CN201972194U - 一种智能变频恒压供水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能变频恒压供水系统，除了包括热水循环机构，所述热水循环机构包括储水箱、电机泵组、用户端，所述储水箱、电机泵组和用户端通过管路形成热水回路，还包括控制中心、PID调节器、变频驱动器和压力变送器，所述控制中心与所述PID调节器连接；所述压力变送器检测所述热水循环机构的网管压力数据，将压力数据进行A/D转换后发送给所述PID调节器；所述PID调节器对压力数据进行校正调整和PID运算，将PID运算结果反馈给所述变频驱动器；所述变频驱动器根据PID运算结果输出频率来控制所述电机泵组，以达到网管压力的波动最小化。本实用新型提供的智能变频恒压供水系统，在实现恒压供水的基础上，自动化程度高，系统自行运行，高效节能，性能可靠稳定。

Description

一种智能变频恒压供水系统

技术领域

本实用新型涉及供水系统领域，尤其涉及一种智能变频恒压供水系统。

背景技术

传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。目前，变频恒压供水系统在供水系统中得到广泛的应用，大部分的供水系统都要求采用变频恒压供水系统。变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求。但是变频恒压供水系统的节能效果和可靠稳定性还有待提高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补已有技术的不足，目的在于提供一种智能变频恒压供水系统，在实现恒压供水的基础上，自动化程度高，系统自行运行，高效节能，性能可靠稳定。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是，一种智能变频恒压供水系统，除了包括热水循环机构，所述热水循环机构包括储水箱、电机泵组、用户端，所述储水箱、电机泵组和用户端通过管路形成热水回路，还包括控制中心、PID调节器、变频驱动器和压力变送器，所述控制中心与所述PID调节器连接；所述压力变送器检测所述热水循环机构的网管压力数据，将压力数据进行A/D转换后发送给所述PID调节器；所述PID调节器对压力数据进行校正调整和PID运算，将PID运算结果反馈给所述变频驱动器；所述变频驱动器根据PID运算结果输出频率来控制所述电机泵组，以达到网管压力的波动最小化。

优选地，所述用户端和所述储水箱之间的管路设置有回水温度控制装置，所述回水温度控制装置与所述控制中心连接，所述回水温度控制装置将回水温度发送给所述控制中心，所述控制中心根据回水温度调节热泵热水机机组的运行，所述热泵热水机机组与所述储水箱连接。

优选地，所述储水箱与所述控制中心连接，所述储水箱设置有探温装置，所述储水箱将储水箱温度发送给控制中心，所述控制中心根据储水箱温度调节热泵热水机机组的运行。

优选地，所述智能变频恒压供水系统还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制中心连接，所述触摸屏为实现对所述控制中心操作的人机交流界面。

优选地，所述控制中心包括可编程控制器和单片机微处理器，所述可编程控制器和单片机微处理器相互连接，所述可编程控制器处理开关量逻辑运算控制；所述单片机微处理器处理弱信号和系统正常运行的监视。

优选地，所述控制中心设置有自动工作模块和手动工作模块。

优选地，所述控制中心设置有断电记忆恢复模块，保存和回复断电前的运行状态。

本实用新型提供的智能变频恒压供水系统，控制中心与PID调节器连接；压力变送器检测热水循环机构的网管压力数据，将压力数据进行A/D转换后发送给PID调节器；PID调节器对压力数据进行校正调整和PID运算，将PID运算结果反馈给变频驱动器；变频驱动器根据PID运算结果输出频率来控制电机泵组，以达到网管压力的波动最小化。与现有技术相比，本实用新型提供的智能变频恒压供水系统，在实现恒压供水的基础上，自动化程度高，系统自行运行，高效节能，性能可靠稳定。

附图说明

图1为本实用新型中智能变频恒压供水系统的结构示意图。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本实用新型所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

