專(zhuān)利名稱(chēng)：一種智能調(diào)壓供水控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能調(diào)壓供水控制方法。
背景技術(shù)：
供水與人們生活生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，大量電能使用在供水方面。由于設(shè)計(jì)要求、設(shè)備參數(shù)變化、需求端需求量不確定性等諸多因素的影響，使電能的浪費(fèi)嚴(yán)重。減少浪費(fèi)是社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益的迫切需求。
目前，自來(lái)水廠經(jīng)過(guò)處理后的水，一般由補(bǔ)水泵將其抽送到蓄水池中蓄存。當(dāng)終端用戶(hù)需要用水時(shí)，啟動(dòng)供水泵將用水輸送到各用戶(hù)終端。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)供水量采用兩種方法1、多臺(tái)參數(shù)、型號(hào)相同的水泵并聯(lián)運(yùn)行，根據(jù)需求隨時(shí)增加或減少水泵；2、采用功率大小不同，揚(yáng)程相近或相同的水泵并聯(lián)運(yùn)行，根據(jù)不同的需求開(kāi)不同的水泵，使水泵特性曲線和管網(wǎng)曲線配合，達(dá)到節(jié)能的目的。為保證水管中壓力平衡，采用在出水總管安裝壓力表監(jiān)控系統(tǒng)的壓力。當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)通過(guò)調(diào)整旁通閥或末端的壓力閥的開(kāi)度，以保證水管內(nèi)水壓在一定的安全壓力范圍內(nèi)。這樣的調(diào)節(jié)方式雖然在一定意義上起到了維持系統(tǒng)安全壓力的作用，但這是以增大水泵的供水功率和浪費(fèi)大量水資源為前提的。
一般情況下，每天用水量存在三個(gè)高峰期，即是早晨、中午和晚間，其他時(shí)間用水量并不是很大。供水時(shí)除用水高峰外，大部分時(shí)間流量是較小的。但是水泵設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的，由于負(fù)載端實(shí)際需求壓力是處于不停的變化中的，而傳統(tǒng)的工頻運(yùn)行的給水泵在某時(shí)間段內(nèi)輸出功率恒定，經(jīng)常出現(xiàn)供水壓力大于實(shí)際需求壓力的現(xiàn)象。在用水低谷時(shí)，以上現(xiàn)象尤為明顯，這樣不但浪費(fèi)了大量的電能，同時(shí)在用水低谷時(shí)，由于壓力過(guò)大也容易造成管道破裂的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的節(jié)能、保護(hù)措施除了增減供水泵數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)供水外，還通過(guò)改變供水管路上閥門(mén)的開(kāi)度以調(diào)節(jié)流量。開(kāi)大閥門(mén)，流量增加；關(guān)小閥門(mén)，流量減少。這樣雖然控制了流量的供給，但由于控制精度較低，大量的能量消耗在節(jié)流上，直接導(dǎo)致了供水效率的降低。
水泵設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)中都留有20％左右的余量，那么在用水的高峰期(水泵輸出的最大負(fù)荷期)，也只能達(dá)到其額定功率的80％左右，在用水低谷時(shí)期，由于水泵的負(fù)荷減輕，消耗的功率也隨之相應(yīng)減小，可達(dá)到原來(lái)的70％左右。
傳統(tǒng)的恒壓供水是根據(jù)供水系統(tǒng)的用水量越大，其壓力就越小這一特點(diǎn)，通過(guò)一定的技術(shù)手段，只需將系統(tǒng)的壓力維持在其所需最大用水量的壓力的范圍內(nèi)，使其保持恒壓供水，就能實(shí)現(xiàn)較大的節(jié)能空間。
