CN103437987A - 一种能效自适应的变频泵送系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能效自适应的变频泵送系统控制方法，其技术方案的要点是设定变频泵送系统的泵送效率通过对电机处于不同工作频率时不同变频泵送系统泵送效率的比较，获得变频泵送系统处于最大泵送效率下电机的工作频率并将其设定为工频，从而优化变频泵送系统的泵送效率。该控制方法可减小加油机等变频泵送系统的噪声和汽蚀现象、提高变频泵送系统的整机泵送效率，适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及变频泵送系统技术领域，更具体地说，涉及一种变频泵送系统控制方法。
背景技术
加油机作为一种常见的变频泵送系统，其泵送效率会受到泵的性能、管路条件、泵送介质的温度、泵送介质的粘度等因素的影响。目前市面上主流加油机的泵送系统为定速系统。就此类加油机而言，无论泵的性能、管路条件、泵送介质的温度、泵送介质的粘度等因素怎样变化，其在正常加油的过程中泵的转速始终会保持不变。显然，该类加油机正常工作时的泵送效率通常不会是最大效率。泵送系统的泵送效率低下，将存在噪声大，汽蚀现象，及能量浪费严重等问题。
因此，我们应从新的思路出发，以解决加油机等液体泵送系统在加油（或者泵送）过程中因泵送效率低而产生噪声大、汽蚀现象、能量浪费严重等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适应性强、节能、减小噪声和汽蚀现象、能效自适应的变频泵送系统控制方法。该控制方法适用于液体泵送，尤其适用于加油机。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在变频泵送系统的电机的工作频率f的工作范围内任意取m个工作频率值fi（i=1,2,3…m），其中m为正整数；
第二步，计算变频泵送系统的电机的工作频率f为fi时，变频泵送系统的泵送效率ηi：
其中Qi为电机的工作频率f为fi时的泵送流量、Ii为此时变频器输入端的电流、Ui为此时变频器输入端电压、C为系数；
第三步，判断i值的大小：若i＜m，则i=i+1，重复执行第二步；若i=m，则执行第四步；
第四步，比较各个ηi的大小，获得变频泵送系统的最大泵送效率ηmax以及变频泵送系统处于最大泵送效率ηmax下电机的工作频率fopt，将fopt的数值记录到数据库中；
第五步，变频泵送系统以fopt的最新记录数值为电机的额定工作频率进行工作；
第六步，当变频泵送系统关机时，结束。
本发明控制方法的优点是：本发明控制方法设定变频泵送系统的泵送效率
通过不断地测试电机的工作频率fi，可计算出一系列的变频泵送系统的泵送效率值ηi。通过比较，可获得最大泵送效率ηmax以及变频泵送系统处于最大泵送效率ηmax下电机的工作频率fopt，并把该工作频率fopt设为额定工作频率，即工频。当变频泵送系统正常工作在工频时，燃油泵与管路条件处于最佳的匹配状态，变频泵送系统的泵送效率最大，因而变频泵送系统在工作过程中所产生的噪声和汽蚀现象也变得最小。
进一步的方案是：在第一步之前还可以包括第a步，开机检测，检测变频泵送系统工作条件：若变频泵送系统为第一次开机运行，则记录检测结果，跳至第一步；若变频泵送系统不是第一次开机运行，则记录检测结果，并将本次检测结果与上一次开机检测的检测结果进行比较，判断工作条件是否发生改变：若发生改变则进行第一步；若不发生改变则跳至第五步。
在启动电源时，通过对变频泵送系统条件的监控，在工作条件发生变化时重新计算和设定工频，可以保证变频泵送系统时刻工作在最佳的状态。
所述第a步的检测变频泵送系统工作条件是指，在电机工作频率范围内任意选取一个f检测作为固定的检测频率，在电机工作在检测频率f检测下，检测变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测；
所述第a步中，变频泵送系统是否为第一次开机运行的判断方法是：I检测和Q检测是否存在记录数值；
所述第a步中，判断工作条件是否发生改变的方法是，将最新的变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测分别与上一次开机检测的检测结果进行对比，得出变频器输入端的电流I检测的差值和燃油泵的泵送流量Q检测的差值：若两个差值均在差值许可范围内，则判定工作条件不发生改变；否则判定工作条件发生改变。
当泵送介质、环境温度、管路条件等因素发生变化时，变频器输入端的电流I和燃油泵的泵送流量Q将发生变化，因此本发明控制方法通过检测变频器输入端的电流I和燃油泵的泵送流量Q，来判断变频泵送系统工作条件是否发生变化。
优选的方案是：所述第二步的泵送流量Qi是通过设置在燃油泵与电磁阀之间的流量计测量获取。
进一步的方案是：所述变频泵送系统为加油机加油系统。本发明控制方法尤其适用于加油机，可减小加油过程中的噪声和汽蚀现象。
