CN201292954Y - 水泵和/或风机高效节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于水泵和/或风机的高效节能控制系统。系统包括耗能的用户端，水泵和风机组成的工作部分，电机、电机保护器、变频调速器、软启动器、脉冲启动器组成的配套智能化的可控动力装置，可编程控制器、触摸屏显示器和传感器组成的系统管理部分；工作部分和用户端借助于配套管道连接，管理部分借助传感器采集在线流体参数回传、并经比较处理后发出调控信号至可控动力装置的伺服机构形成闭环控制。工作部分和用户端之间的各个节点处分别安装有压力传感器和流量传感器，其中上述压力传感器和流量传感器采集到的在线信号经可编程控制器处理后为调整指令，借助变频调速器实现配套功率输出模式的标准化运行。

Description

水泵和/或风机高效节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于水泵和/或风机的高效节能控制系统，具体涉及一种能够实现节约用电的控制系统。

背景技术

水泵、风机广泛应用于日常生产、生活中使用的多种领域，可以单独组成给水或送风系统，也可以混合应用形成组合系统，列如应用于中央空调系统、工业冷却水系统、工业供风等；在最近几年内，其中央空调制冷设备在大型办公室、宾馆、酒楼、会议厅等公共场所和冷库、厂房被广泛采用。但上述系统在传统的设计理念中，仅仅注重了安全和可靠性，忽视了科学和节能。水泵、风机系统的流量与压差是靠截流阀和分流阀调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成系统最末端达不到合理效果的情况。现有使用过程中，容易使导致调系统中水泵、风机出现“大流量、低效率、高能耗”问题和设备匹配、运行过程不合理现象。超功率的电机、水泵、风机的在线运转和大量管道调节阀的设置已经暴露出现有系统中的关键弊病。特别是在计算机技术飞速发展和传感器技术日益精准的今天，这些问题容易导致电机运行电流过大、发热温度高、寿命减短，有时还导致电机超载过热而烧坏线圈，设备运行震动大、噪音高等设备故障隐患。采用现代控制技术改造我们的水泵和/或风机高效节能控制系统已经是迫在眉睫。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有供风和供水系统的不足，提供一种水泵和/或风机用的高效节能控制系统，利用系统中在线参量的采集、处理，借助对输送液体和/或空气的流量数据分析，决定随机调整方案，实现节省电机能量消耗，提高有效功效率，并降低成本，并保证水泵、风机设备安全、稳定运行，节约能源消耗。

为实现上述目的，本实用新型提供一种水泵和/或风机高效节能控制系统，系统包括耗能的用户端，水泵和风机组成的工作部分，电机、电机保护器、变频调速器、软启动器、脉冲启动器组成的配套智能化的可控动力装置，可编程控制器、触摸屏显示器和传感器组成的系统管理部分；工作部分和用户端借助于配套管道连接，管理部分借助传感器采集在线流体参数回传、并经比较处理后发出调控信号至可控动力装置的伺服机构形成闭环控制。关键在于：所述系统的工作部分和用户端之间的各个节点处分别安装有压力传感器和流量传感器，其中上述压力传感器和流量传感器采集到的在线信号经可编程控制器处理后转化为标准模式下的调整指令，传送到频调速器，借助变频调速器实现配套功率输出模式的标准化运行。

以上的水泵和/或风机高效节能控制系统的特点是：所述系统的各个分支管路节点安装有流体压力传感器和流量传感器；压力传感器、流量传感器输出端接可编程控制器的输入端，经可编程控制器分析计算处理后将调整控制信号送到控制水泵和/或风机的变频调速器，该变频调速器通过三相电缆与水泵、风机的驱动电机相连。直接实现对水泵、风机输出功率的调整。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：系统结构简单紧凑、成本低廉、自动化程度高、可以实现人机界面对话、数据打印、实时监控、报警记录提示、安装维修方便，可直接在现有的结构上改造，其适用范围广、易于推广应用，同时能够节省系统的电机能量消耗、提高主机运行效率、降低成本、保证水泵、风机、的稳定运行。变频调速下的节能风机、水泵类设备的应用直接实现调节流量，比用挡板、阀门之类来调节，可节电20％以上。如果平均按30％计算，全国推广节省的电量为全国总用电量的9％，这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，动力仍旧以额定速度运行，这时能量浪费较大。如果用本系统对风机、水泵类设备进行调控，管路阻尼最小，能耗大为减少。

附图说明

图1是本系统结构示意图

图例说明

1、水泵(风机)    2、电机

3、用户端        4、水源(风源)

5、电机保护器        6、变频调速器

7、电源              8、软启动器

9、脉冲启动器        10、触摸屏显示器

11、可编程控制器     12、压力传感器

13、流量传感器

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

具体实施方式

结合图1可以清楚的看出，本系统中包括耗能的用户端3，水泵和风机组成的工作部分1，电机2、电机保护器5、变频调速器6、软启动器8、脉冲启动器9组成的配套智能化的可控动力装置，可编程控制器11、触摸屏显示器10和传感器组成的系统管理部分；工作部分1和用户端3借助于配套管道连接，管理部分借助传感器采集在线流体参数回传、并经比较处理后发出调控信号至可控动力装置的伺服机构形成闭环控制。关键在于：所述系统的工作部分1和用户端3之间的各个节点处分别安装有压力传感器12和流量传感器13，其中上述压力传感器12和流量传感器13采集到的在线信号经可编程控制器11处理后转化为标准模式下的调整指令，传送到频调速器6，借助变频调速器6实现配套功率输出模式的标准化运行。