針對(duì)供水系統(tǒng)的以上特性，恒壓供水節(jié)能設(shè)備，通常是通過(guò)安裝在水泵出水總管上的遠(yuǎn)傳壓力表，將出水壓力信息轉(zhuǎn)換成0-5V電壓信號(hào)，經(jīng)智能控制器內(nèi)部PID運(yùn)算，得出時(shí)時(shí)隨負(fù)載情況變化的模擬量傳送給控制柜，進(jìn)而控制水泵的轉(zhuǎn)速。以自來(lái)水供水系統(tǒng)為例，當(dāng)系統(tǒng)用水量較大時(shí)，管網(wǎng)內(nèi)的壓力較小，我們?cè)黾铀玫霓D(zhuǎn)速，以維持系統(tǒng)所需的最低壓力。當(dāng)系統(tǒng)用水量較小時(shí)，管網(wǎng)內(nèi)的壓力較大，我們就降低水泵的轉(zhuǎn)速，減少系統(tǒng)所需流量，達(dá)到節(jié)能的目的。整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程都是以維持系統(tǒng)的壓力的恒定為最終的目的，但是在實(shí)際應(yīng)用和研究中我們發(fā)現(xiàn)，自來(lái)水供水系統(tǒng)并不是恒壓的。
針對(duì)自來(lái)水的供水特性，有人提出了分時(shí)段恒壓供水的思想。即針對(duì)不同時(shí)段設(shè)定不同壓力值，使水泵所消耗功率能夠隨用水量的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。這樣不但能夠滿(mǎn)足供水系統(tǒng)的工況要求，而且能夠更加有效、充分的挖掘節(jié)能空間，使其節(jié)能空間最大化。例如在用水低谷時(shí)我們只需提供0.18MPa的壓力就足以滿(mǎn)足系統(tǒng)所需，在早晨和中午的小用水量高峰提供了0.2MPa公斤的壓力，當(dāng)晚上用水量最大的時(shí)候我們才提供系統(tǒng)所需的最大壓力。這樣相對(duì)于普通恒壓變頻節(jié)能控制方式就又節(jié)省了大量的電能。雖然分時(shí)段恒壓供水滿(mǎn)足了一定的節(jié)能需求，但是，由于季節(jié)的變化(如夏季和冬季)和日期的變化(如工作日和休息日)，每天的同一時(shí)間用水量也會(huì)有所不同。另外，用水量大時(shí)，由于管道中水流速度的增加，會(huì)加大管道水壓降，將造成用戶(hù)端水壓不足。所以，在用水高峰時(shí)還需補(bǔ)充一定的水壓力以彌補(bǔ)在管道上產(chǎn)生的水壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能調(diào)壓供水節(jié)能控制方法。
本發(fā)明提出的智能調(diào)壓供水節(jié)能控制方法，采用智能調(diào)壓供水節(jié)能控制裝置智能調(diào)壓供水，智能調(diào)壓供水節(jié)能控制裝置由水泵組1、壓力表3、控制器6、控制柜7組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，水泵組1的一端通過(guò)管道連接水池5，另一端通過(guò)主供水管道4連接用戶(hù)端，水泵組1與用戶(hù)端之間的主供水管道4上設(shè)有壓力表3，壓力表3連接控制器6，控制器6的另一端連接控制柜7，控制柜7連接水泵組1。水泵組1由N個(gè)水泵并聯(lián)而成，其中，N為1-6組；其具體步驟如下水泵組1將水池5中的水抽出通過(guò)主供水管道送往用戶(hù)，位于主管道中的壓力表3把檢測(cè)到的壓力送到控制器6，控制器6采用PID調(diào)節(jié)結(jié)合模糊(Fuzzy)控制方法，采用水泵輸出總頻率來(lái)估算流量百分比，即通過(guò)控制柜7對(duì)水泵組1中水泵的啟停及運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行控制，當(dāng)主供水管道總流量為60％以下時(shí)，可采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)恒壓供水，當(dāng)供水量超過(guò)總流量的60％，以總數(shù)為N(N≥2)個(gè)水泵為例，通過(guò)變頻軟啟動(dòng)第一個(gè)水泵M1，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)水泵M1滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)仍欠壓時(shí)，變頻軟啟動(dòng)第二個(gè)水泵M2，將第一個(gè)水泵M1切換為工頻或與第二個(gè)水泵M2同頻運(yùn)行，依次類(lèi)推，當(dāng)需使用第三個(gè)水泵M3時(shí)，第三個(gè)水泵M3的切換同第二個(gè)水泵M2，依次類(lèi)推，直至最后一個(gè)水泵。
