一种变频供水系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种变频供水系统及其控制方法。

背景技术：

近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。在变频供水系统中，控制模块可以对水泵的电机实行无级调速，即根据用户用水量及出水压力变化，通过变频器自动改变水泵的运行频率，从而保持水压恒定，以满足用水需求。在变频供水系统中，一般采用一台变频器连接多台水泵的方式，这就造成当变频器发生故障时，该变频器电连接的水泵都不能正常启动或正常运行，影响供水可靠性和稳定性。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的以上技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种变频供水系统及其控制方法。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种变频供水系统，包括：至少两个供液设备、至少两个变频器、控制器和回路转换器；

所述回路转换器和所述至少两个变频器分别与所述控制器连接；

所述至少两个变频器与所述至少两个供液设备通过所述回路转换器连接；

所述控制器用于控制所述回路转换器切换电连接的变频器和供液设备。

在一个实施例中，所述控制器还用于控制所述至少两个变频器按照预设的顺序工作，以使所述至少两个供液设备按预设的投入顺序启动工作。

在一个实施例中，所述的变频供水系统，还包括：与所述控制器连接的流量计；

所述控制器还用于根据所述流量计检测的水流量由大变小时，控制所述至少两个变频器按照预设的退出顺序停止工作。

在一个实施例中，所述控制器具体用于当检测到至少一个变频器故障，且所有未故障的变频器连接的供水设备的运行频率均达到预设最大频率时，控制所述回路转换器将未故障的变频器切换连接到与所述故障的变频器连接的供液设备。

在一个实施例中，所述控制器还用于接收到所述流量计检测的水流量低于所有未故障的变频器连接的供水设备的额定流量时，控制已与未故障的变频器断开连接的供液设备停止工作。

在一个实施例中，所述的变频供水系统，还包括：与所述控制器连接的压力传感器；

所述控制器，还用于根据所述压力传感器的压力信号，控制所述所有未故障的变频器中的至少一个升频或降频工作。

在一个实施例中，所述的变频供水系统，还包括：与所述控制器连接的超压保护器；

所述控制器，还用于根据接收的所述超压保护器的超压信号，控制所述至少两个供水设备停止工作。

在一个实施例中，所述的变频供水系统，还包括：出水总管；

所述流量计、压力传感器、超压保护器安装于所述出水总管。

在一个实施例中，所述回路转换器，包括至少两个继电器。

作为本发明实施例的另一个方面，涉及一种变频供水系统的控制方法，包括：

控制至少两个变频器按照预设的顺序工作，并控制所述至少两个变频器工作时的频率；

当确定所述至少两个变频器中的至少一个故障时，控制所述回路转换器切换电连接的变频器和供液设备。

本发明实施例至少实现了如下技术效果：

本发明实施例中通过回路转换器实现至少两个变频器互为备用，当至少两个变频器中的任一变频器发生故障时，可以将故障的变频器连接的供水设备切换连接到未发生故障的变频器，从而可以实现控制变频供水系统中各供水设备正常启动或正常工作，保障系统供水的可靠性和稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的变频供水系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一：

本发明实施例一提供一种变频供水系统，包括：至少两个供液设备、至少两个变频器、控制器和回路转换器；

所述回路转换器和所述至少两个变频器分别与所述控制器连接；

所述至少两个变频器与所述至少两个供液设备通过所述回路转换器连接；所述控制器用于控制所述回路转换器切换电连接的变频器和供液设备。

在本发明实施例中参照图1所示，上述至少两个供液设备可以包括水泵1a、水泵1b和水泵1c，上述至少两个变频器可以包括变频器2a、变频器2b和变频器2c。回路转换器4和变频器2a-2c分别与控制器3连接；变频器2a-2c与水泵1a-1c通过回路转换器4连接；控制器3用于控制回路转换器4切换电连接的变频器2a-2c和水泵1a-1c。

