專利名稱：水泵的變壓變流量控制方法與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水泵的變壓變流量控制方法與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的所謂微機(jī)給水控制往往都是恒壓供水，即控制系統(tǒng)中控制的是水壓力，水壓力的給定量是恒定的。當(dāng)用戶用水量大時，水壓力下降，壓力表反饋回來的信號與給定的水壓力信號出現(xiàn)較大的差值，該差值經(jīng)放大、變頻器變頻，驅(qū)動水泵電機(jī)調(diào)速提高水流量，加大管網(wǎng)中的水壓力，直至達(dá)到給定壓力為止。它是一個單反饋環(huán)系統(tǒng)。這就出現(xiàn)一個問題，管網(wǎng)中的水壓力的給定值設(shè)定為多少合適？如按平均壓力值設(shè)定給定壓力，則在大家都用水時，會出現(xiàn)水壓不夠，水流量小的情況。如按最大需求設(shè)定壓力，則在白天或晚間用水少的時段，水壓會上升，水泵會出現(xiàn)憋堵現(xiàn)象，會發(fā)熱，而管網(wǎng)也會因長期壓力過大而引發(fā)水龍頭、閥門發(fā)出振動和吱吱的嘯叫聲，增加了管網(wǎng)漏水率，降低了管網(wǎng)的使用壽命，甚至發(fā)生水管爆裂等事故。解決的方法目前有以下幾種1、設(shè)置專人管理，人工調(diào)節(jié)水泵的壓力2、利用微機(jī)控制，當(dāng)流量小到一定值時，改變壓力給定值，近似一種開關(guān)控制。
以上方法沒有真正地實現(xiàn)按需要供水、供壓的自適應(yīng)控制。另一個方面，就是恒壓控制方法節(jié)能不夠。為保持管網(wǎng)中的水壓力恒定，水泵必須始終高強(qiáng)度工作，浪費大量電能。這是目前不可忽視的一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供水泵的變壓變流量控制方法與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市管網(wǎng)的最佳供水模式——按需供水，按需供壓。
一、水泵的變壓變流量控制方法，該方法的步驟如下1)改變供水管網(wǎng)中的水壓力控制為水揚程控制水泵揚程的表達(dá)式可簡寫為H＝HST+∑h＝HST+S·Q2式中H——滿足用戶用水所需的總揚程；HST——滿足用戶用水所需的靜揚程；∑h——彌補管網(wǎng)中各種水頭損失的動揚程；
S——管道沿程摩阻與局部阻力之和2)在穩(wěn)定的控制系統(tǒng)中引入正反饋從上述表達(dá)式中，總揚程是靜揚程與動揚程之和，隨著用戶用水量的增加，總的揚程H也隨著增加，當(dāng)用戶不用水時，只需保持供水所需的靜揚程HST即可，顯然，靜揚程HST是滿足供水的最小揚程；當(dāng)靜揚程HST作為給控制系統(tǒng)的定控制信號時，流量計反饋回來的信號∑h與給定信號HST之間呈現(xiàn)出正反饋關(guān)系，這也正是揚程控制揭示出來的一種控制關(guān)系；3)采用變壓變流量控制方法構(gòu)成的系統(tǒng)為一雙環(huán)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為水壓力控制系統(tǒng)，而外環(huán)為揚程控制系統(tǒng)；內(nèi)環(huán)采用負(fù)反饋控制方法，而外環(huán)采用正反饋控制方；靜揚程HST作為外環(huán)揚程控制的給定信號，流量計反饋回來的信號∑h作為外環(huán)的正反饋信號；它們之和H作為內(nèi)環(huán)水壓力控制的給定信號，壓力表反饋回來的信號作為內(nèi)環(huán)的負(fù)反饋信號，以保證輸出的水揚程h能夠跟隨給定揚程HST的變化。
二、水泵的變壓變流量控制系統(tǒng)，在供水管網(wǎng)水泵的三相驅(qū)動電機(jī)供電端之前，接入一個內(nèi)部嵌入帶有PID(比例、積分、微分)控制器的變頻器，并在其外部接一個比例加法控制器；壓力計安裝在水泵輸出端，壓力計的電信號輸出端與變頻器中內(nèi)嵌PID的負(fù)反饋輸入端相連；流量計也安裝在水泵輸出端，流量計的電信號∑h輸出端則與外接的加法器的正反饋輸入端相連；系統(tǒng)外環(huán)給定信號HST與外接的加法器的的給定輸入端相連；外接的加法器的輸出端作為內(nèi)環(huán)的給定輸入信號與變頻器中嵌入的PID控制器給定輸入端相連。
