CN105756140A - 一种市政生活水箱调蓄系统及其调蓄方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种市政生活水箱调蓄系统及其调蓄方法。所述系统包括以下部件：调蓄控制系统信号采集装置，调蓄控制装置，调蓄执行装置，高位水箱和低位水箱。所述方法包括如下步骤：(101)信号采集步骤；(102)数据处理步骤；(103)系统实施步骤。本发明可以实时在线监测水箱液位数据，实现水箱进水时段可控，进而根据水箱自身调蓄和供水网络区域调蓄目标实现市政总体用水低峰时进水，用水高峰时尽量减少进水，区域内大部分水箱均按此策略运行，可最大程度对城市目标区域供水量进行“削峰填谷”控制。
Description
技术领域
本发明涉及市政给水技术领域，尤其涉及一种市政生活水箱调蓄系统及其调蓄方法。
背景技术
我国城市供水日变化曲线呈现明显的“M”型特征，低峰用水时，管网维持较高水压，能耗虚高，增加渗漏和爆管风险；高峰用水时，又可能水压不足，不能实现稳定的水量供应。本质上，用户需水量的“M”型波动是造成这一困境的根本原因。
通过水箱进行“削峰填谷”水量调节将大幅提升供水稳定性，降低能耗和运行控制难度。但是当前还缺乏简易普适的技术。已有的一些理论和概念性做法，需要变开度控制阀和变频泵配合，且必须严格预知用户需水量的实际变化数据。这与我国当前的二次供水实际条件极不相符。我国目前的含有水箱的二次供水系统一般采用液位浮球阀及工频泵结合液位开关实施高低液位进水控制。在这种基建条件下，如何发挥既有水箱的调蓄能力，开发易于实施、稳定可靠的“削峰填谷”调蓄技术成为优化供水网络的有效需求。
发明内容
本发明提供了一种市政生活水箱调蓄系统，该系统适用于任何市政供水水箱及水池。
市政生活水箱调蓄系统包括以下部件：调蓄控制系统信号采集装置，调蓄控制装置，调蓄执行装置，高位水箱和低位水箱。优选的是，调蓄控制装置与高位水箱相连，并接收高位水箱静压式液位计信号(1)、高位水箱低液位电开关信号(2)和高位水箱高液位电开关信号(3)；调蓄控制装置与低位水箱相连，并接收低位水箱静压式液位计信号(4)、低位水箱低液位电开关信号(5)和低位水箱高液位电开关信号；调蓄控制装置与泵机组供水母管相连，并接收泵机组供水母管流量计信号；调蓄控制装置与调蓄执行装置相连，并向调蓄执行装置输出控制信号(8、9)。
本发明还提供了一种市政生活水箱调蓄系统的调蓄方法，包括如下步骤：
(101)信号采集步骤：
采集高位水箱静压式液位计信号(1)、高位水箱低液位电开关信号(2)、高位水箱高液位电开关信号(3)、低位水箱静压式液位计信号(4)、低位水箱低液位电开关信号(5)、低位水箱高液位电开关信号(6)和泵机组供水母管流量计信号(7)；
(102)数据处理步骤：
通过信号采集步骤采集到的数据，计算用户需水量实时值、水箱中实时水龄和平均水龄；
其中，用户需水量实时值按下式计算：
实时水龄和平均水龄按下式计算：
实时水龄＝水箱液位/(水箱液位的每分钟变化值)/60，
平均水龄＝一日内所有实时水龄之和/3600/24；
根据历史用户需水量日变化数据，确定用水高峰时段和用水低峰时段；根据实时水龄和平均水龄换算出水箱12h或更低蓄水水位；
(103)系统实施步骤：
水箱的执行器接受控制器内嵌自适应算法下达的入水时间参数，实施经过区域规划的调蓄进水控制；其中包括如下步骤：控制器内嵌自适应算法接受区域云中心下达的调蓄控制参数，同时结合数据处理步骤(102)获得的该水箱负责的用水高峰时段和用水低峰时段数据以及水箱12h或更低蓄水水位，换算成为入水起始时间及持续时间；采用以上计算所得入水起始时间及持续时间，控制电动遥控浮球阀启闭及泵机组启停，实现按规划方案入水。
本发明可以实时在线监测水箱液位数据，实现水箱进水时段可控，进而根据水箱自身调蓄和供水网络区域调蓄目标实现市政总体用水低峰时进水，用水高峰时尽量减少进水，区域内大部分水箱均按此策略运行，可最大程度对城市目标区域供水量进行“削峰填谷”控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的系统组成图。
图2是本发明的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的流程图。
图3是本发明的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的运行效果图。
图中：1高位水箱静压式液位计信号；2高位水箱低液位电开关信号；3高位水箱高液位电开关信号；4低位水箱静压式液位计信号；5低位水箱低液位电开关信号；6低位水箱高液位电开关信号；7泵机组供水母管流量计信号；8泵机组控制信号；9电动遥控浮球阀控制信号；10市政入水母管；11电动遥控浮球阀体；12电动遥控浮球阀控制流路电动阀；13泵机组；14生活水用户端出水母管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的系统组成包括：调蓄控制系统信号采集装置，调蓄控制装置和调蓄执行装置。
