一种冗余测量与控制的居民楼智能型恒压供水控制系统的制作方法

本实用新型属于民用供水电机水泵控制技术领域，特别是提供了一种冗余测量与控制的居民楼智能型恒压供水控制系统。能够全天候智能式控制供水压力的恒定，保证居民正常的舒适用水。

背景技术：

居民楼供水系统是由市政供水管路进入居民小区供水主管路，通过电机水泵给居民楼供水管道加压，使居民能够正常的舒适用水。否则在用水高峰时，由于用水量大，高层居民供水管道压力小，无法正常用水，在极端情况下，甚至无水可用。若电机水泵故障，全体居民均无水可用。特别在节假日，一旦发生电机水泵故障，多数情况下不能及时解决故障问题，导致居民长时间无法用水。在正常情况下，为了保证全体居民用水正常，需要保持供水管道压力恒定。在供水管道口径一定的情况下，当用水量大时，若还要保持原来管道压力，水泵必须提高转速已满足流量要求；当用水量小时，水泵必须降低转速，使管道流量减少，以保持原来管道压力，否则管道压力超高，容易造成管道爆裂，给居民财产造成损失。由于居民用水实时变化，管道压力随用水情况实时改变。为满足管道压力恒定，需要根据实际管路压力情况实时调节水泵转速的控制系统。

为了克服管道压力测量带来的风险，避免因电机、水泵故障而停机，应用冗余测量管道压力方式，冗余配置电机及水泵。为了恒定压力，采用冗余配置的内置PID变频器驱动电机带动水泵自动控制供水流量；信号处理、控制操作过程全部智能化运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种冗余测量与控制的居民楼智能型恒压供水控制系统，用于居民小区居民楼供水管道压力控制。通过冗余测量管道压力方式，冗余配置电机、水泵及变频器，能够自动处理压力信号，自动判断压力测量中的故障和修正，当一路电机、水泵或变频器故障发生时，自动切换到另一路正常备用的电机、水泵及变频器运行，通过内置PID控制器的变频器控制水泵转速达到供水压力恒定控制；二路电机、水泵和变频器定时轮换运行。保证供水管道压力恒定,控制精度高、安全可靠。系统一键控制，控制过程全部智能化运行。

本实用新型包括空气开关与熔断器组合装置(1)、冗余处理-智能控制器装置(2)、控制开关组合装置(3)、电源-运行-故障指示灯装置(4)、远程压力表P1、远程压力表P2、内置PID控制器的1#变频器(5)、1#交流接触器(6)、1#显示操作盘(7)、内置PID控制器的2#变频器(8)、、2#交流接触器(9)、2#显示操作盘(10)。空气开关和熔断器组合装置(1)的进线侧连接进线3相380V动力电源和电源N线,出线侧连接到1#变频器(5)、2#变频器(8)的进线侧；1#变频器(5)出线侧连接到1#交流接触器(6)的进线侧，1#交流接触器(6)的出线侧连接到水泵1的驱动电机M1，电机M1带动水泵1转动；2#变频器(8)出线侧连接到2#交流接触器(9)的进线侧，2#交流接触器(9)的出线侧连接到水泵2的驱动电机M2，电机M2带动水泵2转动；空气开关和熔断器组合装置(1)的出线侧再把控制电源连线到控制开关组合装置(3)上，控制开关组合装置(3)分别给冗余处理-智能控制器装置(2)、电源-运行-故障指示灯装置(4)供电，控制开关组合装置(3)控制信号再分别与冗余处理-智能控制器装置(2)、1#变频器(5)、1#交流接触器(6)、2#变频器(8)、2#交流接触器(9)连接；二路压力测量的远程压力表P1、远程压力表P2连接到冗余处理-智能控制器装置(2)，冗余处理-智能控制器装置(2)综合压力信号连接到1#变频器(5)和2#变频器(8)，冗余处理-智能控制器装置(2)压力状态信号连接到电源-运行-故障指示灯装置(4)；1#变频器(5)、2#变频器(8)速度反馈信号连接到冗余处理-智能控制器装置(2)；1#变频器(5)、2#变频器(8)状态信号连接到冗余处理-智能控制器装置(2)和电源-运行-故障指示灯装置(4)；1#显示操作盘(7)与1#变频器(5)相连；2#显示操作盘(10)与2#变频器(8)相连。

