CN104264743B - 居住小区分布式无负压节电供水调控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统及方法，该系统包括进水干管、干管源端流量测试装置、第六压力传感器、微处理器控制装置、若干加压供水分支路和若干消防加压泵；其中，所述进水干管上连通若干加压供水分支路，干管源端流量测试装置和第六压力传感器设于进水干管的源端；第六压力传感器、每个加压供水分支路的第五压力传感器和供水区域的消防加压泵均与微处理器控制装置相连；本发明流量调节方法，可起到了缓解树干式分布泵站不同区域的供用水矛盾，同时有利于管路末端低管压的回升，降低用户用水耗能。

Description

居住小区分布式无负压节电供水调控系统及方法
技术领域
本发明涉及一种居住小区供水调控系统，尤其涉及一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统及方法。
背景技术
随着城市化进程的推进，居民小区规模日趋大型化，片、区衔接，水管干线越接越长，分支越增越多，片、区供水需求量超载荷。众所周知，供水水管的管压是限定的，也即供水管径截面确定后，管路的过流量几乎确定；现有供水管径受历史条件、环境、经济条件等众多因素限制改变非易事，高峰用水量供不应求矛盾很难用更改管径解决。
小区高层、小高层楼群供水通常采用二次加压，高层用高压供水装置和小高层用低压供水装置。无论这些供水装置先进性如何，都为各自运行控制方式。这种没有协调功能的供水方式会造成高耗供水、高峰用水管线水量供不应求，使得末端用户供用水困难；一旦发生事故，如消防需要用水时，由于流量失控，近水源端会耗费有限水资源（人为干涉除外），近末端或将无水可供、可用。另一个问题是加压泵停泵期间，各用户管道会因管道负压吸入不洁气体、污染物质，甚至小虫。利用现有技术方法给出的装置可降低供水耗能，合理分配有限供水资源、提高生活品质。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统，包括：进水干管、干管源端流量测试装置、第六压力传感器、微处理器控制装置、若干加压供水分支路和若干消防加压泵；其中，所述进水干管上连通若干加压供水分支路，干管源端流量测试装置和第六压力传感器设于进水干管的源端；
所述每一加压供水分支路包括：气体罐、气控阀、用户管道、水箱、调速加压机泵、变频器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和第五压力传感器；所述气控阀置于气体罐底端，与气体罐紧密衔接；用户供水管路的顶端与气控阀衔接，底端与水箱连接；调速加压机泵置于水箱内，与变频器电连接；第一压力传感器和第二压力传感器置于用户供水管路的下端近水箱处，第三压力传感器和第五压力传感器置于水箱内；第四压力传感器置于用户供水管路的上端；第一压力传感器的量程小于第二压力传感器的量程；第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器通过供水控制电路与变频器相连；气控阀设有泄气通道和逆止通道，泄气通道上设有一电磁阀，所述电磁阀线圈的一端通过气控电路与第四压力传感器相连，电磁阀线圈的另一端接电源负极；逆止通道的上端设有一逆止口；
所述第六压力传感器、每个加压供水分支路的第五压力传感器和供水区域的消防加压泵工作状态信号均与微处理器控制装置相连；
所述微处理器控制装置，包括：微处理器B1、数据存储器B2、D/A转换器B3、信号处理转换控制单元B4、放大隔离输出单元B5、功率放大单元B7和故障报警输出单元B6；微处理器B1的I/O接口与数据存储器B2的串行口、D/A转换器B3的数据口及信号处理转换单元B4的数据口相连接，微处理器B1的I/O接口经功率放大单元B7与故障报警输出单元B6相接，D/A转换器B3的模拟输出口与放大隔离输出单元B5相接，放大隔离输出单元B5的输出端经电隔离输出控制信号；所述微处理器控制装置设有若干电压输入口、若干电流输入口和光电隔离输入口，每一电压输入口通过一电压输入电路接入信号处理转换控制单元B4，每一电流输入口通过一电流输入电路接入信号处理转换控制单元B4，光电隔离输入口通过光电隔离电路接入信号处理转换控制单元B4；
所述第六压力传感器的一端接一电流输入口的一端，另一端接该电流输入口的负端；每一加压供水分支路的第五压力传感器的一端均接一电压输入口的一端，另一端接电压输入口的负端；每一加压供水分支路的变频器VVVF的电压模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电压输入口的一端相接，另一端和电压输入口另一端相接；每一远程加压供水分支路的变频器VVVF的电流模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电流输入口的一端相接，另一端和电流输入口另一端相接；
