專利名稱：變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生活供水系統(tǒng)，特別涉及一種利用恒壓供水系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的控 制方法。
背景技術(shù)：
供水體系是一套水文及水力工程體系，涉及水的采集、處理、傳送等過(guò)程，向用戶 提供潔凈淡水。生活供水系統(tǒng)在人們的日常生活中起到至關(guān)重要的作用。對(duì)于生活供水系統(tǒng)而 言，系統(tǒng)性能的好壞取決于其是否能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓供水，是否能夠節(jié)能。眾所周知，普通離心泵并聯(lián)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒壓供水的，這是由離心泵水力幾何形狀 所決定的。在固定的轉(zhuǎn)速下，單臺(tái)離心泵的特性曲線呈下降趨勢(shì)。如果兩臺(tái)型號(hào)相同的離 心泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其并聯(lián)特性曲線也呈下降趨勢(shì)，其合成曲線Q-H仍然是一條流量增加而 揚(yáng)程遞減的單調(diào)下降曲線。因此，當(dāng)管路系統(tǒng)特性曲線變化時(shí)，即為泵的工況相應(yīng)改變，泵的揚(yáng)程隨著流量的 增加或減小而相應(yīng)降低或增高，導(dǎo)致泵出口壓力降低或增高，而不能實(shí)現(xiàn)恒壓供水。由于離 心泵的流量、揚(yáng)程與泵轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速升高或降低時(shí)，泵的Q-H曲線在保持其形狀的情 況下，作相應(yīng)的升高或下降的平移。為此，采用變頻器新技術(shù)來(lái)改變泵的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)恒 壓供水。目前，通常采用一臺(tái)配有變頻器的可調(diào)轉(zhuǎn)速離心泵與一臺(tái)恒定轉(zhuǎn)速離心泵并聯(lián)運(yùn) 行，作為恒壓供水機(jī)組。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有生活供水系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，而提供一種變頻恒壓供水系 統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，并可附設(shè)夜間小泵運(yùn)行 及消防功能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水泵組，水泵組連接蓄水池，并通過(guò)出水管網(wǎng)提供 用水，所述供水系統(tǒng)還包括可編程控制器、變頻器、PID調(diào)節(jié)器以及壓力傳感器，所述壓力傳 感器測(cè)量出水管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)輸至PID調(diào)節(jié)器；所述PID調(diào)節(jié)器對(duì)測(cè)量壓力 與給點(diǎn)壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)給變頻器和可編程控制器；所述變 頻器和可編程控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)水泵組的頻率和水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)解。進(jìn)一步，所述系統(tǒng)中還包括液位控制傳感器和液位控制器，所述液位控制傳感器 實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄水池中水位數(shù)據(jù)，并將其傳至液位控制器，所述液位控制器根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)形成 控制信號(hào)傳至可編程控制器。本發(fā)明還提供一種與上述系統(tǒng)的配合的控制方法，其技術(shù)方案如下變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方法，該方法使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，其 包括如下步驟
(1)用水量增加時(shí)，提高水泵的工作頻率，加快水泵轉(zhuǎn)速；(2)當(dāng)水泵頻率到達(dá)50HZ時(shí)，轉(zhuǎn)成工頻運(yùn)行，增加投入另一臺(tái)水泵；(3)用水量減少時(shí)，降低水泵的工作頻率，減慢水泵轉(zhuǎn)速；(4)當(dāng)水泵頻率到達(dá)變頻器設(shè)定最低頻率運(yùn)行時(shí)，多臺(tái)運(yùn)行時(shí)停止其中一臺(tái)工頻 運(yùn)行的水泵。根據(jù)上述技術(shù)方案得到本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1. PID調(diào)節(jié)，鍵盤操作，數(shù)字顯示，全自動(dòng)運(yùn)行無(wú)人值守。2.可編程序控制器進(jìn)行編程控制。性能優(yōu)越，控制方式靈活，抗干擾能力強(qiáng)，工作
