超高层建筑自动接力供水设备控制系统及控制方法

摘要

本发明提供一种超高层建筑自动接力供水设备控制系统及控制方法，其特点是：所述控制系统是由上位工业控制计算机、下位主控制系统、从控制系统构成，所述从控制系统是由供水专用交流变频器、I/O控制模块、压力采集模块、电动阀控制器、低压控制系统组成闭环控制系统，从控制系统驱动增压泵。所述下位机主控制系统是通过现场总线接受从控制系统发送来的相关参数及对整套从控制系统进行有效控制；还通过现场总线向上位工业控制计算机发送从控制系统运行的主要参数、状态和相应报警信息，并且在手动模式下，接收远程监控操作系统发送的控制指令。实现多级供水设备的联动接力供水，使整套设备处于联锁控制状态，以达到全自动运行，无需人为进行操作的目的。

说明书

技术领域

本发明属于供水设备技术领域，特别涉及超高层建筑供水设备控制系统及控制方法的改进，具体说是一种超高层建筑自动接力供水设备控制系统及控制方法。

背景技术

随着社会发展，30层以上的超高层建筑层出不穷，目前，这种超高层建筑的供水采用的方法是：将超高层建筑分为多个供水等级，在不同的等级，即相应的楼层上，修建多个大型水池，将供水管网的自来水放入池中，再通过水泵进行加压为用户供水。这种供水方式由于需要修建水池，占地面积较大；生活用水取自大型水池，存在着水的二次污染问题，对用户的健康造成损害；另外，供水管网的自来水进入水池后，管网的压力自然消除，需要在零压力状态下重新用水泵加压为用户供水，这就需要选用大功率的水泵，而在中低层又要加设减压阀，使已经加压的水再次减压，造成能源浪费；大功率的水泵在运行时噪音也很大。

另外，这种供水系统的控制方法是在每套加压泵组旁加一控制柜进行单独控制，管理人员要到每级供水控制柜所在楼层查看，当设备出现故障时，不能在第一时间发现及排除故障，影响用户用水；日常维护和检修也要到设备所在楼层进行，造成很多的不便。

本申请人不久前向中国专利局申报的名为“超高层建筑接力加压无负压二次供水设备”的实用新型专利申请，就是针对上述问题而提出接力供水的技术方案，这种供水设备至少包括两套无负压供水设备，通过串联连接，其中一套为低区无负压供水设备，低区无负压供水设备的进水口与自来水管网连接，低区无负压供水设备的两路出水口一路供给低区用户，一路与另外一套无负压供水设备的进水口连接，另外一套无负压供水设备的出水口接中区或高区用户，低区无负压供水设备设置在建筑的低层，其他无负压供水设备设置在建筑的低层以上。但是，该专利申请的技术方案是针对供水设备的机械部分，而未对控制系统及控制方法提出详细而具体的技术方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有超高层建筑多级供水系统存在的问题和不足，提供一种超高层建筑自动接力供水设备控制系统及控制方法，实现多级供水设备的联动接力供水，使整套设备处于联锁控制状态，以达到全自动运行，无需人为进行操作的目的，既可节省能源，也为工作人员提供了方便。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种超高层建筑自动接力供水设备控制系统，其特征在于：所述控制系统是由上位工业控制计算机、下位主控制系统、从控制系统构成，所述从控制系统是由供水专用交流变频器、I/O控制模块、压力采集模块、电动阀控制器、低压控制系统组成闭环控制系统，从控制系统驱动增压泵。

对上述供水设备控制系统的改进：所述下位机主控制系统是通过现场总线接收从控制系统发送来的相关参数及对整套从控制系统进行有效控制；另外，主控制系统还通过现场总线向上位工业控制计算机发送从控制系统运行的主要参数、状态和相应报警信息，并且在手动模式下，接收远程监控操作系统发送的控制指令。

一种超高层建筑自动接力供水设备的控制方法，其特征在于：由上位工业控制计算机、下位主控制系统、从控制系统构成控制系统，所述从控制系统是由供水专用交流变频器、I/O控制模块、压力采集模块、电动阀控制器、低压控制系统组成闭环控制系统；具体控制步骤如下：

首先，需要检测供水设备的进水口，即自来水管网压力，当进水口的压力大于等于启动压力时，第一套从控制系统延时设定时间后，将驱动增压泵；出水口压力达到并稳定在设定压力，并且满足此套系统用户用水要求，当进水口的压力小于停止压力时，所有设备即包括第一套从控制系统及以上的从控制系统停止运行；

