CN111011169A - 一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统及控制方法 - Google Patents

一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统及控制方法，控制方法包括S1：将喷灌泵的流量—效率函数、不同转速下水涡轮的流量—效率函数、喷嘴的设定工作压力P0、水涡轮的设定转速N0均输入至控制器；S2：控制器根据第二流量传感器的信号调节第二电磁阀的开度，使得水涡轮的实际流量Q2等于Q0，控制器控制磁粉制动器，以使水涡轮的实际转速N2等于设定转速N0；S3：监测喷嘴的实际工作压力P2，通过控制器调整电机的转速N1，使得喷嘴的实际工作压力P2等于P0；S4：重复上述步骤，直至所述卷盘喷灌系统停止工作。本发明实现喷灌泵、水涡轮的联动调节，让整个喷灌系统始终处于较高的运行效率，减小系统能耗。

Description

一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统及控制方法
技术领域
本发明涉及节水灌溉技术领域，尤其一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统及控制方法。
背景技术
高效的农业灌溉是保证国家农业生产安全的重要支柱之一。传统的人工灌溉已无法满足国家粮食生产的需求，卷盘式喷灌机作为一种机动性强、自动化程度高、能够适应不同规模地块作业的集约化灌溉装备，极大缓解了现代化农业的灌溉需求。但是目前卷盘式喷灌机存在运行效率低、能耗高、控制系统简陋等问题，制约了卷盘式喷灌机的进一步发展。喷灌泵和水涡轮是卷盘式喷灌机系统里两大核心装置，也是能源消耗和产生能量损失的主要部件，喷灌泵和水涡轮的运行的平稳高效与否，直接影响到最终对农作物的灌溉效果的好坏。现有的卷盘式喷灌机系统喷灌泵和水涡轮运行工况之间缺少相互匹配和调整，导致喷灌系统整体运行效率较低，能耗高。
发明内容
针对现有卷盘式喷灌机运行效率低、能耗高等缺点，本发明提供了一种基于喷灌泵与水涡轮联动调节的高效喷灌控制方法，该控制方法在保证卷盘式喷灌机喷头工作压力的前提条件下，实现喷灌泵、水涡轮的联动调节，让整个喷灌系统始终处于较高的运行效率，减小系统能耗。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统，包括喷灌泵、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、水涡轮、磁粉制动器、卷盘、软管、喷嘴和控制器；
所述喷灌泵包括水泵和电机，所述水泵的进口通过第一总管路与取水池连通，所述水泵的出口与第二总管路的一端连通，所述第二总管路的另一端与第一分支管路和第二分支管路连通，所述第二分支管路与所述水涡轮的进水管路连通，所述第一分支管路与所述水涡轮的出水管汇合接入所述软管的一端，所述软管缠绕在所述卷盘，所述软管的另一端与所述喷嘴连通，所述水涡轮的转轴通过所述磁粉制动器与所述卷盘连接；
所述第一电磁阀安装于第一总管路上，所述第二电磁阀和所述第二流量传感器均安装于所述第一分支管路上，所述第一流量传感器安装于所述第二总管路上，所述第一转速传感器用于检测所述电机的转速，所述第二转速传感器用于检测所述水涡轮的转速；
所述电机、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、第一电磁阀、第二电磁阀均与所述控制器连接。
一种卷盘喷灌系统的联动调节控制方法，包括：
S1：将所述喷灌泵的流量—效率函数、不同转速下所述水涡轮的流量—效率函数、所述喷嘴的设定工作压力P0、所述水涡轮的设定转速N0均输入至所述控制器；
