CN117553007A - 一种泵站智能运行控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵站智能运行控制系统，属泵站机组优化运行控制技术领域。该控制系统通过功率变送器、流量变送器、上游液位变送器、下游液位变送器、水泵叶片角度传感器等装置采集主机运行时段内流道的机组运行功率、扬程、流量等数据，经控制装置的可编程控制器处理后建立起控制数学模型，并实时刷新水泵叶片角度调节器对水泵叶片角度的控制，使机组运行效率达到最高，从而达到机组安全高效运行的目地。本控制系统还设计有开环紧急抢排运行模式和闭环高效节能运行模式两种运行模式。解决了现有泵站不能对水泵叶片角度进行精确控制，实时跟踪调节水泵叶片运行角度使机组运行效率达到最高的问题。

Description

一种泵站智能运行控制系统

技术领域

本发明涉及一种泵站智能运行控制系统，属泵站机组优化运行控制技术领域。

背景技术

泵站在工作运行过程中，为了使泵站机组能充分发挥工作效率，达到最佳节能效果，通常的做法是通过调节水泵叶片的角度来实现其目的；其具体调节方法是通过检测泵站水泵运行的扬程、流量和功率，计算出泵站运行的装置效率，再通过运行效率的高低调整水泵叶片角度的大小来达到泵站经济运行、优化运行的目地。

早期由于受测控技术的限制，加之对大泵的测流及水泵叶片角度的调节技术不太成熟，导致对大型泵站的水泵叶片角度调节大都不太理想，使得泵站在运行过程中对水泵叶片角度基本不能进行调节，运行时水泵叶片的角度大小基本不变，不能对水泵的高效区经济运行进行跟踪，所以不能达到机组的优化运行。

随着时代的科技发展和测流技术的进步，现有对大泵测流技术及水泵叶片角度的调节技术也逐渐成熟，水泵流量监测数据的精确度也得到了极大的提高，这对泵站的自动优化运行以及水泵叶片角度的调节精度提供了很好的技术支撑，完全能实现通过实时刷新启动水泵叶片角度调节器对水泵叶片角度进行精确控制，跟踪调节水泵叶片运行角度使机组运行效率达到最高的目的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用机组运行功率、运行扬程和流量等数据，经过综合分析判断建立起控制模型，实时刷新启动水泵叶片角度调节器对水泵叶片角度进行精确控制，实时跟踪调节水泵叶片运行角度使机组自动优化、经济运行，达到运行效率最高、节能效果明显，从而达到机组安全高效运行目地的泵站智能运行控制系统。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该泵站智能运行控制系统由控制装置、功率变送器、流量变送器、上游液位变送器、下游液位变送器、振动传感器、水泵叶片角度传感器、叶片角度调节器构成，所述叶片角度调节器安装在水泵的主传动轴上端，叶片角度调节器为水泵上已有的装置；所述控制装置安装在叶片角度调节器上，功率变送器安装在水泵电机控制柜上，流量变送器安装在水泵的出水口上，上游液位变送器安装在上游水道中，下游液位变送器安装在下游水道中，振动传感器安装在叶片角度调节器的外罩与调节器缸体之间，并固定在叶片角度调节器外罩的内壁上，水泵叶片角度传感器安装在水泵叶片的外端；所述控制装置通过传输线分别与功率变送器、流量变送器、上游液位变送器、下游液位变送器、振动传感器、水泵叶片角度传感器和叶片角度调节器连接；所述控制装置通过泵站上位机接口与泵站的上位机连接。

所述控制装置由箱体、箱盖构成，箱体内安装有可编程控制器、 PLC扩展、调节器控制器、电源开关和接线端子，箱盖的上部装有触摸屏，箱盖的下部装有电源指示灯、运行指示灯、开环/闭环开关和电源开关按钮；所述的电源开关分别与电源指示灯、运行指示灯、开环/闭环开关和电源开关按钮电连接。

