CN106121984B - 基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法及水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，包括控制器、用于检测水泵水流信号的流量开关传感器和用于检测水泵压力信号的压力开关传感器；所述控制器用于接收水流信号、压力信号以及控制水泵的启停；通过水泵停止时间大小的比较，实时调整水泵的运转时间，降低水泵的启停频率；同时公开了一种使用基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法的水泵；具有水泵使用时低频繁启动、漏水检测以及压力缓冲罐故障检测等功能。

Description

基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法及水泵

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，尤其是涉及水泵的控制技术领域，具体是涉及一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法及水泵。

背景技术

水泵是供水和排水系统的重要组成部分，随着科技的发展，智能控制系统在民用水泵领域的应用越来越广泛；目前，较为普遍的应用是使用压力开关传感器和流量开关传感器，通过压力开关传感器对水泵的压力信号进行检测，并输出压力开关量信号至水泵控制器，通过流量开关传感器对水泵的水流信号进行检测，并输出水流开关量信号至水泵控制器；水泵控制器通过接收到的压力开关量信号和水流开关量信号对水泵的启停进行控制；实现供水的智能化。

然而，由于民用水泵的成本限制，所使用的流量开关传感器一般使用干簧管磁感应式传感器，其检测精度较低，在小流量用水时，所述流量开关传感器无法检测到水流信号；目前使用在智能自吸泵上的流量开关传感器能检测的最小流量在3升/分钟左右；因此，当水泵处于小流量供水时，流量开关传感器是无法检测到水流信号的，即所述流量开关传感器在水泵小流量供水时，对水泵的控制是起不到任何作用的；此时，水泵由压力开关传感器单独控制，即当检测到压力信号时（水泵压力达到压力开关传感器的设定值）水泵停止运转，当压力信号断开时（水泵压力不足）水泵启动运转；但由于水泵始终处于供水，水泵随压力信号的通断频繁启停，当小流量供水流量越大，水泵启停越频繁；高频率的水泵启停将造成水泵的使用寿命缩短，同时造成供水压力的不稳定；甚至造成水泵电机损坏或控制器烧毁。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，通过水泵停止时间的大小比较，实时调整水泵的运转时间来减少水泵的启停频率；延长了水泵的使用寿命，同时有效提高供水压力的稳定。

本发明还提供一种供水系统漏水检测方法和一种压力缓冲罐故障检测方法，以提高水泵的智能化。

本发明的另一目的是提供一种水泵，使用上述基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法实现供水，具有使用寿命长，小流量供水压力稳定的优点。为解决现有技术存在的不足，本发明所采用的技术方案是：

一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，包括控制器、用于检测水泵水流信号的流量开关传感器和用于检测水泵压力信号的压力开关传感器；所述控制器用于接收水流信号、压力信号以及控制水泵的启停；

包括以下步骤，

当检测到压力信号断开，控制水泵启动运转；

水泵运转时，若检测到有水流信号时，控制水泵持续运转；

若持续N秒检测不到压力信号和水流信号时，控制水泵停止运转，所述N为10-1800；

若检测到压力信号，但检测不到水流信号时，控制水泵运转M秒后停止，所述M≥1，并执行以下步骤；

连续计时并记录水泵的停止时间，所述停止时间为水泵从停止到重新启动的时间；

连续比较当前的水泵停止时间和上一次的水泵停止时间的大小，用t_n表示为当前的水泵停止时间，t_n-1表示为上一次的水泵停止时间；根据t_n和t_n+1大小来调整M值的大小。

进一步地，若t_n＞t_n-1+Δt，则减少M值；若t_n+1≤t_n+Δt，则增加M值；其中，Δt为0-100秒。

进一步地，所述M设定有初始值；若t_n＞t_n-1+Δt，则调整M为初始值；若t_n≤t_n-1+Δt，则增加M值；其中，Δt为0-100秒。

优选地，所述M秒为从检测到压力信号开始计时。

优选地，所述M秒为从水泵启动时开始计时。

进一步地，水泵包括压力缓冲罐；当检测到至少一次所述停止时间值小于Z秒时，输出压力缓冲罐故障信号；其中Z为0.5-180。

优选地，每一次水泵启动后的前X秒，屏蔽流量信号检测；其中，0＜X＜M。

进一步地，包括步骤，连续对t_n和t_n-1求比值，获得至少一个时间比值，若在连续时间Y分钟内，所述时间比值均在0.75-1.25范围内，则输出漏水信号；其中Y为5-720。

