CN203223360U

CN203223360U - 一种风机水泵节能装置

Info

Publication number: CN203223360U
Application number: CN 201320114277
Authority: CN
Inventors: 刘教瑜; 曹能; 杨华群; 刘凯; 吴雪峰; 万路; 王晨光; 申廷进; 高君宇; 魏体鉴
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2023-03-13

Abstract

本实用新型是一种风机水泵节能装置，其由触摸屏、PLC控制器，以及多台变频器、风机水泵、流量计和功率测量单元组成；所述PLC控制器通过RS485总线将触摸屏、变频器以及功率测量单元串联起来，通过MODBUS协议通信；变频器的输入端接入功率测量单元；变频器的输出端接风机水泵；流量计的流量信号接入到PLC控制器。本实用新型改变了传统的只有一台风机泵机工作于变频状态、其余泵机工作于工频状态的结构，采用多台泵机同时变频调速的方案，并且利用控制器中节能算法对系统进行最小功率控制，节能效果明显；尤其在大功率场合，节能效果非常显著。

Description

一种风机水泵节能装置

技术领域

本实用新型涉及水泵，特别是一种基于多变频器、多泵机的风机水泵节能装置，尤其在大功率场合，节能效果非常显著。

背景技术

目前，在风机水泵类负载变频的控制中，其主要的模式是将运行在工频的风机水泵台数调节和单台变频调节结合在一起满足所需流量。即当要求的流量小于n台风机水泵额定流量之和的时候，n-1台风机水泵运行于工频状态，1台风机水泵运行于变频状态。这是根据流量需求配置风机水泵台数，其节能效果较早先利用挡板控制流量有所提高，但仍不是十分理想，还有较大节能潜力可以挖掘。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种风机水泵节能装置，以便解决已有技术存在的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由触摸屏、PLC控制器，以及多台变频器、风机水泵、流量计和功率测量单元组成；所述PLC控制器通过RS485总线将触摸屏、变频器以及功率测量单元串联起来，通过MODBUS协议通信；变频器的输入端接入功率测量单元；变频器的输出端接风机水泵；流量计的流量信号接入到PLC控制器。

本实用新型在RS485通信线的两个端节点可以并联110-130Ω电阻。

所述功率测量单元主要由电压采样电路、电流采样和AVR单片机最小系统组成；变频器的输入电压接入电压采样电路的输入端，通过电压采样电路转换为数字量后，由单片机读取；变频器的输入电流通过电流采样电路转换为0～2.56V的电压，再经AVR单片机的AD口转换为数字量。

所述电压采样电路可以由分压电路、整流电路、滤波电路、放大电路，TLC1549为主的模数转换电路以及光耦隔离电路组成；输入电压经一个固定阳值电阳和一个滑动变阳器分压、整流芯片DB107整流、电容滤波后，经模数转换器TLC1549转换为数字信号，经光耦隔离后由单片机读取。

所述电流采样电路可以由整流芯片DB107、霍尔电流传感器ACS712、RC滤波电路、放大器AD620组成；输入电流经整流桥DB107整流变为直流电流信号后，直流信号输入霍尔电流传感器ACS712变换为与电流成正比的电压信号，经放大器AD620放大后变换为0～2.56V的电压信号，电压信号输入到AVR单片机的AD口。所述AVR单片机最小系统可以采用ATMEGA8单片机。

本实用新型与现有技术相比，具有以下主要的优点：

为了挖掘节能潜力，理论和实践均可证明，将多台风机水泵均运行于变频(低频)状态，在满足所需流量的情况下，通过变频，可以寻找到最小运行功率点，此时，节能效果十分显著。

本实用新型改变了传统的只有一台风机泵机工作于变频状态、其余泵机工作于工频状态的结构，采用多台泵机同时变频调速的方案，并且利用控制器中节能算法对系统进行最小功率控制，节能效果明显。

该节能装置由用户设定的流量情况，根据管网瞬间压力变化，通过控制器，实时自动调节泵机的工作频率即转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端流量保持在恒定的流量设定值。

