CN107781150A - 增压设备的电机启停控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增压设备的电机启停控制方法，通过压力检测单元检测增压设备的压力，通过控制单元读取增压设备的压力和控制增压设备电机的启停；控制单元通过读取压力检测单元的压力信号，在经过判断、运算后控制电机的启停，以达到对增压设备的自动控制，满足用户使用要求；通过上述控制方法所述增压设备可以不配置压力缓冲罐，具有电机启停频率低、成本低等优点；同时，公开了一种使用上述增压设备的电机启停控制方法的控制装置，具有结构简单、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及增压设备的控制技术领域，具体是涉及一种增压设备的电机启停控制方法及控制装置。
背景技术
增压设备涉及在工业、民用等不同领域中的使用，主要用于对液体、气体等介质进行压力提升，以达到所需要使用压力；目前的增压设备，尤其是在民用领域中，大多使用电机带动来完成电能向动能的转变，并使得目标液体或气体获得压力提升。
用于给气体提升压力的增压设备常用的为空压机，而用于给液体提升压力的增压设备常用的为水泵。
人们常用的电机驱动空压机和水泵，现有技术是使用压力缓冲罐和压力开关来实现对电机的启停进行控制；压力开关用于感应空压机或水泵的压力，并输出压力开关量信号用于控制电机的启停，而压力缓冲罐则用于气体或液体的缓存以减少电机的启停频率。
然而，即使使用了压力缓冲罐，在使用过程中上述增压设备也不可避免的存在电机频繁启停的问题，造成电机的使用寿命大大缩短；而压力缓冲罐的使用不但增加了成本还使得现有增压设备的结构复杂，使得现有增压设备的结构和外观存在设计局限。
目前，在水泵技术领域，有使用水流感应开关和压力传感器的配合来实现对水泵的去压力缓冲罐的自动控制，该方法同样存在水泵泵体结构复杂、成本较高，且在水泵小流量供水时电机启停频率高的缺陷。
此外，增压设备在民用领域的使用量庞大，虽然有使用压力传感器来实现对电机启停的控制，但由于成本上的限制，只能选用测量精度较低的压力传感器，存在检测基准点偏移较大的缺陷，使得所测量的压力值与实际压力值存在偏差，由此，给增压设备的自动控制带来困难，容易造成误判断；而在对增压设备电机的启停控制方法上也存在缺陷，目前基本上都通过对增压设备的停止压力和启动压力进行设定，并通过压力传感器检测增压设备的压力，当增压设备的压力达到预先设定的停止压力时停止电机，当压力下降到启动压力时启动电机；该控制方法使得电机频繁启停，尤其在供气或供液量大时，电机的启停更加频繁；另一方面，若增压设备不配置压力缓冲罐，则在正常工作时电机也将频繁启停，尤其是用于提升液体压力的增压设备；因此，在实际使用过程中，增压设备的寿命将被大大缩短。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种增压设备的电机启停控制方法，在所述增压设备不配备压力缓冲罐时，即可实现对电机的自动控制功能；具有低频繁启停、低成本等优点。
此外，本发明所提供的增压设备的电机启停控制方法还解决了所述增压设备在处于小流量介质供应时所存在的电机频繁启停的缺陷；以及自动校准因检测单元波动造成的压力误差，实现对增压设备的精确、可靠控制。
本发明的另一目的是提供一种控制装置，具有使用增压设备的电机启停控制方法控制水泵启停的功能，结构简单、成本低。
本发明所采用的技术方案是：
一种增压设备的电机启停控制方法，所述增压设备包括电机、压力检测单元和控制单元；所述压力检测单元与控制单元连接，用于检测增压设备的压力；所述控制单元用于读取增压设备的压力和控制电机的启停；包括以下步骤，
S101，控制电机启动；
S102，读取增压设备的压力，当压力上升至一个压力值维持T1时间不再升高，控制电机停止并记录该压力值为P0，且设定P0为第三压力设定值；
S103，监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
上述增压设备的电机启停控制方法的各步骤，步骤S101的控制电机启动的时间点可以是增压设备上电时由控制单元直接控制电机启动或延时控制电机启动，也可以是在增压设备投入运行后的任何时刻需要切换至使用所述增压设备的电机启停控制方法对增压设备进行控制的时候由控制单元控制电机启动；步骤S102的目的是用于获得增压设备的运行最高压力，即增压设备封闭运行的压力，所述封闭运行即为增压设备的下游出口全部关闭状态下的运行；但在上述下游出口未完全关闭或开启的状况下时，所获得的P0则将小于增压设备的封闭运行的压力，此种情况可以通过步骤S103来校正，只要所述增压设备的下游出口被关闭一次即可；所述步骤S103则包括了增压设备的电机启动程控制指令、大流量介质供应时的电机控制指令、小流量介质供应时的电机控制指令、增压设备的电机停止控制指令以及第三压力设定值校正控制指令；通过上述不同的控制指令可以实现对增压设备的电机进行低频繁启停控制，为用户提供压力稳定的液体或气体介质供应，保证了增压设备的使用寿命；同时，所述增压设备可以不配置压力缓冲罐。
进一步地，当所述第三压力设定值变化时，所述第一压力设定值和所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变。
