一种智能控制绿色节能供水装置及供水控制方法与流程

本发明属于给水技术领域，涉及一种城市供水系统，特别涉及一种智能控制绿色节能供水装置及供水控制方法。

背景技术：

供水系统是一个复杂的工业控制系统，存在复杂多变、实时性强等特征，供水系统经历了恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、恒压供水等方式的进化，已经初步形成大规模恒压供水系统。

但现有恒压供水系统仍存在以下不足之处。

1、设备效率低：供水系统管网庞大，存在有不少低质管网和超年限服役管网，供水设备老化、选型不合适，导致运行效率低下。

2、管理调度困难：供水系统范围广，分布散乱，系统信息主要靠人工收集与管理，实时性差，效率低，智能化程度低。

3、能源浪费严重：水泵运行效率与其工作点相关，现有供水系统难以保证所有水泵工作于效率最高点，且当用水需求变化时，难以及时调整，导致能量的浪费。

技术实现要素：

本发明的第一个发明目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种智能控制绿色节能供水装置，它所要解决的技术问题是如何提高供水装置的效率和增强系统工作的稳定性。

本发明的第一个发明目的可通过下列技术方案来实现：一种智能控制绿色节能供水装置，包括水箱、水泵和用于带动水泵工作的电机，所述水箱通过供水管与水泵相连，其特征在于，所述水箱、水泵和电机均设置有系统检测传感器，所述供水装置还包括控制柜、工控机和能效测量与分析平台，所述工控机与检测传感器电性连接，所述控制柜、能效测量与分析平台均与工控机电性连接，所述控制柜包括可编程逻辑控制器和变频器，所述可编程逻辑控制器与工控机电性连接，所述变频器与可编程逻辑控制器电性连接，所述电机与变频器电性连接。

工控机(Industrial Personal Computer，IPC)即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。系统检测传感器将检测到的系统状态信息传送至工控机，工控机根据采集的系统状态信息进行分析处理并将系统处理结果传送至能效测量与分析平台，能效测量与分析平台根据上传的系统状态信息分析系统实时能耗并进行显示，同时模拟其它供水模式，对不同供水模式进行能耗分析和预测，选择最优供水模式，提高系统运行效率，工控机接收能效测量与分析平台分析结果后，工控机根据系统信息发出控制指令至控制柜，通过控制柜对电机及水泵进行调控，从而提高本供水装置的效率和增强系统的工作稳定性。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，所述电机和水泵的数量相一致，且电机与水泵一一对应设置，所述控制柜还包括若干个断路器和若干个重合闸，各断路器均电性连接在一电机与一变频器之间，所述重合闸与断路器一一对应设置，且各重合闸均与相对应的断路器电性连接，各重合闸均与工控机电性连接。控制柜接收工控机的控制指令，对电机进行选择性的开关，能够进一步提高供水装置的效率和增强系统的工作稳定性，同时避免能量浪费。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，各所述水泵的出水口均与同一供水管相连通，各所述水泵的进水口均与同一进水管相连通。各水泵之间采用并联运行方式，且水泵与供水管、水泵与进水管之间均不设置调节阀，它利用交流变频技术实现全部变频工作模式，变频工作模式可以保证水泵在恒压供水下始终在高效率区运行，其高效率区比原有控制系统可提高效率25％以上。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，所述水泵的主轴与电机的输出轴通过联轴器相连接。水泵与电机直接相连，使得水泵与电机始终保持同步转速运行，从而保证控制柜对水泵与电机的调控更加迅速和精准。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，所述电机为转子采用永磁体结构的永磁同步电机。永磁同步电机具有效率高、同步性能好、控制更加迅速精准等优点，可以实现系统节能的目的，还可提高系统运行的稳定性。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，所述的水箱设置有水质监测传感器，所述工控机与水质监测传感器电性连接。水质监测传感器可以充分利用供水系统软硬件资源，实现全天候远程自动监测，对水质污染进行预警。

在上述的智能控制绿色节能供水装置中，所述的水箱采用食品级不锈钢材料制作而成。食品级不锈钢材料可以从原材料保证安全卫生、不锈蚀、不污染、抗老化、提高水的洁净度。

本发明的第二个发明目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种智能控制绿色节能的供水控制方法，它所要解决的技术问题是如何提高供水效率和增强系统工作的稳定性。

本发明的第二个发明目的可通过下列技术方案来实现：一种智能控制绿色节能的供水控制方法，其特征在于，由以下步骤组成：

A、检测系统状态：系统检测传感器采集水箱、水泵及电机的系统状态信息并上传至工控机；

B、分析和处理：工控机根据系统检测传感器分析上述系统状态信息，并将系统处理结果传送至能效测量与分析平台，能效测量与分析平台模拟改变设备运行参数，选择最优供水模式并传送至工控机；

C、调控：工控机接收能效测量与分析平台的最优供水模式方案后，工控机通过控制柜对电机及水泵的工作状态进行调控。

本供水控制方法通过对水箱、水泵及电机的系统状态信息进行采集、分析、处理和模拟计算，选择最优的供水模式并进行调控，能够保证供水效率和增强系统工作的稳定性。

在上述的智能控制绿色节能的供水控制方法，其特征在于，步骤B中，所述能效测量与分析平台具有用于显示系统实时能耗的显示器。操作人员通过观察显示器所显示的系统实时能耗可进行辅助调控，进一步保证供水效率和增强系统工作的稳定性。

