一种具有液位调控的水箱水量测算系统及其计算方法与流程

本发明涉及计算系统及计算方法领域，特别是一种具有液位调控的水箱水量测算系统及其计算方法。

背景技术：

高层建筑二次供水系统，是一种使用较为广泛的供水设备，工作中将市政管网自来水流入水箱内储存，然后通过相关设备控制二次供水系统的增压泵将水从水箱内抽出加压，送至用户管道供高层建筑住户使用，保证用户的正常用水，供水过程中，供水系统配套的遥控浮球阀会实时控制水箱的水位，保证水箱水位一直处于高位。

在实际使用中，由于水箱上端是开放式状态，水箱内部水位使用中一直处于最高，这样，当住户用水量少时，水箱里的水要经过较长一段时间才能用完，因自来水中含有氯气，而水箱里的水因为使用较慢，自来水表面长时间暴露在空气中得不到更换会造成水质变坏，对住户的安全用水带来了影响。基于上述缺点，目前先进的技术采用了液位传感器进行水箱水位的控制，通过液位传感器设定水箱动态的高、中、低三个水位（比如设定水箱的一半为最高水位），液位传感器和供水系统主控电路板连接，当水箱水位低于设定中水位时，主控电路板控制和市政管网连接的遥控浮球阀上的常闭电磁阀打开，从而为水箱内进行补水，当水位处于设定高水位时，遥控浮球阀关闭不再进水，这样保证了水箱保持一定水位，且水箱内的水能在较短时间内得到更新，从而防止了水箱内水使用过慢导致水受到污染。

在二次供水系统中，需要对小区住户使用水箱内的水量进行统计。现有的用水量统计通常分为接触式和非接触式测量，大部分的流量测量为接触式测量，如节流式流量计、皮托管流量计、转子流量计（例如普通水表）、涡轮流量计等等，这类方法需要在测量管道中插入测量器件，结构相对复杂，成本高，精度相对较差，且适用的是流速大的流体流量测量，因此应用具有局限性。

采用非接触式测量方法的非接触式流量计有电磁流量计和超声波流量计等，其中电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律，通过磁传感器来测量液体的流量、流速进而对总量进行汇总，电磁流量计的使用存在一定的局限性，比如被测液体必须是导电的液体，且结构比较复杂，成本比较高，因此不适用于对水箱用水量进行统计。超声波流量计原理是通过测量超声波在液体中传播的速度来检测流体的流速，当流速不同时，超声波在液体中传播的速度会发生改变，这样可以得到不同的流速和流量，进而对总量进行汇总；超声波流量计可以测量任何液体和气体，但是也存在一定的局限性，比如温度过高会无法测量，测量时需要被测量处有一定长度的直管段才能进行正常的测量，对测量条件要求较高，如果管道中存在有大量空气也会影响其测量精度，而且其还存在结构比较复杂，成本比较高的弊端。

城市供水水箱（例如高层建筑二次供水系统使用的水箱）作为城市供水的一个蓄水调峰装置，由于成本的原因，在水箱前后通常不会设置水表、流量计等相关计量装置，这样会造成供水部门无法实时获知小区用水量，对分析小区的用水量和不同时段用水规律存在制约，实际用水中，小区进水端和市政管道之间一般只有一个总水表，总水表只对进入小区干网的水进行计量（包括了低层直供和二次供水两部分），不能对进入小区水箱内的水量进行统计，在小区内水箱后或水箱前管道假如发生水跑、冒、滴、漏时，水表并不能给予管理人员明确提示。如果采用在现有小区内供水系统包括水箱在内的成套管路中重新安装嵌入式水表，流量计等计量仪器，由于需要重新改管路，同时安装条件受限，会导致施工难度大，成本高，效果差，同时安装后调调校不方便，需要增加备用仪表，校核成本也高。

