專利名稱：控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機控制方法及裝置，尤其是能防止水泵風(fēng)機運行在低效區(qū)的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
為了滿足工藝要求和實現(xiàn)節(jié)能，經(jīng)常需要使用調(diào)速器對水泵風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，常用的調(diào)速器包括變頻器、串級調(diào)速器、電磁調(diào)速器和液力耦合器等。目前公知的用于調(diào)速器的水泵、風(fēng)機控制方法是常規(guī)單閉環(huán)控制，常規(guī)單閉環(huán)控制可以作為工業(yè)控制器、調(diào)速器和組態(tài)軟件的一部分存在。常用的工業(yè)控制器包括PLC可編程控制器、PID調(diào)節(jié)器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器、調(diào)速器中的控制單元等，用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件也可以實現(xiàn)對水泵風(fēng)機的控制。根據(jù)工藝要求被控參數(shù)可以是壓力、流量、溫度、濃度等，以保持水泵出口壓力恒定為例，常規(guī)單閉環(huán)控制方法的控制框圖如圖1，PS為水泵出口壓力設(shè)定值，水泵出口的實際壓力為Pa，當(dāng)壓力傳感器104測量出的Pa低于設(shè)定值PS時，調(diào)節(jié)單元101的輸出增加，調(diào)速單元102使水泵103的轉(zhuǎn)速升高，水泵出口的實際壓力Pa升高，如果Pa仍小于PS，則水泵103的轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，直到Pa等于PS；當(dāng)Pa高于設(shè)定值PS時，調(diào)節(jié)單元101的轉(zhuǎn)出降低，調(diào)速單元102使水泵103的轉(zhuǎn)速降低，水泵出口的實際壓力Pa降低，如果Pa仍高于PS，則水泵103的轉(zhuǎn)速繼續(xù)降低，直到Pa等于PS，這樣就使得水泵的實際出口壓力Pa保持在PS附近。當(dāng)被控參數(shù)是水泵流量、混合介質(zhì)溫度或濃度時，同上述控制壓力的調(diào)節(jié)過程基本相同，只是當(dāng)被控參數(shù)為溫度控制時，根據(jù)水泵輸送的介質(zhì)是制冷介質(zhì)還是加熱介質(zhì)水泵的調(diào)速方向會相反。常規(guī)單閉環(huán)風(fēng)機控制的原理與上述調(diào)節(jié)過程基本相同。有的調(diào)速器包含調(diào)節(jié)單元和調(diào)速單元，也有的調(diào)速器只包含調(diào)速單元，調(diào)節(jié)單元由調(diào)速器之外的PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器或組態(tài)軟件完成。在常規(guī)的單閉環(huán)控制方法中，由于沒有控制水泵風(fēng)機運行效率的措施，所以常會使水泵、風(fēng)機的運行偏離高效區(qū)，進入低效運行狀態(tài)，從而導(dǎo)致水泵風(fēng)機電耗的不合理升高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的水泵風(fēng)機常規(guī)單閉環(huán)控制方法中存在的不能保證水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)的問題，本發(fā)明提供一種用于工業(yè)控制器和組態(tài)軟件的能控制水泵風(fēng)機運行效率的方法，該方法不僅能滿足正常的工藝控制要求，而且能有效地保證水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在常規(guī)單閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)單元和調(diào)速單元之間，增加運行效率控制單元，運行效率控制單元對水泵風(fēng)機的運行效率進行控制。運行效率控制單元根據(jù)工藝要求的設(shè)定壓力Ps、水泵風(fēng)機進口的附加壓力Pe、設(shè)定流量Qs、水泵風(fēng)機的實際壓力Pa、實際流量Qa、水泵風(fēng)機的特性參數(shù)，確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax；確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin和最大流量Qmax；確定出水泵高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin和最高揚程Hmax；確定出風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin和最高壓力Pmax。運行效率控制單元中含有運行方式選擇功能，當(dāng)選擇常規(guī)單閉環(huán)控制方式時，調(diào)節(jié)單元輸出的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns不作任何處理，由運行效率控制單元直接送入調(diào)速單元，運行效率控制單元輸出ns’＝ns；當(dāng)選擇運行效率控制方式時，調(diào)節(jié)單元輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns至運行效率控制單元進行處理，運行效率控制單元輸出能保持或趨向使水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’至調(diào)速單元。ns＜nmin時，ns’＝nmin；ns＞nmax時，ns’＝nmax；nmin≥ns≥nmax時，ns’＝ns，由于水泵風(fēng)機轉(zhuǎn)速的變化是在nmin和nmax之間，從而保證水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)；Qa＜Qmin時，ns’＝ns’+Δn；Qa＞Qmax時，ns’＝ns’-Δn，Qmin≤Qa≤Qmax時，ns’＝ns，Δn是一定時間的轉(zhuǎn)速增量，由于水泵風(fēng)機的流量變化是在Qmin和Qmax之間，從而保證水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)；Pa＜Hmin時，ns’＝ns’+Δn；Pa＞Hmax時，ns’＝ns’-Δn；Hmin≤Pa≤Hmax時，ns’＝ns。Pa＜Pmin時，ns’＝ns’+Δn；Pa＞Pmax時，ns’＝ns’-Δn，PminPa≤Pmax時，ns’＝ns，Δn是一定時間的轉(zhuǎn)速增量，水泵的揚程變化是在Hmin和Hmax之間，風(fēng)機的壓力變化是在Pmin和Pmax之間，從而保證水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)。運行效率控制單元可以作為調(diào)速器的一部分置于調(diào)速器中，運行效率控制單元也可以作為PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器或組態(tài)軟件的一部分置于PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器和組態(tài)軟件中，運行效率控制單元也可以做為獨立的水泵風(fēng)機運行效率控制裝置。