所述的變頻器為目前市場上銷售的普通變頻器；壓力計與流量計也為為市場上普通的、能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號的壓力計和流量計。
本發(fā)明具有的有益效果是實現(xiàn)了供水管網(wǎng)的最佳供水方式——按需供水，按需供壓，即用戶用多少水，就供應(yīng)多少水，就加多大的水壓；用戶不用水時，只需給定一個最小的基本水壓，以保證供水延長了管網(wǎng)的使用壽命，克服了以往控制方法所帶來的諸多弊端和問題。如，管網(wǎng)長時期承受高壓問題，管網(wǎng)中的閥門、水龍頭嘯叫問題，管網(wǎng)因長時間承受高壓而爆裂等問題；較好地解決了城市管網(wǎng)中的不利點處的供水問題；同時又是目前水泵控制中最節(jié)能的一種控制方法。


附圖是變壓變流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖中HST——滿足用戶用水所需的靜揚程，是控制系統(tǒng)外環(huán)的給定量；H——滿足用戶用水所需的總揚程，它為靜揚程與動揚程之和；∑h-——彌補管網(wǎng)中各種水頭損失的所需的動揚程。
具體實施例方式
如附圖所示，在供水管網(wǎng)水泵的三相驅(qū)動電機(jī)供電端之前，接入一個內(nèi)部嵌入帶有PID控制器的變頻器，并在其外部接一個比例加法控制器；壓力計安裝在水泵輸出端，壓力計的電信號輸出端與變頻器中內(nèi)嵌PID的負(fù)反饋輸入端相連；流量計也安裝在水泵輸出端，流量計的電信號∑h輸出端則與外接的加法器的正反饋輸入端相連；系統(tǒng)外環(huán)給定信號HST與外接的加法器的的給定輸入端相連；外接的加法器的輸出端作為內(nèi)環(huán)的給定輸入信號與變頻器中嵌入的PID控制器給定輸入端相連。
所述的變頻器為目前市場上銷售的普通變頻器；主要用于控制驅(qū)動水泵工作的三相電動機(jī)的調(diào)速。水泵也是一般管網(wǎng)供水的水泵。
所述的壓力計與流量計也為為市場上普通的、能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號的壓力計和流量計。壓力計是指能夠?qū)⒐芫W(wǎng)總管中(或泵口)的壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號的壓力計。流量計是指能夠?qū)⒐芫W(wǎng)總管中(或泵口)的流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號的流量計。
本發(fā)明的工作原理如下在已經(jīng)設(shè)計好的供水管網(wǎng)基礎(chǔ)上，在水泵的三相驅(qū)動電機(jī)供電端之前接入一個變頻器，用來對三相電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速用。通過改變變頻器的輸入給定電壓，改變變頻器的輸出電壓頻率，實現(xiàn)對三相異步交流電動機(jī)調(diào)速，調(diào)整水泵出口壓力和流量的目的。
變頻器的輸入給定電壓由PID控制器提供。PID控制器可以由專門設(shè)計的電子線路實現(xiàn)，也可以直接使用變頻器內(nèi)部自帶的PID控制器實現(xiàn)。但在本系統(tǒng)中不直接利用其內(nèi)部的PID控制器，這是因為本系統(tǒng)需要兩個反饋輸入端，而目前市場上銷售的變頻器通常只有兩個輸入端，給定信號占用一個輸入端后，只剩下一個輸入端供反饋信號輸入了，因此，需要外接一個比例加法控制器。同樣，也可以用微機(jī)實現(xiàn)PID控制。采用微機(jī)進(jìn)行PID控制時，需要對兩路反饋信號及一路給定信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理。
