CN116928058A - 泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法，包括设置在水管路上的水泵、调节阀、水管压力传感器和容器内的液位传感器；还包括与水泵连接的变频器；调节阀设置在水泵的出水方向，水管压力传感器设置在调节阀的出水方向；变频器、调节阀、水管压力传感器和液位传感器均与控制装置连接。充分利用变频器的节能优势，保证系统运行所需要的合适的压力的同时保证系统稳定运行，设定合适的泵的出口压力值，使变频器和调节阀按控制点压力值分界的分段连锁控制，既能最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求，不需要认为干预操作，降低了人工操作的成本。

Description

泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法。

背景技术

在现有设备项目的工程实际中，为了项目运行节能，多数的水泵都已经采用了变频控制，对应工艺流程的给水泵出口设备一般都需要进行液位控制，此设备进口同时设置了调节阀。实际运行中运行人员会根据运行情况手动调节水泵变频在一个位置后，利用液位的反馈信号通过调节阀自动控制设备的液位，需要人为调整，这种控制不能充分利用水泵的变频器节能优势，同时增加了系统运行的人工成本。

发明内容

为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供了一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法，充分利用变频器的节能优势，保证系统运行所需要的合适的压力的同时保证系统稳定运行，设定合适的泵的出口压力值，使变频器和调节阀按控制点压力值分界的分段连锁控制，既能最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求，不需要认为干预操作，降低了人工操作的成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，包括容器、与容器连接的水管路。

所述的水位自动控制节能系统包括设置在水管路上的水泵、调节阀、水管压力传感器和容器内的液位传感器；还包括与水泵连接的变频器；调节阀设置在水泵的出水方向，水管压力传感器设置在调节阀的出水方向；变频器、调节阀、水管压力传感器和液位传感器均与控制装置连接。

由控制装置设定合适的泵的出口控制点压力值，使变频器和调节阀按控制点压力值分界的分段连锁控制：当水管压力传感器检测的压力值在控制点压力值以上时，采用变频器进行容器的液位控制；当水管压力传感器检测的压力值在控制点压力值以下时，采用调节阀进行容器的液位控制；最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求。

进一步地，所述的水位自动控制节能系统包括进水自动控制系统；所述的进水水位自动控制系统包括设置在进水管路上的进水水泵、进水调节阀、进水管压力传感器和容器内的液位传感器；进水调节阀设置在进水水泵的出水方向，进水管压力传感器设置在进水调节阀的出水方向；进水水泵与变频器连接，变频器、进水调节阀、进水管压力传感器和容器内的液位传感器与控制装置连接。

进一步地，所述的水位自动控制节能系统包括出水自动控制系统，所述的出水水位自动控制系统包括设置在出水管路上的出水水泵、出水调节阀、出水管压力传感器和容器内的液位传感器；出水调节阀设置在出水水泵的出水方向，出水管压力传感器设置在出水调节阀的出水方向；出水水泵、与变频器连接，变频器、出水调节阀、出水管压力传感器和容器内的液位传感器与控制装置连接。

进一步地，所述的控制装置为PLC或DCS系统。

进一步地，所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统的控制方法，包括如下步骤：

1)确定出准确的压力检测点位置所需要的最低压力值即控制点压力值P_设定，把此压力值传送到控制装置；

2)当水管压力传感器测定的压力值P大于P_设定时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位；

3)根据水泵的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定时，保持给水泵的频率不变；

4)当测定压力值P小于P_设定时，控制装置把进行液位控制的水泵变频器切换到调节阀，由液位控制信号、调节阀和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀的开度来控制容器内的液位；

5)压力再次升高到P_设定时，控制装置把进行液位控制的调节阀切换到水泵变频器，由变频器调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位。

进一步地，所述的P_设定的值具有正负范围值A；

1)当水管压力传感器测定的压力值P大于P_设定+A时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位；

2)根据水泵的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定+A至P_设定-A范围时，保持给水泵的频率为当前频率不变；

