CN1119706A - 供水系统 - Google Patents

Abstract

一种供水系统，具有泵控制功能和包括多个具有其自己的保护装置的逆变装置和多个以1∶1关系连接到各逆变装置上的可变速度泵。因为泵控制器仅要求两个逆变装置，做成一种完美的双重类型，可保证高可靠性。当两逆变装置之一停止时，泵控制器发出重新启动命令，使另一逆变装置重新启动已停逆变装置。当重新启动命令到达另一逆变装置时，停的逆变装置的保护原因已经消失时，停的逆变装置重新启动，因此，可以减少逆变装置完全停止的可能性。

Description

供水系统

本发明涉及一种供水系统，该系统具有泵控制功能和包括由具有保护其自身的保护装置的逆变装置驱动的可变速度泵，更具体地讲，是涉及一种甚至于由于其自身的保护装置各逆变装置中的一个停止工作也能继续供水的供水装置。

现有技术设计为利用可变速度泵的供水系统，因此其中装有具有微计算机的控制电路，以便命令各逆变装置的操作是单独提供的，在水的需要量变化的情况下，经常有命令要发给各逆变装置，因此驱动泵的马达的工作速度是变化的，以保持在泵的供水侧的恒定压力关系(例如，恒定供水压力或恒定用户端水压)而连续供水。这种类型系统的例子公开在例如，JP—B—6—52079和JP—B—6—52080。

用于这种类型的供水系统的逆变装置具有安装在其中的各种保护电路，用于保护其自身。这种逆变装置的保护系统的细节被描述在例如，JP—A—57—6576、JP—A—58—224575，JP—A—59—185170、JP—A—60—84972和JP—A—61—224876中。

在这种方法中，因为供水系统的逆变装置具有安装在其中为了保护其逆变装置的各种保护电路，由于各种原因(诸如瞬间电源故障、过负荷、温度升高、噪声等)会使逆变装置停止工作。另外，在逆变装置停止工作期间的暂停供水涉及重大的问题。为了避免这种情况，在这种情况下，一种用于驱动泵的马达通常从其逆变器工作模式转换到它的额定的或基于市电的固定速度工作模式，防止供水暂停。

然而，在上述的这种现有技术的供水系统中，这是不可能的，对于避免供水暂停来说，只要控制电路对两种系统类型不是完美的，其中装入微计算机对控制电路就会变为缺点。

另外，当由于某种原因逆变装置被停止工作和额定的或基于市电的、固定速度工作的泵继续工作时，这引起供水压力将要响应需求水量的变化而变化。再有，因为即使在轻负荷下泵也是在其全速度驱动的，所以泵的运行功率的成本变得不希望地高。

现有技术的供水系统还有一个问题是，在逆变装置停止工作的情况下，要求迅速查出其停止工作的原因和重新启动该逆变装置，但是会不希望地导致这样的一种情况，即一旦从逆变装置发出一个警告，维护工人必须接收一个应急呼叫和被告知这个逆变装置需要修理。

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的供水系统，该系统可以完全避免或减少所装入的逆变装置的停止工作状态和可以保持连续地供水。

按照本发明的一个方面，这个月的是由提供一种供水系统达到的，该供电系统包括：传感器输入装置，用于输入来自安装在水分配管的出水口上的压力传感器和流量传感器的供水信息信号；多个具有保护装置的逆变器装置，用于保护其本身，按照一种预编程的驱动方案产生可变频率的交流功率；多个连接到各逆变装置的马达，当从各逆变装置接收功率时的可变的速度被驱动；多个连接到各马达上的可变速度泵。用于向水分配管路的出水口供水，其中每个逆变装置包括用于监视其他逆变装置故障状态的装置并且当一个逆变装置由其保护装置停止工作时，用于向该有故障的逆变装置输出一个启动命令(即，重新启动装置)或操作一个正常逆变装置代替该有故障的逆变装置。

