一种组合式二次供水储水设备的供水方法与流程

本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，尤其涉及一种组合式二次供水储水设备的供水方法。

背景技术：

目前我国城市生活饮用水(俗称自来水)的消毒绝大多数都是采用氯消毒法。氯消毒法的突出优点是余氯具有持续的消毒作用，余氯系指用氯消毒时，加氯接触一定时间后，水中所剩余的氯量。余氯浓度在城市供水管网系统中随时间的推移会逐步衰减，在城市供水管网系统中保持足够的余氯浓度就能保证自来水中的微生物被控制在合格范围内。

二次供水是指当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式。二次供水设施主要包括储水设备、加压设备和管线三部分。自来水在二次供水储水设备(以下简称储水设备)中会停留一段时间，如果停留时间过长则余氯浓度可能衰减到很低的水平，起不到有效杀灭水中微生物的作用，造成储水设备中自来水的微生物指标超标。因此尽量减少自来水在储水设备中的停留时间有着重要的意义。

储水设备被使用的方式有以下三种。第一种：储水设备安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的储水设备，然后再自然流到用户家中；第二种：储水设备安装在泵房内，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的储水设备中，然后通过变频水泵直接加压送到高层用户家中；第三种：储水设备安装在两处形成组合式供水，一处安装在泵房内，一处安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的储水设备中，再通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的储水设备，然后再自然流到用户家中。安装在高层建筑楼顶或中间楼层的这种储水设备又称高位水箱，安装在泵房内的这种储水设备又称低位水箱。

上述第三种二次供水模式，自来水是靠城市供水管网系统的压力流进低位水箱，靠水泵送至高位水箱的。对于高位水箱，根据国家标准GB50015-2003(2009年版)《建筑给水排水设计规范》中第3.8.3条的规定：“建筑物采用高位水箱调节的生活给水系统时，水泵的最大出水量不应小于最大小时用水量”，选用水泵时需考虑其额定流量要大于高位水箱的最大小时用水量。对于低位水箱，通常情况下，每小时进水量会大于每小时用水量，但是在用水高峰期则可能会出现每小时进水量小于每小时用水量，这时低位水箱的储水作用就体现出来。这种二次供水模式的高位水箱可能只有一个，也可能有多个。这种二次供水模式，由于自来水要在高低两个储水设备中停留，更容易出现自来水在储水设备中停留时间过长的情况，从而导致出现微生物指标超标，因此需要同时对自来水在高低两个储水设备中的停留时间进行控制。

储水设备进口流量指储水设备进口处某一时刻自来水的流量，对于高位水箱其大小由水泵决定；对于低位水箱其大小由城市供水管网系统中自来水的压力及进水管管径决定。储水设备出口流量指储水设备出口处某一时刻自来水的流量，对于高位水箱其大小由高位水箱所服务用户的用水情况决定；对于低位水箱其大小由其供水的所有高位水箱进口流量之和决定。储水设备存留水量指储水设备中某一时刻自来水的总体积，储水设备存留水量的多少及储水设备出口流量的大小决定了自来水在储水设备中的停留时间。目前对于储水设备存留水量的控制都是通过储水设备中的水位控制阀来实现的，当储水设备中的水位下降超过预设值时，水位控制阀即开启并开始供水，当水位上升到预设高度时，水位控制阀即关闭并停止供水，这种控制方法完全没有考虑自来水在储水设备中停留时间的问题。目前有人提出根据实际用水量的大小来调节水泵给储水设备的供水量，具体来说就是在用水量大时增大水泵的供水量，在用水量小时减少水泵的供水量，这种供水方法主要能解决在用水量大时保证供水充足，在用水量小时减少电力浪费及水泵损耗的问题。但是这种供水方法由于没有专门考虑储水设备存留水量与自来水在储水设备中停留时间的定量关系，因此无法根据给定停留时间来定量计算存留水量，也就无法根据给定停留时间来定量计算给储水设备的供水量，结果是无法对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制，这里的给定停留时间指为了保证自来水水质安全人为给定的一段时间长度，在这段时间开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出储水设备。至今，如何对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制仍然是一个未解的难题。