S2：所述控制器根据所述第二流量传感器的信号调节所述第二电磁阀的开度，以控制进入所述水涡轮的实际流量Q2，使得实际流量Q2等于Q0，Q0为所述水涡轮在设定转速N0下最高效率点对应的流量，所述控制器根据所述第二转速传感器的信号控制所述磁粉制动器，以使所述水涡轮的实际转速N2等于设定转速N0；
S3：不间断监测所述喷嘴的实际工作压力P2，通过所述控制器调整所述电机的转速N1，使得所述喷嘴的实际工作压力P2等于设定工作压力P0；
S4：重复步骤S2和S3，直至所述卷盘喷灌系统停止工作。。
优选地，所述步骤S2中调节所述第二电磁阀的开度的具体步骤为：
所述第二流量传感器将第一分支管路的流量Q3传递给所述控制器，所述控制器比较Q0和Q2大小，其中，Q2＝Q1-Q3，若Q0>Q2，则所述控制器向所述第二电磁阀传递控制信号，减小阀门开度；若Q0<Q2，则所述控制器向所述第二电磁阀发送信号，增大阀门开度；重复此步骤直至Q2＝Q0。
优选地，所述步骤S2中调节所述水涡轮的实际转速N2的具体步骤如下：所述第二转速传感器将所述水涡轮的实际转速N2传递给所述控制器，所述控制器比较所述水涡轮的实际转速N2和所述水涡轮的设定转速N0，若N2>N0，则增大所述磁粉制动器的电流；若N2<N0，则减小所述磁粉制动器电流，所述水涡轮的负载减小，所述水涡轮的实际转速N2增加，重复此步骤直至N2＝N0。
优选地，步骤S3中调节所述电机的转速N1的具体步骤如下：
所述控制器依据所述压力传感器采集得到的信号比较所述喷嘴的实际工作压力P1和设定工作压力P0的大小，若P1>P0，则降低所述电机的转速N1；若P1<P0，则增大所述电机的转速N1，调整后的所述电机的转速为N1 ’；然后依据泵相似理论调节所述水泵的出口流量Q1，调节后的水泵的出口流量为Q1 ’，若Q1<Q1 ’，则所述控制器向所述第一电磁阀发送信号，增大阀门开度；若Q1＞Q1 ’，则所述控制器向所述第一电磁阀发送信号，减小阀门开度；重复此步骤直至Q1＝Q1 ’、P1＝P0。
本发明的有益效果：
本发明并不单一考虑系统中喷灌泵或水涡轮的运行效率和能耗，而是通过同步调控优化喷灌泵和水涡轮运行参数，充分考虑喷灌泵和水涡轮的相互影响，实现系统整体效率的提升，对实现高效的农业灌溉具有重要意义。
附图说明
图1为本发明所述喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统的结构示意图。
图2为本发明所述联动调节控制方法的控制逻辑流程图。
附图标记说明如下：
1—电机，2—第一电磁阀，3—水泵，4—第一转速传感器，5—控制器，6—第一流量传感器，7—第一分支管路，8—第二电磁阀，9—第二流量传感器，10—第二分支管路，11—水涡轮，12—第二转速传感器，13—磁粉制动器，14—卷盘，15—软管，16—压力传感器，17—喷嘴。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统，包括喷灌泵、压力传感器16、第一流量传感器6、第二流量传感器9、第一转速传感器4、第二转速传感器12、第一电磁阀2、第二电磁阀8、水涡轮11、磁粉制动器13、卷盘14、软管15、喷嘴17和控制器5。
所述喷灌泵包括水泵3和电机1，所述水泵3的进口通过第一总管路与取水池连通，所述水泵3的出口与第二总管路的一端连通，所述第二总管路的另一端与第一分支管路7和第二分支管路10连通，所述第二分支管路10与所述水涡轮11的进水管路连通，所述第一分支管路7与所述水涡轮11的出水管汇合接入所述软管15的一端，所述软管15缠绕在所述卷盘14，所述软管15的另一端与所述喷嘴17连通，所述水涡轮11的转轴通过所述磁粉制动器13与所述卷盘14连接。
所述第一电磁阀2安装于第一总管路上，用于调节第一总管路的流量，所述第二电磁阀8和所述第二流量传感器9均安装于所述第一分支管路7上，第二电磁阀8用于调节第一分支管路7的流量，第二流量传感器9用于监测第一分支管路7的流量。所述第一流量传感器6安装于所述第二总管路上，用于监测第二总管路上的流量。所述第一转速传感器4用于检测所述电机1的转速，所述第二转速传感器12用于检测所述水涡轮11的转速。
