一种二供膜净水系统控制方法及系统与流程

本发明涉及二次供水膜法净水控制，尤其涉及一种二供膜净水系统控制方法。

背景技术：

1、在二供膜净水直供系统中，通常采用加压泵组与膜组件联用的方式实现终端恒压供水。该技术通过变频调节泵组转速，以膜后压力为反馈信号进行闭环控制，旨在维持用户侧出水压力的稳定。膜组件作为核心过滤单元，其跨膜压差需保持在安全范围内，以防止膜结构损伤。常规控制策略主要关注膜后压力的快速响应，较少结合膜前压力状态对泵组输出进行动态约束。

2、在实际运行中，系统启动排气或用户侧大流量抽吸时，常出现跨膜压差瞬时冲击导致膜元件破损的问题。例如，某高层住宅小区直供水设备维护后重新启泵，管路内残留空气。控制系统为快速达到膜后目标压力，驱动变频泵高速运转。此时可观察到膜前压力在短时间内急剧上升，而膜后压力因管路气堵回升缓慢，排气阀尚未将空气完全排出。肉眼可见膜前压力表指针大幅跃升，膜后压力表指针仅小幅摆动，两者差值持续扩大。这一现象直接造成超滤膜丝断裂或脱盐层剥离，膜组件过滤功能丧失，设备被迫停机维修，用户正常用水中断，维护成本与停水损失增加。因此，在膜净水直供系统启停及扰动工况中如何减少跨膜压差瞬时超标导致的膜元件损坏，是本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种二供膜净水系统控制方法，通过采集膜前膜后压力、变频器频率和排气流量数据，结合气堵滞后系数动态调整跨膜压差安全阈值并对泵组升速进行限幅，达到防止膜组件气堵损伤、提升系统运行稳定性的效果。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种二供膜净水系统控制方法，包括：

4、通过安装于膜组进水口和出水口的压力传感器分别采集膜前压力值和膜后压力值，通过加压泵组配套变频器读取输出频率值，通过安装于管路排气阀处的气体流量传感器采集排气流量值，生成膜前压力值序列、膜后压力值序列、变频器输出频率值序列和排气流量值序列；

5、利用所述膜前压力值序列和所述膜后压力值序列计算跨膜压差值序列以及两侧压力上升速率差值，结合所述排气流量值序列生成气堵滞后系数；

6、依据所述跨膜压差值序列与所述气堵滞后系数计算动态跨膜压差安全阈值，并利用所述动态跨膜压差安全阈值对所述变频器输出频率值序列的升速幅度进行限幅运算，生成加压泵组升速率限制值和控制模式标志位；

7、根据所述加压泵组升速率限制值和所述控制模式标志位生成变频器频率调节指令与排气阀开度调节指令，下发至加压泵组变频器和排气阀，执行加压泵组平滑升速降速与排气阀协同排气动作。

8、优选地，所述通过安装于膜组进水口和出水口的压力传感器分别采集膜前压力值和膜后压力值，通过加压泵组配套变频器读取输出频率值，通过安装于管路排气阀处的气体流量传感器采集排气流量值，生成膜前压力值序列、膜后压力值序列、变频器输出频率值序列和排气流量值序列包括：以预设采样周期通过安装于膜组进水口的压力传感器采集膜前压力值，生成膜前压力值序列；以相同采样周期通过安装于膜组出水口的压力传感器采集膜后压力值，生成膜后压力值序列；通过加压泵组配套变频器的通信接口读取实时输出频率值，生成变频器输出频率值序列；通过安装于排气阀出口的气体流量传感器采集瞬时排气流量值，生成排气流量值序列。

9、优选地，所述以预设采样周期通过安装于膜组进水口的压力传感器采集膜前压力值，生成膜前压力值序列之前，还包括：取膜组进水口压力传感器阶跃响应时间上限的整数倍，并使采样周期不大于加压泵组配套变频器控制周期的二分之一，确定所述预设采样周期，以保证在加压泵组一个升速控制周期内至少完成两次压力采样。

10、优选地，所述利用所述膜前压力值序列和所述膜后压力值序列计算跨膜压差值序列以及两侧压力上升速率差值，结合所述排气流量值序列生成气堵滞后系数包括：将所述膜前压力值序列与所述膜后压力值序列按相同时刻逐帧相减，得到跨膜压差值序列；对所述膜前压力值序列作差分并除以采样周期得到膜前压力上升速率序列，对所述膜后压力值序列作同样处理得到膜后压力上升速率序列；将所述膜前压力上升速率序列与所述膜后压力上升速率序列逐帧相减得到压力速率差值序列，当所述排气流量值序列对应帧数值大于预设排气流量阈值时对所述压力速率差值序列进行加权放大处理，得到气堵滞后系数。

11、优选地，所述对所述膜前压力值序列作差分并除以采样周期得到膜前压力上升速率序列，对所述膜后压力值序列作同样处理得到膜后压力上升速率序列包括：对所述膜前压力值序列作前向差分并除以预设采样周期，得到膜前压力上升速率序列；对所述膜后压力值序列作前向差分并除以预设采样周期，得到膜后压力上升速率序列。

12、优选地，所述依据所述跨膜压差值序列与所述气堵滞后系数计算动态跨膜压差安全阈值包括：设定跨膜压差基准安全阈值和气堵滞后系数基准值；将所述气堵滞后系数与所述气堵滞后系数基准值相除得到气堵放大倍数，将所述跨膜压差基准安全阈值除以所述气堵放大倍数得到动态跨膜压差安全阈值。