为了解决上述技术问题，中国专利公告号为CN105442670B的现有技术在2017年9月1日公开了一种用于二次供水水质保障的建筑给水管道循环系统及方法，该系统包括建筑给水入户管、提升或储水装置、流量计量或检测装置、回流控制器、建筑给水立管、建筑户内管道及水龙头、回流管、紫外/二氧化钛消毒器、回流电磁阀、逆止阀。正常用水时，市政自来水经建筑给水入户管、提升或储水装置、流量计量或检测装置、建筑给水立管送达建筑户内管道及水龙头。该专利在二次供水的自来水的水力停留时间达到2小时以上时，建筑给水立管内的水通过回水管和紫外/二氧化钛消毒器后重新流入建筑给水入户管或贮水装置内，与新鲜自来水混合后再次由二次供水系统供用户使用，使二次供水系统中自来水的生物安全性以及化学安全性得到保障。但在实际使用过程中，这种处理方式仍然不能对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制，且对现有设备改动较大，能耗、维护费用和运行成本都特别高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种组合式二次供水储水设备的供水方法，本发明能够分别对高位水箱和低位水箱定量供水，解决了对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制的难题，最大限度地降低了因自来水在储水设备中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险，同时对现有设备的改动很小，实施方便，且实际运行时的能耗、维护费用和运行成本都很低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种组合式二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述的组合式二次供水储水设备包括一低位水箱和至少一高位水箱，在低位水箱进水端设有自动阀门，在每一高位水箱进水端设有水泵；

所述的供水方法包括以下步骤：

步骤一、根据最近若干天出口流量的历史数据计算高位水箱在一天不同时间段的理论出口流量A；

步骤二、根据得到的理论出口流量A计算在给定停留时间情况下高位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量A；

步骤三、根据得到的理论出口流量A和理论存留水量A，计算高位水箱在一天不同时间段的理论进口流量和修正进口流量A；

步骤四、在一天不同时间段的开始时刻根据修正进口流量A向水泵发送是否开启向高位水箱供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则计算开启后的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭水泵停止供水，完成该时间段高位水箱的供水，依此循环完成高位水箱一天的供水；

步骤五、根据高位水箱的理论进口流量计算低位水箱的理论出口流量B，根据理论出口流量B计算在给定停留时间情况下低位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量B，根据得到的理论出口流量B和理论存留水量B，结合实时检测得到低位水箱的存留水量B，计算低位水箱在一天不同时间段的修正进口流量B；

步骤六、在一天不同时间段的开始时刻根据修正进口流量B向自动阀门发送是否开启向低位水箱供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则计算开启后的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭自动阀门停止供水，完成该时间段低位水箱的供水，依此循环完成低位水箱一天的供水。

所述步骤三中高位水箱在一天不同时间段的修正进口流量A由理论出口流量A和理论存留水量A结合实时检测得到高位水箱的存留水量A计算得出。

所述步骤一中理论出口流量A的计算方法为：将一天平均分成N个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续E天检测得到的高位水箱出口流量进行计算，则：

其中，式(1)中表示检测得到的高位水箱出口流量，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的总个数，表示在d/i时间段所有检测得到的高位水箱出口流量的算数平均值；式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量A，为连续E天在i时间段所有计算得到的的算数平均值。

所述步骤二中理论存留水量A的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：

式(5)中mi由下式(6)公式计算得到：

其中，式(3)中W¹表示高位水箱最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，β为设定的最低水量系数，为根据历史数据计算得到的高位水箱一天流出总水量的平均值；

式(4)中表示从时间段i开始连续ni个时间段高位水箱流出水量最大值之和，此参数的设置是为了保证高位水箱中的自来水至少能满足用户使用ni个时间段；mod是求余运算符；((i+a-2)mod N+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数N的要求；表示在同一时间段(i+a-1)中所有中的最大值；

式(5)中表示从时间段i开始连续mi个时间段高位水箱理论流出水量之和；

式(6)中Ti表示在i时间段开始时刻的给定停留时间；

式(7)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间情况下高位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量A，max{}为求最大值的运算符。

所述步骤三中理论进口流量和修正进口流量A的计算方法分别为：

其中，式(8)、式(9)中，表示计算得到的高位水箱在i时间段的理论进口流量，用于对低位水箱理论出口流量的计算，j表示高位水箱的顺序数；表示高位水箱在i时间段的修正进口流量A，Wb/i表示实时检测得到的高位水箱在i时间段开始时刻的存留水量，Wa/(i mod N+1)为通过计算得到的高位水箱在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量A，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。

