CN114790980B - 基于能效控制的水泵智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能效控制的水泵智能管理系统，包括：水泵模块，输入功率检测模块以及计时监控模块，本发明通过每隔一定时间采集一个流量数据对应的能效数据，并根据当时水泵单元的工作时长对应的平均能效进行对比，从而消除水泵单元工作时长的影响，得到在一段时间的工作过程中，流量对水泵单元能效的影响程度，然后再根据流量需求以及流量对水泵单元能效的影响来对各水泵单元的流量进行调整，使尽可能多的水泵单元均能够在良好的能效条件下运行，起到节能环保，提升水泵单元有效使用的效果。

Description

基于能效控制的水泵智能管理系统

技术领域

本发明属于节能控制技术领域，具体的，涉及一种基于能效控制的水泵智能管理系统。

背景技术

水泵是一种用于将机械能或者其它形式的能量转化为水的重力势能、动能等的机械，用于水的传输，水泵在很多机械以及行业中都会用到，其储备数量之大，占据国内电力消耗相当大的比例，因此如果能够降低水泵的能耗，提升的效率即使是百分之一，也会对降低能耗起到非常大的效果。

泵是机械结构，在其工作过程中能效会随着工作时长变化而发生改变，另外随着输送流量即负载的不同，能效也会发生改变，现有技术中的泵组在工作时，是通过统一调整泵组中水泵的功率来是实现对泵组输送能力的调整，这种方法没有考虑到泵的不同带来的影响，长时间的使用过程中无法使泵组处于高效的运转状态，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能效控制的水泵智能管理系统，解决现有技术中在对水泵进行智能控制时，没有考虑到泵的不同带来的影响，长时间的使用过程中无法使泵组处于高效的运转状态。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于能效控制的水泵智能管理系统，包括：

水泵模块，包括若干个水泵单元；

输入功率检测模块，用于读取各水泵单元的输入功率；

计时监控模块，用于对各水泵单元的工作时长进行监控；

上述的基于能效控制的水泵智能管理系统的工作方法为：

第一步，计算得到水泵单元的有效功率，然后通过读取各水泵单元的输入功率，根据输入功率与有效功率计算得到水泵单元的实时能效N；

第二步，水泵单元恒定流量工作时，将水泵单元的工作时间按照顺序划分为若干个长度为Ts的时间段，依次标记为Ts、2Ts、...、jTs，获取水泵单元在Ts、2Ts、...、jTs时间内的平均实时能效值N1p、N2p、...、Njp；

第三步，计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系，每个长度为Ts的时间段内均等差获取m个流量信息Q数据，表示为Qg1、Qg2、...、Qgm，其中1≤g≤j且g为整数；其对应的实时能效N表示为Ng1、Ng2、...、Ngm；

根据公式计算得到一个流量信息对应的实时能效影响值Y；

根据上述方法得到等差的m个流量信息Q1、Q2、...、Qm对应的实时能效影响值Y1、Y2、...、Ym；

第四步，在安排若干个水泵单元接入管网时，获取目标位置对所传输液相的流量需求Qx，根据第三步中流量信息Q以及实时能效影响值Y的关系对水泵单元进行安排。

作为本发明的进一步方案，第一步中有效功率的计算方法为：通过压力检测模块读取水泵单元进水口处的压力p1以及出水口处的压力p2，根据p2-p1的值以及所输送液相的密度计算得到对应计算水泵单元的实时扬程；

通过流量监控模块读取各水泵单元对应管路的实时流量信息，通过水泵单元对应的实时流量与实时扬程能够计算得到水泵单元对应的有效功率。

作为本发明的进一步方案，第二步中，在每个Ts时间段内，每隔预设时间T1采集该水泵单元的实时能效N，得到Ns1、Ns2、...、Nsn；计算平均值，作为对应Ts时间段的实时能效值。