现结合实际运用情况说明其节能效果：

织三中央空调改造前有冷冻、冷却循环水泵4台，装机容量22KW/台，二用二备。

改造前的原模式：水泵一用一备。

冷却泵功率22KW*1，运行电流43A。

冷冻泵功率22KW*1，运行电流38A。

月耗电：[3*220*43*08+3*220*38*0.8]*24*30＝30816度。

改造后的节电模式：两台水泵并联运行，变频器调节输出频率27～30Hz，在保证水泵流量的前提下：

冷却泵功率22KW*2，运行总电流20A。

冷冻泵功率22KW*2，运行总电流16A。

节电率：1-[(20+16)/(43+38)]＝55％。

每月节省耗电：(3*220*20*0.8+3*220*16*0.8)*24*30＝14040度。

每月节省电费：(30816-14040)*0.8元/度＝13420.8元。

实际运行证实，该系统经改造后节能十分显著，同时由于水泵低速运行，不仅故障率大大降低，而且也降低了设备的维修成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1.触摸屏；2.PLC控制器；3.变频器；4.水泵；5.流量计；6.功率测量单元。

图2是功率测量单元电压采样电路图。

图3是功率测量单元电流采样电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提供的一种风机水泵节能装置，其结构如图1所示，包括触摸屏1、PLC控制器2、多台变频器3、风机水泵4、流量计5和功率测量单元6。

所述触摸屏1为市售的产品，例如可以采用台达公司生产的DOP-B10E615触摸屏。

所述PLC控制器2为市售的产品，例如可以采用台达DVP-ES2系列PLC。

所述变频器3为市售的产品，例如可以采用台达VFD-M系列变频器。变频器的输入电压接入电压采样电路的输入端，通过电压采样电路转换为数字量后，由单片机读取；变频器的输入电流通过电流采样电路转换为0～2.56V的电压，再经AVR单片机的AD口转换为数字量。

所述流量计5为市售的产品，例如可以采用OKD-HZ25DN霍尔流量传感器。

本风机水泵节能装置以PLC控制器2为核心，该PLC控制器与其他各部分间的通信通过RS485总线将触摸屏1、变频器3以及功率测量单元6串联起来，通过MODBUS协议通信，在RS485通信线的两个端节点并联110-130Ω电阻，以减小通信干扰。变频器3的输入端接入功率测量单元6，变频器的输出端接风机水泵。功率测量单元6主要由电压采样电路和电流采样电路和ATMEGA8单片机最小系统组成，电路测得变频器的输入电压和输入电流，进而由单片机算出各台变频器所消耗的功率。

所述功率测量单元主要由电压采样电路、电流采样和AVR单片机最小系统组成；测得变频器的输入电压和输入电流，进而得到各台变频器所消耗的功率。流量计测得各泵机的流量信号后直接输入到PLC控制器。由各泵机的功率信号和流量信号确定下一时刻各泵机的运行频率，从而在保证设定流量的前提下该装置消耗的总功率最小。

所述电压采样电路如图2所示：输入电压由J2接入，通过R5、R8分压；整流芯片DB107整流；电容C5滤波；放大器芯片AD620放大，其放大后的电压需满足后续模数转换器TLC1549的测量范围，其放大倍数通过R4改变；放大后的信号由AD620的6脚输出，输入到模数转换器TLC1549，转换为数字信号；光耦U6的二脚接到单片机的IO口PD4，即单片机提供给TLC1549时钟信号；光耦U9的4脚接入单片机的IO口PC0，即TLC1549转换后的数字信号经光耦输出，传送到单片机；光耦U10接单片机的IO口PB6，即TLC1549的片选信号由单片机提供。

所述电流采样电路：将输入端由J1接入，经DB107整流后，串入霍尔电流传感器ACS712，后经RC滤波、AD620放大后由AD620的6脚输出，ADC0接到单片机的AD口，从而得到变频器的输入电流。AD620的放大后的输出电压范围为0～2.56V，由此可确定放大器的放大倍数，放大倍数由R1决定。

