CN111005861A - 一种自动组网的水泵控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动组网的水泵控制系统，涉及一种水泵控制领域。目前，恒压供水系统不能兼顾系统压力的波动及设计成本的控制。本发明包括多台水泵、压力传感器，每台水泵均设有控制器，控制器中存储与之相连的水泵的唯一识别信息；采用CANOpen协议与每台控制器唯一识别信息相结合的方式自动分配每个设备的通讯地址，将联接在一起的设备自动组成一个网络，其中一控制器为主控制器，其余控制器为从控制器；每一控制器中均存储水泵的流量扬程曲线；在工作时，主控制器通过压力传感器反馈的信号结合流量扬程曲线、电机效率、水泵效率曲线来控制多水泵的配合运行。本技术方案能使供水设备处于最佳运行状态，减少能源浪费，并实现无负压水锤闭环运行。

Description

一种自动组网的水泵控制系统
技术领域
本发明涉及一种水泵控制领域，尤其涉及一种自动组网的水泵控制系统。
背景技术
目前国内外市场上的恒压供水控制系统基本上都采用的主控制柜串联传感器变频器设备的接线方式，此系统的特点在主控制柜与PID变频调节设备分离，根据系统的水泵台数而分别设计为一拖几的方式进行组网联调。对于不同的应用场合使用不同规格的水泵控制柜，根据变频设备使用数量的不同再次设计不同规格的水泵控制柜，造成资源人力的浪费，大量的接线也使得系统安全稳定性能有所降低。并且该系统多台变频器设备连接同一个数据采样传输模块，进行工变频切换时系统压力并不平稳，容易产生水锤效应，影响市政管网的压力。综上所述，现有的恒压供水系统没有一个很好的组合设计方式避免系统压力的波动及设计成本的控制。
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，提供一种自动组网的水泵控制系统，以达到兼顾压力输出压稳定性及低成本目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种自动组网的水泵控制系统，包括多台水泵、设于出口侧的压力传感器，每台所述的水泵均设有控制器，控制器中存储与之相连的水泵的唯一识别信息；采用CANOpen协议与每台控制器唯一识别信息相结合的方式自动分配每个设备的通讯地址，将联接在一起的设备自动组成一个网络，以实现系统联动控制及数据的共享，其中一控制器为主控制器，其余控制器为从控制器；每一控制器中均存储水泵的流量扬程曲线；在工作时，主控制器通过压力传感器反馈的信号结合流量扬程曲线、电机效率、水泵效率曲线来控制多水泵的配合运行。
作为优选技术手段：在组网时，主控制器检测系统中各水泵地址，当检测到水泵地址为0 ，系统停止各通讯节点通讯，开始检索设备节点，检索完成后，主控制器记录每台设备的唯一识别码，并按识别码从大到小排序，并自动写入每台设备通讯地址。
作为优选技术手段：所述的控制器中设有分时段控制模块，分时段控制模块根据时间设定不同的供水压力，以符合每天的用水负荷变化曲线。
作为优选技术手段：所述的控制器中设有主从机自动切换模块，以适应其作为主控模式或从控模式，当其作为主控制器时，采用主控模式，当其作为从控制器时，采用从控模式。
作为优选技术手段：当需要切换水泵时，主控制器根据水泵曲线数据，采用预判方式，计算加速水泵的加速曲线与减速水泵的减速曲线，使两条曲线成正比关系，以保证加速水泵和减速水泵的总输出始终保持恒定。
作为优选技术手段：根据水泵的效率曲线及电机的效率曲线，获取该水泵高效区的转速范围内，将各水泵的效率曲线及电机的效率曲线综合计算，得出总的高效区域图。主控制器根据系统高效区域图选取下一运行点的最优运行水泵台数及相应运行转整，保证每台水泵都工作在高效区域内，以达到最佳节能效果。
作为优选技术手段：主控制器获取当前的水压、流量、温度、系统功率、用电量的信息，主控制器对比信息后修正当前系统高效区。
作为优选技术手段：接入压力传感器信息的控制器自动识别为主控制器；或者以首个初始化完成的控制器作为主控制器。
作为优选技术手段：唯一识别码为产品序列号、产品编号、产家编号或版本编号。
作为优选技术手段：所述系统将外部传感器采集的数料实时传输给系统中的任意一台控制器，主机对数据进行分析比较后实时调整水泵输出，保证系统恒定输出。
有益效果：
