本實(shí)用新型涉及一種水泵控制系統(tǒng)，尤其指多變頻控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在水資源和電能逐漸緊缺的時(shí)代，節(jié)水節(jié)能已成為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的重要主題。變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒定于設(shè)定的壓力值。根據(jù)用水量的大小，由控制系統(tǒng)控制水泵的數(shù)量以及控制變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，來實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有電機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)、無水錘效應(yīng)、噪聲低等特點(diǎn)。同時(shí)提高了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，在變頻與工頻的切換技術(shù)上，大多采用主電路串接軟啟動(dòng)器的降壓啟動(dòng)方法。對(duì)于中、大容量恒壓供水系統(tǒng)中存在的水壓閉環(huán)控制問題和變頻電源與工頻電源無擾動(dòng)平穩(wěn)的切換問題沒有得到根本解決。而且頻率波動(dòng)大，易引起水管壓力不穩(wěn)，產(chǎn)生水錘效應(yīng)。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，并且降低供水控制系統(tǒng)的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供多變頻控制系統(tǒng)，以達(dá)到水管壓力穩(wěn)定的目的。為此，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案。

本實(shí)用新型包括一體式變頻電機(jī)、水泵專用控制器、與水泵專用控制相連的通訊裝置、采樣模塊及顯示模塊；水泵專用控制器配置一路CAN總線通訊及多路485通訊，水泵專用控制器通過連接手機(jī)、電腦、平板、觸摸屏中的一種或多種實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；水泵專用控制器通過采樣模塊連接傳感器獲取壓力、流量和溫度以反饋當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，水泵專用控制器根據(jù)壓力值、流量值和溫度值運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算后控制一體式變頻電機(jī)工作實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制，所述的一體式變頻電機(jī)包括電機(jī)、與電機(jī)一體設(shè)置的變頻器；多變頻控制系統(tǒng)包含多臺(tái)一體式變頻電機(jī)和至少一個(gè)水泵專用控制器；一個(gè)水泵專用控制器與多臺(tái)一體式變頻電機(jī)通訊相連，或多個(gè)水泵專用控制器與多臺(tái)一體式變頻電機(jī)通訊相連。本技術(shù)方案通過多臺(tái)的一體式變頻電機(jī)配合工作，減少擾動(dòng)，避免產(chǎn)生水錘效應(yīng)。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實(shí)用新型還包括以下附加技術(shù)特征。

進(jìn)一步的，多個(gè)水泵專用控制器之間采用Canopen協(xié)議中的Flying Master方法來確定當(dāng)前主控，其他主控則處于備用狀態(tài)．當(dāng)備用主控單元發(fā)現(xiàn)當(dāng)前主控出故障后，備用主控會(huì)重新啟動(dòng)Flying Master方法來確定新的主控單元，水泵專用控制器通過RS485通訊控制一體式變頻電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述的傳感器包括用于反饋實(shí)時(shí)壓力的壓力傳感器、反饋實(shí)時(shí)流量的流量傳感器、反饋實(shí)時(shí)溫度的溫度傳感器，水泵專用控制器根據(jù)壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器采集的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的恒壓、恒流、恒溫控制。

進(jìn)一步的，所述的采樣模塊由CAN總線供電，CAN總線由水泵專用控制器供電，當(dāng)有多個(gè)水泵專用控制器時(shí)總線電源并聯(lián)，其中一個(gè)水泵專用控制器故障，不影響采樣模塊工作；多個(gè)水泵專用控制器電源在接入到總線電源前端配有一個(gè)二級(jí)管以防止電線電流倒灌。

進(jìn)一步的，水泵專用控制器間采用CAN通訊,當(dāng)主控模塊斷電后，該節(jié)點(diǎn)處于浮空狀態(tài)，避免對(duì)總線上的其他通訊設(shè)備造成影響；總線自動(dòng)進(jìn)行地址設(shè)定，根據(jù)泵組系統(tǒng)總線串聯(lián)方式，采用地址自增方式實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，采樣模塊采集各類輸入數(shù)據(jù)及輸出控制信號(hào)，采樣模塊收到傳感器反饋的信息后，將這些數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送到Can總線上，所有水泵專用控制器可以同時(shí)接收到這些數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

進(jìn)一步的，水泵專用控制器通過485通訊接口與一體式變頻電機(jī)通訊；所述的水泵專用控制器設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，通訊模塊包括GPRS模塊、藍(lán)牙模塊和/或wi-fi模塊；遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊通過GPRS和/或wi-fi方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的升級(jí)及故障軟修復(fù)。

手機(jī)、平板、電腦通過藍(lán)牙與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，實(shí)現(xiàn)近距離無線監(jiān)控。