本发明相对于现有技术具备如下的突出优点和效果：
1、本发明控制方法设定变频泵送系统的泵送效率
通过对电机处于不同工作频率时不同泵送效率的比较，获得变频泵送系统处于最大泵送效率下电机的工作频率并将其设定为工频；因此，当变频泵送系统正常工作在工频时，燃油泵与管路条件处于最佳的匹配状态，变频泵送系统的泵送效率最大，因而变频泵送系统在工作过程中所产生的噪声和汽蚀现象也变得最小；
2、本发明控制方法可广泛适用于不同泵送介质、不同环境温度、不同管路条件的多种应用场合，适应性强；当泵送介质、环境温度、管路条件等因素发生变化时，可重新计算和设定工频，控制灵活；
3、本发明控制方法比较变频泵送系统的泵送效率ηi，
公式中Qi采用泵送流量，Ii采用变频器输入端的电流，现有的变频器可自带有测量变频器输入端的电流Ii的功能，因此无需外加电流传感器即可从变频器中直接获取变频器输入端的电流Ii，不需要增加变频泵送系统的工程成本；同时，变频器带有流量接线端口，可直接读取流量计传输的数据。
附图说明
图1是应用本发明控制方法的变频泵送系统的结构示意框图；
图2是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例以加油机加油系统为例进行说明，变频泵送系统是指加油机加油系统。本实施例的变频泵送系统的结构如图1所示，变频泵送系统包括变频器、电机、储油罐、燃油泵、流量计、电磁阀、视油器和油枪。其中储油罐、燃油泵、流量计、电磁阀、视油器和油枪依次连接；加油时，油液从储油罐流到油枪。变频器、电机与燃油泵依次信号连接，控制燃油泵的泵送流量；同时变频器上设有传感器元件以及外围电路，可实现变频器输入端的电流I的测量。流量计的输出端与变频器的输入端信号连接，输出泵送流量Q的信号。
本发明控制方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：
第一步，在变频泵送系统的电机的工作频率f的工作范围内任意取m个工作频率值fi（i=1,2,3…m），其中m为正整数；
第二步，计算变频泵送系统的电机的工作频率f为fi时，变频泵送系统的泵送效率ηi：其中Qi为电机的工作频率f为fi时的泵送流量Qi、Ii为此时变频器输入端的电流Ii、Ui为此时变频器输入端电压Ui、C为系数；
第三步，判断i值的大小：若i＜m，则i=i+1，重复执行第二步；若i=m，则执行第四步；
第四步，比较各个ηi的大小，获得变频泵送系统的最大泵送效率ηmax以及变频泵送系统处于最大泵送效率ηmax下电机的工作频率fopt，将fopt的数值记录到数据库中；
第五步，变频泵送系统以fopt的最新记录数值为电机的额定工作频率进行工作；
第六步，当变频泵送系统关机时，结束。
其中，所述第二步的泵送流量Qi是通过设置在燃油泵与电磁阀之间的流量计测量获取。现有的变频器可自带有测量变频器输入端的电流Ii的功能，因此无需外加电流传感器即可从变频器中直接获取变频器输入端的电流Ii，不需要增加变频泵送系统的工程成本；同时，变频器带有流量接线端口，可直接读取流量计传输的数据。变频器输入端电压Ui是变频器的额定工作电压，是一个固定值。在各个ηi的计算中，均乘以固定系数C，因此C的数值大小不影响各个ηi的比较。
本实施例控制方法的原理是：在加油机中，变频泵送系统的整机工作效率由变频泵送系统泵送效率和电子元器件工作效率两部分组成；其中变频泵送系统泵送效率是影响变频泵送系统的整机工作效率的最主要因素。因此，本发明控制方法从变频泵送系统泵送效率这一思路出发。影响变频泵送系统的泵送效率的因素有很多，如泵的性能、流量、工作环境和泵送介质的温度、泵送介质的粘度、复杂的液压管路状况等等。由于流量、温度、介质粘度等因素会影响燃油泵的工作效率和液压管路输送介质的效率，利用燃油泵与管路条件之间的匹配状况即可反映出变频泵送系统泵送效率变化情况。因此，本发明控制方法设定变频泵送系统的泵送效率
通过不断地改变电机的工作频率fi，可计算出一系列的变频泵送系统的泵送效率值ηi。通过比较，可获得最大泵送效率ηmax以及变频泵送系统处于最大泵送效率ηmax下电机的工作频率fopt，并把该工作频率fopt设为额定工作频率，即工频。当变频泵送系统正常工作在工频时，燃油泵与管路条件处于最佳的匹配状态，变频泵送系统的泵送效率最大，因而变频泵送系统在工作过程中所产生的噪声和汽蚀现象也变得最小。
变频泵送系统的泵送介质、环境温度、管路条件等工作条件不发生改变时，使变频泵送系统达到最佳泵送效率ηmax的电机工作频率fopt也不发生改变。因此，为简化控制流程，在第一步之前还可以包括第a步，在变频泵送系统开机时进行开机检测，检测变频泵送系统工作条件：若变频泵送系统为第一次开机运行，则记录检测结果，跳至第一步；若变频泵送系统不是第一次开机运行，则记录检测结果，并将本次检测结果与上一次开机检测的检测结果进行比较，判断工作条件是否发生改变：若发生改变则进行第一步；若不发生改变则跳至第五步。