3)当测定压力值P小于P_设定-A时，控制装置把进行液位控制的水泵变频器切换到调节阀，由液位控制信号、调节阀和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀的开度来控制容器内的液位；

4)压力再次升高到P_设定+A时，控制装置把进行液位控制的调节阀切换到水泵变频器，由变频器调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法，充分利用变频器的节能优势，保证系统运行所需要的合适的压力的同时保证系统稳定运行，设定合适的泵的出口压力值，使变频器和调节阀按控制点压力值分界的分段连锁控制，既能最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求，不需要认为干预操作，降低了人工操作的成本。

附图说明

图1为本发明实施例的各行业通用联合连锁水位自动控制节能系统设计示意图(出口水位控制)；

图2为本发明实施例的各行业通用联合连锁水位自动控制节能系统设计示意图(进口水位控制)；

图3为本发明实施例的发电行业联合连锁水位自动控制节能系统应用场景设计示意图。

图中：1-水泵 2-调节阀 3-液位传感器 4-水管压力传感器 5-容器 6-变频凝结水水泵 7-变频锅炉给水泵 8-给水调节阀 9-凝结水再循环调节阀 10-锅炉汽包液位计11-凝汽器热井液位计 12-汽包进水管压力传感器 13-凝汽器出水管压力传感器 14-锅炉15-汽轮机 16-发电机 17-凝汽器 18-除氧器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-2所示，一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，包括容器5、与容器5连接的水管路。

所述的水位自动控制节能系统包括设置在水管路上的水泵1、变频器、调节阀2、水管压力传感器4和容器5内的液位传感器3；还包括与水泵1连接的变频器；调节阀2设置在水泵1的出水方向，水管压力传感器4设置在调节阀2的出水方向；变频器、调节阀2、水管压力传感器4和液位传感器3均与控制装置连接。

由控制装置设定合适的泵的出口控制点压力值，使变频器和调节阀2按控制点压力值分界的分段连锁控制：当水管压力传感器4检测的压力值在控制点压力值以上时，采用变频器进行容器5的液位控制；当水管压力传感器4检测的压力值在控制点压力值以下时，采用调节阀2进行容器5的液位控制；最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀2控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求。

如图1所示，所述的水位自动控制节能系统包括出水自动控制系统，所述的出水水位自动控制系统包括设置在出水管路上的出水水泵1、出水调节阀2、出水管压力传感器4和容器5内的液位传感器3；出水调节阀2设置在出水水泵1的出水方向，出水管压力传感器4设置在出水调节阀2的出水方向；出水水泵1、与变频器连接，变频器、出水调节阀2、出水管压力传感器4和容器5内的液位传感器3与控制装置连接。

如图2所示，所述的水位自动控制节能系统包括进水自动控制系统；所述的进水水位自动控制系统包括设置在进水管路上的进水水泵1、进水调节阀2、进水管压力传感器4和容器5内的液位传感器3；进水调节阀2设置在进水水泵1的出水方向，进水管压力传感器4设置在进水调节阀2的出水方向；进水水泵1与变频器连接，变频器、进水调节阀2、进水管压力传感器4和容器5内的液位传感器3与控制装置连接。

进一步地，所述的控制装置为PLC或DCS系统，也可以是单片机智能芯片类控制装置。

进一步地，所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统的控制方法，包括如下步骤：

1)确定出准确的压力检测点位置所需要的最低压力值即控制点压力值P_设定，把此压力值传送到控制装置；

2)当水管压力传感器4测定的压力值P大于P_设定时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵1的频率从而调节水泵1出口的水量控制容器5内的液位；

3)根据水泵1的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定时，保持给水泵1的频率不变；

4)当测定压力值P小于P_设定时，控制装置把进行液位控制的水泵1变频器切换到调节阀2，由液位控制信号、调节阀2和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀2的开度来控制容器5内的液位；

