基于二次供水系统管道末梢水压的节能装置的制作方法

本发明涉及二次供水设备领域，特别是一种基于二次供水系统管道末梢水压的节能装置。

背景技术

二次供水系统中，现有的无负压高层建筑二次供水设备工作方式都是在相关机构作用下，依靠安装在进水管道和出水管道之间的增压泵将输入的低压自来水进行增压后，然后输入到住户管道使用户能正常用水。为了防止住户管道内水压达到设定的压力值后，二次供水设备的增压泵一直工作造成用户管道一侧水压过高，以及防止二次供水设备的增压泵一直工作造成电能浪费及损坏，二次供水设备的控制系统会根据用户管道一侧的水压、检测到的输入至二次供水设备控制系统上位机的压力数据控制增压泵的工作状态，当输入至用户管道的水压超过上位机控制系统设置的数值时，上位机经plc模块控制增压泵停电工作，当输入至用户管道的水压低于上位机控制系统设置的数值时，上位机经plc模块控制增压泵得电工作，从而使用户管道一侧的水压保持在稳定的状态。

实际上，在二次供水系统中，由于用户晚上用水量少，管道所需水压低于用水高峰期也能正常使用（比如白天用水高峰期供水设备出水口水压1.2mpa，就能保证最高楼层居民用水，那么用水低峰期供水设备出水口管道水压1.05mpa左右，由于用户用水流量及压力小，就能保证最高楼层居民用水）；但是由于现有的二次供水系统所采集的用户管道水压数据来自于和增压泵相邻的用户管道压力传感器，压力传感器不能真实反应用户管道最末端的水压，而且现有的二次供水系统设定的工作模式就是无论用水高峰期还是低峰时间段，会保持出水口用户管道一侧水压处于恒定的状态，而用户管道一侧预设的水压是基于高峰期用水水压需要，因此在此种情况下，在用水低峰时间段用户管道内保证用水高峰期间水压无疑会造成增压泵工作时间过长、过于频繁起动导致增压泵使用寿命缩短。实际操作中，如果在用户管道末梢压力点布置压力传感器，从地下室控制器到到末梢压力点的距离上百米甚至更长，模拟信号衰减不可控，布线施工难度大，成本高，因此实际应用中很少采用。

现有的二次供水系统其增压泵一般是多台并联使用，工作时一起工作，停止时一起停止工作。这种工作模式，特别在用水低峰期间，由于多台并联的增压泵频繁起动，冲击电流大不但造成电能浪费，而且容易导致成套供水设备使用寿命降低而且可能导致水泵损坏（用水低峰期间用户管道水压稍低，多天并联的增压泵就会得电工作，而由于低峰期间用水量少，实际上，多台增压泵工作很短时间就能将用户管道水压水量补够，所以会频繁启动，用水高峰期期间，由于用水量大，并联的多台增压泵长时间运行才能保证用户用水，所以，不存在用水低峰时间段频繁启动的问题）。

技术实现要素：

为了克服现有的无负压高层建筑二次供水设备供水中存在的弊端，本发明提供了在用户管道的末梢最高位置安装有水压探头，水压探头将采集的水压数据实时经无线移动网络传递给控制箱内上位机，传输信号可靠，水压探头和上位机之间不需要有线连接，施工安装更加方便，从而为上位机在自身设定的功能下，在用水低峰段（比如晚上12点到第二天早上6点时间段），经位于控制箱内的plc（可编程逻辑控制器）作用，只保证用户管道内水压在用水高峰期间85%水压，并只通过一台增压泵工作就能保证用户管道内水压需要，从而达到节能目的，还能防止增压泵频繁启停导致电能浪费及增压泵使用年限降低或者损坏的基于二次供水系统管道末梢水压的节能装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于二次供水系统管道末梢水压的节能装置，包括二次供水系统的上位机、plc，plc的第一个控制电源输出端和二次供水系统并联的多台增压泵电源输入端通过导线连接，上位机能接收经无线移动网络发送的压力和控制策略等数字信号，并能将数字信号处理后输出指令给plc，其特征在于还具有开关电源、水压探头、单片机模块、数据发送设备、单台增压泵、元件盒，plc的第二个控制电源输出端和小功率单台增压泵电源输入端通过导线连接，单台增压泵的入水管道和市政自来水管道通过管道及管道接头连接，单台增压泵的出水管道通过管道、管道接头和二次供水系统并联的多台增压泵出水管道连接，在二次供水系统用户管道的末梢最高位置的侧端有一个具有内螺纹的开孔，通过一只具有外螺纹的连接管旋入开孔上的内螺纹内，把连接管安装在用户管道末梢最高位置侧端开孔处，开关电源、水压探头、单片机模块、数据发送设备安装在电路板上，电路板安装在元件盒内，元件盒通过膨胀螺栓安装在地面上或墙壁上，元件盒左侧端有一个开孔，连接软管一端插入水压探头的气压输入管，连接软管另一端插入连接管，开关电源的电源输入两端分别和220v交流电源两极通过导线连接，开关电源的电源输出两端和水压探头、单片机模块、数据发送设备的电源输入两端分别通过导线连接，水压探头信号输出端和单片机模块信号输入端通过导线连接，单片机模块信号输出端和数据发送设备信号输入端通过rs485数据线连接。