所述干管源端流量测试装置，包括：荧光小球G、细绳L、杯卡式触点KG、微型直流电机DM1、电磁阀DF1、电阻R13-R17、二极管D4和D5、光电管DV、运算放大器A3和A4、功放管TV3和TV4、继电器KM3和KM4；细绳L一端接荧光小球，另一端接电磁阀DF1的阀芯；微型直流电机DM1的一端接继电器KM4的常开触点的一端，继电器KM4的常开触点另一端接电源正极，微型直流电机DM1的另一端接电源负极；电磁阀DF1线圈一端接继电器KM3常开触点的一端，继电器KM3常开触点的另一端接电源正极，电磁阀DF1线圈的另一端接电源负极；继电器KM3线圈的一端和电源正极、二极管D4的一端相接，继电器KM3线圈的另一端分别和二极管D4的另一端、功放管TV3的集电极相接，功放管TV3的基集接入D/A转换器B3，功放管TV3发射极接地；继电器KM4线圈的一端和电源正极、二极管D5的一端相接，继电器KM4线圈的另一端分别和二极管D5的另一端、功放管TV4集电极相接，功放管TV4的基集接入D/A转换器B3，功放管TV4发射极接地；
光电管DV的一端接运算放大器A3的同相输入端，另一端分别和运算放大器A3的反相输入端、电阻R14的一端相接，运算放大器A3的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与电阻R14的另一端相连后接入微处理器控制装置的光电隔离输入口，运算放大器A3的另一端和输入口公共地相接；运算放大器A4一输入端接杯卡式触点KG的一端，杯卡式触点KG的另一端接地，运算放大器A4另一输入端分别与电阻R17的一端和电阻R16的一端相连，电阻R17的另一端接电源正极；电阻R15的一端与运算放大器A4的输出端相连，电阻R15的另一端和电阻R16的另一端相连后接入微处理器控制装置的电压输入口。
所述供水控制电路包括电阻R1-R5，继电器KM1、KM2，运算放大器A1，三极管TV1、TV2，稳压二极管WD1，二极管D1、D2；第三压力传感器的一端和电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2及运算放大器A1的输入口，运算放大器A1的另一输入口与第三压力传感器的另一端相连后接地，电阻R2的另一端分别和电阻R3、继电器KM2的第一常闭触点及稳压二极管WD1的负极相接，电阻R3的另一端和运算放大器A1的输出口相接，电阻R4的一端和继电器KM2的第二常闭触点相连，电阻R4的另一端和三极管TV1的基极相连，三极管TV1的发射极和继电器KM1线圈的一端及二极管D1的负极相连，继电器KM1线圈的另一端和二极管D1的正极相连后接地；第一压力传感器的信号输出端连接继电器KM2的第一常闭触点，继电器KM2的第一常闭触点连接继电器KM1的第一常开触点，继电器KM1的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接；第一压力传感器的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接；稳压二极管WD1的正极与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端和三极管TV2的基极相连，三极管TV2的发射极和继电器KM2线圈的一端及二极管D2的负极相接，继电器KM2线圈的另一端和二极管正极相连后接地；第二压力传感器的信号输出端连接继电器KM1的第一常闭触点，继电器KM1的第一常闭触点连接继电器KM2的第一常开触点，继电器KM2的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接，第二压力传感器的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接。
所述气控电路包括电阻R6-R9，继电器KM，三极管TV，运算放大器A2，二极管D3；第四压力传感器的一端接地，其信号输出端和电阻R6的一端相接，电阻R6的另一端和电阻R7及运算放大器A2输入口相接，运算放大器A2的另一输入口接地，运算放大器A2的输出口和电阻R8的一端相接，电阻R8的另一端与电阻R7相连后连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接入三极管TV的基极，三极管TV的发射极和继电器KM线圈的一端及二极管D3负极相接，继电器KM线圈的另一端和二极管正极相接后接地；继电器KM的第一常开触点和气控阀的电磁阀线圈的一端相连，继电器KM的第一常开触点接24伏电源正极，电磁阀线圈的另一端接电源负极。
所述电压输入电路包括：信号隔离匹配变压器T、电阻R10、电容C1、电容C2和运放A5，信号隔离匹配变压器T的输入端接信号电压输入口，信号隔离匹配变压器T的输出端并联电容C1，电容C1的一端接电阻R10的一端，另一端与电容C2的一端相连后接地，电阻R10的另一端和电容C2的另一端相连后接入运放A5的同相输入端，运放A5的反相输入端与输出端相连后接信号处理转换控制单元B4；所述电流输入电路包括：电阻R11、R12，电容C3、C4和运放A6，电流输入口的一端分别与电阻R11、电阻R12、电容C3的一端相连，电流输入口的另一端与电阻R11、电容C3的另一端、电容C4的一端相连后接地，电阻R12的另一端和电容C4的另一端相连后接入运放A6的同相输入端，运放A6的反相输入端与输出端相连后接入信号处理转换控制单元B4；所述光电隔离电路包括：电阻R18、R19，二极管D6和光电耦合管DV1，光电隔离输入口的一端与电阻R18的一端相连，光电隔离输入口的另一端分别与二极管D6、光电耦合管DV1的光电输入负极相连后接地，电阻R18的另一端与二极管D6的另一端相连后接光电耦合管DV1的光电输入端，光电耦合管DV1的一输出端和电阻R19相连后接入信号处理转换控制单元B4，光电耦合管DV1的另一输出端接地，电阻R19的另一端接电源正极。
