一种二次供水水箱的智能供水方法与流程

1.本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，尤其涉及一种二次供水水箱的智能供水方法。


背景技术：

2.二次供水是指将城市公共供水经储存、加压，通过管道再供用户使用的供水形式。二次供水储水设备(以下简称水箱)中的生活饮用水(以下简称自来水)是通过水泵抽取的或从城市供水管网系统自动流入的。水箱进口流量指某一时刻水箱进口处自来水的流量；水箱出口流量指某一时刻水箱出口处自来水的流量；水箱流入水量指在一段时间内流入水箱的自来水的体积；水箱流出水量指在一段时间内流出水箱的自来水的体积；水箱存留水量指某一时刻水箱中自来水的总体积；水箱液位指某一时刻水箱中自来水水面到水箱底面的垂直距离。
3.水箱被使用的方式有以下三种。第一种：水箱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水箱，然后再自然流到用户家中；第二种：水箱安装在泵房内，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的水箱中，然后通过变频水泵直接加压送到高层用户家中；第三种：水箱安装在两处，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水箱中，再通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的水箱，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水箱又称高位水箱，安装在泵房内的这种水箱又称低位水箱。
4.我国城市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。二次供水最常见的问题是自来水在水箱中停留时间过长，导致水箱自来水中的余氯浓度衰减到过低水平，水箱自来水中的微生物因而能够快速生长，造成水箱中自来水的微生物指标超标。因此减少自来水在水箱中的停留时间对于保护水箱中自来水的水质安全有着重要的意义。
5.为了解决上述技术问题，中国专利公告号为cn110258723b的现有技术在2019年9月20日公开了一种二次供水储水设备的定量供水方法，该方法包括以下步骤：步骤一、通过出口流量计连续多天检测水箱在一天不同时间段的出口流量，检测完成后，由控制系统根据检测得到的出口流量计算一天不同时间段的理论出口流量；步骤二、由控制系统根据理论出口流量计算在给定停留时间情况下水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；步骤三、通过水量检测设备实时检测水箱的存留水量，由控制系统根据理论出口流量、理论存留水量和存留水量计算水箱在一天不同时间段的进口流量；步骤四、在一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤三的结果与供水控制设备配合完成该时间段的供水，依此循环完成一天的供水。该方法根据大数据统计得到水箱的用水特征，再以此为依据给水箱供水，从而实现按需供水，有效地减少了自来水在水箱中的停留时间。但是在实际使用中，
该方法仍然存在如下一些技术问题：
6.1)该技术在统计分析用水特征时没有区分工作日和休息日，而实际中工作日和休息日的用水特征是完全不一样的，对于一些场所，如学校、办公楼等，在工作日的用水量远高于在休息日的用水量，特别是在6:00
‑
20:00时间段，工作日平均用水量是休息日平均用水量的数倍(3
‑
5倍)，如果不区分休息日和工作日进行统计分析，将由此得到的平均用水量用于休息日的供水控制则明显偏大，会导致储水过多，完全失去控制供水的作用，将由此得到的平均用水量用于工作日的供水控制则又偏小，容易导致储水不足。
7.2)该技术最终的计算结果为进口流量，意图通过控制进口流量来实现对自来水在水箱中停留时间的控制，但是在实际中准确控制进口流量很难实现，这导致该技术的实际应用受到限制。
8.3)该技术没有考虑水箱存在无效体积的问题，由于水箱底部会逐渐存留一些存积物，为了防止这些存积物随水箱出水管流出到用户处，在安装水箱出水管时都刻意将出水管抬高至距离水箱底面一定高度安装，通常出水管的下缘距离水箱底面的垂直距离有10
‑
20cm，由此水箱出水管下缘以下部分的存水将无法随出水管流出使用，这部分不能使用的水箱体积称为无效体积，另外对于使用水泵控制水箱出水的水箱，出水管如果空管将导致水泵出现干抽而被损坏，为了防止出水管空管，不能让液位低于出水管的上缘，这种情况下无效体积更大，在计算理论存留水量时如果不考虑水箱的无效体积，则计算得到的理论存留水量将不能满足实际用水的需要，按此控制供水将出现储水不足的问题。
9.4)每一个水箱都设计有一根溢流管，溢流管与水箱接口的下缘距离水箱底面的高度就是水箱的最高液位，当水箱液位达到最高液位时，如果继续加水，自来水就会从溢流管流出，该技术没有考虑在给水箱供水时，水箱液位达到最高液位时的处理方法，因此一旦出现这种情况就会出现自来水的浪费。
10.5)该技术对时间段的划分采取的是平均划分，这失去了供水管理的灵活性，在实际中在用水高峰期需要将时间段划分得短一些才能保证储水充足，在用水低谷期如果也参照用水高峰期一样对时间段的划分规则，会经常出现启动供水后很短时间就需要关闭供水，而频繁启动关闭水泵会减少水泵使用的寿命。
11.6)该技术在统计计算用水特征时没有考虑出现数据缺失时的处理方法，在实际中偶尔会出现数据缺失的情况，比如突然停电、清洗水箱、设备检修或设备故障等，如果出现数据缺失仍然使用该日的数据计算用水特征，则计算结果就会不准确甚至严重失真。
12.7)该技术使用平均出口流量表示用水特征，不是很贴切。
13.8)该技术明确出口流量通过出口流量计得到，但是在一些情况下难以在水箱出水管上安装出口流量计，比如超声波流量计都要求被测水管在一定长度范围内无任何接头和弯头，许多出水管都不能满足这个条件，另外对于使用变频水泵控制供水的水箱，出水管通常有多根，这时水箱的出水流量是所有出水管流量的合计，因此需要安装多个出口流量计，既费工又费钱。