13、优选地，所述将所述气堵滞后系数与所述气堵滞后系数基准值相除得到气堵放大倍数，将所述跨膜压差基准安全阈值除以所述气堵放大倍数得到动态跨膜压差安全阈值包括：将所述气堵滞后系数除以所述气堵滞后系数基准值并作下限截断得到所述气堵放大倍数，保证在所述气堵滞后系数不超过所述气堵滞后系数基准值时所述气堵放大倍数为1；将所述跨膜压差基准安全阈值除以所述气堵放大倍数得到所述动态跨膜压差安全阈值。

14、优选地，所述利用所述动态跨膜压差安全阈值对所述变频器输出频率值序列的升速幅度进行限幅运算，生成加压泵组升速率限制值和控制模式标志位包括：将所述动态跨膜压差安全阈值与所述跨膜压差值序列当前帧数值相减，得到跨膜压差裕量值；根据所述跨膜压差裕量值与预设充裕阈值的比较结果确定控制模式标志位，并对加压泵组升速率限制值进行相应的维持、线性折减或置零处理。

15、优选地，所述根据所述跨膜压差裕量值与预设充裕阈值的比较结果确定控制模式标志位，并对加压泵组升速率限制值进行相应的维持、线性折减或置零处理包括：当所述跨膜压差裕量值大于预设充裕阈值时，将所述控制模式标志位置为稳态恒压模式，加压泵组升速率限制值维持预设最大升速率；当所述跨膜压差裕量值小于等于预设充裕阈值且大于零时，将所述控制模式标志位置为动态限幅模式，按所述跨膜压差裕量值与所述预设充裕阈值的比例对所述加压泵组升速率限制值进行线性折减；当所述跨膜压差裕量值小于等于零时，将所述控制模式标志位置为启动排气模式，所述加压泵组升速率限制值置为零并生成降速信号。

16、优选地，所述根据所述加压泵组升速率限制值和所述控制模式标志位生成变频器频率调节指令与排气阀开度调节指令，下发至加压泵组变频器和排气阀，执行加压泵组平滑升速降速与排气阀协同排气动作包括：将所述加压泵组升速率限制值与所述变频器输出频率值序列当前帧数值相加，得到变频器目标频率值，生成频率调节指令下发至加压泵组变频器；当所述控制模式标志位为启动排气模式时，同步生成排气阀开度增大指令下发至排气阀，加快管路内滞留空气排出速度，缩短膜后压力滞后回升时间。

17、优选地，所述执行加压泵组平滑升速降速与排气阀协同排气动作之后，还包括：设置连续超限计数器，当所述跨膜压差值序列当前帧数值大于所述动态跨膜压差安全阈值时，所述连续超限计数器加1，当所述跨膜压差值序列当前帧数值不大于所述动态跨膜压差安全阈值时，所述连续超限计数器清零；当所述连续超限计数器数值超过预设次数时，生成紧急停机指令，经工业通信总线下发并切断加压泵组电源，终止加压泵组运行。

18、第二方面，本发明提供一种二供膜净水系统，用于实现上述的二供膜净水系统控制方法，所述系统包括：物理量同步采集模块，用于通过安装于膜组进水口和出水口的压力传感器分别采集膜前压力值和膜后压力值，通过加压泵组配套变频器读取输出频率值，通过安装于管路排气阀处的气体流量传感器采集排气流量值，生成膜前压力值序列、膜后压力值序列、变频器输出频率值序列和排气流量值序列；气堵滞后系数计算模块，用于利用所述膜前压力值序列和所述膜后压力值序列计算跨膜压差值序列以及两侧压力上升速率差值，结合所述排气流量值序列生成气堵滞后系数；动态阈值控制及限幅运算模块，用于依据所述跨膜压差值序列与所述气堵滞后系数计算动态跨膜压差安全阈值，并利用所述动态跨膜压差安全阈值对所述变频器输出频率值序列的升速幅度进行限幅运算，生成加压泵组升速率限制值和控制模式标志位；协同排气与保护执行模块，用于根据所述加压泵组升速率限制值和所述控制模式标志位生成变频器频率调节指令与排气阀开度调节指令，下发至加压泵组变频器和排气阀，执行加压泵组平滑升速降速与排气阀协同排气动作。

19、相比于现有技术，本发明的有益效果为： 本发明围绕膜前压力、膜后压力、变频器输出频率和排气流量四路同步采集的物理量，完整重构跨膜压差动态演变过程，并利用膜前膜后压力上升速率差异与排气流量构造气堵滞后系数，提前指示气堵引起的膜后压力滞后发展趋势，规避了仅依赖膜后压力无法分辨压力异常成因的局限。在此基础上，以气堵滞后系数动态收紧跨膜压差安全阈值，将变频器升速控制依据从单一膜后压力偏差转变为跨膜压差裕量的闭环限幅运算，形成气堵滞后系数、动态跨膜压差安全阈值与加压泵组升速率限制值三者相互依赖的耦合关系，气堵越严重则升速许可越紧，从根源上抑制泵送能量在膜前的瞬时积压。同时联动排气阀主动加快管路残余空气排出，加压泵组降速与排气阀开度增大分别作用于膜前侧与膜后侧，缩短跨膜压差超限持续时间，形成对膜组元件的双重保护路径。本发明属于膜分离技术领域，有效解决了常规单变量控制在启动排气和大流量扰动下跨膜压差瞬时超限的问题，提升超滤膜组件的运行安全性和使用寿命。