一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法

技术领域

本发明一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法涉及的是用于自来水管网管压控制的方法。

背景技术

在自来水的输送管网中，为了保证所有终端用户能够稳定地使用自来水，需要将自来水按照划定的片区进行加压控制。

现有的技术方案为在指定片区设置有一套供水机组，每套供水机组对应有单台水泵，供水机组出口压力值要求保持在设定压力及以上，同时水泵运行频率低于停止频率时，经过停止延时预定时间，预定时间通常设置为10S，供水机组处于休眠停机保压状态。此时设备对于休眠状态的判断往往不是很精确，导致设备刚一停机，管道内压力急剧下降，供水机组只能再次重新启动，在启动过程中往往伴随较大的压力波动，形成水锤效应，用水体验较差；如果一味的延长停止延时，如设置成10min，则可能会导致水泵出现憋泵，严重时会损坏水泵，烧毁电机；同时对输水管道的使用寿命也会造成影响，在输水管道的连接处容易造成泄露，需要在片区内进行停水检查，严重影响用户的用水需求。

所以有必要设计出一种新的技术方案来满足实际的用水需求。

发明内容

本发明有鉴于此，提供了一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法，通过本发明能够有效避免输水管道的压力波动，有效消除憋泵现象，也有效保障输水管道的可靠性，保证广大用户能够随时随地使用自来水进行生活和生产，具有良好的使用和推广价值。

一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法，所利用的设备为控制器及多台等规格的变频水泵，控制器分别信号连接单台的变频水泵，每台变频水泵在泵壳位置对应安装有温度传感器，每个温度传感器分别信号接入控制器；变频水泵为一台变频器对应一台水泵；在自来水管网内安装有压力传感器，压力传感器信号接入控制器。

一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法如下：

S1.以天为周期单位，在一天24小时内，根据所在片区的性质，将自来水管网的供水状态划分为活跃期和休眠期，设定水压的压力范围，其中上限为警戒压力，用于保证压力不过大，防止水管爆裂，下限为休眠压力，低于休眠压力，变频水泵工作，其中达到警戒压力时，变频水泵停止运行，水压低于休眠压力时，变频水泵启动；活跃期用水量大，变频水泵全部打开，以保证用户用水时水压达标；休眠期用水量较低，只打开其中的起值班作用的部分变频水泵(以下简称值班水泵)，以保证在水压达标的情况下，降低变频水泵产生的能耗，避免憋泵状况的产生，有效降低变频水泵和自来水管网的故障率。

S2.自来水管网在进入休眠期后，水压若降至休眠压力时，控制器控制值班水泵启动，水压若降未至休眠压力时，值班水泵暂不启动。

S3.在水压降至休眠压力时，控制器控制值班水泵启动，水压逐渐上升，待水压升至警戒压力时，值班水泵停止运转，整个供水机组达到休眠条件。

S4.待达到休眠条件后，控制器控制值班水泵运转，值班水泵的数量优选为一台水泵运转。

待供水机组上的压力传感器对水压进行实时检测；如果水压高于休眠压力，供水机组满足休眠条件，值班水泵的工作频率逐渐降低，在前段试探时间段T1内，频率逐渐递减，在这个过程中若出口压力出现波动，则值班水泵自动跳出降频过程，快速自动升频，以此满足供水机组出口压力需求。在T1时间段中，若出口压力稳定在休眠压力以上，则供水机组进入后段试探时间段T2(休眠判定延时)，供水机组值班水泵以进入T2初期的频率(默认20Hz)，并持续运行预定的时间，在该过程中，如果机组出口压力出现波动，则自动跳出低频运行过程，并快速升频，以满足出水压力需求；若T2时段内，出口压力依然稳定在休眠压力的休眠压力之上，系统值班水泵停机，机组进入真正停机休眠状态，直到下次出口压力检测到用水需求时，再次启动水泵运行。

通过设置两个时间段T1和T2，分别进行压力的试探，以双重测试的时间段来确保满足休眠压力的前提下，以保证用户实时用水压力的条件下，进行供水机组的休眠管控，达到供水质量和供水安全的双重达标。

在步骤S 1-S4中，温度传感器持续监测变频水泵的泵壳温度，若泵壳温度超过警戒温度，对应的变频水泵强制停机，并通过控制器信号连接的预警设备发出相应的预警信息，通知维护人员及时检修；所述的预警设备为喇叭、警示灯及显示器中的任意一种或多种。