作为本发明的进一步方案，计算平均值之前，依次删除Ns1、Ns2、...、Nsn中的最大值与最小值，每次删除一个数值后计算公式的值，直至公式的两个相邻计算值之差小于预设值β或者α等于预设值α1，计算剩余的n-α个数据的平均值作为对应Ts时间段的实时能效值，α为一组实时能效数据中删除的最大值与最小值的数量。

作为本发明的进一步方案，第三步中，计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系的方法为：

当水泵单元开启工作时，每隔预设时间T采集水泵单元的一个实时能效N的信息以及实时能效信息对应的流量信息Q；

按照水泵单元的工作时间顺序分割为若干个Ts时间段，将所有实时能效N与流量信息Q按照采集时间分布至各长度为Ts的时间段，

一个长度为Ts的时间段内，对于同一流量值，读取其对应的实时能效，并计算多个对应的实时能效的平均值作为该流量值对应的实时能效，计算得到一个长度为Ts的时间段内多个流量值对应的实时能效，从而得到该时间段内实时能效N与流量信息Q的关系。

作为本发明的进一步方案，第四步中对水泵单元进行安排的方法为：首先采用f个水泵单元进行计算，f小于水泵单元数量，每个水泵均选取最大实时能效影响值Y对应的流量信息数据进行计算，求得f个对应的流量信息数据之和Qf，若Qf大于Qx，则减少接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf；

若Qf小于Qx，则提升接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过每隔一定时间采集一个流量数据对应的能效数据，并根据当时水泵单元的工作时长对应的平均能效进行对比，从而消除水泵单元工作时长的影响，得到在一段时间的工作过程中，流量对水泵单元能效的影响程度，然后再根据流量需求以及流量对水泵单元能效的影响来对各水泵单元的流量进行调整，使尽可能多的水泵单元均能够在良好的能效条件下运行，起到节能环保，提升水泵单元有效使用的效果；

(2)本发明通过压力检测模块读取水泵单元进水口处的压力以及出水口处的压力，根据压差值以及所输送液相的密度计算得到对应水泵单元的实时扬程；在通过流量监控模块采集实时流量信息，进而计算得到水泵单元对应的有效功率以及实时能效N；这种方式能够显著减少传感器的数量，在不影响液相传输的条件下快速方便的得到实时的能效数据；

(3)由于水泵单元在长时间的工作过程中，其稳定性会受到明显的影响，从而对水泵单元的能效造成明显影响，具体为快速上升至一较稳定值后保持一段时间并开始逐步下降；本发明能够通过对大量数据进行采集，从而获得水泵单元的运行时间与实时能效值之间的关系，从而方便在后续的计算过程中消除水泵单元运行时间带来的误差。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于能效控制的水泵智能管理系统，包括：

水泵模块，包括若干个水泵单元，用于对目标液相进行转移；还通过水泵模块记录各水泵单元对应管路的进水口与出水口位置，以及各水泵单元所在管线的长度和管线上的拐角处数量；

另外，水泵模块中的水泵单元设置为若干组，同一组的水泵单元交替工作，保证水泵模块能够在工作时间内连续不间断的工作；相邻组的水泵单元并联设置；

压力检测模块，用于检测各水泵单元的进水口与出水口的压力，并将其传输至数据处理模块；

流量监控模块，用于监控读取各管道流量数据，并将其传输至数据处理模块；

输入功率检测模块，用于读取各水泵单元的输入功率，并将其传输至数据处理模块；

水泵控制模块，用于对各水泵单元的功率进行调整，从而调整各水泵单元的电机转速，进而对水泵的扬程进行调整；

由于变频调节能够显著降低水泵能耗，起到节能的效果，因此也是目前比较常用的水泵调节方式；

报警模块，用于接收数据处理模块的报警信息，并发出报警信息，提醒工作人员对对应位置进行检查以及维护工作；

计时监控模块，用于对各水泵单元的工作时长进行监控，并将各水泵单元的工作时长信息传输至数据处理模块；

上述的基于能效控制的水泵智能管理系统的工作方法为：

第一步，以一个水泵单元为例，通过压力检测模块读取水泵单元进水口处的压力p1以及出水口处的压力p2，根据p2-p1的值以及所输送液相的密度计算得到对应水泵单元的实时扬程；

