CN111576543A - 智慧ai水动力管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧AI水动力管理系统，包括AI中央集成系统和动力系统，所述动力系统设有自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述AI中央集成系统控制自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述循环输送系统包括闭式循环控制系统和开式循环控制系统。本发明涉及水动力管理技术领域，主要应用于物业供水、热泵行业、农业水利、供暖供热和工业动力传输等技术领域，具体是提供了一种利用AI智能技术控制泵组组合运行方式，实现机械智能化，根据采集到的“实时数据信息”和“需求方”的需求量使“供给方”自动调节动力改变供给量，达到供需最佳配合节能效果，突破传统水泵电机组合应用模式的智慧AI水动力管理系统。

Description

智慧AI水动力管理系统

技术领域

本发明涉及水动力管理技术领域，主要应用于物业供水、热泵行业、农业水利、供暖供热和工业动力传输等技术领域，具体是指智慧AI水动力管理系统。

背景技术

AI技术简称压的机械。在生活当中主要应用在生活用水的增压输送和设备用水的循环输送。增压输送又称恒压供水系统，是一种水利系统的供水方式。供水是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不人工智能，是参考人脑范本通过计算机平台做一个复杂的人工神经网络，涉及到信息论，控制论，自动化，仿生学，数学逻辑，语言学等多门学科，包括自我信息采集，程序设计，自我诊断，自我编程。

水泵是输送液体或是给液体增能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。

恒压供水能够保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。传统恒压供水具备以下优点：(1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能；(2)由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命；(3)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。彻底消除水锤现象；(4)实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。同时，传统恒压供水存在下列的缺点：(1)因为管道水阻的关系不同的流量需求时管道供应压力是不同的，是随着用水量的多少是变化的，保证的是各个支路的恒压而不是供水恒压，传统的变频恒压只保证了供水恒压没有考虑到支路恒压这样就会在用水量频繁切换时导致支路压力忽大忽小。在水泵需求功率比较大扬程要求也比较高时，传统恒压供水面临流量变化曲线比较突出时弊端更明显，水泵转速的减小，调整的不仅仅是供水流量，还有供水扬程，较小的频率变化时是不明显的，频率变化较大时就会发现为了追踪供水恒压，支路供水流量在遇到用量变化较大时各个支路忽大忽小，影响使用体验。(2)恒压变频系统是用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大，用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”，但这句话并不是绝对的，在供水压力恒定时，支路用水量的多少是不同的，因为管道水阻的关系，用水量越多管道水阻越大，用水量越小管道水阻越小，阻力不同决定流速不同，所以单位时间相同时，同样的供水压力，供水量的大小是不同的，所以说并没有做到绝对的“用多少水，供多少水”。

循环输送又分闭式循环和开式循环，起到水的搬运循环作用，主要应用在小区物业的供暖循环，空调的送冷送热，设备循环水的反复搬运，例如空调机组，空气源，热泵机组的制冷制热。传统循环输送具有以下优点：(1)传统闭式循环系统这种系统的末端水管不与大气相通。闭式系统由于整个系统均充满了水，水泵扬程只需克服循环阻力，不需克服水柱的静压力，所以节省动力，并且由于容积小，水的存储小，在经过制冷制热设备时，制热制冷的及时效率高工作时间快。例如小区物业供暖系统循环泵，商场酒店空调系统循环泵；(2)传统开式循环系统，主要利用水泵的机械搬运功能进行循环运输，配合设备的应用，例如空气源热泵，水源热泵，燃气模块炉等产生冷热源的制冷制热设备。利用设备给一定容积的水箱反复制热时通过水泵的循环不断工作，使水箱里的存水可以一直保持目标温度，或是制热需要或是制冷需要。同时，传统循环输送的缺点是：(1)传统的闭式循环系统，虽然解决了送冷送热的输送问题，可是没有考虑到需求变化的问题，例如在供暖上的应用，因为供暖的时间不同，供暖的需求温度就不同，在相同温度条件下，夜间和日间的供暖需求流量是不一样的，正常的气候下，夜间的供暖需求一定大于日间的供暖需求，可是输送流量的固定浪费了热能的同时，也浪费了电能，同时用户也没体验到适宜的温度需求，可能白天更热，夜晚更冷；(2)传统的开式循环系统，在配合设备循环的制冷制热上解决了水的搬运输送问题，往往只考虑了水泵的扬程和流量满足设备的应用需求，而没有针对设备满载和卸载去进行匹配应用。例如在正常情况下，水源热泵的压缩机在满载情况下，流量的大小和水的温度会综合影响压缩机的能效，压缩机在满载工作时产生的电流大小就不同，这些工况没有综合考量利用就导致一样功率的压缩机有时省电有时耗电。