所述步骤四包括水泵的开启方法和计算开启的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：

水泵的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，向水泵发送不开启向高位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，向水泵发送开启向高位水箱供水的控制信号指令；

计算开启的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：

其中，式(10)中ti表示水泵在i时间段需要关闭的具体时刻，R表示水泵的额定流量。

所述步骤五中理论出口流量B的计算方法为：

其中，式(11)中Vi^d1表示低位水箱在i时间段的理论出口流量B，g表示高位水箱的总个数。

所述步骤五中理论存留水量B的计算方法为：

式(13)中mi由下式(14)公式计算得到：

其中，式(12)中W^d1表示低位水箱最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，δ为设定的最低水量系数，为根据低位水箱理论出口流量计算得到的低位水箱一天流出总水量的平均值；

式(13)中表示从时间段i开始连续mi个时间段低位水箱理论流出水量之和；

式(14)中Ti^d表示在i时间段开始时刻的给定停留时间；

式(15)中表示通过计算得到的在给定停留时间情况下低位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量B，max{}为求最大值的运算符。

所述步骤五中修正进口流量B的计算方法为：

其中，式(16)中Vi^d2表示计算得到的低位水箱在i时间段的修正进口流量B；表示实时检测得到的低位水箱在i时间段开始时刻的存留水量，计算方法同式(10)；为通过计算得到的低位水箱在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量B，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。

所述步骤六包括自动阀门的开启方法和计算开启的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：

自动阀门的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，向自动阀门发送不开启向低位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，向自动阀门发送开启向低位水箱供水的控制信号指令；

计算开启的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：自动阀门开启后，由流量计对进入低位水箱的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则发出控制信号指令关闭自动阀门停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：

且

其中，式(17)中表示低位水箱在i时间段的已供水量，表示实时检测得到低位水箱的在i时间段的进口流量，r为实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的总个数，t表示流量计每间隔t时间给出一个低位水箱进口流量数据；

式(18)中Wi^d5表示低位水箱在i时间段的理论供水量；

式(20)中表示自动阀门在i时间段需要关闭的具体时刻，h0表示第一次出现时h的数值。

采用本发明的优点在于：

本发明特定用于包括低位水箱和高位水箱的组合式二次供水模式，改变了现有对于存留水量的控制方法，通过找到存留水量与自来水在储水设备中停留时间之间的定量关系，实现根据给定停留时间来定量计算存留水量，再由计算出的存留水量计算进口流量，按计算出的进口流量给高位水箱和低位水箱供水就能实现对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制。解决了对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制的难题，最大限度地降低了因自来水在储水设备中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险，同时对现有设备的改动小，实施方便，且实际运行时的能耗、维护费用和运行成本都很低。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的功能示意图。

图3为本发明实施例2中计算得到的高位水箱A的理论出口流量A在一天不同时间段的变化图。

图4为本发明实施例2中计算得到的高位水箱B的理论出口流量A在一天不同时间段的变化图。

图5为本发明实施例2中根据高位水箱的理论出口流量A计算得到的低位水箱理论出口流量B在一天不同时间段的变化图。

图中标记为：1、智能控制器，2、自动阀门，3、流量计C，4、低位水箱，5、水位计C，6、流量计D，7、水泵A，8、水泵B，9、高位水箱A，10、水位计A，11、流量计A，12、高位水箱B，13、水位计B，14、流量计B，15、外部强制控制器，16数据采集单元，17、数据存储单元，18、数据处理单元，19、控制单元。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种组合式二次供水储水设备的供水方法，所述的组合式二次供水储水设备包括控制系统、一低位水箱4和至少一高位水箱，在低位水箱4的进水端设有流量计和自动阀门2，在低位水箱4的出水端和每一高位水箱的出水端均设置有流量计，在低位水箱4内和每一高位水箱内均设置有水量检测设备；在每一高位水箱的进水端设有水泵；所述控制系统包括外部强制控制器15和智能控制器1，智能控制器1包括数据采集单元16、数据存储单元17、数据处理单元18和控制单元19，数据采集单元16分别与所有的水量检测设备和所有的流量计有线或无线连接，数据存储单元17分别与数据采集单元16、数据处理单元18和控制单元19连接，控制单元19分别与数据处理单元16、外部强制控制器15、水泵和自动阀门连接。其中，水量检测设备有多种常规选择，优选采用水位计；流量计、水位计、水泵和自动阀门均为现有市售常规产品，智能控制器1由PLC和工控机组成，PLC主要用于数据采集以及给供水控制设备发出指令，工控机主要用于数据存储、计算、传输等其他功能。PLC是Siemens(西门子)S7-200 SMART，工控机是研华科技IPC610，外部强制控制器可以为远程控制的PC机。