优选地，所述M设定有初始值；当所述停止时间大于N分钟时，其中N为1-60，则调整M值为初始值。

一种水泵，使用上述任一项所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法控制的水泵，包括止回阀、压力缓冲罐、压力开关传感器、流量开关传感器和控制器；

所述止回阀设置在水泵的低压力端；

所述压力缓冲罐设置在水泵的高压力端；

所述控制器用于连接电源，并用于控制水泵的启停；

所述压力开关传感器用于检测水泵的出口压力并与控制器连接，输出压力开关量信号至控制器；

所述流量开关传感器用于检测水泵水流信号，并与所述控制器连接，输出水流开关量信号至控制器。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明通过在小流量供水时对水泵停止时间的比较，实时调整水泵的运转时间，降低水泵的启停频率，有效延长了水泵的使用寿命，同时提高了水泵供水压力的稳定性；另一方面，低频繁启停也有效的降低了电能的损耗。

同时，还提供了一种漏水检测功能，可以减少用户因忘记关闭出水口、未关紧出水口或水管有漏点而造成的水资源浪费。

另外，本发明提供的压力缓冲罐故障检测功能，实现了对压力缓冲罐的性能监测，提高了水泵运行的可靠性。

另外，本发明的一种水泵，使用上述基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法实现供水，所述水泵具有使用寿命长、启停频率低、小流量供水压力稳定等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种水泵的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水泵的功能模块连接示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种水泵的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种水泵的功能模块连接示意图；

图5为本发明一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法的流程示意图；

图6本发明实施例提供的漏水检测方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的压力缓冲罐故障检测方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例：

结合图1和图2所示的一种水泵，包括基座9、进口7、出口6、泵体8、止回阀5、压力缓冲罐4、压力开关传感器2、流量开关传感器3和控制器1；所述进口7为水泵的低压力端，与泵体8连接；所述出口6为水泵的高压力端，与泵体8连接；所述泵体8设置在基座9上；所述控制器1设置在基座9上（水泵电机未在图1上显示）。

所述止回阀5设置在水泵的进口7处。

所述压力缓冲罐4设置在水泵的出口6处，并位于所述止回阀5的下游。

所述控制器1用于连接电源，并用于控制水泵的启停。

所述压力开关传感器2设置在出口6处，并位于所述止回阀5的下游；用于检测水泵的出口压力并与控制器1连接，输出压力开关量信号至控制器1。

所述流量开关传感器3设置在进口7处，用于检测水泵水流信号，并与所述控制器1连接，输出水流开关量信号至控制器1。

结合图3和图4所示的另一种水泵，包括基座9、进口7、出口6、泵体8、止回阀5、压力缓冲罐4、压力开关传感器2、流量开关传感器3和控制器1；所述进口7为水泵的低压力端，与泵体8连接；所述出口6为水泵的高压力端，与泵体8连接；所述泵体8设置在基座9上；所述控制器1设置在基座9上（水泵电机未在图3上显示）。

