CN110629831B - 二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变频恒压供水控制技术领域，特别是涉及一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，包括在设备运行前，给生活水箱注水至额定水位；在供水系统正式运行前，设定供水系统运行的控制参数；控制系统开机自动运行，首先投入二次加压泵组变频恒压运行，供水系统在压力设定值下恒压供水；在二次加压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力，当满足一定条件时，投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组；在叠压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力，当满足一定条件时，投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。本发明达到既满足系统安全可靠供水的要求，又达到较好的系统节能效果。

Description

二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于变频恒压供水控制技术领域，特别是涉及一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统及控制方法。

背景技术

目前建筑生活供水系统采用最多为变频恒压供水方式，大致可分两类：一种是设置有低位生活水箱的传统二次加压变频供水方式，一种是无生活水箱的管网叠压供水方式。管网叠压供水方式起源于日本，国内也称为无负压供水技术，国外也常称为管网直接增压供水方式。两种供水方式都各有优缺点，叠压供水设备无低位生活水箱，占地面积小，无水质二次污染风险，且利用了市政管网进水的压力，节能优势较为突出，但由于供水高峰时段可能会对市政管网压力和周围用户供水造成不利影响，所以叠压供水设备的使用受到一定的制约。而传统二次加压变频供水方式基本不受管网压力波动的限制，但管网的水先是进入低位生活水箱，水质二次污染的潜在风险较大，且完全浪费了市政管网的进水压力，达不到充分节能的效果。为了克服两种供水方式的缺点，尤其是当管网水压波动较大，导致应用管网叠压供水方式受到的限制而影响系统可靠供水的某些场合，可以将带低位生活水箱的传统二次加压供水方式与管网叠压供水方式相结合，即在供水系统中既设置有生活水箱及二次加压供水泵组(以下简称为“二次加压泵组”)，也设置有叠压供水泵组(以下简称为“叠压泵组”)，通常在供水高峰时段市政管网压力较低时，采用生活水箱及二次加压泵组的加压供水方式，在非供水高峰时段市政管网压力满足叠压供水要求时，采用叠压泵组直接串联增压的供水方式，从而达到既满足系统安全可靠供水的要求，又达到较好的系统节能效果。而在实际应用中，单纯依据市政进水管网的压力切换两种供水模式会存在生活水箱水质可能存在二次污染的潜在风险，因此如何对二次加压泵组与叠压泵组进行高效的优化的控制，充分发挥二种供水方式的优点，实现供水设备的高效运行至关重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统及控制方法，达到既满足系统安全可靠供水的要求，又达到较好的系统节能效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统，包括进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分、自动化变频控制设备和出水主管道系统；所述进水管网部分的出水口与二次加压泵组部分的入水口连接，所述叠压泵组部分与二次加压泵组部分并联，所述叠压泵组部分和二次加压泵组部分的出水口均与出水主管道系统连接，所述自动化变频控制设备与进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分和出水主管道系统控制连接。

进一步地，所述进水管网部分包括进水主管道、止回阀和检测系统进水压力P₀的第一压力传感器，所述止回阀和第一压力传感器安装在进水主管道上。

进一步地，所述二次加压泵组部分包括生活水箱和二次加压泵组，所述生活水箱的进水口经过电磁阀、补水控制阀门连接至进水主管道，出水口与二次加压泵组连接，所述生活水箱内设置有水位传感器；

所述叠压泵组部分包括无负压稳流罐和叠压泵组，所述无负压稳流罐的进水口连接至进水主管道，出水口与叠压泵组连接，所述无负压稳流罐上安装有无负压消除器。

进一步地，所述出水主管道系统包括出水主管道、小流量保压罐、第二压力传感器和耐震电接点压力表，所述二次加压泵组、叠压泵组和小流量保压罐的出水口连接至出水主管道，所述第二压力传感器和耐震电接点压力表安装在出水主管道上，所述出水主管道连接单元供水管路。

