CN113777916A - 一种多泵并联供水机组的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多泵并联供水机组的控制方法及装置，多泵并联供水机组中,每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，所述一体化永磁同步电机集成电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；每个一体化永磁同步电机的控制器的内存数据逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取；另一部分为私有数据块，存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享。在主控泵发生故障或通信中断时才会选出新的主控泵，减少不必要的水泵轮换次数；控制参数设定值可以在多泵间实时共享修改；机组里的所有泵可以采用不同功率、型号，机组配置灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种多泵并联供水机组的控制方法及装置。
背景技术
水泵是一种用于提升管路中水压的常用装置，由于楼宇用水量会随时间不断发生变化，以及考虑到故障备用，楼宇二次供水设备通常由多台泵并联组成，运行的水泵数量和速度随用水量而变化，可以降低电耗，提高供水效率。
对于多台水泵的并联运行控制和调度，以及对管网水压异常状态的处理，目前市面的主流产品是通过一个分立的控制柜，控制柜内部安装控制器、变频驱动器、人机界面以及各类电气元件，通过控制柜集中控制各单泵的转速、启动和停止。该方案主要缺陷，一是控制器和变频器不具备冗余，可靠性差；二是线路复杂，维护和排查故障困难；三是内部电气元件种类数量多、线路长、柜体大，造价较高。
另一种结构形式是为每一台水泵装备变频器，并使各变频器通过通信总线组网，使用时间轮换的方式进行主控泵和从机的轮换。其主要缺陷，一是增加了不必要的水泵轮换次数，这将导致水压的变化，二是其控制参数设定值无法在多泵间实时共享修改，会存在不同的水泵在作为主控泵时的控制参数不统一的风险，三是这种方式往往会要求机组里的所有水泵都必须是同一型号，使得机组配置的灵活度受限。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种多泵并联供水机组的控制方法及装置，在主控泵发生故障或通信中断时才会选出新的主控泵，减少不必要的水泵轮换次数；控制参数设定值可以在多泵间实时共享修改；机组里的所有泵可以采用不同型号，机组配置灵活。
本发明的另外一个目的是提供一种多泵并联供水机组的控制装置。
实现上述目的一种技术方案是：一种多泵并联供水机组的控制方法，所述多泵并联供水机组中,每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，所述一体化永磁同步电机集成电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；每个一体化永磁同步电机的控制器的内存数据逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改私有数据块中数据；所述多泵并联供水机组的控制方法包括以下步骤：
S1，所有的一体化永磁同步电机通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接，初始化网络连接和运行参数；
S2，将机组运行工艺参数信息存放于各泵上的一体化永磁同步电机的控制器的共享数据块中，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该一体化永磁同步电机将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值给其余的一体化永磁同步电机的控制器，为机组中所有一体化永磁同步电机的控制器更新其共享数据块中的对应信息；
S3，根据预设机制，从多泵并联供水机组的所有泵中决定出一台主控泵，其余泵为从机；在当前主控泵无故障时，所述多泵并联供水机组中的所有泵均由该主控泵统一控制，从机不会切换成为主控泵；在主控泵发生故障或通信中断时，多台从机中自动决出新的一台主控泵，接替发生故障或通信中断的前主控泵，继续统一控制其余从机；
S4，主控泵上的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的进、出水口压力值，读取各泵对应的共享数据块中的信息，向特定的从机定时发送包含启动、停机和转速信息的数据帧，从机对接收的数据帧对应的信号实时响应；主控泵对出现的供水管网和机组自身的异常和故障状态进行判定，并作出实时响应。
上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其中，在任意时刻，机组中的主控泵有且只有一台，从机为0台或有多台。
上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其中，共享数据块存储的信息包括但不限于：机组压力设定值、本机接收到的出水口和进水口压力值、加减泵判定参数、休眠判定参数、出水口超压/压力过低报警限定值、入水口低压报警限定值、本机累计运行时间、本机累计电耗、本机故障信息等与整体机组相关参数；