为了便于说明，本实施例优选包括两个高位水箱，如图1所示，且为了便于区分，将两个高位水箱分别设为高位水箱A9和高位水箱B12，将水泵分别设为水泵A7和水泵B8，将水位计分别设为水位计A10、水位计B13和水位计C5，将流量计分别设为流量计A11、流量计B14、流量计C3和流量计D6。具体的，流量计A和流量计B分别安装于高位水箱A和高位水箱B的出口处，流量计C和流量计D分别安装于低位水箱4的进口处和出口处，每个流量计每分钟获得一个流量数据，单位为m³/h，并将数据实时传输到智能控制器1；水位计A10和水位计B13分别安装于高位水箱A9和高位水箱B12的内部，水位计C5安装于低位水箱4的内部，水位计是一种水量检测设备，每个水位计每分钟获得一个水位数据，单位为cm，并将数据实时传输到智能控制器1，智能控制器1的数据处理单元18自动将水位数据转换为相应的存留水量数据，单位为m³；水泵A7和水泵B8相互并联安装于泵房内低位水箱4出口之后，能接受智能控制器1发送的“开启”或“关闭”的控制信号指令并按控制信号指令开关相应水泵；自动阀门2安装于流量计C3之前，能接受智能控制器1发送的“开启”或“关闭”的控制信号指令并按控制信号指令开关自动阀门2；智能控制器1安装在二次供水设施外，智能控制器1具有数据采集、数据存储、数据处理、接收数据及指令、发送数据及指令的功能，具体如图2所示；外部强制控制器15位于二次供水设施外，用于向智能控制器1发送软件升级版本数据及升级指令，向智能控制器1发送各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令，接收智能控制器1存储的所有数据及报警信号数据，向智能控制器1发出强制性“开启”或“关闭”指定设备的控制信号指令。

在本实施例中，智能控制器的数据采集功能是通过智能控制器中的数据采集单元实现的，数据采集单元通过有线或无线传输方式实时采集各个储水设备的流量数据和存留水量数据。

智能控制器的数据存储功能是通过智能控制器中的数据存储单元实现的，数据存储单元能够将数据采集单元实时采集到的各个储水设备的流量数据和存留水量数据存储下来，能够将数据处理单元的计算结果存储下来，能够将控制单元接收或发出的控制信号指令存储下来，能够将控制单元接收到的软件升级版本数据及升级指令存储下来，能够将控制单元接收到的各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令存储下来。

智能控制器的接收数据及指令功能是通过智能控制器中的控制单元实现的，控制单元在现场通过有线方式，在远程通过无线传输方式接收外部强制控制器发送的软件升级版本数据及升级指令、各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令、“开启”或“关闭”指定设备的控制信号指令。

智能控制器的发送数据及指令功能是通过智能控制器中的控制单元实现的，控制单元根据事先设定的规则或者接收到外部强制控制器的控制信号指令通过有线或无线传输方式向指定设备发送“开启”或“关闭”的控制信号指令，根据事先设定的规则向外部强制控制器发送智能控制器存储的所有数据及报警信号数据。

智能控制器的数据处理功能是通过智能控制器中的数据处理单元实现的，数据处理单元能进行如下计算：1)数据转换：将接收到的数据乘以一个系数存储，包括单位转换以及将储水设备水位数据转换为储水设备存留水量数据；2)计算高位水箱在一天不同时间段的理论出口流量；3)计算在给定停留时间情况下高位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；4)计算高位水箱在一天不同时间段的理论进口流量和修正进口流量；5)计算水泵在一天不同时间段需要关闭的具体时刻；6)计算低位水箱在一天不同时间段的理论出口流量；7)计算在给定停留时间情况下低位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；8)计算低位水箱在一天不同时间段的修正进口流量；9)计算开启的自动阀门在一天不同时间段需要关闭的具体时刻。

