CN104563219A - 一种无外部传感器的供水控制方法 - Google Patents

一种无外部传感器的供水控制方法 Download PDF

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Abstract

一种无外部传感器的供水控制方法，涉及一种供水控制方法。目前，为保证传感器的正常使用，在日常使用过程中需要定期维护，大大降低了传统节能供水系统的可靠性，显著增加了后期维护的难度和成本。本发明包括以下步骤：1）建立数据库，在数据库中存储扬程与流量的对应关系表、变频器的检测功率与流量的对应关系表；2）获得变频器的检测功率；3）根据变频器的检测功率，查询数据库获得当前流量值，并根据当前流量值查询获得对应的当前扬程值；4）根据选择的供水方式进行供水控制；供水方式包括恒压供水、恒流供水、比例供水。本技术方案避免了外部传感器应用存在的诸多问题，降低了系统采购及维护成本，显著提高了系统的可靠性。

Description

一种无外部传感器的供水控制方法
技术领域
本发明涉及一种供水控制方法，尤其指一种无外部传感器的供水控制方法。
背景技术
在节能供水领域，通常分为恒压、恒流、比例三种供水控制方法。在恒压供水控制中，一般通过安装在水泵出水口上的压力传感器进行压力反馈，变频器接收到压力信号后经由内部的PID调节器进行压力闭环控制，继而调节水泵转速，从而维持恒压控制的目标。在恒流供水控制中，一般通过安装在水泵出水口上的流量传感器进行流量反馈，变频器接收到流量信号后经由内部的PID调节器进行流量闭环控制，继而调节水泵转速，从而维持恒流控制的目标。在比例供水控制中，一般通过安装在水泵出水口上的压力传感器、流量传感器同时进行压力、流量反馈，变频器接收到压力、流量信号后经由内部的PID调节器对压力、流量分别进行闭环控制，继而调节水泵转速，从而维持比例控制的目标。
传统的节能供水控制方案中，外部传感器如压力或流量传感器的成本占到整个恒压供水控制系统的20％～50％。由于存在外部传感器对环境温度、湿度比较敏感，传感器与管道联结处容易出现漏水，管道中存在空气未完全排出等问题，为保证传感器的正常使用，在日常使用过程中需要定期维护，大大降低了传统节能供水系统的可靠性，显著增加了后期维护的难度和成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种无外部传感器的供水控制方法，以达到增加系统工作可靠性、降低成本的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种无外部传感器的供水控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1)建立数据库，在数据库中存储扬程与流量的对应关系表、变频器的检测功率与流量的对应关系表；
2)获得变频器的检测功率，变频器的检测功率通过以下两种方式获得：一种对母线电压、母线电流进行采样，功率等于母线电压与母线电流的乘积；另一种对转矩电流进行采样，功率等于转矩电流、转矩常数与转速的乘积；
3)根据变频器的检测功率，查询数据库获得当前流量值，并根据当前流量值查询获得对应的当前扬程值；
4)根据选择的供水方式进行供水控制；供水方式包括恒压供水、恒流供水、比例供水；
当选择的供水方式为恒压供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表获得当前流量；根据当前运行转速和流量查询扬程与流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力与设定压力，若当前压力比设定压力小就逐渐增大设定转速，若当前压力比设定压力大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力并调节转速，直到当前压力达到设定压力为止；
当选择的供水方式为恒流供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表并获得水系统当前流量；比较当前流量与设定流量，若当前流量比设定流量小就逐渐增大设定转速，若当前流量比设定流量大就逐渐减小设定转速；重复查询当前流量并调节转速，直到当前流量达到设定流量为止；
当选择的供水方式为比例供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表并获得水系统当前流量；继续根据当前运行转速和流量查询扬程与流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力/流量值与设定压力/流量值，若当前压力/流量值比设定压力/流量值小就逐渐增大设定转速，若当前压力/流量值比设定压力/流量值大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力/流量值并调节转速，直到当前流量达到设定压力/流量值为止。从水泵厂商可获得额定转速下的水泵特性。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
在步骤1)建立数据库前，根据水泵在额定转速下其扬程与流量、轴功率与流量的关系，在水测试系统平台上对水泵进行测试，其中水泵由变频器进行调速，设定转速为水泵的额定转速；在水泵测试时，流量从零开始，直到水泵正常运行允许的最大流量为止，记录检测功率与流量；测定完成后，用检测功率与流量关系代替原始的水泵轴功率与流量关系；根据亲合力定律拟合基速以下的水泵特性，亲合力定律为：
