专利名称：变频恒压供水系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种生活供水系统，特别涉及一种利用恒压供水系统以及该系统的控 制方法。
背景技术：
供水体系是一套水文及水力工程体系，涉及水的采集、处理、传送等过程，向用户 提供洁净淡水。生活供水系统在人们的日常生活中起到至关重要的作用。对于生活供水系统而 言，系统性能的好坏取决于其是否能够实现恒压供水，是否能够节能。众所周知，普通离心泵并联是无法实现恒压供水的，这是由离心泵水力几何形状 所决定的。在固定的转速下，单台离心泵的特性曲线呈下降趋势。如果两台型号相同的离 心泵并联运行时，其并联特性曲线也呈下降趋势，其合成曲线Q-H仍然是一条流量增加而 扬程递减的单调下降曲线。因此，当管路系统特性曲线变化时，即为泵的工况相应改变，泵的扬程随着流量的 增加或减小而相应降低或增高，导致泵出口压力降低或增高，而不能实现恒压供水。由于离 心泵的流量、扬程与泵转速有关，当泵转速升高或降低时，泵的Q-H曲线在保持其形状的情 况下，作相应的升高或下降的平移。为此，采用变频器新技术来改变泵的转速，从而实现恒 压供水。目前，通常采用一台配有变频器的可调转速离心泵与一台恒定转速离心泵并联运 行，作为恒压供水机组。
发明内容
本发明针对上述现有生活供水系统所存在的问题，而提供一种变频恒压供水系 统，该系统实现一台变频器同时控制多台水泵，实现自动恒压供水，并可附设夜间小泵运行 及消防功能。为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案变频恒压供水系统，该系统包括水泵组，水泵组连接蓄水池，并通过出水管网提供 用水，所述供水系统还包括可编程控制器、变频器、PID调节器以及压力传感器，所述压力传 感器测量出水管网压力，并转换成一定的信号输至PID调节器；所述PID调节器对测量压力 与给点压力进行比较，得出偏差值，发出相应的输出信号给变频器和可编程控制器；所述变 频器和可编程控制器根据控制信号对水泵组的频率和水泵台数进行调解。进一步，所述系统中还包括液位控制传感器和液位控制器，所述液位控制传感器 实时检测蓄水池中水位数据，并将其传至液位控制器，所述液位控制器根据相关数据形成 控制信号传至可编程控制器。本发明还提供一种与上述系统的配合的控制方法，其技术方案如下变频恒压供水系统的控制方法，该方法使供水系统自动恒稳于设定的压力值，其 包括如下步骤
(1)用水量增加时，提高水泵的工作频率，加快水泵转速；(2)当水泵频率到达50HZ时，转成工频运行，增加投入另一台水泵；(3)用水量减少时，降低水泵的工作频率，减慢水泵转速；(4)当水泵频率到达变频器设定最低频率运行时，多台运行时停止其中一台工频 运行的水泵。根据上述技术方案得到本发明具有如下特点1. PID调节，键盘操作，数字显示，全自动运行无人值守。2.可编程序控制器进行编程控制。性能优越，控制方式灵活，抗干扰能力强，工作
稳定可靠。3.无损耗水泵电机转速调节，实现供水量从零至最大之间的无级调节，使系统始 终工作在最佳节能状态，“用多少水，供多少水”。4.大功率水泵电机均可由变频器实现软启动，对电网和管网无冲击，大大延长水 泵、电机、管网及其它控制设备的使用寿命。5.多台水泵可循环交替运行，均衡了各台泵的平均工作时间，避免了水泵锈蚀。6.系统运行压力稳定，控制精度高。7.设备综合保护功能齐全，通常有短路、过流、过载、水源缺水保护等。如果用户要 求有其它特殊功能，如保护功能过压、欠压、缺相、三相不平衡等，需有文本操作显示或人 机对话功能等集监控于一体的上位机通讯功能等，均可按客户要求可靠运作。8.手动、自动控制功能设置，可保证设备的安全连续运行。9.设备体积小，节省空间，安装便捷。10.无需人工维护，运行经济，高效节能，避免了“大马拉小车”现象，节电率 30% 60%。11.地面蓄水池采集液位信号进行缺水保护，防止水泵空转。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明的系统控制图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。本发明提供的变频恒压供水系统采用变频起对生活供水系统中的各种泵进行调 速，可以实现一台变频器同时控制多台水泵，实现自动恒压供水，并可附设夜间小泵运行及 消防功能。现有生活供水系统中交流电动机的同步转速表达式η = 60f (l-s)/p (1)式中η-异步电动机的转速；f_异步电动机的频率；S-电动机转差率；
4