具体的，所述的供水方法包括以下步骤：

步骤一、根据最近若干天出口流量的历史数据计算高位水箱在一天不同时间段的理论出口流量A；具体可根据最近20—40天出口流量的历史数据由智能控制器计算高位水箱在一天不同时间段的理论出口流量。

本步骤中，理论出口流量A的计算方法为：将一天平均分成N个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续E天检测得到的高位水箱出口流量进行计算，则：

其中，式(1)中表示检测得到的高位水箱出口流量，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的总个数，表示在d/i时间段所有检测得到的高位水箱出口流量的算数平均值；式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量A，为连续E天在i时间段所有计算得到的的算数平均值，体现了高位水箱出口流量在一天不同时间段的变化规律。

步骤二、由智能控制器根据得到的理论出口流量A计算在给定停留时间情况下高位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量A。

本步骤中，理论存留水量A的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，和的含义同前，则：

式(5)中mi由下式(6)公式计算得到：

其中，式(3)中W¹表示高位水箱最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，β为设定的最低水量系数，为根据历史数据计算得到的高位水箱一天流出总水量的平均值；

式(4)中表示从时间段i开始连续ni个时间段高位水箱流出水量最大值之和，此参数的设置是为了保证高位水箱中的自来水至少能满足用户使用ni个时间段；mod是求余运算符；()i+a-2)mod N+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式)i+a-1)不能超过时间段总数N的要求；表示在同一时间段)i+a-1)中所有中的最大值；

式(5)中表示从时间段i开始连续mi个时间段高位水箱理论流出水量之和，理论流出水量指根据同时间段理论出口流量计算得到的流出水量。

式(6)中Ti表示在i时间段开始时刻的给定停留时间，指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出高位水箱，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定高位水箱存留水量，就能保证高位水箱中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出高位水箱，为了计算方便，设定Ti是时间段时长的整数倍。

式(7)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间情况下高位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量A，这里的理论存留水量A是为了区别于实际检测得到的高位水箱存留水量而特指通过以上计算得到的高位水箱存留水量；max{}为求最大值的运算符。

步骤三、根据得到的理论出口流量A和理论存留水量A，计算高位水箱在一天不同时间段的理论进口流量和修正进口流量A；高位水箱在一天不同时间段的修正进口流量A由理论出口流量A和理论存留水量A结合实时检测得到高位水箱的存留水量A计算得出。具体的，智能控制器在计算得到理论出口流量A和理论存留水量A后，计算高位水箱在一天不同时间段的理论进口流量；在一天不同时间段开始时刻根据得到的理论出口流量A和理论存留水量A，结合水位计实时检测得到高位水箱的存留水量A，计算高位水箱在一天不同时间段的修正进口流量A。

本步骤中，理论进口流量和修正进口流量A的计算方法分别为：

其中，式(8)、式(9)中，Vi^3/j表示计算得到的高位水箱在i时间段的理论进口流量，用于对低位水箱理论出口流量的计算，j表示高位水箱的顺序数；Vi²表示高位水箱在i时间段的修正进口流量A，用于计算给高位水箱供水的水泵的运行时间；Wb/i表示实时检测并转换得到的高位水箱在i时间段开始时刻的存留水量，Wa/(i mod N+1)为通过计算得到的高位水箱在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量A，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。

式(9)中Wb/i由下式计算得到：

Wb/i＝α×H

式中H为水位数据，通过安装在高位水箱中的水位计实时检测得到，每分钟采集一个数据；α为转换系数，用于将水位数据转换成存留水量数据，就是储水设备的截面积，只是需要考虑单位，故将储水设备的截面积除以100即为转换系数。

步骤四、在一天不同时间段的开始时刻由智能控制器根据修正进口流量A向水泵发送是否开启向高位水箱供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则由智能控制器计算开启后的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭水泵停止供水，完成该时间段高位水箱的供水，依此循环完成高位水箱一天的供水。

本步骤包括水泵的开启方法和计算开启的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：

水泵的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，由智能控制器向水泵发送不开启向高位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，智能控制器向水泵发送开启向高位水箱供水的控制信号指令。