由于上述的水表（包括普通机械转子式水表）、超声波流量计、电磁流量计等依赖流体流动对流速进行测量，然后为通过算法累加的方式动态计量用水量提供计算基础，受到管径、材质温度、环境、电子元件性能、算法及仪表安装位置的影响，变量要素多，计算精度会受到比较大的影响。同时由于水流速较低的小流量用水时段，统一存在始动流量大或者测量误差大的问题，还存在计量不准或者无法计量等现象，因此不能达到好的测量效果。

在城市的供水中，整个城市调峰水箱数量巨大，如果每个节点没有计量仪表或者计量仪表计量不准确，会导致每个节点无法获得准确的用水流量，供水企业也就无法及时有效的获取每个节点的累计用水数据和实时用水数据，无法获取每个节点居民的生活用水规律，不能为指导水厂更有效的生产及管网输水调度，和小区二次供水系统节能控制提供有效的数据支持。

技术实现要素：

为了克服现有城市的供水中，因每个水箱节点没有计量仪表或者计量仪表计量不准确，不能为指导水厂更有效的生产及管网输水调度和小区二次供水系统节能控制，无法准确的分析水箱出水口与用户之间管道漏损提供有效数据支持的弊端，本发明提供了采用现有小区二次供水系统水箱内安装的液位传感器检测到的数据作为基础，结合数据采集单元、信息处理单元、控制单元共同作用下，使用全新的算法，累计流量采用精算与估算结合的方式（通常精算时间每天占比约为90%，估算时间占比约为10%）能有效得到水箱非补水时间段和补水时间的小区内用户用水量数据，从而为水厂更有效的进行生产及管网输水调度，分时段分区域错峰补水调度，科学合理化用水，并为小区二次供水系统节能控制提供了有利支持的一种具有液位调控的水箱水量测算系统及其计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有液位调控的水箱水量测算系统，其特征在于利用现有小区供水系统水箱内安装的液位传感器检测到的水箱内水位高度数据变化，以及水箱配套的补水浮球阀开闭作为基础数据，还具有控制单元、数据采集单元、信息处理单元、数据传输单元，控制单元、数据采集单元、信息处理单元、数据传输单元是安装在pc机内及手机内的应用软件，数据采集单元采集液位传感器实时输出的水箱内水位高度数据变化，以及水箱配套的补水浮球阀开闭情况并将处理后数据输入至信息处理单元，信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，并将计算后结果输出至数据传输单元和控制单元，数据传输单元将数据实时经网络传递给供水企业，并能实时输出数据使现场人员能查询到各种数据，控制单元能根据输入的数据计算得出实时流量，与水泵的流量进行匹配，输出控制策略给控制器，经plc供水控制器，对小区二次供水系统的多台增压泵进行分别优化策略控制，达到精准控制，小流量用小泵，大流量用大泵，节能降耗，降低运营维护成本。

所述数据采集单元采集的液位传感器实时输出的水箱内水位高度变化数据，数据包括水箱非补水时间段高度数据和补水时间段高度变化数据。

所述数据传输单元将数据实时经网络传递给供水企业及调度平台，并实时输出数据使现场人员能查询到各种数据，传输的方式分为有线和无线两种。

所述信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，计算后数据包括水箱补水时间段小区住户用水量数据和水箱非补水时间段小区住户用水量数据。

所述信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，从plc获取设备运行状态，计算后数据非用水时段的平均流量作为水箱对市政管网取水流量。

采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算，其特征在于计算方法如下，a：人工预先设定水箱的底面积数据，并将数据储存在信息处理单元；b：信息处理单元对数据采集单元输入的水箱非补水时间段小区住户实时用水量数据进行计算，水箱内水位高度下降数据乘以水箱的底面积得到非补水时间段小区住户实时用水量，单位时间内非补水时间段实时用水量数据相加得到一段时间内非补水时间段小区住户总用水量数据，并能得出一段时间内水箱非补水时间段内用水量高度变化数据；c：信息处理单元对数据采集单元输入的水箱补水时间段小区住户实时用水量数据进行计算，补水时间段的实时用水量计算方法为，每次补水总时间的一半、补水前一段时间内用水量加补水总时间的一半、补水后一段时间内用水量数据相加除以2得到补水时间内的实时用水量数据，每次补水时间段实时用水量数据相加得到一段时间内补水时间段的总用水量数据，并能得出一段时间内水箱补水时间段内用水量高度变化数据；d：信息处理单元对计算后水箱补水时间段小区住户的用水量数据和非补水时间段小区住户用水量数据进行累加汇总得到一段时间内用水量总数据。