通过流量监控模块读取各水泵单元对应管路的实时流量信息，通过水泵单元对应的实时流量与实时扬程能够计算得到水泵单元对应的有效功率；

然后通过输入功率检测模块实时读取各水泵单元的输入功率，根据输入功率与有效功率计算得到水泵单元的实时能效N；

这种方式能够显著减少传感器的数量，在不影响液相传输的条件下快速方便的得到实时的能效数据；

第二步，当水泵单元在恒定流量条件下进行工作时，在一个水泵单元开启工作后，获取水泵单元运行时间与实时能效N之间的关系；具体的，将水泵单元的工作时间按照顺序划分为若干个长度为Ts的时间段，依次标记为Ts、2Ts、...、jTs，其中j为Ts时间段的数量；

在每个Ts时间段内，每隔预设时间T1采集该水泵单元的实时能效N，得到Ns1、Ns2、...、Nsn，依次删除该组数据中的最大值与最小值，每次删除一个数值后计算公式的值，直至公式的两个相邻计算值之差小于预设值β或者α等于预设值α1，其中1≤i≤n且i为正整数，α为一组实时能效数据中删除的最大值与最小值的数量；

计算剩余的n-α个数据的平均值，以此作为对应Ts时间段的实时能效值；

之后该水泵单元每次开启工作，均按照上述方式每隔预设时间T1采集该水泵单元的实时能效N，在重复若干次数据采集后，获取该水泵单元在Ts、2Ts、...、jTs时间内的平均实时能效值N1p、N2p、...、Njp，从而得到水泵单元的工作时长与实时能效值之间的关系；

由于水泵单元在长时间的工作过程中，其稳定性会受到明显的影响，从而对水泵单元的能效造成明显影响，具体为快速上升至一较稳定值后保持一段时间并开始逐步下降；

该步骤能够通过对大量数据进行采集，从而获得水泵单元的运行时间与实时能效值之间的关系，从而方便在后续的计算过程中消除水泵单元运行时间带来的误差；

第三步，当一个水泵单元开启工作时，每隔预设时间T采集水泵单元的一个实时能效N的信息以及实时能效信息对应的一组流量信息Q；

重复多次采集该水泵单元的实时能效N与流量信息Q之后，获取足够数量的样本；

按照水泵单元的工作时间顺序分割为若干个Ts时间段，将所有实时能效N与流量信息Q按照采集时间分布至各长度为Ts的时间段，然后计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系；

具体的，计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系的方法为：

对于同一流量值，读取其对应的实时能效，并计算多个对应的实时能效的平均值作为该流量值对应的实时能效，计算得到一个长度为Ts的时间段内多个流量值对应的实时能效，从而得到该时间段内实时能效N与流量信息Q的关系；

根据上述方法依次计算得到j个长度为Ts的时间段内实时能效N与流量信息Q的关系；

每个长度为Ts的时间段内均等差获取m个流量信息Q数据，表示为Qg1、Qg2、...、Qgm，其中1≤g≤j且g为整数；其对应的实时能效N表示为Ng1、Ng2、...、Ngm

根据公式计算得到一个流量信息对应的实时能效影响值Y；

根据上述方法得到等差的m个流量信息Q1、Q2、...、Qm对应的实时能效影响值Y1、Y2、...、Ym；

第四步，在安排若干个水泵单元接入管网时，获取目标位置对所传输液相的流量需求Qx，根据第三步中流量信息Q以及实时能效影响值Y的关系对水泵单元进行安排；

具体的，将水泵单元依次标号后，首先采用f个水泵单元进行计算，每个水泵均选取最大实时能效影响值Y对应的流量信息数据进行计算，求得f个对应的流量信息数据之和Qf，若Qf大于Qx，则减少接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf；