所述电机1、压力传感器16、第一流量传感器6、第二流量传感器9、第一转速传感器4、第二转速传感器12、第一电磁阀2、第二电磁阀8均与所述控制器5连接。
上述卷盘喷灌系统的联动调节控制方法，包括：
S1：将所述喷灌泵的流量—效率函数、不同转速下所述水涡轮11的流量—效率函数、所述喷嘴17的设定工作压力P0、所述水涡轮11的设定转速N0均输入至所述控制器5；
S2：所述控制器5根据所述第二流量传感器9的信号调节所述第二电磁阀8的开度，以控制进入所述水涡轮11的实际流量Q2，使得实际流量Q2等于Q0，Q0为所述水涡轮11在设定转速N0下最高效率点对应的流量，所述控制器5根据所述第二转速传感器12的信号控制所述磁粉制动器13，以使所述水涡轮11的实际转速N2等于设定转速N0；
S3：不间断监测所述喷嘴17的实际工作压力P2，通过所述控制器5调整所述电机的转速N1，使得所述喷嘴17的实际工作压力P2等于设定工作压力P0；
S4：重复上述步骤S2-步骤S3，迭代系统各运行参数，直至所述卷盘喷灌系统停止工作，始终保证卷盘式喷灌机系统高效运行。
进一步的，所述步骤S2中调节所述第二电磁阀8的开度的具体步骤为：
所述第二流量传感器9将第一分支管路7的流量Q3传递给所述控制器5，所述控制器5比较Q0和Q2大小，其中，Q2＝Q1-Q3，若Q0>Q2，则所述控制器5向所述第二电磁阀8传递控制信号，减小阀门开度；若Q0<Q2，则所述控制器5向所述第二电磁阀8发送信号，增大阀门开度；重复此步骤直至Q2＝Q0，保证所述水涡轮11始终运行在最高效率点。
进一步的，所述步骤S2中调节所述水涡轮11的实际转速N2的具体步骤如下：所述第二转速传感器12将所述水涡轮11的实际转速N2传递给所述控制器5，所述控制器5比较所述水涡轮11的实际转速N2和所述水涡轮11的设定转速N0，若N2>N0，则增大所述磁粉制动器13的电流；若N2<N0，则减小所述磁粉制动器13电流，所述水涡轮11的负载减小，所述水涡轮11的实际转速N2增加，重复此步骤直至N2＝N0。
进一步的，步骤S3中调节所述电机1的转速N1的具体步骤如下：
所述控制器5依据所述压力传感器16采集得到的信号比较所述喷嘴17的实际工作压力P1和设定工作压力P0的大小，若P1>P0，则降低所述电机1的转速N1；若P1<P0，则增大所述电机1的转速N1，调整后的所述电机1的转速为N1’；然后依据泵相似理论调节所述水泵3的出口流量Q1，调节后的水泵3的出口流量为Q1’，相似换算公式如下所示：
Figure BDA0002348132890000051
Figure BDA0002348132890000052
若Q1<Q1 ’，则所述控制器5向所述第一电磁阀2发送信号，增大阀门开度；若Q1＞Q1 ’，则所述控制器5向所述第一电磁阀2发送信号，减小阀门开度；重复此步骤直至Q1＝Q1 ’、P1＝P0，保证喷嘴17有足够的工作压力同时保证水泵3始终运行在最高效率点。
本发明所通过控制器获取喷灌泵和水涡轮的运行参数，并不单一考虑喷灌泵或水涡轮的工作效率，实现了喷灌泵和水涡轮的联动调节，提高了卷盘式喷灌机系统的整体运行效率，降低了系统整体的能耗，对实现高效的农业灌溉具有重要意义
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种喷灌泵与水涡轮联动调节的卷盘喷灌系统，其特征在于，包括喷灌泵、压力传感器(16)、第一流量传感器(6)、第二流量传感器(9)、第一转速传感器(4)、第二转速传感器(12)、第一电磁阀(2)、第二电磁阀(8)、水涡轮(11)、磁粉制动器(13)、卷盘(14)、软管(15)、喷嘴(17)和控制器(5)；