實施時，首先調(diào)整內(nèi)環(huán)，斷開外環(huán)，即不接入流量正反饋信號，使H＝HST，根據(jù)經(jīng)驗預(yù)選靜揚程HST的值，初選不宜過大，能使壓力控制負(fù)反饋系統(tǒng)正常工作即可，然后接入正反饋。正反饋的接入要由弱到強(qiáng)，逐漸地一點點增加，直到滿足要求為止。實現(xiàn)用戶不用水時，即水流量Q＝0時，使H＝HST；迫使輸出的壓力下降到HST。用戶用水時，即水流量Q≠0時，使H＝HST+∑h＝HST+S×Q2；即供水揚程隨著用戶的用水量的變化而變化，同時也使水壓力控制系統(tǒng)(內(nèi)環(huán))的給定值發(fā)生變化，使輸出的水壓力變化，實現(xiàn)了真正的變壓變流量控制。用戶用水與不用水可以用管網(wǎng)中的閥門開口大小來模擬。
權(quán)利要求
1.水泵的變壓變流量控制方法，其特征在于該方法的步驟如下1)改變供水管網(wǎng)中的水壓力控制為水揚程控制水泵揚程的表達(dá)式可簡寫為H＝HST+∑h＝HST+S·Q2式中H——滿足用戶用水所需的總揚程；HST——滿足用戶用水所需的靜揚程；∑h——彌補管網(wǎng)中各種水頭損失的動揚程；S——管道沿程摩阻與局部阻力之和；2)在穩(wěn)定的控制系統(tǒng)中引入正反饋從上述表達(dá)式中，總揚程是靜揚程與動揚程之和，隨著用戶用水量的增加，總的揚程H也隨著增加，當(dāng)用戶不用水時，只需保持供水所需的靜揚程HST即可，顯然，靜揚程HST是滿足供水的最小揚程；當(dāng)靜揚程HST作為給控制系統(tǒng)的定控制信號時，流量計反饋回來的信號∑h與給定信號HST之間呈現(xiàn)出正反饋關(guān)系，這也正是揚程控制揭示出來的一種控制關(guān)系；3)采用變壓變流量控制方法構(gòu)成的系統(tǒng)為一雙環(huán)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為水壓力控制系統(tǒng)，而外環(huán)為揚程控制系統(tǒng)；內(nèi)環(huán)采用負(fù)反饋控制方法，而外環(huán)采用正反饋控制方；靜揚程HST作為外環(huán)揚程控制的給定信號，流量計反饋回來的信號∑h作為外環(huán)的正反饋信號；它們之和H作為內(nèi)環(huán)水壓力控制的給定信號，壓力表反饋回來的信號作為內(nèi)環(huán)的負(fù)反饋信號，以保證輸出的水揚程h能夠跟隨給定揚程HST的變化。
2.水泵的變壓變流量控制系統(tǒng)，其特征在于在供水管網(wǎng)水泵的三相驅(qū)動電機(jī)供電端之前，接入一個內(nèi)部嵌入帶有PID控制器的變頻器，并在其外部接一個比例加法控制器；壓力計安裝在水泵輸出端，壓力計的電信號輸出端與變頻器中內(nèi)嵌PID的負(fù)反饋輸入端相連；流量計也安裝在水泵輸出端，流量計的電信號∑h輸出端則與外接的加法器的正反饋輸入端相連；系統(tǒng)外環(huán)給定信號HST與外接的加法器的的給定輸入端相連；外接的加法器的輸出端作為內(nèi)環(huán)的給定輸入信號與變頻器中嵌入的PID控制器給定輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水泵的變壓變流量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的變頻器為目前市場上銷售的普通變頻器；壓力計與流量計也為為市場上普通的、能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號的壓力計和流量計。
全文摘要
本發(fā)明公開了水泵的變壓變流量控制方法與控制系統(tǒng)。改變供水網(wǎng)中的水壓力控制為水揚程控制；在穩(wěn)定的控制系統(tǒng)中引入正反饋；變壓變流量控制方法的系統(tǒng)為雙環(huán)系統(tǒng)。在水管網(wǎng)水泵的供電端之前，接入帶有PID控制器的變頻器，并在其外部接比例加法控制器；安裝在水泵輸出端的壓力計輸出的電信號與變頻器中PID的負(fù)反饋輸入端相連；安裝在水泵輸出端的流量計輸出的電信號∑h則與外接的加法器的正反饋輸入端相連；系統(tǒng)外環(huán)給定信號H
文檔編號G05D7/00GK1730948SQ200510060498
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者邵世凡 申請人:浙江科技學(xué)院