CN106907346B - 一种控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制方法，包括如下步骤：1、画出风机的转速曲线n，画出风机的效率曲线η；2、划分安全运行区域：在恒定功率下画出Q风量与H压力之间的恒定功率曲线P1，将风机工作在恒定功率曲线P1的左侧区域设定为安全运行区域；3、找出最佳效率点；4、画出最佳效率曲线b1；5、开启风机进行风机控制，风机通过本发明的控制方法，使得大大节约了能源消耗，达到最佳节能效果，因此既满足了用户对风量的需要又满足了风机达到最佳的运行效果，且风机不会出现烧机或者超功率保护停止运行情况的发生，工作更加稳定、可靠。

Description

一种控制方法

技术领域

本发明涉及风机领域，具体涉及带电机控制器MCU的风机的智能转速控制方法。

背景技术

在我国的现实生产中有大量的风机的拖动电机处于恒速运转状态，实际上由于各种因素的影响，很少工程能使风机的额定工况点与系统完全匹配，通常选用设备的额定流量超过实际所需流量。现场操作人员采用阀门或挡板来增加管路阻力，以求减少流量，使流量符合工艺要求；而且许多系统的工艺流程本身就要求其流量随着工艺的进程不断变化，这是也要采用阀门或挡板来增加管路阻力以改变流量，这种节流方法会人为地增大阻力，使风机的使用效率降低，造成能源浪费。由于节流后运行点偏离高效区也就是说通常大家采用的节流的方式产生的损失也是效率低下的一个重要原因。合理的匹配应使风机、的额定流量和压力尽量接近工艺系统的要求，使设备运行时的工况点保持在高效区，如果选择不当，裕量太大，则造成风机效率下降，浪费能源。另外,还因压力过高引起的压头损失也能造成能源浪费。为适应变工况要求所采取的最好节能措施就是调速，即用改变风机转速的方法来改变流量和压力以适应工艺系统的要求，如何用调速的方法使得风机与系统匹配，以提高风机系统的运行效率，如何选用先进的调速节能技术及优化控制方法，是一项具有研究价值与意义的方向。

在变频控制方面，大多设计采用反馈方式进行调节计算，得出相应的转速控制信息，通过通讯、PWM信号或模拟信号等作为转速的给定信号对风机控制器进行转速调节。整机控制系统和风机分别由不同的公司进行设计进行组装，使得系统控制与风机电机控制和负载运行无法实现最佳匹配，达到最佳运行效果，使得输出压力过高，造成许多能量的浪费，也使得人们误解为智能变频控制的节能效果并不是特别明显，影响整个技术的应用推广。

在对风机电机的控制方面，由不同的控制方式，根据电机类型可以分为异步电机、直流无刷电机和永磁同步电机等，针对不同的电机有不同的控制方式，异步电机有V/F控制、矢量控制、直接转矩控制，直流无刷电机的有传感器控制和无传感器控制，在直流无刷电机上有180度控制方式和120度控制方式等。针永磁同步电机也同样有矢量控制等方式。所有的控制方式都是针对电机来进行的，并没有将负载特性很好考虑进去。风机包括电机和负载，需要把电机和负载都控制在最佳节能区间才可以实现最终的节能效果。如果想实现系统的最佳节能效果，需要对电机和同型号负载运行区进行重叠交叉，得出最佳的运行区间。或者为了满足系统转速调节要求，在电机特性确定的情况下，始终确保风叶运行相对应转速的效率最佳工况点。

随着节能环保要求的不断提高，针对风机的高效节能控制算法的研究，具有重要的现实意义和研究价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有产品中的不足，提供一种风机的控制方法。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种控制方法，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：

1、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，画出风机在不同效率下Q风量与H压力之间的效率曲线η；