水泵在額定轉(zhuǎn)速ne時的Q-H流量揚程特性曲線和Q-η流量效率特性曲線如圖2，要求水泵調(diào)速后的運行效率在最高效率ηmax左側(cè)不低于η1，在最高效率ηmax右側(cè)不低于η2，η1和η2兩點對應(yīng)的特征揚程為H1和H2，對應(yīng)的特征流量為Q1和Q2，Pe為水泵進口的附加壓力，(Ps-Pe)對應(yīng)流量Qse，Qs對應(yīng)揚程Hse，(Pa-Pe)對應(yīng)流量Qae，Qa對應(yīng)揚程Hae。
風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne時的Q-P流量壓力特性曲線和Q-η流量效率特性曲線，如圖3，要求風(fēng)機調(diào)速后的運行效率在最高效率ηmax左側(cè)不低于η1，在最高效率ηmax右側(cè)不低于η2，η1和η2兩點對應(yīng)的特征壓力為P1和P2，對應(yīng)的特征流量為Q1和Q2，Pe為風(fēng)機進口的附加壓力，(Ps-Pe)對應(yīng)流量Qse，QS對應(yīng)壓力Pse，(Pa-Pe)對應(yīng)流量Qae，Qa對應(yīng)壓力Pae。
被控參數(shù)是水泵出口壓力，水泵出口壓力設(shè)定值為Ps，Pe為水泵進口附加壓力值，Ps、Pe、H1、H2換算為相同的計算單位。運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Ps-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Ps-Pe)÷H2]0.5；(Ps-Pe)＞H1時，nmin＞ne，由于水泵的轉(zhuǎn)速一般不允許超過額定轉(zhuǎn)速ne，取nmin＝ne，這將導(dǎo)致水泵運行效率低于η1；(Ps-Pe)＞H2時，nmax＞ne，因為同樣的原因，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷H2]0.5，(Ps-Pe)＞H1時，取ns’＝ne，這將導(dǎo)致水泵運行效率低于η1；(Ps-Pe)＞H2時，取Qmax＝Qse。η1＝η2時，要求水泵在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于效率值η1；η1＝η2＝ηmax時，要求水泵一直工作在最高效率點ηmax。
被控參數(shù)為風(fēng)機出口壓力，風(fēng)機出口壓力設(shè)定值為Ps，Pe為風(fēng)機進口附加壓力值，運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Ps-Pe)÷P2]0.5，(Ps-Pe)＞P1時，取nmin＝ne，(Ps-Pe)＞P2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷P2]0.5，(Ps-Pe)＞P1時，取ns’＝ne，這將導(dǎo)致風(fēng)機運行效率低于η1；(Ps-Pe)＞P2時，取Qmax＝Qse；η1＝η2時，風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
被控參數(shù)為水泵風(fēng)機的流量，水泵風(fēng)機的流量設(shè)定值為Qs，運行效率控制單元確定出水泵風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×(Qs÷Q2)，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×(Qs÷Q1)，Qs＞Q2時，取nmin＝ne，Qs＞Q1時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin＝H2×(Qs÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高揚程Hmax＝H1×(Qs÷Q1)2，Qs＞Q2時，取ns’＝ne，Qs＞Q1時，取Hmax＝Hse；確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin＝P2×(Qs÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高壓力Pmax＝P1×(Qs÷Q1)2，Qs＞Q2時，取ns’＝ne，Qs＞Q1時，取Pmax＝Pse；η1＝η2時，水泵風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，水泵風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
被控參數(shù)不是水泵的壓力和流量，可以得到水泵的實際壓力Pa和水泵進口附加壓力值Pe，Pa、Pe、H1、H2換算為相同的計算單位，運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Pa-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Pa-Pe)÷H2]0.5，(Pa-Pe)＞H1時，取nmin＝ne，(Pa-Pe)＞H2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Pa-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷H2]0.5，(Pa-Pe)＞H1時，取ns’＝ne，(Pa-Pe)＞H2時，取Qmax＝Qae；η1＝η2時，水泵在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，水泵運行在最高效率點ηmax。
