CN207846553U - 一种背包式一体机控制系统和背包式一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变频技术领域，公开了一种背包式一体机控制系统和背包式一体机。本实用新型，提供了一种背包式一体机控制系统，包括：控制器和N个背包式一体机，N为大于1的自然数；背包式一体机包括变频器和泵，变频器和泵连接；控制器与背包式一体机连接，用于控制变频器驱动泵的运行，使得变频器和泵组装在一起构成背包式一体机，由于缺省了继电器、接触器等，简化系统的电气接线，增强系统的可靠性；系统使用全变频控制，避免了工变频的切换从而使水压调节更加平稳且响应速度快。

Description

一种背包式一体机控制系统和背包式一体机

技术领域

本实用新型涉及变频技术领域，特别涉及一种背包式一体机控制系统和背包式一体机。

背景技术

目前，供水控制通常采用水泵恒速运行加上调整出口阀开度的方式调节供水的水量水压。变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。目前的恒压供水系统，多采用一个变频器和多个电机实现工变频切换的循环软启动，或者一个变频器和多个电机实现一主多辅的恒压供水模式。

然而，发明人发现，现有技术通过控制接触器的通断，完成工变频的切换，从而使得水压恒定。该种方法至少存在以下问题：(1)系统接线，需要试验工频和变频的相序是否一致，即接线过程比较复杂；(2)工变频的切换，对电网的冲击较大；(3)使用接触器完成工变频器的切换，考虑到接触器的黏连问题，降低了系统的可靠性；(4)水泵的工变频切换过程中，会引起水压的波动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种背包式一体机控制系统和背包式一体机，使得变频器和泵组装在一起构成背包式一体机，由于缺省了继电器、接触器等，简化系统的电气接线，增强系统的可靠性；系统使用全变频控制，避免了工变频的切换从而使水压调节更加平稳且响应速度快。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种背包式一体机控制系统，包括：

控制器和N个背包式一体机，N为大于1的自然数；

背包式一体机包括变频器和泵，变频器和泵连接；

控制器与背包式一体机连接，用于控制变频器驱动泵的运行。

本实用新型的实施方式还提供了一种背包式一体机，包括：变频器和泵；

变频器与泵连接，用于控制泵的运行频率；

背包式一体机上设置有通讯接口；

背包式一体机通过通讯接口与控制器进行数据通信。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，通过将变频器和泵组装在一起，组成背包式一体机，控制器与N个背包式一体机连接，直接控制N个背包式一体机的运行状态，即通过控制器控制各个背包式一体机中的变频器驱动与变频器直接连接的泵运行。由于将变频器和泵组装在一起，使得整个控制系统因为缺省了继电器、接触器等而简化了电气接线，增强了系统的可靠性。由于使用全变频控制，在接线时不需要再试验工频和变频的相序是否一致，降低了接线的复杂程度；而且全变频控制有利于避免在控制过程中工变频切换对电网的冲击，同时，有利于使系统对水压的调节更加平稳且响应速度更快。

另外，控制器与背包式一体机通过ModBus总线进行数据通讯。使用ModBus总线使控制器的控制指令可以准确的传达到各个背包式一体机，使得各个背包式一体机中的泵能够有效的执行来自控制器的控制指令，从而有利于整个系统有效的运行。

另外，还包括触摸屏，触摸屏与控制器连接，用于提供人机交互界面。触摸屏是“图形操作终端”，这种触摸屏具有人体感应功能，当手指触摸到触摸屏上的图形时，可发出操作指令。同时触摸屏上也可显示当前控制器的运行状态，使得工作人员可以方便及时的获知系统的相关运行参数，并在发现参数出现偏差时，及时做出调整，有利于系统的正常运行。

另外，控制器中包括：过程闭环子模块、泵调度子模块；过程闭环子模块与所泵调度子模块连接；过程闭环子模块用于根据水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率；泵调度子模块用于根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态。过程闭环子模块能够根据当前水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率，有利于控制并快速调节当前的水压稳定。泵调度子模块根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态，可以根据目标频率及时对系统中的各个泵进行控制，使得各个泵互相合作，共同完成供水任务，有利于满足当前的供水需求。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式的背包式一体机控制系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型第二实施方式的背包式一体机控制系统中的控制器的结构示意图；