其中：调蓄控制系统信号采集装置，包括但不限于多点液位电开关、静压式液位计、出水或入水流量计。调蓄控制系统信号采集装置采集高位水箱静压式液位计信号1、高位水箱低液位电开关信号2、高位水箱高液位电开关信号3、低位水箱静压式液位计信号4、低位水箱低液位电开关信号5、低位水箱高液位电开关信号6和泵机组供水母管流量计信号7。
调蓄控制装置，包括但不限于自适应调蓄控制器、可编程序控制器。调蓄控制装置输出泵机组控制信号8和电动遥控浮球阀控制信号9。
调蓄执行装置，包括但不限于电动遥控浮球阀11、工频或变频泵13。
具体地，如图1所示，本发明的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的系统组成包括：自适应水箱调蓄控制器，高位水箱，低位水箱，市政入水母管10，电动遥控浮球阀体11，电动遥控浮球阀控制流路电动阀12和泵机组13。
其中，自适应水箱调蓄控制器与高位水箱相连，并接收高位水箱静压式液位计信号1、高位水箱低液位电开关信号2和高位水箱高液位电开关信号3。自适应水箱调蓄控制器与低位水箱相连，并接收低位水箱静压式液位计信号4、低位水箱低液位电开关信号5和低位水箱高液位电开关信号。自适应水箱调蓄控制器与泵机组供水母管相连，并接收泵机组供水母管流量计信号。自适应水箱调蓄控制器与泵机组13相连，并向泵机组13输出泵机组控制信号8。自适应水箱调蓄控制器与电动遥控浮球阀11相连，并向电动遥控浮球阀11输出电动遥控浮球阀控制信号9。
泵机组13与高位水箱和低位水箱相连，以便根据自适应水箱调蓄控制器发出的泵机组控制信号8启泵或停泵，并将水从低位水箱泵送至高位水箱。
如图2所示，本实施例的一种市政生活水箱调蓄系统的实施步骤可以包括：
信号采集步骤101，采集高位水箱静压式液位计信号1、高位水箱低液位电开关信号2、高位水箱高液位电开关信号3、低位水箱静压式液位计信号4、低位水箱低液位电开关信号5、低位水箱高液位电开关信号6和泵机组供水母管流量计信号7。
数据处理步骤102，通过信号采集步骤采集到的数据，计算用户需水量实时值、水箱中实时水龄和平均水龄。
具体的，实时用户需水量按下式计算(采样时长推荐取0.5～1.0min)：
具体的，实时水龄和平均水龄按下式计算：
实时水龄＝水箱液位/(水箱液位的每分钟变化值)/60，
平均水龄＝一日内所有实时水龄之和/3600/24。
具体的，根据历史用户需水量日变化数据，确定用水高峰时段和用水低峰时段；根据实时水龄和平均水龄换算出水箱12h(或按需更低)蓄水水位。
系统实施步骤103，水箱的执行器(泵和阀门)接受控制器内嵌自适应算法下达的入水时间参数，实施经过区域规划的调蓄进水控制。
具体的，控制器内嵌自适应算法接受区域云中心下达的调蓄控制参数；同时结合数据处理步骤102获得的该水箱负责的用水高峰时段和用水低峰时段数据以及水箱12h(或按需更低)蓄水水位，换算成为入水起始时间及持续时间。
云中心下达的调蓄控制参数包括被调蓄水箱的入水起始时间及持续时间，其大致算法实现过程如下：对需要进行供水调蓄区域的水箱进行调研，调研的内容包括该区域内水箱的数量、各水箱的水箱参数，并且按照水箱进水流量和调蓄体积对水箱参数进行编码；水箱按进水流量由大到小进行一级编码，以及对水箱调蓄体积由大到小进行二级编码；每日用户需水量的用水高峰时段和用水低谷时段结合一级编码和二级编码，规划进水时间采用“峰前大流量先进，峰后小流量先进；谷前小流量先进，谷后大流量先进；谷进流量大于峰进流量；所有峰进维持到峰来时；谷进批次进行”的总体规则；而水箱规划进水时长则通过该水箱按其进水流量大小的一级编码的大小，依次对水箱由低液位补至满液位所需时间确定。
具体的，采用以上计算所得入水起始时间及持续时间，控制电动遥控浮球阀及泵机组启闭或启停，实现按规划方案入水。
具体的，各水箱高低液位电开关信号是具有最高权限的安全信号，不论入水与否，一旦触发水箱低液位电开关信号为1，必须启泵或开阀，以避免水箱中无水；一旦触发水箱高液位电开关信号为1，必须停泵或关阀，以避免水箱中水溢出。
如图3所示，是本实施例的一种市政生活水箱调蓄系统的一个实施例的运行效果图。
具体的，可以看到系统主动调节水箱入水时间，避开了用水高峰期(5：00～11：00、19：00～23：00)，且大量进水时间基本控制在了用水低峰时段(1：00～2：00、3：00～4：00、11：30～12：30、15：30～16：30)，达到了该水箱的削峰填谷调蓄目标。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，包括以下部件：
