專利名稱：使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制水泵運(yùn)行的系統(tǒng)，特別涉及一種使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水泵系統(tǒng)通過變頻調(diào)速技術(shù)，可以大幅度節(jié)省電能，近幾年來得到了非常廣泛的應(yīng)用。水泵系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)的基本程式是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它根據(jù)水溫、水溫差、壓力、壓力差、液位等參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，進(jìn)而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)留有一定的功率余量，或者說具有一定的楊程余量或流量余量，引入變頻調(diào)速技術(shù)后，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速必然會(huì)有一定幅度的下降。根據(jù)流體力學(xué)原理，水泵軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，所以節(jié)電效果非常突出。但這種閉環(huán)控制方法也存在明顯的缺點(diǎn)，這就是它在降低了水泵的轉(zhuǎn)速后，它的工作點(diǎn)嚴(yán)重偏離了水泵、電機(jī)、變頻器的最大效率區(qū)間，系統(tǒng)的綜合效率大幅度下降。由于水泵、電機(jī)、變頻器的效率以及管道特性等都與電源頻率即電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，見圖1A-1D，一般的閉環(huán)控制方法只是將電機(jī)轉(zhuǎn)速降到水泵流量與實(shí)際需要流量相一致，而沒有綜合考慮水泵、電機(jī)、變頻器的效率和管道特性與電源頻率的關(guān)系，因此，無法保證整個(gè)系統(tǒng)工作在效率最佳狀態(tài)，所以仍然存在很大的電能浪費(fèi)和節(jié)能空間?，F(xiàn)有這種采用普通閉環(huán)控制方式的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，盡管有顯著的節(jié)電效果，但用戶獲得的節(jié)電效益扣除大額的經(jīng)費(fèi)投入后所剩無幾。這就造成很多用戶的水泵系統(tǒng)不愿意采用變頻節(jié)電技術(shù)。因此，如何充分兼顧水泵、電機(jī)、變頻器的效率以及管道特性等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)節(jié)電效果影響，如何進(jìn)一步提高節(jié)電率，到底用什么樣的控制策略，能夠最大限度地節(jié)約電能，一直是水泵系統(tǒng)節(jié)能研究中一個(gè)重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，以最大限度節(jié)約能源。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，包括變頻器；安裝在與所述水泵相連接的管道上且用于計(jì)量所述管道中的水流量的流量計(jì)；與所述變頻器、流量計(jì)相連接的綜合效率測(cè)試單元，用于向所述變頻器發(fā)出測(cè)試指令，以使所述變頻器控制所述水泵依序在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并根據(jù)所述流量計(jì)所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的水流量和變頻器所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行電流和電壓，計(jì)算所述水泵在各不同的轉(zhuǎn)速下水流量和所消耗的電功率的比值，由此獲得所述水泵在各不同轉(zhuǎn)速下水流量和電功率比值的最大值，以建立水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；用于提供一輸入界面以使用戶輸入當(dāng)前流量需求信息的輸入單元；用于測(cè)試與所述水泵相連的循環(huán)系統(tǒng)的出水和回水溫度或儲(chǔ)水系統(tǒng)的液位的溫度傳感器或水位傳感器；運(yùn)行指令發(fā)出單元，用于根據(jù)所述輸入單元提供的當(dāng)前流量需求信息、 及所述綜合效率測(cè)試單元提供的水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，確定所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述溫度傳感器或水位傳感器提供的信息進(jìn)一步確定所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間，以便將所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間提供至所述變頻器，使所述變頻器能正確控制所述水泵的運(yùn)行；以及用于提供停機(jī)指令輸入按鈕以供用戶輸入停機(jī)指令，并根據(jù)所述停機(jī)指令使所述運(yùn)行指令發(fā)出單元發(fā)出停止指令以使所述變頻器控制水泵逐漸停止運(yùn)行的停機(jī)檢測(cè)單元。其中，所述流量計(jì)可為超聲波流量計(jì)；所述溫度傳感器可采用鉬熱電阻傳感器； 所述水位傳感器可采用超聲波物位計(jì)或雷達(dá)物位計(jì)。優(yōu)選的，所述流量計(jì)通過RS485接口與所述綜合效率測(cè)試單元相連接；所述綜合效率測(cè)試單元通過通訊總線與所述變頻器相連接。綜上所述，本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)通過綜合效率測(cè)試單元測(cè)試出在不同轉(zhuǎn)速下的能源消耗最小值，據(jù)此控制水泵的轉(zhuǎn)速，由此實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。