进一步地，所述第一压力设定值为固定值，所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变。
优选地，T2＞T1。
优选地，所述步骤S103为，监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止，并开始计时，计时至电机再次启动时为第一停止时间，当所述第一停止时间大于T3时，则当再次读取到增压设备的压力达到第二压力设定值时，执行步骤S102；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
优选地，所述增压设备的电机启停控制方法还包括，当电机持续运转T4时间，所述增压设备的压力未达到第四压力设定值，则停止电机；其中，第四压力设定值≤第一压力设定值。
优选地，所述增压设备的电机启停控制方法还包括，记录所述增压设备维持在第五压力设定值的电机停止时间，记为第二停止时间；当所述第二停止时间连续至少2次均小于T5时间时，输出泄漏故障信号；其中，第五压力设定值=（1-波动系数）×第三压力设定值，所述波动系数在±10%以内，且T5小于3分钟。
所述波动系数用于校正压力检测单元的压力检测基准偏移或干扰波动等问题，以避免控制单元对于泄漏的误判断。
其原理是，通过记录所述增压维持在最高压力值的时间来判断泄漏情况，正常情况下，在增压设备的下游出口全部关闭时，将可以长时间的维持在最高压力值（即第三压力设定值附近），除非出口被开启；当存在泄漏时，所述增压设备的压力将在较短的时间内逐渐降低，而一般情况下用户不会连续频繁的开启和关闭出口，因此可以通过对所述第二停止时间的多次记录和比较判断，可以获知泄漏信息；并进一步输出泄漏故障信号以告知用户。
进一步地，所述增压设备为水泵或空压机。
使用上述任一项所述的增压设备的电机启停控制方法的控制装置，包括壳体；所述压力检测单元为压力传感器，所述控制单元为集成电路板，并设置在壳体内。
所述壳体、压力传感器和集成电路板为一体设置。
本发明的有益效果是：
上述增压设备的电机启停控制方法，使用检测单元和控制单元实现对增压设备的电机启停进行自动控制，在所述增压设备不配置压力缓冲罐的情况下，也具有电机启停频率低的优点。
同时，在所述增压设备处于小流量介质供应时，电机不频繁启停的优点；且可以自动校正因检测单元压力检测基准偏移造成的压力检测误差，可以提高增压设备控制的可靠性。
此外，上述增压设备的电机启停控制方法还提供了泄漏检测功能，进一步提高了所述增压设备控制的智能化程度。
本发明所提供的控制装置，具有对增压设备的电机低启停频率控制功能，所述增压设备可以不配置压力缓冲罐，具有结构简单、成本低等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种增压设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1的一种增压设备的功能模块连接示意图；
图3为本发明实施例1的一种增压设备的电机启停控制方法的流程示意图；
图4为本发明实施例1的一种增压设备的电机启停控制方法的控制逻辑示意图；
图5为本发明实施例2的一种水泵的电机启停控制方法的控制逻辑示意图；
图6为本发明实施例3的一种空压机的电机启停控制方法的控制逻辑示意图；
图7为本发明实施例4的一种控制装置的结构示意图；
图8为本发明实施例4的一种控制装置的功能模块连接示意图。
具体实施方式
实施例1
结合图1和图2所示，一种增压设备包括控制单元1、压力检测单元2、电机3和泵体4；所述控制单元1用于连接外部电源，与电机3连接，并用于控制电机的启停；所述压力检测单元设置在泵体4上部，用于检测泵体4高压端的压力，并与控制单元1连接，输出压力信号至控制单元1；所述泵体4与电机3连接。
上述增压设备可以是液体增压泵或气体压缩泵；结合图3所示，所述增压设备的电机启停控制方法，包括以下步骤：
S101，控制电机启动；
S102，读取增压设备的压力，当压力上升至一个压力值维持T1时间不再升高，控制电机停止并记录该压力值为P0，且设定P0为第三压力设定值；
S103，监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
上述增压设备的电机启停控制方法的原理是，在所述增压设备准备就绪且其下游出口关闭的情况下，通过控制单元1控制电机3启动，电机3开始运转，压力检测单元2将检测到泵体4的压力开始上升，并实时传输压力信号至控制单元1；当压力上升至一个压力值并维持T1时间不再升高时，控制单元1记录该压力值为P0，并设定第三压力设定值为P0，同时控制电机3停止运转；此步骤即可获得第三压力设定值，所述第三压力设定值即为所述增压设备所能达到的最高压力。
当用户开启下游出口时，则泵体4的压力将快速下降，并达到第一压力设定值，此时控制单元1控制电机3启动，以提升压力满足用户需求；泵体4的压力将再次升高。
若此时，泵体4的压力处于第一压力设定值与第二压力设定值之间，控制单元1判断下游出口未关闭，则控制电机3保持运转，以满足用户对介质（气或液体）供应压力的需求。
若泵体4的压力达到第二压力设定值，控制单元1判断下游出口已接近关闭，并开始计时。