5)当压力再次升高到P_设定时，控制装置把进行液位控制的调节阀2切换到水泵1变频器，由变频器调节水泵1的频率从而调节水泵1出口的水量控制容器5内的液位。

进一步地，所述的P_设定的值具有正负范围值A，A可取P_设定的3-10％。

1)当水管压力传感器4测定的压力值P大于P_设定+A时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵1的频率从而调节水泵1出口的水量控制容器5内的液位；

2)根据水泵1的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定+A至P_设定-A范围时，保持给水泵1的频率为当前频率不变；

3)当测定压力值P小于P_设定-A时，控制装置把进行液位控制的水泵1变频器切换到调节阀2，由液位控制信号、调节阀2和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀2的开度来控制容器5内的液位；

4)压力再次升高到P_设定+A时，控制装置把进行液位控制的调节阀2切换到水泵1变频器，由变频器调节水泵1的频率从而调节水泵1出口的水量控制容器5内的液位。

为了保证系统的安全稳定，系统还设定了液位的高、低(H、L)液位报警，高高、低低(HH、LL)报警并连锁启动备用设备的保护。此过程不需要认为干预，全程自动控制，保证变频器控制系统最大的节能效果。

上述系统中的电动设备和电动阀门均可在主控室实现自动控制，计算的系统所需的压力设定值P_设定可以根据系统运行的实际情况需要在DCS控制系统中直接修改，系统控制简单可靠、灵活方便。

【实施例一】

如图3所示，本实施例为电力行业联合连锁水位自动控制系统，其中包括两个重要环节：一个是锅炉14汽包液位的自动控制，另一个是凝汽器17热井水位的自动控制。图中所含的重要的设备为锅炉14、汽轮发电机组(汽轮机15和发电机16)、凝结水水泵6、除氧器18、调节阀(给水调节阀8和凝结水再循环调节阀9)、液位传感器(锅炉汽包液位计10和凝汽器热井液位计11)和压力检测传感器(汽包进水管压力传感器12和凝汽器出水管压力传感器13)。

环节一：汽包液位(10-锅炉汽包液位计)的自动控制通过计算出准确的压力检测点位置所需要的最低压力值P_设定(汽包进水管压力传感器12的压力控制信号)，此值要包含少量富余量，把此压力值传送到DCS控制系统，利用控制系统实现选择液位控制信号控制的设备：当测定压力值P≥P_设定，液位控制信号控制锅炉14给水泵7变频器，通过调节锅炉14给水泵7的频率调节给水泵7出口的水量控制液位，根据水泵7的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定，保持给水泵7的频率不变；当测定压力值P小于P_设定，压力控制信号通过DCS控制系统把控制的锅炉14给水泵7变频器切换到给水调节阀8，通过给水调节阀8的开度来控制锅炉14汽包的液位。为了保证系统的安全稳定，系统设定了液位的高、低(H、L)液位报警，高高、低低(HH、LL)报警并连锁启动备用设备的保护。此过程不需要人为干预，全程自动控制，保证变频器控制系统最大的节能效果。

环节二：凝汽器17热井水位(凝汽器热井液位计11)的自动控制通过计算出准确的压力检测点位置所需要的最低压力值P_设定(凝汽器出水管压力传感器13的压力控制信号)，此值要包含少量富余量，把此压力值传送到DCS控制系统，利用控制系统实现选择液位控制信号控制的设备：当测定压力值P≥P_设定，液位控制信号控制凝结水水泵6变频器，通过调节凝结水水泵6的频率调节凝结水水泵6出口的水量控制液位，根据水泵6的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定，保持凝结水水泵6的频率不变；当测定压力值P小于P_设定，压力控制信号通过DCS控制系统把控制的凝结水水泵6变频器切换到凝结水再循环调节阀9，通过凝结水再循环调节阀9的开度来控制凝汽器17热井的液位。为了保证系统的安全稳定，系统设定了液位的高、低(H、L)液位报警，高高、低低(HH、LL)报警并连锁启动备用设备的保护。此过程不需要人为干预，全程自动控制，保证变频器控制系统最大的节能效果。

