本发明涉及一种供水系统的控制设备，具体涉及一种水箱进水控制装置。本发明还涉及一种水箱进水控制方法。
背景技术：
目前二次加压泵站采用水箱蓄水是一种非常常见的供水模式，水箱的进水采用纯机械的遥控浮球阀实现自动控制。其控制原理是：利用浮球控制阀门的开关，浮球随水箱液位的变化而变化，当水箱液位下降时，阀门逐渐开启；当水箱液位达到浮球最高液位时，阀门关闭。
遥控浮球阀包括阀体、浮球和浮球连接杆，为了实现运行的稳定性，浮球连接杆的长度不能过长，这就导致遥控浮球阀能够控制的有效液位范围很小，导致水箱始终保持较高液位，内部储存的水不能及被利用，也不能时更换，极大地增加了水箱储水发生变质的风险。
由于遥控浮球阀的口径普遍较大，在用水高峰期时市政管网整条管路上的水箱进口遥控浮球阀都会处于全开的状态，对市政管网的压力负担很大，也就是俗称的泄压、抢水、争水等现象，处于市政管网前端的小区会大量进水，导致供水管网压力不均衡下游用水点在高峰期时来水压力下降严重或无压力等情况出现，不能保证二次加压的持续安全供水。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种水箱进水控制装置，它可以使水箱在用水高峰期不向市政供水管网抢水并利用高峰期实现水箱最大程度的换水。
为解决上述技术问题，本发明水箱进水控制装置的技术解决方案为：
包括供水管道1、电动阀门2、水箱进口流量计3、遥控浮球阀4、水箱液位传感器5、水泵出口流量计6、控制柜7、云端管理系统8；供水管道1的出口端连接水箱9；供水管道1沿水流方向依次设置有电动阀门2和水箱进口流量计3；电动阀门2通过电源线和信号线连接控制柜7，能够向控制柜7反馈开度；水箱进口流量计3通过信号线连接控制柜7；水箱9的进水口设置有遥控浮球阀4，通过浮球控制水箱进水口的开启和关闭；水箱9内设置有水箱液位传感器5，水箱液位传感器5通过信号线连接控制柜7；水泵出口流量计6设置于水泵机组的出口汇总管，水泵出口流量计6通过信号线连接控制柜7；控制柜7内配有可编程逻辑控制器和远程通讯网络接口；控制柜7通过远程通讯网络接口与云端管理系统8实现网络连接；可编程逻辑控制器向云端管理系统8上传数据和接收指令，接收电动阀门2、水箱进口流量计3、水泵出口流量计6和水箱液位传感器5的反馈信号，根据水箱液位的高低、水箱进出水流量的偏差和云端管理系统8的指令调节电动阀门2的开启、关闭和开度，从而控制供水管道1与水箱9的连通与否和水箱9的进水流量；云端管理系统8接收控制柜7传输的信息，进行运算、处理，并向控制柜7派发指令；云端管理系统8通过网络连接远程管理终端；远程管理终端通过网络连接云端管理系统8，对泵房内的设备进行远程监视、监测和监控，接收云端管理系统8发送的信息，向云端管理系统8发送数据。
本发明还提供一种水箱进水控制方法，其技术解决方案为：包括以下步骤：
水箱投入使用前，通过控制柜7或远程管理终端进行初始设置，设定水箱9的满水液位和保护液位，输入水箱9的有效容积V；所述水箱9的满水液位为遥控浮球阀4的关闭液位，水箱9的保护液位为水箱可允许的最低水位，水箱9的有效容积为满水液位到保护液位之间的存水量；
设置于水箱9内的水箱液位传感器5采集水箱9的液位信息，水箱进口流量计3和水泵出口流量计6分别采集水箱进水流量和水泵出水流量；水箱液位传感器5、水箱进口流量计3和水泵出口流量计6将所采集的信息反馈给控制柜7；控制柜7每秒钟将上述信息上传一条数据链至云端管理系统8，云端管理系统8根据上述信息进行运算、分析，判定高峰期、计算进水流量；
