專(zhuān)利名稱(chēng)：雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潮汐模擬系統(tǒng)，尤其是一種能遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制模擬海水潮汐波且高效節(jié)能的雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
潮汐模擬生潮系統(tǒng)包括模擬潮汐波設(shè)備、控制裝置、控制方法，多用于游樂(lè)場(chǎng)的潮水池，水利科研物理模型等場(chǎng)所。將天然河口段的河床形態(tài)制作成比尺模型，要求通過(guò)水量與時(shí)間的縮尺復(fù)演天然的潮汐波，即為潮汐模擬生潮。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的生潮方式有壓力式潮水箱、可變溢流尾門(mén)式和水泵抽水式等幾種形式。壓力式潮水箱設(shè)備龐大、配套設(shè)備復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用昂貴，運(yùn)行噪音大；尾門(mén)式控制參數(shù)多，而且寬口門(mén)門(mén)體的機(jī)電傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、給水量恒定耗能；水泵抽水式均為單向水泵，所需設(shè)備多，控制量多，能耗高。
公知的回流泵多用于環(huán)保行業(yè)二級(jí)污水處理廠(chǎng)混合液回流、反硝化脫氮的混合液回流，亦可用于地面排水、灌溉和廢水處理過(guò)程中再循環(huán)等需要微揚(yáng)程、大流量之場(chǎng)所。目前，對(duì)于這些需要在兩個(gè)污水池之間的循環(huán)和排放或雙向抽水的工況，均需使用兩臺(tái)以上的回流泵，現(xiàn)有的回流泵不能雙向抽水，因此增加了設(shè)備安裝及運(yùn)行費(fèi)用，而且耗能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可變溢流水泵抽水式雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系
3統(tǒng)，用以減少潮汐模擬設(shè)備、控制量，降低運(yùn)行費(fèi)用和能耗，并提供更為逼真的潮汐模擬效果。
所述雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)包括回流泵、電機(jī)、水位儀、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)外圍器件、電器控制裝置，其特征是所述回流泵是一種雙向回流泵，即將此泵置于地平面，其葉輪軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)時(shí)，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對(duì)稱(chēng)S形；所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連
構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路輸入光柵式水位計(jì)、單片機(jī)、光電隔離、RS323/485轉(zhuǎn)換器、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，B路輸出PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、RS323/485轉(zhuǎn)換器、變頻器、變頻電機(jī)、雙向回流泵。
用于雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟1)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面上根據(jù)用戶(hù)輸入，繪制目標(biāo)曲線(xiàn)，2)通過(guò)B路輸出目標(biāo)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，3)通過(guò)B路實(shí)施變頻電機(jī)調(diào)速，雙向回流泵換向，4)通過(guò)A路輸入檢測(cè)水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果輸出PID調(diào)節(jié)信號(hào)。
所述雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是高效節(jié)能，通過(guò)對(duì)回流泵進(jìn)行的結(jié)構(gòu)改造，將單向回流變?yōu)殡p向回流，回流泵不僅保留了原有的優(yōu)特點(diǎn)，而且還具有了雙向回流的功能，如此可使管路設(shè)備投入與運(yùn)行費(fèi)用取得最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，節(jié)省大量投資。利用計(jì)算機(jī)與變頻器間串口通訊，應(yīng)用RS485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RS485接口形成一種在線(xiàn)的數(shù)字控制方式，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制雙向回流水泵，變頻調(diào)速泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，正反向調(diào)節(jié)物理模型的瞬時(shí)進(jìn)、出水量模擬潮汐水位過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了逼真模擬潮汐波的目的。本系統(tǒng)的雙向回流泵將變頻調(diào)速用于雙向水流葉輪，避免了工頻下全速運(yùn)行造成的能量浪費(fèi)，本系統(tǒng)變頻器調(diào)速范圍寬泛，運(yùn)行平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，加之泵體及電機(jī)置于水下，設(shè)備運(yùn)行無(wú)噪音，大大改善了工作環(huán)境。利用雙向回流泵的特性和采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，本模擬系統(tǒng)與其它生潮方式相比，控制系統(tǒng)設(shè)備集成度高，更具操控方便以及更好的可靠性和高效節(jié)能。


圖1是本發(fā)明雙向水流葉輪主視圖，
圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1A-A面剖視圖，圖4是現(xiàn)有回流泵水流葉輪主視圖，圖5是圖4的俯視圖，圖6是控制系統(tǒng)框圖，圖7是控制系統(tǒng)軟件流程框圖。
具體實(shí)施例方式
潮汐模擬控制系統(tǒng)的軟件采用Visual C++6.0平臺(tái)開(kāi)發(fā)，適用于windows2000/xp以上系統(tǒng)，界面友好，用戶(hù)操作方便。軟件設(shè)計(jì)主要涉及4大部分分別為界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、控制策略設(shè)計(jì)、通訊設(shè)計(jì)?？刂撇呗圆捎肞ID智能調(diào)節(jié)，控制軟件流程圖如圖7所示。
在圖6控制系統(tǒng)框圖中，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)4通過(guò)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)5分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路(輸入)光柵式水位計(jì)9、單片機(jī)8、光電隔離器7、 RS323/485轉(zhuǎn)換器6、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)5; B路(輸出)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)5、 RS323/485轉(zhuǎn)換器6、變頻器12、變頻電機(jī)ll、雙向回流泵IO。
