压力信号有线远传变频供水系统 【技术领域】
本发明涉及一种压力信号有线远传变频供水系统，属于自来水供水自动控制领域。
背景技术
目前普遍应用的变频恒压供水系统是以自来水厂出口压力为控制对象，为了保证用户用水的需要，供水系统往往以用户高峰期用水时的压力值为控制对象，以满足用水高峰期用户的正常用水压力。由于在用水低峰期，供水流量少，管网的压力损失小，用户的实际用水压力将高于正常用水所需的压力，存在较大的能源浪费，因此，现有的以自来水厂出口压力为控制对象的变频恒压供水系统不是最节能的一种供水方式。
在《变频调速器世界》2006年第7期刊出的《一种节能的变压变频供水系统》一文中，提到以水厂的供水区域中的最不利用水点的供水压力为变频水泵的压力控制参数，使最不利用水点的压力保持3m～5m水柱，通过调节变频调速器水泵的转速使最不利供水点的供水压力保持恒定，这样用水量少、管网压力损失小，最不利用水点的供水压力与用水高峰期的用水压力一样。这种变频供水技术比变频恒压供水系统在技术上更为合理，代表着水泵变频调速节能技术的发展方向，但是，该文章中介绍的变频供水技术并没有解决远程压力信号传输难以实时的连续的传输到自来水厂的问题；而且，现有的Inter网和GPRS网络均由于存在数据延时而不能用于传输压力信号；同时，该文章中所述的以最不利用水点的压力保持3m～5m水柱直接作为控制参数也是不太科学的，因为用户的用水扰动将导致整个系统的不稳定，使该变频供水技术无法保持供水管网稳定的供水。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种压力信号有线远传变频供水系统，该系统具有在压力信号有线远传时信号损耗小、无延时、供水管网压力控制准确的特点，在用水低峰时段，系统的节能效果优于现有技术。
为实现本发明目的，采用的技术方案是：一种压力信号有线远传变频供水系统，包括压力变送器、智能调节仪、变频调速器、电机、水泵及供水管线，所述的压力变送器通过直流电源供电，该压力变送器的信号输出端连接在智能调节仪的信号输入端上，所述的压力变送器安装于末稍用水区域的供水管线上，在所述的智能调节仪的信号输入端与压力变送器信号输出端及其直流电源之间连接有镜像电流源电路形成一个闭环控制系统，该镜像电流源电路的一对输入端口连接压力变送器信号输出端及其直流电源，镜像电流源电路的一对镜像输出端口连接在智能调节仪的信号输入端上。
所述镜像电流源电路由两个晶体三极管共基极组成，其中一个三极管为镜像电流源电路的电流源端，另一个三极管为镜像电流源的镜像端，两三极管的基极连接在电流源端三极管的集电极上，电流源端三极管的集电极接直流电源正极，其发射极与镜像端三极管的发射极连接后连接压力变送器正极，直流电源负极接压力变送器负极，镜像端三极管的集电极通过信号传输电缆与智能调节仪信号输入正极连接，镜像端三极管的发射极通过信号传输电缆与智能调节仪信号输入负极连接。
所述压力变送器的直流电源采用UPS直流电源，该UPS直流电源的输入端接220V市电，其输出端为24V直流电，内置24V蓄电池，容量可为1Ah～4Ah，实现对压力变送器的不间断供电。
所述信号传输电缆采用供水管网沿线的闲置电话电缆，连接在末稍用水区域供水管线上的压力变送器的电话电缆与连接智能调节仪地电话电缆在电话交换机房处为直接连接而不通过程控交换机。
所述电话电缆可多组并联使用以减小电话电缆的电阻。
为防止末稍用水区域供水管线上的压力变送器出现故障后，自来水的供水管网的压力无法控制，因而需安装一套备用的管网压力信号感应系统。所述变频调速器具有连接末稍用水区域供水管线上压力变送器压力信号的优先输入端口，该变频调速器的第二输入端口上连接有自来水厂供水主管线的压力感应信号；在末稍用水区域供水管线上的压力变送器与智能调节仪之间还串接有一信号取样电路，该信号取样电路的输出端连接有电流信号超上限切断电路以及电流信号超下限切断电路，电流信号超上限切断电路和电流信号超下限切断电路的控制端串接在末稍用水区域供水管线的智能调节仪与变频调速器连接的线路中。通过信号取样电路检测末稍用水区域供水管线上的压力变送器的压力信号变化，当其信号的变化超出设定的上限值或下限值时，通过电流信号超上限切断电路或电流信号超下限切断电路切断智能调节仪与变频调速器之间的信号传输，变频调速器将压力的输入信号自动切换到备用的自来水厂供水主管线的压力感应信号，使供水系统可以正常工作。
在所述智能调节仪与变频调速器连接的线路中还连接有一声光报警电路。
本发明将变频恒压供水系统的压力变送器安装在末稍用水区的供水主管线上安装，应用电缆通过镜像电流源电路来实现压力信号的有线直接远传，镜像电流源电路消除了有线电缆的电阻及其电阻变化后对传输信号的衰减，实现了压力信号连续传输过程延时为零，可以很好的与智能调节仪直接连接；由于变频恒压供水系统恒定的供水压力是末稍用水区域的供水主管线上的压力，在用水低峰期用水量小，供水管线的压力损失值小，末稍用水区域的供水主管线上的压力经远传控制后，自来水厂出口的供水压力低于用水高峰期的供水压力，因此用水低峰期的供水能耗比用水高峰期的供水能耗低，节电效果优于现有变频恒压供水系统，具有显著的积极效果。其信号传输电缆采用闲置的电话电缆可以节省大量的排线、布线成本，而且可以节省系统的安装时间。