在恒压供水系统中，水泵的实际流量是受水泵扬程的制约，实际扬程越高，流量越小。如果扬程已定，而想减小流量，简单的办法可用节流阀。即可调节流量又可省电的办法就是采用变频调速，降低转速减小流量。但是选用变频器控制水泵时往往要选择大于实际扬程和流量的水泵，往往与用变频器节能这一目的相驳。因为水泵的扬程H与转速n有如下关系：H1/H2＝(n1/n2)^2，即扬程与转速的平方成正比，而频率与转速的关系为：n＝60f/p(n为转速，f为频率，p为磁极对数)，因此变频意味着改变泵的扬程，当频率下降时，扬程会以平方关系下降。为了保证流量往往要选择大于实际的需求的水泵。变成了为了用变频器去选择了一个大功率的水泵，失去了省电的目的。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种利用AI智能技术控制泵组组合运行方式，实现机械智能化，根据采集到的“实时数据信息”和“需求方”的需求量使“供给方”自动调节动力改变供给量，达到供需最佳配合节能效果，突破传统水泵电机组合应用模式的智慧AI水动力管理系统。

本发明采取的技术方案如下：本发明智慧AI水动力管理系统，包括AI中央集成系统和动力系统，所述动力系统包括自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述AI中央集成系统控制自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述循环输送系统包括闭式循环控制系统和开式循环控制系统；

所述AI中央集成系统用于采集自动调压供水控制系统的详细用水情况，并根据用水量需求变化曲线设计分级分功率模式，所述AI中央集成系统根据分级分功率模式控制不同流量、扬程的水泵以泵组组合模式自动组合配置，所述泵组组合模式中包含两组或者两组以上水泵，其中，对泵组组合模式中流量最小的水泵进行变频恒压控制，其余水泵采用工频控制，所述水泵的进出口分别安装设有分水器，增加水泵进出口存储流量，AI中央集成系统实现了根据环境信息和设备工况信息，自动调整和修正水泵的输送量的大小，识别水泵在系统应用上的动力叠加浪费的盲区，达到节能省电的目的；所述AI中央集成系统用于计算自动调压供水控制系统中管道输送水产生的沿程阻力以及管道摩擦力，并根据沿程阻力及管道摩擦力对供水压力进行自动修正调节，优化了传统的恒压给水，不再只是针对管道恒压，解决了因为沿程阻力造成的末端压力叠加浪费或是压力不足，以及不同用水时段因为用水流量不同引起的管道摩擦力不同的问题，实现自动修正输送压力，抵消管道的沿程阻力，节省水泵原本应消耗的电能，依然到达到需求输出，更保证用水用量的不浪费；同时，所述AI中央集成系统用于将采集的用水信息上传到控制中心数据库进行储存，根据不同用水周期需求量变化，进行自我判断分析，自动修正系统程序，提高反应时间，找出设备的最佳运行工况，优化用水信息，控制水泵的输送量的大小，一方面实现水泵和设备的用电双节能，另一方面实现利用系统控制水泵提高设备原本的使用效率，并可通过大数据统计分析用水习惯自动判断用水异常，查疑报警；

所述AI中央集成系统用于采集闭式循环控制系统环境实时数据变化，并对采集到的信息变化自动分析，根据室外环境数据和动力系统温度的综合需求通过泵组运行控制模块决定泵组组合模式配置，不同的泵组组合模式决定送热送冷的流量大小，根据时间的不同，日间和夜间光照射的感官温度不同进行流量输送达到最佳需求，根据空间的需求不同也可以分区切换泵组组合模式；