A）若T2时间内压力达到第三压力设定值，则判断下游出口已关闭，控制单元1重新读取泵体4在电机3运转时能达到的最高压力，即重新执行步骤S101，以校正压力检测单元2波动造成的压力检测误差，同时也可以校正前一次所设定的第三压力设定值；尤其是在所述增压设备上电初次启动时，在下游出口未完全关闭或开启的情况下，此步骤将可以在第一次下游出口关闭时对第一次获得的第三压力设定值进行校正。
B）若T2时间内未达到第三压力设定值，则判断此时所述增压设备处于小流量供应介质状态，控制电机3停止运转，待压力下降至第一压力设定值时，控制电机3重新启动；因此小流量供应介质时，不能长时间控制电机运转，否则将造成泵体4过热或可能造成电机过载，影响所述增压设备的使用寿命；此步骤对于所述增压设备非常重要，不但解决了小流量介质供应时的泵体发热状况，同时解决了小流量介质供应时的电机频繁启停问题。
因此，只要压力检测单元2对压力的感应始终处于线性变化时，所述控制单元1都可以对所述增压设备工作过程中发生的工况变化实现有效自动控制。
所述第三压力设定值由控制单元1自动设定，但随所述增压设备工况的变化而改变；所述第一压力设定值可以是用户设定、出厂设定或由控制单元1自动设定；
所述第二压力设定值由控制单元1自动设定，其大小与所述第三压力设定值较为接近。
优选地，当所述第三压力设定值变化时，所述第一压力设定值和所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变；具体可以表示为：第一压力设定值=第三压力设定值-P1，P1为一个固定值，根据压力检测单元的压力测量量程以及所述增压设备的扬程来定；第二压力设定值=第三压力设定值-P2，P2为一个固定压力值，根据压力检测单元的压力测量精度、增压设备的扬程等工况来定；比如，检测单元所能检测到的压力信号精度为0.1bar，则P2优选为0.1bar。
优选地，所述第一压力设定值为固定值，由用户自行设定或出厂设定；所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变。
上述T1时间不宜过长，优选在60秒以内，更优选在10秒以内。
优选地，T2＞T1。
上述检测单元通常选用压力传感器，控制单元则选用包含单片机的集成控制电路板或PLC。
上述增压设备的电机启停控制方法的具体控制逻辑如图4所示。
实施例2
上述实施例1所述的增压设备为水泵，并在上述增压设备的电机启停控制方法的基础上增加缺水检测步骤，具体为：当电机持续运转T4时间，所述增压设备的压力未达到第四压力设定值，则停止电机；其中，第四压力设定值≤第一压力设定值。
上述缺水检测步骤，可以防止水泵在缺水状态下的长时间空转，影响水泵的使用寿命，同时也浪费了电能；起到有效保护水泵的作用。
其中，当所述第四压力设定值为固定值时，则所述第四压力设定值根据水泵的性能和压力检测单元的测量精度来决定，比如一台水泵的额定扬程为3bar，压力检测单元为压力传感器，其测量精度为0.1bar；则所述第四压力设定值可以为0.1bar-1bar；优选为0.5bar。
所述T4时间，则根据水泵的性能和使用环境决定，不能超过水泵的最长空转时间，一般在0.5-10分钟之间，优选为2-5分钟。
结合图5所示的一种水泵的电机启停控制方法的控制逻辑示意图，T1为10秒，T2为30秒，T4为3分钟。
实施例3
上述实施例1所述的增压设备为空压机，上述增压设备的电机启停控制方法中的步骤S103调整为，具体如下：
监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止，并开始计时，计时至电机再次启动时为第一停止时间，当所述第一停止时间大于T3时，则当再次读取到增压设备的压力达到第二压力设定值时，执行步骤S102；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
并增加进气口堵塞检测步骤，具体为：当电机持续运转T4时间，所述增压设备的压力未达到第四压力设定值，则停止电机；其中，第四压力设定值≤第一压力设定值。
上述步骤S103通过记录所述第一停止时间，来判断空压机是否处于小流量排气，即用户停止用气；若所述第一停止时间超过T2时，则判断空压机排气停止；在压力检测单元发生波动或检测基准发生偏移，又或空压机增压性能下降的情况下，造成空压机所能达到的最高压力下降，空压机将无法达到所述第三压力设定值，此时需要对第三压力设定值进行重新校正；因此，可以在空压机再次启动并达到第二压力设定值时，直接执行步骤S102以重新校正所述第三压力设定值；若不及时校正，则空压机在小流量供气时，电机将持续运转，空压机失去小流量保护步骤。
其中，上述T2根据空压机的性能和使用环境决定，一般T2在0.5-30分钟，优选为1-5分钟。
结合图6所示的一种水泵的电机启停控制方法的控制逻辑示意图，T1为10秒，T2为30秒，T3为2分钟，T4为3分钟。
图5中的标注①的实线箭头方向和标注②虚线箭头方向分别表示在不同电机停止时间（第一停止时间）下的两条不同的控制逻辑路线。
实施例4
结合图7和图8所示，为使用上述实施例1所述的增压设备的电机启停控制方法的控制装置，包括壳体12、压力传感器11、集成电路板13、外部电源接线端口14和电机电源接线端口15；所述壳体12、压力传感器11和集成电路板14为一体设置，所述压力传感器11设置在壳体12的侧面，所述集成电路板14设置在壳体12的内部，所述外部电源接线端口14和电机电源接线端口15均设置在壳体12的侧面。