私有数据块存储的信息包括但不限于：本机通信参数、本机的电机驱动相关参数、本机初始化参数。
上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其中，步骤S4具体包括以下内容：
S41，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器判断当前多泵并联供水机组的状态，根据各泵配置状态和运行时间决定启停次序；
S42，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的出水口压力值，与出水口压力设定值相比较，通过PID运算得到当前实时转速值，主控泵按此实时转速值运行，或发送给指定的从机，从机按此实时转速值运行，使多泵并联供水机组的出水口压力保持在设定值；实时转速值的计算仅由主控泵进行，在稳定运行阶段，有多台泵运行时，多台泵具有相同转速；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器根据用水量的增减，计算各泵的运转速度，进行各从机的投入和切出，在满足加泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最短的泵发送启动命令；在满足减泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最长的泵发送停机命令，使各泵具有相近的累计运行时间；
用水量降低至多泵并联供水机组中只有最后一台泵在运行时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器进行系统休眠判定，当符合休眠用水量设定值时则多泵并联供水机组进入休眠状态；用水量增大至符合唤醒用水量设定值时，主控泵唤醒多泵并联供水机组进入恒定压力运行模式，并返回步骤S41；
S43，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收并检查多泵并联供水机组的进水口压力值，根据进水口压力值判断是否有进水口缺水故障，如进水口压力低于缺水报警预设值时，主控泵发出报警信号，如进水口压力低于缺水停机预设值时，主控泵发出停机信号；
主控泵向从机的一体化永磁同步电机的控制器发送测试网络连通性的心跳信号给从机，并接收各从机对应的一体化永磁同步电机的控制器对心跳信号的反馈，判断是否有单泵掉线；心跳信号为定时发送的一串数据报文，且被系统中的各一体化永磁同步电机的控制器所接受并返回给发送方，能接受到通信总线上连续不断的心跳信号则表示本机仍与其余一体化永磁同步电机的控制器联通；若未能收到心跳信号，则表示本机已经与其余一体化永磁同步电机的控制器断开连接，本机将保持当前状态；若从机未能收到当前主控泵的心跳信号却能收到其余一体化永磁同步电机的控制器的心跳信号，则视为主控泵已断开连接，多台从机则自主决出新的主控泵；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取各从机对应的共享数据块中的信息，判断各从机及自身的工作状态，若某台从机发生意外故障，则判断其故障类型，故障处理流程为：若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机能保持运行而不会造成设备的物理性损坏，则优先保持设备继续运行，最大限度的保证供水不中断；若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机继续运行而会造成设备的物理性损坏，则立即停止该从机的运行，若多泵并联供水机组中还有未运行的泵，则启动该泵接替故障泵，继续保持供水不中断；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取多泵并联供水机组的出水口压力值，当出水口压力值在所有泵均运行时仍不能达到预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行；当出水口压力值在没有泵运行时仍超过预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行，待出水口压力恢复正常范围内后再次启动多泵并联供水机组，并返回步骤S41。
上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其中，所述多泵并联供水机组中的各泵具有不同的功率，加泵时先启动小功率的泵，减泵时优先使大功率的泵依次停机。
上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其中，各从机上连接进水口压力传感器和出水口压力传感器，持续监测多泵并联供水机组的进、出水口压力值，并与主控泵分发的当前实时进、出水口压力值相比较，当差值超过预设报警值时，在人机界面显示相应的报警信息，提示可能存在传感器故障。
本发明还提供了基于上述的一种多泵并联供水机组的控制方法的控制装置，包括若干台并联的泵，每台泵的进、出水管道上均设置有检修阀，每台泵的出水管道上均设置有止回阀；
