專利名稱：雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潮汐模擬系統(tǒng)，尤其是一種能遠距離自動控制模擬海水潮汐波且高效節(jié)能的雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
潮汐模擬生潮系統(tǒng)包括模擬潮汐波設(shè)備、控制裝置、控制方法，多用于游樂場的潮水池，水利科研物理模型等場所。將天然河口段的河床形態(tài)制作成比尺模型，要求通過水量與時間的縮尺復演天然的潮汐波，即為潮汐模擬生潮。目前國內(nèi)外常見的生潮方式有壓力式潮水箱、可變溢流尾門式和水泵抽水式等幾種形式。壓力式潮水箱設(shè)備龐大、配套設(shè)備復雜、運行費用昂貴，運行噪音大；尾門式控制參數(shù)多，而且寬口門門體的機電傳動結(jié)構(gòu)復雜、給水量恒定耗能；水泵抽水式均為單向水泵，所需設(shè)備多，控制量多，能耗高。
公知的回流泵多用于環(huán)保行業(yè)二級污水處理廠混合液回流、反硝化脫氮的混合液回流，亦可用于地面排水、灌溉和廢水處理過程中再循環(huán)等需要微揚程、大流量之場所。目前，對于這些需要在兩個污水池之間的循環(huán)和排放或雙向抽水的工況，均需使用兩臺以上的回流泵，現(xiàn)有的回流泵不能雙向抽水，因此增加了設(shè)備安裝及運行費用，而且耗能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可變溢流水泵抽水式雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系
3統(tǒng)，用以減少潮汐模擬設(shè)備、控制量，降低運行費用和能耗，并提供更為逼真的潮汐模擬效果。
所述雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)包括回流泵、電機、水位儀、工業(yè)控制計算機及工業(yè)控制計算機外圍器件、電器控制裝置，其特征是所述回流泵是一種雙向回流泵，即將此泵置于地平面，其葉輪軸線平行于地平線時，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對稱S形；所述工業(yè)控制計算機通過PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連
構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路輸入光柵式水位計、單片機、光電隔離、RS323/485轉(zhuǎn)換器、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線，B路輸出PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線、RS323/485轉(zhuǎn)換器、變頻器、變頻電機、雙向回流泵。
用于雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟1)在工業(yè)控制計算機的人機界面上根據(jù)用戶輸入，繪制目標曲線，2)通過B路輸出目標曲線數(shù)據(jù)，3)通過B路實施變頻電機調(diào)速，雙向回流泵換向，4)通過A路輸入檢測水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測結(jié)果輸出PID調(diào)節(jié)信號。
所述雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的最大特點是高效節(jié)能，通過對回流泵進行的結(jié)構(gòu)改造，將單向回流變?yōu)殡p向回流，回流泵不僅保留了原有的優(yōu)特點，而且還具有了雙向回流的功能，如此可使管路設(shè)備投入與運行費用取得最佳經(jīng)濟點，節(jié)省大量投資。利用計算機與變頻器間串口通訊，應(yīng)用RS485工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，通過RS485接口形成一種在線的數(shù)字控制方式，可遠程實時控制雙向回流水泵，變頻調(diào)速泵的運轉(zhuǎn)速度，正反向調(diào)節(jié)物理模型的瞬時進、出水量模擬潮汐水位過程，實現(xiàn)了逼真模擬潮汐波的目的。本系統(tǒng)的雙向回流泵將變頻調(diào)速用于雙向水流葉輪，避免了工頻下全速運行造成的能量浪費，本系統(tǒng)變頻器調(diào)速范圍寬泛，運行平穩(wěn)，啟動電流小，加之泵體及電機置于水下，設(shè)備運行無噪音，大大改善了工作環(huán)境。利用雙向回流泵的特性和采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，本模擬系統(tǒng)與其它生潮方式相比，控制系統(tǒng)設(shè)備集成度高，更具操控方便以及更好的可靠性和高效節(jié)能。
圖1是本發(fā)明雙向水流葉輪主視圖，
圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1A-A面剖視圖，圖4是現(xiàn)有回流泵水流葉輪主視圖，圖5是圖4的俯視圖，圖6是控制系統(tǒng)框圖，圖7是控制系統(tǒng)軟件流程框圖。
具體實施例方式
潮汐模擬控制系統(tǒng)的軟件采用Visual C++6.0平臺開發(fā)，適用于windows2000/xp以上系統(tǒng)，界面友好，用戶操作方便。軟件設(shè)計主要涉及4大部分分別為界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、控制策略設(shè)計、通訊設(shè)計?？刂撇呗圆捎肞ID智能調(diào)節(jié)，控制軟件流程圖如圖7所示。
在圖6控制系統(tǒng)框圖中，所述工業(yè)控制計算機4通過PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線5分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路(輸入)光柵式水位計9、單片機8、光電隔離器7、 RS323/485轉(zhuǎn)換器6、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線5; B路(輸出)PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線5、 RS323/485轉(zhuǎn)換器6、變頻器12、變頻電機ll、雙向回流泵IO。
