稳压供水系统及方法与流程

本发明实施例涉及工控技术，尤其涉及一种稳压供水系统及方法。

背景技术：

供水管网是人们生活不可或缺的市政工程。供水管网中的水压并非稳定不变的，用水高峰、用水低谷、供水-停水-供水期间，供水管网中的水压都会发生变化。按照实际调控需要，供水系统会对供水管网中的水量进行调节。在调节过程中，由于水压调节方式不够精准，使得在调节过程中供水管网受瞬间过压影响会有管路破裂的可能。

因此，需要对现有供水系统的水压调节方式进行改进。

技术实现要素：

本发明提供一种稳压供水系统及方法，以解决现有水压调节方式会导致供水管网瞬间过压的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种稳压供水系统，包括：多个水泵电机；设置在供水管网中的水压检测装置；与所述水压检测装置相连的控制装置，用于通过比较预设的水压期望值与所检测的实际水压值，确定升压调整或降压调整；在需要至少两个水泵电机运行的升压调整期间，分批上调各水泵电机的控制信号频率直至工频并在达到工频时切换至工频电网电信号；在需要至少两个水泵电机运行的降压调整期间，分批的将各水泵电机的控制信号从工频电网电信号切换至频率可调的控制信号，并下调所切换的控制信号频率。

第二方面，本发明实施例还提供了一种稳压供水方法，用于包含多个水泵电机的稳压系统中，包括：检测供水管网中的实际水压值；通过比较预设的水压期望值与所检测的实际水压值，确定升压调整或降压调整；在需要至少两个水泵电机运行的升压调整期间，分批上调各水泵电机的控制信号频率直至工频并在达到工频时切换至工频电网电信号；在需要至少两个水泵电机运行的降压调整期间，分批的将各水泵电机的控制信号从工频电网电信号切换至频率可调的控制信号，并下调所切换的控制信号频率。

本发明通过逐步调整控制信号的方式来调控供水管网的水压，能够有效防止水泵电机组在转速突变时对供水管网造成的瞬间过压的问题。同时，在频率升到工频时，将控制信号切换至工频电网电信号，能够让各水泵电机处于稳定的转速运行，有效解决因水泵电机运行不稳定所带来的供水管网瞬间过压问题。

附图说明

图1是本发明实施例一中的稳压供水系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的稳压供水系统的结构示意图；

图3是本发明实施例三中的稳压供水系统的结构示意图；

图4是本发明实施例四中的稳压供水系统的结构示意图；

图5是本发明实施例五中的稳压供水系统的结构示意图；

图6是本发明实施例六中的稳压供水方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的稳压供水系统的结构示意图，本实施例可适用于对供水管网中水压变化的调整情况，该稳压供水系统包括：多个水泵电机1、水压检测装置2、和控制装置3。

所述水泵电机1通过调整转速来调整供水管网中的水量，转速越慢，向供水管网中输出的水量越少。所述水泵电机1根据所接收的控制信号的频率来调整转速。所述水泵电机1举例为异步电机。

所述水压检测装置2设置在供水管网中，用于检测供水管网中实际水压值。

所述控制装置3与所述水压检测装置2相连、并接入工频电网，通过比较预设的水压期望值与所检测的实际水压值，确定升压调整或降压调整；在需要至少两个水泵电机1运行的升压调整期间，分批上调各水泵电机1的控制信号频率直至工频并在达到工频时切换至工频电网电信号；在需要至少两个水泵电机1运行的降压调整期间，分批的将各水泵电机1的控制信号从工频电网电信号切换至频率可调的控制信号，并下调所切换的控制信号频率。

具体地，所述控制装置3预设水压期望值，并实时接收水压检测装置2所传递的实际水压值，所述控制装置3当检测到水压期望值高于实际水压值时，确定进行升压调整。在升压调整期间，所述控制装置3先向部分水泵电机1发出频率可调的控制信号，并逐步提高相应控制信号的频率。通过实时的比较实际水压值和水压期望值，所述控制装置3确定是否继续提高控制信号的频率，若无需继续提高，则按照当前所调整的频率向相应水泵电机1发出控制信号；若需要提高，则继续提高频率直至所调整的频率升至工频(如50Hz)，并在升至工频时，将相应水泵电机1的控制信号切换至工频电网。再按照上述调整方式，逐步上调剩余的至少部分水泵电机1的控制信号频率。其中，所述控制装置3每批次调整的水泵电机1的数量可以是一个、或预设的固定数量。