技术实现要素：

14.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种二次供水水箱的智能供水方法，本发明所要解决的技术问题是在满足用水要求的前提下能够更方便更准确地
控制自来水在高位水箱或低位水箱中的停留时间，最大限度地降低自来水因在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。
15.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
16.一种二次供水水箱的智能供水方法，包括以下步骤：
17.步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；
18.步骤二、通过监测设备连续多天实时检测水箱在工作日或休息日一天不同时间段的出口流量，再由控制系统根据检测得到的出口流量计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；
19.步骤三、由控制系统根据步骤二的结果计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
20.步骤四、通过液位计实时检测水箱的液位，由此计算出水箱的实时存留水量，由控制系统在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大水量计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量；
21.步骤五、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤四的结果向供水控制设备发出关闭或开启的控制信号指令，如果开启供水则控制系统在满足条件时向供水控制设备发出关闭的控制信号指令以结束该时间段的供水，依此循环完成一天的供水。
22.所述步骤一中划分时间段的方法为：根据工作日一天用水高峰低谷情况将工作日一天分成n1个时间段，不同时间段的时长可以不同，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；根据休息日一天用水高峰低谷情况将休息日一天分成n2个时间段，不同时间段的时长可以不同，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
23.所述步骤二中计算平均流出水量和最大流出水量的方法为：
24.s1：通过监测设备获得实时的出口流量数据；
25.s2：剔除无效的出口流量数据；
26.s3：根据得到的有效出口流量数据计算不同日期各个时间段的流出水量；
27.s4：计算若干工作日或休息日各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
28.所述s1中获得实时出口流量数据的方法有两种，第一种方法是通过出口流量计直接获得实时的出口流量数据，第二种方法是通过进口流量计获得实时的进口流量数据以及通过液位计获得实时的液位数据，再以此计算得到实时的出口流量数据，此时得到进口流量数据和液位数据的间隔时间和数据总个数就是出口流量数据的间隔时间和数据总个数，第二种方法的计算公式为：
[0029][0030][0031]
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流
量，h
a/i/b
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位，h
a/i/(b
‑
1)
表示h
a/i/b
的前一个液位数据，s表示水箱的纵截面面积，t表示相邻两个数据的间隔时间；
[0032]
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，h
c/j/d
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位，h
c/j/(d
‑
1)
表示h
c/j/d
的前一个液位数据，s表示水箱的纵截面面积，t表示两个数据的间隔时间。
[0033]
所述s2中，在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失；如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效而被剔除，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算；用t表示两个相邻出口流量数据的间隔时间，用n
i
表示在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，用n
j
表示在休息日j时间段内出口流量数据的总个数。
[0034]
所述s3中，计算不同日期各个时间段流出水量的方法为：
[0035][0036][0037]
式(3)中表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，n
i
表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，和t的含义同前；
[0038]
式(4)中表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，n
j
表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，和t的含义同前。
[0039]
所述s4中，计算若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
[0040][0041][0042][0043][0044]
式(5)和式(6)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，表示统计最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，表示统计最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