【附图说明】
图1为压力信号有线远传变频供水系统原理框图；
图2为镜像电流源电路用NPN型三极管的接线原理图；
图3为镜像电流源电路用PNP型三极管的接线原理图；
图4为电话电缆连接电路图；
图5为压力信号检测电路原理框图。
【具体实施方式】
如图1所示，由压力变送器1、智能调节仪2、变频调速器3、电机4、水泵5、供水管线6等组成的有线远传变频供水系统，压力变送器1安装末稍用水区域供水管线上，由UPS直流电源9通过镜像电流源7对压力变送器1供电，压力信号通过镜像电流源7和信号传输电缆8有线传输至智能调节仪2，形成一个闭环控制系统，实现了有线远传变频恒压供水，其中的镜像电流源电路7消除了有线电缆的电阻及其电阻变化后对传输信号的衰减。
图2所示，镜像电流源7由两个NPN型晶体三极管T1、T2共基极组成，其中三极管T1为镜像电流源的电流源端，另一个三极管T2为镜像电流源的镜像端，两三极管T1、T2的基极连接在电流源端三极管T1的集电极上，电流源端三极管T1的集电极接UPS直流电源9的输出端正极，电流源端三极管T1发射极与镜像端三极管T2的发射极连接后连接压力变送器1正极，UPS直流电源9输出端负极接压力变送器1负极，镜像端三极管T2集电极通过信号传输电缆8与智能调节仪2信号输入正极连接，镜像端三极管T2发射极通过电缆与智能调节仪2的信号输入负极连接。系统接地点设在镜像端三极管T2发射极与电缆连接处，为负极接地。
UPS直流电源9的输入端接220V市电，输出端为24V直流电，内置24V蓄电池，容量可为1Ah～4Ah，在市电停电后，可对压力变送器供电50～200小时，实现对压力变送器的不间断供电。
图3所示，镜像电流源7由两个PNP型晶体三极管T1、T2共基极组成，其中三极管T1为镜像电流源的电流源端，另一个三极管T2为镜像电流源的镜像端，两三极管T1、T2的基极连接在电流源端三极管T1的集电极上，电流源端三极管T1的发射极接UPS直流电源9的输出端正极，电流源端三极管T1发射极与镜像端三极管T2的发射极连接后通过传输电缆8与智能调节仪2信号输入正极连接，电流源端三极管T1集电极与压力变送器正极连接，UPS直流电源9输出端负极接压力变送器1负极，镜像端三极管T2集电极通过信号传输电缆8与智能调节仪2信号输入负极连接。系统接地点设在镜像端三极管T2发射极与电缆连接处，为正极接地。
UPS直流电源9的输入端接220V市电，输出端为24V直流电，内置24V蓄电池，容量可为1Ah～4Ah，在市电停电后，可对压力变送器供电50～200小时，实现对压力变送器的不间断供电。
如图4所示，为节省成本和系统安装时间，在实际应用时，信号传输电缆8采用供水管线沿线的闲置电话电缆，连接到末稍用水区域的电话电缆与连接到自来水厂的电话电缆在电话交换机房处直接连接，而不用通过程控交换机，实现与电话系统的隔离，如果使用中发现电话电缆的线路电阻过大时，用多根电话电缆并联使用，压力信号的传输距离可达5～10km，甚至更长距离。
如图5所示，为防止当末稍用水区域供水管线的压力变送器出现故障而无法传输压力信号，在自来水厂的供水输出总管线上还安装有一套备用的压力检测装置，该检测装置为现有技术，此处不再详述。两套压力检测装置的压力信号均接在变频调速器上，其中，末稍用水区域供水管线的压力信号AN1接变频调速器的优先输入端，在变频调速器的第二输入端口上连接有自来水厂供水主管线的压力感应信号AN2，末稍用水区域供水管线上的压力信号AN1与自来水厂供水主管线的压力感应信号AN2通过一信号检测电路与变频调速器控制其信号的切换。该信号检测电路包括串接在末稍用水区域供水管线上的压力变送器与智能调节仪之间的线路中的信号取样电路，该信号取样电路的输出端连接有两相互并联的电流信号超上限切断电路和电流信号超下限切断电路，电流信号超上限切断电路和电流信号超下限切断电路的控制端均串接在末稍用水区域供水管线的智能调节仪与变频调速器连接的线路中，在电流信号超上限切断电路和电流信号超下限切断电路与变频调速器连接的线路中还并联有一声光报警电路。当位于末稍用水区域供水管线上的压力变送器出现故障，压力变送器的电流信号超上限或下限时，变频调速器自动切断末稍用水区域供水管线压力控制信号AN1，同时，声光报警电路发出声光报警，变频调速器自动切换控制信号转为水厂出口供水压力信号AN2控制。
此种有线远传技术方案还可用于监测海浪高度、台风强度、洪水水位等灾害天气的实时数据，由于电话电缆为埋地设置，具有很好的防雷电和防台风性能，由于系统运行的能耗很小，可在电力系统瘫痪的情况下连续进行多天的实现数据实时连续监测，实时数据绘制出曲线后，可较好的进行灾害预测。