所述AI中央集成系统用于采集开式循环控制系统的设备运行状态数据，所述AI中央集成系统对采集的设备运行状态数据进行数据分析和自我判断，并通过泵组运行控制模块决定泵组组合模式配置，调节水泵泵组组合的切换，保证设备最佳的运行状态。

进一步地，所述智慧AI水动力管理系统包括RS485通讯协议系统，所述RS485通讯协议系统直接参与动力系统，与原有动力系统衔接组网，不改变原有运行模式，直接采集工况信息。

进一步地，所述设备运行状态数据包括但不限于设备的电流大小、负荷大小、水温变化和环境温度变化。

进一步地，所述智慧AI水动力管理系统设有触摸屏。

进一步地，所述动力系统设有报警反馈模块，所述报警反馈模块用于定点报警和远程监控，定点报警可有效节省故障排查时间，远程监控可实现远程协助，降低人工成本。

采用上述结构本发明智慧AI水动力管理系统取得的有益效果如下：(1)根据用水量需求采用泵组组合搭配的方式降低了水泵的总功率，并通过分时段分区段供水，使水泵功率更小节省了电能；(2)变频器容量小于等于传统变频器容量的一半，成本投资变小；(3)供水压力调节模块自动识别流量和压力的变化，自动计算沿程阻力，解决末端压力叠加浪费或是压力不足的问题，节省动力；(4)供水压力调节模块解决管道末端用水不同时段，管道摩擦阻力不同的问题，系统自动识别用水情况，自动改变供水压力，保证用水的情况，同时节能省水；(5)解决了要保证扬程不能用变频器的一大弊端；(6)利用AI智能技术实现系统自动分析数据，自动控制压力变化；(7)利用AI智能技术实现系统的数据分析，采集用水周期情况，自动判别用水异常，自动报警管道泄漏等；(8)所有动力系统及动力系统中含有的电器元件及设备，都含有报警反馈，可以及时对异常定点报警，节省故障排查时间；(9)所有数据都是触摸屏显示，可自动生成报表打印，提供数据分析；(10)利用模拟量的采集通讯，如温度采集、压力采集和流量采集等模拟量的数据分析，识别供水动力系统应用的盲区，达到节能省电的目的；(11)通过远程监控的设置，节省了人工，给现场提供远程帮助；(12)标准的RS485通讯协议系统可以与原有空调冷热输送系统直接进行组网衔接，根据冷热量的需求，改变输送动力，节省电能的同时降低冷热设备的负荷；(13)标准的RS485通讯系统可以和很多热泵运行系统直接进行组网衔接，根据冷热需求的不同，改变流量和流速的变化保证冷热两端能量守恒，降低设备频启频停的频率，同过检测设备的运行工况电流温度的变化，增大或减小流量，使得设备一直处于最佳的运行状态，节省电能，收益最大能量；(14)在供水系统中，AI智能技术可根据用水周期和习惯，提前预置水泵启动档位和频率，降低因为骤然用水流量增大导致水泵切换时的延迟或者突然降低时的骤起骤停，节省电能，延长水泵使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明智慧AI水动力管理系统的结构框图。

其中，1、AI中央集成系统，2、动力系统，3、自动调压供水控制系统，4、循环输送系统，5、闭式循环控制系统，6、开式循环控制系统，7、RS485通讯协议系统，8、触摸屏，9、报警反馈模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，本发明智慧AI水动力管理系统，包括AI中央集成系统1和动力系统2，动力系统2设有自动调压供水控制系统3和循环输送系统4，AI中央集成系统智能控制自动调压供水控制系统3和循环输送系统4，循环输送系统4包括闭式循环控制系统5和开式循环控制系统6。