每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，所述一体化永磁同步电机集成稀土永磁同步电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；所述控制器包含运算单元、存储器、外部传感器接口和通信接口，所述存储器用于存储运行数据和控制软件；所述运算单元用于负责数据处理、逻辑判断和运算；所述外部传感器接口用于接收包括但不限于压力、温度传感器获得的相应电信号；所述通信接口包含物理接口和逻辑接口，用于与外接设备交换和传输信息；
所述存储器的数据块在逻辑上划分为共享数据块和私有数据块，所述共享数据块用于存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取；所述私有数据块用于存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改；
所有的一体化永磁同步电机通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接。
上述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其中，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该泵将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值，为多泵并联供水机组中所有泵更新其共享数据块中的对应信息。
上述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其中，每个一体化永磁同步电机均具备多个外部通信接口，使得多台泵可以通过通信总线两两互联建立多泵互联连接网；
每个一体化永磁同步电机的控制器上还设置有上位机连接端口，通过该端口，多泵并联供水机组与远程上位机建立网络连接，接受上位机控制；上位机读取每个一体化永磁同步电机的控制器上的本地私有数据块和共享数据块中的信息；
每个一体化永磁同步电机还内置有智能网关，通过有线或无线网络传输的方式接入公共互联网服务器，支持远程数据呈现，并接受远程云端服务器的控制。
上述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其中，每个一体化永磁同步电机的人机界面均采用液晶触摸显示界面，当前主控泵的显示内容与当前从机显示内容有明显区别，当多台相同功率的泵组成多泵并联供水机组时，从人机界面上区分出当前的主控泵和从机；在每台泵对应的液晶触摸显示界面上均设置有紧急停机按钮，点击任意一台泵的液晶触摸显示界面上的紧急停机按钮，均可使整个多泵并联供水机组中所有的泵停机。
本发明的多泵并联供水机组的控制方法及装置，在主控泵发生故障或通信中断时才会选出新的主控泵，减少不必要的水泵轮换次数；控制参数设定值可以在多泵间实时共享修改；机组里的所有泵可以采用不同型号，机组配置灵活。
附图说明
图1为本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法的流程图；
图2为实施例中的并联供水机组的结构示意图；
图3为实施例中的一体化永磁同步电机的硬件模块示意图；
图4为实施例中的一体化永磁同步电机的软件逻辑模块示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的实施例，多泵并联供水机组中,每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，一体化永磁同步电机集成电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；每个一体化永磁同步电机的控制器的内存数据逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取；另一部分为私有数据块，存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改。
共享数据块存储的信息包括但不限于：机组压力设定值、本机接收到的出水口和进水口压力值、加减泵判定参数、休眠判定参数、出水口超压/压力过低报警限定值、入水口低压报警限定值、本机累计运行时间、本机累计电耗、本机故障信息等与整体机组相关参数；共享数据块中的信息可由机组中的任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器读取。
私有数据块存储的信息包括但不限于：本机通信参数、本机的电机驱动相关参数、本机初始化参数，私有数据块仅供本机使用，系统中其余各泵不可读取或修改。
一种多泵并联供水机组的控制方法，包括以下步骤：
S1，所有的一体化永磁同步电机通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接，初始化网络连接和运行参数；
S2，将机组运行工艺参数信息存放于各泵上的一体化永磁同步电机的控制器的共享数据块中，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该一体化永磁同步电机将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值给其余的一体化永磁同步电机的控制器，为机组中所有一体化永磁同步电机的控制器更新其共享数据块中的对应信息；