[0045]
式(7)和式(8)中表示统计最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，
表示统计最近n个休息日在j时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
[0046]
所述步骤三中计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
[0047]
w
i
＝max{w
i/p
，w
i/q
}
ꢀꢀ
(9)
[0048][0049][0050]
w
j
＝max{w
j/p
，w
j/q
}
ꢀꢀ
(12)
[0051][0052][0053]
式(9)中w
i
表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，w
i/p
和w
i/q
是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符；
[0054]
式(10)和式(11)中n1表示工作日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(imodn1+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数n1的要求，k1和k2是人为设定的两个参数，k1的范围为0.4
‑
1.0，k2的范围为0.05
‑
0.6，h0是水箱储水允许的最低液位，s表示水箱的纵截面面积；
[0055]
式(12)中w
j
表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，w
j/p
和w
j/q
是为方便计算而设置的中间变量；
[0056]
式(13)和式(14)中n2表示休息日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(jmodn2+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数n2的要求，k3和k4是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4
‑
1.0，k4的范围为0.05
‑
0.6。
[0057]
所述步骤四中计算得到水箱实时存留水量的方法为：
[0058][0059][0060]
式(15)中表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，s表示水箱的纵截面面积，表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量；
[0061]
式(16)中表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量。
[0062]
所述步骤四中在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
[0063]
w
m
＝h
m
·
s
ꢀꢀ
(17)
[0064]
[0065][0066]
式(17)中w
m
表示水箱的最大水量，h
m
表示水箱允许的最高液位；
[0067]
式(18)中表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
[0068]
式(19)中表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量；s、w
i
、w
j
和的含义同前。
[0069]
所述步骤五中确定一个时间段是否给水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据或是否等于零来确定是否给水箱供水，当或等于0时，控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令，当或不等于0时，控制系统向供水控制设备发出开启向水箱供水的控制信号指令。
[0070]
所述步骤五中确定一个时间段内已开启供水控制设备何时关闭的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计实时检测水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令停止供水，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
[0071][0072][0073][0074][0075]
式(20)中表示在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，t表示两个相邻进口流量数据的间隔时间；
[0076]
式(21)中表示在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
[0077]
采用本发明的优点在于：
[0078]
1、本发明适用于对高位水箱和低位水箱用定量的方式按需供水，通过大数据统计分析得到水箱在工作日或休息日不同时间段的用水特征(平均流出水量和最大流出水量)，根据用水特征及水箱最低液位计算出在工作日或休息日不同时间段开始时刻的理论存留
水量，再结合水箱的实际存留水量和最高液位在工作日或休息日不同时间段的开始时刻计算出该时间段的理论流入水量，按照计算出的理论流入水量给水箱供水就实现了用定量的方式按需存水，从而有效地减少自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。
[0079]