泵控制器的重新启动装置是这样设计的，当一个逆变装置由其自己的保护装置停止工作时，一个不同的逆变装置的重新启动装置发一个启动命令到被停止的逆变装置。因此，当该被停止的逆变装置向保护原因在给出的重新启动命令到达该被停止工作的逆变装置向瞬间已经被去掉时，该被停止工作的逆变装置被重新启动，从而可以减小逆变装置完全被停止工作的可能性。

因为泵控制器消除了装备具有安装在其中的微计算机的控制电路的必要和仅要求两个逆变装置。所以一种完美的双系统类型的供水系统能够以增加可靠性的方式实现了。

图1是为了说明按照本发明的一个实施例的供水系统的整个安排的框图；

图2是图1的供水系统中控制器的电路图；

图3表示在控制器中的一个逆变器的端子的详图；

图4是用于说明逆变装置的软件操作的框图；

图5是用于说明图4的框图的基本软件操作部分的流程；

图6是用于说明包括在基本软件操作中的逆变装置的重新启动操作的细节的流程图；

图7是在本发明中当两个逆变装置用于发送和接收互锁信号时利用的互锁信号的例子；

图8是在本发明中当使用三个或多个逆变装置时，利用的单一互锁信号的例子；

图9是本发明中当三个或多个逆变装置被用于发送和接收互锁信号时存储器分配的例子。

下面参照附图1至9将详细描述本发明的一个实施例。

图1是用于说明按照本发明的一个实施例的供水系统的整体安排的框图，图2是图1的供水系统中控制器的电路图，图3表示控制器的逆变装置的各端子详细图，图4是用于说明逆变装置的软件操作的框图，图5是用于说明图4框图的软件操作的基本部分的流程图，图6是用于说明包括在基本软件操作中其他逆变装置的重新启动操作的细节的流程图，和图7到9表示互锁信号或可以应用到三个或多个逆变装置的信号的其他例子。

首先参照图1，包括逆变装置20、21和漏电路断路器40、41的控制器1执行整个供水单元2的控制。供水单元2又包括马达驱动泵105、106、压力传感器102、112、流量开关107、117、进水侧水流组合管104、供水—或出水侧水流组合管110、压力槽111、压力表114、115和其他各种类型的阀门110、101、103、108、109。利用这样的安排，供水单元2起到提高向水分配管118供水的供水主管116的水压作用。

主电路电源10向控制器1提供三相交流电源。更具体地讲，逆变装置20和21从端子R、S、和T接收电能，和按照预编程的驱动方案向端子U、V和W输出可变频率的交流功率，执行马达驱动泵105和106的可变速度驱动操作。

由出水侧压力传感器112、压力传感器102和流量开关107和117检测的检测信号被施加到逆变装置20和21上，该逆变装置2以这些接收的检测信号为基础，变换接收的电能为可变频率交流电能，按照预编程驱动方案并提供这个电能到马达驱动泵105和106上，执行恒定供水压力控制或恒定用户端压力控制。

马达驱动泵105和106交替地进行它们的自动泵工作。这使逆变装置20和21根据互锁信号61和62相互监视其他逆变装置，控制其自己的启动与停止。

在图2中，噪声滤波器NF60和零相位电抗器ZCL50衰减被叠加在从主电流电源10馈送来的电噪声，以保护逆变装置20和21，并防止由逆变装置20和21产生的谐波电流引起的电噪声被反馈送到主电流电源10中去。零相位电抗器51和52抑制从逆变装置20和21将要加到马达驱动泵105和106上的瞬变电流，从而减小在驱动马达驱动泵105和106时所产生的噪声。

漏电流断路器40和41检测漏电流，以防止用户受电击，并且也用作在马达驱动泵105与106和逆变装置20与21的维护和安全检查时的电源通/断开关。

数字操作器30和31被设置为逆变装置20和21的附件，当操作设置在其前面下部分的按键开关时，该操作器可以将逆变装置20和21置于其初始化或测试操作模式，和可以在设置在其前面上部分的数字显示器上显示逆变装置20和21的输出频率、负荷电流功故障信息，从而了解该系统的工作状态。