在上述的智能控制绿色节能的供水控制方法，其特征在于，步骤C中，所述电机的数量为3～8个，各电机在供水时不同时关闭。各电机带动相对应的水泵进行工作，上述电机和水泵的数量设置，能够在保证恒压供水的前提下，可仅采用部分电机或水泵进行供水，避免多个电机不必要的同时工作而导致能量浪费，而且还能够避免单个电机单独拖动水泵供水而导致供水效率较差，同时延长电机的使用寿命。

由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明专利的优点是：

1、本发明专利提供了一种智能控制绿色节能供水装置和供水控制方法，系统中采用永磁同步电机驱动水泵运行，提高了系统效率，增强了系统稳定性，进而实现节能的目的。

2、采用水泵并联运行方式，利用变频调速技术，实现所有水泵的全变频模式运行，使水泵可以在高效率区运行，比原有控制系统提高效率25％以上。

3、采用智能控制水泵扬程流量策略，实现水泵的规定程序运行或者智能调整，并实现系统的远程操作和监控，实现系统状态的实时记录和能耗显示预测。

4、采用优异材质水箱，保证供水的安全卫生，实现储水系统的便捷清洗，安装水质检测传感器，实现水位水质的实时监测和预警，保证水质绿色环保。

附图说明

图1是本发明的供水装置的结构示意图。

图2是本发明中供水装置的系统原理图。

图3是本发明中电机和水泵的连接结构示意图。

图中，1、水箱；2、水泵；3、电机；4、控制柜；5、工控机；6、能效测量与分析平台；7、系统检测传感器；8、联轴器；9、可编程逻辑控制器；10、变频器；11、断路器；12、重合闸；13、供水管；14、进水管；15、显示器；16、水质监测传感器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

参照图1和图2，本智能控制绿色节能供水装置，包括水箱1、4个水泵2、4个电机3、控制柜4、工控机5和能效测量与分析平台6，电机3和水泵2一一对应设置，且电机3用于带动相对应的水泵2进行供水，4个水泵2相互并联，即各水泵2的进水口均与同一进水管14相连通，各水泵2的出水口均与同一供水管13相连通，该供水管13与水箱1相连通。本供水装置中的水箱1、水泵2和电机3均设置有系统检测传感器7，工控机5与系统检测传感器7电性连接，控制柜4、能效测量与分析平台6均与工控机5电性连接，能效测量与分析平台6具有用于显示系统实时能耗的显示器15，控制柜4包括可编程逻辑控制器9、变频器10、断路器11和重合闸12，变频器10、断路器11和重合闸12成组设置，且组数与水泵2及电机3的数量相一致，可编程逻辑控制器9与工控机5电性连接，各变频器10与可编程逻辑控制器9电性连接，电机3与相对应的变频器10之间通过断路器11电性连接，重合闸12均与相对应的断路器11电性连接，且各重合闸12均与工控机5电性连接。水箱1设置有水质监测传感器16，工控机5与水质监测传感器16电性连接。

具体结构如下，结合图3，水泵2的主轴与电机3的输出轴通过联轴器8相连接。水泵2与电机3直接相连，使得水泵2与电机3始终保持同步转速运行，从而保证控制柜4对水泵2与电机3的调控更加迅速和精准。

本实施例中的电机3为转子采用永磁体结构的永磁同步电机。永磁同步电机具有效率高、同步性能好、控制更加迅速精准等优点，可以实现系统节能的目的，还可提高系统运行的稳定性。永磁体结构转子形式可以保证电机3在较宽范围内保持较高效率运行，本实施例中的永磁同步电机相比传统异步电机在远离额定工作点时可以保持高于90％的效率运行，而异步电机效率仅为75％左右。

本实施例中的水箱1采用食品级不锈钢材料制作而成。食品级不锈钢材料可以从原材料保证安全卫生、不锈蚀、不污染、抗老化、提高水的洁净度。

本智能控制绿色节能供水装置的供水控制方法，由以下步骤组成：

A、检测系统状态：系统检测传感器7采集水箱1、水泵2及电机3的系统状态信息并上传至工控机5；

B、分析和处理：工控机5根据系统检测传感器7分析上述系统状态信息，并将系统处理结果传送至能效测量与分析平台6，能效测量与分析平台6将系统实时能耗通过显示器15显示出来，并模拟改变设备运行参数，选择最优供水模式并传送至工控机5；

C、调控：工控机5接收能效测量与分析平台6的最优供水模式方案后，工控机5通过控制柜4对电机3及水泵2的工作状态进行调控。

本供水控制方法通过对水箱1、水泵2及电机3的系统状态信息进行采集、分析、处理和模拟计算，选择最优的供水模式并进行调控，能够保证供水效率和增强系统工作的稳定性。

本实施例中电机3的数量范围为3～8个，优选为4～6个，各电机3在供水时不同时关闭。各电机3带动相对应的水泵进行工作，上述电机3和水泵2的数量设置，能够在保证恒压供水的前提下，可仅采用部分电机3或水泵2进行供水，避免多个电机3不必要的同时工作而导致能量浪费，而且能够避免单个电机3单独拖动水泵2供水而导致供水效率较差，同时还能够延长电机的使用寿命。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。