S3，根据预设机制，从多泵并联供水机组的所有泵中决定出一台主控泵，其余泵为从机；在当前主控泵无故障时，多泵并联供水机组中的所有泵均由该主控泵统一控制，从机不会切换成为主控泵；在主控泵发生故障或通信中断时，多台从机中自动决出新的一台主控泵，接替发生故障或通信中断的前主控泵，继续统一控制其余从机；
S4，主控泵上的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的进、出水口压力值，读取各泵对应的共享数据块中的信息，向特定的从机定时发送包含启动、停机和转速信息的数据帧，从机对接收的数据帧对应的信号实时响应；主控泵对出现的供水管网和机组自身的异常和故障状态进行判定，并作出实时响应，以保障供水系统的可靠性和本多泵并联供水机组的控制方法的可靠性。
步骤S4具体包括以下内容：
S41，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器判断当前多泵并联供水机组的状态，根据各泵配置状态和运行时间决定启停次序；
S42，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的出水口压力值，与出水口压力设定值相比较，通过PID运算得到当前实时转速值，主控泵按此实时转速值运行，或发送给指定的从机，从机按此实时转速值运行，使多泵并联供水机组的出水口压力保持在设定值；实时转速值的计算仅由主控泵进行，在稳定运行阶段，有多台泵运行时，多台泵具有相同转速；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器根据用水量的增减，计算各泵的运转速度，进行各从机的投入和切出，在满足加泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最短的泵发送启动命令；在满足减泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最长的泵发送停机命令，使各泵具有相近的累计运行时间；此设计的有益效果为：保持各泵的累计运行时间大致相同，延长机组的寿命；
用水量降低至多泵并联供水机组中只有最后一台泵在运行时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器进行系统休眠判定，当符合休眠用水量设定值时则多泵并联供水机组进入休眠状态；用水量增大至符合唤醒用水量设定值时，主控泵唤醒多泵并联供水机组进入恒定压力运行模式，并返回步骤S41；
S43，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收并检查多泵并联供水机组的进水口压力值，根据进水口压力值判断是否有进水口缺水故障，如进水口压力低于缺水报警预设值时，主控泵发出报警信号，如进水口压力低于缺水停机预设值时，主控泵发出停机信号；此设计的有益效果为：避免水泵在进水口缺水或无水时继续运行导致水泵损毁；
主控泵向从机的一体化永磁同步电机的控制器发送测试网络连通性的心跳信号给从机，并接收各从机对应的一体化永磁同步电机的控制器对心跳信号的反馈，判断是否有单泵掉线；心跳信号为定时发送的一串数据报文，且被系统中的各一体化永磁同步电机的控制器所接受并返回给发送方，能接受到通信总线上连续不断的心跳信号则表示本机仍与其余一体化永磁同步电机的控制器联通；若未能收到心跳信号，则表示本机已经与其余一体化永磁同步电机的控制器断开连接，本机将保持当前状态；若从机未能收到当前主控泵的心跳信号却能收到其余一体化永磁同步电机的控制器的心跳信号，则视为主控泵已断开连接，其余各泵(多台从机)将根据预设机制和共享数据块中的信息自主决出新的主控泵；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取各从机对应的共享数据块中的信息，判断各从机及自身的工作状态，若某台从机发生意外故障，则判断其故障类型，故障处理流程为：若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机能保持运行而不会造成设备的物理性损坏，则优先保持设备继续运行，最大限度的保证供水不中断；若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机继续运行而会造成设备的物理性损坏，则立即停止该从机的运行，若多泵并联供水机组中还有未运行的泵，则启动该泵接替故障泵，继续保持供水不中断；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取多泵并联供水机组的出水口压力值，当出水口压力值在所有泵均运行时仍不能达到预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行；当出水口压力值在没有泵运行时仍超过预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行，待出水口压力恢复正常范围内后再次启动多泵并联供水机组，并返回步骤S41；此设计的有益效果为：使出水口压力保证在合理范围内，并对用户管网起到保护作用。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，从多泵并联供水机组的所有泵中决定出一台主控泵采用的预设机制为主控自主裁决机制，其具体内容包括以下步骤：