在变频泵送系统开机时，检测变频泵送系统工作条件是否发生改变。当工作条件发生改变时，自动地检测、运算并得到变频泵送系统能效最高时电机的工作频率，进而把该工作频率设为工频；本发明控制方法适应性强，可稳定地控制不同的加油机。当工作条件不发生改变时，变频泵送系统的额定工作频率直接采用之前的额定工作频率，不进行重新计算，简化了控制方法，提高了变频泵送系统的反应速度。
所述第a步的检测变频泵送系统工作条件是指，在电机工作频率范围内任意选取一个f检测作为固定的检测频率，在电机工作在检测频率f检测下，检测变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测；
所述第a步中，变频泵送系统是否为第一次开机运行的判断方法是：I检测和Q检测是否存在记录数值；
所述第a步中，判断工作条件是否发生改变的方法是，将最新的变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测分别与上一次开机检测的检测结果进行对比，得出变频器输入端的电流I检测的差值和燃油泵的泵送流量Q检测的差值：若两个差值均在差值许可范围内，则判定工作条件不发生改变；否则判定工作条件发生改变。差值许可范围为预设范围，可以根据控制精度要求设定，例如设定变频器输入端的电流的差值许可范围为上一次开机检测的变频器输入端的电流的20%，设定泵送流量的差值许可范围为上一次开机检测的泵送流量的20%；如果变频器输入端的电流的差值和泵送流量的差值分别不超过上一次开机检测的变频器输入端的电流的20%和上一次开机检测的泵送流量的20%，则认为在差值许可范围之内。
在同一个电机工作频率下，变频器输入端的电流和燃油泵的泵送流量可准确反应变频泵送系统的工作条件是否发生改变。采用本方法检测变频泵送系统工作条件，只需采用变频泵送系统原有的元器件即可，无需外加检测器件。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在变频泵送系统的电机的工作频率f的工作范围内任意取m个工作频率值fi（i=1,2,3…m），其中m为正整数；
第二步，计算变频泵送系统的电机的工作频率f为fi时，变频泵送系统的泵送效率ηi：
其中Qi为电机的工作频率f为fi时的泵送流量、Ii为此时变频器输入端的电流、Ui为此时变频器输入端电压、C为系数；
第三步，判断i值的大小：若i＜m，则i=i+1，重复执行第二步；若i=m，则执行第四步；
第四步，比较各个ηi的大小，获得变频泵送系统的最大泵送效率ηmax以及变频泵送系统处于最大泵送效率ηmax下电机的工作频率fopt，将fopt的数值记录到数据库中；
第五步，变频泵送系统以fopt的最新记录数值为电机的额定工作频率进行工作；
第六步，当变频泵送系统关机时，结束。
2.根据权利要求1所述的能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，在第一步之前还可以包括第a步，开机检测，检测变频泵送系统工作条件：若变频泵送系统为第一次开机运行，则记录检测结果，跳至第一步；若变频泵送系统不是第一次开机运行，则记录检测结果，并将本次检测结果与上一次开机检测的检测结果进行比较，判断工作条件是否发生改变：若发生改变则进行第一步；若不发生改变则跳至第五步。
3.根据权利要求2所述的能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，所述第a步的检测变频泵送系统工作条件是指，在电机工作频率范围内任意选取一个f检测作为固定的检测频率，在电机工作在检测频率f检测下，检测变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测；
所述第a步中，变频泵送系统是否为第一次开机运行的判断方法是：I检测和Q检测是否存在记录数值；
所述第a步中，判断工作条件是否发生改变的方法是，将最新的变频器输入端的电流I检测和燃油泵的泵送流量Q检测分别与上一次开机检测的检测结果进行对比，得出变频器输入端的电流I检测的差值和燃油泵的泵送流量Q检测的差值：若两个差值均在差值许可范围内，则判定工作条件不发生改变；否则判定工作条件发生改变。
4.根据权利要求1所述的能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，所述第二步的泵送流量Qi是通过设置在燃油泵与电磁阀之间的流量计测量获取。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的能效自适应的变频泵送系统控制方法，其特征在于，所述变频泵送系统为加油机加油系统。
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