Q x Q N = n x n N , H x H N = ( n x n N ) 2 , P x P N = ( n x n N ) 3 ;
其中：QN、HN、PN代表额定转速nN下的流量、扬程和检测功率，Qx、Hx、Px代表任意转速nx下的流量、扬程和检测功率；计算不同转速下的扬程、流量、变频器检测功率，在数据库中分别存储不同转速下的扬程与流量关系表，以及变频器检测功率与流量关系表。
在计算不同转速下所对应的压力、流量、检测功率时，首先在水泵允许的流量范围内，取水泵特性曲线上取若干个点，根据额定转速下的流量、扬程和检测功率值，通过亲合力定律计算出选定转速下的点对应值；然后，不同转速下的两个相邻点之间做线性插值，从而得到全流量段下两转速之间点所对应的压力、流量和功率数据。通过亲合力定律拟合的方式计算对应转速下的各数据值，免去繁锁的检测、记录，加快数据库的建立。
有益效果：这种方法同时适用于恒压、恒流、比例供水控制方式，避免了外部传感器应用存在的诸多问题，降低了系统采购及维护成本，显著提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明额定转速下的扬程与压力关系图。
图2是本发明额定转速下的功率与流量关系图。
图3是本发明流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明包括以下步骤：如图3所示，
1)建立数据库，在数据库中存储扬程与流量的对应关系表、变频器的检测功率与流量的对应关系表；
2)获得变频器的检测功率，变频器的检测功率通过以下两种方式获得：一种对母线电压、母线电流进行采样，功率等于母线电压与母线电流的乘积；另一种对转矩电流进行采样，功率等于转矩电流、转矩常数与转速的乘积；
3)根据变频器的检测功率，查询数据库获得当前流量值，并根据当前流量值查询获得对应的当前扬程值；
4)根据选择的供水方式进行供水控制；供水方式包括恒压供水、恒流供水、比例供水；
在步骤1)建立数据库中，首先，根据水泵在额定转速下其扬程与流量、轴功率与流量的关系，如图1所示。
然后，在水测试系统平台上对该水泵进行测试。水泵由变频器进行调速，设定转速为水泵的额定转速。变频器的检测功率通过两种方式获得：一种对母线电压、母线电流进行采样，功率等于母线电压与母线电流的乘积；另一种对转矩电流进行采样，功率等于转矩电流、转矩常数与转速的乘积。流量从零开始测试，直到该泵正常运行允许的最大流量为止。随着流量的增大，扬程逐渐减小，检测功率逐渐增大。测定完成后，用检测功率与流量关系代替原始的水泵轴功率与流量关系。
根据亲合力定律对基速以下转速对应的水泵特性进行拟合。亲合力定律的内容可以概括为：
Q x Q N = n x n N , H x H N = ( n x n N ) 2 , P x P N = ( n x n N ) 3 ;
其中：QN、HN、PN代表额定转速nN下的流量、扬程和检测功率，Qx代表流量，Hx代表扬程(压力)，Px代表检测功率，nx代表转速。
水泵特性中扬程-流量、功率-流量的关系均为非线性关系。在水泵允许的流量范围内，取水泵特性曲线上取若干个点，然后每两点之间做线性插值处理。
供水方式包括恒压供水、恒流供水、比例供水，下面分别对三种节能供水方式的运行流程进行说明。
恒压供水的运行流程可以概括为：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率-流量关系表并获得水系统当前流量；继续根据当前运行转速和流量查询扬程-流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力与设定压力，若当前压力比设定压力小就逐渐增大设定转速，若当前压力比设定压力大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力并调节转速，直到当前压力达到设定压力为止。
恒流供水的运行流程可以概括为：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率-流量关系表并获得水系统当前流量；比较当前流量与设定流量，若当前流量比设定流量小就逐渐增大设定转速，若当前流量比设定流量大就逐渐减小设定转速；重复查询当前流量并调节转速，直到当前流量达到设定流量为止。
比例供水的运行流程可以概括为：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率-流量关系表并获得水系统当前流量；继续根据当前运行转速和流量查询扬程-流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力/流量值与设定压力/流量值，若当前压力/流量值比设定压力/流量值小就逐渐增大设定转速，若当前压力/流量值比设定压力/流量值大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力/流量值并调节转速，直到当前流量达到设定压力/流量值为止。
为进一步提高控制精度可以采取以下两种措施：
1.对多个转速对应的扬程-流量关系表、功率-流量关系表进行实验数据修正；
2.硬件上提高AD采样精度，软件上做滤波处理，进一步提高功率检测精度。