冗余处理-智能控制器装置由硬件组成，由CPU单元模块、模拟量单元与开关量模块构成。CPU单元模块是ABB PLC产品PM564-R-AC 1个,供电电源为100-240ACV,内置6点24VD开关量输入、6点继电器开关量输出。模拟量模块是ABB PLC产品模拟量模板AX561 1个，内置4点模拟量输入,2点模拟量输出。开关量模块是ABB PLC产品开关量模板DX571 1个，8路24V开关量输入，8路继电器开关量输出。2路压力测量信号进入模拟量模块；2路综合压力信号由模拟量模块输出给变频器作为反馈信号；2路电机实际转速信号由变频器进入模拟量模块；2路变频器状态信号—电源准备好、运行、故障共6路信号进入开关量模板输入；人工操作预控制、控制按钮2路信号进入开关量模块输入；2路压力状态信号由开关量模板输出到电源-运行-故障指示灯装置。2路智能启停信号由开关量模板输出到控制开关组合装置用于控制水泵启停运行。

本实用新型的优点在于：冗余处理及控制，能消除水泵控制过程中因测量压力原因导致管道压力波动大、居民用水不方便及水泵、电机及变频器故障导致管道无法供水，居民无水可用状况发生。两路变频器能定时轮换运行。控制系统增加了运行可靠性。一键启动，水泵控制过程全部智能化，控制精度高、安全可靠。

附图说明

图1为冗余测量与控制的居民楼智能型恒压供水控制系统整体结构示意图。其中，空气开关与熔断器组合装置--1、冗余处理、智能控制器装置--2、控制开关组合装置--3、电源、运行、故障指示灯装置--4、远程压力表P1、远程压力表P2、内置PID控制器的1#变频器--5、1#交流接触器--6、1#显示操作盘--7、内置PID控制器的2#变频器--8、、2#交流接触器--9、2#显示操作盘--10。

具体实施方式

本实用新型包括空气开关与熔断器组合装置1、冗余处理-智能控制器装置2、控制开关组合装置3、电源、运行、故障指示灯装置4、远程压力表P1、远程压力表P2、内置PID控制器的1#变频器5、1#交流接触器6、1#显示操作盘7、内置PID控制器的2#变频器8、、2#交流接触器9、2#显示操作盘10。空气开关和熔断器组合装置1的进线侧连接进线3相380V动力电源和电源N线,出线侧连接到1#变频器5、2#变频器8的进线侧；1#变频器5出线侧连接到1#交流接触器6的进线侧，1#交流接触器6的出线侧连接到水泵1的驱动电机M1，电机M1带动水泵1转动；2#变频器8出线侧连接到2#交流接触器9的进线侧，2#交流接触器9的出线侧连接到水泵2的驱动电机M2，电机M2带动水泵2转动；空气开关和熔断器组合装置1的出线侧再把控制电源连线到控制开关组合装置3上，控制开关组合装置3分别给冗余处理-智能控制器装置2、电源-运行-故障指示灯装置4供电，控制开关组合装置3控制信号再分别与冗余处理-智能控制器装置2、1#变频器5、1#交流接触器6、2#变频器8、2#交流接触器9连接；二路压力测量的远程压力表P1、远程压力表P2连接到冗余处理-智能控制器装置2，冗余处理-智能控制器装置2综合压力信号连接到1#变频器5和2#变频器8，冗余处理-智能控制器装置2压力状态信号连接到电源-运行-故障指示灯装置4；1#变频器5、2#变频器8速度反馈信号连接到冗余处理-智能控制器装置2；1#变频器5、2#变频器8状态信号连接到冗余处理-智能控制器装置2和电源-运行-故障指示灯装置4；1#显示操作盘7与1#变频器5相连；2#显示操作盘10与2#变频器8相连。