穩(wěn)定可靠。3.無(wú)損耗水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)供水量從零至最大之間的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)始 終工作在最佳節(jié)能狀態(tài)，“用多少水，供多少水”。4.大功率水泵電機(jī)均可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和管網(wǎng)無(wú)沖擊，大大延長(zhǎng)水 泵、電機(jī)、管網(wǎng)及其它控制設(shè)備的使用壽命。5.多臺(tái)水泵可循環(huán)交替運(yùn)行，均衡了各臺(tái)泵的平均工作時(shí)間，避免了水泵銹蝕。6.系統(tǒng)運(yùn)行壓力穩(wěn)定，控制精度高。7.設(shè)備綜合保護(hù)功能齊全，通常有短路、過(guò)流、過(guò)載、水源缺水保護(hù)等。如果用戶要 求有其它特殊功能，如保護(hù)功能過(guò)壓、欠壓、缺相、三相不平衡等，需有文本操作顯示或人 機(jī)對(duì)話功能等集監(jiān)控于一體的上位機(jī)通訊功能等，均可按客戶要求可靠運(yùn)作。8.手動(dòng)、自動(dòng)控制功能設(shè)置，可保證設(shè)備的安全連續(xù)運(yùn)行。9.設(shè)備體積小，節(jié)省空間，安裝便捷。10.無(wú)需人工維護(hù)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，高效節(jié)能，避免了“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)電率 30% 60%。11.地面蓄水池采集液位信號(hào)進(jìn)行缺水保護(hù)，防止水泵空轉(zhuǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)控制圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明提供的變頻恒壓供水系統(tǒng)采用變頻起對(duì)生活供水系統(tǒng)中的各種泵進(jìn)行調(diào) 速，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，并可附設(shè)夜間小泵運(yùn)行及 消防功能?，F(xiàn)有生活供水系統(tǒng)中交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式η = 60f (l-s)/p (1)式中η-異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f_異步電動(dòng)機(jī)的頻率；S-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；
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ρ-電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速η與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 當(dāng)頻率f在0 50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。基于上述原理，本發(fā)明提供的系統(tǒng)中變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速 度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。參見(jiàn)圖1，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要包括水泵組100、出水管網(wǎng)200、自動(dòng)控制系統(tǒng) 300以及蓄水池400。其中自動(dòng)控制系統(tǒng)300控制水泵組100運(yùn)行，水泵組100抽取蓄水池 400的水通過(guò)出水管網(wǎng)200以恒壓的方式提供給相應(yīng)的用戶。為了達(dá)到恒壓供水，本發(fā)明中自動(dòng)控制系統(tǒng)300主要包括可編程控制器301、變頻 器304、PID調(diào)節(jié)器302、壓力傳感器307以及相應(yīng)的外圍低壓電器303。其中壓力傳感器 307設(shè)置在出水管網(wǎng)200上檢測(cè)該出水管網(wǎng)200的壓力，PID調(diào)節(jié)器302的信號(hào)輸入端連接 壓力傳感器307，其輸出端分別連接可編程控制器301和變頻器304?？删幊炭刂破?01和 變頻器304控制連接外圍低壓電器303，并由其連接到水泵組100。本發(fā)明在動(dòng)控制系統(tǒng)300中還增加了液位控制器305和液位控制傳感器306。液 位控制傳感器306設(shè)置在蓄水池400中，實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄水池的水位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳至液位控 制器305根據(jù)得到的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的控制信號(hào)，并將該控制信號(hào)傳至可編程控制301，由其 根據(jù)該控制信號(hào)來(lái)控制水泵組100的運(yùn)行。上述設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地面蓄水池采集液位信號(hào)進(jìn)行缺水保護(hù)，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng) 蓄水池為缺水狀態(tài)時(shí)，液位控制傳感器會(huì)及時(shí)將相應(yīng)的水位數(shù)據(jù)傳至液位控制器，液位控 制器根據(jù)得到的數(shù)據(jù)作出停止供水的控制信號(hào)，并將該控制信號(hào)傳至可編程控制，可編程 控制根據(jù)該控制信號(hào)來(lái)控制水泵組的停止運(yùn)行。根據(jù)上述技術(shù)方案得到的供水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，水泵為被控對(duì)象，其輸出頻率為被 控參數(shù)；測(cè)量變送器為壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量用戶端出水管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)輸 至PID調(diào)節(jié)器；在調(diào)節(jié)器內(nèi)將測(cè)量壓力與給點(diǎn)壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，然后根據(jù)偏差情 況按照一定的控制律(比例-積分-微分)發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)給變頻器和可編程控制器。