被控參數(shù)不是風(fēng)機壓力和流量，可以得到風(fēng)機的實際壓力Pa和風(fēng)機進口附加壓力值Pe，運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Pa-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Pa-Pe)÷P2]0.5，(Pa-Pe)＞P1時，取nmin＝ne，(Pa-Pe)＞P2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Pa-Pe)÷P2]0.5，(Pa-Pe)＞P1時，取ns’＝ne，這將導(dǎo)致風(fēng)機運行效率低于η1，(Pa-Pe)＞P2時，取Qmax＝Qae；η1＝η2時，風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
被控參數(shù)不是水泵風(fēng)機的壓力和流量，可以得到水泵風(fēng)機的實際流量Qa，運行效率控制單元確定出水泵風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×(Qa÷Q2)，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×(Qa÷Q1)，Qa＞Q2時，取nmin＝ne，Qa＞Q1時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin＝H2×(Qa÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高揚程Hmax＝H1×(Qa÷Q1)2，Qa＞Q2時，取ns’＝ne，Qa＞Q1時，取Hmax＝Hae；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin＝P2×(Qa÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高壓力Pmax＝P1×(Qa÷Q1)2，Qa＞Q2時，取ns’＝ne，Qa＞Q1時，取Pmax＝Pae；η1＝η2時，水泵風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，水泵風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
本發(fā)明的有益效果是可使調(diào)速運行的水泵風(fēng)機在滿足正常的工藝要求的同時，并可避免運行在低效區(qū)，由于僅需增加對轉(zhuǎn)速進行限制的運行效率控制單元，結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步說明。
圖1是控制水泵出口壓力的常規(guī)單閉環(huán)控制框圖。
圖2是水泵的Q-H流量揚程特性曲線和Q-η流量效率特性曲線。
圖3是風(fēng)機的Q-P流量壓力特性曲線和Q-η流量效率特性曲線。
圖4是優(yōu)選實施例增加運行效率控制單元后水泵出口壓力控制框圖。
圖5是優(yōu)選實施例增加運行效率控制單元后風(fēng)機出口壓力控制框圖。
圖6是優(yōu)選實施例增加運行效率控制單元后水泵風(fēng)機流量控制框圖。
圖7是優(yōu)選實施例以水泵實際輸出壓力為運行效率判別參數(shù)時的控制框圖。
圖8是優(yōu)選實施例以風(fēng)機實際輸出壓力為運行效率判別參數(shù)時的控制框圖。
圖9是優(yōu)選實施例以水泵風(fēng)機的流量為運行效率判別參數(shù)時的控制框圖。
圖10是優(yōu)選實施例運行效率控制單元的程序框圖。
圖11是本發(fā)明優(yōu)選實施例的原理框圖。
圖中Ps為壓力設(shè)定值，Qs為流量設(shè)定值，Pe為水泵風(fēng)機進口附加壓力值，Pa為水泵風(fēng)機的實際壓力值，Qa為水泵風(fēng)機的實際流量值，Vs為流量壓力以外的被控參數(shù)設(shè)定值，Va為流量壓力以外的被控參數(shù)實際值，H1為水泵在額定轉(zhuǎn)速ηe下效率為η1點對應(yīng)的特征揚程值，H2為水泵在額定轉(zhuǎn)速下效率為η2點對應(yīng)的特征揚程值，P1為風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1點對應(yīng)的特征壓力值，P2為風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征壓力值，Q1是水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1點對應(yīng)的特征流量壓值，Q2是水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速下效率η2點對應(yīng)的特征流量值，ηmax為水泵風(fēng)機的最高效率值，(Ps-Pe)對應(yīng)流量Qse，Qs對應(yīng)揚程Hse，Qs對應(yīng)壓力Pse，(Pa-Pe)對應(yīng)流量Qae，Qa對應(yīng)揚程Hae，Qa對應(yīng)壓力Pae，ns是調(diào)節(jié)單元輸出的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，ns’為運行效率控制單元輸出的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)單元101為常規(guī)的控制器或調(diào)節(jié)器，調(diào)速單元102為普通調(diào)速器，水泵103為被調(diào)速器控制的水泵，風(fēng)機501為被調(diào)速器控制的風(fēng)機，水泵風(fēng)機603為被調(diào)速器控制的水泵風(fēng)機，運行效率控制單元401負(fù)責(zé)對水泵風(fēng)機的運行效率進行控制，壓力傳感器104為常規(guī)的壓力變送器，流量傳感器604為常規(guī)的流量變送器，傳感器704是被控參數(shù)Va的測量傳感器，nmin為水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速，nmax為水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速，1101單片機，1102模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，1103數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，1104多路選擇開關(guān)，1105顯示器，1106鍵盤。
具體實施例方式