然后，开始下一从控制系统运行，当检测到此控制系统进水口的压力大于等于启动压力时，第二套从控制系统延时设定时间后，第二套控制系统的电动阀控制器开始工作，使进水口处的电动阀打开后，此时将驱动增压泵，随后出水口压力达到并稳定在设定压力，并且满足此套系统用户用水要求；当进水口的压力小于停止压力时，所有设备即包括此套从控制系统及以上的从控制系统停止运行；

第二套以上的从控制系统以此类推。

对上述供水设备控制方法的改进：所述从控制系统详细控制方法是：首先，进水口压力采集是由压力采集模块将采集到的进水口压力通过I/O控制模块传输给从控制系统，从控制系统进行判断，如果检测到进水口压力小于启动压力，则设备就会停止运行；如果进水口压力大于等于启动压力，就通过I/O控制模块并且延时设定时间，配合低压控制系统和交流变频器驱动本控制系统的第一台泵变频启动；

然后，压力采集控制模块将采集的出水口压力分别反馈给交流变频器和I/O控制模块，如果出水口压力大于等于设定压力，变频器的频率将减小，直到降低到最小频率，出水口压力还大于等于设定压力，此时将持续一定时间后，设备停止运行，处于休眠状态；此后压力采集模块一直对出水口压力进行采集检测，如果出水口压力小于设定压力，变频器频率将增加，直至达到设定压力，如果频率上升到50Hz，出水口压力仍达不到设定压力时，变频泵切换为工频，下一台泵变频启动，直至出水口压力稳定在设定压力；如果第二台泵频率上升到50Hz，出水口压力仍达不到设定压力时，第二台泵由变频切换为工频，下一台泵变频启动，直至出水口压力稳定在设定压力；以此类推，变频泵转换为工频运行，下一台变频运行，最多能够达到七台泵运行，至少有一台变频运行；当用户用水慢慢的减少后，出水口压力则会慢慢增加，此时频率则会下降，当减少到最低频率，出水口压力还是大于等于设定压力，先启动的工频泵会停止，然后再检测出水口压力，小于设定压力频率增加，大于等于则继续将工频泵退出；在工频退出时，遵循先起先退的原则；在工频启动时，变频启动的泵先转换为工频启动。

对上述供水设备控制方法的进一步改进：所述下位机主控制系统是通过现场总线接受从控制系统发送来的相关参数及对整套从控制系统进行有效控制，主要接收各个从控制系统的电流、电压、频率、进出水口的压力、进水口电动阀的状态、增压泵的工作状态及其相应的报警信息；主控制系统按照预先设定的程序向从控制系统发送停止、启动、修改及设定参数；另外，主控制系统还通过现场总线向上位工业控制计算机发送从控制系统运行的主要参数、状态和相应报警信息，并且在手动模式下，接收远程监控操作系统发送的控制指令；当从控制系统出现故障时，主控制系统就会接收并输出故障报警信号，让工作人员第一时间发现故障并及时排除。

对上述供水设备控制方法的进一步改进：所述上位工业控制计算机主要作用是通过远程监控操作系统及现场总线实时并有效地进行对主控制系统及从控制系统的监控及操作；远程监控操作系统有手动和自动两种工作模式：在远程监控操作系统的自动模式下，可以实时显示监控整个系统运行的电流、电压、频率、进出水口的压力、进水口电动阀的状态、增压泵的工作状态及其相应的报警信息；当各个从控制系统出现报警时，上位工业控制计算机界面将自动弹出报警的信息，并且能够显示故障的具体信息；还能动态地显示出每套从控制系统运行的状态，包括动态显示各从控制系统进出水口稳流罐和稳压罐中的液位状态和水泵的工作状态；另外，远程监控操作系统还可以对整个系统运行的主要参数进行归档和按需打印参数报表；在远程监控操作系统的手动模式下，输入系统维护人员的管理员密码进入远程监控操作系统的手动模式后，通过鼠标及键盘操作界面上相应的按钮可以完成系统的手动控制，包括对各从控制系统增压泵的工频和变频运行进行控制及对其他参数的修改；整套设备在不做调整处于运行阶段时，远程监控操作系统处于自动模式，使整套控制系统自动稳定运行。