当用水进入高峰期后，判断水箱有效容积V与高峰期用水总量Vz的关系；
如果水箱有效容积V能够满足高峰期用水总量Vz，即V≥Vz，则在高峰期开始后，控制柜7控制电动阀门2关闭，停止向市政管网取水，使用水箱9储存的水进行供水；高峰期结束后，仍然保持电动阀门2的关闭状态直至水箱液位降低至保护液位H2,再全开电动阀门2向水箱9进水，转换为非高峰期进水模式；
如果水箱有效容积V不能满足高峰期用水总量Vz，即V＜Vz，则在高峰期开始后，由控制柜7根据云端管理系统计算下发的进水流量指令调节电动阀2的开度，控制水箱的进水流量。
进一步地，所述高峰期的判定方法如下：
水箱初始使用时，云端管理系统8对于该小区用水规律的了解处于空白，设定一个月的时间为原始数据积累的阶段，这个阶段电动阀门2处于全开状态，由遥控浮球阀4控制水箱9的进水，在这个阶段中，云端管理系统8统计计算以下几个基本数据和规律：
A将日期分为工作日、周六、周日和法定假日四种类型，分别记录不同类型日期的水箱进水流量和水泵出水流量数据，形成进、出水流量曲线；
B通过历史出水流量曲线的叠加，判定工作日、周六、周日和法定假日等不同类型日期的早、中晚三个高峰用水时间段，即所述高峰期；
C分别检索工作日、周六、周日和法定假日不同类型日期的早、中、晚高峰期出水总量，取每种类型近三天每个时段高峰期出水总量的最高值记录为该类型日期该时段高峰期用水总量Vz。
进一步地，所述水箱的进水流量的控制方法为实时控制法：根据出水流量的变化和当前水箱可用有效存水量、高峰期时长，计算合理的进水流量，实时调节电动阀门2的开度，改变进水管路的横截面积，控制水箱的进水流量；
进水流量的计算公式为：
Qes＝Qo-L*B*(H1-H2)/T
其中，Qes为合理的进水流量，
Qo为水泵出口流量计6监测到的实时出水流量，
L为水箱9的长度，
B为水箱9的宽度，
H1为高峰期开始时水箱液位，
H2为保护液位，
T为上一同类型日期相同时段的高峰期时长；
出水流量Qo是动态变化的，云端管理系统8根据上述公式实时计算合理的进水流量Qes并向控制柜7下发指令，控制柜7的可编程逻辑控制器将收到的进水流量Qes指令与水箱进口流量计3反馈的进水流量Qe信号进行比对，若Qes＜Qe，则关小电动阀门2的开度，若Qes＞Qe则加大电动阀门2的开度，控制进水流量Qe达到云端管理系统8实时下发的进水流量Qes指令。
进一步地，所述水箱的进水流量的控制方法为阶段控制法：在高峰期开始时，根据相同类型日期的相同时段高峰期历史数据和当前水箱可用有效存水量，计算得出该高峰期需要的平均进水流量，来控制电动阀门2的开度；之后每隔一时间段将该时间段出水总量与相同类型日期前一天的同时段高峰期对应时间段出水总量进行比对，按照变化比例调节电动阀门2的开度，调节进水流量；
进水流量的计算公式为：
Qey＝[V2-L*B*(H1-H2)]/T
其中，Qey为根据上一同类型日期相同时段高峰期出水总量计算的当前高峰期所需的平均进水流量，
V2为上一同类型日期相同时段高峰期出水总量，
L为水箱9的长度，
B为水箱9宽度，
H1为高峰期开始时水箱液位，
H2为保护液位，
T为上一同类型日期相同时段的高峰期时长；
高峰期开始时，进水流量Qey为一个固定值，由云端管理系统8根据上述公式计算得出并向控制柜7下发指令，控制柜7的可编程逻辑控制器将收到的进水流量Qey指令与水箱进口流量计3反馈的进水流量Qe信号进行比对，若Qey＜Qe，则关小电动阀门2的开度，若Qey＞Qe，则加大电动阀门2的开度，控制进水流量Qe达到云端管理系统8下发的进水流量Qey指令。