所述步骤a中，人工预先设定水箱的底面积数据，底面积是水箱内部的长度乘以宽度及其他参数计算所得结果。

本发明有益效果是：本发明使用时，在小区二次供水系统的水箱无论是处于补水阶段或是非补水阶段，当水箱水位因为用户用水由高变低时，小区供水系统水箱内安装的液位传感器能实时检测到水箱内水位高度数据变化，并将数据输入至数据采集单元，数据采集单元采集液位传感器实时输入的水箱内水位高度数据，以及水箱配套的补水浮球阀开闭情况并将处理后数据输入至信息处理单元，信息处理单元对采集的数据经内部的计算模板进行自动计算，能得出小区用户实时非补水时间段和补水时间段用水量，还能分别得出小区用户一段时间内非补水时间段和补水时间段用水总量。数据传输单元将各种数据实时经网络传递给供水企业，从而为水厂更有效的进行生产及管网输水调度，科学合理化用水提供有效的数据支持，并能实时输出数据使现场人员能查询到各种数据。在控制单元作用下，控制单元能根据信息处理单元输入的用水量数据自动输出控制信号进入plc供水控制器，在小区住户用水量大时间段，plc控制二次供水设备多台并联的增压泵一起工作，充分满足用户用水，在小区住户用水量小时间段，plc控制二次供水设备多台并联的增压泵其中一台或两台等工作（多台并联的增压泵此刻不会同时工作），在用水量少的时间段，充分满足用户用水的前提下达到节能的目的。本发明成本低，结构简单，计算方法简单，测量精度可控，基于上述，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是本发明一种具有液位调控的水箱水量测算系统构成框图示意。

图2是本发明采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算的流程框图示意。

图3是本发明补水时间段显示的一段时间内补水量示意图。

具体实施方式

图1中所示，一种具有液位调控的水箱水量测算系统，利用现有小区供水系统水箱内安装的液位传感器检测到的水箱内水位高度数据变化，以及水箱配套的补水浮球阀开闭作为基础数据，还具有控制单元、数据采集单元、信息处理单元、数据传输单元，控制单元、数据采集单元、信息处理单元、数据传输单元是安装在pc机内及手机内的应用软件，数据采集单元采集液位传感器实时输出的水箱内水位高度数据变化，以及水箱配套的补水浮球阀开闭情况并将处理后数据输入至信息处理单元，信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，并将计算后结果输出至数据传输单元和控制单元，数据传输单元将数据实时经网络传递给供水企业，并能实时输出数据使现场人员能查询到各种数据，控制单元能根据输入的数据计算得出实时流量，与水泵的流量进行匹配，输出控制策略给控制器，经plc供水控制器等，对小区二次供水系统的多台增压泵进行分别优化策略控制，达到精准控制，小流量用小泵，大流量用大泵，节能降耗，降低运营维护成本。

图1中所示，数据采集单元采集的液位传感器实时输出的水箱内水位高度变化数据，数据包括水箱非补水时间段高度数据和补水时间段高度变化数据。数据传输单元将数据实时经网络传递给供水企业及调度平台，并实时输出数据使现场人员能查询到各种数据，传输的方式分为有线和无线两种。信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，计算后数据包括水箱补水时间段小区住户用水量数据和水箱非补水时间段小区住户用水量数据。信息处理单元对输入的数据经内部的计算模板进行自动计算，从plc获取设备运行状态，计算后数据非用水时段的平均流量作为水箱对市政管网取水流量。