进一步地，所述的变频水泵在以天为周期单位进行工作时，所有的变频水泵轮流成为值班水泵，以保证所有的变频水泵的损耗程度一致，达到所有变频水泵均寿的目的。

进一步地，所述的休眠期时间段的划定根据所管辖片区的性质进行调整；如居民区的休眠区划定为晚10点至次日早6点，工业片区划定为晚7点至早8点。

进一步地，所述的休眠期划分为深度休眠期和浅度休眠期；浅度休眠期的用水量高于深度休眠期；浅度休眠期时，变频水泵处于工作状态的活跃程度高于深度休眠期；浅度休眠期时，值班水泵的数量不少于两台，深度休眠期时，值班水泵的数量为一台；所述的深度休眠期为深夜，浅度休眠期包括深夜之前的时间段及黎明，上午及中午之间的时间段，以及下午及晚上之间的时间段；如在居民区，浅度休眠期为早5点至6点，早9点至早10点，下午1点至5点，晚上8点至10点；深度休眠期为晚10点至次日凌晨5点。

所述的控制器为PLC可编程控制器、单片机或工业计算机；所述的控制器为市售产品。

所述的变频水泵数量为2-5台，优选为3台。

所述的变频水泵为市售产品，型号为格兰富CR 5-18。

所述的温度传感器为市售产品，型号为丹佛斯084Z8019。

所述的压力传感器为市售的水压传感器，具体为深圳市华普微电子股份的HP206F型。

本发明相比现有的技术方案，有效避免输水管道的压力波动，消除憋泵现象，通过通过时刻检测变频水泵泵壳的温度，及时发现故障，保证了设备持续运转的可靠性，且由于变频水泵在使用中以天为单位，轮流作为值班水泵，有效保证了所有变频水泵机械磨损的一致性，保证了所有水泵剩余寿命的一致性，从而有效提高了长期的使用经济性，并且利用本发明的技术方案，也有效保障输水管道的可靠性，保证广大用户能够随时随地使用自来水进行生活和生产，具有良好的使用和推广价值。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的整体工作流程示意图。

图2是现有技术方案的工作流程示意图。

图3是本发明划分休眠期的时间段示意图(休眠期包括浅度休眠期和深度休眠期)。

图4是本发明中进入休眠状态时值班水泵工作频率的判定示意图(休眠期不划分为浅度休眠期和深度休眠期)

具体实施方式

参照附图1-4，一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法，所利用的设备为控制器及多台等规格的变频水泵，控制器分别信号连接单台的变频水泵，每台变频水泵在泵壳位置对应安装有温度传感器，每个温度传感器分别信号接入控制器；变频水泵为一台变频器对应一台水泵；在自来水管网内安装有压力传感器，压力传感器信号接入控制器。

一种用于自来水管网恒压供水的供水机组动态控制方法如下：

S1.以天为周期单位，在一天24小时内，根据所在片区的性质，将自来水管网的供水状态划分为活跃期和休眠期，设定水压的压力范围，其中上限为警戒压力，用于保证压力不过大，防止水管爆裂，下限为休眠压力，低于休眠压力，变频水泵工作，其中达到警戒压力时，变频水泵停止运行，水压低于休眠压力时，变频水泵启动；活跃期用水量大，变频水泵全部打开，以保证用户用水时水压达标；休眠期用水量较低，只打开其中的起值班作用的部分变频水泵(以下简称值班水泵)，以保证在水压达标的情况下，降低变频水泵产生的能耗，避免憋泵状况的产生，有效降低变频水泵和自来水管网的故障率。

S2.自来水管网在进入休眠期后，水压若降至休眠压力时，控制器控制值班水泵启动，水压若降未至休眠压力时，值班水泵暂不启动。

S3.在水压降至休眠压力时，控制器控制值班水泵启动，水压逐渐上升，待水压升至警戒压力时，值班水泵停止运转，整个供水机组达到休眠条件。

S4.待达到休眠条件后，控制器控制值班水泵运转，值班水泵的数量优选为一台水泵运转。

待供水机组上的压力传感器对水压进行实时检测；如果水压高于休眠压力，供水机组满足休眠条件，值班水泵的工作频率逐渐降低，在前段试探时间段T1内，频率逐渐递减，在这个过程中若出口压力出现波动，则值班水泵自动跳出降频过程，快速自动升频，以此满足供水机组出口压力需求。在T1时间段中，若出口压力稳定在休眠压力以上，则供水机组进入后段试探时间段T2(休眠判定延时)，供水机组值班水泵以进入T2初期的频率(默认20Hz)，并持续运行预定的时间，在该过程中，如果机组出口压力出现波动，则自动跳出低频运行过程，并快速升频，以满足出水压力需求；若T2时段内，出口压力依然稳定在休眠压力的休眠压力之上，系统值班水泵停机，机组进入真正停机休眠状态，直到下次出口压力检测到用水需求时，再次启动水泵运行。