在一个具体实施例中，可以是，参照图1所示，该变频供水系统，还包括与控制器3连接的流量计5，在变频供水系统工作状态正常时，控制器3控制变频器2a-2c按照预设的顺序工作，以水泵1a-1c按预设的投入顺序启动工作，当流量计5检测的水流量由大到小的变化时，控制变频器2a-2c按照预设的退出顺序停止工作。

例如，先控制变频器2a启动水泵1a，当水流量持续增大，与变频器2a连接的水泵1a接近或达到额定工作频率时，则控制器3再控制变频器2b启动水泵1b，当水流量持续增大，与变频器2a连接的水泵1a以及与变频器2b连接的水泵1b均接近或达到额定工作频率时，则控制器3再控制变频器2c启动水泵1c。流量计5在水泵1a-1c运行过程中，持续检测水流量，当水流量值小于第一预设值，比如小于一台水泵的额定流量的1.2倍，就可以按照先启动则先退出的顺序，将水泵1a停止工作；如果水流量持续减小到小于第二预设值，比如小于一台水泵的额定流量的0.6倍，按照先启动则先退出的顺序，将水泵1b停止工作；最后，在水流量持续减小到小于水泵的最小供水量的情况下，将水泵1c停止工作。

在一个具体实施例中，可以是，参照图1所示，该变频供水系统，还包括：与所述控制器连接的压力传感器6；控制器在控制变频器启动水泵之后，根据压力传感器6的压力信号，调节变频器的频率，从而使已启动的水泵升频或降频工作。

在一个具体实施例中，可以是，参照图1所示，该变频供水系统，还包括：与控制器3连接的超压保护器7；所述控制器3，还用于根据接收的所述超压保护器的超压信号，控制已启动的所有水泵停止工作。

当然，该变频供水系统中还可以设置报警装置，当接收超压保护器的超压信号时，由控制器3控制报警装置发出警报。

本发明的发明人在实践中发现，现有技术中为了节省成本，采用一台变频器控制多台水泵进行工作的方式中，当处于用水量临界点，即用户用水量在水泵的额定流量处上下波动过程中，用户用水量稍大于水泵流量时，就需要控制变频器启动下一台水泵，而用户用水量一旦小于了一台水泵的额定流量时，又需要控制额定频率工作的水泵停止工作，这就会造成在供水过程中，变频供水设备只能根据用户用水量的波动，频繁执行启动水泵工作、停止水泵工作的过程，造成了用水管网压力的波动极大的同时，也容易造成水泵的损坏。

为了克服因为用户用水量在水泵的额定流量处上下波动，造成的频繁启停水泵的问题，可以采用一台变频器连接一台水泵，由至少两台变频器控制至少两台水泵，均变频工作，当用户用水量达到已启动的所有水泵的额定流量或将要到达处已启动的所有水泵的额定流量时，就可以按照预定的顺序控制变频器启动连接的水泵工作。

但是，由一台变频器直接连接一台水泵，当其中任一变频器发生故障时，该故障的变频器连接的水泵也就无法启动，基于此，本发明的发明人提出，在变频器和水泵之间连接回路转换器，这样当变频器发生故障时，就可以将未故障的变频器连接到原来与该故障的变频器连接的水泵上，从而通过切换电连接的变频器和水泵，使得原来与故障的变频器连接的水泵，也能实现正常启动，保证变频供水设备的正常供水。

需要说明的是，为了保证变频供水设备的出水压力恒定。当新启动工作的水泵在升频运行过程中，先前启动且接近工频运行的水泵则开始降频运行，至到所有已投入运行的水泵的运行频率接近或相等。

下面通过一个具体实施例对本发明实施例提供的变频供水系统进行详细说明：

参照图1所示该变频供水系统，包括：进水总阀门8、进水总管9、进水阀门10a-10c、水泵1a-1c、止回阀11a-11c、出水阀门12a-12c、出水总管13、超压保护器7、出水压力传感器6、出水总阀门14、变频器2a-2c、控制器3、回路转换器4。