A，初次运行前，操作者预设其中一台泵为初始主控泵，其余各泵为从机，并预设多泵并联供水机组的各泵运行参数；
B，上电启动后，所有泵的一体化永磁同步电机进行组网，建立互相的通信连接，然后将各自共享数据块的数据分发共享给本地的所有在线的一体化永磁同步电机；
C，主控运行步骤：初始主控泵的一体化永磁同步电机的控制器向各从机发送心跳信号，并接受各从机的反馈，以确定各从机连接是否正常、当前状态是否适合运行；
若各从机均为正常状态，主控泵正常向各一体化永磁同步电机发送控制信号，使整体多泵并联供水机组统按照预设参数运行；若有部分从机无法建立连接，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器发送报警信号，主控泵一体化永磁同步电机的控制器继续控制其余能够连接的从机运行；
若当前主控泵无法接收到所有从机的心跳数据帧反馈信号，则判断为当前主控独自掉线，当前主控泵继续按系统目标设定值运行，同时发出独自掉线的报警信号；
D，从机运行步骤：从机接收到主控泵的心跳信号后立即予以反馈，并向主控泵发送其共享数据块上的信息，主控泵可据此判断本从机是否正常、是否适合运行，从机按照当前主控泵的指令进行运转；
从机若无法接受到当前主控泵的心跳信号，则判断为主控泵掉线，从机首先判断自身是否连接有整体多泵并联供水机组运行所必须的外部传感器，即是否能作为主控泵来控制整体多电机并联系统的运行，若从机未连接外部传感器，从机将保持当前运行状态，并等待新的主机泵的心跳信号，预备建立新的主从控制连接；整体多泵并联供水机组运行所必须的外部传感器包括但不限于压力传感器和温度传感器；
从机判断主控泵掉线后，若自身连接有整体多泵并联供水机组运行所必须的外部传感器，其具备作为主控泵来控制整体多电机并联系统运行的条件，则尝试按照主控泵的方式发送主控心跳信号，接受通信总线上其余泵的反馈，若发现有其它泵也在尝试按照主控泵的方式发送主控心跳信号，则两者进行优先级次序比较，较高优先级则为新的主控泵；若通信总线上其余各电机均为等待新的主控泵的从机，则本从机直接升级为当前主控泵；
新的主控泵接替掉线的初始主控泵后，将依次与能连接上的各从机确认主从控制关系，初始化系统并继续控制其余各从机。
各从机能否担任主控泵功能，由其是否能接收到关键外部传感器信息决定，只有能接收整个多泵并联供水机组当前状态的从机，才能承担当前主控的任务。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，在任意时刻，机组中的主控泵有且只有一台，从机为0台或有多台。多泵并联供水机组中的各泵可以采用相同功率的，也可以采用不同的功率，加泵时先启动小功率的泵，减泵时优先使大功率的泵依次停机。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，机组运行工艺参数信息存放于各泵的共享数据块中，在任意一台水泵的上修改机组运行工艺参数信息，该泵将通过数据总线发送新的机组运行工艺参数值，为机组中所有水泵更新其共享数据块中的对应信息。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器会持续读取当前运行的电机转速，当符合加减泵条件时，自动增加或减少正在运行的水泵数量；此设计的有益效果为：使水泵运行的台数与用户用水量匹配，并节约能耗，延长水泵使用寿命。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，各从机上可以连接进水口压力传感器和出水口压力传感器，持续监测多泵并联供水机组的进、出水口压力值，并与主控泵分发的当前实时进、出水口压力值相比较，当差值超过预设报警值时，在人机界面显示相应的报警信息，提示可能存在传感器故障。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制方法，各一体化永磁同步电机具备多个外部通信接口，使得多台泵可以通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接。各一体化永磁同步电机均具备支持至少两种通信协议，一种通信协议为CAN通信方式为各泵之间互联通信方式，另一种通信协议可支持上位机或远程通信板卡。
请参阅图2和图3，基于上述的一种多泵并联供水机组的控制方法，设计的一种多泵并联供水机组的控制装置，包括若干台并联的泵1，每台泵1的进、出水管道上均设置有检修阀5，每台泵的出水管道上均设置有止回阀4；每台泵1均安装有一个一体化永磁同步电机2，一体化永磁同步电机2集成稀土永磁同步电机21、变频驱动器22、控制器23、人机界面24和通信模块于一体；控制器23包含运算单元231、存储器232、外部传感器接口233和通信接口234，存储器232用于存储运行数据和控制软件；运算单元231用于负责数据处理、逻辑判断和运算；外部传感器接口233用于接收包括但不限于压力、温度传感器300获得的相应电信号，外部传感器接口233采用DCS接口；通信接口234包含物理接口和逻辑接口，用于与外接设备交换和传输信息。
