CN109958606B - 适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，在多台隔膜泵并联输送浆体过程中，通过PLC控制器分别与每一台隔膜泵控制连接，采集每台隔膜泵的参数，同时在输送管道设置流量计采集浆体参数反馈至PLC控制器，PLC控制器与泵站的DCS控制系统连接；PLC控制器通过对变频电机输出频率进行控制，达到变频电机转速的控制要求，实现快速调整隔膜泵的相位角控制；相位角控制时：辅助隔膜泵自动跟随虚拟机的频率及相位角，且设定相位角的偏差在±1°范围内。通过本发明的相位角控制，在高压隔膜泵出口的管道上，可以降低或消除管道内因流量叠加而产生的压力波峰和管道振动，减小合流管道的磨损。

Description

适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法
技术领域
本发明涉及一种输送过程中隔膜泵的控制方法，特别是一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法。
背景技术
浆体输送是选矿过程中精矿输送的一个重要工程。现有技术中，浮选厂精矿输送现状一般都是采用设在输送泵站内的2－3台相同规格的液压隔膜泵，主线管道规格为：外径219mm，壁厚12mm。年输送磷精矿量（干基）：约140~150万t/a。工作制度：300d/a，24h/d。
由于隔膜泵是依靠曲轴带动连杆式运动，出口的介质有一定的脉动量。在隔膜泵出口压力较高的条件下，3台及以上设备同时运行，会在多个时间点上产生脉动的叠加。对主输送管道产生较大的振动附加值，同时，管道上安装的流量、压力等控制仪表，其读数的精度也会不同程度地受到干扰。在输送过程中，投入运行的多台泵在出口处可能出现压力和流量的叠加，对输送设备和管道产生一定的不利影响，对于主管道来说，内部浆体脉动量增大会加速管道局部振动破坏的可能性；同时，脉动量越大，还会使得管道内部的局部磨损量加大，无法保证管道实际使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，通过对隔膜泵进行相位角控制，有效地减少管道磨损，延长管路使用寿命。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特点是：在多台隔膜泵并联输送浆体过程中，通过PLC控制器分别与每一台隔膜泵控制连接，采集每台隔膜泵的实时运行参数，同时在输送管道上设置流量计，采集浆体的流速和流量反馈至PLC控制器，所述的PLC控制器与泵站的DCS控制系统通过相关通讯协议进行连接；PLC控制器通过对隔膜泵配套的变频电机输出的频率进行控制，达到变频电机转速的控制要求，最终实现快速调整隔膜泵的相位角控制；
相位角控制时：设并联的隔膜泵为
Figure 146298DEST_PATH_IMAGE002
+1台，其中1台为主隔膜泵，
Figure 253318DEST_PATH_IMAGE002
为运行辅助隔膜泵数，
Figure 564214DEST_PATH_IMAGE004
为第几台启动的辅助泵数；则所有柱塞均布排列的相位角为
Figure 631527DEST_PATH_IMAGE006
；第1台主隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 367271DEST_PATH_IMAGE008
（
Figure 392996DEST_PATH_IMAGE010
）；第2台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 581400DEST_PATH_IMAGE012
（
Figure 452404DEST_PATH_IMAGE014
）；第
Figure 652442DEST_PATH_IMAGE004
台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 567177DEST_PATH_IMAGE016
；所述的虚拟机为以主隔膜泵运行参数为依据的设定值；
辅助隔膜泵自动跟随虚拟机的频率及相位角，且设定相位角的偏差为±1°，即隔膜泵运行时，保证相位角的偏差不能大于±1°，当超过±1°时，通过PLC控制器调节相应变频电机的运行频率，通过不断的信号反馈和调节，稳定相位角偏差在±1°范围内。
本发明优选N＝3，并联的隔膜泵为4台。其中1台为主隔膜泵，3台为运行辅助隔膜泵数。
本发明采集每台隔膜泵的运行参数包括冲程次数、变频电机转速和出口压力。其中：其进一步优选的技术方案是：变频电机转速通过设在变频电机输出轴上的旋转编码器进行采集，旋转编码器通过信号线与PLC控制器连接。隔膜泵的冲程次数由设在隔膜泵主轴或输出轴位置上的仪表监测传感器进行采集，仪表监测传感器通过信号线与PLC控制器连接。隔膜泵的出口压力由压力变送器进行采集，压力变送器通过信号线与PLC控制器连接。