进一步地，所述高峰期开始后，每隔一时间段云端管理系统8根据该时间段内水泵出口流量计6监测到的出水流量计算该时间段内的出水总量与相同类型日期前一天的同时段高峰期内相同时间段内出水总量进行比对，按照变化比例计算进水流量，如当天该时间段出水总量增加了10％，则调节进水流量增加10％，将此指令下发给控制柜7，由控制柜7的可编程逻辑控制器调节电动阀门2的开度，从而调节进水流量达到云端管理系统8下发的进水流量指令要求；以此类推直到高峰期结束,恢复非高峰期进水模式。
进一步地，非所述高峰期的进水控制方法为：在非高峰期，电动阀门2呈全开状态，由遥控浮球阀4控制水箱9的进水，保持满水状态或较高液位，以满足所述高峰期的用水。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明的云端管理系统能够根据供水设备高峰期的出水流量历史数据以及实时出水流量等数据，分析计算每天高峰期最合理的进水流量，通过PID控制技术控制水箱的进水流量，最大限度地利用水箱里储存的水，减少高峰期从市政管网的取水量，解决高峰期供水设备向市政管网抢水造成管网泄压的问题，从而保证下游单位的用水，实现水箱进水的智能化控制和市政供水管网压力的均衡。
本发明能够利用高峰期对水箱进行全面换水，解决水箱存水得不到及时更换容易变质的问题，保证水质的新鲜卫生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明水箱进水控制装置的示意图。
图中附图标记说明：
1为供水管道， 2为电动阀门，
3为水箱进口流量计， 4为遥控浮球阀，
5为水箱液位传感器， 6为水泵出口流量计，
7为控制柜， 8为云端管理系统，
9为水箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本发明水箱进水控制装置，包括供水管道1、电动阀门2、水箱进口流量计3、遥控浮球阀4、水箱液位传感器5、水泵出口流量计6、控制柜7、云端管理系统8；
供水管道1的出口端连接水箱9；供水管道1沿水流方向依次设置有电动阀门2和水箱进口流量计3；电动阀门2为能够改变开度以调节流量的电动阀门，通过电源线和信号线连接控制柜7，能够向控制柜7反馈开度；水箱进口流量计3通过信号线连接控制柜7；
水箱9的进水口设置有遥控浮球阀4，通过浮球控制水箱进水口的开启和关闭；
水箱9内设置有水箱液位传感器5，水箱液位传感器5通过信号线连接控制柜7；
水泵出口流量计6设置于水泵机组的出口汇总管，水泵出口流量计6通过信号线连接控制柜7；
控制柜7内配有可编程逻辑控制器(PLC)和远程通讯网络接口；控制柜7通过远程通讯网络接口与云端管理系统8实现网络连接；
可编程逻辑控制器(PLC)的作用是向云端管理系统8上传数据和接收指令，接收电动阀门2、水箱进口流量计3、水泵出口流量计6和水箱液位传感器5的反馈信号，根据水箱液位的高低、水箱进出水流量的偏差和云端管理系统8的指令等数据通过PID控制技术调节电动阀门2的开启、关闭和开度，从而控制供水管道1与水箱9的连通与否和水箱9的进水流量；
云端管理系统8接收控制柜7传输的信息，进行运算、处理，并向控制柜7派发指令；
云端管理系统8通过网络连接远程管理终端，远程管理终端可以是电脑、手机、IPAD等能够上网的固定或移动终端设备；远程管理终端通过网络连接云端管理系统8，对泵房内的设备进行远程监视、监测和监控，接收云端管理系统8发送的信息，向云端管理系统8发送数据。
