一種冗餘測量與控制的居民樓智能型恆壓供水控制系統的製作方法

2023-06-05 21:03:46 1

本實用新型屬於民用供水電機水泵控制技術領域，特別是提供了一種冗餘測量與控制的居民樓智能型恆壓供水控制系統。能夠全天候智能式控制供水壓力的恆定，保證居民正常的舒適用水。

背景技術：

居民樓供水系統是由市政供水管路進入居民小區供水主管路，通過電機水泵給居民樓供水管道加壓，使居民能夠正常的舒適用水。否則在用水高峰時，由於用水量大，高層居民供水管道壓力小，無法正常用水，在極端情況下，甚至無水可用。若電機水泵故障，全體居民均無水可用。特別在節假日，一旦發生電機水泵故障，多數情況下不能及時解決故障問題，導致居民長時間無法用水。在正常情況下，為了保證全體居民用水正常，需要保持供水管道壓力恆定。在供水管道口徑一定的情況下，當用水量大時，若還要保持原來管道壓力，水泵必須提高轉速已滿足流量要求；當用水量小時，水泵必須降低轉速，使管道流量減少，以保持原來管道壓力，否則管道壓力超高，容易造成管道爆裂，給居民財產造成損失。由於居民用水實時變化，管道壓力隨用水情況實時改變。為滿足管道壓力恆定，需要根據實際管路壓力情況實時調節水泵轉速的控制系統。

為了克服管道壓力測量帶來的風險，避免因電機、水泵故障而停機，應用冗餘測量管道壓力方式，冗餘配置電機及水泵。為了恆定壓力，採用冗餘配置的內置PID變頻器驅動電機帶動水泵自動控制供水流量；信號處理、控制操作過程全部智能化運行。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種冗餘測量與控制的居民樓智能型恆壓供水控制系統，用於居民小區居民樓供水管道壓力控制。通過冗餘測量管道壓力方式，冗餘配置電機、水泵及變頻器，能夠自動處理壓力信號，自動判斷壓力測量中的故障和修正，當一路電機、水泵或變頻器故障發生時，自動切換到另一路正常備用的電機、水泵及變頻器運行，通過內置PID控制器的變頻器控制水泵轉速達到供水壓力恆定控制；二路電機、水泵和變頻器定時輪換運行。保證供水管道壓力恆定,控制精度高、安全可靠。系統一鍵控制，控制過程全部智能化運行。

本實用新型包括空氣開關與熔斷器組合裝置(1)、冗餘處理-智能控制器裝置(2)、控制開關組合裝置(3)、電源-運行-故障指示燈裝置(4)、遠程壓力表P1、遠程壓力表P2、內置PID控制器的1#變頻器(5)、1#交流接觸器(6)、1#顯示操作盤(7)、內置PID控制器的2#變頻器(8)、、2#交流接觸器(9)、2#顯示操作盤(10)。空氣開關和熔斷器組合裝置(1)的進線側連接進線3相380V動力電源和電源N線,出線側連接到1#變頻器(5)、2#變頻器(8)的進線側；1#變頻器(5)出線側連接到1#交流接觸器(6)的進線側，1#交流接觸器(6)的出線側連接到水泵1的驅動電機M1，電機M1帶動水泵1轉動；2#變頻器(8)出線側連接到2#交流接觸器(9)的進線側，2#交流接觸器(9)的出線側連接到水泵2的驅動電機M2，電機M2帶動水泵2轉動；空氣開關和熔斷器組合裝置(1)的出線側再把控制電源連線到控制開關組合裝置(3)上，控制開關組合裝置(3)分別給冗餘處理-智能控制器裝置(2)、電源-運行-故障指示燈裝置(4)供電，控制開關組合裝置(3)控制信號再分別與冗餘處理-智能控制器裝置(2)、1#變頻器(5)、1#交流接觸器(6)、2#變頻器(8)、2#交流接觸器(9)連接；二路壓力測量的遠程壓力表P1、遠程壓力表P2連接到冗餘處理-智能控制器裝置(2)，冗餘處理-智能控制器裝置(2)綜合壓力信號連接到1#變頻器(5)和2#變頻器(8)，冗餘處理-智能控制器裝置(2)壓力狀態信號連接到電源-運行-故障指示燈裝置(4)；1#變頻器(5)、2#變頻器(8)速度反饋信號連接到冗餘處理-智能控制器裝置(2)；1#變頻器(5)、2#變頻器(8)狀態信號連接到冗餘處理-智能控制器裝置(2)和電源-運行-故障指示燈裝置(4)；1#顯示操作盤(7)與1#變頻器(5)相連；2#顯示操作盤(10)與2#變頻器(8)相連。

