一种智能供水装置及方法与流程

本发明涉及一种智能供水装置及方法。

背景技术：

利用变频器驱动的水泵对后端用户进行增压供水已日益成为生产、生活供水的主要方式，此种供水方式通常采用恒压供水的变频器控制策略，即以水泵出水侧水压保持恒定为目标对变频器进行PI或PID控制。例如，在印染行业中，水蒸气和水是两个必不可少的要素。企业为了节能，降低成本的考虑，通常会建造一个储水池将使用完后的水蒸气进行回收利用，此时储水池中回收的液化的水是有一定温度，在某些工艺中，利用这些回收的水，不但水质好，而且可以减少水的加热能耗，当然水的费用也是有节约的，在经济效益上存在较高的可行性。通常采用的方案是增加一个增压水泵，对储水池的出水进行增压后向后端供水，通常根据实际需求采用变频器来控制增压水泵的输出。图1显示了一种可采用的智能供水系统，图中，1为储水池、2为水管、3为变频器、4为压力检测装置、5为增压水泵、6为出水口调节阀门，变频器3内置PI调节器。压力检测装置4实时检测出水侧水压P并传输给PI调节器，如图2所示，PI调节器将出水侧水压P作为反馈值与预设的指令压力值Pref进行比较后输出相应的频率指令f给变频器3，增压水泵5的转速相应变化，从而控制出水侧的水压保持恒定或者出水流量保持恒定。

目前，研究人员对于智能供水方法的研究主要集中在变频器运行中的控制目标快速准确地实现。对于变频器的启动和停止操作研究较少，现有技术基本上是通过设置的水压上、下限来实现变频器的启动和停止控制，当出水侧水压监测值低于水压下限，则启动变频器，当出水侧水压监测值高于水压上限，则停止变频器。

在实际的使用环境下，上述变频器的启动和停止控制方式往往容易导致变频器、水泵的频繁启动、关停，会降低设备的正常使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种智能供水装置，针对实际情况对变频器的启动和停止控制方式进行了优化，可一定程度上延长设备的正常使用寿命。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种智能供水装置，包括：

泵，用于将水增压后输送；

变频器，用于驱动所述泵变速运行；

压力传感器，用于对所述泵的排出侧水压进行采样；

控制单元，用于对所述变频器进行控制，其对变频器的启动、停止的控制方法具体如下：

当排出侧水压采样值低于预设的第一启动水压阈值并维持一段时间T₁，且在此后的一段时间T₂内，排出侧水压采样值的最大值未超过预设的第二启动水压阈值，则控制变频器启动，否则，变频器不启动；

在变频器运行过程中，如出现排出侧水压采样值高于预设的关停水压阈值且持续一段时间T₃，或者变频器的运行频率低于预设的最小运行频率且持续一段时间T₄，则控制变频器停止；

第一启动水压阈值<第二启动水压阈值<关停水压阈值。

优选地，在变频器运行过程中，控制单元以使所述泵的排出侧水压保持恒定的预设压力为目标对变频器进行控制。

优选地，所述控制单元为PI或PID控制单元。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种智能供水方法，通过变频器驱动泵做变速运行以将水增压后输送；所述变频器的启动、停止控制方法具体如下：

当泵的排出侧水压采样值低于预设的第一启动水压阈值并维持一段时间T₁，且在此后的一段时间T₂内，排出侧水压采样值的最大值未超过预设的第二启动水压阈值，则控制变频器启动，否则，变频器不启动；

在变频器运行过程中，如出现泵的排出侧水压采样值高于预设的关停水压阈值且持续一段时间T₃，或者变频器的运行频率低于预设的最小运行频率且持续一段时间T₄，则控制变频器停止；

第一启动水压阈值<第二启动水压阈值<关停水压阈值。

优选地，在变频器运行过程中，以使所述泵的排出侧水压保持恒定的预设压力为目标对变频器进行控制。

优选地，对变频器进行PI控制或PID控制。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明针对实际使用环境对智能供水装置中水泵变频器的启动和停止控制方式进行了优化，可有效减少不必要的变频器、水泵的启动，从而在一定程度上延长设备的正常使用寿命。