图3中表示的是逆变装置20和21的各个输入/输出端子，这些端子将要在下面更详细地予以说明。

互锁信号61和62与输出信号端子D02相连，用于通知其他逆变装置，有关的逆变装置由于其自己的保护功能(自断开)被停止工作了，输入端子DI1用于输入从其他逆变装置来的重新启动命令信号(交替命令ENQ)，输入端子DI2用于输入传达其他逆变装置被其自己的保护功能(其他方断开)停止工作的消息，和输出信号端子DO1用于输出重新启动命令信号(交替命令ACK)到其他逆变装置。传感器输入端AI1和AI2是模拟输入端，用于接收来自压力传感器102和112的信号。从流量开关107发出的信号FS作为一个比特信号被施加到端子FW。从数字操作器30和31发出的信号连接到串行通信口SD和RD。另外在本实施例提供的是比特输出端D01到D05，用于通知一个由逆变装置20和21非正常检测的外部设备。

图4是用于说明装在逆变装置20和21中的微计算机的以软件为基础的操作的框图。在图中，正常操作方框401存储了泵驱动工作程序，根据这个工作程序基于互锁信号和压力传感信号的数据计算出各逆变装置的输出频率和驱动/停止命令。方框401发送其计算结果到LAD操作方框402。方框402基于计算出的输出频率和驱动/停止命令以及逆变装置的特性，产生详细的输出频率和输出电压的命令表示和发送该命令到PWM操作方框403。方框403输出信号PWM(脉冲宽度控制信号)到逆变装置主电路407，用于驱动在逆变装置主电路407中的开关元件，根据计算的输出频率与输出电压命令产生输出可变频率电能的逆变。一个作为逆变器的过负荷电流检测电平的过电流参考值从正常操作方框401发送到要被存储在其中的断开操作方框404。断开操作方框404不断地监视过电流参考值和逆变器负荷电流，和当检测到过负荷电流时，则产生断开信息和将其发送到命令处理方框405。还施加到正常操作方框401的是逆变器主电路的电压PN(在中间直流电压上的正的和负的电平之间的电压)，以便方框401检测过压、或欠压或短路电压，和发送该检测信号到断开操作方框404。命令处理方框405执行接收处理操作，这些操作包括：来自逆变器断开操作方框404的非正常操作(诸如，过流或过压或欠压)，基于数字操作器30和31的键入信息的通信操作，到数字操作器30和31的显示信号LED的输出的非易失存储器(EEPROM)408的读写操作。EEPROM输入/输出操作方框406，根据EPROM写命令或从命令处理方框405接收的调用请求命令，直接访问非易失存储器408，和执行需要被存储的那次数据的转移，即使是在电源故障的情况下也是如此。这些数据诸如，对于驱动安装所要求的基本参数和方框406和405之间的故障历史数据。

正常操作方框401的一个例子以流程图方式表示在图5。当电源加到逆变装置20和21时，正常操作方框401执行初始化步骤501，从非易失存储器408读出供水目标压力HO，最低驱动速度NS，最高驱动速度Nf，速度变化宽度ΔN，重新启动判断时间T和重新启动频率m，作为对于泵驱动控制所需的参数，和设置这些参数在寄存器中用于逆变器输出频率的计算。

然后，正常操作方框401执行步骤502，将分别来自压力传感器102和112以及流量开关107和117的信号加到传感器输入端子AI1、AI2和FW。

接下来，正常操作方框401执行步骤503，利用互锁信号61和62输入控制器1中的其他逆变装置(下文中将称为其他方逆变装置)的操作状态并且也输出其自己的操作状态到其他方逆变装置。