计算开启的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：

其中，式(10)中ti表示水泵在i时间段需要关闭的具体时刻，R表示水泵的额定流量。

步骤五、根据高位水箱的理论进口流量计算低位水箱的理论出口流量B，根据理论出口流量B计算在给定停留时间情况下低位水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量B，根据得到的理论出口流量B和理论存留水量B，结合实时检测得到低位水箱的存留水量B，在一天各个时间段的开始时刻计算低位水箱在该时间段的进口流量，依此计算出低位水箱在一天不同时间段的修正进口流量B。

本步骤中，理论出口流量B的计算方法为：

其中，式(11)中Vi^d1表示低位水箱在i时间段的理论出口流量B，Vi^3/j的含义同前，g表示高位水箱的总个数。

本步骤中，理论存留水量B的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，Vi^d1的含义同前，则：

式(13)中mi由下式(14)公式计算得到：

其中，式(12)中W^d1表示低位水箱最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，δ为设定的最低水量系数，为根据低位水箱理论出口流量计算得到的低位水箱一天流出总水量的平均值。

式(13)中表示从时间段i开始连续mi个时间段低位水箱理论流出水量之和，理论流出水量指根据同时间段理论出口流量计算得到的流出水量。

式(14)中Ti^d表示在i时间段开始时刻的给定停留时间，指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出低位水箱，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定低位水箱存留水量，就能保证低位水箱中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出低位水箱，为了计算方便，设定Ti^d是时间段时长的整数倍。

式(15)中表示通过计算得到的在给定停留时间情况下低位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量B，max{}为求最大值的运算符。

本步骤中，修正进口流量B的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，mod、Vi^d1和的含义同前，则：

其中，式(16)中Vi^d2表示计算得到的低位水箱在i时间段的修正进口流量B；表示实时检测得到的低位水箱在i时间段开始时刻的存留水量，计算方法同式(10)；为通过计算得到的低位水箱在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量B，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。

步骤六、在一天不同时间段的开始时刻由智能控制器根据修正进口流量B向自动阀门发送是否开启向低位水箱供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则智能控制器计算开启后的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭自动阀门停止供水，完成该时间段低位水箱的供水，依此循环完成低位水箱一天的供水。

本步骤包括自动阀门的开启方法和计算开启的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：

自动阀门的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，由智能控制器向自动阀门发送不开启向低位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，智能控制器向自动阀门发送开启向低位水箱供水的控制信号指令；

计算开启的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：自动阀门开启后，由流量计对进入低位水箱的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就由智能控制器计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则智能控制器发出控制信号指令关闭自动阀门停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：

且

其中，式中M表示一天的总时长，N表示将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，i表示一天中不同时间段的顺序数；式(17)中表示低位水箱在i时间段的已供水量，表示实时检测得到低位水箱的在i时间段的进口流量，r为实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的总个数，t表示流量计每间隔t时间给出一个低位水箱进口流量数据，要求t要远小于时间段的时长，且时间段时长是t的整数倍。

式(18)中Wi^d5表示低位水箱在i时间段的理论供水量。

式(20)中表示自动阀门在i时间段需要关闭的具体时刻，h0表示第一次出现时h的数值。

再进一步的说，当水泵处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)对于水泵对应的高位水箱，在每个时间段的开始时刻，当计算出的Vi²大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”该水泵的控制信号指令时。

再进一步的说，当水泵处于开启状态时，智能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)对于水泵对应的高位水箱，当计算出的ti不是“不关闭”时，则在ti时刻关闭水泵；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”该水泵的控制信号指令时。

再进一步的说，当自动阀门处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)在低位水箱每个时间段的开始时刻，当计算的Vi^d2大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”自动阀门的控制信号指令时。

再进一步的说，当自动阀门处于开启状态时，能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)如果在低位水箱某个时间段结束前计算出则在时刻关闭自动阀门；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”自动阀门的控制信号指令时。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例结合具体数据作进一步描述，设定某高位水箱A的容积为4×3×3＝36m³，则将水位数据转换为存留水量的转换系数为0.12；高位水箱B的容积为4×3.5×3＝42m³，则将水位数据转换为存留水量的转换系数为0.14，低位水箱的容积为6×4×3＝72m³，则将水位数据转换为存留水量的转换系数为0.24；Wb/i和分别为通过实时检测并转换得到的高位水箱和低位水箱在i时间段开始时刻的存留水量，单位为m³。因此，