进水总管9通过进水总阀门8连接水源，进水总管9的三个分支分别连接进水阀门10a-10c的进水端，水泵1a-1c的进水端分别对应连接进水阀门10a-10c、水泵1a-1c的出水端分别对应连接止回阀11a-11c，止回阀11a-11c分别对应连接出水阀门12a-12c，水阀门12a-12c接到出水总管13的三个支管上，最后，出水总管13的出水端连接到出水总阀门14。

参照图1所示，流量计5、出水压力传感6和超压保护器7均安装在出水总管13上，并且变频器2a-2c、回路转换器4、流量计5、出水压力传感6和超压保护器7分别连接到控制器3。

本发明实施例中该控制器3可以是可编程逻辑控制器(plc)，该回路转换器可以包括至少两个继电器。在初始状态下可以是，通过该回路转换器使变频器2a与水泵1a电连接，变频器2b与水泵1b电连接，变频器2c与水泵1c电连接。变频器2a-2c分别用于控制水泵1a-1c启动，并对水泵1a-1c进行变频调速工作。

在变频器2a-2c均处于正常状态的情况下，控制器可以按照预先设置的启动顺序依次控制变频器2a-2c来实现水泵1a-1c的变频调速工作。这种情况下，回路转换器可以不用进行切换电连接的变频器和水泵。具体的变频供水系统实现供水的过程，可以包括下述过程：

变频供水系统开始运行时，流量计5将检测到的水流量以信号形式传递到控制器3，出水压力传感器6把检测到的压力以信号形式传给控制器3。当用户开始用水时，此时用户用水量很小，控制器3通过控制变频器2a，首先启动水泵1a。如果，用户用水量不断增大，则控制器3通过控制变频器2a升频，使水泵1a的电机的转速不断提高，水泵1a的供水量持续增大，当变频器2a的频率达到或接近水泵的额定运行频率时，水泵1a的供水量依然不能满足用户用水量的需求，此时，控制器3通过控制变频器2b，使水泵1b变频启动运行，在水泵1a和1b均启动运行的情况下，在保证出水压力恒定的情况下，变频器2a控制水泵1a不断降频运行，而变频器2b控制水泵1b不断升频运行，直到两台水泵1a和1b的运行频率接近或相等。

同理，若用户用水量继续增大，则控制器3通过控制变频器2a和2b升频，使水泵1a和1b的电机的转速不断提高，水泵1a和1b的供水量持续增大，当变频器2a和2b的频率均达到或接近水泵1a和1b的额定运行频率时，水泵1a和1b的供水量依然不能满足用户用水量的需求，此时，控制器3控制器通过控制变频器2c，使水泵1c变频启动运行，在水泵1a-1c均启动运行的情况下，在保证出水压力恒定的情况下，变频器2a和2b控制水泵1a和1b不断降频运行，而变频器2c控制水泵1c不断升频运行，直到三台水泵1a-1c的运行频率接近或相等。

在三台水泵1a-1c均平稳运行的情况下，若用户用水量不断减小时，控制器3控制器通过控制变频器2a-2c，使水泵1a-1c依次降频运行，水泵1a-1c降频运行时可以按阶段进行，比如每次降频1hz～5hz，在水泵1a-1c均启动运行的情况下，在保证出水压力恒定的情况下，若变频器2a-2c控制水泵1a-1c不断降频运行，那么可以按照先投入运行的则先退出运行的顺序或者其他预设的顺序退出运行，比如三台水泵1a-1c的供水量小于第一预设值的情况下，该第一预设值例如可以是一台水泵的额定流量的1.2倍，此时，按照先启动则先退出的顺序，可以将三台水泵1a-1c中的水泵1a先退出运行，当用户用水量持续降低，比如水泵1b和1c的供水量小于第二预设值的情况下，该第一预设值例如可以是一台水泵的额定流量的0.6倍，此时，按照先启动则先退出的顺序，可以将水泵1b退出运行。

本发明实施例中，该变频供水系统，还可以包括：气压罐(图中未示出)，在用户用水量小于水泵1c的最小供水量，水泵1a-1c均退出运行的情况下，通过气压罐释放压力，维持管网压力，使变频供水系统处于气压供水状态。

