本發(fā)明涉及一種水泵控制系統(tǒng)及控制方法 ，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代，節(jié)水節(jié)能已成為建設可持續(xù)發(fā)展社會的重要主題。變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，以管網(wǎng)水壓為設定參數(shù)，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒定于設定的壓力值。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水泵的調(diào)速，來實現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有電機起動和制動平穩(wěn)、無水錘效應、噪聲低等特點。同時提高了供水系統(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器的降壓啟動方法。對于中、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平穩(wěn)的切換問題沒有得到根本解決。而且頻率波動大，易引起水管壓力不穩(wěn)，產(chǎn)生水錘效應。因此，有待于進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)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務是對現(xiàn)有技術(shù)方案進行完善與改進，提供多變頻控制系統(tǒng)，以達到水管壓力穩(wěn)定的目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

本發(fā)明包括一體式變頻電機、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、電腦、平板、觸摸屏中的一種或多種實現(xiàn)人機交互；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、流量值和溫度值運算處理后與設定的信號進行比較運算后控制一體式變頻電機工作實現(xiàn)恒壓供水控制，所述的一體式變頻電機包括電機、與電機一體設置的變頻器；多變頻控制系統(tǒng)包含多臺一體式變頻電機和至少一個水泵專用控制器；一個水泵專用控制器與多臺一體式變頻電機通訊相連，或多個水泵專用控制器與多臺一體式變頻電機通訊相連。本技術(shù)方案通過多臺的一體式變頻電機配合工作，減少擾動，避免產(chǎn)生水錘效應。

作為對上述技術(shù)方案的進一步完善和補充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。

進一步的，多個水泵專用控制器之間采用Canopen協(xié)議中的Flying Master方法來確定當前主控，其他主控則處于備用狀態(tài)．當備用主控單元發(fā)現(xiàn)當前主控出故障后，備用主控會重新啟動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。

進一步的，所述的傳感器包括用于反饋實時壓力的壓力傳感器、反饋實時流量的流量傳感器、反饋實時溫度的溫度傳感器，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現(xiàn)對流體的恒壓、恒流、恒溫控制。

進一步的，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，當有多個水泵專用控制器時總線電源并聯(lián)，其中一個水泵專用控制器故障，不影響采樣模塊工作；多個水泵專用控制器電源在接入到總線電源前端配有一個二級管以防止電線電流倒灌。

進一步的，水泵專用控制器間采用 CAN通訊,當主控模塊斷電后，該節(jié)點處于浮空狀態(tài)，避免對總線上的其他通訊設備造成影響；總線自動進行地址設定，根據(jù)泵組系統(tǒng)總線串聯(lián)方式，采用地址自增方式實現(xiàn)。

進一步的，采樣模塊采集各類輸入數(shù)據(jù)及輸出控制信號，采樣模塊收到傳感器反饋的信息后，將這些數(shù)據(jù)主動發(fā)送到Can總線上，所有水泵專用控制器可以同時接收到這些數(shù)據(jù)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

進一步的，水泵專用控制器通過485通訊接口與一體式變頻電機通訊；所述的水泵專用控制器設有遠程監(jiān)控模塊，通訊模塊包括GPRS模塊、藍牙模塊和/或wi-fi模塊；遠程監(jiān)控模塊通過GPRS和/或wi-fi方式實現(xiàn)遠程監(jiān)控模塊的升級及故障軟修復。

手機、平板、電腦通過藍牙與系統(tǒng)實現(xiàn)通訊，實現(xiàn)近距離無線監(jiān)控。

本發(fā)明的另一目的為提出一種多變頻控制方法，其包括以步驟：

1）通過安裝在出水總管上的壓力變送器和流量傳感器實時將壓力和流量非電量信號轉(zhuǎn)換為4~20mA或0~10V弱電信號，輸入到采樣模塊，采樣模塊掛在CAN總線線上，為一個或多個水泵專用控制器實時反饋當前系統(tǒng)的實時狀態(tài)，采樣模塊將信息輸入到水泵專用恒壓供水控制器；