可编程控制器11中设置存储有根据外部环境和使用效果指标设置的标准工作模式等级、以及各种模式等级下连接用户端各个节点标准流量参数及其数值变化范围经验数据列表的存储器。

可编程控制器11中还设置存储有根据在线采集到的数据与经验数据比对和分析的结果选择的调整指令连接向量表，以上在线比较、分析结果直接输送到触摸显示屏10。

各个节点处分别安装有与压力传感器12和流量传感器13配套的温度传感器。

工作部分1和用户端3之间的各个节点处仅设置用于检修管路的截止阀。

以上所说的可编程控制器(11)是采用6ES7-134。

现有技术中，在风机、水泵配套的管路中常用阀门、挡板进行节流调节，直接增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定输出功率运行，这时能量消耗完全是一种浪费。如果用采用本实用新型的高效节能控制系统对风机和/或水泵类设备进行调速实现在线功率的随机调整，就不再需要用节流阀门、挡板进行调节。运行中的截止阀门可以直接开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式对风机、水泵组成的系统中采用挡板或调节阀调节流量进行计算改造，配套电机的额定功率选择可以降低20％以上。本实用新型所涉及的高效节能控制系统试用于风机、水泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此还大大减少了设备维护、维修费用，降低了停产周期。直接和间接经济效益十分显著。

计算附录：

$P_L=[0.45-0.55{\left(\frac{Q}{Q_N}\right)}^2]P_e\left(\mathrm{KW}\right)---\left(1\right)$

式中：Pe-额定流量时电机输入功率KW

Q_N-额定流量

若流量的调节范围(0.5～1)Q_N，则调节电率为：

$K_1=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{P_L}=\frac{P_L-P_e{\left(\frac{Q}{Q_N}\right)}^2}{P_L}=1-\frac{{\left(\frac{Q}{Q_N}\right)}^3}{0.45-0.55{\left(\frac{Q}{Q_N}\right)}^2}---\left(2\right)$

从(1)式分析，节流调节时，Q＜Q_L，则Q/Q_L的比值一般是小于1的分数，其(Q/Q_L)²的值比Q/Q_L更小，与0.55的乘积仍小于0.55，即节流调节后，电机的负载变小了，消耗的功率也比额定功率小。当挡板或阀门全关时，风机、泵类空载运行，消耗的功率最少，最小等于0.45P_e；(2)则表明采用变频调速后，电机消耗的功率与实际流量和额定流量比值P_L，得电机在节流调节消耗的功率基础上计算的节能率。用相似性原理P∞n³计算节能时，也应先计算原系统节流调节时消耗的电能，再与系统变频调速后消耗的电能相减，这不正好是(2)式分子的表示式。因此，要准确地计算节能，还需使用(1)式计算系统节流调节时消耗的电能。

2、恒转矩类负载的调速节能

对恒转矩类负载，有

$P_L=\frac{T_L{n}_1}{9550}---\left(3\right)$

电机的输入功率与转速的一次方成正比，采用变频调速后节省的功率可由下式计算：

$P_1-P_2=\frac{T_1{n}_1-T_2{n}_2}{9550}=\frac{T(n_1-n_2)}{9550}---\left(4\right)$

节电率：

$k_1=\frac{P_1-P_2}{P_1}=\frac{n_1-n_2}{n_1}---\left(5\right)$

节省的功率与系统调速前后的速差成正比，速差越大，节能越显著。

Claims (6)

1、一种水泵和/或风机高效节能控制系统，系统中包括耗能的用户端(3)，水泵和风机组成的工作部分(1)，电机(2)、电机保护器(5)、变频调速器(6)、软启动器(8)、脉冲启动器(9)组成的配套智能化的可控动力装置，可编程控制器(11)、触摸屏显示器(10)和传感器组成的系统管理部分；工作部分(1)和用户端(3)借助于配套管道连接，管理部分借助传感器采集在线流体参数回传、并经比较处理后发出调控信号至可控动力装置的伺服机构形成闭环控制，其特征在于：所述系统的工作部分(1)和用户端(3)之间的各个节点处分别安装有压力传感器(12)和流量传感器(13)，其中上述压力传感器(12)和流量传感器(13)采集到的在线信号经可编程控制器(11)处理后转化为标准模式下的调整指令，传送到频调速器(6)，借助变频调速器(6)实现配套功率输出模式的标准化运行。

2、根据权利要求1所说的水泵和/或风机高效节能控制系统，其特征在于可编程控制器(11)中设置存储有根据外部环境和使用效果指标设置的标准工作模式等级、以及各种模式等级下连接用户端各个节点标准流量参数及其数值变化范围经验数据列表的存储器。

3、根据权利要求2所说的水泵和/或风机高效节能控制系统，其特征在于可编程控制器(11)中还设置存储有根据在线采集到的数据与经验数据比对和分析的结果选择的调整指令连接向量表，以上在线比较、分析结果直接输送到触摸显示屏(10)。

4、根据权利要求1所说的水泵和或风机高效节能控制系统，其特征在于各个节点处分别安装有与压力传感器(12)和流量传感器(13)配套的温度传感器。

5、根据权利要求1所说的水泵和或风机高效节能控制系统，其特征在于工作部分(1)和用户端(3)之间的各个节点处仅设置用于检修管路的截止阀。

6、根据权利要求1所说的水泵和/或风机高效节能控制系统，其特征在于可编程控制器(11)是采用6ES7-134。

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