多泵并联供水机组中所有的泵1可以采用相同功率的，也可以采用不同功率的。
存储器232的数据块在逻辑上划分为共享数据块和私有数据块，共享数据块用于存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取；私有数据块用于存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改；
所有的一体化永磁同步电机通过通信总线3两两互联，建立多泵互联连接，进行互操作。通信总线3可以采用CAN总线。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制装置，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该泵将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值，为多泵并联供水机组中所有泵更新其共享数据块中的对应信息。
本发明的一种多泵并联供水机组的控制装置，每个一体化永磁同步电机均具备多个外部通信接口，使得多台泵可以通过通信总线两两互联建立多泵互联连接网。控制器23设计有多路可编程数字量输入端口、数字量输出端口、模拟量输入端口，其功能可在具体使用需求下灵活设置。
每个一体化永磁同步电机的控制器上还设置有上位机连接端口，通过该端口，多泵并联供水机组与远程上位机100建立网络连接，接受上位机控制；上位机100可以读取每个一体化永磁同步电机的控制器上的本地私有数据块和共享数据块中的信息。
每个一体化永磁同步电机还内置有智能网关26，通过有线或无线网络传输的方式接入公共互联网服务器，支持远程数据呈现，并接受远程云端服务器200的控制。
每个一体化永磁同步电机的人机界面24均采用液晶触摸显示界面，当前主控泵的显示内容与当前从机显示内容有明显区别，当多台相同功率的泵组成多泵并联供水机组时，从人机界面上区分出当前的主控泵和从机；在每台泵对应的液晶触摸显示界面上均设置有紧急停机按钮，点击任意一台泵的液晶触摸显示界面上的紧急停机按钮，均可使整个多泵并联供水机组中所有的泵停机。
请参阅图4，本发明的多泵并联供水机组的控制装置，在软件层面上包括相互通信的操作和通信层、内存空间层、控制层和执行层，操作通信层包括人机界面程序和与其相连的总线通讯程序；内存空间层包括共享数据块和与其相连的私有数据块；控制层包括单泵控制层序、多泵主控控制层序和多泵从机控制程序；执行层包括驱动状态监测和报警程序、电机驱动控制层序以及传感器数据处理和数字量输入输出程序；
控制器23根据外部传感器输入信号和内部控制算法，控制本机和供水机组中其它电机的运行状况。供水机组上电后，各水泵自动尝试组网，并自动识别当前为单机运行还是多机并联联动控制，若为单机运行，则计算压力设定值与当前出水口水压的偏差，根据该偏差进行PID运算，得出自身运行调节的频率值。若为多机并联运行，则决出当前主控，其余各机为从机，主控读取各从机的共享数据块信息，识别网络中所有从机的当前故障状态，比较各从机的运行时间，优选累计运行时间最短的泵启动，并则计算压力设定值与当前出水口水压的偏差，根据该偏差进行PID运算，得出自身运行调节的频率值。
在当前主控泵无故障时，系统中的所有泵均由该主控泵统一控制，从机不会切换成为主控泵；在主控泵发生故障或通信中断时，多台从机中自动决出新的一台主控泵，接替发生故障或通信中断的前主控泵，继续统一控制其余从机。主控泵接受进出水口压力信号，读取各泵共享数据块信息，根据内部控制算法向特定的从机定时发送包含启动、停机、转速等信息的数据帧，从机对这些控制信号实时响应。当前主控泵对可能出现的供水管网和系统自身的异常和故障状态进行判定，作出实时响应，以保障供水系统的可靠性和本多泵并联供水机组的控制装置的可靠性。
综上所述，本发明的多泵并联供水机组的控制方法及装置，在主控泵发生故障或通信中断时才会选出新的主控泵，减少不必要的水泵轮换次数；控制参数设定值可以在多泵间实时共享修改；机组里的所有泵可以采用不同型号，机组配置灵活。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (10)
1.一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，所述多泵并联供水机组中,每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，所述一体化永磁同步电机集成电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；每个一体化永磁同步电机的控制器的内存数据逻辑上分为两部分，一部分为共享数据块，存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取共享数据块中数据；另一部分为私有数据块，存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改私有数据块中数据；所述多泵并联供水机组的控制方法包括以下步骤：