当检测到水压期望值低于实际水压值时，所述控制装置3确定降压调整。并在降压调整期间，所述控制装置3通过反向执行升压调整过程，即按照倒序逐步降低各水泵电机1的控制信号频率。具体地，当当前所调整的水泵电机1的控制信号的频率降至最小值时，将已交由工频电网的控制信号逐步切换至频率可调的控制信号，并降低切换后的控制信号频率，直至实际水压值与水压期望值之差在预设误差范围内、或者直到所有水泵电机1的控制信号频率降至最小值。

其中，在上调/下调过程中，所述控制装置3可以按照预设单位压力差与单位频率之间的对应关系，来确定实时计算的压力差所对应的频率，并按照所确定的频率来调整相应的控制信号。

其中，当所有水泵电机1的控制信号频率降至最小值时，所述控制装置3可间歇性的将向部分水泵电机1发出预设频率(介于最小值和工频之间)的控制信号。或者，所述控制装置3不予向水泵电机1发出控制信号，直至检测到水压期望值高于实际水压值。

所述控制装置3可以完全由软件来执行上述控制过程。

本实施例通过逐步调整控制信号的方式来调控供水管网的水压，能够有效防止水泵电机1组在转速突变时对供水管网造成的瞬间过压的问题。同时，在频率升到工频时，将控制信号切换至工频电网电信号，能够让各水泵电机1处于稳定的转速运行，有效解决因水泵电机1运行不稳定所带来的供水管网瞬间过压问题。

实施例二

在上述各实施例的基础上，考虑了控制装置3的响应效率、以及工控运行的实际环境，所述控制装置3包括：压力控制单元32、和接触器组31。如图2所示。

其中，所述压力控制单元32可以是单片机。所述压力控制单元32连接在水压检测装置2和接触器组31之间。

所述接触器组31可以包括：多组受控开关组和连接各组受控开关组的控制端的选择器。每组受控开关组单独控制一个水泵电机1的调速运行、恒速运行和停止。其中，所述选择器根据压力控制单元32的切换指令，对所述切换指令所指示的受控开关组在各运行状态之间进行切换。

每组受控开关组还包括：空信号接收端、调频控制信号接收端、恒频控制信号接收端和控制信号接收端。其中，所述空信号接收端不接收控制信号，当受控开关组按照切换指令切换至该空信号接收端时，水泵电机1停止运行。所述调频控制信号接收端连接所述压力控制单元32，当受控开关组按照切换指令切换至该调频控制信号接收端时，水泵电机1根据所接收的控制信号的频率改变转速。所述恒频控制信号接收端连接工频电网，当受控开关组按照切换指令切换至该恒频控制信号接收端时，水泵电机1恒速运行。

在此，所有受控开关组的调频控制信号接收端可单独连接所述压力控制单元32的各控制信号输出端，也可以合并连接压力控制单元32的一个控制信号输出端。

具体地，所述压力控制单元32用于按照所述水压期望值与实际水压值之差，调整部分水泵电机1的控制信号的频率；当所调整的控制信号的频率升至工频时，指示所述接触器组31由工频电网控制相应水泵电机1的运行，并启动并上调剩余中至少部分水泵电机1的控制信号的频率；当所调整的控制信号的频率降至预设最小值时，指示所述接触器组31将至少部分水泵电机1由工频电网的电信号切换至频率可调的控制信号，并启动并下调切换后的水泵电机1的控制信号频率。

所述接触器组31用于按照所述压力控制单元32的指示，控制相应水泵电机1在无控制信号、压力控制单元32所提供的控制信号、或工频电网所提供的控制信号之间切换

例如，所述压力控制单元32按照所述水压期望值与实际水压值之差，调整水泵电机A1的控制信号的频率。

在上调期间，当A1的控制信号的频率升至工频时，所述压力控制单元32向接触器组31发送包含水泵电机A1信息和恒频控制信号接收端配对、水泵电机A2信息和调频控制信号接收端配对的切换指令，所述接触器组31按照所述切换指令，令工频电网的电信号为水泵电机A1的控制信号，以及令压力控制单元32的控制信号输出至水泵电机A2，使得水泵电机A2处于调速运行状态。所述压力控制单元32继续检测实际水压值与水压期望值之间的差距，并按照各水泵电机1的调整顺序，逐个上调各水泵电机1的转速，直至实际水压值与水压期望值之间的差距达到预设的误差范围内。如此实现逐步上调各水泵电机1转速的目的。