根据上述系统进行居住小区分布式无负压节电供水调控的方法，包括以下步骤：
（1）获取各加压供水分支路的即时流量：由于加压供水分支路的即时流量和该支路调速加压机泵转速密切相关，机泵转速和变频器VVVF输入口控制信号有关，也和模拟输出口输出值有对应关系，借助变频器VVVF模拟输出口输出值可间接求取各自加压供水分支路的即时流量，将数据存储在数据存储器B2待用；
（2）在微处理器B1的控制下，通过I/O接口读取进水干管中的第六压力传感器的数据及各加压供水分支路的水箱内第五压力传感器的数据，分别和第六压力传感器的标准数据值比较，若差值在规定范围内，说明进水干管水流充足，供水区域中各供水分支路的加压设备可依据用户管道内的第二压力传感器的信号控制变频器VVVF启动或停机，此时，供水耗能少；若发现某个加压供水分支路的水箱内第五压力传感器的数据远小于进水干管中的第六压力传感器的实时数据，微处理器B1将校对第六压力传感器的数据值，诊断分析第六压力传感器故障与否；若第六压力传感器正常，而实时值小于标准规定值，微处理器B1将启动干管流量计算；
（3）干管源端流量测试：发指令给I/O接口驱动功放TV3导通，功放TV3集电极中的继电器KM3线圈通电，继电器KM3常开接点闭合，电磁阀DF1线圈通电，电磁阀DF1的阀芯向右快速移动，细绳L及荧光小球G坠落到进水干管水中，向光电管DV方向流动；此时，杯卡式触点KG断开，运放A4向微处理器B1的电压输入口发送信号，微处理器B1读取该电压输入口的信号，荧光小球G释放计时开始，光电管DV捕捉到荧光小球G通过，运放A3向微处理器B1的光电隔离输入口发送荧光小球G到达计时信号，微处理器B1读取并算出流动时间；同时，微处理器B1中断功放TV3基极的I/O接口的输出信号，功放TV3关闭，接于功放TV3集电极的继电器KM3线圈断电，继电器KM3的常开触点断开，电磁阀DF1线圈断电，电磁阀DF1的阀芯复位，为回收细绳L做好准备；此时，微处理器B1发接通微型直流电机DM1的I/O接口指令，功放TV4基极上电，功放TV4集电极中的继电器KM4线圈通电，继电器KM4常开触点闭合，微型直流电机DM1转动，带动圆形阀芯收起细绳L，直到荧光小球G复位，杯卡式触点KG闭合，运放A4输入被短接，输入信号为零，电阻R15和电阻R16接入到微处理器B1电压输入口的信号为零，微处理器B1关断TV4基极接口，接在集电极的继电器KM4线圈断电，继电器KM4常开触点断开，微型直流电机DM1停机，等待下次流量的测试命令；微处理器B1依据小球移动的距离L1及荧光小球G的移动用时，依据进水干管的截面，算得管道的通流量；
（4）微处理器B1依据读取的各供水分支路的变频器模拟输出的实时数值获得换算流量值，计算供、需水量差，估算供、需关系；若流量数值为负，说明需求大于供给，微处理器B1做综合诊断分析，判断管道是否漏水、是否有消防加压泵启动用水；若有消防加压泵启动则通过故障报警输出单元发告警，同时降低供水源端各泵站的用户供水管路水压，以保证消防加压泵及周边泵站的供水压力和流量需求；若消防加压泵没有启动，微处理器B1依据水箱内第五压力传感器的压力数据及用户管道第一压力传感器的压力数据做优化调节：中断第二压力传感器控制的富水模式将支路泵站强压供水转入由低量程第一压力传感器控制的节水工作模式，依据各支路用户管路水压优先启动低压支路泵站。
本发明的有益效果是：本发明通过微处理器依据读取各供水分支路的变频器模拟输出的实时数值获得换算流量值及测算得的干管道通流量，计算供、需水量差做：协调供水控制和故障综合诊断分析，判断管道是否漏水、是否有消防加压泵启动用水；若有消防加压泵启动则告警，同时降低供水源端各泵站的用户供水管路水压，以保证消防加压泵及周边泵站的供水压力和流量需求；若消防加压泵没有启动，微处理器依据水箱内压力传感器的数据做优化协调控制；本发明流量优化协调控制方法，起到了缓解树干式分布泵站不同区域的不同工况时的供、用水矛盾，同时有利于管路末端低管压的回升，降低用户用水耗能。
附图说明
图1为本发明节电供水调控系统结构示意图；
图2为供水控制电路原理图；
图3为气控电路原理图；
图4为微处理器控制装置结构示意图；
图5为微处理器控制装置输入/输出接口结构示意图；
图6为干管源端流量测试装置工作原理图；
图7为本发明节电供水调控方法流程图；