根据用户用水量的增加或减小，按照以上描述的三台水泵启动或退出运行的方式，可以有效避免在用水临界点(即用户用水量在水泵的额定流量处上下波动)时，使水泵频繁启动或退出运行的问题，保证了用水管网压力的恒定，延长了设备的寿命。

在变频器2a-2c中的任意一个发生故障的情况下，则无法实现按照预先设置的启动顺序依次实现水泵1a-1c的变频调速工作，这种情况下，控制器可以先按照预先设置的启动顺序依次控制未故障的变频器来实现连接的水泵的变频调速工作，当未故障的变频器连接的水泵均达到或接近额定运行频率时，依然不能满足用户用水量的情况下，则控制器控制回路转换器切换电连接的变频器和水泵，将未故障的变频器切换连接到发生故障的变频器在初始状态下连接的水泵，从而可以将该发生故障的变频器在初始状态下连接的水泵投入运行。具体的变频供水系统实现供水的过程，可以包括下述不同的情形：

变频供水系统开始运行时，控制器3通过控制变频器2a，首先启动水泵1a，若变频器2a发生故障，则无法顺利实现水泵1a的启动，此时，控制器3可以通过控制变频器2b，首先启动水泵1b，当然在确定变频器2a发生故障时，控制器3可以控制警报装置发出报警，以此实现通知维护人员对变频器2a进行维修。

我们假设三个变频器2a-2c中仅变频器2a发生故障，那么，在水泵1b正常启动后，用户用水量不断增大，则控制器3通过控制变频器2b升频，使水泵1b的电机的转速不断提高，水泵1b的供水量持续增大，当变频器2b的频率达到或接近水泵的额定运行频率时，水泵1b的供水量依然不能满足用户用水量的需求，此时，控制器3通过控制变频器2c，使水泵1c变频启动运行，在水泵1b和1c均启动运行的情况下，在保证出水压力恒定的情况下，变频器2b控制水泵1b不断降频运行，而变频器2c控制水泵1c不断升频运行，直到两台水泵1b和1c的运行频率接近或相等。

若流量计检测的水流量在两台水泵1b和1c的额定流量范围内变化时，控制器3控制变频器2b和2c连接的水泵1b和1c中的至少一个升频或降频工作。

若用户用水量继续增大，则控制器3通过控制变频器2b和2c升频，使水泵1b和1c的电机的转速不断提高，水泵1b和1c的供水量持续增大，当变频器2b和2c的频率均达到或接近水泵1b和1c的额定运行频率时，流量计检测的水流量可能会超过两台水泵1b和1c的额定流量，此时，控制器3可以通过控制回路转换器4电连接变频器2b和水泵1a，从而通过控制变频器2b使水泵1a变频启动运行，由于变频器2b切换连接到了水泵1a，所以水泵1b只能运行在额定频率，在保证出水压力恒定的情况下，变频器2c控制水泵1c不断降频运行，而变频器2b控制水泵1a不断升频运行，直到水泵1a和1c的运行频率接近或相等。

在三台水泵1a-1c均平稳运行的情况下，若用户用水量不断减小时，控制器3通过控制变频器2b和2c，使水泵1a和1c依次降频运行，水泵1a和1c降频运行时可以按阶段进行，比如每次降频1hz～5hz。若随着用户用水量持续减小，流量计检测的水流量小于预设值，即三台水泵1a-1c的供水量小于第一预设值的情况下，此时，可以将水泵1b先退出运行。

当用户用水量持续降低，比如水泵1a和1c的供水量小于第二预设值的情况下，按照先启动则先退出的顺序，此时可以将水泵1c退出运行。直到用户用水量小于水泵的最小供水量，则最后一台水泵1a也退出运行，变频供水系统由气压罐(图中未示出)进行气压供水。

上述实施方式中，仅描述了变频器2a-2c中的变频器2a发生故障时的变频供水系统的供水实现过程，如果是仅变频器2a-2c中的变频器2b或2c发生故障时变频供水系统实现供水过程与仅变频器2a发生故障时的过程相类似，因此，可以参照上述实现过程中的具体描述，在此不再赘述。