變頻器和可編程控制器在控制系統(tǒng)中起執(zhí)行元件作用，根據(jù)控制信號(hào)對(duì)水泵組的 工作頻率進(jìn)行調(diào)解，以及水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)解。本發(fā)明通過(guò)對(duì)水泵組的工作頻率進(jìn)行調(diào)解以及水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)解，使得整個(gè)供水 系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值在用水量增加時(shí)，即用戶端出水管網(wǎng)壓力小于給點(diǎn)壓力，則提高水泵組中水泵的 工作頻率，使得水泵轉(zhuǎn)速加快，水泵供水量相應(yīng)增大，使得用戶端出水管網(wǎng)壓力與給點(diǎn)壓力 平衡；當(dāng)水泵頻率到達(dá)50HZ時(shí)，轉(zhuǎn)成工頻運(yùn)行，同時(shí)增加投入另一臺(tái)水泵，以保證用戶 端出水管網(wǎng)壓力與給點(diǎn)壓力的平衡。在用水量減少時(shí)，即用戶端出水管網(wǎng)壓力大于給點(diǎn)壓力，則降低水泵組中水泵的 工作頻率，使得水泵轉(zhuǎn)速減慢，水泵供水量亦相應(yīng)減少，使得用戶端出水管網(wǎng)壓力與給點(diǎn)壓 力平衡；當(dāng)水泵頻率到達(dá)變頻器設(shè)定最低頻率運(yùn)行時(shí)，多臺(tái)運(yùn)行時(shí)要停止其中一臺(tái)工頻運(yùn) 行的水泵，以此類推，以保證用戶端出水管網(wǎng)壓力與給定壓力的平衡。
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這樣就保證了整個(gè)管網(wǎng)滿足了用戶對(duì)水壓(與用戶設(shè)定的壓力一致)和水量(隨 用水量變化而變化)的要求，同時(shí)達(dá)到了提高供水品質(zhì)和高效節(jié)能的目的“用多少水，供多 少水”。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
1.變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水泵組，水泵組連接蓄水池，并通過(guò)出水管網(wǎng)提供用 水，其特征在于，所述供水系統(tǒng)還包括可編程控制器、變頻器、PID調(diào)節(jié)器以及壓力傳感器， 所述壓力傳感器測(cè)量出水管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)輸至PID調(diào)節(jié)器；所述PID調(diào)節(jié)器 對(duì)測(cè)量壓力與給定壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)給變頻器和可編程控 制器；所述變頻器和可編程控制器根據(jù)控制信號(hào)對(duì)水泵組的頻率和水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻恒壓供水系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)中還包括液位控 制傳感器和液位控制器，所述液位控制傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄水池中水位數(shù)據(jù)，并將其傳至液 位控制器，所述液位控制器根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)形成控制信號(hào)傳至可編程控制器。
3.變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方法，該方法使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，其特 征在于，所述方法包括如下步驟(1)用水量增加時(shí)，提高水泵的工作頻率，加快水泵轉(zhuǎn)速；(2)當(dāng)水泵頻率到達(dá)50HZ時(shí)，轉(zhuǎn)成工頻運(yùn)行，增加投入另一臺(tái)水泵；(3)用水量減少時(shí)，降低水泵的工作頻率，減慢水泵轉(zhuǎn)速；(4)當(dāng)水泵頻率到達(dá)變頻器設(shè)定最低頻率運(yùn)行時(shí)，多臺(tái)運(yùn)行時(shí)停止其中一臺(tái)工頻運(yùn)行 的水泵。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制方法，該供水系統(tǒng)中可編程控制器和變頻器連接PID調(diào)節(jié)器，并控制水泵組；而PID調(diào)節(jié)器通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)水壓。該系統(tǒng)的控制方法在用水量增加時(shí)，提高水泵的工作頻率，加快水泵轉(zhuǎn)速；在用水量減少時(shí)，降低水泵的工作頻率，減慢水泵轉(zhuǎn)速。本發(fā)明采用變頻起對(duì)生活供水系統(tǒng)中的各種泵進(jìn)行調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，并可附設(shè)夜間小泵運(yùn)行及消防功能。
文檔編號(hào)E03B11/16GK102116043SQ20091024785
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者吳永旭, 蔣燕旭 申請(qǐng)人:上海東方泵業(yè)(集團(tuán))有限公司