本發(fā)明涉及一種智能供水裝置及方法。

背景技術(shù)：

利用變頻器驅(qū)動的水泵對后端用戶進(jìn)行增壓供水已日益成為生產(chǎn)、生活供水的主要方式，此種供水方式通常采用恒壓供水的變頻器控制策略，即以水泵出水側(cè)水壓保持恒定為目標(biāo)對變頻器進(jìn)行PI或PID控制。例如，在印染行業(yè)中，水蒸氣和水是兩個(gè)必不可少的要素。企業(yè)為了節(jié)能，降低成本的考慮，通常會建造一個(gè)儲水池將使用完后的水蒸氣進(jìn)行回收利用，此時(shí)儲水池中回收的液化的水是有一定溫度，在某些工藝中，利用這些回收的水，不但水質(zhì)好，而且可以減少水的加熱能耗，當(dāng)然水的費(fèi)用也是有節(jié)約的，在經(jīng)濟(jì)效益上存在較高的可行性。通常采用的方案是增加一個(gè)增壓水泵，對儲水池的出水進(jìn)行增壓后向后端供水，通常根據(jù)實(shí)際需求采用變頻器來控制增壓水泵的輸出。圖1顯示了一種可采用的智能供水系統(tǒng)，圖中，1為儲水池、2為水管、3為變頻器、4為壓力檢測裝置、5為增壓水泵、6為出水口調(diào)節(jié)閥門，變頻器3內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器。壓力檢測裝置4實(shí)時(shí)檢測出水側(cè)水壓P并傳輸給PI調(diào)節(jié)器，如圖2所示，PI調(diào)節(jié)器將出水側(cè)水壓P作為反饋值與預(yù)設(shè)的指令壓力值Pref進(jìn)行比較后輸出相應(yīng)的頻率指令f給變頻器3，增壓水泵5的轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而控制出水側(cè)的水壓保持恒定或者出水流量保持恒定。

目前，研究人員對于智能供水方法的研究主要集中在變頻器運(yùn)行中的控制目標(biāo)快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。對于變頻器的啟動和停止操作研究較少，現(xiàn)有技術(shù)基本上是通過設(shè)置的水壓上、下限來實(shí)現(xiàn)變頻器的啟動和停止控制，當(dāng)出水側(cè)水壓監(jiān)測值低于水壓下限，則啟動變頻器，當(dāng)出水側(cè)水壓監(jiān)測值高于水壓上限，則停止變頻器。

在實(shí)際的使用環(huán)境下，上述變頻器的啟動和停止控制方式往往容易導(dǎo)致變頻器、水泵的頻繁啟動、關(guān)停，會降低設(shè)備的正常使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種智能供水裝置，針對實(shí)際情況對變頻器的啟動和停止控制方式進(jìn)行了優(yōu)化，可一定程度上延長設(shè)備的正常使用壽命。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

一種智能供水裝置，包括：

泵，用于將水增壓后輸送；

變頻器，用于驅(qū)動所述泵變速運(yùn)行；

壓力傳感器，用于對所述泵的排出側(cè)水壓進(jìn)行采樣；

控制單元，用于對所述變頻器進(jìn)行控制，其對變頻器的啟動、停止的控制方法具體如下：

當(dāng)排出側(cè)水壓采樣值低于預(yù)設(shè)的第一啟動水壓閾值并維持一段時(shí)間T₁，且在此后的一段時(shí)間T₂內(nèi)，排出側(cè)水壓采樣值的最大值未超過預(yù)設(shè)的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動；

在變頻器運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)排出側(cè)水壓采樣值高于預(yù)設(shè)的關(guān)停水壓閾值且持續(xù)一段時(shí)間T₃，或者變頻器的運(yùn)行頻率低于預(yù)設(shè)的最小運(yùn)行頻率且持續(xù)一段時(shí)間T₄，則控制變頻器停止；