在圖4中，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)水泵出口壓力設(shè)定值Ps和壓力傳感器104測量出的水泵實際壓力值Pa之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns值、水泵進口附加壓力值Pe、水泵在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征揚程值H1、水泵在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征揚程H2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’，ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對水泵103的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。一般調(diào)速器包含調(diào)速單元102，運行效率控制單元401可以作為調(diào)速器的一個組成部分置入調(diào)速器內(nèi)，運行效率控制單元401也可以作為PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器或組態(tài)軟件的一個組成部分置入PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器或組態(tài)軟件內(nèi)，運行效率控制單元401也可以作為獨立的水泵風(fēng)機運行效率控制裝置，調(diào)節(jié)單元101可以是調(diào)速器的一部分，也可以是獨立于調(diào)速器之外的PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器或組態(tài)軟件的一部分。
在圖5中，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)風(fēng)機輸出壓力設(shè)定值Ps和壓力傳感器104測量出的風(fēng)機實際壓力值Pa之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns值、風(fēng)機進口附加壓力值Pe、風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征壓力值P1、風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征壓力值P2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對風(fēng)機501的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
在圖6中，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)水泵風(fēng)機的流量設(shè)定值Qs和流量傳感器604測量出的水泵風(fēng)機實際流量Qa之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns、水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征流量值Q1、水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征流量Q2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’，ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對水泵風(fēng)機603的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
在圖7中，被控參數(shù)不是水泵的壓力和流量，其設(shè)定值為Vs，如果能得到水泵出口實際壓力Pa，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)設(shè)定值Vs和傳感器704測量出的實際值Va之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns值、水泵進口附加壓力Pe、水泵在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征揚程值H1、水泵在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征揚程H2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’，ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對水泵103的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
在圖8中，被控參數(shù)不是風(fēng)機壓力和流量，其設(shè)定值為Vs，如果能得到風(fēng)機出口實際壓力Pa，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)設(shè)定值Vs和傳感器704測量出的實際值Va之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns值、風(fēng)機進口附加壓力Pe、風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征壓力值P1、風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征壓力值P2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’，ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對風(fēng)機501的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
在圖9中，被控參數(shù)不是水泵風(fēng)機的壓力和流量，其設(shè)定值為Vs，如果能得到水泵風(fēng)機的實際流量Qa，調(diào)節(jié)單元101根據(jù)設(shè)定值Vs和傳感器704測量出的實際值Va之間的差值，輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)值ns，運行效率控制單元401對ns值、水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η1對應(yīng)的特征流量值Q1、水泵風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速ne下效率η2點對應(yīng)的特征流量Q2進行運算，確定出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，根據(jù)運行方式要求，當(dāng)要求常規(guī)控制時，運行效率控制單元401送出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’＝ns，當(dāng)要求運行效率控制時，運行效率控制單元401將根據(jù)ns的大小決定送出的轉(zhuǎn)速信號ns’，ns＜nmin時，ns’＝nmin，nmin≤ns≤nmax時，ns’＝ns，ns＞nmax時，ns’＝nmax，調(diào)速單元102根據(jù)ns’值對水泵風(fēng)機603的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