2、本发明针对工作日和休息日用水特征完全不同的实际情况，将工作日和休息日分开来进行统计分析，将统计分析工作日得到的用水特征用于工作日的供水控制，将统计分析休息日得到的用水特征用于休息日的供水控制，既避免了在休息日储水过多的问题又避免了在工作日储水不够的问题，从而实现更精确有效地控制供水。
[0080]
3、本发明最终的计算结果为理论流入水量，根据理论流入水量来实现对自来水在水箱中停留时间的控制，在实际中控制流入水量比较容易实现，本发明通过比较累计流入水量和理论流入水量的大小就非常方便地实现了对流入水量的控制，从而大大方便了将该技术应用于实际中。
[0081]
4、本发明在计算理论存留水量时考虑了水箱存在无效体积的实际情况，根据实际中水箱储水允许的最低液位计算得到水箱的无效体积，将正常的理论存留水量计算结果与水箱无效体积之和作为最终的水箱理论存留水量，从而确保以此进行的供水控制不会出现储水不足的情况，且能够防止出水管空管的发生。
[0082]
5、本发明在计算理论流入水量时考虑了水箱允许的最高液位，根据最高液位计算得到水箱的最大储水量，并特别限定水箱的实时存留水量与理论流入水量的合计不能超过水箱的最大储水量，从而避免了因供水超过水箱最大储水量时导致的自来水浪费。
[0083]
6、本发明对时间段的划分采取了灵活的划分方法，不要求均分，强调根据用水的高峰期和低谷期实际的用水特征进行划分，从而既保证了用水高峰期的用水充足，又避免了用水低谷期对水泵的频繁启动和关闭，增加了水泵使用的寿命。
[0084]
7、本发明在统计计算用水特征时，有数据缺失日期的数据不纳入计算用水特征，这样能够保证统计计算的结果更准确。
[0085]
8、本发明使用平均流出水量和最大流出水量来体现用水特征，比单纯使用平均出口流量来体现用水特征更准确更贴切，一方面用水特征更应该是水量，而不是流量，另一方面引入最大流出水量的概念能够反映出用水量的范围，从而保证在极端情况下储水也够使用。
[0086]
9、本发明对于出口流量给出了两种获取方法，其中通过进口流量和液位数据计算出口流量的方法对于不方便监测水箱出口流量的情况具有重要的意义。
附图说明
[0087]
图1为本发明的结构示意图。
[0088]
图2为本发明的功能示意图。
具体实施方式
[0089]
本发明提供了一种二次供水水箱的智能供水方法，所述智能供水方法使用的设备或装置包括水箱、进口流量计、液位计、供水控制设备、智能控制器和远程控制器。智能控制器包括数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块、通讯模块、控制模块和电源模块，数据
采集模块分别与进口流量计、液位计、数据处理模块和电源模块连接，数据存储模块分别与数据处理模块和电源模块连接，数据处理模块分别与数据采集模块、数据存储模块、通讯模块、控制模块和电源模块连接，通讯模块分别与远程控制器、数据处理模块和电源模块连接，控制模块分别与数据处理模块、电源模块和供水控制设备连接，电源模块与外接电源和所有其他模块连接，为其他各个模块供电。进口流量计、液位计和供水控制设备均为现有市售常规产品，智能控制器为自制的控制电路板，远程控制器为一台研华科技生产的ipc
‑
610l工控机。
[0090]
本发明适用于对高位水箱或低位水箱的智能供水，当水箱为低位水箱时，供水控制设备为进水电磁阀；当水箱为高位水箱时，供水控制设备为水泵。进口流量计安装于水箱的进水管上，每分钟采集一个流量数据，单位为l/min，并将数据实时传输到智能控制器。液位计安装于水箱内部，每分钟采集一个水箱液位数据，单位为dm，并将数据实时传输到智能控制器。供水控制设备安装于水箱进水管上，能接受智能控制器发送的“开启”或“关闭”的控制信号指令并按控制信号指令开关供水控制设备；智能控制器安装在水箱旁，智能控制器具有采集数据、存储数据、处理数据、接收数据及指令、发送数据及指令的功能；远程控制器安装在二次供水管理中心，用于向智能控制器发送软件升级版本数据及升级指令，向智能控制器发送各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令，向智能控制器发出强制性“开启”或“关闭”供水控制设备的控制信号指令，接收智能控制器存储的所有数据及报警信号。
[0091]
具体的，智能控制器的采集数据功能是通过智能控制器中的数据采集模块实现的，数据采集模块与进口流量计和液位计连接并实时采集水箱的进口流量数据和液位数据。
[0092]
智能控制器的存储数据功能是通过智能控制器中的数据存储模块实现的，数据存储模块能够将数据采集模块实时采集到的进口流量数据和液位数据存储下来，能够将数据处理模块的计算结果存储下来，能够将通讯模块接收到的软件升级版本数据及升级指令存储下来，能够将通讯模块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，能够将控制模块发出的控制信号指令存储下来。
[0093]
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通讯模块实现的，通讯模块通过无线传输方式接收远程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”供水控制设备的控制信号指令。
[0094]
智能控制器的发送控制信号指令功能是通过智能控制器中的控制模块实现的，控制模块在接收到数据处理模块的控制信号指令后能够向供水控制设备发送“开启”或“关闭”的控制信号指令。
[0095]
智能控制器的处理数据功能是通过智能控制器中的数据处理模块实现的，数据处理模块与其它各个模块连接，起到管理中心的作用，同时能够进行各种计算并根据计算结果发出相应的命令。
[0096]
实施例1
[0097]
本实施例提供了一种能够对二次供水水箱按需供水的智能供水方法，现以水箱为低位水箱、供水控制设备为进水电磁阀为例来进行说明，其结构如图1、2所示，其具体包括以下步骤：
[0098]
步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段。
[0099]