圖1 3是雙向回流泵雙向水流葉輪的結(jié)構(gòu)三視圖，所述雙向回流泵有葉輪1-1、 1-2、 1-3三片，將此泵置于地平面，其葉輪軸2的軸線平行于地平線時，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對稱S形。圖3中，葉輪厚度3可根據(jù)泵徑的大小選定，多在為10 12mm之間，通常還應(yīng)考慮水泵轉(zhuǎn)速所引起的強度變化，選配與之相當功率的電機。
將圖5現(xiàn)有回流泵水流葉輪俯視圖與圖2雙向水流葉輪俯視圖比較后，可以明顯看出，本發(fā)明技術(shù)方案的主要特征是把單向葉輪的不對稱形狀制作成對稱S形葉輪，從機械制圖三視圖的俯視圖可以看出，雙向回流泵的葉輪與輪軸線呈對稱S形(如圖2示)，而一般單向的是C形(如圖5示)。當電機換向運轉(zhuǎn)時，水流隨之反向流動。使用雙向回流泵時，
雙向回流變頻調(diào)速泵模擬系統(tǒng)既可以為潮汐模型試驗提供可靠的量測數(shù)據(jù)，也可為河工、水工、港工模型水位自動控制的技術(shù)平臺(本系統(tǒng)可根據(jù)模型規(guī)模及模型口門寬度設(shè)定水泵的臺數(shù)及相關(guān)參數(shù))，實現(xiàn)各類水力實體模型的水位自動控制。
生潮控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機、光柵式水位計、專用通訊接口、測控軟件、雙向回流調(diào)速水泵以及配套的變頻電控器組成。系統(tǒng)控制的全部功能由一臺工控機即可完成，工作過程及控制方法如控制軟件流程圖7示。所述系統(tǒng)由計算機實時比較水位計采集到的潮水位信號，與給定的目標曲線潮水位值比較，進行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率(可從5HZ 50HZ全程可調(diào))信號，改變電機的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過程曲線上，同時把采集到的當前水位數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示出來，監(jiān)控模擬生潮的效果。具體方法包括以下步驟1)在工業(yè)控制計算機的人機界面上根據(jù)用戶輸入，
繪制目標曲線，2)通過B路輸出目標曲線數(shù)據(jù)，3)通過B路實施變頻電機調(diào)速，雙向回流泵換向，4)通過A路輸入檢測水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測結(jié)果輸出PID調(diào)節(jié)信號。
權(quán)利要求
1.一種雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)，包括回流泵、電機、水位儀、工業(yè)控制計算機及工業(yè)控制計算機外圍器件、電器控制裝置，其特征是所述回流泵是一種雙向回流泵，即將此泵置于地平面，其葉輪軸線平行于地平線時，從俯視方向看，其葉輪與軸呈對稱S形；所述工業(yè)控制計算機通過PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線分輸入和輸出兩路依次與以下器件或裝置串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，A路輸入光柵式水位計、單片機、光電隔離、RS323/485轉(zhuǎn)換器、PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線，B路輸出PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線、RS323/485轉(zhuǎn)換器、變頻器、變頻電機、雙向回流泵。
2. —種用于雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于所述方法及步驟是，方法實時比較水位計采集到的潮水位信號，與給 定的目標曲線潮水位值比較，進行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率信 號，頻率從5HZ 50HZ全程可調(diào)，改變電機的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正 反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過程曲線上，同時 把采集到的當前水位數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示出來，監(jiān)控模擬生潮的效果；步驟1)在工業(yè)控制計算機的人機界面上根據(jù)用戶輸入，繪制目標曲線，2)通過B路輸出目標曲線數(shù)據(jù)，3)通過B路實施變頻電機調(diào)速，雙向回 流泵換向，4)通過A路輸入檢測水位，判斷水位偏差值，根據(jù)檢測結(jié)果輸 出PID調(diào)節(jié)信號。
全文摘要
一種雙向回流變頻調(diào)速泵潮汐模擬系統(tǒng)，其雙向回流泵的葉輪與軸呈對稱S形；所述工業(yè)控制計算機通過PCI/ISA工業(yè)現(xiàn)場總線分輸入和輸出兩路串連構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實時比較水位計采集到的潮水位信號，與給定的目標曲線潮水位值比較，進行PID控制后，發(fā)出控制變頻器的頻率信號，改變電機的速率，控制雙向回流泵調(diào)節(jié)正反向流量，使模型尾部潮水位始終跟蹤在給定的潮水位過程曲線上，同時把采集到的當前水位數(shù)據(jù)在計算機屏幕上顯示出來，監(jiān)控模擬生潮的效果。本系統(tǒng)避免了工頻下全速運行造成的能量浪費，運行平穩(wěn)，啟動電流小，設(shè)備運行無噪音，控制系統(tǒng)設(shè)備集成度高，更具操控方便，具有高可靠性和高效節(jié)能的優(yōu)點。
文檔編號G09B25/00GK101556748SQ20081004728
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者萬星星, 吳新生, 林木松, 范北林, 陳鴻麗, 黃衛(wèi)東 申請人:長江水利委員會長江科學院