有益效果：本技術(shù)方案通過多臺(tái)的一體式變頻電機(jī)配合工作，減少擾動(dòng)，避免產(chǎn)生水錘效應(yīng)。且本技術(shù)方案采用中全頻恒壓控制頻率波動(dòng)，壓力、流量、溫度控制恒定；采用一體式變頻電機(jī)，整機(jī)組裝調(diào)試方便、產(chǎn)品體積大大減少；整機(jī)防水防塵，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP55以上；人機(jī)交互簡單方便; 降低成本;產(chǎn)品可靠性高。

附圖說明

圖1 是本發(fā)的系統(tǒng)圖。

圖2是本實(shí)用新型的總線圖。

圖3是本實(shí)用新型壓力或流量與泵數(shù)量和泵轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。

圖4 是本實(shí)用新型控制流程示例圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1、2所示，本實(shí)用新型由一體式變頻電機(jī)、水泵專用控制器、GPRS模塊、藍(lán)牙模塊、采樣模塊、顯示模塊組成，水泵專用控制器配置3路485通訊一路GAN總線通訊。系統(tǒng)通過壓力、流量、溫度等傳感器反饋實(shí)時(shí)的壓力、流量、溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的恒壓、恒流、恒溫控制。其中一體式變頻電機(jī)是由電機(jī)加變頻器組成的一體式變頻調(diào)速動(dòng)力裝置。

水泵專用控制器是多變頻控制系統(tǒng)的控制中心，而且該系統(tǒng)允許多個(gè)控制中心的存在．水泵專用控制器之間采用Canopen協(xié)議中的Flying Master方法來確定當(dāng)前主控，其他主控則處于備用狀態(tài)．當(dāng)備用主控單元發(fā)現(xiàn)當(dāng)前主控出故障后，備用主控會(huì)重新啟動(dòng)Flying Master方法來確定新的主控單元．水泵專用控制器通過RS485通訊控制一體式變頻電機(jī)。系統(tǒng)中有多個(gè)水泵專用控制器時(shí)各水泵專用控制器可自動(dòng)切換主從關(guān)系。多個(gè)水泵專用控制器構(gòu)成泵組控制器。

為減少斷電對(duì)采樣模塊的影響，采樣模塊由CAN總線供電。CAN總線由水泵專用控制器供電，當(dāng)有多個(gè)水泵專用控制器時(shí)總線源電源并聯(lián)，當(dāng)其中一個(gè)水泵專用控制器故障時(shí)，也不會(huì)是影響采樣模塊工作，提高工作的穩(wěn)定性。多個(gè)水泵專用控制器電源在接入到總線電源前端配有一個(gè)二級(jí)管，以防止電線電流倒灌。

為避免主控模塊斷電后對(duì)其他設(shè)備的影響，水泵專用控制器間采用 CAN通訊,當(dāng)主控模塊斷電后，本節(jié)點(diǎn)會(huì)處于浮空狀態(tài)，不會(huì)對(duì)總線上的其他通訊設(shè)備造成影響．總線自動(dòng)進(jìn)行地址設(shè)定，根據(jù)泵組系統(tǒng)總線串聯(lián)方式，采用地址自增方式實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)工作的穩(wěn)定的性，多變頻控制系統(tǒng)至少包含一臺(tái)及以上的一體式變頻電機(jī)和一個(gè)或多個(gè)水泵專用恒壓供水控制器。

為實(shí)現(xiàn)工作的可靠性，水泵專用恒壓供水控制器通過485與一體式變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。

為方便系統(tǒng)的更新，系統(tǒng)可通過GPRS、wi-fi方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和軟件升級(jí)及故障軟修復(fù)。

水泵專用恒壓供水控制器與一體式變頻電機(jī)通訊協(xié)議為MODBUS協(xié)議。

為方便控制，系統(tǒng)可通過終端進(jìn)行控制，終端可以是手機(jī)、電腦、平板、觸摸顯示屏等；手機(jī)通過藍(lán)牙與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，實(shí)現(xiàn)近距離無線監(jiān)控。

為減少成本，并提高工作的可靠性。通過采樣模塊實(shí)現(xiàn)各個(gè)水泵專用控制器的外部采集數(shù)據(jù)的共享，

本實(shí)用新型是一種典型的自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)，通過水泵專用控制器對(duì)1臺(tái)或多臺(tái)泵進(jìn)行控制，通過一體式變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行。控制量為流量、壓力等。水泵專用控制器通過MODBUS輸出信號(hào)給一體式變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵。水泵專用控制器根據(jù)供水需求控制一體式變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速及運(yùn)行數(shù)量。

本系統(tǒng)由水泵專用控制器控制運(yùn)行，通過安裝在出水總管上的壓力變送器和流量傳感器實(shí)時(shí)將壓力和流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mA或0~10V弱電信號(hào)，輸入到系統(tǒng)控制單元數(shù)據(jù)采樣模塊，信號(hào)經(jīng)水泵專用控制器運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)及水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，由水泵專用控制器的輸出邏輯控制指令給一體式變頻電機(jī)控制泵的輸出轉(zhuǎn)速。