图中，气体罐1、气控阀2、用户供水管路3、水箱4、第一压力传感器5、第二压力传感器6、第三压力传感器7、第四压力传感器8、泄气通道9、逆止通道10、电磁阀11、逆止口12、加气孔13、顶楼用户水管14、底楼用户水管15、进水口16、第五压力传感器17、第六压力传感器18、进水干管19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统，包括：进水干管19、干管源端流量测试装置、第六压力传感器18、微处理器控制装置、若干加压供水分支路和若干消防加压泵；其中，所述进水干管19上连通若干加压供水分支路，干管源端流量测试装置和第六压力传感器18设于进水干管19的源端；所述每一加压供水分支路包括：气体罐1、气控阀2、用户管道3、水箱4、调速加压机泵、变频器、第一压力传感器5、第二压力传感器6、第三压力传感器7、第四压力传感器8和第五压力传感器17；所述气控阀2置于气体罐1底端，与气体罐1紧密衔接；用户供水管路3的顶端与气控阀2衔接，底端与水箱4连接；调速加压机泵置于水箱4内，与变频器电连接；第一压力传感器5和第二压力传感器6置于用户供水管路3的下端近水箱4处，第三压力传感器7和第五压力传感器17置于水箱4内；第四压力传感器8置于用户供水管路3的上端；第一压力传感器5的量程小于第二压力传感器6的量程；第一压力传感器5、第二压力传感器6和第三压力传感器7通过供水控制电路与变频器相连；气控阀2设有泄气通道9和逆止通道10，泄气通道9上设有一电磁阀11，所述电磁阀11线圈的一端通过气控电路与第四压力传感器8相连，电磁阀11线圈的另一端接电源负极；逆止通道10的上端设有一逆止口12；所述第六压力传感器18、每个加压供水分支路的第五压力传感器17和供水区域的消防加压泵工作状态信号均与微处理器控制装置相连；
如图2所示，所述供水控制电路包括：电阻R1-R5，继电器KM1、KM2，运算放大器A1，三极管TV1、TV2，稳压二极管WD1，二极管D1、D2；第三压力传感器7的一端和电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2及运算放大器A1的输入口，运算放大器A1的另一输入口与第三压力传感器7的另一端相连后接地，电阻R2的另一端分别和电阻R3、继电器KM2的第二常闭触点及稳压二极管WD1的负极相接，电阻R3的另一端和运算放大器A1的输出口相接，电阻R4的一端和继电器KM2的第二常闭触点相连，电阻R4的另一端和三极管TV1的基极相连，三极管TV1的发射极和继电器KM1线圈的一端及二极管D1的负极相连，继电器KM1线圈的另一端和二极管D1的正极相连后接地；第一压力传感器5的信号输出端连接继电器KM2的第一常闭触点，继电器KM2的第一常闭触点连接继电器KM1的第一常开触点，继电器KM1的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接；第一压力传感器5的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接；稳压二极管WD1的正极与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端和三极管TV2的基极相连，三极管TV2的发射极和继电器KM2线圈的一端及二极管D2的负极相接，继电器KM2线圈的另一端和二极管正极相连后接地；第二压力传感器6的信号输出端连接继电器KM1的第一常闭触点，继电器KM1的第一常闭触点连接继电器KM2的第一常开触点，继电器KM2的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接，第二压力传感器6的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接。
如图3所示，所述气控电路包括：电阻R6-R9，继电器KM，三极管TV，运算放大器A2，二极管D3；第四压力传感器8的一端接地，其信号输出端和电阻R6的一端相接，电阻R6的另一端和电阻R7及运算放大器A2输入口相接，运算放大器A2的另一输入口接地，运算放大器A2的输出口和电阻R8的一端相接，电阻R8的另一端与电阻R7相连后连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接三极管TV的基极，三极管TV的发射极和继电器KM线圈的一端及二极管D3负极相接，继电器KM线圈的另一端和二极管正极相接后接地；继电器KM的第一常开触点和气控阀2的电磁阀11线圈的一端相连，继电器KM的第一常开触点接24伏电源正极，电磁阀11线圈的另一端接电源负极。
如图4所示，所述微处理器控制装置包括：微处理器B1、数据存储器B2、D/A转换器B3、信号处理转换控制单元B4、放大隔离输出单元B5、功率放大单元B7和故障报警输出单元B6；微处理器B1的I/O接口与数据存储器B2的串行口、D/A转换器B3的数据口及信号处理转换单元B4的数据口相连接，微处理器B1的I/O接口经功率放大单元B7与故障报警输出单元B6相接，D/A转换器B3的模拟输出口与放大隔离输出单元B5相接，放大隔离输出单元B5的输出端经电隔离输出控制信号；