所述压力传感器11用于检测增压设备的压力，与所述集成电路板14连接，传输压力信号至集成电路板14；所述集成电路板14分别与外部电源接线端口14和电机电源接线端口15连接，用于读取压力传感器11传输来的压力信号、比较判断、运算和控制电机的启停。
上述控制装置可用于水泵电机的控制，也可用于空压机电机的控制；而且在水泵或空压机不需要配置压力缓冲罐的情况下即可实现有效控制，电机不会频繁启停；当然，若配置有压力缓冲罐，则可以进一步降低在小流量介质供应状况下的电机启停频率。
Claims (10)
1.一种增压设备的电机启停控制方法，所述增压设备包括电机、压力检测单元和控制单元；所述压力检测单元与控制单元连接，用于检测增压设备的压力；所述控制单元用于读取增压设备的压力和控制电机的启停；其特征在于：包括以下步骤，
S101，控制电机启动；
S102，读取增压设备的压力，当压力上升至一个压力值维持T1时间不再升高，控制电机停止并记录该压力值为P0，且设定P0为第三压力设定值；
S103，监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
2.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：当所述第三压力设定值变化时，所述第一压力设定值和所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变。
3.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：所述第一压力设定值为固定值，所述第二压力设定值随所述第三压力设定值的改变而作相同的改变。
4.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：第二压力设定值=第三压力设定值-P2；其中，P2为一个固定压力值。
5.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：T2＞T1。
6.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：所述步骤S103为：
监测增压设备的压力，当压力下降至第一压力设定值时，控制电机启动；
当压力在第一压力设定值与第二压力设定值之间时，保持电机运转；
当压力达到第二压力设定值后且在T2时间内未达到第三压力设定值时，则控制电机停止，并开始计时，计时至电机再次启动时为第一停止时间，当所述第一停止时间大于T3时，则当再次读取到增压设备的压力达到第二压力设定值时，执行步骤S102；
当压力达到第三压力设定值时，则执行步骤S102；
其中，第一压力设定值＜第二压力设定值＜第三压力设定值。
7.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：还包括，当电机持续运转T4时间，所述增压设备的压力未达到第四压力设定值，则停止电机；其中，第四压力设定值≤第一压力设定值。
8.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：还包括，记录所述增压设备维持在第五压力设定值的电机停止时间，记为第二停止时间；当所述第二停止时间连续至少2次均小于T5时间时，输出泄漏故障信号；其中，第五压力设定值=（1-波动系数）×第三压力设定值，所述波动系数在±10%以内，且T5小于3分钟。
9.根据权利要求1所述的增压设备的电机启停控制方法，其特征在于：所述增压设备为水泵或空压机。
10.使用权利要求1-9任一项所述的增压设备的电机启停控制方法的控制装置，其特征在于：包括壳体；所述压力检测单元为压力传感器，所述控制单元为集成电路板，并设置在壳体内。
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| JP2857481B2 (ja) * | 1990-09-20 | 1999-02-17 | 株式会社日立製作所 | 自動給水装置 |
| JP4974802B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2012-07-11 | 株式会社日立産機システム | 圧縮機 |
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| CN203730348U (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-23 | 台州科比电子科技有限公司 | 基于陶瓷压力传感器的水泵电流压力控制器 |
| CN105736343A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-07-06 | 沈云明 | 一种水泵控制系统及防锈卡和小流量工作的控制方法 |
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2016
- 2016-08-26 CN CN201610722554.1A patent/CN107781150B/zh active Active
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