CN101556748A - 双向回流变频调速泵潮汐模拟系统 - Google Patents

双向回流变频调速泵潮汐模拟系统 Download PDF

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Abstract

一种双向回流变频调速泵潮汐模拟系统，其双向回流泵的叶轮与轴呈对称S形；所述工业控制计算机通过PCI/ISA工业现场总线分输入和输出两路串连构成闭环系统，实时比较水位计采集到的潮水位信号，与给定的目标曲线潮水位值比较，进行PID控制后，发出控制变频器的频率信号，改变电机的速率，控制双向回流泵调节正反向流量，使模型尾部潮水位始终跟踪在给定的潮水位过程曲线上，同时把采集到的当前水位数据在计算机屏幕上显示出来，监控模拟生潮的效果。本系统避免了工频下全速运行造成的能量浪费，运行平稳，启动电流小，设备运行无噪音，控制系统设备集成度高，更具操控方便，具有高可靠性和高效节能的优点。

Description

双向回流变频调速泵潮汐模拟系统
技术领域
本发明涉及潮汐模拟系统，尤其是一种能远距离自动控制模拟海水潮汐波且高效节能的双向回流变频调速泵潮汐模拟系统。
背景技术
潮汐模拟生潮系统包括模拟潮汐波设备、控制装置、控制方法，多用于游乐场的潮水池，水利科研物理模型等场所。将天然河口段的河床形态制作成比尺模型，要求通过水量与时间的缩尺复演天然的潮汐波，即为潮汐模拟生潮。目前国内外常见的生潮方式有压力式潮水箱、可变溢流尾门式和水泵抽水式等几种形式。压力式潮水箱设备庞大、配套设备复杂、运行费用昂贵，运行噪音大；尾门式控制参数多，而且宽口门门体的机电传动结构复杂、给水量恒定耗能；水泵抽水式均为单向水泵，所需设备多，控制量多，能耗高。
公知的回流泵多用于环保行业二级污水处理厂混合液回流、反硝化脱氮的混合液回流，亦可用于地面排水、灌溉和废水处理过程中再循环等需要微扬程、大流量之场所。目前，对于这些需要在两个污水池之间的循环和排放或双向抽水的工况，均需使用两台以上的回流泵，现有的回流泵不能双向抽水，因此增加了设备安装及运行费用，而且耗能。
发明内容
本发明提供一种可变溢流水泵抽水式双向回流变频调速泵潮汐模拟系统，用以减少潮汐模拟设备、控制量，降低运行费用和能耗，并提供更为逼真的潮汐模拟效果。
所述双向回流变频调速泵潮汐模拟系统包括回流泵、电机、水位仪、工业控制计算机及工业控制计算机外围器件、电器控制装置，其特征是：所述回流泵是一种双向回流泵，即将此泵置于地平面，其叶轮轴线平行于地平线时，从俯视方向看，其叶轮与轴呈对称S形；所述工业控制计算机通过PCI/ISA工业现场总线分输入和输出两路依次与以下器件或装置串连构成闭环系统，A路输入：光栅式水位计、单片机、光电隔离、RS323/485转换器、PCI/ISA工业现场总线，B路输出：PCI/ISA工业现场总线、RS323/485转换器、变频器、变频电机、双向回流泵。
用于双向回流变频调速泵潮汐模拟系统的控制方法包括以下步骤：1)在工业控制计算机的人机界面上根据用户输入，绘制目标曲线，2)通过B路输出目标曲线数据，3)通过B路实施变频电机调速，双向回流泵换向，4)通过A路输入检测水位，判断水位偏差值，根据检测结果输出PID调节信号。
所述双向回流变频调速泵潮汐模拟系统的最大特点是高效节能，通过对回流泵进行的结构改造，将单向回流变为双向回流，回流泵不仅保留了原有的优特点，而且还具有了双向回流的功能，如此可使管路设备投入与运行费用取得最佳经济点，节省大量投资。利用计算机与变频器间串口通讯，应用RS485工业现场总线网络，通过RS485接口形成一种在线的数字控制方式，可远程实时控制双向回流水泵，变频调速泵的运转速度，正反向调节物理模型的瞬时进、出水量模拟潮汐水位过程，实现了逼真模拟潮汐波的目的。本系统的双向回流泵将变频调速用于双向水流叶轮，避免了工频下全速运行造成的能量浪费，本系统变频器调速范围宽泛，运行平稳，启动电流小，加之泵体及电机置于水下，设备运行无噪音，大大改善了工作环境。利用双向回流泵的特性和采用变频调速控制技术，本模拟系统与其它生潮方式相比，控制系统设备集成度高，更具操控方便以及更好的可靠性和高效节能。
附图说明
图1是本发明双向水流叶轮主视图，
图2是图1的俯视图，
图3是图1A-A面剖视图，
图4是现有回流泵水流叶轮主视图，
图5是图4的俯视图，
图6是控制系统框图，
图7是控制系统软件流程框图。
具体实施方式
潮汐模拟控制系统的软件采用Visual C++6.0平台开发，适用于windows2000/xp以上系统，界面友好，用户操作方便。软件设计主要涉及4大部分：分别为界面设计、数据库设计、控制策略设计、通讯设计。控制策略采用PID智能调节，控制软件流程图如图7所示。
在图6控制系统框图中，所述工业控制计算机4通过PCI/ISA工业现场总线5分输入和输出两路依次与以下器件或装置串连构成闭环系统，A路(输入)：光栅式水位计9、单片机8、光电隔离器7、RS323/485转换器6、PCI/ISA工业现场总线5；B路(输出)：PCI/ISA工业现场总线5、RS323/485转换器6、变频器12、变频电机11、双向回流泵10。
图1～3是双向回流泵双向水流叶轮的结构三视图，所述双向回流泵有叶轮1-1、1-2、1-3三片，将此泵置于地平面，其叶轮轴2的轴线平行于地平线时，从俯视方向看，其叶轮与轴呈对称S形。图3中，叶轮厚度3可根据泵径的大小选定，多在为10～12mm之间，通常还应考虑水泵转速所引起的强度变化，选配与之相当功率的电机。
将图5现有回流泵水流叶轮俯视图与图2双向水流叶轮俯视图比较后，可以明显看出，本发明技术方案的主要特征是把单向叶轮的不对称形状制作成对称S形叶轮，从机械制图三视图的俯视图可以看出，双向回流泵的叶轮与轮轴线呈对称S形(如图2示)，而一般单向的是C形(如图5示)。当电机换向运转时，水流随之反向流动。使用双向回流泵时，
双向回流变频调速泵模拟系统既可以为潮汐模型试验提供可靠的量测数据，也可为河工、水工、港工模型水位自动控制的技术平台(本系统可根据模型规模及模型口门宽度设定水泵的台数及相关参数)，实现各类水力实体模型的水位自动控制。
生潮控制系统主要由工业控制计算机、光栅式水位计、专用通讯接口、测控软件、双向回流调速水泵以及配套的变频电控器组成。系统控制的全部功能由一台工控机即可完成，工作过程及控制方法如控制软件流程图7示。所述系统由计算机实时比较水位计采集到的潮水位信号，与给定的目标曲线潮水位值比较，进行PID控制后，发出控制变频器的频率(可从5HZ～50HZ全程可调)信号，改变电机的速率，控制双向回流泵调节正反向流量，使模型尾部潮水位始终跟踪在给定的潮水位过程曲线上，同时把采集到的当前水位数据在计算机屏幕上显示出来，监控模拟生潮的效果。具体方法包括以下步骤：1)在工业控制计算机的人机界面上根据用户输入，绘制目标曲线，2)通过B路输出目标曲线数据，3)通过B路实施变频电机调速，双向回流泵换向，4)通过A路输入检测水位，判断水位偏差值，根据检测结果输出PID调节信号。