圖IA至ID分別為現(xiàn)有水泵轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器的效率曲線、及管道阻力損失與流量的關(guān)系示意圖。圖2為本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)的綜合效率測(cè)試單元測(cè)試出的綜合效率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系示意圖。圖4為本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行曲線。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)至少包括變頻器、流量計(jì)、綜合效率測(cè)試單元、輸入單元、溫度傳感器或水位傳感器、運(yùn)行指令發(fā)出單元以及停機(jī)檢測(cè)單元等。所述變頻器用于改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其結(jié)構(gòu)及工作原理已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉，故在此不再詳述。所述流量計(jì)安裝在與所述水泵相連接的管道上，用于計(jì)量所述管道中的水流量， 其可為超聲波流量計(jì)。在本實(shí)施例中，采用型號(hào)為STG-100的流量計(jì)計(jì)量水流量，水流量單位為立方米/小時(shí)。所述綜合效率測(cè)試單元與所述變頻器、流量計(jì)相連接，用于向所述變頻器發(fā)出測(cè)試指令，以使所述變頻器控制所述水泵依序在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并根據(jù)所述流量計(jì)所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的水流量和變頻器提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行電流和電壓，計(jì)算所述水泵在各不同的轉(zhuǎn)速下水流量和所消耗的電功率的比值，由此獲得所述水泵在各不同轉(zhuǎn)速下水流量和電功率的比值的最大值，以建立水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，其可通過通訊總線與所述變頻器相連接，通過RS485接口與所述流量計(jì)相連接。在本實(shí)施例中，變頻器自動(dòng)控制水泵由高到低按順序在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，同時(shí)所述綜合效率測(cè)試單元記錄其流量和所消耗的電功率，STG-100流量計(jì)計(jì)量管道中的水流量，所述綜合效率測(cè)試單元再計(jì)算管道中水的流量與所消耗的電功率之比值， 就是水泵系統(tǒng)的綜合效率，也就是先由變頻器以軟啟動(dòng)方式給水泵電機(jī)供電，供電頻率由0 逐步上升到最高頻率，在最高頻率保持一定時(shí)間，測(cè)出最高頻率時(shí)的綜合效率。然后將運(yùn)行頻率減1，再次測(cè)出該頻率點(diǎn)的系統(tǒng)的綜合效率，接著又一次將運(yùn)行頻率減1，判斷運(yùn)行頻率是否低于系統(tǒng)設(shè)置的最低頻率……，直到運(yùn)行頻率低于系統(tǒng)設(shè)置的最低頻率時(shí)，系統(tǒng)效率測(cè)試過程才結(jié)束，這時(shí)已經(jīng)測(cè)試出水泵系統(tǒng)在不同運(yùn)行頻率下的綜合效率再將各綜合效率與相應(yīng)的水泵轉(zhuǎn)速相互對(duì)應(yīng)，形成一組對(duì)應(yīng)于不同轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)保存起來，作為控制水泵運(yùn)行的依據(jù)。本實(shí)施例測(cè)出的綜合效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系示意圖如圖3所示，通常有一個(gè)最大值。一般情況下，只要水泵、電機(jī)、變頻器、管道等沒有變化，測(cè)試的數(shù)據(jù)就可以長(zhǎng)期使用。所述輸入單元用于提供一輸入界面以使用戶輸入當(dāng)前流量需求信息，當(dāng)然，所述輸入界面也可包含其它參數(shù)輸入欄，以滿足不同用戶的需求。所述溫度傳感器或水位傳感器用于測(cè)試與所述水泵相連的循環(huán)系統(tǒng)的出水和回水溫度或儲(chǔ)水系統(tǒng)的液位。通常，對(duì)于水塔、蓄水池一類的儲(chǔ)水系統(tǒng)，采用水位傳感器，例如可采用US-500系列超聲波物位計(jì)或LD系列雷達(dá)物位計(jì)等。