2、划分安全运行区域：在恒定功率下画出Q风量与H压力之间的恒定功率曲线P1，将风机工作在恒定功率曲线P1的左侧区域设定为安全运行区域；

3、找出最佳效率点：将步骤(1)中的不同效率下的效率曲线η的极点设定为最佳效率点；

4、画出最佳效率曲线b1：将步骤(3)中的不同效率下的最佳效率点通过曲线连接形成最佳效率曲线b1；

5、开启风机，使得风机按照额定风量和额定压力进行工作，若负载发生变化时则根据最佳效率曲线b1，按照Q风量额定值或H压力额定值的0.1％-0.2％的递增的方式计算出对应的Q风量或H压力，Q风量和H压力乘积及相应的系数相乘为该风机负载输出功率，生成相应的数据表格，根据数据表格对风机进行相应的转速调节控制，若风机的风量变化幅度小则进行扰动控制，若风机的风量变化幅度大，则进行自适应调节控制，所述自适应调节控制为风机根据最佳效率曲线b1进行调节转速，所述扰动控制为风机此刻转速不变的情况下，风机根据转速曲线n进行变化，因此风机会偏离最佳效率曲线b1，此时则给风机转速一个小的变化量，风机根据最佳效率曲线b1进行反复调节转速，使得风机在最佳效率点附近运行，设置控制器MCU的滞回值。

所述相应的转速调节控制为控制器MCU会根据具体工况负载计算出输出的功率，与对应的功率值进行比较，当大于数据表格值时，降低转速进行调节；当小于数据表格值时，增加转速进行调节控制，保证在满足风机运行工况下，风机运行节能效果最佳。

所述自适应调节控制中的调节转速的步长变化量范围在6r/min-12r/min之间。

所述扰动控制中一个小的变化量的范围为6r/min-9r/min之间。

所述扰动控制中所述控制器MCU的滞回值为风机的额定功率值的±2.5％。

所述风量变化幅度小指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值小于5％。

所述风量变化幅度大指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值大于5％。

本发明的有益效果如下：风机通过本发明的控制方法，使得大大节约了能源消耗，达到最佳节能效果，因此既满足了用户对风量的需要又满足了风机达到最佳的运行效果，且风机不会出现烧机或者超功率保护停止运行情况的发生，工作更加稳定、可靠。

附图说明

图1为离心风机的转速曲线n、效率曲线η、恒定功率曲线P1、最佳效率曲线b1的曲线图；

图2为轴流风机或混流风机转速曲线n、效率曲线η、最佳效率曲线b1的曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，风机为离心风机，一种控制方法，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：

1、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，画出风机在不同效率下Q风量与H压力之间的效率曲线η；

2、划分安全运行区域：在恒定功率下画出Q风量与H压力之间的恒定功率曲线P1，将风机工作在恒定功率曲线P1的左侧区域设定为安全运行区域；

3、找出最佳效率点：将步骤(1)中的不同效率下的效率曲线η的极点设定为最佳效率点；

4、画出最佳效率曲线b1：将步骤(3)中的不同效率下的最佳效率点通过曲线连接形成最佳效率曲线b1；

5、开启风机，使得风机按照额定风量和额定压力进行工作，若负载发生变化时则根据最佳效率曲线b1，按照Q风量额定值或H压力额定值的0.1％-0.2％的递增的方式计算出对应的Q风量或H压力，Q风量和H压力乘积及相应的系数相乘为该风机负载输出功率，生成相应的数据表格，根据数据表格对风机进行相应的转速调节控制，若风机的风量变化幅度小则进行扰动控制，若风机的风量变化幅度大，则进行自适应调节控制，所述自适应调节控制为风机根据最佳效率曲线b1进行调节转速，所述扰动控制为风机此刻转速不变的情况下，风机根据转速曲线n进行变化，因此风机会偏离最佳效率曲线b1，此时则给风机转速一个小的变化量，风机根据最佳效率曲线b1进行反复调节转速，使得风机在最佳效率点附近运行，设置控制器MCU的滞回值。

所述相应的转速调节控制为控制器MCU会根据具体工况负载计算出输出的功率，与对应的功率值进行比较，当大于数据表格值时，降低转速进行调节；当小于数据表格值时，增加转速进行调节控制，保证在满足风机运行工况下，风机运行节能效果最佳。

所述自适应调节控制中的调节转速的步长变化量范围在6r/min-12r/min之间。

所述扰动控制中一个小的变化量的范围为6r/min-9r/min之间。

所述扰动控制中所述控制器MCU的滞回值为风机的额定功率值的±2.5％。

所述风量变化幅度小指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值小于5％。

所述风量变化幅度大指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值大于5％。

负载发生变化时，离心电机根据最佳效率曲线b1进行相应的转速调节控制，自适应调节控制、扰动控制都是根据最佳效率曲线b1进行相应的转速调节控制，因此本发明确保风机运行在最大效率点，可以避免风机运行时造成的压力损失，又可以避免转速不合适所引起的能量损耗。

