某工业园区给排水监控系统的实现*

黄金福，刘 栋，余佳鑫

（日立楼宇技术（广州）有限公司，广州 510660）

0 引言

在建筑领域中，给排水系统是重要的基础设施，而工业园区的正常供水是园区企业各项活动有效运作的必备条件。因此，在设计时须充分考虑电机损坏、网络异常、压力超限等各项异常因素，避免这些情况的发生，以提供持续稳定的用水环境。在关键的环节采用一用一备或一用多备的方式，避免企业用水的中断。为了实时了解整个系统的各项参数和各台电机的运行状态，以免出现异常时能及时处理，该系统配备了远程监控系统，用户可在移动电话或电脑上查看给排水系统的整体运行情况。在控制方式上，采用本地控制和远程监控相结合的方式，并通过相应的逻辑设置，以免网络通信的中断而影响正常的供水。

1 总体方案设计

图1 系统方案总体设计图

如图1 所示，根据该工业园区给排水监控系统的功能划分，分为4个子系统：自来水加压子系统、园区加压子系统、排污子系统和中水恒压控制子系统。为实现这4个子系统的集中统一管理，在位置选取上，把这几个子系统全部放置在一个房间，并按照水的用途划分不同的区域。为降低整个供水设备的高度，便于引水，水管、水箱、水泵等设备安装在地下一层，智能楼宇控制器、变频器、继电器等电气控制设备安装在地上一层。

在设备的控制方面，除了传统的本地手动控制和本地自动控制外，增加了数据的可视化和远程监控的功能。即在水管和水箱加装了水压、水位、流量等传感器，探测水在各个位置的状态；在各个子系统的供电输入端加装电表，监控设备的用电量和电源质量；在水房的墙壁上，每个子系统均安装一台具备传感器数据采集、远程数据传输和控制功能的智能楼宇控制器；在云端的服务器上配备专门的楼宇综合管理平台管理，实现各个水泵的启停控制、恒压供水、状态监测、故障报警、远程监控、水能分析等功能。

连接方面，每个子系统的智能楼宇控制器均通过互联网把数据上传至综合管理平台，在该平台实现各子系统的智能化监控。管理人员通过本地的监控电脑或移动设备获取数据，了解电机、水箱、传感器等部件的工作状态，设定各个设备启停的工作阈值和运行时间表，并在必要时进行远程的干预处理[1]。通过使用综合管理平台的数据查询功能，可以通过图表的方式查看各个子系统每天、每月或每年的用电量和用水量，便于企业分配水电的费用，以及在企业制定节约用水和节约用电的措施时，提供一定的数据基础。

2 系统设计

2.1 自来水加压子系统

该工业园区与周边的工业园区相比，地势较高，在外部供水压力不足时，需要启动该子系统，把外部的自来水按一定的压力传输至水箱。该子系统的连接图如图2所示，由智能楼宇控制器作为逻辑控制核心，而在电机的控制上，选用变频器处理，由控制器通过RS485 接口控制，实现自来水的加压或恒压输出。由自来水厂输入至园区的进水压力值作为电机的启动条件，该压力低于一定数值时，控制器启动变频器，进而控制电机。然而，若低于下限报警阈值，则说明外部的自来水停水，需要停止电机加压工作[2]。变频器的输出频率，由泵站输出到水箱的出水压力值为判断依据，使出水压力保持在一定的范围内。水箱水位达到一定数值后，停止加压。若水位进一步提高，则驱动电磁阀控制截止阀，从而停止自来水输出[3]。另外，由浮球作为最后一道机械防护措施，在水位继续提高时，关上进水口，避免水位过高而溢出。

图2 自来水加压子系统设计图

所选用的震动传感器安装在截止阀前端，检测水管由于压力频繁变化而产生的震动现象。该信号由控制器检测，作为控制变频器频率和电磁阀通断的重要依据，降低水管震动的次数和缩短震动时间，避免水管被震松，设备被震坏。

2.2 排污子系统

该供水房分为两层，地上主要放置监控设备，而地下3 m左右的空间，主要放置供水设备。这里的排污子系统负责这个地下3 m空间的污水排放，主要起预防作用，防止倒灌的雨水和水箱溢出的积水过高，避免浸泡电机[4]。排污子系统较为简单，主要由FMC-CN 智能楼宇控制器、污水池液位传感器、接触器、电机、配套的按钮和指示灯等部件组成。其中，控制器与自来水加压系统共用。当污水池的液位上升到一定高度时，进行排水，液位下降到安全水平时，则停机，避免电机空转。

2.3 园区加压子系统

把水箱的自来水，加到一定的压力后，输送至园区内的饭堂、办公楼和车间使用。该子系统需要连续不间断地使用，因此，在设计上采用了3台电机，正常情况下，只使用1台，并按照一定的时间间隔切换[5]。若使用1台电机仍无法达到要求的输出压力，则启动另外一台电机。在控制方式方面，这里没有采用1台变频器控制3台电机的方式，以避免变频器损坏时，3台电机均会无法工作。工业园区若停水，造成的损失相当大。采用了3台一体化的控制与保护开关电器，该电器以模块化的结构形式，将断路器、接触器、过载继电器、隔离开关等多个分立器件集成在一起，具有断相、过流、堵转、短路、欠流、过压、欠压、漏电、三相不平衡、隔离、启动延时（避开启动大电流，与过流动作时间分开）等诸多功能。该电器设备通过RS485 接口与控制器通信，由控制器根据设定的时间表和压力，控制电器设备的启停。在加压过程中，若水箱液位低于一定的数值，则停止加压，进行缺水保护。液位在一定数值以上时，再次启动。园区加压子系统设计如图3所示。

图3 园区加压子系统设计图

2.4 中水恒压控制子系统

园区的企业在生产过程中产生的污水，经污水处理站后，存入清水池，再由清水池通过砂滤、碳滤、消毒等处理流程后，流入回用水池，再由中水恒压控制系统供给企业清洁、绿化喷淋等方面的使用[6]。本系统的重要程度与其他3个系统相比，相对较小，在设计上并没有把手动模式和自动模式严格区分，即这2种模式都受控制器控制。手动模式不经过变频器控制，而自动模式由变频器实现恒压控制[7]。本系统采用了2个电机，进行一备一用。在使用过程中，2个电机按一定的时间间隔轮流启动。

2.5 控制模式设置

自来水加压系统、污水排水系统和园区加压系统的手动控制模式，不受控制器控制，然而设备的运行状态由可控制器检测[8]。在控制器检修、损坏、更换等情况下，这几个系统可以正常工作。因此，在传感器的选择上，选用复合功能的传感器，既具备数字量输出，也具备开关量输出。如液位传感器，除了通过RS485 接口输出液位信息，便于控制器转换为水箱的实际液位，并作为泵站启停、变频器频率控制、报警灯亮灭等状态处理的数据基础。另外，该液位传感器还具备5路可编程的继电器输出，作为液位正常、过高、过低等状态输出。这些继电器的状态输出，用于手动状态下，接触器控制的异常处理。

3 结束语

本系统结合该园区用水量大、来压不稳等实际情况，科学合理地设计了给排水监控系统，并采用了多种安全保护措施，防止供水压力不足、水箱溢出、缺水等异常现象的出现，实现了进出水加压、中水加压、污水排放等功能。文中介绍的楼宇综合管理平台，在达到实时监控的同时，减轻了安保人员的日常巡检工作量。应用实践表明，整个系统运行稳定可靠，达到了预先的设计效果。