调蓄控制系统信号采集装置，调蓄控制装置和调蓄执行装置。
2.一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，包括以下部件：
调蓄控制系统信号采集装置，调蓄控制装置，调蓄执行装置，高位水箱和低位水箱。
3.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，所述调蓄控制系统信号采集装置包括但不限于多点液位电开关、静压式液位计、出水或入水流量计，其采集的信号包括：
高位水箱静压式液位计信号(1)、高位水箱低液位电开关信号(2)、高位水箱高液位电开关信号(3)、低位水箱静压式液位计信号(4)、低位水箱低液位电开关信号(5)、低位水箱高液位电开关信号(6)和泵机组供水母管流量计信号(7)。
4.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，所述调蓄控制装置包括但不限于自适应调蓄控制器、可编程序控制器，其输出如下控制信号：
泵机组控制信号(8)和电动遥控浮球阀控制信号(9)。
5.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，所述调蓄执行装置主要包括：
电动遥控浮球阀控制流路电动阀(12)和泵机组(13)。
6.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，按下式计算水箱中实时水龄和平均水龄：
实时水龄＝水箱液位/(水箱液位的每分钟变化值)/60，
平均水龄＝一日内所有实时水龄之和/3600/24；
将算得的实时水龄和平均水龄作为控制指标，用于控制水箱每次充水液位。
7.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，入水时间接受调蓄控制装置内嵌自适应算法提供的时间参数实施，调蓄控制装置内嵌自适应算法接受区域云中心下达的调蓄控制参数进行计算。
8.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，调蓄控制装置与高位水箱相连，并接收高位水箱静压式液位计信号(1)、高位水箱低液位电开关信号(2)和高位水箱高液位电开关信号(3)；调蓄控制装置与低位水箱相连，并接收低位水箱静压式液位计信号(4)、低位水箱低液位电开关信号(5)和低位水箱高液位电开关信号；调蓄控制装置与泵机组供水母管相连，并接收泵机组供水母管流量计信号；调蓄控制装置与调蓄执行装置相连，并向调蓄执行装置输出控制信号(8、9)。
9.根据权利要求1或2所述的一种市政生活水箱调蓄系统，其特征在于，所述系统包括泵机组(13)，所述泵机组(13)与高位水箱和低位水箱相连，以便根据调蓄控制装置发出的泵机组控制信号(8)启泵或停泵，并将水从低位水箱泵送至高位水箱。
10.一种市政生活水箱调蓄系统的调蓄方法，其特征在于，包括如下步骤：
(101)信号采集步骤：
采集高位水箱静压式液位计信号(1)、高位水箱低液位电开关信号(2)、高位水箱高液位电开关信号(3)、低位水箱静压式液位计信号(4)、低位水箱低液位电开关信号(5)、低位水箱高液位电开关信号(6)和泵机组供水母管流量计信号(7)；
(102)数据处理步骤：
通过信号采集步骤采集到的数据，计算用户需水量实时值、水箱中实时水龄和平均水龄；
其中，用户需水量实时值按下式计算：
实时水龄和平均水龄按下式计算：
实时水龄＝水箱液位/(水箱液位的每分钟变化值)/60，
平均水龄＝一日内所有实时水龄之和/3600/24；
根据历史用户需水量日变化数据，确定用水高峰时段和用水低峰时段；根据实时水龄和平均水龄换算出水箱12h或更低蓄水水位；
(103)系统实施步骤：
水箱的执行器接受控制器内嵌自适应算法下达的入水时间参数，实施经过区域规划的调蓄进水控制；其中包括如下步骤：控制器内嵌自适应算法接受区域云中心下达的调蓄控制参数，同时结合数据处理步骤(102)获得的该水箱负责的用水高峰时段和用水低峰时段数据以及水箱12h或更低蓄水水位，换算成为入水起始时间及持续时间；采用以上计算所得入水起始时间及持续时间，控制电动遥控浮球阀启闭及泵机组启停，实现按规划方案入水。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，各水箱高低液位电开关信号是具有最高权限的安全信号，不论入水与否，一旦触发水箱低液位电开关信号为1，必须启泵或开阀，以避免水箱中无水；一旦触发水箱高液位电开关信号为1，必须停泵或关阀，以避免水箱中水溢出。
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