2)信號經(jīng)水泵專用控制器運算處理后與設定的信號進行比較運算出最佳的運行工況參數(shù)及水泵運行臺數(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控制泵的輸出轉(zhuǎn)速；當水泵專用控制器檢測到存在更高容量的需求時，水泵專用控制器將通過MODBUS控制提高一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，當達到最高轉(zhuǎn)速時仍無法滿足這一需求時，保持當前一體式變頻電機轉(zhuǎn)速并起動下一臺一體式變頻電機，當啟動泵后，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將從最小頻率開始繼續(xù)進行調(diào)節(jié)，如此循環(huán)直至達到系統(tǒng)供水要求;當水泵專用控制器檢測到容量過剩時，則降低運行時間最長的一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，當達到最低轉(zhuǎn)速時仍無法滿足這一需求時，停上當前一體式變頻電機運行并開始降低下一臺運行時間最長的一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，如此循環(huán)直至達到系統(tǒng)供水要求。當停止所有一體式變頻電機時，系統(tǒng)將進入睡眠模式，以保持供水系統(tǒng)的壓力或流量同時保護供水系統(tǒng)安全，達到節(jié)能效果。

進一步的，水泵專用控制器進行監(jiān)視和控制時的參數(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、電機輸出電流、電機是否在線、電機在不同速度下的最大輸出功率、工作時間、PIM模塊溫度、模擬或數(shù)字控制方式、電機旋轉(zhuǎn)方向、電機最大轉(zhuǎn)速、電機運行速度；第二參數(shù)組的出廠信息包括：電機出廠日期、電機序列號、控制器版本；第三參數(shù)組的控制運行參數(shù)包括：模擬或數(shù)字控制方式、電機旋轉(zhuǎn)方向、電機最大轉(zhuǎn)速、電機運行速度、PID參數(shù)調(diào)節(jié)、加減速；主機對每一參數(shù)組的單個參數(shù)或多個參數(shù)進行監(jiān)視和控制。有益效果：本技術(shù)方案通過多臺的一體式變頻電機配合工作，減少擾動，避免產(chǎn)生水錘效應。且本技術(shù)方案采用中全頻恒壓控制頻率波動，壓力、流量、溫度控制恒定；采用一體式變頻電機，整機組裝調(diào)試方便、產(chǎn)品體積大大減少；整機防水防塵，防護等級達到IP55以上；人機交互簡單方便; 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是本發(fā)明的總線圖。

圖3是本發(fā)明壓力或流量與泵數(shù)量和泵轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。

圖4 是本發(fā)明控制流程示例圖。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明。

如圖1、2所示，本發(fā)明由一體式變頻電機、水泵專用控制器、GPRS模塊、藍牙模塊、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時的壓力、流量、溫度實現(xiàn)對流體的恒壓、恒流、恒溫控制。其中一體式變頻電機是由電機加變頻器組成的一體式變頻調(diào)速動力裝置。

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方法來確定當前主控，其他主控則處于備用狀態(tài)．當備用主控單元發(fā)現(xiàn)當前主控出故障后，備用主控會重新啟動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。系統(tǒng)中有多個水泵專用控制器時各水泵專用控制器可自動切換主從關(guān)系。多個水泵專用控制器構(gòu)成泵組控制器。

為減少斷電對采樣模塊的影響，采樣模塊由CAN總線供電。CAN總線由水泵專用控制器供電，當有多個水泵專用控制器時總線源電源并聯(lián)，當其中一個水泵專用控制器故障時，也不會是影響采樣模塊工作，提高工作的穩(wěn)定性。多個水泵專用控制器電源在接入到總線電源前端配有一個二級管，以防止電線電流倒灌。

為避免主控模塊斷電后對其他設備的影響，水泵專用控制器間采用 CAN通訊,當主控模塊斷電后，本節(jié)點會處于浮空狀態(tài)，不會對總線上的其他通訊設備造成影響．總線自動進行地址設定，根據(jù)泵組系統(tǒng)總線串聯(lián)方式，采用地址自增方式實現(xiàn)。