控制系統(tǒng)由水泵專用控制器通過一體式變頻電機(jī)控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)水壓或流量，根據(jù)壓力、流量的不同，水泵專用控制器調(diào)節(jié)一體式變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同。水泵專用控制器檢測(cè)到存在更高容量的需求時(shí)，水泵專用控制器將通過MODBUS控制提高一體式變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到95%轉(zhuǎn)速時(shí)仍無法滿足這一需求而且與目標(biāo)值相差較多時(shí)，保持當(dāng)前一體式變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速并啟動(dòng)下一臺(tái)一體式或兩臺(tái)變頻電機(jī)，當(dāng)啟動(dòng)泵后，水泵專用控制器將通過MODBUS控制下新投入的一體式變頻電機(jī)將從最小頻率開始繼續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如此循環(huán)直至達(dá)到系統(tǒng)供水要求;當(dāng)水泵專用控制器檢測(cè)到容量過剩時(shí)，則降低運(yùn)行時(shí)間最長的一體式變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)仍無法滿足這一需求時(shí)，停上當(dāng)前一體式變頻電機(jī)運(yùn)行并開始降低下一臺(tái)運(yùn)行時(shí)間最長的一體式變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，如此循環(huán)直至達(dá)到系統(tǒng)供水要求。當(dāng)停止所有一體式變頻電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入睡眠模式，以保持供水系統(tǒng)的壓力或流量同時(shí)保護(hù)供水系統(tǒng)安全，達(dá)到節(jié)能效果。

水泵專用控制器進(jìn)行監(jiān)視和控制時(shí)的參數(shù)包括第一參數(shù)組、第二參數(shù)組、第三參數(shù)組，所述的第一參數(shù)組用于監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；第二參數(shù)組用于查詢系統(tǒng)的出廠信息；第三參數(shù)組用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。

其中第一參數(shù)組的狀態(tài)參數(shù)包括：歷史故障信息、電機(jī)輸出電流、電機(jī)是否在線、電機(jī)在不同速度下的最大輸出功率、工作時(shí)間、PIM模塊溫度、模擬或數(shù)字控制方式、電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向、電機(jī)最大轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行速度；第二參數(shù)組的出廠信息包括：電機(jī)出廠日期、電機(jī)序列號(hào)、控制器版本；第三參數(shù)組的控制運(yùn)行參數(shù)包括：模擬或數(shù)字控制方式、電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向、電機(jī)最大轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行速度、PID參數(shù)調(diào)節(jié)、加減速；主機(jī)對(duì)每一參數(shù)組的單個(gè)參數(shù)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

如圖3所示，在水泵專用控制器中可預(yù)先存儲(chǔ)泵的數(shù)量及轉(zhuǎn)速和壓力或流量關(guān)系，方便比對(duì)，以提升計(jì)算判斷的速度。

以下以一具體示例進(jìn)一步解釋說明控制流程，如圖4所示，其具體調(diào)節(jié)步驟如下：

1、初始階段，2臺(tái)泵90%運(yùn)行速度；

2、流量減少，2臺(tái)泵同時(shí)減速；

3、控制點(diǎn)穩(wěn)定后啟動(dòng)流量檢測(cè)功能：計(jì)算二臺(tái)泵低頻運(yùn)行與一臺(tái)泵高速運(yùn)行哪種能耗低，二臺(tái)泵低，維持水泵轉(zhuǎn)速；

4、流量減少，2臺(tái)泵同時(shí)減速；

5、控制點(diǎn)穩(wěn)定后啟動(dòng)流量檢測(cè)功能：重新計(jì)算能耗，一臺(tái)泵低；系統(tǒng)讓一臺(tái)泵提速，另一臺(tái)泵降速；

6、控制點(diǎn)值下降；需要兩臺(tái)泵；返回先前狀態(tài)估計(jì)模塊；

7、流量減少；2臺(tái)泵同時(shí)減速；

8、在次啟動(dòng)流量檢測(cè)控制；一臺(tái)泵提速，另一泵降速；

9、控制點(diǎn)穩(wěn)定；1臺(tái)泵可以滿足要求；另一臺(tái)泵軟停車；

10、流量增加；＃1泵提速；

11、控制點(diǎn)值下降，一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到100% ；1臺(tái)泵不能滿足要求 ＃2泵軟啟動(dòng)。

以上圖1-4所示的多變頻控制系統(tǒng)是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，可根據(jù)實(shí)際的使用需要，在本實(shí)用新型的啟示下，對(duì)其進(jìn)行形狀、結(jié)構(gòu)等方面的等同修改，均在本方案的保護(hù)范圍之列。