AI中央集成系统用于采集自动调压供水控制系统3的详细用水情况，并根据用水量需求变化曲线设计分级分功率模式，AI中央集成系统根据分级分功率模式控制不同流量、扬程的水泵以泵组组合模式自动组合配置，泵组组合模式中包含两组或者两组以上水泵，其中，对泵组组合模式中流量最小的水泵进行变频恒压控制，其余水泵采用工频控制，水泵的进出口分别安装设有分水器，增加水泵进出口存储流量，比如，AI中央集成系统采集详细的用水情况，根据不同时段的用水需求选用大中小不同流量水泵的组合方式，对流量最小的水泵进行变频恒压控制，其他泵采用工频控制，以a+b、a+c、a+b+c或是更多无限叠加的组合模式，在水泵的进出口分别安装分水器，增加水泵进出口存储流量；根据用水时段的不同，选取的水泵流量不同，当用水量满足a泵流量时，启动a泵，当用水量小于a泵流量时进行变频恒压控制调节，其中a泵的选择取决于用水量的最小流量时变频调节50％后依然满足扬程，省电的同时保证了扬程，流量大于a泵时，启动b泵，a泵自动转换工频运行，变频恒压控制自动切换到b泵，满足用户需求，同理超过a+b泵的流量则启动c泵，停止b泵，变频恒压控制c泵，满足新的用水量的需求，当a+b+c同时启动时即是最大用水量需求，正常用水无费电无调节。

AI中央集成系统用于计算自动调压供水控制系统3中管道输送水产生的沿程阻力以及管道摩擦力，并根据沿程阻力及管道摩擦力对供水压力进行自动修正调节，优化了传统的恒压给水，不再只是针对管道恒压，解决了因为沿程阻力造成的末端压力叠加浪费或是压力不足，以及不同用水时段因为用水流量不同引起的管道摩擦力不同的问题，实现自动修正输送压力，抵消管道的沿程阻力，节省水泵原本应消耗的电能，依然到达到需求输出，更保证用水用量的不浪费，其中，沿程阻力的影响因素包括但不限于管道长度和接管方式，在自动调压供水控制系统3中，管道长度的不同，接管方式的不同，都会造成沿程阻力的变化和增加，长度不同阻力不同，末端沿程阻力最大，自动计算管道阻力，自动调节压力，解决了因为沿程阻力造成的末端压力叠加浪费或是压力不足的问题；同时，在自动调压供水控制系统3中，存在末端单独用水和同时用水时，流量不同的情况，智慧AI水动力管理系统的AI中央集成系统会根据用水情况，自动计算管道摩擦力，改变供水压力，解决沿程阻力的同时也解决了不同用水时段管道摩擦力也不同的情况。

AI中央集成系统用于将采集的用水信息上传到控制中心数据库进行储存，根据不同用水周期需求量变化，进行自我判断分析，自动修正系统程序，提高反应时间，找出设备的最佳运行工况，优化用水信息，控制水泵的输送量的大小，一方面实现水泵和设备的用电双节能，另一方面实现利用系统控制水泵提高设备原本的使用效率，并可通过大数据统计分析用水习惯自动判断用水异常，查疑报警。

AI中央集成系统用于采集闭式循环控制系统5环境实时数据变化，并对采集到的信息变化自动分析，根据室外环境数据和动力系统2温度的综合需求通过泵组运行控制模块决定泵组组合模式配置，不同的泵组组合模式决定送热送冷的流量大小，根据时间的不同，日间和夜间光照射的感官温度不同进行流量输送达到最佳需求，根据空间的需求不同也可以分区切换泵组组合模式，比如，在空调冷热输送系统和供暖输送系统等特定领域，在送热过程中温度较低时，通过AI中央集成系统控制泵组自动加大流量，相反减小流量，在送冷过程中温度较低时，通过AI中央集成系统控制泵组自动减小流量，相反加大流量，实现泵组组合模式中大小水泵的自由切换。

AI中央集成系统1用于采集开式循环控制系统6的设备运行状态数据，设备运行状态数据包括但不限于设备的电流大小、负荷大小、水温变化和环境温度变化，AI中央集成系统1对采集的设备运行状态数据进行数据分析和自我判断，AI中央集成系统1决定泵组组合模式配置，调节水泵泵组组合的切换，保证设备最佳的运行状态，例如在水源热泵上应用上，冷冻水温度过低时或者冷却水温度过高时压缩机的效率会降低，且电流会更会增大，此时系统自动切换水泵泵组，增大流量，保证压缩机工作效率的同时，节省电能浪费。