所述止回阀5设置在水泵的进口7处。

所述压力缓冲罐4设置在水泵的出口6处。

所述控制器1用于连接电源，并用于控制水泵的启停。

所述压力开关传感器2设置在出口6处，并位于所述压力缓冲罐4的下游；用于检测水泵的出口压力并与控制器1连接，输出压力开关量信号至控制器1。

所述流量开关传感器3设置在进口7处，并位于所述压力缓冲罐4的下游；用于检测水泵水流信号，并与所述控制器1连接，输出水流开关量信号至控制器1。

结合图5所示，上述任一水泵的控制方法步骤如下：

S101，当检测到压力信号断开，控制水泵启动运转；

S102，水泵运转时，若检测到水流信号时，控制水泵持续运转；

若持续N秒检测不到压力信号和水流信号时，控制水泵停止运转，所述N为10-1800；

若检测到压力信号，但检测不到水流信号时，控制水泵运转M秒后停止，所述M≥1，并执行以下步骤；

S103，连续计时并记录水泵的停止时间，所述停止时间为水泵从停止到重新启动的时间；

S104，连续比较当前的水泵停止时间和上一次的水泵停止时间的大小，用t_n表示为当前的水泵停止时间，t_n-1表示为上一次的水泵停止时间；根据t_n和t_n+1大小来调整M值的大小。

其原理是：水泵通电后，控制器根据接收压力开关传感器的压力信号来决定是否启动水泵运转，当压力信号断开，控制水泵启动，并始终保持水泵维持在一定压力状态。

如果用水停止，即使水泵停止运转，在止回阀的作用下，水泵也将维持在当前压力；当开始用水时，水泵压力下降，压力信号断开，控制器控制水泵启动运转，以维持水泵的压力在目标压力值或以上。

当水泵运转并持续用水时，控制器将接收到水流信号，此时，即使控制器接收到压力信号，也继续控制水泵运转，直至水流信号断开，以保证供水压力平稳（此时水泵处于全扬程供水状态），减少水泵的启停频率。

一种情况是，水泵可能出现进水缺失，控制器将无法接收到压力信号和水流信号，水泵将处于空转，此时应停止水泵运转，以免造成水泵的长时间空转，浪费电能并影响水泵的使用寿命；根据不同类型水泵的结构及性能状况，选择一个较为合适的N值，一般情况下，N可以为10-1800之间的任何一个值。

现有的流量开关传感器由于其本身结构所致，在水泵小流量供水时，流量开关传感器是无法检测到水流信号的；此外，不同厂家生产的流量开关传感器的精度也不尽相同，目前精度相对较高的流量开关传感器能检测到的最小水流速度在10ml/s左右，而大部分智能自吸泵上配置的流量开关传感器所能检测到的最小水流速度普遍在50ml/s左右（即3L/min），有的甚至需要达到80ml/s的水流速度流量开关传感器才能检测到；因此，当水泵处于小流量供水时（即低于流量开关传感器所能检测到的最小水流速度），控制器因无法接收到水流信号，根据压力信号控制水泵的启停，即使在配置有压力缓冲罐的情况下，水泵也将频繁启停；造成水泵使用寿命降低。

实际上，当水泵处于小流量供水时，应尽量延长水泵的运转时间，减少水泵的启停频率；可以通过对水泵的停止时间进行记录，并通过当前水泵的停止时间与上一次水泵停止时间的大小比较，来判断用水量的变化；通常，在一直用水或用水量变大时，需要水泵保持运转以正常供水；因此，通过水泵停止时间的大小比较可以对水泵的运转时间进行实时调整，以减少水泵的启停频率。为保证用水量判断的准确性，应根据水泵的结构性能（额定扬程、额定功率、压力开关传感器的压力设定值和/或压力缓冲罐的大小），或可以对水泵进行实际测定，设定M的一个最小值，以保证水泵每一次停止时水泵都能达到最高压力值；此情况下，水泵每一次停止状态下所供应的水量基本是相同的。

比如，水泵在接近流量开关传感器所能检测到的最小水流速度供水的情况下，若水泵运转1秒钟即可达到最高压力值，则可以设定M=1。

示例：当流量开关传感器所能检测到的最小水流速度为50ml/s；水泵在50ml/s的水流速度下，从压力信号断开状态时的压力升至最高压力的运转时间为9秒；则可以设定M≥9。