图2中所示，采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算，计算过程步骤a中：人工预先设定水箱的底面积数据，底面积是水箱内部的长度乘以宽度及其他参数计算所得结果，方形水箱底面积公式为s=a*b,其中s是底面积，a和b是水箱的长度及宽度，其他参数计算所得结果，比如圆形水箱，就采用现有圆面积计算公式进行计算。

图2中所示，采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算，计算过程步骤b中：信息处理单元对数据采集单元输入的水箱非补水时间段小区住户实时用水量数据进行计算，水箱内水位高度下降数据乘以水箱的底面积得到非补水时间段小区住户实时用水量，单位时间内非补水时间段实时用水量数据相加得到一段时间内非补水时间段小区住户总用水量数据，并能得出一段时间内水箱非补水时间段内用水量高度变化数据。非补水时间段的实时用水量公式为；△v=s*△h,其中，△v是非补水时间段实时用水量数据，s是水箱的底面积，△h是实时水箱内水位降价的高度。一段时间内非补水时间段总用水量数据公式为：△t1=△v1+△v2+△v3+△v3+△v4+△v5……△vn,△t1是一段时间内非补水时间段总用水量数据（比如一天），△v1+△v2+△v3+△v3+△v4+△v5……△vn是多个非补水时间段实时用水量数据；一段时间内非补水时间段水箱内用水量高度变化数据，经pc机或手机内曲线图显示软件曲线图显示，用水量高时，曲线图波峰值高，用水量小时，曲线图波峰值低。

图2中所示，采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算，计算过程步骤c中：信息处理单元对数据采集单元输入的水箱补水时间段小区住户实时用水量数据进行计算，补水时间段的实时用水量计算方法为，每次补水总时间的一半、补水前一段时间内用水量加补水总时间的一半、补水后一段时间内用水量数据相加除以2得到补水时间内的实时用水量数据，每次补水时间段实时用水量数据相加得到一段时间内补水时间段的总用水量数据，并能得出一段时间内水箱补水时间段内用水量高度变化数据。补水时间段的平均用水量公式为；△w=(△x+△x1)/2,△w是每次补水阶段小区住户平均用水量，△x是信息处理单元所记录的每次补水总时间的一半、补水前一段时间内小区住户用水量，△x1是信息处理单元所记录的每次补水总时间的一半、补水后一段时间内小区住户用水量（比如一次补水时间为15分钟，那么补水总时间的一半、补水前一段时间就是7.5分钟，补水总时间的一半、补水后一段时间也是7.5分钟）。一段时间内补水时间段的总用水量数据公式为：△t2=△w1+△w2+△w3+△w3+△w4+△w5……△wn,△t2是一段时间内（比如一天）补水期间小区住户总用水量数据，△w1+△w2+△w3+△w3+△w4+△w5……△wn是每次补水时间段实时用水量数据；一段时间内补水时间段水箱内用水量高度变化数据，经pc机或手机内波形图显示软件曲线图显示，用水量高时，曲线图波峰值高，用水量小时，曲线图波峰值低，通过对连续的波形曲线进行微分和积分，能得出实时的瞬时流量和一段时间内的累计流量。

图2中所示，采用一种具有液位调控的水箱水量测算系统进行计算，计算过程步骤d中：信息处理单元对计算后水箱补水时间段小区住户的用水量数据和非补水时间段小区住户用水量数据进行累加汇总得到一段时间内用水量总数据（比如一天）。信息处理单元对数据采集单元计算后水箱补水时间段的用水量数据和非补水时间段用水量数据进行累加，采用的公式为△z=△t1+△t2，△t1是一段时间内水箱非补水时间段小区住户总用水量数据，△t2一段时间内补水时间段小区住户总用水量数据，△z是一段时间内用水量总数据。