请参见图1，该图为本实用新型中智能变频恒压供水系统的结构示意图。

本实用新型提供的智能变频恒压供水系统，除了包括热水循环机构，热水循环机构包括储水箱、电机泵组、用户端，储水箱、电机泵组和用户端通过管路形成热水回路，还包括控制中心、PID调节器、变频驱动器和压力变送器，控制中心与PID调节器连接；压力变送器检测热水循环机构的网管压力数据，将压力数据进行A/D转换后发送给PID调节器；PID调节器对压力数据进行校正调整和PID运算，将PID运算结果反馈给变频驱动器；变频驱动器根据PID运算结果输出频率来控制电机泵组，以达到网管压力的波动最小化。

用户端和储水箱之间的管路设置有回水温度控制装置，回水温度控制装置与控制中心连接，回水温度控制装置将回水温度发送给控制中心，控制中心根据回水温度调节热泵热水机机组的运行，热泵热水机机组与储水箱连接。储水箱与控制中心连接，储水箱设置有探温装置，储水箱将储水箱温度发送给控制中心，控制中心根据储水箱温度调节热泵热水机机组的运行。

智能变频恒压供水系统还包括触摸屏，触摸屏与控制中心连接，触摸屏为实现对控制中心操作的人机交流界面。控制中心包括可编程控制器和单片机微处理器，可编程控制器和单片机微处理器相互连接，可编程控制器处理开关量逻辑运算控制；单片机微处理器处理弱信号和系统正常运行的监视。控制中心设置有自动工作模块和手动工作模块。控制中心设置有断电记忆恢复模块，保存和回复断电前的运行状态。

本智能变频恒压供水系统的原理：维持一个物理量不变或基本不变，应该引用这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。要保持水压的恒定，就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。因被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，要实现快速安全准确科学的控制，可以在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID调节器来保持静态精度。系统采用单片机微处理器和PLC(可编程控制器)加智能仪表分工处理的工作方试，系统以运行安全、高稳定性能、操作方便的设计理念设计。

本智能变频恒压供水系统的性能和设计思路介绍如下：

控制中心为PLC和单片机微处理器组成，采用此做法是因为PLC来源是以继电器为特征的电气逻辑控制，是处理开关量顺序控制中的较理想的控制器，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制。总体来说，很适合用于进行以顺序控制为主的自动化工程中。虽然PLC也可以处理模拟量的运算，但基于PLC的工作方式，在处理数字开关量和模拟量以及与其它设备通信一并运行等较复杂程序的复合运算中，经实践证明，由于PLC以扫描的方式运行程序，扫描大程序在时间上响应运行速度就较呆滞，且复合运算时结果数据极易出错，特别进行模拟量运算时抗干扰能力又不够，对布线要求较为严格，在扫描程序时，系统有时扫描会跳过某一步，甚至连续N步，有时只是一个扫描周期中的某步没有响应，但较多的是会连续N个扫描周期都没有响应程序。对于这些问题，某些系统只是呈现系统不断启停，或出现不规则工作状态而已，但对于较大功率的系统设备的不规则启动，如对电动机和有压力的容器冲击，将大大的影响电动机和容器管道及管道阀门的寿命和电器设备及整个供电系统的稳定，电动机的不规则运行和压力失控则会产生较大的安全隐患。这对于编程人员有很高的要求，稍有不慎就出故障，基于以上原因，从安全角度和整个系统性能的稳定性考虑，为保证系统有较长的寿命，很有必要完善整个系统的性能。采用单片机微处理器与PLC相结合的方法更人性、更高效、更快速的解决了此种种问题，继续应用PLC的优点是由于PLC在处理纯开关量的控制中可靠的稳定性，所以该系统在处理开关量逻辑运算中依然采用PLC作为开关量逻辑运算控制的核心，而以弱信号(模拟信号和数字信号)处理等等和系统正常运行监视则交与单片机微处理器处理。该微处理主要技术参数：输入电压220V±10％，工作电压6V12V，工作温度：0～55℃，储存温度：-20+80℃，湿度：5～95％无凝结，功耗(无外部设备)：+6V@0.5A(典型值)，水温检测范围：-20-120℃，30路输入输出I/O接口，10路扩展I/O接口，系统具有较高的可扩充性。控制中心具有响应速度快、高精度、高稳定性、抗干扰能力强、功能扩展方便、操作简单，且有较宽的工作电压，在掉电时还可自动复位再启动等等优点得到广泛应用和认可。