由于粘性流体在风机中的流动情况相当复杂，无法进行精确计算。进行最佳设计时需要进行试验，如果以实型风机进行试验，往往难以进行。利用相似原理可以将模型的试验结果换算到实型风机上，这样就经济可行了。在风机中，它们满足几何相似、运动相似以及动力相似，则它们必定是相似的。公式1、2、3分别表示风机的风量、压力和功率的相似换算公式。公式中的Q、H、P分别表示风量、压力和功率，n表示转速、D表示直径。下标p表示需要换算的不同风机，有下标的字母为该风机对应的工况点。

若为两台相似的风机，则D_p＝D、ρ_p＝ρ，但n_p≠n。

利用比例定律，可对风机在不同转速下的性能进行换算，根据风机的特性曲线，按照相似换算理论，画出多组转速曲线n和效率曲线η，如图1所示。

恒定功率曲线P1根据风机的额定功率，画出系统运行的恒功率曲线P1，为了保护风机，不会出现过负载烧机现象发生，风机需要工作在P1曲线的左侧区域，当出现功率过大时，通过调节降低转速的方式，使得系统运行在恒功率曲线上，这样不仅可以确保系统正常运行，并且不会出现烧机或保护停机等情况发生。

如图1所示，当系统根据工艺要求需要进行风量或流量调节时，根据最佳效率曲线b1确保系统运行在最佳效率点，这样既可以避免系统运行时造成的压力损失，又可以避免转速不合适所引起的能量消耗。

现有的风机进行调节时一般会按照流量或压力进行调节，从图1的曲线图可以看出，对于同一效率曲线，除了效率曲线的极点以外，一般风量或流量，压力等都会对应2个不同的转速，所以仅从转速调节，难以确保系统运行在最佳状态，需要针对系统压力或者流量的要求，寻找唯一对应的转速进行调节，这样可以确保系统运行效率最高。

自适应调节控制为风机根据自适应运行控制区域中的最佳效率曲线b1进行调节转速，若风机的风量变化幅度大时，驱动控制器MCU会按照最佳效率曲线b1进行转速调节，并根据最佳效率曲线b1的电机功率进行对比匹配，如果风机风量调节没有达到合适的工况点时，风机会不断进行调节，并反复进行比较调节，并且根据风机运行的不断变化进行实时调节，满足运行要求。

对于扰动控制中进行调节控制时，当风机稳定时，由于采样等误差带来的计算误差，为了避免在最佳效率曲线b1附近反复进行调变，影响系统稳定性，需要滞回区间的设置，当风机变化引起的功率或流量压力等信息绝对变化量小于滞回值时，系统不进行调整，当大于系统设定的滞回区间值时，才进行调节。为了保证系统运行相应的实时性和稳定性，滞回值需要根据运行的最小精度以及所选的控制器MCU的采样精度要求进行设置，控制器MCU的滞回值为风机的额定功率值的±2.5％，步长变化量设置，若步长变化量太大，控制器MCU响应会较快，风机运行不平稳，但步长变化量太小，风机调整时间太长，响应滞后，影响风机快速响应，所以步长变化量设置非常重要。步长变化量设置为了确保运行平稳，需要对扰动控制的步长变化量进行设置，设置基本原则，原则一、按照所选控制器MCU的运行能力和识别能力进行设置，确保运行工况点更加接近理想曲线点。原则二、当控制器MCU进行调整进行扰动时，步长变化量设定不会引起风机振荡，造成风机运行不稳定。原则三、需要满足系统响应的要求。

自适应调节控制中的转速的步长变化量范围在6r/min-9r/min之间，扰动控制为风机此刻转速不变的情况下，风机根据转速曲线n进行变化，因此风机会偏离最佳效率曲线b1，此时则给风机转速一个小的变化量，风机根据最佳效率曲线b1进行反复调节转速，使得风机在最佳效率点附近运行，扰动控制中风机转速一个小的变化量的范围为6r/min-9r/min之间，这样既可以保证在进行自适应调整时，不会时间太长，调节严重滞后，也不会出现调整变化量太大，引起风机振荡等现象。

风机通过本发明的控制方法，大大节约了能源消耗，达到最佳节能效果，因此既满足了用户对风量的需要又满足了风机达到最佳的运行效果，且风机不会出现烧机或者超功率保护停止运行情况的发生，工作更加稳定、可靠。

实施例2：

如图2所示，风机为轴流风机或混流风机，一种控制方法，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：

1、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，画出风机在不同效率下Q风量与H压力之间的效率曲线η；