综上所述，本发明的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统及方法，充分利用变频器的节能优势，保证系统运行所需要的合适的压力的同时保证系统稳定运行，设定合适的泵的出口压力值，使变频器和调节阀2按控制点压力值分界的分段连锁控制，既能最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀2控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求，不需要认为干预操作，降低了人工操作的成本。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，包括容器、与容器连接的水管路；

其特征在于，所述的水位自动控制节能系统包括设置在水管路上的水泵、调节阀、水管压力传感器和容器内的液位传感器；还包括与水泵连接的变频器；调节阀设置在水泵的出水方向，水管压力传感器设置在调节阀的出水方向；变频器、调节阀、水管压力传感器和液位传感器均与控制装置连接；

由控制装置设定合适的泵的出口控制点压力值，使变频器和调节阀按控制点压力值分界的分段连锁控制：当水管压力传感器检测的压力值在控制点压力值以上时，采用变频器进行容器的液位控制；当水管压力传感器检测的压力值在控制点压力值以下时，采用调节阀进行容器的液位控制；最大限度的保障变频器节能效果，减少调节阀控制水位的节流损失的同时满足系统保持液位稳定的要求。

2.根据权利要求1所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，其特征在于，所述的水位自动控制节能系统包括进水自动控制系统；所述的进水水位自动控制系统包括设置在进水管路上的进水水泵、进水调节阀、进水管压力传感器和容器内的液位传感器；进水调节阀设置在进水水泵的出水方向，进水管压力传感器设置在进水调节阀的出水方向；进水水泵与变频器连接，变频器、进水调节阀、进水管压力传感器和容器内的液位传感器与控制装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，其特征在于，所述的水位自动控制节能系统包括出水自动控制系统，所述的出水水位自动控制系统包括设置在出水管路上的出水水泵、出水调节阀、出水管压力传感器和容器内的液位传感器；出水调节阀设置在出水水泵的出水方向，出水管压力传感器设置在出水调节阀的出水方向；出水水泵、与变频器连接，变频器、出水调节阀、出水管压力传感器和容器内的液位传感器与控制装置连接。

4.根据权利要求1所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统，其特征在于，所述的控制装置为PLC或DCS系统。

5.权利要求1所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定出准确的压力检测点位置所需要的最低压力值即控制点压力值P_设定，把此压力值传送到控制装置；

2)当水管压力传感器测定的压力值P大于P_设定时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位；

3)根据水泵的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定时，保持给水泵的频率为当前频率不变；

4)当测定压力值P小于P_设定时，控制装置把进行液位控制的水泵变频器切换到调节阀，由液位控制信号、调节阀和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀的开度来控制容器内的液位；

5)压力再次升高到P_设定时，控制装置把进行液位控制的调节阀切换到水泵变频器，由变频器调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位。

6.根据权利要求5所述的一种泵变频器与调节阀联合连锁水位自动控制节能系统的控制方法，其特征在于，所述的P_设定的值具有正负范围值A；

1)当水管压力传感器测定的压力值P大于P_设定+A时，由液位控制信号、变频器和控制装置构成液位闭环调节系统，通过调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位；

2)根据水泵的特性，当频率降低出水量降低的同时出口压力也会降低，当压力降低到P_设定+A至P_设定-A范围时，保持给水泵的频率为当前频率不变；

3)当测定压力值P小于P_设定-A时，控制装置把进行液位控制的水泵变频器切换到调节阀，由液位控制信号、调节阀和控制装置构成液位闭环调节系统，由通过调节阀的开度来控制容器内的液位；

4)压力再次升高到P_设定+A时，控制装置把进行液位控制的调节阀切换到水泵变频器，由变频器调节水泵的频率从而调节水泵出口的水量控制容器内的液位。