而對(duì)于供熱、冷卻一類的連續(xù)性水循環(huán)系統(tǒng)，采用溫度傳感器檢測(cè)出水溫度和回水溫度，例如可采用PT100型鉬熱電阻傳感器來檢測(cè)出水溫度和回水溫度。 所述運(yùn)行指令發(fā)出單元用于根據(jù)所述輸入單元提供的當(dāng)前流量需求信息、及所述綜合效率測(cè)試單元提供的水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，確定所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述溫度傳感器或水位傳感器提供的信息進(jìn)一步確定所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間，以便將所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間提供至所述變頻器，使所述變頻器能正確控制所述水泵的運(yùn)行。例如，對(duì)于對(duì)于水塔、蓄水池一類的儲(chǔ)水系統(tǒng)，當(dāng)水位傳感器感測(cè)到液位降到最低限度時(shí)，所述運(yùn)行指令發(fā)出單元?jiǎng)t確定水泵需要立即啟動(dòng)，并按照最高綜合效率的轉(zhuǎn)速運(yùn)行；而當(dāng)水位傳感器感測(cè)到液位升到最高限度時(shí)，所述運(yùn)行指令發(fā)出單元?jiǎng)t確定水泵需要立即停止。而對(duì)于供熱、冷卻一類的連續(xù)性水循環(huán)系統(tǒng)，所述運(yùn)行指令發(fā)出單元?jiǎng)t計(jì)算出出水溫度與回水溫度之差，即“出水/回水溫差”，當(dāng)出水/回水溫差偏大時(shí)，需要縮短水泵停機(jī)時(shí)間的比例，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的比例；當(dāng)出水/回水溫差偏小時(shí)，需要延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間的比例，縮短運(yùn)行時(shí)間的比例。此外，停機(jī)、運(yùn)行周期的長(zhǎng)短，也可根據(jù)用戶在前述輸入界面中輸入的要求來確定，若要求溫度穩(wěn)定度越高，則需要停機(jī)、運(yùn)行周期越短。所述停機(jī)檢測(cè)單元用于提供停機(jī)指令輸入按鈕以供用戶輸入停機(jī)指令，并根據(jù)所述停機(jī)指令使所述變頻器控制水泵逐漸停止運(yùn)行。上述使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)工作流程可如下第一步，系統(tǒng)開始運(yùn)行，其可向用戶提供基本的運(yùn)行數(shù)據(jù)(提供的方式可為顯示屏顯示的方式等)，用戶也可進(jìn)一步查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，也可設(shè)置、修改相關(guān)參數(shù)等。第二步，系統(tǒng)判斷是否進(jìn)行系統(tǒng)效率測(cè)試的步驟，例如，可根據(jù)用戶輸入的指令來判斷即如果用戶輸入指令要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)效率測(cè)試，則進(jìn)入系統(tǒng)效率測(cè)試過程，即由所述綜合效率測(cè)試單元向變頻器發(fā)出測(cè)試指令，隨后讀取所述超聲波流量計(jì)的水流量和變頻器的運(yùn)行電流和電壓，進(jìn)而計(jì)算出所述水泵在各不同轉(zhuǎn)速下水流量和電功率的比值的最大值，以建立水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；否則，系統(tǒng)進(jìn)入判斷水泵是否需要運(yùn)行的過程。第三步，判斷是否運(yùn)行步驟同樣可根據(jù)用戶輸入的指令來判斷，即如果用戶輸入指令要求系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)即進(jìn)入水泵運(yùn)行步驟；否則，系統(tǒng)返回到讀取數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)的步驟。水泵運(yùn)行步驟由所述運(yùn)行指令發(fā)出單元根據(jù)所確定的水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間以一定的時(shí)間間隙啟動(dòng)水泵運(yùn)行。同時(shí)，在水泵的運(yùn)行過程中，停機(jī)檢測(cè)單元不斷檢測(cè)用戶是否發(fā)出停機(jī)指令，如果沒有發(fā)出停機(jī)指令，則保持水泵繼續(xù)運(yùn)行；否則進(jìn)入軟停車步驟即所述運(yùn)行指令發(fā)出單元發(fā)出停機(jī)指令使所述變頻器控制水泵逐漸減速直到停止。由上可見，在本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)的控制下，水泵有4種狀態(tài)(如圖4所示)①停機(jī)狀態(tài)、②啟動(dòng)階段、③運(yùn)行狀態(tài)、④軟停車階段，在所有運(yùn)行狀態(tài)，水泵都終運(yùn)行在綜合效率最大值附近(圖中Π是綜合效率曲線最大值對(duì)應(yīng)的供電頻率)。