S1，所有的一体化永磁同步电机通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接，初始化网络连接和运行参数；
S2，将机组运行工艺参数信息存放于各泵上的一体化永磁同步电机的控制器的共享数据块中，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该一体化永磁同步电机将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值给其余的一体化永磁同步电机的控制器，为机组中所有一体化永磁同步电机的控制器更新其共享数据块中的对应信息；
S3，根据预设机制，从多泵并联供水机组的所有泵中决定出一台主控泵，其余泵为从机；在当前主控泵无故障时，所述多泵并联供水机组中的所有泵均由该主控泵统一控制，从机不会切换成为主控泵；在主控泵发生故障或通信中断时，多台从机中自动决出新的一台主控泵，接替发生故障或通信中断的前主控泵，继续统一控制其余从机；
S4，主控泵上的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的进、出水口压力值，读取各泵对应的共享数据块中的信息，向特定的从机定时发送包含启动、停机和转速信息的数据帧，从机对接收的数据帧对应的信号实时响应；主控泵对出现的供水管网和机组自身的异常和故障状态进行判定，并作出实时响应。
2.如权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，在任意时刻，机组中的主控泵有且只有一台，从机为0台或有多台。
3.如权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，共享数据块存储的信息包括但不限于：机组压力设定值、本机接收到的出水口和进水口压力值、加减泵判定参数、休眠判定参数、出水口超压/压力过低报警限定值、入水口低压报警限定值、本机累计运行时间、本机累计电耗、本机故障信息等与整体机组相关参数；
私有数据块存储的信息包括但不限于：本机通信参数、本机的电机驱动相关参数、本机初始化参数。
4.如权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下内容：
S41，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器判断当前多泵并联供水机组的状态，根据各泵配置状态和运行时间决定启停次序；
S42，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收多泵并联供水机组的出水口压力值，与出水口压力设定值相比较，通过PID运算得到当前实时转速值，主控泵按此实时转速值运行，或发送给指定的从机，从机按此实时转速值运行，使多泵并联供水机组的出水口压力保持在设定值；实时转速值的计算仅由主控泵进行，在稳定运行阶段，有多台泵运行时，多台泵具有相同转速；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器根据用水量的增减，计算各泵的运转速度，进行各从机的投入和切出，在满足加泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最短的泵发送启动命令；在满足减泵判定条件时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器读取各泵对应的共享数据块中的本机累计运行时间，优先向累计运行时间最长的泵发送停机命令，使各泵具有相近的累计运行时间；
用水量降低至多泵并联供水机组中只有最后一台泵在运行时，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器进行系统休眠判定，当符合休眠用水量设定值时则多泵并联供水机组进入休眠状态；用水量增大至符合唤醒用水量设定值时，主控泵唤醒多泵并联供水机组进入恒定压力运行模式，并返回步骤S41；
S43，主控泵的一体化永磁同步电机的控制器接收并检查多泵并联供水机组的进水口压力值，根据进水口压力值判断是否有进水口缺水故障，如进水口压力低于缺水报警预设值时，主控泵发出报警信号，如进水口压力低于缺水停机预设值时，主控泵发出停机信号；
主控泵向从机的一体化永磁同步电机的控制器发送测试网络连通性的心跳信号给从机，并接收各从机对应的一体化永磁同步电机的控制器对心跳信号的反馈，判断是否有单泵掉线；心跳信号为定时发送的一串数据报文，且被系统中的各一体化永磁同步电机的控制器所接受并返回给发送方，能接受到通信总线上连续不断的心跳信号则表示本机仍与其余一体化永磁同步电机的控制器联通；若未能收到心跳信号，则表示本机已经与其余一体化永磁同步电机的控制器断开连接，本机将保持当前状态；若从机未能收到当前主控泵的心跳信号却能收到其余一体化永磁同步电机的控制器的心跳信号，则视为主控泵已断开连接，多台从机则自主决出新的主控泵；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取各从机对应的共享数据块中的信息，判断各从机及自身的工作状态，若某台从机发生意外故障，则判断其故障类型，故障处理流程为：若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机能保持运行而不会造成设备的物理性损坏，则优先保持设备继续运行，最大限度的保证供水不中断；若在当前故障状态下，泵或一体化永磁同步电机继续运行而会造成设备的物理性损坏，则立即停止该从机的运行，若多泵并联供水机组中还有未运行的泵，则启动该泵接替故障泵，继续保持供水不中断；