变频驱动器选用具有高集成度，能很好的与PLC、人机界面配套，操作方便简单，故障率低，运行可靠且性价比较高的产品，本系统在选择用该变频驱动器时考虑到系统性能的稳定运行，选用了比电动机同级别还更高一级的产品。根据过去对变频系统的设计、使用经验，正常电动机的启动电流为正常运行电流的6到7倍，但由于受环境温度、温度、电机的质量和老化程度等一系列不可抗拒因素的影响，启动电流就会偏大于正常启动电流，运行电流也偏大于额定电流(测绝缘电阻大于2兆欧姆时乃可继续使用)，虽然有时可以正常启动继续运行并不影响整个系统的正常工作状况，但过负荷的运行则会大大的缩短变频驱动器的寿命，且启动电流大于正常启动电流时，变频驱动器会认为负载有故障进入保护状态，这将影响用户的使用，为保证工作的稳定可靠，经久耐用，故选择用大一级别的变频驱动器。

压力变送器：微弱的模拟信号容易受外界电磁的影响，美国罗斯蒙特ROSEMOUNT3051数字压力变送器具有温度、零位自动补偿功能，对传感器输出信号随时跟踪采样；性能稳定、抗干扰能力强、结构设计紧凑轻巧，精度高、工作稳定可靠、现场使用寿命长(五年以上稳定性)等优点，适合一般震动的场所。

智能PID控制器为外置式，水压调节方便简单，压力监视直观。

本智能变频恒压供水系统有自动工作模式和手动工作模式。

1、自动工作模式：即以系统默认设置的工作模式进行运行(参数可修改)。通电开机运行，系统进行初始化，初始化完毕，首先控制中心自动检测储水箱水位情况，如果储水箱水位未达设定水位时，控制中心将停止进行下一步工作，同时面板显示低水位缺水状态；如果储水箱水位符合设定值，控制中心再进一步检测储水箱水温，如果储水箱温度未达到要求，控制中心将停止进行下一步工作，同时面板显示储水箱水温低情况，此功能防止供热水系统给用户输送不达要求水温的水源，另一方面也减少泵组不必要的机械磨损和电能的损耗；如果储水箱温度和水位都符合设定要求，且满足开机运行启动时间，控制中心的PLC发送系统启动命令，PLC先启动碟阀，启动结束再启动变频驱动器，变频驱动器驱动电机泵组，向用户输送热水，同时压力变送器对管网压力进行检测，把检测到的压力信号进行A/D转换后送给PID调节器进行PID运算，此时显示器PV---.---中的显示值开始上升，并不断趋向于用户设定的SV---.---中的目标压力值。当水管网中的压力和用户的设定的目标压力值相吻合(即PV---.---中的显示值和SV---.---中的显示值相吻合)时，变频驱动器的输出频率便会稳定，为响应系统反应速度，运算结果直接控制变频驱动器输出频率去控制电机泵组转速，以保证管网压力波动最少；另外回水温度控制装置也实时检测回水温度，当控制中心检测到回水温度到达设定值时，控制中心向PLC发送关闭回水电磁阀命令，PLC关闭回水电磁阀，停止回水，减少管网水流量的同进则增加了管网的压力，为保证压力的恒定，PID调节器则再进一步降低变频驱动器的输出频率，相当于再进一步节约了能源；当回水温度降低到设定的下限温度时，控制中心再开启回水电磁阀继续回水，保证管网温度也恒定；此时系统已进入正常运行状态，正常运行中，如果储水箱水位或水温低于设定值时，系统会中断运行，直至水位或水温恢复正常再次启动；当用水量增加，一台水泵已满足不了用水要求时，系统则再开启另一台水泵辅助增压，以保证压力恒定；由于设计了双泵双变频驱动器驱动，单泵满载运行时基本上能满足用户需求，双泵满载运行时就大大超过用户最大的用水量需求，如果双泵都满载运行，在规定时间内还不能达到要求，则系统会认为是管网出故障，系统将中断运行，出现此故障需人工再启动；正常运行情况下，如果某台泵组(设计时为保证各泵组有相同的机械磨损和相同的寿命，泵组会循环交替运行，自动平衡水泵运转时间)发生故障，系统会自动开启另一台泵组继续运行，同时发出声光报警，等待维修人员处理，最大程度的减少对用户的影响。