本步骤中划分时间段的方法为：根据工作日一天用水高峰低谷情况将工作日一天分成n1个时间段，不同时间段的时长可以相同，也可以不同，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；根据休息日一天用水高峰低谷情况将休息日一天分成n2个时间段，不同时间段的时长可以相同，也可以不同，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
[0100]
步骤二、通过监测设备连续多天实时检测水箱在工作日或休息日一天不同时间段的出口流量，再由控制系统根据检测得到的出口流量计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段的平均流出水量和最大流出水量。
[0101]
本步骤中计算平均流出水量和最大流出水量的方法为：
[0102]
s1：通过监测设备获得实时的出口流量数据；
[0103]
s2：剔除无效的出口流量数据；
[0104]
s3：根据得到的有效出口流量数据计算不同日期各个时间段的流出水量；
[0105]
s4：计算若干工作日或休息日各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
[0106]
步骤s1中获得实时出口流量数据的方法有两种，第一种方法是通过出口流量计直接获得实时的出口流量数据，此时可设定获得的工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量为以及设定获得的休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量为第二种方法是通过进口流量计获得实时的进口流量数据以及通过液位计获得实时的液位数据，再以此计算得到实时的出口流量数据，此时得到进口流量数据和液位数据的间隔时间和数据总个数就是出口流量数据的间隔时间和数据总个数，第二种方法的计算公式为：
[0107][0108][0109]
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，h
a/i/b
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位，h
a/i/(b
‑
1)
表示h
a/i/b
的前一个液位数据，s表示水箱的纵截面面积，t表示相邻两个数据的间隔时间。
[0110]
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，h
c/j/d
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位，h
c/j/(d
‑
1)
表示h
c/j/d
的前一个液位数据，s表示水箱的纵截面面积，t表示两个数据的间隔时间。
[0111]
步骤s2中，在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口
流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失；如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效而被剔除，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算；用t表示两个相邻出口流量数据的间隔时间，用n
i
表示在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，用n
j
表示在休息日j时间段内出口流量数据的总个数。
[0112]
步骤s3中，计算不同日期各个时间段流出水量的方法为：
[0113][0114][0115]
式(3)中表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，n
i
表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，和t的含义同前。
[0116]
式(4)中表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，n
j
表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，和t的含义同前。
[0117]
步骤s4中，计算若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
[0118][0119][0120][0121][0122]
式(5)和式(6)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，表示统计最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，表示统计最近n个休息日在j时间段的平均流出水量。
[0123]
式(7)和式(8)中表示统计最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，表示统计最近n个休息日在j时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
[0124]
步骤三、由控制系统根据步骤二的结果计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
[0125]
本步骤中计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
[0126]
w
i
＝max{w
i/p
，w
i/q
}
ꢀꢀ
(9)
[0127][0128][0129]
w
j
＝max{w
j/p
，w
j/q
}
ꢀꢀ
(12)
[0130][0131][0132]
式(9)中w
i
表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，w
i/p
和w
i/q
是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符。
