CN111473842B - 一种用于水流量标准装置的流量调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水流量标准装置的流量调节方法，该方法通过综合控制电动调节阀开度与水泵变频调速，使管道中流量快速达到目标流量要求。通过调节电动调节阀开度对管道流量进行粗调，改变水泵转速对管道流量进行细调，根据控制水泵转速的变频器频率与管道流量关系经验公式，估算在当前调节阀开度下通过改变变频器频率可调节流量范围，判断当前流量是否在此可调节流量范围之内，决定下一步采用的流量调节方法，即继续调节电动调节阀还是水泵转速来调节管道流量，以使管道流量达到要求。本发明适用于水流量标准装置中不同口径管道的流量调节，对日常计量工作具有重要意义。

Description

一种用于水流量标准装置的流量调节方法
技术领域
本发明属于自动检测技术领域，尤其涉及一种用于水流量标准装置的流量调节方法。
背景技术
根据流量计检定规程，流量计在检定时根据其量程范围需要在多个流量点下进行测试，因此水流量标准装置流量调节方法是快速准确达到目标流量的重要环节。在传统流量控制系统中，管道流量调节过程由电动调节阀与变频器调节水泵转速共同完成，流量调节时依靠人工经验分别设置调节阀开度与水泵转速。该方法依赖人工操作程度高，自动化程度低，尤其对于多管道、不同量程的流量计检定，如何有效协调电动调节阀与变频水泵对流量的控制作用是流量调节的难点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于水流量标准装置的流量调节方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于水流量标准装置的流量调节方法，所述水流量标准装置包括电动调节阀、变频器和参考流量计，通过调节变频器频率和电动调节阀开度改变流量，变频器频率用于控制水泵转速，参考流量计用于获得实时流量值，包括以下步骤：
(1)调节变频器频率，每增大1Hz通过参考流量计获得管道流量值，将后一次采集的管道流量值除以前一次采集的管道流量值得到管道流量前后值之比，对其求平均得到管道流量值之比平均值a；
(2)根据步骤(1)得到的平均值a，得到变频器频率调节前后流量变化的经验公式为：
Figure BDA0002467545090000011
其中，f0为调节前的变频器频率，Q0为当前电动调节阀开度下调节变频器频率前的流量；ft为调节后的变频器频率，Qt为当前电动调节阀开度下调节变频器频率后预计达到的流量值。
(3)根据步骤(2)得到的经验公式，在当前电动调节阀开度下，计算变频器对流量的可调节范围[1.1Qmin，0.9Qmax]：
Figure BDA0002467545090000012
Figure BDA0002467545090000013
其中，[fmin，fmax]为变频器频率可调节范围。
(4)在流量调节过程中，若目标流量值在步骤(3)得到的范围[1.1Qmin，0.9Qmax]内，采用PID控制方法调节变频器频率使流量达到目标流量值；若目标流量不在范围[1.1Qmin，0.9Qmax]内，当目标流量值小于1.1Qmin时，将电动调节阀开度减小10％；当目标流量值大于0.9Qmax时，将电动调节阀开度增大10％；待流量保持不变后，再次执行步骤(3)重新计算可调节流量范围，直到目标流量值位于可调节流量范围内，再采用PID控制方法调节变频器频率使流量达到目标流量值。
本发明的有益效果是：本发明是电动调节阀与水泵变频调速共同作用于流量的自动调节方法，基于水泵变频调速估算管道流量可调节范围的经验公式，用于通过电动调节阀与水泵变频调速共同作用，自动调节流量。本发明可实现流量调节过程完全自动化，有效降低人工劳动，避免调节过程对人工操作经验的依赖；明确了电动调节阀与水泵相互配合实现流量调节的方法，适用于在各口径管道中实现不同的流量调节目标。
附图说明
图1为通过实验得到的控制水泵转速变频器频率与流量关系；
图2为通过实验得到的电动调节阀的流量特性曲线；
图3为不同调节阀开度与管道下间隔1Hz变频调速获得流量值之比曲线图。
具体实施方式
本发明水流量标准装置流量控制系统包括变频器、水泵、电动调节阀和参考流量计，其中，电动调节阀与变频器调节水泵转速共同作用于管道流量的自动调节过程，参考流量计负责反馈管道实时流量值。首先改变电动调节阀开度使管道流量接近目标流量实现流量“粗调”，再通过调节变频器输出频率控制水泵转速实现流量“细调”，最终达到目标流量。
(1)调节变频器频率，每增大1Hz通过参考流量计获得管道流量值，采集20次，将后一次采集的流量值除以前一次采集的流量值得到19个管道流量前后值之比；基于实验数据，根据参考流量计获得变频器变频间隔为1Hz时测量的管道流量前后值之比平均值a，得到变频器频率与流量关系经验公式：
Figure BDA0002467545090000021
式中，Qt为调节变频器频率预计达到的流量值；Q0为当前电动调节阀开度下对应实际流量，由管道中安装的参考流量计测量得到；ft、f0分别为Qt、Q0流量下变频器频率。
(2)基于步骤(1)得到的经验公式，在当前电动调节阀开度下，通过变频器频率可调节范围[fmin，fmax]估算流量值范围[Qmin，Qmax]：
Figure BDA0002467545090000022
Figure BDA0002467545090000031
为保证流量调节可靠性，确定可调节流量范围为[1.1Qmin，0.9Qmax]。
(3)若目标流量在步骤(2)得到的可调节流量范围[1.1Qmin，0.9Qmax]内，采用PID控制方法，以实时流量偏差值(目标流量与当前流量之差)作为输入量，变频器频率值为输出量，调节变频器频率使流量达到目标流量值；若不在该范围内，当目标流量低于1.1Qmin时，将电动调节阀开度减小10％，当高于0.9Qmax时，将电动调节阀开度增大10％，待流量保持不变一分钟后，再次执行步骤(2)～(3)重新计算可调节流量范围并重复判断过程，直到目标流量位于可调节流量范围内，再采用PID控制方法调节变频器频率使管道流量达到目标流量值。
下面结合附图对本发明的方法进行详细描述。本发明实施例采用型号为DN(15～200)的水流量标准装置。图1和2为通过实验得到的变频器频率和电动调节阀分别对管道流量调节的效果。实验结果表明电动调节阀调节流量范围广，调节精度有限；变频器调节流量精度高但调节范围有限。因此采用首先改变调节阀开度使管道流量接近目标流量实现流量“粗调”，再调节水泵转速实现流量“细调”的自动调节方法。
图3为不同调节阀开度与管道下相隔1Hz变频调速获得流量值之比曲线图。任意选择三个不同的电动调节阀开度与不同口径管道进行实验，在本实验中分别是：阀门开度100％、管道直径50mm；阀门开度50％、管道直径15mm；阀门开度30％、管道直径5mm。记录三个不同实验条件下变频器频率在其可调节范围，即由20Hz至40Hz时的流量变化，同时计算相邻两次变频间隔为1Hz时获得的流量值之比。
基于实验结果与曲线图，不同的电动调节阀开度与管道条件下相隔1Hz变频调速获得的流量值之比稳定性良好，取其平均值a，本发明实施例中a＝1.04，则流量调节过程中改变变频器频率得到的目标流量Qt与实际流量Q0关系如式(1)表示：
Qt＝Q0×1.04n (1)
式(1)中，n表示变频器频率变化值，即n＝ft-f0，ft与f0分别为Qt和Q0流量下变频器频率，可根据实际频率对当前调节阀开度下水泵变频调速覆盖的流量调节范围进行预测，变频器频率上限为40Hz时流量上限Qmax与频率下限20Hz时流量下限Qmin计算公式分别如式(2)、(3)所示：
Figure BDA0002467545090000032
Figure BDA0002467545090000033
根据公式(2)和(3)，为提高判断步骤可靠性，确定的可调节流量范围为[1.1Qmin，0.9Qmax]。控制系统采集管道当前流量、调节阀开度以及变频器频率值，以该范围判断目标流量Qt是否包含其中，判断结果作为下一步电动调节阀及变频器操作方式的依据。
若目标流量超出这一范围，说明仅依靠水泵变频调速无法使管道内流量达到目标流量，此时根据Qt超过上限值或未到下限值将电动调节阀开度增大或减小10％，待流量稳定一段时间后，重新计算流量调节范围上、下限并重复上述判断过程，直到实际流量Qt达到上述流量可调节范围。若目标流量Qt在这一范围中，则电动调节阀保持当前开度，调节水泵转速可使实际流量达到目标流量。

