成。其中，控制器與自來水加壓系統共用。當污水池的液位上升到一定高度時，進行排水，液位下降到安全水平時，則停機，避免電機空轉。

2.3 園區加壓子系統

把水箱的自來水，加到一定的壓力后，輸送至園區內的飯堂、辦公樓和車間使用。該子系統需要連續不間斷地使用，因此，在設計上采用了3臺電機，正常情況下，只使用1臺，并按照一定的時間間隔切換[5]。若使用1臺電機仍無法達到要求的輸出壓力，則啟動另外一臺電機。在控制方式方面，這里沒有采用1臺變頻器控制3臺電機的方式，以避免變頻器損壞時，3臺電機均會無法工作。工業園區若停水，造成的損失相當大。采用了3臺一體化的控制與保護開關電器，該電器以模塊化的結構形式，將斷路器、接觸器、過載繼電器、隔離開關等多個分立器件集成在一起，具有斷相、過流、堵轉、短路、欠流、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、隔離、啟動延時（避開啟動大電流，與過流動作時間分開）等諸多功能。該電器設備通過RS485 接口與控制器通信，由控制器根據設定的時間表和壓力，控制電器設備的啟停。在加壓過程中，若水箱液位低于一定的數值，則停止加壓，進行缺水保護。液位在一定數值以上時，再次啟動。園區加壓子系統設計如圖3所示。

圖3 園區加壓子系統設計圖

2.4 中水恒壓控制子系統

園區的企業在生產過程中產生的污水，經污水處理站后，存入清水池，再由清水池通過砂濾、碳濾、消毒等處理流程后，流入回用水池，再由中水恒壓控制系統供給企業清潔、綠化噴淋等方面的使用[6]。本系統的重要程度與其他3個系統相比，相對較小，在設計上并沒有把手動模式和自動模式嚴格區分，即這2種模式都受控制器控制。手動模式不經過變頻器控制，而自動模式由變頻器實現恒壓控制[7]。本系統采用了2個電機，進行一備一用。在使用過程中，2個電機按一定的時間間隔輪流啟動。

2.5 控制模式設置

自來水加壓系統、污水排水系統和園區加壓系統的手動控制模式，不受控制器控制，然而設備的運行狀態由可控制器檢測[8]。在控制器檢修、損壞、更換等情況下，這幾個系統可以正常工作。因此，在傳感器的選擇上，選用復合功能的傳感器，既具備數字量輸出，也具備開關量輸出。如液位傳感器，除了通過RS485 接口輸出液位信息，便于控制器轉換為水箱的實際液位，并作為泵站啟停、變頻器頻率控制、報警燈亮滅等狀態處理的數據基礎。另外，該液位傳感器還具備5路可編程的繼電器輸出，作為液位正常、過高、過低等狀態輸出。這些繼電器的狀態輸出，用于手動狀態下，接觸器控制的異常處理。

3 結束語

本系統結合該園區用水量大、來壓不穩等實際情況，科學合理地設計了給排水監控系統，并采用了多種安全保護措施，防止供水壓力不足、水箱溢出、缺水等異常現象的出現，實現了進出水加壓、中水加壓、污水排放等功能。文中介紹的樓宇綜合管理平臺，在達到實時監控的同時，減輕了安保人員的日常巡檢工作量。應用實踐表明，整個系統運行穩定可靠，達到了預先的設計效果。