[0133]
式(10)和式(11)中n1表示工作日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(imodn1+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数n1的要求，k1和k2是人为设定的两个参数，k1的范围为0.4
‑
1.0，k2的范围为0.05
‑
0.6，h0是水箱储水允许的最低液位。
[0134]
式(12)中w
j
表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，w
j/p
和w
j/q
是为方便计算而设置的中间变量。
[0135]
式(13)和式(14)中n2表示休息日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(jmodn2+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数n2的要求，k3和k4是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4
‑
1.0，k4的范围为0.05
‑
0.6。
[0136]
步骤四、通过液位计实时检测水箱的液位，由此计算出水箱的实时存留水量，由控制系统在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大水量计算水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量。
[0137]
本步骤中计算得到水箱实时存留水量的方法为：
[0138][0139][0140]
式(15)中表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，s表示水箱的纵截面面积，表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量。
[0141]
式(16)中表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量。
[0142]
本步骤中在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
[0143]
w
m
＝h
m
·
s
ꢀꢀ
(17)
[0144][0145][0146]
式(17)中w
m
表示水箱的最大水量，h
m
表示水箱允许的最高液位。
[0147]
式(18)中表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
[0148]
式(19)中表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量；s、w
i
、w
j
和的含义同前。
[0149]
步骤五、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤四的结果向供水控制设备发出关闭或开启的控制信号指令，如果开启供水则控制系统在满足条件时向供水控制设备发出关闭的控制信号指令以结束该时间段的供水，依此循环完成一天的供水。
[0150]
本步骤中确定一个时间段是否给水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据或是否等于零来确定是否给水箱供水，当或等于0时，控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令，当或不等于0时，控制系统向供水控制设备发出开启向水箱供水的控制信号指令。
[0151]
本步骤中确定一个时间段内已开启供水控制设备何时关闭的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计实时检测水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令停止供水，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
[0152][0153][0154][0155][0156]
式(20)中表示在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，t表示两个相邻进口流量数据的间隔时间。
[0157]
式(21)中表示在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
[0158]
实施例2
[0159]
为了进一步证实实施例1所述方法的准确性、有效性和实用性，现申请人结合具体的实际数据对实施例1的方案作进一步描述，具体如下：
[0160]
设定使用的水箱为位于园区泵房内的低位水箱，其容积为55
×
30
×
20＝33000dm3，水箱纵截面积为1650dm2，水箱储水允许的最低液位为2.5dm，水箱储水允许的最
高液位为18dm。
[0161]
具体的,所述步骤一中划分时间段的方法为：将工作日一天分成如下5个时间段，0:00
‑
7:59、8:00
‑
11:59、12:00
‑
15:59、16:00
‑
19:59、20:00
‑
23:59，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；将休息日一天分成以下3个时间段，0:00
‑
9:59、10:00
‑
16:59、17:00
‑
23:59，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
[0162]
所述步骤二s1中获得实时出口流量数据的方法为：在水箱进水管上安装一个流量计，在水箱内安装一个液位计，通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到实时的出口流量数据，相邻两个进口流量数据和相邻两个水箱液位数据的间隔时间为1min，由此计算得到相邻两个出口流量数据的间隔时间也为1min，由此在工作日不同时间段出口流量数据的总个数分别为480、240、240、240、240，在休息日不同时间段出口流量数据的总个数分别为600、420、420；根据进口流量数据和水箱液位数据计算出口流量数据的方法为：