所述开关电源是交流220v转5v直流开关电源模块成品，具有两个交流电源输入端1及2脚，两个直流电源输出端3及4脚。

所述水压探头是压阻式压力敏感器件，型号是xgzp，当压阻式压力敏感器件的水压输入管输入不同的压力信号时，压阻式压力敏感器件的压力感受面接收到不同压力信号后，其信号输出端5脚会输出1到4.5v之间变化的电压模拟信号，压阻式压力敏感器件的两个正极电源输入端2脚及4脚通过导线连接，压阻式压力敏感器件的两个负极电源输入端3脚及6脚通过导线接地，工作电压是直流5v。

所述单片机模块是主控芯片为stm32f103c8t6的单片机模块成品，具有两个电源输入端、一路信号输入端、一路rs485信号输出端口，工作电压是直流5v。

所述数据发送设备是gprs模块成品，型号是air202t，gprs模块成品具有两个电源输入端、一路信号输入端，gprs模块成品内sim卡座有一张唯一识别电话号码的sim卡，工作电压是直流5v。

所述plc内输入有不同控制数据，根据使用者需要设定，当用水区域低峰用水时间段内，plc的第一个控制电源输出端不输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，只有plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵；当用水区域高峰用水时间段内，plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，plc的第二个控制电源输出端不输出电源进入单台增压泵；设定当用水区域低峰用水时间段内，在供水设备出水口内的压力高于用水高峰期间85%时，plc的第二个控制电源输出端就不再输出电源进入单台增压泵电源输入端，在供水设备出水口内的压力低于用水高峰期间85%时，plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵电源输入端，一旦单台增压泵运行一定时间，压力仍低于高峰期85%时候，plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵,启动多台增压泵运行.

本发明有益效果是：本发明使用前，plc内输入有不同控制数据，根据使用者需要设定，当用水区域低峰用水时间段内（比如晚上12点到第二天早上6点时间段），plc的第一个控制电源输出端不输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，只有plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵；当用水区域高峰用水时间段内（比如早上6点到晚上12点时间段），plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，plc的第二个控制电源输出端不输出电源进入单台增压泵；设定当用水区域低峰用水时间段内（比如晚上12点到第二天早上6点时间段），在供水设备出水口内压力高于用水高峰期间85%时（比如高峰期间水压是1.2mpa左右，那么低峰期间水压是1.05mpa左右），plc的第二个控制电源输出端就不再输出电源进入单台增压泵电源输入端，在供水设备出水口内压力低于用水高峰期间85%时（比如高峰期间水压是1.2mpa左右，那么低峰期间水压是1.05mpa左右），plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵电源输入端，也就是说在用水低峰时间段，在plc、单台增压泵作用下，只保持用户管道水压是用水高峰期间85%左右。使用中，本发明的水压探头实时采集二次供水系统用户管道的末梢最高位置内水压，通过单片机模块将数据处理后，数据发送设备经无线移动网络将数据信号实时发送出去，当和数据发送设备建立连接的二次供水系统设备箱内上位机接收到无线数据信号后，在用水低峰时间段，如果水压探头实时采集的二次供水系统供水设备出水口内的水压低于用水高峰期间85%时，在上位机、plc作用下，plc的第二个控制电源输出端就会输出电源进入单台增压泵电源输入端，如果水压探头实时采集的二次供水系统供水设备出水口内的水压等于或高于用水高峰期间85%时，在上位机、plc作用下，plc的第二个控制电源输出端不再输出电源进入单台增压泵电源输入端，这样，在相关机构共同作用下，在用水低峰时间段，用户管道水压始终保持用水高峰期间85%左右。用水高峰时间段恢复正常水压。本发明由于低峰用水时间段用户管道内水压只保持用水高峰期间85%左右，这样增压泵只需要较少工作时间就能保证水压平衡，所以能达到节能的目的；由于只采用一台小功率单台增压泵在低峰时间段为用户管道增压，小功率单台增压泵工作时启动一段时间后，由于流量小、相对于多台增压泵工作时间长，每次为用户管道增压时会工作较长时间，所以不会频繁启动，冲击电流小、不会因为频繁启动而导致电能浪费、以及容易造成增压泵损坏，而且，水压探头将采集的水压数据实时经无线移动网络传递给控制箱内上位机，水压探头和上位机之间不需要有线连接，施工安装更加方便。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明二次供水系统和单台增压泵之间的结构示意图。