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

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

為方便系統(tǒng)的更新，系統(tǒng)可通過GPRS、wi-fi方式實現(xiàn)遠程監(jiān)控和軟件升級及故障軟修復。

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

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

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

本發(fā)明是一種典型的自動恒壓供水系統(tǒng)，通過水泵專用控制器對1臺或多臺泵進行控制，通過一體式變頻電機驅(qū)動水泵運行。 控制量為流量、壓力等。水泵專用控制器通過MODBUS輸出信號給一體式變頻電機驅(qū)動水泵。水泵專用控制器根據(jù)供水需求控制一體式變頻電機的轉(zhuǎn)速及運行數(shù)量。

本系統(tǒng)由水泵專用控制器控制運行，通過安裝在出水總管上的壓力變送器和流量傳感器實時將壓力和流量非電量信號轉(zhuǎn)換為4~20mA或0~10V弱電信號，輸入到系統(tǒng)控制單元數(shù)據(jù)采樣模塊，信號經(jīng)水泵專用控制器運算處理后與設定的信號進行比較運算出最佳的運行工況參數(shù)及水泵運行臺數(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)一體式變頻電機的轉(zhuǎn)速不同。水泵專用控制器檢測到存在更高容量的需求時，水泵專用控制器將通過MODBUS控制提高一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，當達到95%轉(zhuǎn)速時仍無法滿足這一需求而且與目標值相差較多時，保持當前一體式變頻電機轉(zhuǎn)速并起動下一臺一體式或兩臺變頻電機，當啟動泵后，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將從最小頻率開始繼續(xù)進行調(diào)節(jié)，如此循環(huán)直至達到系統(tǒng)供水要求;當水泵專用控制器檢測到容量過剩時，則降低運行時間最長的一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，當達到最低轉(zhuǎn)速時仍無法滿足這一需求時，停上當前一體式變頻電機運行并開始降低下一臺運行時間最長的一體式變頻電機轉(zhuǎn)速，如此循環(huán)直至達到系統(tǒng)供水要求。當停止所有一體式變頻電機時，系統(tǒng)將進入睡眠模式，以保持供水系統(tǒng)的壓力或流量同時保護供水系統(tǒng)安全，達到節(jié)能效果。

水泵專用控制器進行監(jiān)視和控制時的參數(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、電機輸出電流、電機是否在線、電機在不同速度下的最大輸出功率、工作時間、PIM模塊溫度、模擬或數(shù)字控制方式、電機旋轉(zhuǎn)方向、電機最大轉(zhuǎn)速、電機運行速度；第二參數(shù)組的出廠信息包括：電機出廠日期、電機序列號、控制器版本；第三參數(shù)組的控制運行參數(shù)包括：模擬或數(shù)字控制方式、電機旋轉(zhuǎn)方向、電機最大轉(zhuǎn)速、電機運行速度、PID參數(shù)調(diào)節(jié)、加減速；主機對每一參數(shù)組的單個參數(shù)或多個參數(shù)進行監(jiān)視和控制。

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

以下以一具體示例進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臺泵90%運行速度；

2、流量減少，2臺泵同時減速；

3、控制點穩(wěn)定后啟動流量檢測功能：計算二臺泵低頻運行與一臺泵高速運行哪種能耗低，二臺泵低，維持水泵轉(zhuǎn)速；

4、流量減少，2臺泵同時減速；

5、控制點穩(wěn)定后啟動流量檢測功能：重新計算能耗，一臺泵低；系統(tǒng)讓一臺泵提速，另一臺泵降速；

6、控制點值下降；需要兩臺泵；返回先前狀態(tài)估計模塊；

7、流量減少；2臺泵同時減速；

8、在次啟動流量檢測控制；一臺泵提速，另一泵降速；

9、控制點穩(wěn)定；1臺泵可以滿足要求；另一臺泵軟停車；

10、流量增加；＃1泵提速；

11、控制點值下降，一臺水泵轉(zhuǎn)速達到100%；1臺泵不能滿足要求；＃2泵軟啟動。

以上圖1-4所示的多變頻控制系統(tǒng)及控制方法是本發(fā)明的具體實施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本發(fā)明實質(zhì)性特點和進步，可根據(jù)實際的使用需要，在本發(fā)明的啟示下，對其進行形狀、結(jié)構(gòu)等方面的等同修改，均在本方案的保護范圍之列。