图3是根据本实用新型第三实施方式的背包式一体机的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种背包式一体机控制系统。本实施方式的核心在于，提供了一种背包式一体机控制系统，包括：控制器和N个背包式一体机，N为大于1的自然数；背包式一体机包括变频器和泵，变频器和泵连接；控制器与背包式一体机连接，用于控制变频器驱动泵的运行，使得变频器和泵组装在一起构成背包式一体机，由于缺省了继电器、接触器等，简化系统的电气接线，增强系统的可靠性；系统使用全变频控制，避免了工变频的切换从而使水压调节更加平稳且响应速度快。下面对本实施方式的背包式一体机控制系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式的背包式一体机控制系统的结构示意图如图1所示，具体包括：

控制器101和N个背包式一体机，N为大于1的自然数；背包式一体机包括变频器和泵，变频器和泵连接；控制器101与背包式一体机连接，用于控制变频器驱动泵的运行。

比如说，如图1所示，有N个背包式一体机，各个背包式一体机都与控制器101连接，每个背包式一体机中都有一个变频器，每个变频器都连接了一个泵，可以对每个泵和变频器进行编号，如图1中的变频器1、变频器2、变频器3、一直到变频器N，泵1、泵2、泵3一直到泵N。控制器101与各个背包式一体机通过ModBus总线进行数据通讯。ModBus协议应用于电子控制器上的一种通用语言，通过此协议，控制器101经由总线和各个背包式一体机之间可以通信，当在同一Modbus网络上通信时，控制器101需要知道各个背包式一体机的地址，如图中的地址1、地址2、地址3一直到地址N，控制器101通过识别各个背包式一体机的地址，将控制指令通过ModBus总线发送到相应的地址所对应的背包式一体机。

需要说明的是控制器101可以是可编程逻辑控制器PLC、控制面板或其它上位机等用于控制整个系统的设备，本实施方式中只是以PLC为例，但在实际应用中并不以此为限。

另外，背包式一体机控制系统中还包括触摸屏102，所述触摸屏102与所述控制器101连接，用于提供人机交互界面。

具体地说，触摸屏102是“图形操作终端”，这种触摸屏具有人体感应功能，当手指触摸到触摸屏上的图形时，可发出操作指令。控制器101内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。触摸屏102可以理解为，使用它来绘制画面，在画面中实现显示/输入/输出/存储/报警等功能。触摸屏在本实施方式中相当于一个既能显示又能与PLC进行通讯(实现各种功能)的一个智能设备，具有编程能力。比如说，可以在上面绘制按钮，代替实际的按钮实现通断控制；在上面绘制数据输入按钮，可以输入数据给PLC；可以在上面显示PLC的运行状态。通过将控制器101和触摸屏102连接，可以节省很多如按钮，转换开关，中间继电器，时间继电器等硬元件，还可以通过组态软件将整个系统的现场数据集中在触摸屏上显示，方便观察，自动记录，另外，由于其体积相对较小，安装方便，便于维护，成本也较低。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，通过将变频器和泵组装在一起，组成背包式一体机，控制器101与N个背包式一体机连接，直接控制N个背包式一体机的运行状态，即通过控制器101控制各个背包式一体机中的变频器驱动与变频器直接连接的泵。由于将变频器和泵组装在一起，使得整个控制系统因为缺省了继电器、接触器等而简化了电气接线，增强了系统的可靠性。由于使用全变频控制，在接线时不需要再试验工频和变频的相序是否一致，降低了接线的复杂程度；而且全变频控制有利于避免在控制过程中工变频切换对电网的冲击，同时，有利于使系统对水压的调节更加平稳且响应速度更快。使用ModBus总线使控制器101的控制指令可以准确的传达到各个背包式一体机，使得各个背包式一体机中的泵能够有效的执行来自控制器101的控制指令，从而有利于整个系统有效的运行。

本实用新型的第二实施方式涉及一种背包式一体机控制系统。第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：控制器101中包括：过程闭环子模块201、泵调度子模块202；过程闭环子模块201与泵调度子模块202连接；过程闭环子模块201用于根据水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率；泵调度子模块202用于根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态。本实施方式的背包式一体机控制系统中的控制器101的结构示意图如图2所示，具体包括：

