CN112628128B - 一种防水锤控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防水锤控制方法及系统,涉及自动控制技术领域,包括:启泵防水锤的控制过程:A1、在水泵的启动过程中判断实时出口压力是否小于设定压力:若是则转向A2;若否则转向A5;A2、判断实时出口压力是否小于压力下限值:若是则转向A3;若否则转向A4;步骤A3、采用第一调节方式增大自身的输出频率至不小于设定值时锁定输出频率,随后返回A2;A4、退出锁定输出频率并切换为采用第二调节方式增大自身的输出频率,随后返回A1;A5、采用第一调节方式维持自身的输出频率;还包括停泵防水锤过程,根据停泵信号将自身的输出频率在预设时间段内降低至预设停泵频率,随后控制水泵停泵。有益效果是能够消除启泵过程以及停泵过程产生的水锤危害。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域,尤其涉及一种防水锤控制方法及系统。
背景技术
随着智慧化城市的建设和发展,智慧供水的建设也要紧跟着发展,顺应技术发展的潮流。联动泵站的实际应用也越来越多,越来越普遍。但是做泵站联动不可避免的一个问题就是管路中的水锤造成的噪音影响和对管路的危害。现在的联动泵站为了预防水锤带来的危害,通常采用的止回阀、泄压阀和压力波动预止阀、水锤消除器等控制手段,来降低这危害。
增加止回阀、泄压阀、压力波动预止阀的方式是通过在管道上增加阀门,提前打开泄水管路,卸去大部分水压,从而降低了水锤造成的影响。弊端在于增加硬件、浪费水资源、阀门在水压的冲击下极易损坏,增加换修的成本和人工,对阀门的更换要求以及技术要求都是比较高的,费时费力,且对于启动水锤无法去避免。
增加水锤消除器的方式安装注意事项多、需要后期的维护、增加成本。
增加软起动器的方式增加成本,需要控制柜空间安装,对启动水锤的影响比较小。
增加自动排气阀的方式是通过将自动排气阀安装在水泵上,能基本消除启泵水锤,但是对停泵的水锤无作用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种防水锤控制方法,预先设置至少一水泵和一防水锤控制设备,所述防水锤控制设备通过调节自身的输出频率对所述水泵进行控制;
所述防水锤控制方法包括一启泵防水锤的控制过程,包括:
步骤A1、在所述水泵的启动过程中采集所述水泵的实时出口压力,并判断所述实时出口压力是否小于一设定压力:
若是,则转向步骤A2;
若否,则转向步骤A5;
步骤A2、判断所述实时出口压力是否小于一压力下限值:
若是,则转向步骤A3;
若否,则转向步骤A4;
步骤A3、所述防水锤控制设备采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在所述输出频率不小于一设定值时锁定所述输出频率,随后返回所述步骤A2;
步骤A4、所述防水锤控制设备退出锁定所述输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的所述输出频率,随后返回所述步骤A1;
步骤A5、所述防水锤控制设备采用所述第一调节方式维持自身的所述输出频率,完成所述水泵的启动过程;
所述防水锤控制方法还包括一停泵防水锤过程,包括:
所述防水锤控制设备根据一停泵信号将自身的所述输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制所述水泵停泵。
优选的,还包括一变频器,分别连接所述水泵和所述防水锤控制设备,所述变频器根据所述防水锤控制设备的所述输出频率对所述水泵进行变频控制。
优选的,所述设定压力大于所述压力下限值。
优选的,所述第一调节方式为采用PID调节方式,所述PID调节方式的输入数据为所述实时出口压力和所述设定压力,所述PID调节方式的输出数据为所述输出频率。
优选的,所述第二调节方式为预先设置一频率自增步长和一第一时长,所述防水锤控制设备每隔所述第一时长根据所述频率自增步长对所述输出频率进行一次调节。
优选的,所述停泵防水锤过程中,预先设置一频率自减步长和一第二时长,所述防水锤控制设备每隔所述第二时长根据所述频率自减步长对所述输出频率进行一次调节。