本發(fā)明通過(guò)水泵電機(jī)輸出總頻率估算流量的方法來(lái)判斷當(dāng)時(shí)用水量的多少，以增加或降低此時(shí)段的壓力目標(biāo)值。主要目的有兩個(gè)，一是根據(jù)用水量大小可實(shí)時(shí)調(diào)控電機(jī)的輸出功率，即調(diào)整變頻器輸出頻率，以滿(mǎn)足不同時(shí)段的用水量需求；二是補(bǔ)充用水高峰時(shí)在管道上產(chǎn)生的管道水壓降。與分時(shí)段恒壓控制相比，該方法實(shí)時(shí)性更好，節(jié)能空間更大。
本發(fā)明采用通過(guò)水泵電機(jī)總工作頻率進(jìn)行間接判斷流量的方法，因?yàn)?，供水流量的大小與電機(jī)轉(zhuǎn)速和供電頻率近似成線性關(guān)系。所以，可通過(guò)電機(jī)運(yùn)行的總頻率值來(lái)近似估算流量的大小。
本發(fā)明方法采用的是傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)結(jié)合模糊(Fuzzy)控制算法。傳統(tǒng)PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有一定的魯棒性，容易實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)誤差小，控制精度高，能滿(mǎn)足大部分工業(yè)控制的要求。但是，很多工業(yè)控制中不同程度的存在非線性、大滯后、參數(shù)時(shí)變性和模型不確定性，因而普通的PID控制器難以獲得滿(mǎn)意的控制效果。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是能夠得到較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并且無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性強(qiáng)，上升時(shí)間快，魯棒性好。但模糊控制也存在固有的缺點(diǎn)，容易受模糊規(guī)則有限等級(jí)的限制而引起誤差。本方法采用了Fuzzy-PID復(fù)合控制。彌補(bǔ)了單純采用PID算法的不足。
本發(fā)明采用水泵輸出總頻率來(lái)估算流量的方法，以取代流量計(jì)的使用。
本發(fā)明的供水系統(tǒng)中，由原來(lái)的恒壓分時(shí)段準(zhǔn)實(shí)時(shí)調(diào)控升級(jí)為智能調(diào)壓實(shí)時(shí)調(diào)控，根據(jù)流量需求實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)供水泵輸出功率。
本發(fā)明的有益效果1.與分時(shí)段恒壓控制相比，該方法不受時(shí)段限制，而是根據(jù)實(shí)際用水量去調(diào)控目標(biāo)壓力值，所以，實(shí)時(shí)性更好，節(jié)能空間更大。
2.采用了PID控制和模糊控制相結(jié)合的方法，彌補(bǔ)了單純采用PID控制方法的不足，控制效果更加快速、平穩(wěn)。
3.采用水泵輸出總頻率來(lái)估算流量的方法，避免了在主管道安裝流量計(jì)的不便，同時(shí)，也節(jié)約了資金。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。
圖2為實(shí)施例1的調(diào)壓曲線。
圖3為實(shí)施例1補(bǔ)償壓力模糊控制曲線。
圖中標(biāo)號(hào)1為水泵組，2為水泵可控電源線，3為壓力表，4為主供水管道，5為水池，6為控制器，7為控制柜，8為壓力檢測(cè)信號(hào)線。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1由75KW水泵組、1MPa壓力表、LDJ-3000控制器、LDJ-2900控制柜組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，水泵組的一端通過(guò)管道連接水池，另一端通過(guò)主供水管道連接用戶(hù)端，水泵組與用戶(hù)端之間的主供水管上設(shè)有壓力表，壓力表連接控制器，控制器的另一端連接控制柜，控制柜連接水泵組。
如圖2所示，在用水量較少，供水流量較低時(shí)，即在總流量的60％以下時(shí)，可采用PID調(diào)節(jié)恒壓供水。當(dāng)達(dá)到用水高峰時(shí)，供水量將超過(guò)總流量的60％，設(shè)水泵組中水泵數(shù)為N，每個(gè)水泵最高頻率為50Hz計(jì)算，3個(gè)水泵最高輸出150Hz。另外，每個(gè)水泵的切換方式采用循環(huán)軟啟，即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)水泵的達(dá)到最高頻率，把該水泵切換為工頻，將下一個(gè)水泵從0Hz變頻軟啟動(dòng)，如果需要增加第三個(gè)泵，順序同上。當(dāng)需要減泵時(shí)，按照先起先停的原則進(jìn)行減泵。在后增加泵未達(dá)到30Hz以前，由于工頻水泵對(duì)它產(chǎn)生的反壓力，它起的作用很小，所以，在此范圍內(nèi)，補(bǔ)償壓力幅度要小。據(jù)此，得出模糊控制表如表1所示。