控制器101中包括：过程闭环子模块201、泵调度子模块202；过程闭环子模块201与泵调度子模块202连接；过程闭环子模块201用于根据水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率；泵调度子模块202用于根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态。

具体地说，过程闭环子模块201可以接收传感器发送到的水压的反馈值，传感器可以为水压传感器，设在管路上检测管路中的水压。水压传感器将水压的大小传送给过程闭环子模块201，过程闭环子模块201可以根据给定的压力值和接收到的传感器送来的管路水压的反馈值，并综合一定的调节规律发出的系统调接信号，从而控制管路供水压力恒定。调节规律可以通过PLC中的逻辑控制程序完成，从而实现水压给定值与反馈值的调节工作，控制输出合适的目标频率，有利于控制并快速调节当前的水压稳定。

值得一提的是，过程闭环子模块201可以对水压的给定值和反馈值的偏差值进行比例积分微分PID控制，并将所述PID控制的输出结果作为所述目标频率。PID控制因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型以及控制理论的其它技术难以采用时，但是系统控制器的结构和参数又必须依靠经验和现场调试来确定的情况下，应用PID控制技术最为方便。PID控制就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。对水压的给定值和反馈值的偏差值进行PID调节，当然压力值可以在一定比例上转化成电压值，对两个电压的差值进行PID调节，PID处理后得出模拟量信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率，从而控制泵的转速达到对水压的恒压控制。PID控制，在实际应用中也可以采用PI或PD控制，来满足系统的控制需求。

泵调度子模块202用于根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态。

比如说，为了恒定水压，那么在水压降低时，需要升高变频器的输出频率，如果一台水泵工作的频率达不到目标频率时，就需要启动第二台或第三台水泵。可以通过一个判断标准来决定是否需要启动新泵，所述判断标准为目标频率是否达到所设定的频率上限值。也就是说，在目标频率达到所设定的频率上限值时，泵调度子模块202会向N个背包式一体机中的一个发送运行指令，一次加一个泵，加泵后再进行检测进而根据输出的目标频率，判断是否还需要再加泵。

当用户用水量减小时，管路中的压力回升，一台水泵工作的频率就可以达到目标频率，那么就只需要控制一台泵供水就可以了。减泵时，本着先起先停的原则，泵调度子模块202会向第一个启动的泵发送停止命令，使第一个运行的泵先停止。也就是说，如果泵1先启动则泵1先停，如果用水量进一步减小，再接着停泵2。如果用水量再次减小(比如说深夜无人或很少人用水的情况下)，而且只剩一个泵在供水，目标频率减小到小于预先设置的休眠频率，为了防止在短时间内泵时起时的“振荡”现象，可以设置一个确认时间T，如果低于休眠频率的时间小于T，泵调度子模块202可以不必做出处理，只有当低于休眠频率的时间较长,大于确认时间T的时候,泵调度子模块202才会控制泵进入休眠状态。

当夜间过去后，白天到来用水量开始增大，如果给定电压值和反馈电压值的偏差大于预先设置的唤醒偏差，则认为泵的休眠状态应该被唤醒，唤醒偏差可以由本领域技术人员根据实际需要进行设置。当只需一个泵就可以实现供水时，也就是说一台泵工作就可以达到目标频率，为了减轻一个泵的工作压力，泵调度子模块202可以设置系统中各个泵轮换工作。比如说控制要求中规定任意的一台水泵连续运行不超过3小时，那么可以控制每个泵工作3小时轮换一次，从而不至于使供水任务落在一台泵上，分工合作更有利于系统的有效工作。

在实际应用中控制器中还可以包括：故障检测子模块203，报警子模块204，故障检测子模块203与泵调度子模块202连接，用于检测泵是否正常运行。报警子模块204与故障检测子模块203连接，用于故障检测子模块203检测到出现故障时，发出报警信息。