本发明所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其进一步优选的技术方案是：所述的隔膜泵采用三缸单作用隔膜泵。
本发明所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其进一步优选的技术方案是：所述的PLC控制器设有同步控制模块，通过同步控制模块分别与隔膜泵的变频电机连接，各隔膜泵之间采用通讯环网，实现对变频电机进行主从控制。
本发明所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其进一步优选的技术方案是：通过泵站DCS控制系统实现对各台隔膜泵进行监视、控制，故障报警指示、历史趋势记录及查阅。
与现有技术相比，本发明相位角控制方法具有以下优点：
1、通过本发明的相位角控制，在高压隔膜泵出口的管道上，可以降低或消除管道内因流量叠加而产生的压力波峰和管道振动，减小合流管道的磨损。
2、通过控制可以对各台隔膜泵出口流量起有效的稳定作用。
3、本发明方法对需要压力精确控制的管段，有利于减小压力数值的跳动，保证精度。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，在多台隔膜泵并联输送浆体过程中，通过PLC控制器分别与每一台隔膜泵控制连接，采集每台隔膜泵的实时运行参数，同时在输送管道上设置流量计，采集浆体的流速和流量反馈至PLC控制器，所述的PLC控制器与泵站的DCS控制系统通过相关通讯协议进行连接；PLC控制器通过对隔膜泵配套的变频电机输出的频率进行控制，达到变频电机转速的控制要求，最终实现快速调整隔膜泵的相位角控制；
相位角控制时：设并联的隔膜泵为
Figure 852665DEST_PATH_IMAGE002
+1台，其中1台为主隔膜泵，
Figure 261781DEST_PATH_IMAGE002
为运行辅助隔膜泵数，
Figure 703607DEST_PATH_IMAGE004
为第几台启动的辅助泵数；则所有柱塞均布排列的相位角为
Figure 664610DEST_PATH_IMAGE006
；第1台主隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 578340DEST_PATH_IMAGE008
（
Figure 774835DEST_PATH_IMAGE010
）；第2台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 949464DEST_PATH_IMAGE012
（
Figure 956734DEST_PATH_IMAGE014
）；第
Figure 341448DEST_PATH_IMAGE004
台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 217000DEST_PATH_IMAGE016
；所述的虚拟机为以主隔膜泵运行参数为依据的设定值；
辅助隔膜泵自动跟随虚拟机的频率及相位角，且设定相位角的偏差为±1°，即隔膜泵运行时，保证相位角的偏差不能大于±1°，当超过±1°时，通过PLC控制器调节相应变频电机的运行频率，通过不断的信号反馈和调节，稳定相位角偏差在±1°范围内。
实施例2，实施例1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：变频电机转速通过设在变频电机输出轴上的旋转编码器进行采集，旋转编码器通过信号线与PLC控制器连接。
实施例3，实施例1或2所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：隔膜泵的冲程次数由设在隔膜泵主轴或输出轴位置上的仪表监测传感器进行采集，仪表监测传感器通过信号线与PLC控制器连接。
实施例4，实施例1或2或3所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：隔膜泵的出口压力由压力变送器进行采集，压力变送器通过信号线与PLC控制器连接。
实施例5，实施例1－4中任何一项所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：所述的隔膜泵采用三缸单作用隔膜泵。
实施例6，实施例1－5中任何一项所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：所述的PLC控制器设有同步控制模块，通过同步控制模块分别与隔膜泵的变频电机连接，各隔膜泵之间采用通讯环网，实现对变频电机进行主从控制。
实施例7，实施例1－4中任何一项所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法中：通过泵站DCS控制系统实现对各台隔膜泵进行监视、控制，故障报警指示、历史趋势记录及查阅。
实施例8，采用实施例1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法进行相位角控制实验。