主控泵的一体化永磁同步电机的控制器持续读取多泵并联供水机组的出水口压力值，当出水口压力值在所有泵均运行时仍不能达到预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行；当出水口压力值在没有泵运行时仍超过预设值时，主控会依次发出报警和停机命令，终止多泵并联供水机组的运行，待出水口压力恢复正常范围内后再次启动多泵并联供水机组，并返回步骤S41。
5.如权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，所述多泵并联供水机组中的各泵具有不同的功率，加泵时先启动小功率的泵，减泵时优先使大功率的泵依次停机。
6.如权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法，其特征在于，各从机上连接进水口压力传感器和出水口压力传感器，持续监测多泵并联供水机组的进、出水口压力值，并与主控泵分发的当前实时进、出水口压力值相比较，当差值超过预设报警值时，在人机界面显示相应的报警信息，提示可能存在传感器故障。
7.基于权利要求1所述的一种多泵并联供水机组的控制方法的控制装置，其特征在于，包括若干台并联的泵，每台泵的进、出水管道上均设置有检修阀，每台泵的出水管道上均设置有止回阀；
每台泵均安装有一个一体化永磁同步电机，所述一体化永磁同步电机集成稀土永磁同步电机、变频驱动器、控制器、人机界面和通信模块于一体；所述控制器包含运算单元、存储器、外部传感器接口和通信接口，所述存储器用于存储运行数据和控制软件；所述运算单元用于负责数据处理、逻辑判断和运算；所述外部传感器接口用于接收包括但不限于压力、温度传感器获得的相应电信号；所述通信接口包含物理接口和逻辑接口，用于与外接设备交换和传输信息；
所述存储器的数据块在逻辑上划分为共享数据块和私有数据块，所述共享数据块用于存储多泵并联供水机组的运行工艺参数和本机运行状态，各泵的一体化永磁同步电机的控制器均可读取；所述私有数据块用于存放本机私有数据，不对其余各一体化永磁同步电机共享，其余各泵的一体化永磁同步电机的控制器不可读取或修改；
所有的一体化永磁同步电机通过通信总线两两互联，建立多泵互联连接。
8.如权利要求7所述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其特征在于，在任意一台泵的一体化永磁同步电机的控制器上修改机组运行工艺参数信息，该泵将通过通信总线发送新的机组运行工艺参数值，为多泵并联供水机组中所有泵更新其共享数据块中的对应信息。
9.如权利要求7所述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其特征在于，每个一体化永磁同步电机均具备多个外部通信接口，使得多台泵可以通过通信总线两两互联建立多泵互联连接网；
每个一体化永磁同步电机的控制器上还设置有上位机连接端口，通过该端口，多泵并联供水机组与远程上位机建立网络连接，接受上位机控制；上位机读取每个一体化永磁同步电机的控制器上的本地私有数据块和共享数据块中的信息；
每个一体化永磁同步电机还内置有智能网关，通过有线或无线网络传输的方式接入公共互联网服务器，支持远程数据呈现，并接受远程云端服务器的控制。
10.如权利要求7所述的一种多泵并联供水机组的控制装置，其特征在于，每个一体化永磁同步电机的人机界面均采用液晶触摸显示界面，当前主控泵的显示内容与当前从机显示内容有明显区别，当多台相同功率的泵组成多泵并联供水机组时，从人机界面上区分出当前的主控泵和从机；在每台泵对应的液晶触摸显示界面上均设置有紧急停机按钮，点击任意一台泵的液晶触摸显示界面上的紧急停机按钮，均可使整个多泵并联供水机组中所有的泵停机。
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|---|---|---|---|---|
| CN116025035A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-28 | 北京水利发展有限公司 | 一种同压保量的多机组供水系统及控制方法 |
| CN116047887A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-02 | 孚瑞肯电气(深圳)有限公司 | 一种多主机变频恒压供水的方法及装置 |
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| CN116025035B (zh) * | 2022-12-23 | 2023-11-17 | 北京水利发展有限公司 | 一种同压保量的多机组供水系统的控制方法 |
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