Claims (1)

1.一种用于水流量标准装置的流量调节方法，所述水流量标准装置包括电动调节阀、变频器和参考流量计，通过调节变频器频率和电动调节阀开度改变流量，变频器频率用于控制水泵转速，参考流量计用于获得实时流量值，其特征在于，包括以下步骤：
（1）调节变频器频率，每增大1Hz通过参考流量计获得管道流量值，将后一次采集的管道流量值除以前一次采集的管道流量值得到管道流量前后值之比，对其求平均得到管道流量值之比平均值a；
（2）根据步骤（1）得到的平均值a，得到变频器频率调节前后流量变化的经验公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，f 0为调节前的变频器频率，Q 0为当前电动调节阀开度下调节变频器频率前的流量；f t 为调节后的变频器频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为当前电动调节阀开度下调节变频器频率后预计达到的流量值；
（3）根据步骤（2）得到的经验公式，在当前电动调节阀开度下，计算变频器对流量的可调节范围[1.1Q min，0.9Q max]：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，[f min，f max]为变频器频率可调节范围；
（4）在流量调节过程中，若目标流量值在步骤（3）得到的范围[1.1Q min，0.9Q max]内，采用PID控制方法调节变频器频率使流量达到目标流量值；若目标流量不在范围[1.1Q min，0.9Q max]内，当目标流量值小于1.1Q min时，将电动调节阀开度减小10%；当目标流量值大于0.9Q max时，将电动调节阀开度增大10%；待流量保持不变后，再次执行步骤（3）重新计算可调节流量范围，直到目标流量值位于可调节流量范围内，再采用PID控制方法调节变频器频率使流量达到目标流量值。
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