[0163][0164][0165]
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，单位为l/min，表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，单位为l/min，h
a/i/b
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位,单位为dm，h
a/i/(b
‑
1)
表示h
a/i/b
的前一个液位数据，单位为dm，水箱的纵截面面积为1650dm2，相邻两个数据的间隔时间为1min；式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，单位为l/min，表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，单位为l/min，h
c/j/d
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位,单位为dm，h
c/j/(d
‑
1)
表示h
c/j/d
的前一个液位数据,单位为dm。
[0166]
所述步骤二s2中剔除无效出口流量数据的方法为：在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失。如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效而被剔除，被视为无效而被剔除的出口流量数据不能用于后期计算。
[0167]
本实施例统计了2020年9月19日至11月14日的出口流量数据，其中9月23日出口流量数据由于数据不完整而未纳入统计计算，纳入统计计算的工作日有36天，休息日有21天。
[0168]
所述步骤二s3中计算各个时间段流出水量的方法为：
[0169]
[0170][0171]
式(3)中表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，单位为l，n
i
表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，相邻两个出口流量数据的间隔时间为1min，的含义同前；式(4)中表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，单位为l，n
j
表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，相邻两个出口流量数据的间隔时间为1min，的含义同前。
[0172]
本步骤中，统计计算得到的工作日流出水量数据见下表1，统计计算得到的休息日流出水量数据见下表2，如下：
[0173]
表1
[0174]
[0175][0176]
表2
[0177][0178]
所述步骤二s4中计算各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
[0179]
[0180][0181][0182][0183]
式(5)和式(6)中用于统计计算的工作日为36天，用于统计计算的休息日为21天，表示统计最近36个工作日在i时间段的平均流出水量，单位为l，表示统计最近21个休息日在j时间段的平均流出水量，单位为l。
[0184]
式(7)和式(8)中表示统计最近36个工作日在i时间段流出水量的最大值，单位为l，表示统计最近21个休息日在j时间段流出水量的最大值，单位为l，max{}为求最大值的运算符。
[0185]
本步骤中，统计计算得到的工作日不同时间段平均流出水量和最大流出水量结果见下表3，统计计算得到的休息日不同时间段平均流出水量和最大流出水量结果见下表4，如下：
[0186]
表3
[0187]
时间段00
‑
0808
‑
1212
‑
1616
‑
2020
‑
24平均流出水量105607026994360905936最大流出水量1653510128130441257311310
[0188]
表4
[0189]
时间段00
‑
1010
‑
1717
‑
24平均流出水量8922856210311最大流出水量121241562016988
[0190]
所述步骤三中计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
[0191]
w
i
＝max{w
i/p
，w
i/q
}
ꢀꢀ
(9)
[0192][0193][0194]
w
j
＝max{w
j/p
，w
j/q
}
ꢀꢀ
(12)
[0195][0196][0197]
式(9)中w
i
表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，单位为l，w
i/p
和w
i/q
是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符。
[0198]
式(10)和式(11)中工作日一天内时间段的总个数为5，mod是求余运算符，(imod 5+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数5的要求，0.7和0.15是人为设定的两个参数，水箱储水允许的最低液位为2.5dm，水箱纵截面积为1650dm2。
[0199]
式(12)中w
j
表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，单位为l，w
j/p
和w
j/q
是为方便计算而设置的中间变量。
[0200]
式(13)和式(14)中休息日一天内时间段的总个数为3，(jmod 3+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数3的要求，0.7和0.15是人为设定的两个参数。