附图说明

图1为智能供水系统实例，其中，1为储水池、2为水管、3为变频器、4为压力检测装置、5为增压水泵、6为出水口调节阀门；

图2为PI调节器原理示意图；

图3为用水阀门短时间打开后又关闭的情况下出水侧水压的变化情况；

图4为用水阀门打开正常用水的情况下出水侧水压的变化情况；

图5为本发明智能供水装置中变频器的启动和停止控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

以图1所示智能供水装置为例，假设其所采用的是现有的变频器自动启动控制方案，即控制单元将压力检测装置4采样得到的排出侧水压采样值P与预设的启动水压阈值P_min相比较，一旦检测到排出侧水压采样值P低于P_min（或者排出侧水压采样值P低于P_min的状态达到预设的一段时间），则控制变频器启动，进而驱动水泵启动运转。

但经大量研究发现，采用上述方案的智能供水装置在实际使用中存在一种现象：当用户打开出水口调节阀门时，又迅速关闭，其压力检测装置所采样的水泵排出侧水压如图3所示；从图中可以看出，若采用常规判定方法，则会启动变频器和电机，进行增压供水，也就是说，当用户打开出水口调节阀门后又迅速关闭，此刻变频器和电机是被启动的。在这种情况下，用户其实是不希望启动电机的，为了避免此种情况的发生，通过研究分析，对比当用户打开出水口调节阀门，正常用水（即不进行迅速关闭的操作）的压力变化（如图4所示）。发现存在一个特征：当用户打开出水口调节阀门的关断时间的不同，其压力传感器所采样的排出侧压力也是不同的，其具体规律是出水口调节阀门开、关之间的时间间隔与压力传感器采样的峰值点Pp有关（二者成反比，关断的越快，管道内最高水压点Pp越高）。

本发明即基于此种特征，设计了水泵变频器的启动判据：当泵的排出侧水压采样值低于预设的第一启动水压阈值并维持一段时间T₁（为了防止水压瞬时波动对检测的干扰，优选T₁ 大于等于1ms）且在此后的一段时间T₂内（T₂ 优选0.1s～5s），排出侧水压采样值的最大值未超过预设的第二启动水压阈值，则控制变频器启动，否则，变频器不启动。这样可以有效的避免上述问题，从而减少不必要的变频器、水泵的启动，在一定程度上延长设备的正常使用寿命。

本发明智能供水装置中变频器的启动和停止控制流程如图5所示，具体如下：

当用户打开出水口调节阀门时，先由储水池的当前储水静压的作用，开始出水，此时压力传感器的采样供水压力值P会迅速下降，当低于储水池最小供水静压力Pmin时并持续一段预设时间T₁，并且在之后的一段时间T₂内，压力传感器的采样供水压力的最大值Pp小于PL(PL为预设的第二启动水压阈值)，也就说明在这段时间内，没有关闭阀门或将阀门关小的动作（因为关闭阀门的动作将使得管道内的水压增大)，则启动变频器驱动增压水泵运行；如果在规定时间T₂内，Pp大于PL，则说明有关闭阀门或将阀门关小的动作，此种情况下变频器不启动。

变频器启动后，通过不断的PI或PID动态调节实现恒压供水。具体可采用现有的各种控制策略，此处不再赘述。

当用户用水需求量减小，管道内的静压能满足用水需求或者无需用水的时候，用户关小或关闭出水口调节阀门，此时由于变频器继续驱动增压水泵工作而阀门关小或关闭，因此压力检测装置的采样的管道内的供水压力值逐渐变大，即PI或PID控制器的反馈压力逐渐变大，当反馈压力值大于设定的指令压力值Pref时，PI或PID控制器的输出频率指令f开始减小，增压水泵的转速开始降低，当反馈水压值继续增大时，频率指令f继续减小，当f小于设定最小值fmin并保持设定的时间T₄后（其中T₄ 优选大于等于1s），则控制变频器停机。或者，在增压水泵大功率工作时，当用户不需要用水的时候，关闭出水口阀门，则管道内的水压会迅速上升，此时PI或PID控制器还未来得及将输出频率指令调节至最小值fmin以下，而管道内的水压已经突破了最大压力设定值，则在水压大于最大压力设定值的情况维持了一段设定的时间T₃后（其中T₃ 优选为1ms～1s，下限选取1ms是为了防止水压的瞬时波动对检测产生的影响，上限取1s则是为了能对过压情况迅速的反应），智能停机变频器。