所述功率变送器为S3-WRD-3三相三线有功/无功功率组合变送器。

所述流量变送器为PCM950差压变送器。

所述上游液位变送器和下游液位变送器为RL206A液位变送器。

所述振动传感器为HG-C1030振动传感器。

所述水泵叶片角度传感器为HG-C1200角度传感器。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该泵站智能运行控制系统通过功率变送器、流量变送器、上游液位变送器、下游液位变送器、振动传感器、泵站上位机、水泵叶片角度传感器等装置采集主机运行时段内流道的机组运行功率、机组运行扬程、流量等数据，经控制装置的可编程控制器处理后建立起控制数学模型，并实时刷新水泵叶片角度调节器对水泵叶片角度的控制，跟踪调节水泵叶片运行角度使机组运行效率达到最高，从而达到机组安全高效运行的目地。并增加了泵站机组的振动监测，确保泵站机组的正常运行。另外，本控制系统设计有开环紧急抢排运行模式和闭环高效节能运行模式两种运行模式：在紧急抢排运行模式时，尽量加大水泵叶片运行角度，在保证机组最大功率运行无异常振动情况下，使用最大流量开环运行，加速抢排渍水抗灾，其因素在于抢险抗灾时，主要目的是加速抢排渍水，节约能源和经济运行是次要目的。在闭环高效节能运行模式时，根据实际水泵特性曲线、运行扬程，对应水泵高效运行区，进行角度设置实现跟踪高效运行区，由控制系统发出指令，使机组运行在最高效率工况，实现节约能源，经济运行，优化运行。

附图说明

图1为泵站智能运行控制系统的控制装置与各变送器、传感器及叶片角度调节器的连接示意图；

图2为泵站智能运行控制系统的控制装置的主视结构示意图；

图3为泵站智能运行控制系统的控制装置的侧视结构示意图；

图4为泵站智能运行控制系统的控制装置的内部结构示意图；

图5为泵站智能运行控制系统的连接方框图；

图6为泵站智能运行控制系统的传感器接线示意图；

图7为泵站智能运行控制系统的控制装置接线示意图；

图8为泵站智能运行控制系统的可编程控制器的接线示意图；

图9为泵站智能运行控制系统的运行特性图；

图10为泵站智能运行控制系统控制水泵的特性曲线图；

图11为泵站智能运行控制系统控制水泵设置叶片角度高效区跟踪轨迹程序编写参考图。

图中：1、控制装置，101、箱体，102、可编程控制器，103、PLC扩展，104、调节器控制器，105、电源开关，106、接线端子，107、触摸屏，108、电源指示灯，109、运行指示灯，110、开环/闭环开关，111、电源开关按钮，112、门锁，113、箱盖，2、功率变送器，3、流量变送器，4、上游液位变送器，5、下游液位变送器，6、振动传感器，7、泵站上位机接口，8、水泵叶片角度传感器，9、叶片角度调节器，10、水泵，11、水泵电机，12、水泵电机控制柜，13、泵站上位机，14、堤坝。

实施方式

参见附图1-11，该泵站智能运行控制系统由控制装置1、功率变送器2、流量变送器3、上游液位变送器4、下游液位变送器5、振动传感器6、水泵叶片角度传感器8、叶片角度调节器9构成，所述的叶片角度调节器9安装在水泵的主传动轴上端，叶片角度调节器9为水泵上现有的装置；所述的控制装置1安装在叶片角度调节器9上，功率变送器2安装在水泵电机控制柜12上，流量变送器3安装在水泵的出水口上，上游液位变送器4安装在上游水道中，下游液位变送器5安装在下游水道中，上游液位变送器4和下游液位变送器5安装在水道中，将水的深度转换为电信号传送给控制装置1；四个振动传感器6安装在叶片角度调节器9的外罩与调节器缸体之间，并固定在叶片角度调节器9外罩的内壁上，水泵叶片角度传感器8安装在水泵叶片的外端；所述的控制装置1通过传输线分别与功率变送器2、流量变送器3、上游液位变送器4、下游液位变送器5、振动传感器6、水泵叶片角度传感器8和叶片角度调节器9连接；所述的控制装置1通过泵站上位机接口7与泵站的上位机连接。所述的控制装置1由箱体101、箱盖113构成，箱体101内安装有可编程控制器102、 PLC扩展103、调节器控制器104、电源开关105和接线端子106，可编程控制器102运算处理各输入信号，经过运算后通过叶片角度调节器9控制水泵叶片角度，PLC扩展103接收外部各传感器信号传送给可编程控制器102的CPU；箱盖113的上部装有触摸屏107，箱盖113的下部装有电源指示灯108、运行指示灯109、开环/闭环开关110和电源开关按钮111；所述的电源开关105分别与电源指示灯108、运行指示灯109、开环/闭环开关110和电源开关按钮111电连接。

所述功率变送器2为S3-WRD-3三相三线有功/无功功率组合变送器；所述流量变送器3为PCM950差压变送器；所述上游液位变送器4和下游液位变送器5为RL206A液位变送器；所述振动传感器6为HG-C1030振动传感器；所述水泵叶片角度传感器8为HG-C1200角度传感器。