然后，正常操作方框401执行步骤504，检查其他逆变装置的操作状态。当判断其他方的操作状态是正常时，正常操作方框401前进到一个泵控制步骤505；否则当判断操作状态不正常时，方框401执行结合图6下文将详细描述的步骤510，执行其他方逆变装置的重新启动操作，在该步骤以后步骤401前进到下一个泵控制步骤505。

下一步，方框401执行泵控制步骤505，在该步骤中当前供水压力H与供水目标压力H0比较。如果H＞H0，则系统前进到步骤508和509，执行速度增加操作；否则，如果H0＞H，则系统进行到步骤506和507，执行速度减少操作。当H＝H0时，不进行速度变化。

正常操作方框401然后返回到执行步骤502，重复地执行相同操作顺序。

图6表示用于说明包括在正常操作方框401中的其他方逆变装置的重新启动的步骤510的细节的流程图，该流程图将被详细描述如下。

当通过执行步骤504判断为其他方逆变的操作状态不正常，执行其他方重新启动步骤510。

在该方重新启动步骤510中，该逆变装置的重新启动频率MAXm首先在步骤601中确定。该逆变装置的重新启动要求同一逆变器的控制电路的一个放电时间，即一个通常3—5秒的重新启动时间。在重新启动时间期间，即使泵停止工作，在本实施例中设置有压力槽111，以至于只要供水量(需水量)小，也能防止供水压力快速下降，该压力槽111提供了执行逆变装置多次重新启动操作的足够的时间余量。同时，当随着时间余量减小供水量变大时，则需要限制重新启动的频度。供水量可以直接通过流量传感器检测，因此可以确定重新启动频度MAXm。但是，因为在泵转速N、供水流量Q和供水压力H之间存在一个预定关系，该关系是以泵转速N作为其参量的Q—H特性，泵转速N可以用于代替供水量，确定重新启动频度MAXm，正如步骤7中所示。也就是说，如在步骤7中所示，一个按照供水条件的重新启动频率的初始量m0通过数字操作器被事先寄存在逆变装置中，以至于在逆变装置的故障时间里的较高的泵转速N，即在该故障时间里的较多供水量时，被设置较小的重新启动频度MAXm值。

接着，在步骤603中，系统发送重新启动命令到非正常逆变装置，等待重新启动处理时间T(在本实施例中是3秒)，并证实该逆变装置在步骤604中已被重新启动。如果该逆变装置在步骤604中已被重新启动，则系统进到步骤610，记录其非正常的历史和返回正常操作。如果未重新启动，则系统重复由步骤605、609、603和604形成的重新启动环路操作。

当重新启动频度达到MAXm时，系统执行步骤607，只要泵的供水压力高于最低保证压力H3，通过步骤607、609、602、603、604和605的环路继续该逆变装置的重新启动操作。在步骤607中，甚至于当重新启动频度超过MAXm时，系统试图发一个重新启动命令到该逆变装置，以避免该逆变装置的非正常状态，以便继续供水，只要最低保证压力H3能够得到。

在步骤607中，当供水压力低于最低保证压力H3时，系统执行步骤608。在步骤608中，系统在其非正常状态停止该逆变装置并执行一种处理以便固定地设置一种另外的驱动模式，在该模式中其他正常逆变装置被驱动，取代该非正常逆变装置，还要发一个故障告警。

通过和上所述的这种重复操作，正常操作方框401执行其他方逆变器的状态的监视操作，非正常时间的重新启动操作和供水泵同时可变速度的驱动操作。

虽然，在步骤7中从泵转速N已经确定重新启动频度MAXm，重新启动频度可以以这样一种方式被粗略地确定，即考虑到由泵在其日间操作所处理的供水量通常大于由泵在其夜间操作处理的供水量，这样，日间操作的重新启动频度设置的要小于夜间操作的频度。