智慧AI水动力管理系统包括RS485通讯协议系统7，RS485通讯协议系统7直接参与动力系统2运行，与原有动力系统2衔接组网，不改变原有运行模式，直接采集工况信息，比如，在空调冷热输送系统可采集冷热需求变化，自动调节泵组组合模式改变动力输出，需求增大时自动提高泵组档位，需求变小时自动降低泵组输送量，同时可采集室外温度自动调节输送量，保证感官舒适，降低输送需求，降低输送需求的同时就是降低冷热源的流失，直接降低了冷热设备的负荷，节省了输送电能的同时也节省了设备运行电能；在热泵运行系统中，智慧AI水动力管理系统采集设备运行实时电流，温度变化等模拟量数据和能量数据，根据设备的基本需求，自动增大或降低水流量，保证设备最佳运行工况，省电的同时，收益最大能量，同时在热泵系统中，智慧AI水动力管理系统可以根据冷热需求的不同，通过改变流量的调节提高热泵两端的能量守恒，降低了热泵频启频停的时间和电能的浪费，也提高了冷热源温度保证的存储时间；在供暖输送系统中，根据环境温度的变化，增大或降低水流量，保证或者提高空气源多联机的制热效率，根据当前温度与目标温度的差值，系统会自动判断加热需求量自动控制泵组的卸载或者加载联动设备的启停，起到自动节能的目的，智慧AI水动力系统就是根据AI中央集成系统1所采集到的环境信息和设备工况信息，自动调整和修正水泵的输送量的大小，识别水泵在系统应用上的动力叠加浪费的盲区，达到节能省电的目的，同时提高原有系统应用方式的效率或者提高设备原本的能效比。

设备运行状态数据包括但不限于设备的电流大小、负荷大小、水温变化和环境温度变化。智慧AI水动力管理系统设有触摸屏8，便于操作生成打印报表，提供数据分析。动力系统2设有报警反馈模块9，报警反馈模块9用于定点报警和远程监控，定点报警可有效节省故障排查时间，远程监控可实现远程协助，降低人工成本。

要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.智慧AI水动力管理系统，其特征在于：包括AI中央集成系统和动力系统，所述动力系统设有自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述AI中央集成系统控制自动调压供水控制系统和循环输送系统，所述循环输送系统包括闭式循环控制系统和开式循环控制系统；

所述AI中央集成系统用于采集自动调压供水控制系统的详细用水情况，并根据用水量需求变化曲线设计分级分功率模式，所述AI中央集成系统根据分级分功率模式控制不同流量、扬程的水泵以泵组组合模式自动组合配置，所述泵组组合模式中包含两组或者两组以上水泵，泵组组合模式中流量最小的水泵采用变频恒压控制，其余水泵采用工频控制，所述水泵的进出口分别安装设有分水器；所述AI中央集成系统用于计算自动调压供水控制系统中管道输送水产生的沿程阻力以及管道摩擦力，并根据沿程阻力及管道摩擦力对供水压力进行自动修正调节；所述AI中央集成系统用于将采集的用水信息上传到控制中心数据库进行储存，根据不同用水周期需求量变化，进行自我判断分析，自动修正系统程序，所述AI中央集成系统通过控制中心数据库数据统计分析用水习惯自动判断用水异常，查疑报警；

所述AI中央集成系统用于采集闭式循环控制系统环境实时数据变化，并对采集到的信息变化自动分析，根据室外环境数据和动力系统温度的综合需求通过泵组运行控制模块决定泵组组合模式配置；所述AI中央集成系统用于采集开式循环控制系统的设备运行状态数据，所述AI中央集成系统对采集的设备运行状态数据进行数据分析和自我判断，并通过泵组运行控制模块决定泵组组合模式配置，调节水泵泵组组合的切换。

2.根据权利要求1所述的智慧AI水动力管理系统，其特征在于：所述智能AI水动力管理系统包括RS485通讯协议系统，所述RS485通讯协议系统用于参与动力系统。

3.根据权利要求1所述的智慧AI水动力管理系统，其特征在于：所述设备运行状态数据包括但不限于设备的电流大小、负荷大小、水温变化和环境温度变化。

4.根据权利要求1所述的智慧AI水动力管理系统，其特征在于：所述智能AI水动力管理系统设有触摸屏。

5.根据权利要求1所述的智慧AI水动力管理系统，其特征在于：所述动力系统设有报警反馈模块，所述报警反馈模块用于定点报警和远程监控。

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