若Qf小于Qx，则提升接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf。

本发明通过每隔一定时间采集一个流量数据对应的能效数据，并根据当时水泵单元的工作时长对应的平均能效进行对比，从而消除水泵单元工作时长的影响，得到在一段时间的工作过程中，流量对水泵单元能效的影响程度，然后再根据流量需求以及流量对水泵单元能效的影响来对各水泵单元的流量进行调整，使尽可能多的水泵单元均能够在良好的能效条件下运行，起到节能环保，提升水泵单元有效使用的效果。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之。

Claims (5)

1.基于能效控制的水泵智能管理系统，其特征在于，包括：

水泵模块，包括若干个水泵单元；

输入功率检测模块，用于读取各水泵单元的输入功率；

计时监控模块，用于对各水泵单元的工作时长进行监控；

上述的基于能效控制的水泵智能管理系统的工作方法为：

第一步，计算得到水泵单元的有效功率，然后通过读取各水泵单元的输入功率，根据输入功率与有效功率计算得到水泵单元的实时能效N；

第二步，水泵单元恒定流量工作时，将水泵单元的工作时间按照顺序划分为若干个长度为Ts的时间段，依次标记为Ts、2Ts、...、jTs，获取水泵单元在Ts、2Ts、...、jTs时间内的平均实时能效值N1p、N2p、...、Njp；

第三步，计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系，每个长度为Ts的时间段内均等差获取m个流量信息Q数据，表示为Q1、Q2、...、Qm，其中1≤g≤j且g为整数；其中一个流量信息Q对应的实时能效N表示为Ng1、Ng2、...、Ngj；

根据公式计算得到一个流量信息对应的实时能效影响值Y；

根据上述方法得到等差的m个流量信息Q1、Q2、...、Qm对应的实时能效影响值Y1、Y2、...、Ym；

第四步，在安排若干个水泵单元接入管网时，获取目标位置对所传输液相的流量需求Qx，根据第三步中流量信息Q以及实时能效影响值Y的关系对水泵单元进行安排。

2.根据权利要求1所述的基于能效控制的水泵智能管理系统，其特征在于，第一步中有效功率的计算方法为：通过压力检测模块读取水泵单元进水口处的压力p1以及出水口处的压力p2，根据p2-p1的值以及所输送液相的密度计算得到对应计算水泵单元的实时扬程；

通过流量监控模块读取各水泵单元对应管路的实时流量信息，通过水泵单元对应的实时流量与实时扬程能够计算得到水泵单元对应的有效功率。

3.根据权利要求1所述的基于能效控制的水泵智能管理系统，其特征在于，第二步中，在每个Ts时间段内，每隔预设时间T1采集该水泵单元的实时能效N，得到Ns1、Ns2、...、Nsn；计算平均值，作为对应Ts时间段的实时能效值。

4.根据权利要求1所述的基于能效控制的水泵智能管理系统，其特征在于，第三步中，计算各长度为Ts的时间段内，实时能效N与流量信息Q的关系的方法为：

当水泵单元开启工作时，每隔预设时间T采集水泵单元的一个实时能效N的信息以及实时能效信息对应的流量信息Q；

按照水泵单元的工作时间顺序分割为若干个Ts时间段，将所有实时能效N与流量信息Q按照采集时间分布至各长度为Ts的时间段；

一个长度为Ts的时间段内，对于同一流量值，读取其对应的实时能效，并计算多个对应的实时能效的平均值作为该流量值对应的实时能效，计算得到一个长度为Ts的时间段内多个流量值对应的实时能效，从而得到该时间段内实时能效N与流量信息Q的关系。

5.根据权利要求1所述的基于能效控制的水泵智能管理系统，其特征在于，第四步中对水泵单元进行安排的方法为：首先采用f个水泵单元进行计算，f小于水泵单元数量，每个水泵均选取最大实时能效影响值Y对应的流量信息数据进行计算，求得f个对应的流量信息数据之和Qf，若Qf大于Qx，则减少接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf；

若Qf小于Qx，则提升接入的水泵单元数量和/或降低一个或多个水泵单元的实时能效影响值Y要求，直至Qx约等于Qf。