现再参照图7到9，其中表示了互锁信号61和62的其他例子，它们被应用于具有三个或多个逆变装置的系统。

在图7中，逆变装置71的发送器TXD经互锁信号12连接到逆变装置72的接收口RXD，和逆变装置72的发送口TXD经互锁信号61连接到逆变装置71的接收口RXD，从而，驱动操作的互相监视以及驱动命令(包括上述的重新启动命令)的传输可以以1∶1的串行通信关系实现。当这种逆变装置的数目增加时，例如增至3个或4个，这要求一个逆变装置与其各逆变装置通信，这有缺点地导致这种发送口TXD的数目和这种接收口的数目RXD必须增加至2个或3个，由此逆变装置和通信信道的制造成本将变得不经济地高。

为了避免这样一种缺点，图8所示的一种装置是这样的，即各逆变装置被连接成这样一个环路，它们的发送和接收口TXD和RXD经由一个单一的连续互锁信号耦合。在这种情况下，当具有如图8(a)所示的这样一种通信数据格式的所有逆变装置的数据在上述环路被传送用于通信时，每个逆变装置仅要求具有一个单一的发送口TXD和一个单一的接收口RXD用于与所有其他逆变装置通信的目的。在图8(a)中，在每个逆变数据的首部的符号’ST.NO”是唯一地给予每个逆变装置的，借助于在所说明的例子中分配给每个逆变装置的号码唯一地规定一个数据与其相联系的逆变装置。“ST.NO.”的后面是数据“DATA”，这个数据是驱动操作和要发送的驱动命令的监视状态的数据表示的主体，这个数据后面还接着的是数据“CRC”，用于执行通信数据的误差检测。每个逆变装置经其发送口TXD发送在其自己的发送数据缓冲器中的数据，接收在其接收口RXD中来自所有其他逆变装置的数据，并将其存储在其自己的接收数据缓中器中。

图9表示的是在上述发送和接收数据缓冲器中存储器的布局或分配的一个例子。在图9中，每个逆变装置1至4具有1000字节存储容量的发送和接收缓冲器，其中在每个缓冲器中分配256字节的发送区，以便在各缓冲器彼此间不重叠。每个逆变装置始终与其他逆变装置通信，并发送在其自己的发送区中的数据作为互锁信号，按照其自己的驱动状态始络监视其自己的接收区，以适应操作的转换或非正常状态。

尽管在图9的实施例的情况中，上述通信系统是一种串行通信类型，当以19.5Kbps的标准串行通信速率发送1000字节数据时，其响应速率约一秒，这对于泵控制而言也是足够快了。

正如上文中已经解释的那样，按照本发明，提供一种重新启动装置，当一个逆变装置由其自己的保护功能停止工作时，该装置通过其他逆变装置重新启动有故障的逆变装置，和重新启动操作是由其自己的逆变装置进行的，从而能够实现完美的双重控制系统，逆变装置可以较小的频度停止，和供水系统在其可靠性方面能够改善。

另外，因为可以除消提供一个外部控制器的必要，整个控制系统所需的部件数目可以减少，因此成本可以有效降低。

Claims (13)

1.一种供水系统，其特征在于由于下列部分组成：

多个逆变装置，这些逆变装置具有用于保护它们自己的保护装置，以便按照一种预编程的驱动操作过程产生可变频率的交流功率；

多个马达，这些马达连接到所述各逆变装置上，当从所述逆变装置接收功率时，被以一种可变的速度驱动；和

多个可变速度泵，连接到所述各马达上，用于向供水分配管供水，

其中每个所述逆变装置包括用于监视其他逆变的所述保护装置的操作的故障监视装置和用于输出启动命令到其他逆变装置的重新启动装置，该其他逆变装置的故障是由所述故障监视装置检测的。

2.按照权利要求1所述的供水系统，其特征在于还包括供水状态检测装置，用于检测每个所述泵的供水状态，和其中所述重新启动装置按照由所述供水状态检测装置检测的泵供水状态确定所述逆变装置的重新启动繁度和使其他的逆变装置重新启动有故障的逆变装置。