当变频器2a-2c中的两个变频器发生故障时的变频供水系统的供水实现过程则会是一种新的情形，下面以变频器2a和2b均发生故障的情况下具体说明变频供水系统实现供水的过程：

变频供水系统开始运行时，控制器3通过控制变频器2a，首先启动水泵1a，若变频器2a发生故障，则无法顺利实现水泵1a的启动；此时，控制器3可以通过控制变频器2b，启动水泵1b，若变频器2b也发生故障，则无法顺利实现水泵1b的启动；当然在确定变频器2a、2b发生故障时，控制器3可以控制警报装置发出报警，以此实现通知维护人员对变频器2a、2b进行维修。

由于变频器2a和2b均发生故障，控制器3可以通过控制变频器2c，启动水泵1c投入运行，那么，在水泵1c正常启动后，用户用水量不断增大，则控制器3通过控制变频器2c升频，使水泵1c的电机的转速不断提高，水泵1c的供水量持续增大，当变频器2c的频率达到或接近水泵的额定运行频率时，水泵1c的供水量依然不能满足用户用水量的需求，此时，控制器3可以通过控制回路转换器4电连接变频器2c和水泵1a，从而通过控制变频器2c使水泵1a变频启动运行，由于变频器2c切换连接到了水泵1a，所以水泵1c只能运行在额定频率，在保证出水压力恒定的情况下，控制器根据流量计检测的水流量的变化控制变频器2c的频率随着变化，使水泵1a升频或降频运行。

若用户用水量继续增大，则控制器3通过控制变频器2c升频，使水泵1a的电机的转速不断提高，水泵1a和1c的供水量持续增大，当变频器2c的频率达到或接近水泵1a的额定运行频率时，流量计检测的水流量可能会超过两台水泵1a和1c的额定流量，此时，控制器3可以通过控制回路转换器4电连接变频器2c和水泵1b，从而通过控制变频器2c使水泵1b变频启动运行，由于变频器2c切换连接到了水泵1b，所以水泵1a和1c只能运行在额定频率，在保证出水压力恒定的情况下，控制器根据流量计检测的水流量的变化控制变频器2c的频率随着变化，使水泵1b升频或降频运行。

在三台水泵1a-1c均平稳运行的情况下，若用户用水量不断减小时，控制器3控制器通过控制变频2c，使水泵1b降频运行。若随着用户用水量持续减小，流量计检测的水流量小于预设值，即三台水泵1a-1c的供水量小于第一预设值的情况下，此时，由于水泵1a和1c运行在额定频率，因此，按照先启动则先退出的顺序，可以将水泵1c先退出运行。

当用户用水量持续降低，比如水泵1a和1b的供水量小于第二预设值的情况下，此时，由于水泵1a运行在额定频率，因此，可以将水泵1a退出运行。直到用户用水量小于水泵1b的最小供水量，则水泵1b也退出运行，变频供水系统由气压罐(图中未示出)进行气压供水。

上述实施方式中，仅描述了变频器2a-2c中的变频器2a和2b都发生故障时的变频供水系统的供水实现过程，如果是变频器2a-2c中的变频器2b和2c或者是变频器2a和2c发生故障时变频供水系统实现供水过程与变频器2a和2b发生故障时的过程相类似，因此，可以参照上述实现过程中的具体描述，在此不再赘述。

本发明实施例中，由上述过程描述可以看出，在至少两个变频器中的任一个变频器发生故障时，可以将故障的变频器连接的供水设备切换连接到未发生故障的变频器，从而可以实现控制变频供水系统中各供水设备正常启动或正常工作，保障系统供水的可靠性和稳定性。

实施例二：

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种变频供水系统的控制方法，包括：

控制至少两个变频器按照预设的顺序工作，并控制所述至少两个变频器工作时的频率；

当确定所述至少两个变频器中的至少一个故障时，控制所述回路转换器切换电连接的变频器和供液设备。

上述实施例二所描述的方法的具体实现方式可以参照上述实施例一中的具体描述，在此，不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。