如图5所示，所述微处理器控制装置设有若干电压输入口、若干电流输入口和光电隔离输入口，每一电压输入口通过一电压输入电路接入信号处理转换控制单元B4，每一电流输入口通过一电流输入电路接入信号处理转换控制单元B4，光电隔离输入口通过光电隔离电路接入信号处理转换控制单元B4；所述第六压力传感器18的一端接一电流输入口的一端，另一端接该电流输入口的负端；每一加压供水分支路的第五压力传感器17的一端均接一电压输入口的一端，另一端接电压输入口的负端；每一加压供水分支路的变频器VVVF的电压模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电压输入口的一端相接，另一端和该电压输入口另一端相接；每一远程加压供水分支路的变频器VVVF的电流模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电流输入口的一端相接，另一端和该电流输入口另一端相接；所述电压输入电路包括：信号隔离匹配变压器T、电阻R10、电容C1、电容C2和运放A5，信号隔离匹配变压器T的输入端接电压输入信号，信号隔离匹配变压器T的输出端并联电容C1，电容C1的一端接电阻R10的一端，另一端与电容C2的一端相连后接地，电阻R10的另一端和电容C2的另一端相连后接入运放A5的同相输入端，运放A5的反相输入端与输出端相连后接信号处理转换控制单元B4；所述电流输入电路包括：电阻R11、R12，电容C3、C4和运放A6，电流输入口的一端分别与电阻R11、电阻R12、电容C3的一端相连，电流输入口的另一端与电阻R11、电容C3的另一端、电容C4的一端相连后接地，电阻R12的另一端和电容C4的另一端相连后接入运放A6的同相输入端，运放A6的反相输入端与输出端相连后接入信号处理转换控制单元B4；所述光电隔离电路包括：电阻R18、R19，二极管D6和光电耦合管DV1，光电隔离输入口的一端与电阻R18的一端相连，光电隔离输入口的另一端分别与二极管D6、光电耦合管DV1的光电输入负极相连后接地，电阻R18的另一端与二极管D6的另一端相连后接光电耦合管DV1的光电输入端，光电耦合管DV1的一输出端和电阻R19相连后接入信号处理转换控制单元B4，光电耦合管DV1的另一输出端接地，电阻R19的另一端接电源正极。
如图5、图6所示，所述干管源端流量测试装置，包括：荧光小球G、细绳L、杯卡式触点KG、微型直流电机DM1、电磁阀DF1、电阻R13-R17、光电管DV、运算放大器A3和A4，二极管D4和D5、功放管TV3和TV4、继电器KM3和KM4；细绳L一端接荧光小球，另一端接电磁阀DF1的阀芯；微型直流电机DM1的一端接继电器KM4的常开触点的一端，继电器KM4的常开触点另一端接电源正极，微型直流电机DM1的另一端接电源负极；电磁阀DF1线圈一端接继电器KM3常开触点的一端，继电器KM3常开触点的另一端接电源正极，电磁阀DF1线圈的另一端接电源负极；继电器KM3线圈的一端和电源正极、二极管D4的一端相接，继电器KM3线圈的另一端分别和二极管D4的另一端、功放管TV3的集电极相接，功放管TV3的基集接入D/A转换器B3，功放管TV3发射极接地；继电器KM4线圈的一端和电源正极、二极管D5的一端相接，继电器KM4线圈的另一端分别和二极管D5的另一端、功放管TV4集电极相接，功放管TV4的基集接入D/A转换器B3，功放管TV4发射极接地；光电管DV的一端接运算放大器A3的同相输入端，另一端分别和运算放大器A3的反相输入端、电阻R14的一端相接，运算放大器A3的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与电阻R14的另一端相连后接入微处理器控制装置的光电隔离输入口，运算放大器A3的另一端和输入口公共地相接；运算放大器A4一输入端接杯卡式触点KG的一端，杯卡式触点KG的另一端接地，运算放大器A4另一输入端分别与电阻R17的一端和电阻R16的一端相连，电阻R17的另一端接电源正极；电阻R15的一端与运算放大器A4的输出端相连，电阻R15的另一端和电阻R16的另一端相连后接入微处理器控制装置的电压输入口。
如图7所示，本发明一种居住小区分布式无负压节电供水调控方法，包括以下步骤：
（1）获取各加压供水分支路的即时流量：由于加压供水分支路的即时流量和该支路调速加压机泵转速密切相关，机泵转速和变频器VVVF输入口控制信号有关，也和模拟输出口输出值有对应关系，借助变频器VVVF模拟输出口输出值可间接求取各自加压供水分支路的即时流量，将数据存储在数据存储器B2待用；将数据存储在数据存储器B2待用；
（2）在微处理器B1的控制下，通过I/O接口读取进水干管19中的第六压力传感器18的数据及各加压供水分支路的水箱4内第五压力传感器17的数据，分别和第六压力传感器18的标准数据值比较，若差值在规定范围内，说明进水干管19水流充足，供水区域中各供水分支路的加压设备可依据用户管道3内的第二压力传感器6的信号控制变频器VVVF启动或停机，此时，供水耗能少；若发现某个加压供水分支路的水箱4内第五压力传感器17的数据远小于进水干管19中的第六压力传感器18的实际数据，微处理器B1将校对第六压力传感器18的数据值，诊断分析第六压力传感器18故障与否；若第六压力传感器18正常，而实时值小于标准规定值，微处理器B1将启动干管流量计算；