当霍尔电流传感器ACS712输入正向电流时，传感器的输出大于2.5V，为了增加测量精度和灵敏度，AD620的反相端接2.5V参考电压，即可保证AD620的输出电压在0～2.56V范围内变化，保证测量精度。2.5V参考电压有右边以TL431为主的电路得到。

测量变频器的电压时，每路使用一个模数转换芯片是为了防止相互干扰导致测量误差增大；而霍尔电流传感器本身就是隔离的，故使用单片机自身的AD即可得到电流。

将所得的电压和电流经计算得到变频器的功率，之后通过单片机与PLC控制器2通过MODBUS通信传入PLC控制器2，从而得到水泵所消耗的功率。

所述流量计5测得各泵机的瞬时流量信号后输出的脉冲信号直接输入到PLC控制器2。

本实用新型提供的风机水泵节能装置，其工作过程是：首先由触摸屏设定所需流量，PLC控制器判断将要工作的风机水泵台数和暂不起动的风机水泵台数，依据控制算法，控制各台工作的泵机的运行频率。同时各台泵机的流量由与之相连的流量计的输出脉冲信号反馈到PLC；各台泵机的功率由与之相连的功率测量单元测得相应电压和电流，单片机计算得到功率值，功率值由MODBUS通信反馈回控制器，PLC控制器根据反馈回的流量和功率确定泵机的运行频率，经MODBUS与变频器通信，改变变频器的频率，使整个系统在保证设定流量的前提下消耗功率之和最小且各泵机工作于高效节能区，从而保证整个系统始终高效运行。另外系统根据反馈回控制器的流量信号得到泵机的流量之和，保证实际流量与设定流量一致。

当改变流量时，由PLC控制器判断是否需要改变泵机台数；如果在保证运行中的泵机均处于高效节能区就能满足此时设定的流量，则PLC控制器只根据最小功率算法改变流量分配；若当前运行中的泵机无法满足所需流量时，控PLC制器算出要起动(或停止)的泵机台数，相应的软起动(软停)泵机，并且对当前要运行的泵机进行流量重新分配；始终保证运行中的泵机的轴功率之和最小。

Claims

1.一种风机水泵节能装置，其特征是由触摸屏、PLC控制器，以及多台变频器、风机水泵、流量计和功率测量单元组成；所述PLC控制器通过RS485总线将触摸屏、变频器以及功率测量单元串联起来，通过MODBUS协议通信；变频器的输入端接入功率测量单元；变频器的输出端接风机水泵；流量计的流量信号接入到PLC控制器。

2.根据权利要求1所述的风机水泵节能装置，其特征是在RS485通信线的两个端节点并联110-130Ω电阻。

3.根据权利要求1所述的风机水泵节能装置，其特征是所述功率测量单元主要由电压采样电路、电流采样和AVR单片机最小系统组成；变频器的输入电压接入电压采样电路的输入端，通过电压采样电路转换为数字量后，由单片机读取；变频器的输入电流通过电流采样电路转换为0～2.56V的电压，再经AVR单片机的AD口转换为数字量。

4.根据权利要求3所述的风机水泵节能装置，其特征是所述电压采样电路由分压电路、整流电路、滤波电路、放大电路，TLC1549为主的模数转换电路以及光耦隔离电路组成；输入电压经一个固定阻值电阻和一个滑动变阻器分压、整流芯片DB107整流、电容滤波后，经模数转换器TLC1549转换为数字信号，经光耦隔离后由单片机读取。

5.根据权利要求3所述的风机水泵节能装置，其特征是所述电流采样电路由整流芯片DB107、霍尔电流传感器ACS712、RC滤波电路、放大器AD620组成；输入电流经整流桥DB107整流变为直流电流信号后，直流信号输入霍尔电流传感器ACS712变换为与电流成正比的电压信号，经放大器AD620放大后变换为0～2.56V的电压信号，电压信号输入到AVR单片机的AD口。

6.根据权利要求3所述的风机水泵节能装置，其特征是所述AVR单片机最小系统采用ATMEGA8单片机。