本技术方案将感知到的管道压力模拟量信息通过压力传感器传送给控制器，控制器把设定的压力与感知到的压力比较处理后，通过PID变频器控制，把合适的转速信息指令传递到电机，调整电机的转速，使供水设备处于最佳运行状态，减少能源浪费，从而达到节能效果，并能恒压供水的平稳启动，实现无负压水锤闭环运行的目的。
系统不仅根据出口侧压力信号来控制水泵运行，还结合结合流量扬程曲线、电机效率、水泵效率曲线计算运行点使控制更精确更可靠更节能。
本发明解决了现有技术方案调试复杂，切换不平稳、效率低的情况，实现水泵切换的自然过渡，随意搭配不受水泵台数的控制，主从自动切换，单台故障不影响系统运行，使系统性能更加稳定安全。
采用分时段控制模块，根据时间设定不同的供水压力，以符合每天的用水负荷变化曲线，减少能耗。
设有主从机自动切换模块，使得主从机能自动切换。不会出现主控制器损坏导致不能供水的情况发生，使系统性能更加稳定安全。
附图说明
图1是本发明自动地址分配流程图。
图2是本发明改进的LSS协议说明。
图3系统高效工作区。
图4系统功率与输出曲线。
图5系统高效重叠区。
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。
本发明包括多台水泵、设于出口侧的压力传感器，每台水泵均设有控制器，控制器中存储与之相连的水泵的唯一识别信息；采用CANOpen协议与每台控制器唯一识别信息相结合的方式自动分配每个设备的通讯地址，将联接在一起的设备自动组成一个网络，以实现系统联动控制及数据的共享，其中一控制器为主控制器，其余控制器为从控制器；每一控制器中均存储水泵的流量扬程曲线；在工作时，主控制器通过压力传感器反馈的信号结合流量扬程曲线、电机效率、水泵效率曲线来控制多水泵的配合运行。本发明解决了现有技术方案调试复杂，切换不平稳、效率低的情况，实现水泵切换的自然过渡，随意搭配不受水泵台数的控制，主从自动切换，单台故障不影响系统运行，使系统性能更加稳定安全。
在本发明实施例中，采用CANOpen协议与每台控制器唯一识别码相结合的方式自动分配每个设备的通讯地址，将联接在一起的设备自动组成一个网络，实现系统联动控制及数据的共享；该系统将外部传感器采集的数料实时传输给系统中的任意一台控制器，主机对数据进行分析比较后实时调整水泵输出，保证系统恒定输出。系统把相关水泵的流量扬程曲线，电机效率、控制器效率曲线导入控制系统，系统不仅根据出口侧压力信号来控制水泵运行，还参考水泵流量扬程曲线，电机效率、水泵效率曲线计算相关的运行点使控制更精确可靠更节能。
系统采用CAN总线，采用标准Canopen协议的LSS地址分配协议+控制器全球唯识系统实现自动设地置每台控制器通讯地址，操作流程：系统上电后系统初始化，检测系统中各水泵地址，如检测到水泵地址为0 ，系统停止各通讯节点通讯，进入lss模式，系统自动开始检索设备节点，检索流程如图2所示。检索完成后，系统记录每台设备的唯一识别码，并按识别码从大到小排序，自动写入每台设备通讯地址，流程如图1所示，具体方案包括以下步骤：
1、在生产过程中，将产品序列号、产品编号、产家编号、版本编号等全球唯一标识写入泵一体化控制器中。通讯地址固定为31号；
2、接入输出压力传感器的泵自动识别有系统首台主机，其他泵为从机。完成组网后，主从机可以随意切换；
3、主机获取所有从泵序列号、产品编号、厂家编号、版本编号等全球唯一识别码。
4、主机将所有泵按通讯地址以及序列号大小进行排序，并进行自动地址分配，地址分配空间定为[10-17]，共8台泵在分配过程中如果从泵通讯地址与序列号已经与上一次自动分配地址匹配，则从泵保留原通讯地址不变。通过CanOpen LSS协议选择写入功能，设置各从泵的通讯地址。
5、主机将所有从泵的序列号、通讯地址等数据，写入到各个从机中。这样从机也可以知道其它从泵的编号地址。在工作过程中，如果主机发生切换，其它从泵的地址不再发送变化。
6、地址自动分配完成，系统开始运行。
系统水泵平稳切换功能采用以下实施方案：根据水泵P=n³关系和变频调速恒定加速可知，在相同时间内减速水泵的减少的输出会比加速水泵的增加的输出大，这就导致的了水泵在切换时水压波动；本发明把水泵曲线数据输入系统，采用预判方式，计算出加速水泵的加速曲线与减速水泵的减曲线，使两条曲线成正比关系，保证加速水泵+减速水泵的总输出始终保持恒定，如图5所示。