第一啟動水壓閾值<第二啟動水壓閾值<關(guān)停水壓閾值。

優(yōu)選地，在變頻器運(yùn)行過程中，控制單元以使所述泵的排出側(cè)水壓保持恒定的預(yù)設(shè)壓力為目標(biāo)對變頻器進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述控制單元為PI或PID控制單元。

根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術(shù)方案：

一種智能供水方法，通過變頻器驅(qū)動泵做變速運(yùn)行以將水增壓后輸送；所述變頻器的啟動、停止控制方法具體如下：

當(dāng)泵的排出側(cè)水壓采樣值低于預(yù)設(shè)的第一啟動水壓閾值并維持一段時(shí)間T₁，且在此后的一段時(shí)間T₂內(nèi)，排出側(cè)水壓采樣值的最大值未超過預(yù)設(shè)的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動；

在變頻器運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)泵的排出側(cè)水壓采樣值高于預(yù)設(shè)的關(guān)停水壓閾值且持續(xù)一段時(shí)間T₃，或者變頻器的運(yùn)行頻率低于預(yù)設(shè)的最小運(yùn)行頻率且持續(xù)一段時(shí)間T₄，則控制變頻器停止；

第一啟動水壓閾值<第二啟動水壓閾值<關(guān)停水壓閾值。

優(yōu)選地，在變頻器運(yùn)行過程中，以使所述泵的排出側(cè)水壓保持恒定的預(yù)設(shè)壓力為目標(biāo)對變頻器進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，對變頻器進(jìn)行PI控制或PID控制。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明針對實(shí)際使用環(huán)境對智能供水裝置中水泵變頻器的啟動和停止控制方式進(jìn)行了優(yōu)化，可有效減少不必要的變頻器、水泵的啟動，從而在一定程度上延長設(shè)備的正常使用壽命。

附圖說明

圖1為智能供水系統(tǒng)實(shí)例，其中，1為儲水池、2為水管、3為變頻器、4為壓力檢測裝置、5為增壓水泵、6為出水口調(diào)節(jié)閥門；

圖2為PI調(diào)節(jié)器原理示意圖；

圖3為用水閥門短時(shí)間打開后又關(guān)閉的情況下出水側(cè)水壓的變化情況；

圖4為用水閥門打開正常用水的情況下出水側(cè)水壓的變化情況；

圖5為本發(fā)明智能供水裝置中變頻器的啟動和停止控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：

以圖1所示智能供水裝置為例，假設(shè)其所采用的是現(xiàn)有的變頻器自動啟動控制方案，即控制單元將壓力檢測裝置4采樣得到的排出側(cè)水壓采樣值P與預(yù)設(shè)的啟動水壓閾值P_min相比較，一旦檢測到排出側(cè)水壓采樣值P低于P_min（或者排出側(cè)水壓采樣值P低于P_min的狀態(tài)達(dá)到預(yù)設(shè)的一段時(shí)間），則控制變頻器啟動，進(jìn)而驅(qū)動水泵啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。

但經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，采用上述方案的智能供水裝置在實(shí)際使用中存在一種現(xiàn)象：當(dāng)用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門時(shí)，又迅速關(guān)閉，其壓力檢測裝置所采樣的水泵排出側(cè)水壓如圖3所示；從圖中可以看出，若采用常規(guī)判定方法，則會啟動變頻器和電機(jī)，進(jìn)行增壓供水，也就是說，當(dāng)用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門后又迅速關(guān)閉，此刻變頻器和電機(jī)是被啟動的。在這種情況下，用戶其實(shí)是不希望啟動電機(jī)的，為了避免此種情況的發(fā)生，通過研究分析，對比當(dāng)用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門，正常用水（即不進(jìn)行迅速關(guān)閉的操作）的壓力變化（如圖4所示）。發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)特征：當(dāng)用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門的關(guān)斷時(shí)間的不同，其壓力傳感器所采樣的排出側(cè)壓力也是不同的，其具體規(guī)律是出水口調(diào)節(jié)閥門開、關(guān)之間的時(shí)間間隔與壓力傳感器采樣的峰值點(diǎn)Pp有關(guān)（二者成反比，關(guān)斷的越快，管道內(nèi)最高水壓點(diǎn)Pp越高）。