2、手动工作模式：手动工作模式主要为应急和方便调试、维修、维护使用。进入手动工作模式后，可任意开启其中某台泵组或一并开启，可工频启动，启动时间不限。

本智能变频恒压供水系统具有以下优点：

1、高效节能：变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在1％～40％。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。

2、恒压供水：智能变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期用户的热水不能正常使用的情况。

3、自动运行、管理方便：在本项目中的智能变频恒压供水系统具备了过电流、过电压、欠电压、断相、短路保护，瞬时停电保护，过载、失速保护，低液位保护，水泵定时轮换控制和电机软启动等，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。

4、能够轻松应付经常断电现象，延长设备寿命、保护系统及电网稳定。由于变频系统具有断电记忆功能，当系统处于运行状态中突然断电，系统会保存断电前运行状态，当下一次来电时，系统自动恢复断电前运行状态，并在重新通电后的3分钟内系统可以恢复正常供水。另外，使用变频器后，水泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了水泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了电机和水泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软起动，避免了电动机开停时的大电流对电动机绕组和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应，可以极大限度保护热水系统中的水泵、管道和配件。

5、占地少、投资回收期短：智能变频恒压供水系统在储水箱出水口上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地非常小，可以节省投资，降低运行管理费，再加上变频供水的节能优点，都决定了变频恒压供水系统的投资回收期短。

6、社会效益好：智能变频供水系统的应用经济和社会效益是明显的，技术优势也是明显的，尤其是具有较大幅度的节电、节水效果，这对于我国水、电资源严重不足的国情来说其社会经济效益也是相当巨大的。

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实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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的范围。

Claims (6)

1.一种智能变频恒压供水系统，包括热水循环机构，所述热水循环机构包括储水箱、电机泵组、用户端，所述储水箱、电机泵组和用户端通过管路形成热水回路，其特征在于，还包括控制中心、PID调节器、变频驱动器和压力变送器，所述控制中心与所述PID调节器连接；所述压力变送器检测所述热水循环机构的网管压力数据，将压力数据进行A/D转换后发送给所述PID调节器；所述PID调节器对压力数据进行校正调整和PID运算，将PID运算结果反馈给所述变频驱动器；所述变频驱动器根据PID运算结果输出频率来控制所述电机泵组，以达到网管压力的波动最小化。

2.根据权利要求1所述的智能变频恒压供水系统，其特征在于，所述用户端和所述储水箱之间的管路设置有回水温度控制装置，所述回水温度控制装置与所述控制中心连接，所述回水温度控制装置将回水温度发送给所述控制中心，所述控制中心根据回水温度调节热泵热水机机组的运行，所述热泵热水机机组与所述储水箱连接。

3.根据权利要求2所述的智能变频恒压供水系统，其特征在于，所述储水箱与所述控制中心连接，所述储水箱设置有探温装置，所述储水箱将储水箱温度发送给控制中心，所述控制中心根据储水箱温度调节热泵热水机机组的运行。

4.根据权利要求1所述的智能变频恒压供水系统，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制中心连接，所述触摸屏为实现对所述控制中心操作的人机交流界面。

5.根据权利要求1所述的智能变频恒压供水系统，其特征在于，所述控制中心设置有自动工作模块和手动工作模块。

6.根据权利要求1所述的智能变频恒压供水系统，其特征在于，所述控制中心设置有断电记忆恢复模块，保存和回复断电前的运行状态。

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