在圖10中，采集調(diào)節(jié)單元送來的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns，判別是否要求對運行效率進行控制，如不要求，則直接將ns送出ns’＝ns，如要求，則采集Ps、Qs、Pa、Qa、Pe、H1、H2、P1、 P2、Q1、Q2參數(shù)計算出對應(yīng)高效區(qū)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，如果ns＜nmin，則輸出ns’＝nmin，如果ns＞nmax，則輸出ns’＝nmax，否則輸出ns’＝ns。
在圖11中，通過1102采集Ps、Qs、Pa、Qa、Pe和ns，通過1106鍵盤輸入H1、H2、P1、P2、Q1、Q2、η1、η2和選擇運行方式，Ps、Qs、Pe也可以通過1106鍵盤輸入，1105顯示輸入的內(nèi)容和運行狀態(tài)，當(dāng)選擇常規(guī)控制方式時，1103輸出ns’＝ns，當(dāng)選擇效率控制方式時，1101對1102采集的數(shù)據(jù)運算，確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax，或確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin和最大流量Qmax，或確定出水泵高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin、最高揚程Hmax和轉(zhuǎn)速增量Δn；或確定出風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin、最高壓力Pmax和轉(zhuǎn)速增量Δn；轉(zhuǎn)速增量Δn必須是在一定時間間隔并且保證調(diào)速器不失速的轉(zhuǎn)速變化值，最后計算確定出滿足水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)的轉(zhuǎn)速ns’通過1103輸出。當(dāng)工藝要求為滿足管網(wǎng)特性時，通過1106輸入管網(wǎng)實際流量Qa，管網(wǎng)最大流量Q1max，管網(wǎng)所需最高揚程H1max或最大壓力P1max，管網(wǎng)最小流量Q1min，管網(wǎng)所需最小揚程H1min或最小壓力P1min，計算出管網(wǎng)所需揚程即壓力設(shè)定值Ps，Ps＝H1max-(Q1max2-Qa2)×(H1max-H1min)÷(Q1max2-Q1min2)，或Ps＝P1max-(Q1max2-Qa2)×(P1max-P1min)÷(Q1max2-Q1min2)。
權(quán)利要求
1.一種控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，所述工業(yè)控制器包括PLC可編程控制器、PID調(diào)節(jié)器、DCS控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器、調(diào)速器中的控制單元，所述方法是在常規(guī)單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上增加運行效率控制單元，其特征是運行效率控制單元放在調(diào)節(jié)單x元之后調(diào)速單元之前，運行效率控制單元對水泵風(fēng)機的運行效率進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是運行效率控制單元確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax；確定出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin和最大流量Qmax；確定出水泵高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin和最高揚程Hmax；調(diào)節(jié)單元輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns至運行效率控制單元進行處理，運行效率控制單元輸出能保持水泵風(fēng)機運行在高效區(qū)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號ns’至調(diào)速單元；ns＜nmin時，ns’＝nmin；ns＞nmax時，ns’＝nmax；nmin≥ns≥nmax時，ns’＝ns；Qa＜Qmin時，ns’＝ns’+Δn；Qa＞Qmax時，ns’＝ns’-Δn；Qmin≤Qa≤Qmax時，ns’＝ns，Δn是一定時間的轉(zhuǎn)速增量；Pa＜Hmin時，ns’＝ns’+Δn，Pa＞Hmax時，ns’＝ns’-Δn，Hmin≤Pa≤Hmax時，ns’＝ns；Pa＜Pmin時，ns’＝ns’+Δn；Pa＞Pmax時，ns’＝ns’-Δn，Pmin≤Pa≤Pmax時，ns’＝ns，Δn是一定時間的轉(zhuǎn)速增量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)為水泵出口壓力時，運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Ps-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Ps-Pe)÷H2]0.5，(Ps-Pe)＞H1時，取nmin＝ne；(Ps-Pe)＞H2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷H2]0.5，(Ps-Pe)＞H1時，取ns’＝ne，(Ps-Pe)＞H2時，取Qmax＝Qse；η1＝η2時，水泵在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，水泵運行在最高效率點ηmax。