圖1 3是雙向回流泵雙向水流葉輪的結(jié)構(gòu)三視圖，所述雙向回流泵有葉輪1-1、 1-2、 1-3三片，將此泵置于地平面，其葉輪軸2的軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)時(shí)，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對(duì)稱(chēng)S形。圖3中，葉輪厚度3可根據(jù)泵徑的大小選定，多在為10 12mm之間，通常還應(yīng)考慮水泵轉(zhuǎn)速所引起的強(qiáng)度變化，選配與之相當(dāng)功率的電機(jī)。
將圖5現(xiàn)有回流泵水流葉輪俯視圖與圖2雙向水流葉輪俯視圖比較后，可以明顯看出，本發(fā)明技術(shù)方案的主要特征是把單向葉輪的不對(duì)稱(chēng)形狀制作成對(duì)稱(chēng)S形葉輪，從機(jī)械制圖三視圖的俯視圖可以看出，雙向回流泵的葉輪與輪軸線(xiàn)呈對(duì)稱(chēng)S形(如圖2示)，而一般單向的是C形(如圖5示)。當(dāng)電機(jī)換向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水流隨之反向流動(dòng)。使用雙向回流泵時(shí)，
雙向回流變頻調(diào)速泵模擬系統(tǒng)既可以為潮汐模型試驗(yàn)提供可靠的量測(cè)數(shù)據(jù)，也可為河工、水工、港工模型水位自動(dòng)控制的技術(shù)平臺(tái)(本系統(tǒng)可根據(jù)模型規(guī)模及模型口門(mén)寬度設(shè)定水泵的臺(tái)數(shù)及相關(guān)參數(shù))，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)水力實(shí)體模型的水位自動(dòng)控制。
生潮控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、光柵式水位計(jì)、專(zhuān)用通訊接口、測(cè)控軟件、雙向回流調(diào)速水泵以及配套的變頻電控器組成。系統(tǒng)控制的全部功能由一臺(tái)工控機(jī)即可完成，工作過(guò)程及控制方法如控制軟件流程圖7示。所述系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)比較水位計(jì)采集到的潮水位信號(hào)，與給定的目標(biāo)曲線(xiàn)潮水位值比較，進(jìn)行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率(可從5HZ 50HZ全程可調(diào))信號(hào)，改變電機(jī)的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過(guò)程曲線(xiàn)上，同時(shí)把采集到的當(dāng)前水位數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，監(jiān)控模擬生潮的效果。具體方法包括以下步驟1)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面上根據(jù)用戶(hù)輸入，
繪制目標(biāo)曲線(xiàn)，2)通過(guò)B路輸出目標(biāo)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，3)通過(guò)B路實(shí)施變頻電機(jī)調(diào)速，雙向回流泵換向，4)通過(guò)A路輸入檢測(cè)水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果輸出PID調(diào)節(jié)信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)，包括回流泵、電機(jī)、水位儀、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)外圍器件、電器控制裝置，其特征是所述回流泵是一種雙向回流泵，即將此泵置于地平面，其葉輪軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)時(shí)，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對(duì)稱(chēng)S形；所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路輸入光柵式水位計(jì)、單片機(jī)、光電隔離、RS323/485轉(zhuǎn)換器、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，B路輸出PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、RS323/485轉(zhuǎn)換器、變頻器、變頻電機(jī)、雙向回流泵。
2. —種用于雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于所述方法及步驟是，方法實(shí)時(shí)比較水位計(jì)采集到的潮水位信號(hào)，與給 定的目標(biāo)曲線(xiàn)潮水位值比較，進(jìn)行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率信 號(hào)，頻率從5HZ 50HZ全程可調(diào)，改變電機(jī)的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正 反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過(guò)程曲線(xiàn)上，同時(shí) 把采集到的當(dāng)前水位數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，監(jiān)控模擬生潮的效果；步驟1)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面上根據(jù)用戶(hù)輸入，繪制目標(biāo)曲線(xiàn)，2)通過(guò)B路輸出目標(biāo)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，3)通過(guò)B路實(shí)施變頻電機(jī)調(diào)速，雙向回 流泵換向，4)通過(guò)A路輸入檢測(cè)水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果輸 出PID調(diào)節(jié)信號(hào)。
全文摘要
一種雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)，其雙向回流泵的葉輪與軸呈對(duì)稱(chēng)S形；所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分輸入和輸出兩路串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)比較水位計(jì)采集到的潮水位信號(hào)，與給定的目標(biāo)曲線(xiàn)潮水位值比較，進(jìn)行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率信號(hào)，改變電機(jī)的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過(guò)程曲線(xiàn)上，同時(shí)把采集到的當(dāng)前水位數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，監(jiān)控模擬生潮的效果。本系統(tǒng)避免了工頻下全速運(yùn)行造成的能量浪費(fèi)，運(yùn)行平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，設(shè)備運(yùn)行無(wú)噪音，控制系統(tǒng)設(shè)備集成度高，更具操控方便，具有高可靠性和高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101556748SQ20081004728
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者萬(wàn)星星, 吳新生, 林木松, 范北林, 陳鴻麗, 黃衛(wèi)東 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院