所述喷灌泵包括水泵(3)和电机(1)，所述水泵(3)的进口通过第一总管路与取水池连通，所述水泵(3)的出口与第二总管路的一端连通，所述第二总管路的另一端与第一分支管路(7)和第二分支管路(10)连通，所述第二分支管路(10)与所述水涡轮(11)的进水管路连通，所述第一分支管路(7)与所述水涡轮(11)的出水管汇合接入所述软管(15)的一端，所述软管(15)缠绕在所述卷盘(14)，所述软管(15)的另一端与所述喷嘴(17)连通，所述水涡轮(11)的转轴通过所述磁粉制动器(13)与所述卷盘(14)连接；
所述第一电磁阀(2)安装于第一总管路上，所述第二电磁阀(8)和所述第二流量传感器(9)均安装于所述第一分支管路(7)上，所述第一流量传感器(6)安装于所述第二总管路上，所述第一转速传感器(4)用于检测所述电机(1)的转速，所述第二转速传感器(12)用于检测所述水涡轮(11)的转速；
所述电机(1)、压力传感器(16)、第一流量传感器(6)、第二流量传感器(9)、第一转速传感器(4)、第二转速传感器(12)、第一电磁阀(2)、第二电磁阀(8)均与所述控制器(5)连接。
2.一种根据权利要求1所述的卷盘喷灌系统的联动调节控制方法，其特征在于，包括：
S1：将所述喷灌泵的流量—效率函数、不同转速下所述水涡轮(11)的流量—效率函数、所述喷嘴(17)的设定工作压力P0、所述水涡轮(11)的设定转速N0均输入至所述控制器(5)；
S2：所述控制器(5)根据所述第二流量传感器(9)的信号调节所述第二电磁阀(8)的开度，以控制进入所述水涡轮(11)的实际流量Q2，使得实际流量Q2等于Q0，Q0为所述水涡轮(11)在设定转速N0下最高效率点对应的流量，所述控制器(5)根据所述第二转速传感器(12)的信号控制所述磁粉制动器(13)，以使所述水涡轮(11)的实际转速N2等于设定转速N0；
S3：不间断监测所述喷嘴(17)的实际工作压力P2，通过所述控制器(5)调整所述电机的转速N1，使得所述喷嘴(17)的实际工作压力P2等于设定工作压力P0；
S4：重复上述步骤S2-步骤S3，直至所述卷盘喷灌系统停止工作。
3.一种根据权利要求2所述的联动调节控制方法，其特征在于，所述步骤S2中调节所述第二电磁阀(8)的开度的具体步骤为：
所述第二流量传感器(9)将第一分支管路(7)的流量Q3传递给所述控制器(5)，所述控制器(5)比较Q0和Q2大小，其中，Q2＝Q1-Q3，若Q0>Q2，则所述控制器(5)向所述第二电磁阀(8)传递控制信号，减小阀门开度；若Q0<Q2，则所述控制器(5)向所述第二电磁阀(8)发送信号，增大阀门开度；重复此步骤直至Q2＝Q0。
4.一种如权利要求1所述的卷盘喷灌系统的联动调节控制方法，其特征在于，所述步骤S2中调节所述水涡轮(11)的实际转速N2的具体步骤如下：所述第二转速传感器(12)将所述水涡轮(11)的实际转速N2传递给所述控制器(5)，所述控制器(5)比较所述水涡轮(11)的实际转速N2和所述水涡轮(11)的设定转速N0，若N2>N0，则增大所述磁粉制动器(13)的电流；若N2<N0，则减小所述磁粉制动器(13)电流，重复此步骤直至N2＝N0。
5.一种如权利要求1所述的卷盘喷灌系统的联动调节控制方法，其特征在于，步骤S3中调节所述电机(1)的转速N1的具体步骤如下：
所述控制器(5)依据所述压力传感器(16)采集得到的信号比较所述喷嘴(17)的实际工作压力P1和设定工作压力P0的大小，若P1>P0，则降低所述电机(1)的转速N1；若P1<P0，则增大所述电机(1)的转速N1，调整后的所述电机(1)的转速为N1 ’；然后依据泵相似理论调节所述水泵(3)的出口流量Q1，调节后的水泵(3)的出口流量为Q1 ’，若Q1<Q1 ’，则所述控制器(5)向所述第一电磁阀(2)发送信号，增大阀门开度；若Q1＞Q1 ’，则所述控制器(5)向所述第一电磁阀(2)发送信号，减小阀门开度；重复此步骤直至Q1＝Q1 ’、P1＝P0。
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