图3是本发明电路图。

图4是本发明二次供水系统和单台增压泵之间的电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种基于二次供水系统末梢水压的节能装置，包括二次供水系统的上位机1、plc2，plc2的第一个控制电源输出端和二次供水系统并联的多台增压泵3电源输入端通过导线连接，上位机1能接收经无线移动网络发送的压力和控制策略等数字信号，并能将数字信号处理后输出指令给plc2，还具有开关电源4、水压探头5、单片机模块6、数据发送设备7、单台增压泵8、元件盒12，plc2的第二个控制电源输出端和小功率单台增压泵8电源输入端通过导线连接，单台增压泵8的入水管道和市政自来水管道9通过管道及管道接头连接，单台增压泵8的出水管道通过管道、管道接头和二次供水系统并联的多台增压泵出水管道10连接，在二次供水系统用户管道10的末梢最高位置的侧端有一个具有内螺纹的开孔10-1，通过一只具有外螺纹的连接管11旋入开孔10-1上的内螺纹内，把连接管11安装在用户管道10末梢最高位置侧端开孔处，开关电源4、水压探头5、单片机模块6、数据发送设备7安装在电路板上，电路板安装在元件盒12内，元件盒12通过膨胀螺栓安装在地面上或墙壁上（需防水防雨），元件盒12左侧端有一个开孔，连接软管13一端插入水压探头5气压输入管，连接软管13另一端插入连接管11，开关电源4的电源输入两端分别和220v交流电源两极通过导线连接，开关电源4的电源输出两端和水压探头5、单片机模块6、数据发送设备7的电源输入两端分别通过导线连接，水压探头5信号输出端和单片机模块6信号输入端通过导线连接，单片机模块6信号输出端和数据发送设备7信号输入端通过rs485数据线连接。

图1、2中所示，本发明使用前，plc2内输入有不同控制数据，根据使用者需要设定，当用水区域低峰用水时间段内（比如晚上12点到第二天早上6点时间段），plc2的第一个控制电源输出端不输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵3电源输入端，只有plc2的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵8；当用水区域高峰用水时间段内（比如早上6点到晚上12点时间段），plc2的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵3，plc2的第二个控制电源输出端不输出电源进入单台小流量增压泵8；设定当用水区域低峰用水时间段内（比如晚上12点到第二天早上6点时间段），供水设备出水口内压力只有用水高峰期间85%时（比如高峰期间水压是1.2mpa左右，那么低峰期间水压是1.05mpa左右），plc2的第二个控制电源输出端就不再输出电源进入单台增压泵8电源输入端，在供水设备出水口(也就是增压泵出水口)内压力低于用水高峰期间85%时（比如高峰期间水压是1.2mpa左右，那么低峰期间水压是1.05mpa左右），plc2的第二个控制电源输出端输出电源进入单台水流量增压泵8电源输入端，也就是说在用水低峰时间段，在plc2、单台小流量增压泵8作用下，只保持用户管道水压是用水高峰期间85%左右。