在下调期间，当An的控制信号的频率降至预设最小值时，所述压力控制单元32向接触器组31发送包含水泵电机An信息和空信号接收端配对、水泵电机A(n-1)信息和调频控制信号接收端配对的切换指令，所述接触器组31按照所述切换指令，将与水泵电机An相连的受控开关组由调频控制信号接收端切换至空信号接收端，以及将水泵电机A(n-1)相连的受控开关组由恒频控制信号接收端切换至调频控制信号接收端，使得水泵电机A(n-1)处于调速运行状态。所述压力控制单元32继续检测实际水压值与水压期望值之间的差距，并按照各已由工频电网控制的各水泵电机1的调整顺序，逐个下调各水泵电机1的转速，直至实际水压值与水压期望值之间的差距达到预设的误差范围内。如此实现逐步下调各水泵电机1转速的目的。

在此，所述压力控制单元32可按照上述各实施例中描述的方式上调/下调各控制信号的频率。

本实施例采用接触器组31件来统一管理各水泵电机1的控制信号，并利用单片机输出切换指令和控制信号，从硬件上简化了控制装置3的硬件结构，并提高了控制装置3工控的实时性。

实施例三

在前述各实施例的基础上，如图3所示，所述压力控制单元32包括：PID控制器321和变频器322。本实施例进一步硬件化所述压力控制单元32中的频率调整方式，以提高频率调整效率及适应工控环境。所述压力控制单元32还包括用于根据所述水压期望值与实际水压值之差计算PID参数的处理器。

具体地，所述处理器根据所述水压期望值与实际水压值之差来调整PID参数，并将调整后的PID参数传递给PID控制器321。所述PID控制器321根据所得到的PID参数调整变频器322输出的控制信号频率。

在此，所述处理器按照自调整模糊神经网络，预先构建所述差值与PID参数调整方案的模型，当确定所述差值时，根据所述模型计算出相应的PID参数，所述PID控制器321按照所述PID参数更改输出至变频器322的PWM信号，所述变频器322根据PWM信号调整控制信号频率，并将控制信号输出至接触器组31，同时所述处理器还向接触器组31输出对应控制信号的水泵电机1信息(如电机编号、或电机标识信息等、和/或切换指令等。

本实施例综合考虑了供水管网中转弯管道、粗细管道在水压变化时对管道的影响，利用自调整模糊神经网络来调整PID参数，并基于PID参数的变化通过PID控制器321和变频器322改变控制信号的频率，能够更稳定的向供水管网中供水。同时，由于采用硬件电路来实现控制信号的频率变化，进一步提高了稳压供水系统的响应效率。

实施例四

在上述各实施例的基础上，为了确保在控制信号在压力控制单元32和工频电网之间切换瞬间，由于相位不匹配造成的瞬时频率过高的问题，所述控制装置3还用于利用锁相环技术，按照工频电网电信号来调整切换前的控制信号的相位，并在锁定控制信号的相位时，将相应控制信号切换至工频电网。

具体地，在上调期间，所述控制装置3将达到工频的控制信号输出至锁相环电路中，并按照工频电网电信号来调整切换前的控制信号的相位，并在确定相位差稳定时，将相应的控制信号切换至工频电网的电信号。如此确保控制信号在切换时与工频电网的电信号保持稳定的相位差，实现控制信号在工频频率上的微调。

需要说明的是，在下调期间也可以采用上述方式实现控制信号的稳定切换。或者，采用直接切换的方式。

一种可选方案为，如图4所示，所述控制装置3还包括：包含两个输入端和一个输出端的锁相控制单元，其中，两个输入端分别连接所述控制装置3中压力控制单元32的输出端和工频电网，所述锁相环控制单元33的输出端连接所述压力控制单元32。