（3）干管源端流量测试：发指令给I/O接口驱动功放TV3导通，功放TV3集电极中的继电器KM3线圈通电，继电器KM3常开接点闭合，电磁阀DF1线圈通电，电磁阀DF1的阀芯向右快速移动，细绳L及荧光小球G坠落到进水干管19水中，向光电管DV方向流动；此时，杯卡式触点KG断开，运放A4向微处理器B1的电压输入口发送信号，微处理器B1读取该电压输入口的信号，荧光小球G释放计时开始，光电管DV捕捉到荧光小球G通过，运放A3向微处理器B1的光电隔离输入口发送荧光小球G到达计时信号，微处理器B1读取并算出流动时间；同时，微处理器B1中断功放TV3基极的I/O接口的输出信号，功放TV3关闭，接于功放TV3集电极的继电器KM3线圈断电，继电器KM3的常开触点断开，电磁阀DF1线圈断电，电磁阀DF1的阀芯复位，为回收细绳L做好准备；此时，微处理器B1发接通微型直流电机DM1的I/O接口指令，功放TV4基极上电，功放TV4集电极中的继电器KM4线圈通电，继电器KM4常开触点闭合，微型直流电机DM1转动，带动圆形阀芯收起细绳L，直到荧光小球G复位，杯卡式触点KG闭合，运放A4输入被短接，输入信号为零，电阻R15和电阻R16接入到微处理器B1电压输入口的信号为零，微处理器B1关断TV4基极接口，接在集电极的继电器KM4线圈断电，继电器KM4常开触点断开，微型直流电机DM1停机，等待下次流量的测试命令；微处理器B1依据小球移动的距离L1及荧光小球G的移动用时，依据进水干管19的截面，算得管道的通流量；
（4）微处理器B1依据读取的各供水分支路的变频器模拟输出的实时数值获得换算流量值，计算供、需水量差，估算供、需关系；若流量数值为负，说明需求大于供给，微处理器B1做综合诊断分析，判断管道是否漏水、是否有消防加压泵启动用水；若有消防加压泵启动则通过故障报警输出单元发告警，同时降低供水源端各泵站的用户供水管路水压，以保证消防加压泵及周边泵站的供水压力和流量需求；若消防加压泵没有启动，微处理器B1依据水箱4内第五压力传感器18的压力数据及用户管道第一压力传感器5的压力数据做优化调节：中断第二压力传感器6控制的富水模式将支路泵站强压供水转入由低量程第一压力传感器5控制的节水工作模式，依据各支路用户管路水压优先启动低压支路泵站，这种流量协调控制，起到了缓解树干式分布泵站不同区域的供用水矛盾，同时有利于管路末端低管压的回升，降低了用户用水耗能。
值得指出的：第一压力传感器5和第二压力传感器6的切换不留死区；水箱4内第三压力传感器7用电压反映水箱4的水位压力，而第五压力传感器17由于要远距离传送水位压力，所以采用电流模式信号，第三压力传感器7和第五压力传感器17虽然采用不同的数据传送方式，但数据都反映同一时刻的水箱4的水位压力；因此，微处理器B1在做系统流量协调控制时，数据真实可用。此外，进水干管道流量测试装置价低、安装便捷；由水箱4内的第一压力传感器5、第二压力传感器6和第三压力传感器7组合实现加压供水分支路供水时，就地按水箱4水压高低自动切换；同时，接受微处理器B1控制实现协调调节，达到降耗、节水，充分利用有限水资源，提高供用水的品质的目的。

Claims (4)

1.一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统，其特征在于，包括：进水干管(19)、干管源端流量测试装置、第六压力传感器(18)、微处理器控制装置、若干加压供水分支路和若干消防加压泵；其中，所述进水干管(19)上连通若干加压供水分支路，干管源端流量测试装置和第六压力传感器(18)设于进水干管(19)的源端；
所述每一加压供水分支路包括：气体罐(1)、气控阀(2)、用户供水管路(3)、水箱(4)、调速加压机泵、变频器、第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)、第三压力传感器(7)、第四压力传感器(8)和第五压力传感器(17)；所述气控阀(2)置于气体罐(1)底端，与气体罐(1)紧密衔接；用户供水管路(3)的顶端与气控阀(2)衔接，底端与水箱(4)连接；调速加压机泵置于水箱(4)内，与变频器电连接；第一压力传感器(5)和第二压力传感器(6)置于用户供水管路(3)的下端近水箱(4)处，第三压力传感器(7)和第五压力传感器(17)置于水箱(4)内；第四压力传感器(8)置于用户供水管路(3)的上端；第一压力传感器(5)的量程小于第二压力传感器(6)的量程；第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)和第三压力传感器(7)通过供水控制电路与变频器相连；气控阀(2)设有泄气通道(9)和逆止通道(10)，泄气通道(9)上设有一电磁阀(11)，所述电磁阀(11)线圈的一端通过气控电路与第四压力传感器(8)相连，电磁阀(11)线圈的另一端接电源负极；逆止通道(10)的上端设有一逆止口(12)；
所述第六压力传感器(18)、每个加压供水分支路的第五压力传感器(17)和供水区域的消防加压泵工作状态信号均与微处理器控制装置相连；
所述微处理器控制装置，包括：微处理器B1、数据存储器B2、D/A转换器B3、信号处理转换控制单元B4、放大隔离输出单元B5、功率放大单元B7和故障报警输出单元B6；微处理器B1的I/O接口与数据存储器B2的串行口、D/A转换器B3的数据口及信号处理转换单元B4的数据口相连接，微处理器B1的I/O接口经功率放大单元B7与故障报警输出单元B6相接，D/A转换器B3的模拟输出口与放大隔离输出单元B5相接，放大隔离输出单元B5的输出端经电隔离输出控制信号；所述微处理器控制装置设有若干电压输入口、若干电流输入口和光电隔离输入口，每一电压输入口通过一电压输入电路接入信号处理转换控制单元B4，每一电流输入口通过一电流输入电路接入信号处理转换控制单元B4，光电隔离输入口通过光电隔离电路接入信号处理转换控制单元B4；