对于高位水箱A：Wb/i＝0.12×H

对于高位水箱B：Wb/i＝0.14×H

对于低位水箱：

其中，式中H为水位数据，通过安装在储水设备中的水位计实时检测得到，每分钟采集一个数据，单位为cm。

具体的，所述步骤一中理论出口流量A的计算方法为：将一天平均分成24个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续30天检测得到的高位水箱出口流量进行计算，则：

其中，式(1)中表示检测得到的高位水箱出口流量，通过安装在高位水箱出口处的流量计实时检测得到，每分钟采集一个数据，单位为m³/h，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的高位水箱出口流量的总个数，在本实施例中每个时间段测得的高位水箱出口流量的总个数均为60个，表示在d/i时间段所有检测得到的高位水箱出口流量的算数平均值，单位为m³/h；式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量A，为连续30天在i时间段所有计算得到的的算数平均值，体现了高位水箱出口流量在一天不同时间段的变化规律。高位水箱A的计算结果如图3所示，高位水箱B的计算结果如图4所示。

所述步骤二中理论存留水量A的计算方法为：一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，和的含义同前，则：

对于高位水箱A：

式(3)中W¹表示高位水箱最低存留水量，单位为m³，此参数的设置是为了保证用户最基础的用水要求，设定最低水量系数为0.07，根据历史数据计算得到的高位水箱一天流出总水量的平均值为121m³。

式(4)中表示从时间段i开始连续2个时间段高位水箱流出水量最大值之和，表示高位水箱中的自来水至少能满足用户使用2个时间段；mod是求余运算符；((i+a-2)mod 24+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数24的要求；表示在同一时间段((i+a-2)mod 24+1)中所有中的最大值。

其中数值3由以下公式计算得到：

mi＝3/1＝3 (6)

式(5)中表示从时间段i开始连续3个时间段高位水箱理论流出水量之和；设定每个时间段的给定停留时间均为3h，给定停留时间指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出高位水箱，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定高位水箱存留水量，就能保证高位水箱中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出高位水箱。

式(7)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间均为3h的情况下高位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量A，这里的理论存留水量A是为了区别于实际检测得到的高位水箱存留水量而特指通过以上计算得到的高位水箱存留水量；max{}为求最大值的运算符。

下表为本实施例计算高位水箱A某一天W¹、和Wa/i的结果，阴影区域表示该区域数值被采用；

对于高位水箱B：

Wa/i的计算与计算高位水箱A时相同。

下表为本实施例计算高位水箱B某一天W¹、和Wa/i的结果，阴影区域表示该区域数值被采用。

所述步骤三中理论进口流量和修正进口流量A的计算方法分别为：高位水箱A和高位水箱B的计算方法完全一样，一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，mod、Wa/i、Wb/i和的含义同前，则：

其中，式(8)、式(9)中Vi^3/j表示计算得到的高位水箱在i时间段的理论进口流量，用于对低位水箱理论出口流量的计算，j表示高位水箱的顺序数，单位为m³/h；Vi²表示计算得到的高位水箱在i时间段的修正进口流量A，用于计算给高位水箱供水的水泵关闭的具体时刻，单位为m³/h；Wa/(i mod 24+1)为通过计算得到的高位水箱在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量A，单位为m³，用(i mod 24+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数24的要求。

所述步骤四中水泵的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，由智能控制器向水泵发送不开启向高位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，智能控制器向水泵发送开启向高位水箱供水的控制信号指令。

所述步骤四中计算开启的水泵在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：一天的总时长为1440min，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为60min，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：

对于水泵A：

对于水泵B：

其中，式(10)中ti表示水泵在i时间段需要关闭的具体时刻，单位为min，水泵A的额定流量是12m³/h，水泵B的额定流量是15m³/h。

下表是本实施例计算出的高位水箱A和高位水箱B在不同时间段的理论进口流量Vi²，以及水泵A和水泵B在不同时间段需要关闭的具体时刻ti：

所述步骤五中理论出口流量B的计算方法为：

Vi^d1＝Vi^3/1+Vi^3/2 (11)

其中，式(11)中Vi^d1表示低位水箱在i时间段的理论出口流量B，Vi^3/1为计算得到的高位水箱A在i时间段的理论进口流量，Vi^3/2为计算得到的高位水箱B在i时间段的理论进口流量；低位水箱理论出口流量B的计算结果如图5所示。

所述步骤五中理论存留水量B的计算方法为：一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，Vi^d1的含义同前，则：