下面将通过附图1对本实用新型作进一步的说明。

在水泵输出端公共供水管道上安装两套测量管道水压力装置，采用远程压力表方式，产品经济实惠，可以直观显示当前管道压力值，采用滑动电阻器方式三线制输出信号，压力低，电阻值小，压力大，电阻值高，电阻值与管道压力成线性比率。两路远程压力表分别通过带屏蔽的三芯导线接到冗余处理-智能控制器装置上。冗余处理-智能控制器装置通过程序自动判断处理压力信号。对于测量压力故障，表现形式是压力为0；信号不稳定，波动大，信号偏离正常范围。控制器实时能够处理信号，若两路测量信号均正常，通过平均法计算压力信号做为输出信号；若一路压力信号故障，把另一路正常压力信号做为输出信号。冗余处理-智能控制器装置把压力信号作为压力实际反馈信号输出给变频器用于PID控制。

1#、2#变频器把电机及本身状态信号反馈给冗余处理-智能控制器装置，水泵故障如叶轮松动、密封破坏，表现为管道水压力明显低于正常值；电机故障如相间短路、相间断路、接地，变频器分别表现为短路故障、输出缺相故障、接地故障；变频器本身故障一般有进线电源故障、短路故障、输出缺相故障、接地故障、控制盘丢失故障、硬件故障。冗余处理-智能控制器装置通过变频器提供的各种状态信号综合分析处理，能智能判断设备处于是正常或故障状态。1#、2#变频器均正常时，先运行1#变频器，2#热备；1#变频器故障或1#变频器满转速运行，但管道实际压力低于正常设定值50％，持续时间超过1分钟，判断水泵1故障，冗余处理-智能控制器装置发出1#变频器停止运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置给出信号断开1#交流接触器，1#变频器停止运行；2#变频器故障或2#变频器满转速运行，但管道实际压力低于正常设定值50％，持续时间超过1分钟，判断水泵2故障，冗余处理-智能控制器装置发出2#变频器停止运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置给出信号断开2#交流接触器，2#变频器停止运行；冗余处理-智能控制器装置判断确定停机后，发出另一路变频器运行信号给控制开关组合装置，控制开关组合装置给出信号先吸合交流接触器，再启动变频器运行。电源-运行-故障指示灯装置显示电源准备好、运行及故障状态信号。冗余处理-智能控制器装置实时监测变频器运行状态和运行时间，一路变频器运行达到预先设定的时间后，自动停止此路变频器运行，在另一路无故障的状态下自动启动另一路变频器运行；若另一路处于故障状态，不进行切换；定时轮换电机水泵运行，能防止电机潮湿、水泵锈蚀等现象，保证每一路均处于正常状态。

操作人员预先应用显示操作盘给1#、2#变频器进行程序组态，把实际电机参数输入到变频器参数组中，组态变频器参数有：模拟量参数，数字量参数；PID控制参数—比例P、积分I、微分D；电机运行方向参数；变频器电源正常，运行，故障，进线电源缺相、过压、欠压，缺相、过流、短路等状态信号参数；希望管道达到的压力值设定到变频器给定参数中。

压力控制是PID控制器根据压力设定值与压力实际反馈值相比较，通过差值控制电机转速，当居民用水量少时，压力实际反馈值高于压力设定值，此时PID控制器控制变频器输出使转速减小，供水流量变小，使压力实际反馈值降低，来达到原设定值；当居民用水量大时，压力实际反馈值低于压力设定值，此时PID控制器控制变频器输出使转速增大，供水流量变大，使压力实际反馈值增高，来达到原设定值。若压力实际反馈值与设定的压力差值在设定的范围内(正常压力范围)，PID控制输出保持不变，电机转速恒定，电机转速与压力动态平衡；当居民用水量变化等因数使压力实际反馈值变化时(超过正常液位范围)，PID控制输出值自动改变，增大或减小，与压力实际反馈值变化方向相反，达到新的控制动态平衡，使压力实际值恒定。

正常操作时，操作人员只需在空气开关与熔断器组合装置中合上空气开关，此时变频器、控制开关组合装置带电，变频器初始化运行，显示操作盘能正常显示和设定压力值。按下控制开关组合装置的预控制按钮，冗余处理-智能控制器装置带电，内置程序初始化，正常测量管道压力，变频器状态信号反馈到冗余处理-智能控制器装置中；电源-运行-故障指示灯装置中的电源指示灯亮。按下控制开关组合装置的主控制按钮，启动变频器，电机水泵控制系统全部智能化运行。