所述第六压力传感器(18)的一端接一电流输入口的一端，另一端接该电流输入口的负端；每一加压供水分支路的第五压力传感器(17)的一端均接一电压输入口的一端，另一端接电压输入口的负端；每一加压供水分支路的变频器VVVF的电压模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电压输入口的一端相接，另一端和电压输入口另一端相接；每一远程加压供水分支路的变频器VVVF的电流模拟输出口的一端和微处理器控制装置的电流输入口的一端相接，另一端和电流输入口另一端相接；
所述干管源端流量测试装置，包括：荧光小球G、细绳L、杯卡式触点KG、微型直流电机DM1、电磁阀DF1、电阻R13-R17、二极管D4和D5、光电管DV、运算放大器A3和A4、功放管TV3和TV4、继电器KM3和KM4；细绳L一端接荧光小球，另一端接电磁阀DF1的阀芯；微型直流电机DM1的一端接继电器KM4的常开触点的一端，继电器KM4的常开触点另一端接电源正极，微型直流电机DM1的另一端接电源负极；电磁阀DF1线圈一端接继电器KM3常开触点的一端，继电器KM3常开触点的另一端接电源正极，电磁阀DF1线圈的另一端接电源负极；继电器KM3线圈的一端和电源正极、二极管D4的一端相接，继电器KM3线圈的另一端分别和二极管D4的另一端、功放管TV3的集电极相接，功放管TV3的基集接入D/A转换器B3，功放管TV3发射极接地；继电器KM4线圈的一端和电源正极、二极管D5的一端相接，继电器KM4线圈的另一端分别和二极管D5的另一端、功放管TV4集电极相接，功放管TV4的基集接入D/A转换器B3，功放管TV4发射极接地；
光电管DV的一端接运算放大器A3的同相输入端，另一端分别和运算放大器A3的反相输入端、电阻R14的一端相接，运算放大器A3的输出端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与电阻R14的另一端相连后接入微处理器控制装置的光电隔离输入口，运算放大器A3的另一端和输入口公共地相接；运算放大器A4一输入端接杯卡式触点KG的一端，杯卡式触点KG的另一端接地，运算放大器A4另一输入端分别与电阻R17的一端和电阻R16的一端相连，电阻R17的另一端接电源正极；电阻R15的一端与运算放大器A4的输出端相连，电阻R15的另一端和电阻R16的另一端相连后接入微处理器控制装置的电压输入口；
所述供水控制电路包括电阻R1-R5，继电器KM1、KM2，运算放大器A1，三极管TV1、TV2，稳压二极管WD1，二极管D1、D2；第三压力传感器7的一端和电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2及运算放大器A1的输入口，运算放大器A1的另一输入口与第三压力传感器7的另一端相连后接地，电阻R2的另一端分别和电阻R3、继电器KM2的第一常闭触点及稳压二极管WD1的负极相接，电阻R3的另一端和运算放大器A1的输出口相接，电阻R4的一端和继电器KM2的第二常闭触点相连，电阻R4的另一端和三极管TV1的基极相连，三极管TV1的发射极和继电器KM1线圈的一端及二极管D1的负极相连，继电器KM1线圈的另一端和二极管D1的正极相连后接地；第一压力传感器(5)的信号输出端连接继电器KM2的第一常闭触点，继电器KM2的第一常闭触点连接继电器KM1的第一常开触点，继电器KM1的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接；第一压力传感器(5)的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接；稳压二极管WD1的正极与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端和三极管TV2的基极相连，三极管TV2的发射极和继电器KM2线圈的一端及二极管D2的负极相接，继电器KM2线圈的另一端和二极管正极相连后接地；第二压力传感器(6)的信号输出端连接继电器KM1的第一常闭触点，继电器KM1的第一常闭触点连接继电器KM2的第一常开触点，继电器KM2的第一常开触点和变频器VVVF的控制信号输入正端相接，第二压力传感器(6)的另一端和变频器VVVF的控制信号输入负端相接。
2.根据权利要求1所述一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统，其特征在于，所述气控电路包括电阻R6-R9，继电器KM，三极管TV，运算放大器A2，二极管D3；第四压力传感器(8)的一端接地，其信号输出端和电阻R6的一端相接，电阻R6的另一端和电阻R7及运算放大器A2输入口相接，运算放大器A2的另一输入口接地，运算放大器A2的输出口和电阻R8的一端相接，电阻R8的另一端与电阻R7相连后连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接入三极管TV的基极，三极管TV的发射极和继电器KM线圈的一端及二极管D3负极相接，继电器KM线圈的另一端和二极管正极相接后接地；继电器KM的第一常开触点和气控阀(2)的电磁阀(11)线圈的一端相连，继电器KM的第一常开触点接24伏电源正极，电磁阀(11)线圈的另一端接电源负极。