本发明还提供了一种基于上述的二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤一、根据供水系统特点，将每天划分为若干供水特征时段，每一个供水特征时段对应一个水箱等效水位，该水箱等效水位开机初始值设定为水箱额定水位，在设备运行前，给生活水箱注水至额定水位；

步骤二、在供水系统正式运行前，设定供水系统运行的控制参数；

步骤三、控制系统开机自动运行，首先投入二次加压泵组变频恒压运行，供水系统在压力设定值下恒压供水；

步骤四、在二次加压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当满足一定条件时，投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组；

步骤五、在叠压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当满足一定条件时，投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。

进一步地，所述步骤二的控制参数包括压力设定值P_e、叠压泵组允许投入压力P_s、叠压泵组退出压力P_t、叠压泵组小流量频率f₀和在压力设定值P_e下主泵调速运行的等效频率f_dx，简称流量等效频率。

进一步地，所述步骤四中，当泵组运行频率f≤流量等效频率f_dx，且系统进水压力P₀≥叠压泵组允许投入压力P_s时，延时t_s投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组。

进一步地，在退出二次加压泵组的同时，对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化：等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)新值}＝等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)当前值-}水箱当前水位H+水箱最低保证水位H₀。

进一步地，所述步骤五中，当系统进水压力P₀≤叠压泵组退出压力P_t，或者泵组运行频率f≥满载频率50Hz，延时tt投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。

进一步地，在叠压泵组变频恒压运行时，当泵组运行频率f≤叠压泵组小流量频率f₀时，叠压泵组变频恒压运行于小流量保压休眠状态，当系统压力低于设定的唤醒压力时，自动唤醒投入运行；在叠压泵组变频恒压运行时，打开电磁阀对生活水箱智能补水。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在一些进水管网压力波动较大的场合，在供水系统中同时设置二次加压泵组和叠压泵组并联供水，可以克服单一供水方式的缺点。实际应用中，单纯依据市政进水管网的压力实现两种供水模式切换会存在生活水箱水质可能存在二次污染的潜在风险，也可能会导致两种供水模式频繁切换而影响供水。针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，根据供水系统特点，将每天划分为若干供水特征时段，每一个供水特征时段对应一个水箱等效水位；控制系统主要依据进水压力和泵组运行频率实现两种供水模式的自动切换；在二次加压泵组退出时，对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化，避免生活水箱水质出现二次污染的风险；叠压泵组变频恒压运行时，打开电磁阀对生活水箱智能补水；叠压泵组变频恒压运行时，当泵组运行频率小于等于叠压泵组小流量频率时，叠压泵组变频恒压运行于小流量保压休眠状态，当系统压力低于设定的唤醒压力时，自动唤醒投入运行；本发明既满足系统安全可靠供水的要求，又达到较好的系统节能效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例的二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法的流程图。

图中序号所代表的含义为：1.进水主管道，2.过滤阀，3.止回阀，4.第一压力传感器，5.生活水箱，6.二次加压泵组，7.电磁阀，8.补水控制阀门，9.水位传感器，10.无负压稳流罐，11.叠压泵组，12.无负压消除器，13.出水主管道，14.小流量保压罐，15.第二压力传感器，16.耐震电接点压力表，17.单元供水管路，18.自动化变频控制设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统，该系统包括进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分、自动化变频控制设备18和出水主管道系统；所述进水管网部分的出水口与二次加压泵组部分的入水口连接，所述叠压泵组部分与二次加压泵组部分并联，所述叠压泵组部分和二次加压泵组部分的出水口均与出水主管道系统连接，所述自动化变频控制设备18与进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分和出水主管道系统控制连接。

所述进水管网部分包括进水主管道1、过滤阀2(可选)、防倒流的止回阀3和检测系统进水压力P₀的第一压力传感器4，所述止回阀3、过滤阀2和第一压力传感器4安装在进水主管道1上。