上述供水设备控制方法中：所述的启动压力大于停止压力。

本发明与现有技术相比具有如下的优点和积极效果：

1、由于本发明是由多项技术相结合，从而能够保持整套系统安全、可靠、稳定运行。

2、整套设备自动联锁控制，能够有效的进行管理、巡检。

3、使用多套从控制系统，降低了电机功率，大大节省了能源。

4、在超高层建筑中，完全取代水箱，彻底避免水箱供水产生的种种弊端。

5、运用无负压二次供水技术，不会对自来水管网产生影响。

6、合理运用自来水的压力，差多少、补多少，可以节约能源。

7、整套设备结构紧凑，占用的空间非常小。

8、整套设备实现全自动运行，不用人工操控，这样为工作人员提供了方便。

附图说明

图1是本发明整套控制系统的结构示意图；

图2是本发明从控制系统联锁控制方法的流程图；

图3是本发明单一从控制系统控制方法的流程图；

图4是本发明监控操作系统的构成示意图；

图5是本发明所控制的机械部分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

图5中，初级无负压供水设备从控制系统控制柜85、稳流装置77、稳压装置83、进水汇流管87、出水汇流管88、负压抑制器76、静音增压泵78、手柄蝶阀79、止回阀80、压力传感器75和82、电动阀门72、Y型过滤器73、防污隔断阀74、旁通管路81等组成。自来水管网71通过电动阀门72、Y型过滤器73、防污隔断阀74连接到稳流装置77的进水口，稳流装置77上端接负压抑制器76和压力传感器75，稳流装置77的出水口通过进水汇流管87连接到静音增压泵78的进水口，静音增压泵78出水口通过蝶阀79、止回阀80连接至出水汇流管88，旁通管路81与出水汇流管88连接，稳压装置83与压力传感器82放置在出水口处。整套设备受控于从控制系统控制柜85。

初级无负压供水设备的出水口84一路供给初级用户86，另一路与第二级无负压供水设备的进水口连接，第二级无负压供水设备的两路出水口一路供给第二级用户，另一路与下一级无负压供水设备的进水口连接。以此类推，直到第124套无负压供水设备。

上述静音增压泵78是包括一静音管套，在静音管套上设置有进水口和出水口，进水口设置在静音管套1的底部。所述的出水口设置在静音管套顶部，在静音管套顶部出水口旁设置一排气阀，在静音增压泵工作时，可以将静音管套内的空气排出。另外，在静音管套的出水口附近设置电缆线出口，此电缆线出口为密封设计。潜水泵下部与潜水电机连为一体，将潜水泵与潜水电机置于静音管套内，潜水泵的出水口与静音管套的出水口相连，使潜水泵固定在静音管内。潜水电机的电缆线通过电缆线出口通到静音管套的外部。

在静音管套的内壁靠近潜水电机的部位设置一筒状弹性膜，弹性膜外侧固定在静音管套的内壁上，一端固定在静音管套的底部。弹性膜的作用是：在静音管套内部形成定向流道，在防止水流波动的同时，可以缓解来水压力的不稳定，在来水水压不足时可以补压。

静音增压泵78在工作时，静音管套内充满循环水，静音管套内的循环水除了可以起到给潜水电机冷却的作用外，还可以很好的屏蔽潜水电机的噪音和潜水电机产生的振动。

静音管套为圆筒形，静音管套顶部设置上盖，用螺栓或焊接将静音管套及上盖连为一体。

图1中，本发明所述的整套从控制系统1是由供水专用交流变频器7、I/O控制模块13、压力采集模块8、电动阀控制器12、低压控制系统9等组成闭环控制系统。整套从控制系统1动作原理如下：首先，通过压力采集模块8将进水口压力传感器75的压力信号反馈给I/O控制模块13后，从控制系统1利用自身的功能，将其转换为数字量进行输出给电动阀控制器12，然后，将电动阀72打开；出水口压力传感器82的压力反馈给交流变频器7后，变频器7开始运行，同时低压控制系统9配合I/O控制模块13，最终构成整套从控制系统1，共同驱动增压泵78。为了保证系统在故障状态或检修状态下不影响供水，从控制系统1除了自动模式外还有手动模式；检修人员可在手动模式下，对设备进行启动或停止控制；整套从控制系统1在自动模式下可以正常运行。

图2中，本发明所述整套设备是从第一套从控制系统1开始启动运行，首先需要检测此套供水设备的进水口41，即自来水管网压力41，当进水口的压力大于等于启动压力42时，第一套从控制系统1延时设定时间44后，驱动增压泵10，随后出水口压力达到并稳定在设定压力45，并且满足此套设备用户用水要求，当进水口的压力41小于停止压力43时，所有设备46即包括第一套及以上的供水设备全部停止运行。当第一套供水设备正常运行后，下一套供水设备开始运行，当检测到此供水设备进水口的压力47大于等于启动压力48时，第二套供水设备延时设定时间50后，第二套供水设备的电动阀控制器12开始工作，使进水口处的电动阀打开后，此时第二套供水设备将驱动增压泵，随后出水口压力达到并稳定在设定压力51，并且满足此套供水设备用户用水要求。当进水口的压力47小于停止压力49时，所有设备53即包括此套及以上的供水设备全部停止运行。当第一、二套供水设备运行正常后，又开始下一供水设备的运行，当检测到此供水设备进水口的压力52大于等于启动压力54时，第三套供水设备延时设定时间57后，第三套供水设备的电动阀控制器12开始工作，使进水口处的电动阀打开后，此时第三套供水设备将驱动增压泵，随后出水口压力达到并稳定在设定压力58，并且满足此套供水设备用户用水要求。当进水口的压力52小于停止压力55时，所有设备56即包括此套及以上的供水设备全部停止运行。以此类推，最多可以包括124套供水设备进行联锁控制。所述的启动压力大于停止压力，启动压力一般为停止压力的3倍左右。