优选的,所述步骤A4中,所述所述防水锤控制设备采用所述第二调节方式将自身的所述输出频率增大至不小于一压力上限值时,生成一报警信号以供工作人员进行处理和/或生成所述停泵信号以启动所述停泵防水锤过程;
所以压力上限值大于所述设定压力。
优选的,所述停泵防水锤过程中,所述防水锤控制设备在所述预设时间段内接收到外部的一启泵信号时,退出所述停泵防水锤过程,随后返回所述步骤A1。
一种防水锤控制系统,应用上述的防水锤控制方法,包括:
压力传感器,设置于一水泵的出水口处,用于采集所述水泵的实时出口压力;
防水锤控制设备,连接所述水泵,所述防水锤控制设备包括:
启泵控制模块,所述启泵控制模块包括:
第一比较单元,用于在所述实时出口压力小于一设定压力时生成第一比较信号,以及在所述实时出口压力不小于所述设定压力时生成第二比较信号;
第二比较单元,用于根据所述第一比较信号在所述实时出口压力小于一压力下限值时生成第三比较信号,以及在所述实时出口压力不小于所述压力下限值时生成第四比较信号;
第一控制单元,连接所述第二比较单元,用于根据所述第三比较信号采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在所述输出频率不小于一设定值时锁定所述输出频率;
第二控制单元,分别连接所述第二比较单元和所述第一控制单元,用于根据所述第四比较信号退出锁定所述输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的所述输出频率;
第三控制单元,分别连接所述第一比较单元和所述第二控制单元,用于根据所述第一比较信号采用所述第一调节方式维持自身的所述输出频率,完成所述水泵的启动过程;
停泵控制模块,所述停泵控制模块根据一停泵信号将自身的所述输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制所述水泵停泵。
优选的,还包括一变频器,分别连接所述水泵和所述防水锤控制设备,所述变频器根据所述防水锤控制设备的所述输出频率对所述水泵进行变频控制。
上述技术方案具有如下优点或有益效果:能够消除启泵过程以及停泵过程产生的水锤危害,也不需要增加成本和硬件的安装,同时淡水资源尤其是饮用水资源为国家的珍贵的资源,该方案能实现在山区泵站的水锤消除过程中最大限度地节省水资源、节省成本,发挥自动控制技术的作用。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中,一种防水锤控制方法的流程示意;
图2为本发明的较佳的实施例中,一种防水锤控制系统的结构示意图;
图3为本发明的较佳的实施例中,启泵过程输出频率随时间的变化曲线示意图;
图4为本发明的较佳的实施例中,停泵过程输出频率随时间的变化曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式,只要符合本发明的主旨,则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中,基于现有技术中存在的上述问题,现提供一种防水锤控制方法,预先设置至少一水泵和一防水锤控制设备,防水锤控制设备通过调节自身的输出频率对水泵进行控制;
防水锤控制方法包括一启泵防水锤的控制过程,如图1所示,包括:
步骤A1、在水泵的启动过程中采集水泵的实时出口压力,并判断实时出口压力是否小于一设定压力:
若是,则转向步骤A2;
若否,则转向步骤A5;
步骤A2、判断实时出口压力是否小于一压力下限值:
若是,则转向步骤A3;
若否,则转向步骤A4;
步骤A3、防水锤控制设备采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在输出频率不小于一设定值时锁定输出频率,随后返回步骤A2;
步骤A4、防水锤控制设备退出锁定输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的输出频率,随后返回步骤A1;
步骤A5、防水锤控制设备采用第一调节方式维持自身的输出频率,完成水泵的启动过程;