3.根据权利要求1所述一种居住小区分布式无负压节电供水调控系统，其特征在于，所述电压输入电路包括信号隔离匹配变压器T、电阻R10、电容C1、电容C2和运放A5，信号隔离匹配变压器T的输入端接电压输入口，信号隔离匹配变压器T的输出端并联电容C1，电容C1的一端接电阻R10的一端，另一端与电容C2的一端相连后接地，电阻R10的另一端和电容C2的另一端相连后接入运放A5的同相输入端，运放A5的反相输入端与输出端相连后接信号处理转换控制单元B4；所述电流输入电路包括电阻R11、R12，电容C3、C4和运放A6，电流输入口的一端分别与电阻R11、电阻R12、电容C3的一端相连，电流输入口的另一端与电阻R11、电容C3的另一端、电容C4的一端相连后接地，电阻R12的另一端和电容C4的另一端相连后接入运放A6的同相输入端，运放A6的反相输入端与输出端相连后接入信号处理转换控制单元B4；所述光电隔离电路包括：电阻R18、R19，二极管D6和光电耦合管DV1，光电隔离输入口的一端与电阻R18的一端相连，光电隔离输入口的另一端分别与二极管D6、光电耦合管DV1的光电输入负极相连后接地，电阻R18的另一端与二极管D6的另一端相连后接光电耦合管DV1的光电输入端，光电耦合管DV1的一输出端和电阻R19相连后接入信号处理转换控制单元B4，光电耦合管DV1的另一输出端接地，电阻R19的另一端接电源正极。
4.一种利用权利要求1所述系统的居住小区分布式无负压节电供水调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获得各加压供水分支路的即时流量：由于加压供水分支路的即时流量和该支路调速加压机泵转速密切相关，机泵转速和变频器VVVF输入口有关，也和模拟输出口输出值有对应关系，借助变频器VVVF模拟输出口输出值间接求取各自加压供水分支路的即时流量，将数据存储在数据存储器B2待用；
(2)在微处理器B1的控制下，通过I/O接口读取进水干管(19)中的第六压力传感器(18)的数据及各加压供水分支路的水箱(4)内第五压力传感器(17)的数据，分别和第六压力传感器(18)的标准数据值比较，若差值在规定范围内，说明进水干管(19)水流充足，供水区域中各供水分支路的加压设备可依据用户供水管路(3)内的第二压力传感器(6)的信号控制变频器VVVF启动或停机，此时，供水耗能少；若发现某个加压供水分支路的水箱(4)内第五压力传感器(17)的数据远小于进水干管(19)中的第六压力传感器(18)的实际数据，微处理器B1将校对第六压力传感器(18)的数据值，诊断分析第六压力传感器(18)故障与否；若第六压力传感器(18)正常，而实时值小于标准规定值，微处理器B1将启动干管流量计算；
(3)干管源端流量测试：发指令给I/O接口驱动功放TV3导通，功放TV3集电极中的继电器KM3线圈通电，继电器KM3常开接点闭合，电磁阀DF1线圈通电，电磁阀DF1的阀芯向右快速移动，细绳L及荧光小球G坠落到进水干管(19)水中，向光电管DV方向流动；此时，杯卡式触点KG断开，运放A4向微处理器B1的电压输入口发送信号，微处理器B1读取该电压输入口的信号，荧光小球G释放计时开始，光电管DV捕捉到荧光小球G通过，运放A3向微处理器B1的光电隔离输入口发送荧光小球G到达计时信号，微处理器B1读取并算出流动时间；同时，微处理器B1中断功放TV3基极的I/O接口的输出信号，功放TV3关闭，接于功放TV3集电极的继电器KM3线圈断电，继电器KM3的常开触点断开，电磁阀DF1线圈断电，电磁阀DF1的阀芯复位，为回收细绳L做好准备；此时，微处理器B1发接通微型直流电机DM1的I/O接口指令，功放TV4基极上电，功放TV4集电极中的继电器KM4线圈通电，继电器KM4常开触点闭合，微型直流电机DM1转动，带动圆形阀芯收起细绳L，直到荧光小球G复位，杯卡式触点KG闭合，运放A4输入被短接，输入为零，电阻R15和电阻R16接入到微处理器B1电压输入口信号为零，微处理器B1关断TV4基极接口，继电器KM4线圈断电，继电器KM4常开触点断开，微型直流电机DM1停机，等待下次流量的测试命令；微处理器B1依据小球移动的距离L1及荧光小球G的移动用时，依据进水干管(19)的截面，算得管道的通流量；
(4)微处理器B1依据读取的各供水分支路的变频器模拟输出的实时数值获得换算流量值，计算供、需水量差，估算供、需关系；若流量数值为负，说明需求大于供给，微处理器B1做综合诊断分析，判断管道是否漏水、是否有消防加压泵启动用水；若有消防加压泵启动则通过故障报警输出单元发告警，同时降低供水源端各泵站的用户供水管路水压，以保证消防加压泵及周边泵站的供水压力和流量需求；若消防加压泵没有启动，微处理器B1依据水箱(4)内第五压力传感器(18)的压力数据及用户管道第一压力传感器(5)的压力数据做优化调节：中断第二压力传感器(6)控制的富水模式将支路泵站强压供水转入由低量程第一压力传感器(5)控制的节水工作模式，依据各支路用户管路水压优先启动低压支路泵站。
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