冗餘處理-智能控制器裝置由硬體組成，由CPU單元模塊、模擬量單元與開關量模塊構成。CPU單元模塊是ABB PLC產品PM564-R-AC 1個,供電電源為100-240ACV,內置6點24VD開關量輸入、6點繼電器開關量輸出。模擬量模塊是ABB PLC產品模擬量模板AX561 1個，內置4點模擬量輸入,2點模擬量輸出。開關量模塊是ABB PLC產品開關量模板DX571 1個，8路24V開關量輸入，8路繼電器開關量輸出。2路壓力測量信號進入模擬量模塊；2路綜合壓力信號由模擬量模塊輸出給變頻器作為反饋信號；2路電機實際轉速信號由變頻器進入模擬量模塊；2路變頻器狀態信號—電源準備好、運行、故障共6路信號進入開關量模板輸入；人工操作預控制、控制按鈕2路信號進入開關量模塊輸入；2路壓力狀態信號由開關量模板輸出到電源-運行-故障指示燈裝置。2路智能啟停信號由開關量模板輸出到控制開關組合裝置用於控制水泵啟停運行。

本實用新型的優點在於：冗餘處理及控制，能消除水泵控制過程中因測量壓力原因導致管道壓力波動大、居民用水不方便及水泵、電機及變頻器故障導致管道無法供水，居民無水可用狀況發生。兩路變頻器能定時輪換運行。控制系統增加了運行可靠性。一鍵啟動，水泵控制過程全部智能化，控制精度高、安全可靠。

附圖說明

圖1為冗餘測量與控制的居民樓智能型恆壓供水控制系統整體結構示意圖。其中，空氣開關與熔斷器組合裝置--1、冗餘處理、智能控制器裝置--2、控制開關組合裝置--3、電源、運行、故障指示燈裝置--4、遠程壓力表P1、遠程壓力表P2、內置PID控制器的1#變頻器--5、1#交流接觸器--6、1#顯示操作盤--7、內置PID控制器的2#變頻器--8、、2#交流接觸器--9、2#顯示操作盤--10。

具體實施方式

本實用新型包括空氣開關與熔斷器組合裝置1、冗餘處理-智能控制器裝置2、控制開關組合裝置3、電源、運行、故障指示燈裝置4、遠程壓力表P1、遠程壓力表P2、內置PID控制器的1#變頻器5、1#交流接觸器6、1#顯示操作盤7、內置PID控制器的2#變頻器8、、2#交流接觸器9、2#顯示操作盤10。空氣開關和熔斷器組合裝置1的進線側連接進線3相380V動力電源和電源N線,出線側連接到1#變頻器5、2#變頻器8的進線側；1#變頻器5出線側連接到1#交流接觸器6的進線側，1#交流接觸器6的出線側連接到水泵1的驅動電機M1，電機M1帶動水泵1轉動；2#變頻器8出線側連接到2#交流接觸器9的進線側，2#交流接觸器9的出線側連接到水泵2的驅動電機M2，電機M2帶動水泵2轉動；空氣開關和熔斷器組合裝置1的出線側再把控制電源連線到控制開關組合裝置3上，控制開關組合裝置3分別給冗餘處理-智能控制器裝置2、電源-運行-故障指示燈裝置4供電，控制開關組合裝置3控制信號再分別與冗餘處理-智能控制器裝置2、1#變頻器5、1#交流接觸器6、2#變頻器8、2#交流接觸器9連接；二路壓力測量的遠程壓力表P1、遠程壓力表P2連接到冗餘處理-智能控制器裝置2，冗餘處理-智能控制器裝置2綜合壓力信號連接到1#變頻器5和2#變頻器8，冗餘處理-智能控制器裝置2壓力狀態信號連接到電源-運行-故障指示燈裝置4；1#變頻器5、2#變頻器8速度反饋信號連接到冗餘處理-智能控制器裝置2；1#變頻器5、2#變頻器8狀態信號連接到冗餘處理-智能控制器裝置2和電源-運行-故障指示燈裝置4；1#顯示操作盤7與1#變頻器5相連；2#顯示操作盤10與2#變頻器8相連。