3.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于，所述用于检测泵的供水压力状态的供水状态检测装置是用于检测泵的供水压力变得小于一个预定保证压力的保证压力检测器，和只要所述保证压力检测器检测到所述泵的供水压力高于所述预定保证压力，所述重新启动装置重复逆变装置的重新启动操作。

4.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于还包括存储装置，用于在其中存储所述逆变装置按照所述泵供水状态预先确定的重新启动的频度的值，和其中所述重新启动装置根据由所述供水状态检测装置检测的泵的供水状态选择存储在所述存储装置的一个重新启动的频度和以相当于所述选择的重新启动频度或更小的次数重复重新启动操作。

5.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于用于检测泵的供水状态的所说的供水状态检测装置是用于检测所述泵的供水量的增加或减少的装置，和当所述供水量增加/减少检测装置检测到泵的供水量增加时，所述重新启动装置减少逆变装置的重新启动频度。

6.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于，所述用于检测泵的供水状态的供水状态检测装置是一个用于检测泵的驱动速度的泵速度检测装置，和所述重新启动装置根据所述泵速度检测装置检测的驱动速率确定重新启动的频度。

7.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于，其中用于检测泵的供水状态的所说的供水状态检测装置是在其供水侧用于检测供水量的一个流量检测器，和所述重新启动装置根据由所述的流量检测的供水量确定重新启动的频度。

8.按照权利要求2所述的供水系统，其特征在于，所述用于检测泵的供水状态的供水状态检测装置是用于检测预定使所述泵的供水量将要增加的日间操作和预定使所述泵的供水量将要减少的夜间操作的装置，和所述重新启动装置设置重新启动频度使在所述器日间操作的重新启动频度将小于在所述夜间操作的重新启动频度。

9.按照权利要求1所述的供水系统，其特征在于，所述故障监视装置包括输出装置，用于在一个逆变装置由其自己的保护装置停止工作时通知其他逆变装置，和输入装置，用于接收其他逆变装置由其自己的保护装置停止工作时传送的消息，和所述重新启动装置包括输出装置，用于输出重新启动命令信号到其他逆变装置和输出装置，用于从其他逆变装置接收重新启动命令信号。

10.按照权利要求1所述的供水系统，其特征在于，当所述逆变装置由其自己的保护装置停止工作时，所述重新启动装置在该逆变装置停止工作以后的一个预定的恒定时间重新启动该被停止的逆变装置。

11.按照权利要求1所述的供水系统，其特征在于，当所述逆变装置由其自己的保护装置停止工作时，所述重新启动装置用一与在预定频度范围内的一个频度相应的次数重新启动被停止的逆变装置。

12.一种供水系统，其特征在于包括：

多个逆变装置，该逆变装置具有保护其自己的保护装置，以便按照一种预编程的驱动操作过程产生可变频率的交流功率；

多个马达，连接到所述逆变装置，当从所述逆变装置接收功率时，被以可变速度驱动；和

多个可变速度泵，连接到所述的马达，用于向供水分配管道供水，

其中每个所述逆变装置包括故障监视装置，用于监视其他逆变装置的所述保护装置的操作；重新启动装置，用于向由所述故障监视装置检测到有故障的其他逆变装置以与预定重新启动频度范围内的一个频度相应的次数输出启动命令；和一装置，当它被检测出有故障的其他逆变装置，在输出所述启动命令达到所述预定重新启动频度以后将被重新启动时，用于操作其他正常逆变装置代替被停止的逆变装置。

13.一种供水系统，其特征在于包括：

多个逆变装置，该逆变装置具有其保护自己的保护装置，以便按照一种预编程的驱动操作过程产生可变频率的交流功率；

多个马达，连接到所述各逆变装置，当从所述逆变装置接收功率时，被以可变速度驱动；

多个可变速度泵，连接到所述各马达，用于向供水分配管道供水；和

当任何一个逆变装置由其自己的保护装置停止工作时，用于操作其他一个正常逆变装置代替该被停止工作的逆变装置的装置。

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