比如说，故障检测子模块203可以检测到各个泵是否正常运行，正常运行可以理解为各个泵是否按照泵调度子模块202的控制要求以相应的频率运行。值得一提的是，故障检测子模块203还可以检测到整个系统中的通讯是否正常。报警子模块204就可以在出现上述故障后发出报警信息，这一报警信息可以对工作人员起到提醒的作用，提醒工作人员及时对故障进行处理，有利于整个系统的顺利运行，同时对整个系统的安全性提供了一定的保障。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，控制器101中包括：过程闭环子模块201、泵调度子模块202；过程闭环子模块201与所泵调度子模块202连接；过程闭环子模块201用于根据水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率；泵调度子模块202用于根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态。过程闭环子模块201能够根据当前水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率，有利于控制并快速调节当前的水压稳定。泵调度子模块202根据目标频率对N个背包式一体机中的泵进行调度并控制泵的运行状态，可以根据目标频率及时对系统中的各个泵进行控制，使得各个泵互相合作，共同完成供水任务，有利于满足当前的供水需求。故障检测子模块203和报警子模块204的设置，有利于整个系统的顺利运行，同时对整个系统的安全性提供了一定的保障。

本实用新型第三实施方式涉及一种背包式一体机，包括：变频器302和泵303；变频器302与泵303连接，用于控制泵303的运行频率；背包式一体机301上设置有通讯接口304；背包式一体机301通过通讯接口304与控制器进行数据通信。背包式一体机301的设计使得变频器302和泵303组装在一起，由于缺省了继电器、接触器等，简化了电气接线。

本实施方式的背包式一体机301的结构示意图如图3所示，具体包括：

变频器302和泵303；变频器302与泵303连接，用于控制泵303的运行频率；背包式一体机301上设置有通讯接口304；背包式一体机301通过通讯接口304与控制器进行数据通信。控制器可以为PLC，PLC可以采用ModBus总线向背包式一体机301发送控制指令。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，背包式一体机301的设计使得变频器302和泵303组装在一起，由于缺省了继电器、接触器等，简化了电气接线。通过设置通讯接口304使控制模块可以采用ModBus总线向背包式一体机301发送控制指令从而实现对背包式一体机301的控制，背包式一体301的设计使得在供水过程中，控制方式更加简单，避免了控制器、变频器302、泵303之间都需要复杂的接线，节省了人力物力，提高了控制的效率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种背包式一体机控制系统，其特征在于，包括：控制器和N个背包式一体机，所述N为大于1的自然数；

所述背包式一体机包括变频器和泵，所述变频器和所述泵连接；

所述控制器与所述背包式一体机连接，用于控制所述变频器驱动所述泵的运行。

2.根据权利要求1所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，所述控制器与所述背包式一体机通过ModBus总线进行数据通讯。

3.根据权利要求2所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制器连接，用于提供人机交互界面。

4.根据权利要求2所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，所述控制器中包括：过程闭环子模块、泵调度子模块；

所述过程闭环子模块与所述泵调度子模块连接；

所述过程闭环子模块用于根据水压的给定值和反馈值控制输出的目标频率；

所述泵调度子模块用于根据所述目标频率对所述N个背包式一体机中的泵进行调度并控制所述泵的运行状态。

5.根据权利要求4所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，所述过程闭环子模块具体用于对所述水压的给定值和反馈值的偏差值进行比例积分微分PID控制，并将所述PID控制的输出结果作为所述目标频率。

6.根据权利要求2所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，所述控制器中还包括：故障检测子模块；

所述故障检测子模块与所述泵调度子模块连接，用于检测所述泵是否正常运行。

7.根据权利要求6所述的背包式一体机控制系统，其特征在于，所述控制器中还包括：报警子模块；

所述报警子模块与所述故障检测子模块连接，用于在所述故障检测子模块检测到出现故障时，发出报警信息。

8.一种背包式一体机，其特征在于，包括：变频器和泵；

所述变频器与所述泵连接，用于控制所述泵的运行频率；

所述背包式一体机上设置有通讯接口；

所述背包式一体机通过所述通讯接口与控制器进行数据通信。

9.根据权利要求8所述的背包式一体机，其特征在于，所述控制器具体为可编程逻辑控制器PLC。

10.根据权利要求9所述的背包式一体机，其特征在于，所述PLC采用ModBus总线向所述背包式一体机发送控制指令。