[0201]
本步骤中，水箱在工作日不同时间段开始时刻的理论存留水量的计算结果见下表5，水箱在休息日不同时间段开始时刻的理论存留水量的计算结果见下表6，如下：
[0202]
表5
[0203]
时间段00
‑
0808
‑
1212
‑
1616
‑
2020
‑
24w
i/q
1960318111183311437017453w
i/q
2171415744180831758817019理论存留水量2171418111183311758817453
[0204]
表6
[0205]
时间段00
‑
1010
‑
1717
‑
24w
j/p
190401990520681w
j/q
175332129222451理论存留水量190402129222451
[0206]
所述步骤四中计算水箱实时存留水量的方法为：
[0207][0208][0209]
式(15)中表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，水箱纵截面积为1650dm2，表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量。
[0210]
式(16)中表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量。
[0211]
所述步骤四中在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
[0212]
w
m
＝h
m
·
s＝18
×
1650＝29700dm3ꢀꢀ
(17)
[0213][0214][0215]
式(17)中w
m
表示水箱的最大水量，水箱允许的最高液位h
m
为18dm。
[0216]
式(18)中表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
[0217]
式(19)中表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量；s、w
i
、w
j
和的含义同前。
[0218]
本实施例中，11月15日为休息日，在该日各个时间段开始时刻计算的各个时间段的理论流入水量见下表7；11月16日为工作日，在该日各个时间段开始时刻计算的各个时间段的理论流入水量见下表8，如下：
[0219]
表7
[0220][0221][0222]
表8
[0223]
时间段00
‑
0808
‑
1212
‑
1616
‑
2020
‑
24理论存留水量2171418111184042376417453开始时刻存留水量2018671119226511016849最高液位水量2970029700297002970029700理论流入水量152811000917818654604
[0224]
所述步骤五中确定一个时间段是否给水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据或是否等于零来确定是否给水箱供水，当或等于0时，控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令，当或不等于0时，控制系统向供水控制设备发出开启向水箱供水的控制信号指令。
[0225]
本实施例中，在11月15日第一个时间段的开始时刻计算的理论流入水量等于零，故控制系统向进水电磁阀发出关闭的控制信号指令，在该日其它2个时间段开始时刻计算的理论流入水量均大于零，故控制系统在这两个时间段的开始时刻向进水电磁阀发出开启的控制信号指令；在11月16日所有时间段开始时刻计算的理论流入水量均大于零，故控制系统在该日所有时间段的开始时刻向进水电磁阀发出开启的控制信号指令。
[0226]
所述步骤五中确定一个时间段内已开启供水控制设备何时关闭的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计实时检测水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向供水控制设备发出关闭向水箱供水的控制信号指令停止供水，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
[0227]
[0228][0229][0230][0231]
式(20)中表示在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，两个相邻进口流量数据的间隔时间为1min。
[0232]
式(21)中表示在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，表示实时检测得到的在日期为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
[0233]
本实施例中，在11月15日的10:00时计算的理论流入水量为12339l，控制系统在10:00时向进水电磁阀发出开启的控制信号指令，随后每分钟计算一次累计流入水量，在11:04分时计算的累计流入水量大于12339l，控制系统随即向进水电磁阀发出关闭的控制信号指令；在11月16日的00:00时计算的理论流入水量为1528l，控制系统向进水电磁阀发出开启的控制信号指令，随后每分钟计算一次累计流入水量，在00:10分时计算的累计流入水量大于1528l，控制系统随即向进水电磁阀发出关闭的控制信号指令。
[0234]
由上述具体实际数据可知，本发明能够根据用水特征及水箱最低液位计算出在工作日或休息日不同时间段开始时刻的理论存留水量，再结合水箱的实际存留水量和最高液位在工作日或休息日不同时间段的开始时刻计算出该时间段的理论流入水量，并按照计算出的理论流入水量给高位水箱和低位水箱供水就实现了用定量的方式按需存水，从而有效地减少自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。