本发明水箱进水控制方法，包括以下步骤：
设置于水箱9内的水箱液位传感器5采集水箱9的液位信息，水箱进口流量计3和水泵出口流量计6分别采集水箱进水流量和水泵出水流量；水箱液位传感器5、水箱进口流量计3和水泵出口流量计6将所采集的信息反馈给控制柜7；控制柜7每秒钟将上述信息上传一条数据链至云端管理系统8，云端管理系统8根据上述信息进行运算、分析和存储；
设备投入使用前，通过控制柜7或远程管理终端进行初始设置，设定水箱9的满水液位和保护液位，输入水箱9的有效容积V；水箱9的满水液位为遥控浮球阀4的关闭液位，水箱9的保护液位为水箱可允许的最低水位，水箱9的有效容积为满水液位到保护液位之间的存水量；
设备初始使用时，云端管理系统8对于该小区用水规律的了解处于空白，设定一个月的时间为原始数据积累的阶段，这个阶段电动阀门2处于全开状态，由遥控浮球阀4控制水箱9的进水，在这个阶段中，云端管理系统8统计计算以下几个基本数据和规律：
(1)将日期分为工作日、周六、周日和法定假日等四种类型，分别记录不同类型日期的水箱进水流量和水泵出水流量数据，形成进、出水流量曲线；
(2)通过历史出水流量曲线的叠加，判定工作日、周六、周日和法定假日等不同类型日期的早、中晚三个高峰用水时间段，以下称为高峰期；
(3)分别检索工作日、周六、周日和法定假日不同类型日期的早、中、晚高峰期出水总量，取每种类型近三天每个时段高峰期出水总量的最高值记录为该类型日期该时段高峰期用水总量Vz。
在经过一个月时间的运行，掌握了以上基本数据和规律以后，开始实施水箱进水的控制，在保证供水量的前提下，在高峰期尽可能多地使用水箱9内储存的水，减少水箱9的进水，不向市政管网抢水，具体实施方法是：
(1)非高峰期进水模式的进水控制方法：在非高峰期时间市政管网供水流量都是高于需求的，不会出现抢水的情况，故电动阀门2呈全开状态，由遥控浮球阀4控制水箱9的进水，只要水箱9的液位下降，遥控浮球阀4就会打开进水，所以在非高峰期内，水箱9内的水始终会保持满水或非常接近满水的状态，以满足高峰期和停水时的供水需求。
(2)高峰期时段的进水控制方法，分成两种情况：
第一种情况：水箱有效容积V能够满足高峰期用水总量Vz，即V≥Vz，则在高峰期开始后，控制柜7控制电动阀门2关闭，停止向市政管网取水，使用水箱9储存的水进行供水；高峰期结束后，仍然保持电动阀门2的关闭状态直至水箱液位降低至保护液位H2,再全开电动阀门2向水箱9进水，转换为非高峰期进水模式，使水箱9进行充分的换水，保证饮用水的新鲜卫生；
第二种情况：水箱有效容积V不能满足高峰期用水总量Vz，即V＜Vz，这种情况是比较常见的；此时需要做的是充分利用水箱9储存的水，由控制柜7根据云端管理系统8计算下发的进水流量指令调节电动阀2的开度，控制水箱的进水流量，最大限度减少从市政管网中取水，保障市政供水管网压力的均衡；可以采用以下两种实施方法：
第一实施方法--实时控制：利用控制柜7的可编程逻辑控制器进行PID控制，根据出水流量的变化和当前水箱可用有效存水量、高峰期时长，计算合理的进水流量，实时调节电动阀门2的开度，改变进水管路的横截面积，控制进水流量，使水箱9内的存水在高峰期结束时使用到水箱保护液位或接近于水箱保护液位的位置；
进水流量的计算公式为：
Qes＝Qo-L*B*(H1-H2)/T
其中，Qes为合理的进水流量，
Qo为水泵出口流量计6监测到的实时出水流量，