1、浮选厂精矿输送现状
浮选厂精矿输送泵站内已有3台相同规格的液压隔膜泵，设备具体参数：140m3/h，7.0MPa，400kW，690V，变频调速电机，主轴冲次为49次/min。
主线管道规格为：外径219mm，壁厚12mm。
年输送磷精矿量（干基）：约140~150万t/a。
工作制度：300d/a，24h/d。
2、采用实施例1方法对浮选厂精矿输送方法进行重新设计改造，实现目标：年输送干基量为220万t/a。相应的工作制度为300d/a，21h/d。
在最大限度地利用现有隔膜泵、优化输送系统的基础上，采用N＝3，新增1台液压隔膜泵，实现并联的隔膜泵为4台。新增的1台液压隔膜泵的设备参数：280m3/h，6.3MPa，710kW，10kV，变频调速电机。
3、管道内矿浆输送模式
按照输送的要求，对于不同质量浓度的矿浆，在不同模式下的输送量均进行了计算，如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
对运行的4台隔膜泵进行编号：3台旧隔膜泵分别为G-2A/G-2B/G-2C，作为辅助隔膜泵。新增的1台隔膜泵为G-D作为主隔膜泵。
为了降低现场操作人员的劳动强度，减少值班人员。在运行模式下，设计自动运行和手动运行两种。在实际运行条件下，仅需要按照既定的程序进行简单操作，即可实现相应的输送量和控制的要求。
按照矿浆输送模式，对4台隔膜泵进行合理配置，如下：
A 正常输送条件
1) G-D+G-2A+G-2B
设定的出口流量值：272m3/h+100m3/h+100m3/h=472m3/h；
2) G-D+G-2B+G-2C
设定的出口流量值：272m3/h+100m3/h+100m3/h=472m3/h；
3) G-D+G-2A+G-2C
设定的出口流量值：272m3/h+100m3/h+100m3/h=472m3/h；
B 最小流速条件
1) G-D+G-2A
设定的出口流量值：250m3/h+70m3/h =320m3/h；
2) G-D+G-2A
设定的出口流量值：250m3/h+70m3/h =320m3/h；
3) G-D+G-2A
设定的出口流量值：250m3/h+70m3/h =320m3/h；
4) G-2A+G-2B+G-2C
设定的出口流量值：107m3/h+107m3/h+107m3/h=321m3/h；
B 最小流速条件
1) G-D+G-2A+G-2B
设定的出口流量值：272m3/h+120m3/h+120m3/h=512m3/h；
2) G-D+G-2B+G-2C
设定的出口流量值：272m3/h+120m3/h+120m3/h=512m3/h；
3) G-D+G-2A+G-2C
设定的出口流量值：272m3/h+120m3/h+120m3/h=512m3/h。
在手动运行模式下，可对参与运行的2台/3台隔膜泵的运行频率进行人工调节，可以根据具体的生产要求，对每一台自动运行的隔膜泵单独设定运行参数，使其满足特殊的运行指令。
当短时间内需要运行4台隔膜泵时，也可以通过手动运行模式来实现。此运行模式可使管道内的输送量提升至极限值。
手动模式也可以直接关闭产生故障的设备，级别优先于自动运行模式。
4、相位角控制
4.1 相位角控制的目的
由于本精矿输送系统需要利用现有3台隔膜泵，同时新增1台隔膜泵。在输送过程中，投入运行的多台泵在出口处可能出现压力和流量的叠加，对输送设备和管道产生一定的不利影响，对于主管道来说，内部浆体脉动量增大会加速管道局部振动破坏的可能性；同时，脉动量越大，还会使得管道内部的局部磨损量加大，无法保证管道实际使用寿命。因此采用实施例1方法对隔膜泵进行相位角控制。
4.2 相位角控制
设三缸单作用泵，
Figure 42874DEST_PATH_IMAGE002
为运行辅助泵数，
Figure 345679DEST_PATH_IMAGE004
为第几台启动的辅助泵数。则所有柱塞（活塞）均布排列的相位角为
Figure 968422DEST_PATH_IMAGE006
。第1台泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（
Figure 306386DEST_PATH_IMAGE010
）；第2台泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 65395DEST_PATH_IMAGE019
（
Figure DEST_PATH_IMAGE020
）；第
Figure 460473DEST_PATH_IMAGE004
台泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure 570512DEST_PATH_IMAGE016
。
辅助泵机自动跟随虚拟机的频率及相位角皆为程序自动进行，且设定相位角的偏差为±1°，也就是说
Figure 522287DEST_PATH_IMAGE002