綜上所述，本發(fā)明的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)通過綜合效率測(cè)試單元測(cè)試出綜合效率與轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而使變頻器能提供相應(yīng)的供電頻率，進(jìn)而使水泵在所有運(yùn)行狀態(tài)都工作在綜合效率最大值附近，能最大限度地節(jié)約能源。上述實(shí)施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于包括變頻器；安裝在與所述水泵相連接的管道上的流量計(jì)，用于計(jì)量所述管道中的水流量；與所述變頻器、流量計(jì)相連接的綜合效率測(cè)試單元，用于向所述變頻器發(fā)出測(cè)試指令，以使所述變頻器控制所述水泵依序在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并根據(jù)所述流量計(jì)所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的水流量和變頻器所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行電流和電壓，計(jì)算所述水泵在各不同的轉(zhuǎn)速下水流量和所消耗的電功率的比值，由此獲得所述水泵在各不同轉(zhuǎn)速下水流量和電功率比值的最大值，以建立水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；輸入單元，用于提供一輸入界面以使用戶輸入當(dāng)前流量需求信息；溫度傳感器或水位傳感器，用于測(cè)試與所述水泵相連的循環(huán)系統(tǒng)的出水和回水溫度或儲(chǔ)水系統(tǒng)的液位；運(yùn)行指令發(fā)出單元，用于根據(jù)所述輸入單元提供的當(dāng)前流量需求信息、及所述綜合效率測(cè)試單元提供的水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，確定所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述溫度傳感器或水位傳感器提供的信息進(jìn)一步確定所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間，以便將所述水泵當(dāng)前需運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和所述水泵當(dāng)前間歇性運(yùn)行的運(yùn)行和停止時(shí)間提供至所述變頻器，使所述變頻器能正確控制所述水泵的運(yùn)行；停機(jī)檢測(cè)單元，用于提供停機(jī)指令輸入按鈕以供用戶輸入停機(jī)指令，并根據(jù)所述停機(jī)指令使所述運(yùn)行指令發(fā)出單元發(fā)出停止指令以使所述變頻器控制水泵逐漸停止運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于所述流量計(jì)為超聲波流量計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于所述流量計(jì)通過RS485接口與所述綜合效率測(cè)試單元相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于所述綜合效率測(cè)試單元通過通訊總線與所述變頻器相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器采用鉬熱電阻傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，其特征在于所述水位傳感器采用超聲波物位計(jì)或雷達(dá)物位計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明提供的使水泵運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速下的節(jié)電控制系統(tǒng)，包括變頻器、流量計(jì)、綜合效率測(cè)試單元、輸入單元、溫度傳感器或水位傳感器、運(yùn)行指令發(fā)出單元以及停機(jī)檢測(cè)單元，其由綜合效率測(cè)試單元向所述變頻器發(fā)出測(cè)試指令，以使變頻器控制水泵依序在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并根據(jù)流量計(jì)所提供的水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的水流量和變頻器所提供的所述水泵在不同的轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行電流和電壓，計(jì)算水泵在各不同的轉(zhuǎn)速下水流量和所消耗的電功率的比值，由此獲得所述水泵在各不同轉(zhuǎn)速下水流量和電功率比值的最大值，以建立水泵轉(zhuǎn)速與水流量和電功率的最大比值的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，再根據(jù)所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)控制水泵的運(yùn)行，從而可使水泵能以電能最省的最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。
文檔編號(hào)F04B49/06GK102200121SQ201010131970
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者李麗霞 申請(qǐng)人:上海樂普能源科技發(fā)展有限公司