所述二次加压泵组部分包括生活水箱5、二次加压泵组6及附属阀门，所述生活水箱5的进水口经过可控制进水水源通断的电磁阀7、补水控制阀门8连接至进水主管道1，出水口与二次加压泵组6连接，所述生活水箱5内设置有检测水箱水位的水位传感器9。

所述叠压泵组部分包括无负压稳流罐10、叠压泵组11及附属阀门，所述无负压稳流罐10的进水口连接至进水主管道1，出水口与叠压泵组11连接，所述无负压稳流罐10上安装有无负压消除器12。

所述出水主管道系统包括出水主管道13、小流量保压罐14、第二压力传感器15和耐震电接点压力表16，所述二次加压泵组6、叠压泵组11和小流量保压罐14的出水口连接至出水主管道13，所述第二压力传感器15和耐震电接点压力表16安装在出水主管道13上，所述出水主管道13连接单元供水管路17，第二压力传感器15用于检测系统出水压力P，耐震电接点压力表16用于系统超压保护。

所述自动化变频控制设备18为供水系统控制核心，分别与二次加压泵组6、叠压泵组11、第一压力传感器4、第二压力传感器15、耐震电接点压力表16、水位传感器9和电磁阀7连接，以实现对各加压水泵的变频恒压闭环控制及整个供水系统的自动化控制，在自动化变频控制设备18的面板安装有水位显示仪表，可以接收水位传感器9的水位信号，显示生活水箱5的实时水位。第一压力传感器4和第二压力传感器15作为供水系统二次加压泵组6和叠压泵组11闭环控制的压力反馈信号传感器，与自动化变频控制设备18内的可编程控制单元及相应泵组的变频器构成压力PID闭环控制的核心控制环节。

对于二次加压泵组6及叠压泵组11具体水泵数量、流量范围的选择时，应遵循以下规律：前期调研本区域市政管网供水状况，若市政管网压力在高峰较长的时段水压较低，则以二次加压泵组6运行为主(可以按照“1主1备”或者“1主1备1附”配置二次加压水泵)，以叠压泵组11为辅(可以选择1台叠压水泵)，叠压水泵流量大约按照二次加压水泵流量的1/5选择；若市政管网压力仅在高峰期很短的时段水压较低，则以叠压泵组11运行为主(可以选择2台叠压水泵“1主1附”)，2台叠压水泵流量分别大约按照二次加压水泵流量的1/3、1/5选择。在本实例中，按照2台二次加压水泵(1主1备)、1台叠压水泵的方式配置水泵。

如图2所示，本实施例还提供了一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，根据建筑供水系统用途特点，将每天24小时划分为若干供水特征时段，每一个供水特征时段都包含一个供水高峰时段，每一个供水高峰时段都对应一个目标生活水箱调节水量(V1，V2，...Vn)，在控制程序中采用水箱等效水位(H_V1，H_V2，...H_Vn)代替，n为自然数，该水箱等效水位开机初始值设定为水箱额定水位He，在带负荷设备运行前，给生活水箱注水至额定水位He。

步骤S102，在变频供水系统正式运行前，通过上电、调试运行等试验确定相关供水系统运行的控制参数：压力设定值P_e、叠压泵组允许投入压力P_s、叠压泵组退出压力P_t、叠压泵组小流量频率f₀和在压力设定值P_e下主泵调速运行的等效频率f_dx，简称流量等效频率。

步骤S103，控制系统开机自动运行，二次加压泵组变频恒压运行优先投入，供水系统在压力设定值P_e下恒压供水。

步骤S104，在二次加压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当泵组运行频率f≤流量等效频率f_dx，且系统进水压力P₀≥叠压泵组允许投入压力P_s时，延时t_s投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组。

在退出二次加压泵组的同时，对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化：等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)新值}＝等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)当前值}-水箱当前水位H+水箱最低保证水位H₀。