台泵同步运行时，相位角的偏差不能大于±1°，若超过±1°，信号通过PLC，调节相应电机的运行频率，通过不断的信号反馈和调节，稳定相位角偏差在±1°范围内。
4.3 相位角控制方式
1）控制平台
在现有精矿泵站DCS控制系统平台的基础上，增加必要的控制卡件，实现对隔膜泵进行监视、控制。对现有3台隔膜泵配套的变频器（新增1台隔膜泵进行改造）进行投运控制、故障报警指示、历史趋势记录及查阅。
2）监控设备
在电机输出轴上增加旋转编码器、隔膜泵主轴或输出轴位置增加仪表监测传感器，将采集的数据上传至DCS控制系统。
3）调控设备
增加同步控制模块、通讯环网，实现对电动机进行主从控制。通过DCS控制系统对变频器输出频率进行控制，达到电动机转速的控制要求，最终实现快速调整隔膜泵的相位角控制。

Claims (9)

1.一种适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：在多台隔膜泵并联输送浆体过程中，通过PLC控制器分别与每一台隔膜泵控制连接，采集每台隔膜泵的实时运行参数，同时在输送管道上设置流量计，采集浆体的流速和流量反馈至PLC控制器，所述的PLC控制器与泵站的DCS控制系统通过相关通讯协议进行连接；PLC控制器通过对隔膜泵配套的变频电机输出的频率进行控制，达到变频电机转速的控制要求，最终实现快速调整隔膜泵的相位角控制；
相位角控制时：设并联的隔膜泵为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
+1台，其中1台为主隔膜泵，
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
为运行辅助隔膜泵数，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为第几台启动的辅助泵数；则所有柱塞均布排列的相位角为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；第1台主隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（
Figure DEST_PATH_IMAGE010
）；第2台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（
Figure DEST_PATH_IMAGE014
）；第
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
台隔膜泵运行时，其与虚拟机相位角差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；所述的虚拟机为以主隔膜泵运行参数为依据的设定值；
辅助隔膜泵自动跟随虚拟机的频率及相位角，且设定相位角允许的偏差为±1°，即隔膜泵运行时，保证相位角的偏差不能大于±1°，当超过±1°时，通过PLC控制器调节相应变频电机的运行频率，通过不断的信号反馈和调节，稳定相位角偏差在±1°范围内。
2.根据权利要求1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：所述的N＝3，并联的隔膜泵为4台。
3.根据权利要求1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：采集每台隔膜泵的参数包括冲程次数、变频电机转速和出口压力。
4.根据权利要求3所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：变频电机转速通过设在变频电机输出轴上的旋转编码器进行采集，旋转编码器通过信号线与PLC控制器连接。
5.根据权利要求3所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：隔膜泵的冲程次数由设在隔膜泵主轴或输出轴位置上的仪表监测传感器进行采集，仪表监测传感器通过信号线与PLC控制器连接。
6.根据权利要求3所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：隔膜泵的出口压力由压力变送器进行采集，压力变送器通过信号线与PLC控制器连接。
7.根据权利要求1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：所述的隔膜泵采用三缸单作用隔膜泵。
8.根据权利要求1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：所述的PLC控制器设有同步控制模块，通过同步控制模块分别与隔膜泵的变频电机连接，各隔膜泵之间采用通讯环网，实现对变频电机进行主从控制。
9.根据权利要求1所述的适用于多台隔膜泵并联输送条件下的相位角控制方法，其特征在于：通过泵站DCS控制系统实现对各台隔膜泵进行监视、控制，故障报警指示、历史趋势记录及查阅。
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