图1、2中所示，使用中，220v交流电源进入开关电源4的电源输入两端后，开关电源4的电源输出两端会输出5v直流电源进入水压探头5、单片机模块6、数据发送设备7的电源输入两端，于是，水压探头5、单片机模块6、数据发送设备4处于得电待机状态；用户管道10内水压会实时经连接软管13进入水压探头5的气压输入管，从而在水压探头5内压力感受面作用下，水压探头5的信号输出端会实时输出1-4.5v变化的电压信号进入单片机模块6信号输入端，单片机模块6将输入的模拟电压信号转换为数字信号，从其信号输出端输入至数据发送设备7信号输入端，当和数据发送设备7建立连接的二次供水系统设备箱内上位机1接收到无线数据信号后，在用水低峰时间段，如果水压探头5实时采集的二次供水系统供水设备出水口内水压低于用水高峰期间85%时，在上位机1、plc2作用下，plc2的第二个控制电源输出端就会输出电源进入单台增压泵8电源输入端，如果水压探头5实时采集的供水设备出水口内水压等于或高于用水高峰期间85%时，在上位机1、plc2作用下，plc2的第二个控制电源输出端不再输出电源进入单台增压泵8电源输入端，这样，在相关机构共同作用下，用水低峰时间段，用户管道10水压是始终保持用水高峰期间85%左右；用水高峰时间段恢复正常水压。本发明由于低峰用水时间段用户管道10水压只保持用水高峰期间85%左右，这样单台增压泵8只需要较少工作时间就能保证水压，所以能达到节能的目的；由于只采用一台小功率单台增压泵8在低峰时间段为用户管道增压，小功率单台增压泵8工作时启动一段时间后，由于流量小、相对于多台增压泵3工作时间长，每次为用户管道增压时会工作较长时间，所以不会频繁启动，冲击电流小、不会因为频繁启动而导致电能浪费，电机寿命降低、以及容易造成单台增压泵8损坏，而且，水压探头5将采集的水压数据实时经无线移动网络传递给控制箱内上位机1，水压开关5和上位机1之间不需要有线连接，施工安装更加方便。通过无线连接后能实时采集数据，后续使用管理方还可进行压力规律和居民用水规律分析，远程下发运行控制策略，节能效果明显。本发明通过无线收集末梢用水压力和plc端的实时运行压力，结合用水时间分布情况，通过末梢压力优化高低峰期的设备水泵运行参数控制，达到用水最舒适情况下，低峰期运行能耗最低的目的，避免末梢压力不稳定对用户热水器等的冲击。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

图3、4中所示，开关电源u1是交流220v转5v直流开关电源模块成品(品牌是明纬、功率500w），具有两个交流电源输入端1及2脚，两个直流电源输出端3及4脚。水压探头u2是压阻式压力敏感器件，型号是xgzp，当压阻式压力敏感器件u2的气压输入管输入不同的压力信号时，压阻式压力敏感器件u2的压力感受面接收到不同压力信号后，其信号输出端5脚会输出1到4.5v之间变化的电压模拟信号，压阻式压力敏感器件u2的两个正极电源输入端2脚及4脚通过导线连接，压阻式压力敏感器件u2的两个负极电源输入端3脚及6脚通过导线接地，工作电压是直流5v。单片机模块u3是主控芯片为stm32f103c8t6的单片机模块成品，具有两个电源输入端vcc及gnd、一路信号输入端x、一路rs485信号输出端口c，工作电压是直流5v。数据发送设备是gprs模块成品u4，型号是air202t，gprs模块成品u4具有两个电源输入端1及2脚、一路信号输入端x1，gprs模块成品u4内sim卡座有一张唯一识别电话号码的sim卡。plc（u6）内输入有不同控制数据，根据使用者需要设定，当用水区域低峰用水时间段内，plc的第一个控制电源输出端不输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，只有plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵；当用水区域高峰用水时间段内，plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵，plc的第二个控制电源输出端不输出电源进入单台增压泵；设定当用水区域低峰用水时间段内，在供水设备出水口内水压高于用水高峰期间85%时，plc的第二个控制电源输出端就不再输出电源进入单台增压泵电源输入端，在供水设备出水口内水压低于用水高峰期间85%时，plc的第二个控制电源输出端输出电源进入单台增压泵电源输入端,一旦单台增压泵运行一定时间，压力仍低于高峰期85%时候，plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵,启动多台增压泵运行.图3、4中所示，plc（u6）的第一个控制电源输出端s1和二次供水系统并联的多台增压泵mn电源输入端通过导线连接，上位机u5能接收经无线移动网路发送的数字信号，并能将数字信号处理后输出指令给plc（都是本领域公知的成熟技术），plc(u6)的第二个控制电源输出端s2和小功率单台增压泵m电源输入端通过导线连接，开关电源u1的电源输入两端1及2脚分别和220v交流电源两极通过导线连接，开关电源u1的电源输出两端3及4脚和水压探头u2电源输入两端2及3脚、单片机模块u3电源输入两端vcc及gnd、数据发送设备u4的电源输入两端1及2脚分别通过导线连接，水压探头u2信号输出端5脚和单片机模块u3信号输入端x通过导线连接，单片机模块u3信号输出端c和数据发送设备u4信号输入端x1通过rs485数据线连接。