防水锤控制方法还包括一停泵防水锤过程,包括:
防水锤控制设备根据一停泵信号将自身的输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制水泵停泵。
具体地,本实施例中,本技术方案可以应用于山区的联动泵站中,山区联动泵站的水锤持续时间很短,但其产生的冲击力及其引起的振动和噪音的影响是巨大的,严重的可能造成水管爆裂,泵房淹没等危害,为了避免该危害的发生,同时本着节约水资源的目的,并在实践中进行了验证,本技术方案通过对变频器输入频率的控制实现对山区供水泵站水锤的主要影响。剖析山区供水联动泵站进水管路的水锤和出水管路的水锤危害。进水管路在变频器启动过程中压力瞬间交替变化,产生水锤,这部分采用启动低频锁定的方法,待压力稳定后,采用定时增频的柔性注入的过程,来避免这种水锤的影响;出水管路的水锤主要出现在停泵过程中,针对这个问题,停泵时增加输出延时计时的功能,延时实现定时降频直至停泵。
进一步具体地,上述防水锤控制设备可以是PLC控制器,采用自动控制技术。在水泵启动过程中,管路中瞬间流速过快,导致压力交替变化,会产生启动水锤。本技术方案在水泵的启动过程中,在启动前期,此时实时出口压力较小时,即实时出口压力小于设定压力且小于设置的压力下限值时,PLC采用第一调节方式增大自身的输出频率,该第一调节方式优选为PID调节方式,通过采集水泵的实时出口压力并将实时出口压力和设定压力作为PID运算的输入数据,PID运算的输出数据为输出频率,在上述调节过程中,实时出口压力逐渐增大,对应的输出功率逐渐增大,在该输出频率增大至不小于设定值,即加泵频率锁定值时,锁定当前输出频率并持续输出。具体地,在输出频率的锁定阶段,PLC不接收上述PID运算的输出数据,PLC持续以上述当前输出频率控制变频器的输出,进而控制水泵的工作状态,即上述的启动低频锁定方法。此时,输出频率锁定,对应水泵的实时出口压力处于相对稳定状态,但由于此时实时出口压力仍未达到要求的设定压力,需要进一步增大输出频率实现实时出口压力的增大,进一步采用第二调节方式继续增大输出频率,该第二调节方式对应的调节过程是定时增频的柔性注入的过程,定时增频即设定一第一时长以及一频率自增步长,如第一时长为2秒,频率自增步长为1HZ时,上述第二调节方式为每2秒输出频率增大1HZ。在上述调节过程中,需要对实时出口压力进行监控,直至实时出口压力达到设定压力时,停止上述第二调节方式的调节过程。后续PLC可以接收PID运算的输出频率,由于实时出口压力达到了设定压力,采用PID运算的输出频率对水泵进行变频控制,维持实时出口压力的稳定性,完成水泵的启动过程,同时也避免了对二级泵站的入口造成的影响。
进一步具体地,在水泵的停泵过程中,由于山区的泵站在管路铺设中存在自然高低差,在水泵的停止瞬间,由于惯性,水瞬间失去推动力,会瞬间沿着管壁泄到水泵前,该水锤会造成的影响和危害有:管路可能会由于瞬间的过压爆掉,造成水大量地滋出,还可能回流到泵房,造成泵房水淹等危害。本技术方案是采用延时停泵,并调整变频器的输入频率衰减即PLC控制器的输出频率衰减,实现输出频率为平滑曲线的方案。上述延时停泵可以通过设置一定时器,该定时器的定时时间为上述预设时间段,在该预设时间段内,防水锤控制设备将自身的输出频率降低至一预设停泵频率,随后控制水泵停泵,该预设停泵频率可以是0HZ,也可以是10HZ等,只需保证在该预设停泵频率下水泵执行停泵动作不会产生水锤即可。
优选的,上述停泵信号可以是外部输入的,也可以是在防水锤控制设备中预设至少一停泵条件,在该停泵条件满足时输出上述停泵信号。
本发明的较佳的实施例中,还包括一变频器,分别连接水泵和防水锤控制设备,变频器根据防水锤控制设备的输出频率对水泵进行变频控制。
具体地,本实施例中,通过PLC控制器加变频器的方法进行控制,基本减轻和消除启泵水锤和停泵水锤的危害,也不需要增加成本和硬件的安装,同时淡水资源尤其是饮用水资源为国家的珍贵的资源,该方案能实现在山区泵站的水锤消除过程中最大限度地节省水资源、节省成本,发挥自动控制技术的作用。
本发明的较佳的实施例中,设定压力大于压力下限值。