在步骤S1-S4中，温度传感器持续监测变频水泵的泵壳温度，若泵壳温度超过警戒温度，对应的变频水泵强制停机，并通过控制器信号连接的预警设备发出相应的预警信息，通知维护人员及时检修；所述的预警设备为喇叭、警示灯及显示器中的任意一种或多种。

进一步地，所述的变频水泵在以天为周期单位进行工作时，所有的变频水泵轮流成为值班水泵，以保证所有的变频水泵的损耗程度一致，达到所有变频水泵均寿的目的。

进一步地，所述的休眠期时间段的划定根据所管辖片区的性质进行调整；如居民区的休眠区划定为晚10点至次日早6点，工业片区划定为晚7点至早8点。

进一步地，所述的休眠期划分为深度休眠期和浅度休眠期；浅度休眠期的用水量高于深度休眠期；浅度休眠期时，变频水泵处于工作状态的活跃程度高于深度休眠期；浅度休眠期时，值班水泵的数量不少于两台，深度休眠期时，值班水泵的数量为一台；所述的深度休眠期为深夜，浅度休眠期包括深夜之前的时间段及黎明，上午及中午之间的时间段，以及下午及晚上之间的时间段；如在居民区，浅度休眠期为早5点至6点，早9点至早10点，下午1点至5点，晚上8点至10点；深度休眠期为晚10点至次日凌晨5点。

所述的控制器为PLC可编程控制器、单片机或工业计算机；所述的控制器为市售产品。

所述的变频水泵数量为2-5台，优选为3台。

所述的变频水泵为市售产品，型号为格兰富CR 5-18。

所述的温度传感器为市售产品，型号为丹佛斯084Z8019。

所述的压力传感器为市售的水压传感器，具体为深圳市华普微电子股份的HP206F型。

实施例

以全变频(一台变频器对应一台水泵)3台5.5KW水泵组成的供水机组来说，随着用户用水量逐渐减少直至无人用水的过程中，供水机组为了节能，如有多台水泵运行时会依次减泵，进入单泵运行，并最终进入休眠停机保压状态。以往的控制方式是供水机组出口压力保持在设定压力及以上，单泵运行频率低于停止频率时，经过停止延时10s后，系统进入休眠停机保压状态。此时设备对于休眠状态的判断往往不是很精确，导致设备刚一停机，管道内压力急剧下降，供水机组只能再次重新启动，在启动过程中往往伴随较大的压力波动，用水体验较差。如果一味的延长停止延时，如设置成10min，可能会导致水泵出现憋泵，严重时会损坏水泵，烧毁电机。

基于此，本实施例经实际验证，设定供水机组设定压力为0.8MPa，单泵停止频率为40Hz。当进入休眠状态时，压力始终保持在0.8MPa及以上，单泵以40Hz运行，经过开始休眠延时2min，频率依次减频2Hz，由40Hz减至20Hz，在这个过程中压力需要满足保持在0.8MPa及以上，否则跳出休眠状态，进入PID控制模式。当满足压力条件时，继续以20Hz运行休眠判定延时10min，如果此时压力条件依然满足，则系统直接进入停机保压状态。如果以20Hz运行过程中，压力波动导致压力无法满足要求，则跳出休眠状态，进入变频控制模式。

现有方案中，供水机组对于出口端休眠状态的判断比较困难，有时出口压力、变频器运行频率虽然满足了休眠判定条件，经过停止延时停机。但是实际还是有供水需求，导致设备在不该休眠时，进入了休眠状态，变频水泵的重新启停带来了较大的压力波动。而一味的延长停止延时并不能很好的解决问题，反而容易让水泵以较高的频率运行很长时间出水端几乎无人用水，这种工况下容易出现憋泵，泵壳温升较快。如下表格为测试数据，可以发现泵壳温度是每分钟温度上升约1℃，如果停止延时一味延长，严重时可能烧毁电机、损坏水泵。

单泵40Hz运行时长与泵壳温度变化表

在本发明的技术方案中，进行值班的值班水泵，经过开始休眠延时2min，工作频率逐渐降频到20Hz，并保持20Hz运行，休眠判定延时为10min时长，最终停机保压的过程。

单泵20Hz运行时长与泵壳温度变化表

通过上述表格可以看出，低频状态下运行，泵壳温度上升很慢，30分钟内温度上升幅度较小，对泵壳几乎没有任何影响，从而有效保证变频水泵的始终处于良好的工作运行状态。

通过上述实施例可以看出：

1.供水机组的休眠保压状态有了精准的判定，保障了供水的稳定性。

2.减少了供水机组在临界工况时出现的憋泵问题，从而有效避免损坏水泵，甚至烧毁电机的风险。