L为水箱9的长度，
B为水箱9的宽度，
H1为高峰期开始时水箱液位，
H2为保护液位，
T为上一同类型日期相同时段的高峰期时长。
出水流量Qo是动态变化的，云端管理系统8根据上述公式实时计算合理的进水流量Qes并向控制柜7下发指令，控制柜7的可编程逻辑控制器将收到的进水流量Qes指令与水箱进口流量计3反馈的进水流量Qe信号进行比对，若Qes＜Qe，则关小电动阀门2的开度，若Qes＞Qe则加大电动阀门2的开度，控制进水流量Qe达到云端管理系统8实时下发的进水流量Qes指令值，进行PID控制，在高峰期结束时，将水箱9内的存水使用到或接近于设定的水箱保护液位H2，从而最大限度减少从市政管网中取水量，保障市政供水管网压力的均衡；高峰期结束后，恢复非高峰期的供水模式。
第二实施方法--阶段控制：在高峰期开始时，云端管理系统8根据相同类型日期的相同时段高峰期历史数据和当前水箱可用有效存水量，计算得出当天高峰期需要的平均进水流量，控制柜7根据这一数据调节电动阀门2的开度；之后每隔十分钟将这十分钟的出水总量与相同类型日期前一天的同时段高峰期对应十分钟的出水总量进行比对，按照变化比例调节电动阀门2的开度，调节进水流量，使水箱9内的存水在高峰期结束时使用到保护液位或接近于保护液位的位置。其中涉及到的间隔时间“十分钟”可以通过控制柜7或远程管理终端进行人为修改；
进水流量的计算公式为：
Qey＝[V2-L*B*(H1-H2)]/T
其中，Qey为根据上一同类型日期相同时段高峰期出水总量计算的当前高峰期所需的平均进水流量，
V2为上一同类型日期相同时段高峰期出水总量，
L为水箱9的长度，
B为水箱9宽度，
H1为高峰期开始时水箱液位，
H2为保护液位，
T为上一同类型日期相同时间段的高峰期时长。
高峰期开始时，进水流量Qey为一个固定值，由云端管理系统8根据上述公式实时计算得出并向控制柜7下发指令，控制柜7的可编程逻辑控制器运用PID控制技术将收到的进水流量Qey指令与水箱进口流量计3反馈的进水流量Qe信号进行比对，若Qey＜Qe，则关小电动阀门2的开度，若Qey＞Qe，则加大电动阀门2的开度，控制进水流量Qe达到云端管理系统8下发的进水流量Qey指令值。高峰期开始后，每隔十分钟云端管理系统8根据这十分钟内水泵出口流量计6监测到的出水流量计算十分钟的出水总量，并与相同类型日期前一天的同时段高峰期内相同十分钟出水总量进行比对，按照变化比例计算进水流量，如当天该时间段出水总量增加了10％，则调节进水流量增加10％，将此指令下发给控制柜7，由控制柜7的可编程逻辑控制器运用PID控制技术调节电动阀门2的开度，从而调节进水流量达到云端管理系统8下发的进水流量指令要求。以此类推直到高峰期结束，使水箱9内的存水在高峰期结束时使用到水箱9保护液位或接近于水箱9保护液位的位置，从而最大限度减少从市政管网中取水量，保障市政供水管网压力的均衡同时最大程度地对水箱进行换水。高峰期结束后，恢复非高峰期的供水模式。
以上实施例不管任何一种，在高峰期用水出现突发状况至使用水量突然增加，水箱液位下降到保护液位时，控制柜7控制电动阀门2全开进水，保证供水的持续性。
云端管理系统8根据每天的日期类型，调取工作日、周六、周日和法定假日等对应类型日期以及对应早、中、晚时段的历史数据作为依据进行计算和控制，并不断累积历史数据，不断修正控制模型，适应不断变化的用水需求。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。