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)為風(fēng)機出口壓力時，運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Ps-Pe)÷P2]0.5，(Ps-Pe)＞P1時，取nmin＝ne，(Ps-Pe)＞P2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷P2]0.5，(Ps-Pe)＞P1時，取ns’＝ne，這將導(dǎo)致風(fēng)機運行效率低于η1；(Ps-Pe)＞P2時，取Qmax＝Qse；η1＝η2時，風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)為水泵風(fēng)機的流量時，運行效率控制單元確定出水泵風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×(Qs÷Q2)，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×(Qs÷Q1)，Qs＞Q2時，取nmin＝ne，Qs＞Q1時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin＝H2×(Qs÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高揚程Hmax＝H1×(Qs÷Q1)2，Qs＞Q2時，取ns’＝ne，Qs＞Q1時，取Hmax＝Hse；確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin＝P2×(Qs÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高壓力Pmax＝P1×(Qs÷Q1)2，Qs＞Q2時，取ns’＝ne，Qs＞Q1時，取Pmax＝Pse；η1＝η2時，水泵風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，水泵風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)不是水泵的壓力和流量，可以得到水泵的實際壓力Pa，運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Pa-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Pa-Pe)÷H2]0.5，(Pa-Pe)＞H1時，取nmin＝ne，(Pa-Pe)＞H2時，取nmax＝ne；η1＝η2時，水泵在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Pa-Pe)÷H1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Ps-Pe)÷H2]0.5，(Pa-Pe)＞H1時，取ns’＝ne，(Pa-Pe)＞H2時，取Qmax＝Qae；η1＝η2＝ηmax時，水泵運行在最高效率點ηmax。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)不是風(fēng)機壓力和流量，可以得到風(fēng)機的實際壓力Pa，運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×[(Pa-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×[(Pa-Pe)÷P2]0.5，(Pa-Pe)＞P1時，取nmin＝ne，(Pa-Pe)＞P2時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最小流量Qmin＝Q1×[(Ps-Pe)÷P1]0.5，運行高效區(qū)對應(yīng)的最大流量Qmax＝Q2×[(Pa-Pe)÷P2]0.5，(Pa-Pe)＞P1時，取ns’＝ne，(Pa-Pe)＞P2時，取Qmax＝Qae；η1＝η2時，風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax時，風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是被控參數(shù)不是水泵風(fēng)機的壓力和流量，可以得到水泵風(fēng)機的實際流量Qa，運行效率控制單元確定出水泵風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速nmin＝ne×(Qa÷Q2)，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速nmax＝ne×(Qa÷Q1)，Qa＞Q2時，取nmin＝ne，Qa＞Q1時，取nmax＝ne；運行效率控制單元確定出水泵運行高效區(qū)對應(yīng)的最低揚程Hmin＝H2×(Qa÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高揚程Hmax＝H1×(Qa÷Q1)2，Qa＞Q2時，取ns’＝ne，Qa＞Q1時，取Hmax＝Hae；運行效率控制單元確定出風(fēng)機運行高效區(qū)對應(yīng)的最低壓力Pmin＝P2×(Qa÷Q2)2，運行高效區(qū)對應(yīng)的最高壓力Pmax＝P1×(Qa÷Q1)2，Qa＞Q2時，取ns’＝ne，Qa＞Q1時，取Pmax＝Pae；η1＝η2，水泵風(fēng)機在調(diào)速范圍內(nèi)運行效率不低于η1；η1＝η2＝ηmax，水泵風(fēng)機運行在最高效率點ηmax。
9.權(quán)利書要求1所述的控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置，其特征是運行效率控制單元可以作為調(diào)速器的一部分置入調(diào)速器中；運行效率控制單元可以作為PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器及組態(tài)軟件功能的一部分置入PID調(diào)節(jié)器、PLC可編程控制器、DCS控制控制裝置、水泵風(fēng)機專用控制器和組態(tài)軟件中；運行效率控制單元可以作為獨立的水泵風(fēng)機運行效率控制裝置。
全文摘要
一種控制調(diào)速器的水泵風(fēng)機運行效率控制方法及裝置。在常規(guī)單閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)單元和調(diào)速單元之間，增加運行效率控制單元，運行效率控制單元計算出水泵風(fēng)機高效區(qū)對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速n
文檔編號F04D15/00GK1521405SQ0310325
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者姚福來 申請人:姚福來