表1補(bǔ)償壓力百分比模糊控制表

權(quán)利要求
1.一種智能調(diào)壓供水節(jié)能控制方法，其特征在于采用智能調(diào)壓供水節(jié)能控制裝置智能調(diào)壓供水，智能調(diào)壓供水節(jié)能控制裝置由水泵組(1)、壓力表(3)、控制器(6)、控制柜(7)組成，其中，水泵組(1)的一端通過(guò)管道連接水池(5)，另一端通過(guò)主供水管道(4)連接用戶(hù)端，水泵組(1)與用戶(hù)端之間的主供水管道(4)上設(shè)有壓力表(3)，壓力表(3)連接控制器(6)，控制器(6)的另一端連接控制柜(7)，控制柜(7)連接水泵組(1)；水泵組(1)由N個(gè)水泵并聯(lián)而成，其中，N為1-6組；其具體步驟如下水泵組(1)將水池(5)中的水抽出通過(guò)主供水管道送往用戶(hù)，位于主管道中的壓力表(3)把檢測(cè)到的壓力送到控制器(6)，控制器(6)采用PID調(diào)節(jié)結(jié)合模糊Fuzzy控制方法，采用水泵輸出總頻率來(lái)估算流量百分比，即通過(guò)控制柜(7)對(duì)水泵組(1)中水泵的啟停及運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行控制，當(dāng)主供水管道總流量為60％以下時(shí)，可采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)恒壓供水，當(dāng)供水量超過(guò)總流量的60％，首先通過(guò)變頻軟啟動(dòng)第一個(gè)水泵M1，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)水泵M1滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)仍欠壓時(shí)，然后變頻軟啟動(dòng)第二個(gè)水泵M2，將第一個(gè)水泵M1切換為工頻或與第二個(gè)水泵M2同頻運(yùn)行，依次類(lèi)推，當(dāng)需使用第三個(gè)水泵M3時(shí)，第三個(gè)水泵M3的切換同第二個(gè)水泵M2，依次類(lèi)推，直至最后一個(gè)水泵。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能調(diào)壓供水節(jié)能控制方法。具體步驟如下水泵組將水抽出送往用戶(hù)，位于主管道中的壓力表把檢測(cè)到的壓力送到控制器，控制器采用PID調(diào)節(jié)結(jié)合模糊控制方法，通過(guò)控制柜對(duì)水泵組中水泵的啟停及運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行控制，當(dāng)主供水管道總流量為60％以下時(shí)，采用傳統(tǒng)方法操作，當(dāng)供水量超過(guò)總流量60％，通過(guò)變頻軟啟動(dòng)第一個(gè)水泵M1，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)水泵M1滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)仍欠壓時(shí)，變頻軟啟動(dòng)第二個(gè)水泵M2，將第一個(gè)水泵M1切換為工頻或與第二個(gè)水泵M2同頻運(yùn)行，依次類(lèi)推至最后一個(gè)水泵。本發(fā)明采用水泵輸出總頻率來(lái)估算流量方法，以取代流量計(jì)的使用。由原來(lái)恒壓分時(shí)段準(zhǔn)實(shí)時(shí)調(diào)控升級(jí)為智能調(diào)壓實(shí)時(shí)調(diào)控，根據(jù)流量需求實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)供水泵輸出功率。
文檔編號(hào)E03B11/16GK1974958SQ20061014766
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者賈書(shū)洪, 劉鋼 申請(qǐng)人:上海聯(lián)達(dá)節(jié)能科技有限公司