所述锁相环控制单元33用于基于工频电网的电信号对所述压力控制单元32所输出的控制信号进行相位调整。

所述压力控制单元32还用于将调相后的控制信号输出至所述控制装置3中的接触器组31，并当所述控制信号频率达到工频时，输出相应的切换指令。

所述接触器组31根据所述切换指令控制相应水泵电机1接收工频电网所提供的控制信号。

其中，所述锁相环控制单元33中包含分别与两输入端相连的信号转换器，以采集控制信号和工频电网中的电信号。所述锁相环控制单元33还包括锁相环电路，其实时的基于工频电网的电信号对所述压力控制单元32所输出的控制信号进行相位调整，并将调整后的控制信号反馈给压力控制单元32。所述压力控制单元32将调相后的控制信号输出至接触器组31，同时将对应所输出的控制信号的水泵电机1信息传递给接触器组31。所述接触器组31按照所接收的控制信号调整对应水泵电机1信息的水泵电机1的转速。当所述控制信号的频率达到工频时，所述压力控制单元32将调相后的控制信号输出至接触器组31，并向接触器组31输出包含水泵电机1信息和恒压控制信号接收端的切换指令。

本实施例通过锁相环控制单元33的调相处理，能够有效降低控制信号在切换至工频电网的瞬间所造成的瞬时高频，进而有效解决了瞬时高频对水泵电机1瞬时转速过快、及对供水管网瞬时水压过大的问题。

实施例五

在上述各实施例的基础上，如图5所示，所述稳压供水系统还包括：报警装置、和/或人机交互装置。

所述报警装置与所述控制装置3相连，用于检测所述控制装置3的运行异常情况，并在检测到运行异常时，发出警报信息。

例如，所述报警装置通过对主电路的电压、电流等进行监测，来确定控制信号频率超调、主电路过电压或过电流造成的故障，并及时采用声光、和/或将警报信息发送至终端提醒等方式发出警报信息。

人机交互装置与所述控制装置3相连，用于向所述控制装置3输入水压期望值。

例如，当维修人员需要对供水管网进行检修，则通过所述人机交互装置将水压期望值设置为0。又如，当供水管网正常工作、或恢复供水时，预先通过所述人机交互装置将水压期望值设置为b。

实施例六

如图6所示，本发明实施例提供一种稳压供水方法。所述供水方法可用于上述任一供水系统中。所述供水方法还可以用于能够按照所述方法提供稳压供水的其他供水系统。

步骤S110、检测供水管网中的实际水压值。

步骤S120、通过比较预设的水压期望值与所检测的实际水压值，确定升压调整或降压调整。

当确定为升压调整时，先向部分水泵电机发出频率可调的控制信号，并逐步提高相应控制信号的频率。通过实时的比较实际水压值和水压期望值，所述控制装置确定是否继续提高控制信号的频率，若无需继续提高，则按照当前所调整的频率向相应水泵电机发出控制信号；若需要提高，则执行步骤S130。

当确定为降压调整时，将当前所调整的水泵电机的控制信号的频率降至最小值，当通过实时比较实际水压值和水压期望值，确定降至最小值仍需要继续降压时，执行步骤S140。

步骤130、在需要至少两个水泵电机运行的升压调整期间，分批上调各水泵电机的控制信号频率直至工频并在达到工频时切换至工频电网电信号。

其中，每批上调的水泵电机的数量可以是一个、或多个。

一种可选方案为，按照所述水压期望值与实际水压值之差，上调其中部分水泵电机的控制信号频率，当所调整的控制信号的频率升至工频时，由工频电网控制相应水泵电机的运行，并上调剩余中至少部分水泵电机的控制信号频率。

其中，上调频率的一种可选方案为，利用锁相环技术，按照工频电网电信号来调整切换前的控制信号的相位，并在锁定控制信号的相位时，将相应控制信号切换至工频电网。

具体地，基于工频电网的电信号对控制信号进行相位调整；以及将调相后的控制信号输出至对应的水泵电机，并当所述控制信号频率达到工频时，向相应水泵电机输出切换指令。

需要说明的是，上调方式和控制信号的切换方式可按照上述各供水系统的实施例中的控制装置的上调方式和控制信号的切换方式而设定。

步骤S140、在需要至少两个水泵电机运行的降压调整期间，分批的将各水泵电机的控制信号从工频电网电信号切换至频率可调的控制信号，并下调所切换的控制信号频率。

其中，每批上调的水泵电机的数量可以是一个、或多个。

一种可选方案为，按照所述水压期望值与实际水压值之差，下调其中部分水泵电机的控制信号频率，当所调整的控制信号频率降至预设最小值时，指示所述接触器组将至少部分水泵电机由工频电网的电信号切换至频率可调的控制信号，并启动并下调切换后的水泵电机的控制信号频率。

需要说明的是，下调方式和控制信号的切换方式可按照上述各供水系统的实施例中的控制装置的下调方式和控制信号的切换方式而设定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。