图1、2中所示，本发明使用时，在小区二次供水系统的水箱无论是处于补水阶段或是非补水阶段，当水箱水位因为用户用水由高变低时，小区供水系统水箱内安装的液位传感器能实时检测到水箱内水位高度数据变化，并将数据输入至数据采集单元，数据采集单元采集液位传感器实时输入的水箱内水位高度数据变化，以及水箱配套的补水浮球阀开闭情况并将处理后数据输入至信息处理单元，信息处理单元对采集的数据经内部的计算模板进行自动计算，能得出小区用户实时非补水时间段和补水时间段用水量，还能得出小区用户一段时间内非补水时间段和补水时间段的用水总量。数据传输单元将各种数据实时经网络传递给供水企业，从而为水厂更有效的进行生产及管网输水调度，科学合理化用水提供有效的数据支持，并能实时输出数据使现场人员能查询到各种数据。在控制单元作用下，控制单元能根据信息处理单元输入的用水量数据自动输出控制信号进入plc供水控制器，在小区住户用水量大时间段，plc控制二次供水设备多台并联的增压泵一起工作，充分满足用户用水，在小区住户用水量小时间段，plc控制二次供水设备多台并联的增压泵其中一台或两台等工作（多台并联的增压泵此刻不会同时工作），在用水量少的时间段，充分满足用户用水的前提下达到节能的目的。实际应用中，当小区和市政管道之间的总水表计量、水箱后计量设备和本发明计算的所得一段时间内用水量数据发生差异时，代表水箱和总水表之间、或水箱后计量设备（比如每个单元楼的分水表）的管道之间有发生水跑、冒、滴、漏的几率，或者总水表、分水表计量表发生故障，这样管理人员能第一时间进行勘察，降低漏损率，并减少水的浪费，当总水表、分水表误差超过允许范围可提醒送检调校，减少供水方和用水方的不必要损失。本发明利用现有小区二次供水系统内的水箱的液位传感器，以及水箱配套的补水遥控浮球阀开闭作为基础数据，成本低、所得到的数据准确，克服了现有小区内供水系统如果要重新安装嵌入式水表，流量计等计量仪器，由于需要重新改管路，同时安装条件受限，会导致施工难度增加，以及成本投入大的缺点。本发明通过连续数据采集，用水规律分析，与电能表数据结合，精确计算每个时段的吨水能耗电量，能评估二次供水系统水泵的运行效率。本发明不同于电磁流量计，超声波流量计等受管道液体流速对测量精度的影响，并能对水箱遥控浮球阀的不可控漏水进行提示（比如水箱水位偏高），能及时给予管理人员更换阀门或者调整浮球工作状态的预警信息，提醒维护人员及时快速维护，防止水箱溢流，防止对地下设施造成水淹等影响。本发明统计用水规律，可为水箱配置，改造提供技术支撑（比如是增加水箱容积或者是增加供水量，从而保证用户正常用水），不会因为水箱太小或者太大对用水造成影响，也不会造成水箱太小无法起到调峰蓄水作用，水箱太大导致水循环不充分，水质无法保证。本发明对二次供水领域小流量的计算具有比其他计量方式更精准，受工控和环境影响更小的优点，对于分析小区二次供水设备的运行能耗具有极强的经济型。本发明非补水时段的计算结果可以作为对串联仪器仪表的一种参考校验方式。

图3是本发明补水时间段显示的一段时间内补水量示意图。1米、2.5米、3米代表水箱内水位高度；△w1、△wn是每次补水时间段实时用水量数据；4:00-12:00表示的是时间；△t代表一个补水周期。由于水箱是一个缓冲容器，水箱内的存水数据和遥控浮球阀的从管网的取水流量，对供水企业非常重要。水箱从市政管网取水对市政压力的保护具有较强的冲击，通过在夜间小流量时间段或者无流量时间段，设备停止运行，水箱作为一个静态容器，能准确的用本计算方法测算出遥控浮球阀打开后的平均流量，结合市政压力监测数据，为供水企业评估水箱取水箱的影响提供依据，为区域管网综合调峰调度提供数据支持的同时，为了测算水箱对管网取水对市政压力的影响，需要计算得到遥控浮球阀的进水平均流量，统计设备在小流量或者停机状态下进行补水作业，这样计算值不受到不确定的用水的影响，平均流量：△v=s*△h/△t’。s代表水箱底面积，△t’代表一个补水周期，△v表示补水周期内的平均流量。

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。