本发明的较佳的实施例中,第一调节方式为采用PID调节方式,PID调节方式的输入数据为实时出口压力和设定压力,PID调节方式的输出数据为输出频率。
本发明的较佳的实施例中,第二调节方式为预先设置一频率自增步长和一第一时长,防水锤控制设备每隔第一时长根据频率自增步长对输出频率进行一次调节。
本发明的较佳的实施例中,停泵防水锤过程中,预先设置一频率自减步长和一第二时长,防水锤控制设备每隔第二时长根据频率自减步长对输出频率进行一次调节。
本发明的较佳的实施例中,步骤A4中,防水锤控制设备采用第二调节方式将自身的输出频率增大至不小于一压力上限值时,生成一报警信号以供工作人员进行处理和/或生成停泵信号以启动停泵防水锤过程;
所以压力上限值大于设定压力。
具体地,本实施例中,通过设置压力上限值起到一定的保护作用,防止水泵出水过压造成不良后果,在过压时可以生成一报警信号,同时设置相应的报警器,以提醒工作人员出现过压,工作人员可以及时采取应对措施;在过压时也可以生成停泵信号,通过自动控制实现自动停泵,以待工作人员进行排查。
本发明的较佳的实施例中,停泵防水锤过程中,防水锤控制设备在预设时间段内接收到外部的一启泵信号时,退出停泵防水锤过程,随后返回步骤A1。
具体地,本实施例中上述退出停泵防水锤过程可以通过设定的计时器生成的计时中断信号进行触发。上述启泵信号可以是外部输入的。
一种防水锤控制系统,应用上述的防水锤控制方法,如图2所示,包括:
压力传感器1,设置于一水泵2的出水口处,用于采集水泵2的实时出口压力;
防水锤控制设备3,连接水泵2,防水锤控制设备3包括:
启泵控制模块31,启泵控制模块31包括:
第一比较单元311,用于在实时出口压力小于一设定压力时生成第一比较信号,以及在实时出口压力不小于设定压力时生成第二比较信号;
第二比较单元312,用于根据第一比较信号在实时出口压力小于一压力下限值时生成第三比较信号,以及在实时出口压力不小于压力下限值时生成第四比较信号;
第一控制单元313,连接第二比较单元312,用于根据第三比较信号采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在输出频率不小于一设定值时锁定输出频率;
第二控制单元314,分别连接第二比较单元312和第一控制单元313,用于根据第四比较信号退出锁定输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的输出频率;
第三控制单元315,分别连接第一比较单元311和第二控制单元314,用于根据第一比较信号采用第一调节方式维持自身的输出频率,完成水泵的启动过程;
停泵控制模块32,停泵控制模块32根据一停泵信号将自身的输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制水泵停泵。
本发明的较佳的实施例中,还包括一变频器4,分别连接水泵2和防水锤控制设备3,变频器4根据防水锤控制设备3的输出频率对水泵进行变频控制。
作为优选的实施方式,本技术方案实际应用于潭柘寺泵站的项目时,山区联动泵站,一级泵站往二级泵站打水进行加压,二级泵站直接打到三级泵站前的水池里,使用这种方案,一级泵站靠近水源地,在整个系统中水锤产生的路径:①一级泵站启动在稳定减压阶段,会有来水水锤采用锁定变频器频率锁定在45Hz,完全能满足供水,水锤造成的影响也几乎没有;②整个系统选用的水泵功率都大,在停泵瞬间变频器频率骤减,会产生停泵水锤,通过自动控制技术延时停泵,延时时间可以是80s,设置减频量程、减频间隔时间等参数,保证变频器在停泵的过程中,能有一个频率稳定的递减输出,从而减轻水锤造成的影响。其启泵过程中的输出频率随时间的变化曲线如图3所示,停泵过程中的输出频率随时间的变化曲线如图4所示。通过实践验证了本方案的技术实现的可行性和稳定性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种防水锤控制方法,其特征在于,应用于山区的联动泵站,预先设置至少一水泵和一防水锤控制设备,所述防水锤控制设备通过调节自身的输出频率对所述水泵进行控制;
所述防水锤控制方法包括一启泵防水锤的控制过程,包括:
步骤A1、在所述水泵的启动过程中采集所述水泵的实时出口压力,并判断所述实时出口压力是否小于一设定压力:
若是,则转向步骤A2;
若否,则转向步骤A5;
步骤A2、判断所述实时出口压力是否小于一压力下限值:
若是,则转向步骤A3;
若否,则转向步骤A4;
步骤A3、所述防水锤控制设备采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在所述输出频率不小于一设定值时锁定所述输出频率,随后返回所述步骤A2;
步骤A4、所述防水锤控制设备退出锁定所述输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的所述输出频率,随后返回所述步骤A1;
步骤A5、所述防水锤控制设备采用所述第一调节方式维持自身的所述输出频率,完成所述水泵的启动过程;
所述防水锤控制方法还包括一停泵防水锤过程,包括:
所述防水锤控制设备根据一停泵信号将自身的所述输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制所述水泵停泵;
所述第二调节方式为预先设置一频率自增步长和一第一时长,所述防水锤控制设备每隔所述第一时长根据所述频率自增步长对所述输出频率进行一次调节;
所述步骤A4中,所述防水锤控制设备采用所述第二调节方式将自身的所述输出频率增大至不小于一压力上限值时,生成一报警信号以供工作人员进行处理和/或生成所述停泵信号以启动所述停泵防水锤过程;
所以压力上限值大于所述设定压力;
所述第一调节方式为采用PID调节方式,所述PID调节方式的输入数据为所述实时出口压力和所述设定压力,所述PID调节方式的输出数据为所述输出频率。
2.根据权利要求1所述的防水锤控制方法,其特征在于,还包括一变频器,分别连接所述水泵和所述防水锤控制设备,所述变频器根据所述防水锤控制设备的所述输出频率对所述水泵进行变频控制。
3.根据权利要求1所述的防水锤控制方法,其特征在于,所述设定压力大于所述压力下限值。
4.根据权利要求1所述的防水锤控制方法,其特征在于,所述停泵防水锤过程中,预先设置一频率自减步长和一第二时长,所述防水锤控制设备每隔所述第二时长根据所述频率自减步长对所述输出频率进行一次调节。
5.根据权利要求1所述的防水锤控制方法,其特征在于,所述停泵防水锤过程中,所述防水锤控制设备在所述预设时间段内接收到外部的一启泵信号时,退出所述停泵防水锤过程,随后返回所述步骤A1。
6.一种防水锤控制系统,其特征在于,应用如权利要求1-5中任意一项所述的防水锤控制方法,包括:
压力传感器,设置于一水泵的出水口处,用于采集所述水泵的实时出口压力;
防水锤控制设备,连接所述水泵,所述防水锤控制设备包括:
启泵控制模块,所述启泵控制模块包括:
第一比较单元,用于在所述实时出口压力小于一设定压力时生成第一比较信号,以及在所述实时出口压力不小于所述设定压力时生成第二比较信号;
第二比较单元,用于根据所述第一比较信号在所述实时出口压力小于一压力下限值时生成第三比较信号,以及在所述实时出口压力不小于所述压力下限值时生成第四比较信号;
第一控制单元,连接所述第二比较单元,用于根据所述第三比较信号采用一第一调节方式增大自身的输出频率,并在所述输出频率不小于一设定值时锁定所述输出频率;
第二控制单元,分别连接所述第二比较单元和所述第一控制单元,用于根据所述第四比较信号退出锁定所述输出频率并切换为采用一第二调节方式增大自身的所述输出频率;
第三控制单元,分别连接所述第一比较单元和所述第二控制单元,用于根据所述第一比较信号采用所述第一调节方式维持自身的所述输出频率,完成所述水泵的启动过程;
停泵控制模块,所述停泵控制模块根据一停泵信号将自身的所述输出频率在一预设时间段内降低至一预设停泵频率,随后控制所述水泵停泵。
7.根据权利要求6所述的防水锤控制系统,其特征在于,还包括一变频器,分别连接所述水泵和所述防水锤控制设备,所述变频器根据所述防水锤控制设备的所述输出频率对所述水泵进行变频控制。
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