图1中，本发明所述下位机主控制系统2主要作用是通过现场总线5接收从控制系统1发送来的相关参数及对整套供水设备进行有效控制。主要接收的从控制系统1的参数有电流、电压、频率、进出水口的压力、进水口电动阀的状态、增压泵的工作状态及其相应的报警信息等；主控制系统2按照预先设定的程序向从控制系统1发送停止、启动、修改及设定参数；另外，主控制系统2还通过现场总线5向上位工业控制计算机3发送从控制系统1运行的主要参数、状态和相应报警信息，并且在手动模式下，接收远程监控操作系统4发送的控制指令。当从控制系统1出现故障时，主控制系统2就会接受并输出故障报警信号6，让工作人员第一时间发现故障并及时排除。

图3中，本发明所述单一从控制系统1的具体工作原理：首先，需要检测供水设备的进水口压力15，压力采集模块8将采集到的进水口压力15通过I/O控制模块13传输给从控制系统1，从控制系统1进行判断，如果检测到进水口压力15小于停止压力17，则设备36就会停止运行；如果进水口压力15大于等于启动压力16，就通过I/O控制模块13并且延时设定时间18，配合低压控制系统9和交流变频器7驱动10本控制系统的第一台泵变频启动。然后，压力采集控制模块8将采集的出水口压力20分别反馈给交流变频器7和I/O控制模块13，如果出水口压力20大于等于设定压力21，变频器7的频率将减小，直到降低到最小频率，出水口压力20还大于等于设定压力21，此时将持续一定时间27后，设备停止运行，处于休眠状态30；此后压力采集模块8一直对出水口压力31进行采集检测；如果出水口压力20小于设定压力21，变频器7频率将增加，直至达到设定压力25，如果频率上升到50Hz，出水口压力24仍达不到设定压力25时，变频泵切换为工频，第二台泵变频启动，直至出水口压力20稳定在设定压力25；如果第二台泵频率上升到50Hz，出水口压力20仍达不到设定压力25时，第二台泵由变频切换为工频，下一台泵变频启动，直至出水口压力20稳定在设定压力25。以此类推，变频泵转换为工频运行，下一台变频运行，最多能够达到七台泵运行，至少有一台变频运行。当用户用水慢慢的减少后，出水口压力20则会慢慢增加，此时频率则会下降，当减少到最低频率，出水口压力20还是大于等于设定压力21，先启动的工频泵会停止，然后再检测出水口压力20，小于设定压力25频率增加，大于等于则继续其它将工频泵退出。工频泵退出时，遵循先起先退的原则；在工频启动时，变频启动的泵先转换为工频启动。

图1和图4中，本发明所述上位工业控制计算机3主要作用是通过远程监控操作系统4及现场总线5实时并有效地进行对主控制系统2及从控制系统1的监控及操作。远程监控操作系统4有手动11和自动14两种工作模式：在远程监控操作系统4的自动模式14下，可以实时显示监控整个系统运行的电流61、电压62、频率63、进出水口的压力64、进水口电动阀的状态65、增压泵的工作状态66及其相应的报警信息67等；当各个从控制系统1出现报警时，上位工业控制计算机3界面将自动弹出报警的信息67，并且能够显示故障的具体信息。还可以动态地显示出每套从控制系统1运行的状态，比如，动态显示各从控制系统进出水口稳流罐和稳压罐中的液位状态和水泵的工作状态；另外，远程监控操作系统4还可以对整个系统运行的主要参数进行归档68和按需打印参数报表69。在远程监控操作系统4的手动模式11下，输入系统维护人员的管理员密码90进入远程监控操作系统4的手动模式11后，可以通过鼠标91及键盘92操作界面上相应的按钮93可以完成系统的手动模式11控制，比如：对各从控制系统1增压泵的工频和变频运行进行控制及对其他参数的修改等。整套设备在不做调整处于正常运行阶段时，远程监控操作系统4处于自动模式14，使整套控制系统可以自动稳定运行。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。