图3、4中所示，使用中，220v交流电源进入开关电源u1的电源输入两端1及2脚后，开关电源u1的电源输出两端3及4脚会输出稳定的5v直流电源进入水压探头u2电源输入两端2及3脚、单片机模块u3电源输入两端vcc及gnd、数据发送设备u4的电源输入两端1及2脚，于是，水压探头u2、单片机模块u3、数据发送设备u4处于得电待机状态；用户管道内水压会实时经连接软管进入水压探头u2的气压输入管，从而在水压探头u2内压力感受面作用下，水压探头u2的信号输出端5脚实时输出1-4.5v变化的电压信号进入单片机模块u3信号输入端x，单片机模块u3将输入的模拟电压信号转换为动态变化的数字信号，并从其信号输出端c输入至数据发送设备u4信号输入端x1，于是，数据发送设备u4会经无线移动网络发送出动态变化的数字信号，当和数据发送设备u4建立连接的二次供水系统设备箱内上位机u5接收到无线数据信号后，在用水低峰时间段，如果水压探头u2实时采集的二次供水系统供水设备出水口内水压低于用水高峰期间85%时（水压探头u2的信号输出端5脚实时输出的电压低于3.8v左右），在上位机u5、plc（u6）作用下，plc(u6)的第二个控制电源输出端s2就会输出电源进入单台增压泵m电源输入端，如果水压探头u2实时采集的二次供水系统供水设备出水口内水压等于或高于用水高峰期间85%时（水压探头u2的信号输出端5脚实时输出的电压高于或等于3.8v左右），在上位机u5、plc（u6）作用下，plc（u6）的第二个控制电源输出端s2不再输出电源进入单台增压泵m电源输入端，这样，在相关机构共同作用下，在用水低峰时间段，用户管道水压是始终保持用水高峰期间85%左右。二次供水系统用水高峰时间段恢复正常水压，在上位机u5、plc（u6）作用下，单台增压泵m不工作，多台并联的增压泵mn工作，在二次供水系统plc配套安装在二次供水系统上水压开关作用下，保证用水高峰期间，用户管道水压是低峰用水时间段85%，从而用户在用水高峰时间段能正常用水（用水高峰时间段，用户管道内水压低于一定时，在水压开关、plc、上位机作用下，多台并联的增压泵mn会得电工作，用户管道内水压高于一定时，在水压开关、plc、上位机作用下，多台并联的增压泵mn失电停止工作，这样保证用户管道内一只保持高水压状态。本发明中，一旦单台增压泵运行一定时间，压力仍低于高峰期85%时候，plc的第一个控制电源输出端输出电源进入二次供水系统并联的多台增压泵,启动多台增压泵运行.也就是低峰期进入单台增压泵运行，满足不了用户用水水压plc就启动多台增压泵工作，满足实际需要，压力恒定后单台增压泵和并联的多台增压泵都停止工作，再重新启动的时候plc先启动单台增压泵工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。