下面將通過附圖1對本實用新型作進一步的說明。

在水泵輸出端公共供水管道上安裝兩套測量管道水壓力裝置，採用遠程壓力表方式，產品經濟實惠，可以直觀顯示當前管道壓力值，採用滑動電阻器方式三線制輸出信號，壓力低，電阻值小，壓力大，電阻值高，電阻值與管道壓力成線性比率。兩路遠程壓力表分別通過帶屏蔽的三芯導線接到冗餘處理-智能控制器裝置上。冗餘處理-智能控制器裝置通過程序自動判斷處理壓力信號。對於測量壓力故障，表現形式是壓力為0；信號不穩定，波動大，信號偏離正常範圍。控制器實時能夠處理信號，若兩路測量信號均正常，通過平均法計算壓力信號做為輸出信號；若一路壓力信號故障，把另一路正常壓力信號做為輸出信號。冗餘處理-智能控制器裝置把壓力信號作為壓力實際反饋信號輸出給變頻器用於PID控制。

1#、2#變頻器把電機及本身狀態信號反饋給冗餘處理-智能控制器裝置，水泵故障如葉輪鬆動、密封破壞，表現為管道水壓力明顯低於正常值；電機故障如相間短路、相間斷路、接地，變頻器分別表現為短路故障、輸出缺相故障、接地故障；變頻器本身故障一般有進線電源故障、短路故障、輸出缺相故障、接地故障、控制盤丟失故障、硬體故障。冗餘處理-智能控制器裝置通過變頻器提供的各種狀態信號綜合分析處理，能智能判斷設備處於是正常或故障狀態。1#、2#變頻器均正常時，先運行1#變頻器，2#熱備；1#變頻器故障或1#變頻器滿轉速運行，但管道實際壓力低於正常設定值50％，持續時間超過1分鐘，判斷水泵1故障，冗餘處理-智能控制器裝置發出1#變頻器停止運行信號給控制開關組合裝置，控制開關組合裝置給出信號斷開1#交流接觸器，1#變頻器停止運行；2#變頻器故障或2#變頻器滿轉速運行，但管道實際壓力低於正常設定值50％，持續時間超過1分鐘，判斷水泵2故障，冗餘處理-智能控制器裝置發出2#變頻器停止運行信號給控制開關組合裝置，控制開關組合裝置給出信號斷開2#交流接觸器，2#變頻器停止運行；冗餘處理-智能控制器裝置判斷確定停機後，發出另一路變頻器運行信號給控制開關組合裝置，控制開關組合裝置給出信號先吸合交流接觸器，再啟動變頻器運行。電源-運行-故障指示燈裝置顯示電源準備好、運行及故障狀態信號。冗餘處理-智能控制器裝置實時監測變頻器運行狀態和運行時間，一路變頻器運行達到預先設定的時間後，自動停止此路變頻器運行，在另一路無故障的狀態下自動啟動另一路變頻器運行；若另一路處於故障狀態，不進行切換；定時輪換電機水泵運行，能防止電機潮溼、水泵鏽蝕等現象，保證每一路均處於正常狀態。

操作人員預先應用顯示操作盤給1#、2#變頻器進行程序組態，把實際電機參數輸入到變頻器參數組中，組態變頻器參數有：模擬量參數，數字量參數；PID控制參數—比例P、積分I、微分D；電機運行方向參數；變頻器電源正常，運行，故障，進線電源缺相、過壓、欠壓，缺相、過流、短路等狀態信號參數；希望管道達到的壓力值設定到變頻器給定參數中。

壓力控制是PID控制器根據壓力設定值與壓力實際反饋值相比較，通過差值控制電機轉速，當居民用水量少時，壓力實際反饋值高於壓力設定值，此時PID控制器控制變頻器輸出使轉速減小，供水流量變小，使壓力實際反饋值降低，來達到原設定值；當居民用水量大時，壓力實際反饋值低於壓力設定值，此時PID控制器控制變頻器輸出使轉速增大，供水流量變大，使壓力實際反饋值增高，來達到原設定值。若壓力實際反饋值與設定的壓力差值在設定的範圍內(正常壓力範圍)，PID控制輸出保持不變，電機轉速恆定，電機轉速與壓力動態平衡；當居民用水量變化等因數使壓力實際反饋值變化時(超過正常液位範圍)，PID控制輸出值自動改變，增大或減小，與壓力實際反饋值變化方向相反，達到新的控制動態平衡，使壓力實際值恆定。

正常操作時，操作人員只需在空氣開關與熔斷器組合裝置中合上空氣開關，此時變頻器、控制開關組合裝置帶電，變頻器初始化運行，顯示操作盤能正常顯示和設定壓力值。按下控制開關組合裝置的預控制按鈕，冗餘處理-智能控制器裝置帶電，內置程序初始化，正常測量管道壓力，變頻器狀態信號反饋到冗餘處理-智能控制器裝置中；電源-運行-故障指示燈裝置中的電源指示燈亮。按下控制開關組合裝置的主控制按鈕，啟動變頻器，電機水泵控制系統全部智能化運行。