系统高效节能按制采用以下实施方案：由水泵的效率曲线及电机的效率曲线可知，水泵高效区在70%~100%转速范围内，当系统有多台水泵时高效区是各个水泵高效区的组合。本发明把各水泵的效率曲线及电机的效率曲线终合计算，得出系统高效区域图，如图3、图4。系统根据系统高效区域图选取下一运行点的最优运行水泵台数及相应运行转整，保证每台水泵都工作在高效区域内，以达到最佳节能效果；同时系统还收集当前系统的水压、流量、温度以及系统功率，用电量，对比后修正当前系统高效区。
以上图1所示的一种自动组网的水泵控制系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：包括多台水泵、设于出口侧的压力传感器，每台所述的水泵均设有控制器，控制器中存储与之相连的水泵的唯一识别信息；采用CANOpen协议与每台控制器唯一识别信息相结合的方式自动分配每个设备的通讯地址，将联接在一起的设备自动组成一个网络，以实现系统联动控制及数据的共享，其中一控制器为主控制器，其余控制器为从控制器；每一控制器中均存储水泵的流量扬程曲线；在工作时，主控制器通过压力传感器反馈的信号结合流量扬程曲线、电机效率、水泵效率曲线来控制多水泵的配合运行。
2.根据权利要求1所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：在组网时，主控制器检测系统中各水泵地址，当检测到水泵地址为0 ，系统停止各通讯节点通讯，开始检索设备节点，检索完成后，主控制器记录每台设备的唯一识别码，并按识别码从大到小排序，并自动写入每台设备通讯地址。
3.根据权利要求2所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：所述的控制器中设有分时段控制模块，分时段控制模块根据时间设定不同的供水压力，以符合每天的用水负荷变化曲线。
4.根据权利要求3所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：所述的控制器中设有主从机自动切换模块，以适应其作为主控模式或从控模式，当其作为主控制器时，采用主控模式，当其作为从控制器时，采用从控模式。
5.根据权利要求4所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：当需要切换水泵时，主控制器根据水泵曲线数据，采用预判方式，计算加速水泵的加速曲线与减速水泵的减速曲线，使两条曲线成正比关系，以保证加速水泵和减速水泵的总输出始终保持恒定。
6.根据权利要求5所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：根据水泵的效率曲线及电机的效率曲线，获取该水泵高效区的转速范围内，将各水泵的效率曲线及电机的效率曲线综合计算，得出总的高效区域图，主控制器根据系统高效区域图选取下一运行点的最优运行水泵台数及相应运行转整，保证每台水泵都工作在高效区域内， 以达到最佳节能效果。
7.根据权利要求6所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：主控制器获取当前的水压、流量、温度、系统功率、用电量的信息，主控制器对比信息后修正当前系统高效区。
8.根据权利要求1所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：接入压力传感器信息的控制器自动识别为主控制器；或者以首个初始化完成的控制器作为主控制器。
9.根据权利要求8所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：唯一识别码为产品序列号、产品编号、产家编号或版本编号。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的一种自动组网的水泵控制系统，其特征在于：所述系统将外部传感器采集的数料实时传输给系统中的任意一台控制器，主机对数据进行分析比较后实时调整水泵输出，保证系统恒定输出。
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