该泵站智能运行控制系统的工作过程如下：

1、泵站闭环高效节能运行模式的工作过程：

机组工作在闭环模式下时，当泵站的水泵开始工作后，上游液位变送器4和下游液位变送器5将采集到的上下游的水位、流量变送器3将采集到的输出流量、功率变送器2将采集到的水泵电机11的功率以及水泵叶片角度传感器8将采集到的叶片角度实时传送给控制装置1的可编程控制器102，可编程控制器102对上下游水位和输出流量、电机输出功率、叶片角度进行读取运算，并通过可编程控制器102将获取的液位数据换算为水泵的当前扬程。

控制系统在水泵电机11的功率不超过额定功率的前提下，通过可编程控制器102对上下游水位、输出流量、电机输出功率读取运算后和水泵特性曲线进行比对（参见附图10），得到高效运行的水泵叶片角度，并控制叶片角度调节器9上调水泵叶片角度，提高水泵电机11的负载；如果水泵电机11的功率超过额定功率时，则控制叶片角度调节器9下调水泵叶片角度，降低水泵电机11的负载；以达到在闭环高效节能运行模式的高效区电机用电量和排水量最佳匹配，用最少的电排最多的水。控制系统也可以直接将上游液位变送器4和下游液位变送器5采集到的上下游的水位，通过可编程控制器102将上下游水位差的数据换算成水泵的当前扬程，再与水泵厂家提供的运行扬程与水泵叶片对应角度的关系，编写成高效区跟踪轨迹程序，实时控制高效区电机用电量和排水量最佳匹配（参见附图10-11）。

所述的振动传感器6实时监测水泵的振动，避免异常振动造成机组损坏。泵站上位机通过泵站上位机接口7与控制系统的控制装置1连接，完成控制装置1与泵站上位机进行数据交换，读取水泵运行数据。

2、泵站开环紧急抢排运行模式的工作过程：

机组工作在开环模式下时，一般是处于紧急抢排运行模式状态，要求尽量加大水泵叶片运行角度，使用最大流量开环运行，加速抢排渍水抗灾，这种情况下都是采用人工调整水泵叶片角度；开环模式下不考虑节约能源和经济运行的高效模式，开环运行只考虑在人工设定需要的叶片角度值时，在保证机组最大功率运行无异常振动情况下，尽量将水泵叶片角度调定到最大值，使流量达到最大，保证在抢排渍水抗灾的过程中社会效益和经济效益的最大化以及国家和人民群众财产损失的最小化。

该泵站智能运行控制系统通过对泵站、水电站自动优化控制，使泵站、水电站的水泵叶片角度处于高效运行角度，节能效果明显，实施后一般泵站、水电站可以提高装置效率3-5％左右。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种泵站智能运行控制系统，它由控制装置（1）、功率变送器（2）、流量变送器（3）、上游液位变送器（4）、下游液位变送器（5）、振动传感器（6）、水泵叶片角度传感器（8）、叶片角度调节器（9）构成，所述的叶片角度调节器（9）安装在水泵的主传动轴上端，叶片角度调节器（9）为水泵上已有的装置；所述的控制装置（1）安装在叶片角度调节器（9）上，功率变送器（2）安装在水泵电机控制柜（12）上，流量变送器（3）安装在水泵的出水口上，上游液位变送器（4）安装在上游水道中，下游液位变送器（5）安装在下游水道中，振动传感器（6）安装在叶片角度调节器（9）的外罩与调节器缸体之间，并固定在叶片角度调节器（9）外罩的内壁上，水泵叶片角度传感器（8）安装在水泵叶片的外端；所述的控制装置（1）通过传输线分别与功率变送器（2）、流量变送器（3）、上游液位变送器（4）、下游液位变送器（5）、振动传感器（6）、水泵叶片角度传感器（8）和叶片角度调节器（9）连接；所述的控制装置（1）通过泵站上位机接口（7）与泵站的上位机连接。

2.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述的控制装置（1）由箱体（101）、箱盖（113）构成，箱体（101）内安装有可编程控制器（102）、 PLC扩展（103）、调节器控制器（104）、电源开关（105）和接线端子（106），箱盖（113）的上部装有触摸屏（107），箱盖（113）的下部装有电源指示灯（108）、运行指示灯（109）、开环/闭环开关（110）和电源开关按钮（111）；所述的电源开关（105）分别与电源指示灯（108）、运行指示灯（109）、开环/闭环开关（110）和电源开关按钮（111）电连接。

3.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述功率变送器（2）为S3-WRD-3三相三线有功/无功功率组合变送器。

4.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述流量变送器（3）为PCM950差压变送器。

5.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述上游液位变送器（4）和下游液位变送器（5）为RL206A液位变送器。

6.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述振动传感器（6）为HG-C1030振动传感器。

7.根据权利要求1所述的一种泵站智能运行控制系统，其特征在于：所述水泵叶片角度传感器（8）为HG-C1200角度传感器。