步骤S105，在叠压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当系统进水压力P₀≤叠压泵组退出压力P_t，或者泵组运行频率f≥满载频率50Hz，延时tt投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。

在叠压泵组变频恒压运行时，当泵组运行频率f≤叠压泵组小流量频率f₀时，叠压泵组变频恒压运行于小流量保压休眠状态，当系统压力低于设定的唤醒压力时，自动唤醒投入运行。

在叠压泵组变频恒压运行时，可以打开电磁阀对生活水箱智能补水，同时控制系统实时检测系统进水压力P₀，一旦P₀≤叠压泵组退出压力P_t+0.02MPa，则暂停补水，直至满足该压力要求重新补水，水箱补水水位按照下一个供水高峰时段对应的水箱等效水位控制。同时控制系统在设定的供水高峰时段0.5h时对水箱水位是否满足优化的水箱等效水位进行判定，如不满足则以显示方式给出闪烁报警，提醒是否做出必要的应对措施。

下面给出一个具体的实例以说明本发明二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，以便于更好地理解本方案。

步骤S201，本实例建筑供水系统为单纯住宅生活供水，根据生活用水的特点，可将每天24小时划分为3个供水特征时段：0点～9点，9点～16点，16点～24点。每一个供水特征时段都包含一个供水高峰时段：特征时段0点～9点包含7点～8点的供水高峰时段，特征时段9点～16点包含12点～13点的供水高峰时段，特征时段16点～24点包含20点～21点的供水高峰时段。每一个供水高峰时段都对应一个目标生活水箱调节水量(V1，V2，V3)，在控制程序中采用水箱等效水位(H_V1，H_V2，H_V3)代替，该等效水位开机初始值设定为水箱额定水位H_e(水箱总高2.5米，确定H_e＝2.0米)，在设备运行前，首先手动给生活水箱注水至额定水位H_e。

步骤S202，在变频供水系统正式运行前，根据供水设计要求，并通过上电、调试运行等试验确定相关供水系统运行的控制参数：压力设定值P_e＝0.58MPa、叠压泵组允许投入压力P_s＝0.1MPa、叠压泵组退出压力P_t＝0.05MPa、叠压泵组小流量频率f₀＝36.5Hz和在压力设定值P_e下主泵调速运行的等效频率f_dx＝42Hz。

需要强调的是，叠压泵组允许投入压力P_s和叠压泵组退出压力P_t两个参数的设定值对于系统的稳定运行至关重要，因此这两个参数必须由管理人员进行程序设置。这两个参数设置不当可能会导致系统在二次加压泵组与叠压泵组两种运行模式之间频繁切换，或者很少切换甚至不切换。也可能由于市政管网自身的供水能力等因素导致系统进水压力波动，或者由于用户自身入住率、季节等的因素导致系统进水压力波动，导致系统在二次加压泵组与叠压泵组两种运行模式之间频繁切换，或者很少切换甚至不切换。因此，控制系统会自动记录两种运行模式之间切换的次数，正常情况下对于纯住宅用途理想的模式切换次数为每24小时6次，对于频繁切换(如设定为每日12次)或者很少切换(每日0～2次)的情况予以报警显示，提醒管理人员是否对于叠压泵组允许投入压力P_s和叠压泵组退出压力P_t两个参数的设定值进行调整，或者对系统本身进行必要的优化，如取消某种运行模式，或者改变水泵型号等等。

步骤S203，控制系统开机自动运行，首先投入二次加压泵组变频恒压运行，供水系统在压力恒定值P_e＝0.58MPa下恒压供水。

步骤S204，在二次加压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当泵组运行频率f≤流量等效频率f_dx，且系统进水压力P₀≥叠压泵组允许投入压力P_s时，延时t_s(设定为60s)投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组。