ρ-电动机极对数。由式(1)可知，转速η与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速， 当频率f在0 50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。基于上述原理，本发明提供的系统中变频器就是通过改变电动机电源频率实现速 度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。参见图1，变频恒压供水系统主要包括水泵组100、出水管网200、自动控制系统 300以及蓄水池400。其中自动控制系统300控制水泵组100运行，水泵组100抽取蓄水池 400的水通过出水管网200以恒压的方式提供给相应的用户。为了达到恒压供水，本发明中自动控制系统300主要包括可编程控制器301、变频 器304、PID调节器302、压力传感器307以及相应的外围低压电器303。其中压力传感器 307设置在出水管网200上检测该出水管网200的压力，PID调节器302的信号输入端连接 压力传感器307，其输出端分别连接可编程控制器301和变频器304。可编程控制器301和 变频器304控制连接外围低压电器303，并由其连接到水泵组100。本发明在动控制系统300中还增加了液位控制器305和液位控制传感器306。液 位控制传感器306设置在蓄水池400中，实时检测蓄水池的水位数据，并将数据传至液位控 制器305根据得到的数据作出相应的控制信号，并将该控制信号传至可编程控制301，由其 根据该控制信号来控制水泵组100的运行。上述设置能够实现对地面蓄水池采集液位信号进行缺水保护，防止水泵空转。当 蓄水池为缺水状态时，液位控制传感器会及时将相应的水位数据传至液位控制器，液位控 制器根据得到的数据作出停止供水的控制信号，并将该控制信号传至可编程控制，可编程 控制根据该控制信号来控制水泵组的停止运行。根据上述技术方案得到的供水系统在运行时，水泵为被控对象，其输出频率为被 控参数；测量变送器为压力传感器，用来测量用户端出水管网压力，并转换成一定的信号输 至PID调节器；在调节器内将测量压力与给点压力进行比较，得出偏差值，然后根据偏差情 况按照一定的控制律(比例-积分-微分)发出相应的输出信号给变频器和可编程控制器。变频器和可编程控制器在控制系统中起执行元件作用，根据控制信号对水泵组的 工作频率进行调解，以及水泵台数进行调解。本发明通过对水泵组的工作频率进行调解以及水泵台数进行调解，使得整个供水 系统自动恒稳于设定的压力值在用水量增加时，即用户端出水管网压力小于给点压力，则提高水泵组中水泵的 工作频率，使得水泵转速加快，水泵供水量相应增大，使得用户端出水管网压力与给点压力 平衡；当水泵频率到达50HZ时，转成工频运行，同时增加投入另一台水泵，以保证用户 端出水管网压力与给点压力的平衡。在用水量减少时，即用户端出水管网压力大于给点压力，则降低水泵组中水泵的 工作频率，使得水泵转速减慢，水泵供水量亦相应减少，使得用户端出水管网压力与给点压 力平衡；当水泵频率到达变频器设定最低频率运行时，多台运行时要停止其中一台工频运 行的水泵，以此类推，以保证用户端出水管网压力与给定压力的平衡。
5
这样就保证了整个管网满足了用户对水压(与用户设定的压力一致)和水量(随 用水量变化而变化)的要求，同时达到了提高供水品质和高效节能的目的“用多少水，供多 少水”。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
1.变频恒压供水系统，该系统包括水泵组，水泵组连接蓄水池，并通过出水管网提供用 水，其特征在于，所述供水系统还包括可编程控制器、变频器、PID调节器以及压力传感器， 所述压力传感器测量出水管网压力，并转换成一定的信号输至PID调节器；所述PID调节器 对测量压力与给定压力进行比较，得出偏差值，发出相应的输出信号给变频器和可编程控 制器；所述变频器和可编程控制器根据控制信号对水泵组的频率和水泵台数进行调解。
2.根据权利要求1所述的变频恒压供水系统，其特征在于，所述系统中还包括液位控 制传感器和液位控制器，所述液位控制传感器实时检测蓄水池中水位数据，并将其传至液 位控制器，所述液位控制器根据相关数据形成控制信号传至可编程控制器。
3.变频恒压供水系统的控制方法，该方法使供水系统自动恒稳于设定的压力值，其特 征在于，所述方法包括如下步骤(1)用水量增加时，提高水泵的工作频率，加快水泵转速；(2)当水泵频率到达50HZ时，转成工频运行，增加投入另一台水泵；(3)用水量减少时，降低水泵的工作频率，减慢水泵转速；(4)当水泵频率到达变频器设定最低频率运行时，多台运行时停止其中一台工频运行 的水泵。
全文摘要
本发明公开了变频恒压供水系统及控制方法，该供水系统中可编程控制器和变频器连接PID调节器，并控制水泵组；而PID调节器通过压力传感器检测水压。该系统的控制方法在用水量增加时，提高水泵的工作频率，加快水泵转速；在用水量减少时，降低水泵的工作频率，减慢水泵转速。本发明采用变频起对生活供水系统中的各种泵进行调速，可以实现一台变频器同时控制多台水泵，实现自动恒压供水，并可附设夜间小泵运行及消防功能。
文档编号E03B11/16GK102116043SQ20091024785
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者吴永旭, 蒋燕旭 申请人:上海东方泵业(集团)有限公司