Claims (2)

1.一种双向回流变频调速泵潮汐模拟系统，包括回流泵、电机、水位仪、工业控制计算机及工业控制计算机外围器件、电器控制装置，其特征是：所述回流泵是一种双向回流泵，即将此泵置于地平面，其叶轮轴线平行于地平线时，从俯视方向看，其叶轮与轴呈对称S形；所述工业控制计算机通过PCI/ISA工业现场总线分输入和输出两路依次与以下器件或装置串连构成闭环系统，A路输入：光栅式水位计、单片机、光电隔离、RS323/485转换器、PCI/ISA工业现场总线，B路输出：PCI/ISA工业现场总线、RS323/485转换器、变频器、变频电机、双向回流泵。
2.一种用于双向回流变频调速泵潮汐模拟系统的控制方法，其特征在于所述方法及步骤是，方法：实时比较水位计采集到的潮水位信号，与给定的目标曲线潮水位值比较，进行PID控制后，发出控制变频器的频率信号，频率从5HZ～50HZ全程可调，改变电机的速率，控制双向回流泵调节正反向流量，使模型尾部潮水位始终跟踪在给定的潮水位过程曲线上，同时把采集到的当前水位数据在计算机屏幕上显示出来，监控模拟生潮的效果；步骤：1)在工业控制计算机的人机界面上根据用户输入，绘制目标曲线，2)通过B路输出目标曲线数据，3)通过B路实施变频电机调速，双向回流泵换向，4)通过A路输入检测水位，判断水位偏差值，根据检测结果输出PID调节信号。
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