2、找出最佳效率点：将步骤(1)中的不同效率下的效率曲线η的极点为最佳效率点；

3、画出最佳效率曲线b1：将步骤(2)中的不同效率下的最佳效率点通过曲线连接形成最佳效率曲线b1；

4、开启风机，使得风机按照额定风量和额定压力进行工作，若负载发生变化时则根据最佳效率曲线b1，按照Q风量或H压力额定值的0.1％-0.2％的递增的方式计算出对应的Q风量或H压力，Q风量和H压力乘积及相应的系数相乘为该风机负载输出功率，生成相应的数据表格，根据数据表格对风机进行相应的转速调节控制，若风机的风量变化幅度小则进行扰动控制，若风机的风量变化幅度大，则进行自适应调节控制，所述自适应调节控制为风机根据最佳效率曲线b1进行调节转速，所述扰动控制为风机此刻转速不变的情况下，风机根据转速曲线n进行变化，因此风机会偏离最佳效率曲线b1，此时则给风机转速一个小的变化量，风机根据最佳效率曲线b1进行反复调节转速，使得风机在最佳效率点附近运行，设置控制器MCU的滞回值。

所述相应的转速调节控制为控制器MCU会根据具体工况负载计算出输出的功率，与对应的功率之进行比较，当大于数据表格值时，降低转速进行调节；当小于数据表格值时，增加转速进行调节控制，保证在满足风机运行工况下，风机运行节能效果最佳。

所述自适应调节控制中的调节转速的步长变化量范围在6r/min-12r/min之间。

所述扰动控制中一个小的变化量的范围为6r/min-9r/min之间。

所述扰动控制中所述控制器MCU的滞回值为风机的额定功率值的±2.5％。

所述风量变化幅度小指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值小于5％。

所述风量变化幅度大指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值大于5％。

风机通过本发明的控制方法，大大节约了能源消耗，达到最佳节能效果，因此既满足了用户对风量的需要又满足了风机达到最佳的运行效果，且风机不会出现烧机或者超功率保护停止运行情况的发生，工作更加稳定、可靠。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：

(1)、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，画出风机在不同效率下Q风量与H压力之间的效率曲线η；

(2)、划分安全运行区域：在恒定功率下画出Q风量与H压力之间的恒定功率曲线P1，将风机工作在恒定功率曲线P1的左侧区域设定为安全运行区域；

(3)、找出最佳效率点：将步骤(1)中的不同效率下的效率曲线η的极点设定为最佳效率点；

(4)、画出最佳效率曲线b1：将步骤(3)中的不同效率下的最佳效率点通过曲线连接形成最佳效率曲线b1；

(5)、开启风机，使得风机按照额定风量和额定压力进行工作，若负载发生变化时则根据最佳效率曲线b1，按照Q风量额定值或H压力额定值的0.1％-0.2％的递增的方式计算出对应的Q风量或H压力，Q风量和H压力乘积及相应的系数相乘为该风机负载输出功率，生成相应的数据表格，根据数据表格对风机进行相应的转速调节控制，若风机的风量变化幅度小则进行扰动控制，若风机的风量变化幅度大，则进行自适应调节控制，所述自适应调节控制为风机根据最佳效率曲线b1进行调节转速，所述扰动控制为风机此刻转速不变的情况下，风机根据转速曲线n进行变化，因此风机会偏离最佳效率曲线b1，此时则给风机转速一个小的变化量，风机根据最佳效率曲线b1进行反复调节转速，使得风机在最佳效率点附近运行，设置控制器MCU的滞回值。

2.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述相应的转速调节控制为控制器MCU会根据具体工况负载计算出输出的功率，与对应的功率值进行比较，当大于数据表格值时，降低转速进行调节；当小于数据表格值时，增加转速进行调节控制，保证在满足风机运行工况下，风机运行节能效果最佳。

3.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述自适应调节控制中的调节转速的步长变化量范围在6r/min-12r/min之间。

4.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述扰动控制中一个小的变化量的范围为6r/min-9r/min之间。

5.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述扰动控制中所述控制器MCU的滞回值为风机的额定功率值的±2.5％。

6.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述风量变化幅度小指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值小于5％。

7.根据权利要求1所述一种控制方法，其特征在于，所述风量变化幅度大指的是风量变化前后所对应的功率差值与风机的额定功率值的比值大于5％。