式(12)中W^d1表示低位水箱最低存留水量，单位为m³，此参数的设置是为了保证用户最基础的用水要求，设定最低水量系数为0.07，根据低位水箱理论出口流量计算得到的低位水箱一天流出总水量的平均值为275m³。

其中数值3由以下公式计算得到：

mi＝3/1＝3 (14)

式(13)中表示从时间段i开始连续3个时间段低位水箱理论流出水量之和；设定每个时间段的给定停留时间均为3h，给定停留时间指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出低位水箱，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定存留水量，就能保证低位水箱中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出低位水箱。

式(15)中表示通过计算得到的在给定停留时间均为3h的情况下低位水箱在i时间段开始时刻的理论存留水量B，这里的理论存留水量B是为了区别于实际检测得到的低位水箱存留水量而特指通过以上计算得到的存留水量；max{}为求最大值的运算符。

下表为本实施例计算低位水箱某一天W^d1、和的结果，阴影区域表示该区域数值被采用。

所述步骤五中修正进口流量B的计算方法为：一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，mod、Vi^d1和的含义同前，则：

其中，式(16)中Vi^d2表示计算得到的低位水箱在i时间段的修正进口流量B；表示实时检测得到的低位水箱在i时间段开始时刻的存留水量；为通过计算得到的低位水箱在)i+1)时间段开始时刻的理论存留水量B，用)i mod 24+1)表示)i+1)是为了满足时间段表达式)i+1)不能超过时间段总数24的要求。

所述步骤六中自动阀门的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi²等于0时，由智能控制器向自动阀门发送不开启向低位水箱供水的控制信号指令，当Vi²不等于0时，智能控制器向自动阀门发送开启向低位水箱供水的控制信号指令。

所述步骤六中计算开启的自动阀门在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：一天的总时长为1440min，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为60min，用i表示一天中不同时间段的顺序数；当自动阀门开启后，由流量计对进入低位水箱的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就由智能控制器计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则智能控制器发出控制信号指令关闭自动阀门停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：

其中，式(17)中表示在i时间段的已供水量，单位为m³，表示实时检测得到的低位水箱在i时间段的进口流量，单位为m³/h，r为实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的低位水箱在i时间段进口流量数据的总个数，进口流量计每间隔1min给出一个低位水箱进口流量数据；式(18)中Wi^d5表示低位水箱在i时间段的理论供水量，单位为m³；式(20)表示自动阀门在i时间段需要关闭的具体时刻，单位为min，h0表示第一次出现时h的数值；mod和Vi^d2的含义同前。

本实施例中，当水泵处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)对于水泵对应的高位水箱，在每个时间段的开始时刻，当计算出的Vi²大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”该水泵的控制信号指令时。

本实施例中，当水泵处于开启状态时，智能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)对于水泵对应的高位水箱，当计算出的ti不是“不关闭”时，则在ti时刻关闭水泵；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”该水泵的控制信号指令时。

本实施例中，当自动阀门处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)在低位水箱每个时间段的开始时刻，当计算的低位水箱修正进口流量大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”自动阀门的控制信号指令时。

本实施例中，当自动阀门处于开启状态时，智能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)如果在低位水箱某个时间段结束前计算出则在时刻关闭自动阀门；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”自动阀门的控制信号指令时。

本实施例中，对于高位水箱及其水泵，由于在各个时间段计算出的Vi^d2均大于零，因此智能控制器控制单元在每个时间段的开始时刻均发出“开启”相应水泵的控制信号指令，由于计算出的ti均不是“不关闭”，因此在水泵运行到ti时刻时，发出“关闭”相应水泵的控制信号指令。

本实施例中，对于低位水箱及其自动阀门，由于在各个时间段计算出的Vi^d2均大于零，因此智能控制器控制单元在每个时间段的开始时刻均发出“开启”自动阀门的控制信号指令；在时间段13～14，由于到时间段结束低位水箱已供水量都小于该时间段低位水箱的理论供水量，故不能计算出也就是自动阀门在整个时间段都保持开启；在其它时间段结束前都能计算出因此在这些时间段的时刻，智能控制器控制单元发出“关闭”自动阀门的控制信号指令，下表是低位水箱不同时间段的理论供水量、实际供水量和自动阀门关闭的具体时刻，“/”表示自动阀门不关闭。