为进一步对步骤S103和S104进行说明，从第一次对停止时间的记录记为t1，并依次记为t2、t3、……t_n-1、t_n；并设定M初始值为M₁。

A）：当t₂＞t₁+Δt，则减少M为初始值M₁；当t₃＞t₂+Δt，则减少M为初始值M1；当t₄≤t₃+Δt，则增加M为M₁+ΔM；当t₅≤t₄+Δt，则增加M为M₁+ΔM×2；当t₆≤t₅+Δt，则增加M为M₁+ΔM×3；当t₇≤t₆+Δt，则增加M为M₁+ΔM×4；当t₈＞t₇+Δt，则减少M为M₁+ΔM×3；当t₉＞t₈+Δt，则增加M为M₁+ΔM×2；所述Δt为0-100秒，所述ΔM为大于0。

B）当t₂＞t₁+Δt，则维持M为初始值M₁；当t₃＞t₂+Δt，则维持M为初始值M1；当t₄≤t₃+Δt，则增加M为M₁+ΔM；当t₅≤t₄+Δt，则增加M为M₁+ΔM×2；当t₆≤t₅+Δt，则增加M为M₁+ΔM×3；当t₇≤t₆+Δt，则增加M为M₁+ΔM×4；当t₈＞t₇+Δt，则维持M为初始值M₁；当t₉＞t₈+Δt，则维持M为初始值M₁；当t₁₀≤t₉+Δt，则增加M为M₁+ΔM。

上述Δt为0-100，上述ΔM为大于0。

优选地，设定M的一个初始值；当所述停止时间大于N分钟时，其中N为1-60，则调整M值为初始值。

当在执行步骤S103和S104中过程中，控制器接收到水流信号，步骤S103和S104自动停止，水泵保持持续运转直至水流信号断开，当重新执行步骤S103和S104时，M值恢复到初始值。

所述M秒时间可以从检测到压力信号开始计时或从水泵启动时开始计时。

如图1所示，当流量传感器3设置在水泵进口7处时，优选地方案是，每一次水泵启动后的前X秒，屏蔽水流信号检测（即X秒时间段内的水流信号无效）；其中，0＜X＜M；所述X的大小设定取决于压力缓冲罐4的容积和水泵的额定能力；因为在水泵启动时，即使未用水（即出水口关闭），需要给压力缓冲罐4进行充水增压，此时会有水流从水泵进口7处通过，流量传感器3会检测到水流信号并传输信号至控制器1；在执行步骤S103和S104过程中，控制器在水泵每次启动时都将接收到水流信号，并持续一定时间（通常是几秒钟），导致步骤S103和S104无法正常执行；上述每一次水泵启动后的前X秒屏蔽水流信号检测，解决了步骤S103和S104执行过程的连续性和准确性。

上述压力缓冲罐4为水泵自带的，一般在水泵出厂时即已配置好；目前主要使用内置皮囊压力罐，使用前对压力罐进行充气，使其具有一定压力；在水泵使用过程中，压力缓冲罐4的可能发生气体泄漏导致压力不足，也有可能皮囊破损导致压力缓冲功能丧失；若压力缓冲罐4气压不足或皮囊破损，都将造成水泵在小流量供水时的启停频率增加；因此，需要一种对压力缓冲罐进行故障检测的方法，以便用户获知压力缓冲罐故障信息。

如图6所示，在执行步骤S103和S104的过程中可以增加一个步骤S105；当检测到至少一次所述停止时间值小于Z秒时，输出压力缓冲罐故障信号；其中Z为0.1-180。

其原理是：在压力缓冲罐正常工作时，通过对水泵在流量传感器所能检测到的最小水流速度情况下，测定此时水泵从最高压力值降到压力信号断开的时间；这个时间即为水泵小流量状况下的最小停止时间，一旦水泵的停止时间小于最小停止时间，即可判断为压力缓冲罐故障；但若在实际使用时，除了水泵自带的压力缓冲罐，同时在水泵的下游另外又设置了压力缓冲装置，则需要对水泵进行联网测试（即包括后置的压力缓冲装置）以获得更加准确的水泵最小停止时间，以便对Z值进行准确的设定。