Claims (3)

1.一种无外部传感器的供水控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1)建立数据库，在数据库中存储扬程与流量的对应关系表、变频器的检测功率与流量的对应关系表；
2)获得变频器的检测功率，变频器的检测功率通过以下两种方式获得：一种对母线电压、母线电流进行采样，功率等于母线电压与母线电流的乘积；另一种对转矩电流进行采样，功率等于转矩电流、转矩常数与转速的乘积；
3)根据变频器的检测功率，查询数据库获得当前流量值，并根据当前流量值查询获得对应的当前扬程值；
4)根据选择的供水方式进行供水控制；供水方式包括恒压供水、恒流供水、比例供水；
当选择的供水方式为恒压供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表获得当前流量；根据当前运行转速和流量查询扬程与流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力与设定压力，若当前压力比设定压力小就逐渐增大设定转速，若当前压力比设定压力大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力并调节转速，直到当前压力达到设定压力为止；
当选择的供水方式为恒流供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表并获得水系统当前流量；比较当前流量与设定流量，若当前流量比设定流量小就逐渐增大设定转速，若当前流量比设定流量大就逐渐减小设定转速；重复查询当前流量并调节转速，直到当前流量达到设定流量为止；
当选择的供水方式为比例供水时：水泵启动并以初始转速运行；根据当前运行转速和检测功率查询功率与流量关系表并获得水系统当前流量；继续根据当前运行转速和流量查询扬程与流量关系表并获得水系统当前压力；比较当前压力/流量值与设定压力/流量值，若当前压力/流量值比设定压力/流量值小就逐渐增大设定转速，若当前压力/流量值比设定压力/流量值大就逐渐减小设定转速；重复查询当前压力/流量值并调节转速，直到当前流量达到设定压力/流量值为止。
2.根据权利要求1所述的一种无外部传感器的供水控制方法，其特征在于：在步骤1)建立数据库前，根据水泵在额定转速下其扬程与流量、轴功率与流量的关系，在水测试系统平台上对水泵进行测试，其中水泵由变频器进行调速，设定转速为水泵的额定转速；在水泵测试时，流量从零开始，直到水泵正常运行允许的最大流量为止，记录检测功率与流量；测定完成后，用检测功率与流量关系代替原始的水泵轴功率与流量关系；根据亲合力定律拟合基速以下的水泵特性，亲合力定律为：
Q x Q N = n x n N , H x H N = ( n x n N ) 2 , P x P N = ( n x n N ) 3 ;
其中：QN、HN、PN代表额定转速nN下的流量、扬程和功率，而Qx代表流量，Hx代表扬程(压力)，Px代表检测功率，nx代表转速；计算不同转速下的扬程、流量、变频器检测功率，在数据库中分别存储不同转速下的扬程与流量关系表，以及变频器检测功率与流量关系表。
3.根据权利要求2所述的一种无外部传感器的供水控制方法，其特征在于：在计算不同转速下所对应的压力、流量、检测功率时，首先在水泵允许的流量范围内，取水泵特性曲线上取若干个点，根据额定转速下的流量、扬程和检测功率值，通过亲合力定律计算出选定转速下的点对应值；然后，不同转速下的两个相邻点之间做线性插值，从而得到全流量段下两转速之间点所对应的压力、流量和功率数据。
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