在退出二次加压泵组的同时，对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化：等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)新值}＝等效水位H_{Vi(i＝1或2或...或n)当前值}-水箱当前水位H+水箱最低保证水位H₀，H₀设定为200mm。对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化的目的是以免水箱储水量较大时，或者其他如建筑入住率的变化等用水不均衡等原因，高峰时段二次加压泵组运行时间很短导致水箱的水质二次污染的风险。

步骤S205，在叠压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当系统进水压力P₀≤叠压泵组退出压力P_t，或者泵组运行频率f≥满载频率50Hz，延时tt(设定为60s)投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (3)

1.一种二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，利用二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统进行二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制，所述二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制系统包括进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分、自动化变频控制设备和出水主管道系统；所述进水管网部分的出水口与二次加压泵组部分的入水口连接，所述叠压泵组部分与二次加压泵组部分并联，所述叠压泵组部分和二次加压泵组部分的出水口均与出水主管道系统连接，所述自动化变频控制设备与进水管网部分、二次加压泵组部分、叠压泵组部分和出水主管道系统控制连接；

所述进水管网部分包括进水主管道、止回阀和检测系统进水压力P₀的第一压力传感器，所述止回阀和第一压力传感器安装在进水主管道上；

所述二次加压泵组部分包括生活水箱和二次加压泵组，所述生活水箱的进水口经过电磁阀、补水控制阀门连接至进水主管道，出水口与二次加压泵组连接，所述生活水箱内设置有水位传感器；

所述叠压泵组部分包括无负压稳流罐和叠压泵组，所述无负压稳流罐的进水口连接至进水主管道，出水口与叠压泵组连接，所述无负压稳流罐上安装有无负压消除器；

所述出水主管道系统包括出水主管道、小流量保压罐、第二压力传感器和耐震电接点压力表，所述二次加压泵组、叠压泵组和小流量保压罐的出水口连接至出水主管道，所述第二压力传感器和耐震电接点压力表安装在出水主管道上，所述出水主管道连接单元供水管路；

其特征在于，该控制方法包含以下步骤：

步骤一、根据供水系统特点，将每天划分为若干供水特征时段，每一个供水特征时段对应一个水箱等效水位，该水箱等效水位开机初始值设定为水箱额定水位，在设备运行前，给生活水箱注水至额定水位；

步骤二、在供水系统正式运行前，设定供水系统运行的控制参数；所述控制参数包括压力设定值P_e、叠压泵组允许投入压力P_s、叠压泵组退出压力P_t、叠压泵组小流量频率f₀和在压力设定值P_e下主泵调速运行的等效频率f_dx，简称流量等效频率；

步骤三、控制系统开机自动运行，首先投入二次加压泵组变频恒压运行，供水系统在压力设定值下恒压供水；

步骤四、在二次加压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当泵组运行频率f≤流量等效频率f_dx，且系统进水压力P₀≥叠压泵组允许投入压力P_s时，延时t_s投入叠压泵组变频恒压运行，同时退出二次加压泵组；

步骤五、在叠压泵组变频恒压运行时，控制系统实时检测系统进水压力P₀，当系统进水压力P₀≤叠压泵组退出压力P_t，或者泵组运行频率f≥满载频率50Hz，延时t_t投入二次加压泵组变频恒压运行，同时退出叠压泵组。

2.根据权利要求1所述的二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，其特征在于，在退出二次加压泵组的同时，对当前供水高峰时段对应的水箱等效水位参数进行优化：等效水位H_Vi新值＝等效水位H_Vi当前值-水箱当前水位H+水箱最低保证水位H₀，i＝1或2或...或n。

3.根据权利要求2所述的二次加压泵组与叠压泵组并联供水的控制方法，其特征在于，在叠压泵组变频恒压运行时，当泵组运行频率f≤叠压泵组小流量频率f₀时，叠压泵组变频恒压运行于小流量保压休眠状态，当系统压力低于设定的唤醒压力时，自动唤醒投入运行；在叠压泵组变频恒压运行时，打开电磁阀对生活水箱智能补水。

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