进一步地，根据用户用水习惯，情况一是家庭用水，主要用于厨房、卫生间、洗衣等，比如厨房用水时一般是短时间大流量频繁用水；卫生间则是用水量较大，除了洗澡时为长时间大流量用水，其它时候都以大流量短时间用水；洗衣用水则是大流量较长时间用水；情况二是农业用水，主要用于灌溉，其用水基本也处于大流量短时间用水；不管是家庭用水还是农业用水，小流量用水的情况不多，对于长时间小流量用水的机率更是不高。

当水泵下游管道存在泄漏点或出水口未关紧的情况下（漏水速度小于流量传感器所能检测到的水流速度），水泵每一次从停止开始到重新启动的时间将基本保持不变或变化很小；若用户一直未用水，则水泵的停止时间将长时间保持基本不变或变化很小。

因此，进一步地，如图7所示，在执行步骤S103和S104过程中，增加步骤S105’，连续对t_n和t_n-1求比值，获得至少一个时间比值，若在连续时间Y分钟内，所述时间比值均在0.75-1.25范围内，则输出漏水信号；其中Y为5-720。

上述漏水信号可以由控制器至故障显示灯和/或显示屏幕，和/或蜂鸣器，以提醒用户目前供水管道存在漏水可能，需要排除漏水点，用户可以根据当前的供水系统状况判断是否继续保持水泵的正常工作；若因为用户自身在长时间小流量用水造成水泵漏水信号的误触发，则用户可以忽略或通过复位操作消除漏水故障报警。

此外，在控制器输出漏水信号的同时，可以直接控制水泵停止运转，暂时停止供水；待用户排除漏水故障后，并在复位或重新上电后开始正常工作。

Claims (7)

1.一种基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，包括控制器、用于检测水泵水流信号的流量开关传感器和用于检测水泵压力信号的压力开关传感器；所述控制器用于接收水流信号、压力信号以及控制水泵的启停；其特征在于：包括以下步骤，

当检测到压力信号断开，控制水泵启动运转；

水泵运转时，若检测到有水流信号时，控制水泵持续运转；

若持续N秒检测不到压力信号和水流信号时，控制水泵停止运转，所述N为10-1800；

若检测到压力信号，但检测不到水流信号时，控制水泵运转M秒后停止，所述M≥1，并执行以下步骤；

连续计时并记录水泵的停止时间，所述停止时间为水泵从停止到重新启动的时间；

连续比较当前的水泵停止时间和上一次的水泵停止时间的大小，用t_n表示为当前的水泵停止时间，t_n-1表示为上一次的水泵停止时间；根据t_n和t_n+1大小来调整M值的大小。

2.根据权利要求1所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，其特征在于：若t_n＞t_n-1+Δt，则减少M值；若t_n+1≤t_n+Δt，则增加M值；其中，Δt为0-100秒。

3.根据权利要求1所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，其特征在于：所述M设定有初始值；若t_n＞t_n-1+Δt，则调整M为初始值；若t_n≤t_n-1+Δt，则增加M值；其中，Δt为0-100秒。

4.根据权利要求1所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，其特征在于：所述M秒为从检测到压力信号开始计时。

5.根据权利要求1所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，其特征在于：所述M秒为从水泵启动时开始计时。

6.根据权利要求1所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法，其特征在于：每一次水泵启动后的前X秒，屏蔽流量信号检测；其中，0＜X＜M。

7.一种水泵，其特征在于：使用权利要求1-6任一项所述的基于压力开关传感器的水泵低启停频率控制方法控制的水泵，包括止回阀、压力缓冲罐、压力开关传感器、流量开关传感器和控制器；

所述止回阀设置在水泵的低压力端；

所述压力缓冲罐设置在水泵的高压力端；

所述控制器用于连接电源，并用于控制水泵的启停；

所述压力开关传感器用于检测水泵的出口压力并与控制器连接，输出压力开关量信号至控制器；

所述流量开关传感器用于检测水泵水流信号，并与所述控制器连接，输出水流开关量信号至控制器。