本發(fā)明即基于此種特征，設(shè)計(jì)了水泵變頻器的啟動判據(jù)：當(dāng)泵的排出側(cè)水壓采樣值低于預(yù)設(shè)的第一啟動水壓閾值并維持一段時(shí)間T₁（為了防止水壓瞬時(shí)波動對檢測的干擾，優(yōu)選T₁ 大于等于1ms）且在此后的一段時(shí)間T₂內(nèi)（T₂ 優(yōu)選0.1s～5s），排出側(cè)水壓采樣值的最大值未超過預(yù)設(shè)的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動。這樣可以有效的避免上述問題，從而減少不必要的變頻器、水泵的啟動，在一定程度上延長設(shè)備的正常使用壽命。

本發(fā)明智能供水裝置中變頻器的啟動和停止控制流程如圖5所示，具體如下：

當(dāng)用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門時(shí)，先由儲水池的當(dāng)前儲水靜壓的作用，開始出水，此時(shí)壓力傳感器的采樣供水壓力值P會迅速下降，當(dāng)?shù)陀趦λ刈钚」┧o壓力Pmin時(shí)并持續(xù)一段預(yù)設(shè)時(shí)間T₁，并且在之后的一段時(shí)間T₂內(nèi)，壓力傳感器的采樣供水壓力的最大值Pp小于PL(PL為預(yù)設(shè)的第二啟動水壓閾值)，也就說明在這段時(shí)間內(nèi)，沒有關(guān)閉閥門或?qū)㈤y門關(guān)小的動作（因?yàn)殛P(guān)閉閥門的動作將使得管道內(nèi)的水壓增大)，則啟動變頻器驅(qū)動增壓水泵運(yùn)行；如果在規(guī)定時(shí)間T₂內(nèi)，Pp大于PL，則說明有關(guān)閉閥門或?qū)㈤y門關(guān)小的動作，此種情況下變頻器不啟動。

變頻器啟動后，通過不斷的PI或PID動態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。具體可采用現(xiàn)有的各種控制策略，此處不再贅述。

當(dāng)用戶用水需求量減小，管道內(nèi)的靜壓能滿足用水需求或者無需用水的時(shí)候，用戶關(guān)小或關(guān)閉出水口調(diào)節(jié)閥門，此時(shí)由于變頻器繼續(xù)驅(qū)動增壓水泵工作而閥門關(guān)小或關(guān)閉，因此壓力檢測裝置的采樣的管道內(nèi)的供水壓力值逐漸變大，即PI或PID控制器的反饋壓力逐漸變大，當(dāng)反饋壓力值大于設(shè)定的指令壓力值Pref時(shí)，PI或PID控制器的輸出頻率指令f開始減小，增壓水泵的轉(zhuǎn)速開始降低，當(dāng)反饋水壓值繼續(xù)增大時(shí)，頻率指令f繼續(xù)減小，當(dāng)f小于設(shè)定最小值fmin并保持設(shè)定的時(shí)間T₄后（其中T₄ 優(yōu)選大于等于1s），則控制變頻器停機(jī)?；蛘?，在增壓水泵大功率工作時(shí)，當(dāng)用戶不需要用水的時(shí)候，關(guān)閉出水口閥門，則管道內(nèi)的水壓會迅速上升，此時(shí)PI或PID控制器還未來得及將輸出頻率指令調(diào)節(jié)至最小值fmin以下，而管道內(nèi)的水壓已經(jīng)突破了最大壓力設(shè)定值，則在水壓大于最大壓力設(shè)定值的情況維持了一段設(shè)定的時(shí)間T₃后（其中T₃ 優(yōu)選為1ms～1s，下限選取1ms是為了防止水壓的瞬時(shí)波動對檢測產(chǎn)生的影響，上限取1s則是為了能對過壓情況迅速的反應(yīng)），智能停機(jī)變頻器。