专利名称：单回路变频水泵直接液位水平控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液位控制系统，尤其涉及一种单回路变频水泵直接液位水平控制系统。
背景技术：
目前国内、外的供水系统是由一个变频水泵恒压控制系统和液位水平控制系统完成供水系统。一般变频水泵恒压控制系统是由一台压力传感变送器(测量出水泵出口压力)、一台数字调节器、一台变频水泵(执行机构)构成恒压控制系统。液位水平控制系统是由一台差压变送器(测量液位长度)、一台数字调节器和一个调节阀组成液位水平控制系统。
在控制方面，供水系统存在着测量滞后、控制量与被控量的灵敏度较低以及调节滞后等缺陷。正是由于这些缺陷的存在，系统很难克服扰动，以致于在扰动下系统会出现震荡现象。
在节能方面，虽然供水系统采用变频器，但是变频水泵的机械效率没有充分提高。由于在供水系统中使用了调节阀，变频水泵在供水过程中需要克服调节阀的阻力做功，部分能源消耗在阻力功效上，使水泵的机械效率降低，严重影响了变频水泵的节能效果。
在资源方面，两个单回路控制系统(即恒压、液位水平控制系统)增加了一台压力变送器、一台数字调节器和一个调节阀。提高了工程造价和运行费用。
发明内容
本发明的主要目的在于解决上述问题，提供一种由差压变送器通过测量液位的变化，用可调速水泵达到控制流量变化的单回路变频水泵直接液位水平控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是进水管道的一端部与水泵的出水口相连接，进水管道的另一端部与密闭容器相连接，水泵的进水口与储水池相连接，密闭容器的下端部设置输出水管道，输出水管道与用户相连接。
取密闭容器的总长度为容器液位高度(L)，密闭容器的一侧上部设置容器液位上限显示检测点，容器液位上限显示检测点的一端部与密闭容器的一侧上部相连接，容器液位上限显示检测点的另一端部与容器液位上限显示检测点的针形阀一端部相连接，容器液位上限显示检测点的管道一端与容器液位上限显示检测点(的针形阀另一端部相连接，容器液位上限显示检测点的管道另一端与容器液位检测电路的容器差压变送器负压室相连接。
密闭容器的一侧下部设置容器液位下限显示检测点，容器液位下限显示检测点的一端部与密闭容器的一侧下部相连接，容器液位下限显示检测点的另一端部与容器液位下限显示检测点的针形阀一端部相连接，容器液位下限显示检测点的管道的一端与容器液位下限显示检测点的针形阀另一端部相连接，容器液位下限显示检测点的管道另一端与容器液位检测电路的容器差压变送器正压室相连接。
容器液位的均衡阀的一端部与容器液位下限显示检测点的管道另一端部相连接，容器液位的均衡阀的另一端部与容器液位上限显示检测点的管道另一端部相连接，容器液位上限显示检测点的管道中部最低点设置容器液位的排污阀，容器液位下限显示检测点的管道中部最低点设置容器液位的排污阀，构成容器液位回路。
取密闭容器中部小于密闭容器总长度为控制液位高度(L1)，密闭容器的另一侧上部设置控制液位下限检测点，控制液位下限检测点的一端部与密闭容器的另一侧上部相连接，控制液位下限检测点的另一端部与控制液位下限检测点的针形阀一端部相连接，控制液位下限检测点的管道一端部与控制液位下限检测点的针形阀另一端部相连接，控制液位下限检测点的管道另一端部与控制液位检测电路的控制液位差压变送器负压室相连接。
密闭容器的另一侧下部设置控制液位上限检测点，控制液位上限检测点的一端部与密闭容器的另一侧下部相连接，控制液位上限检测点的另一端部与控制液位上限检测点的针形阀一端部相连接，控制液位上限检测点的管道一端与控制液位上限检测点的针形阀另一端部相连接，控制液位上限检测点的管道另一端与控制液位检测电路的控制液位差压变送器正压室相连接。控制液位的均衡阀的一端部与控制液位上限检测点的管道另一端部相连接，控制液位的均衡阀的另一端部与控制液位下限检测点的管道另一端部相连接，控制液位下限检测点的管道中部最低点设置控制液位的排污阀，控制液位上限检测点的管道中部最低点设置控制液位的排污阀，构成控制液位回路。
液位显示回路取长度为L为实际液位的总高度。L上端用管道连接针形阀，再接管道，接针形阀，再接均衡阀，最后接到容器差压变送器的负压室。L的下端用管道连接针形阀，再接管道，接针形阀，再接均衡阀，最后接到容器差压变送器的正压室。
控制液位回路取L的一部分为控制液位高度L1(L1＜L，L1要适当)。L1的顶端接管道，然后接针形阀，再接管道引至控制液位差压变送器的负压室。从L1的下端接管道，接针形阀，再接管道引至控制液位压差变送器的正压室。
容器液位检测电路的容器差压变送器的一端与光柱显示仪MA端相连接，容器差压变送器的另一端与容器液位检测电路的24V电源的正极端相连接，容器液位检测电路的24V点源的负极端与容器液位检测电路的光柱显示仪IN端相连接。
控制液位检测电路的控制液位差压变送器的一端与数字调节器MA端相连接，控制液位检测电路的控制液位差压变送器的另一端与24V电源一端相连接，24V电源的另一端与数字调节器IN端相连接，数字调节器的MA端和WT端各自与信息处理控制电路的变频器AI1端和AGND端相连接。
启闭开关与启闭控制电路的空气开关相连接，空气开关与电源相连接；开启关闭控制电路与信息处理控制电路变频器R端、S端、T端相连接，水泵的电机与信息处理电路变频器的U端、V端、W端相连接。
容器差压变送器输出电流(4-20mA)的正极连接24v电源正极，24v电源的负极连接光柱显示仪的负极(IN)，容器差压变送器的负极连接光柱显示仪的正极(MA)，光柱显示仪显示的就是密闭容器内的容器液位高度。
控制液位差压变送器输出电流(4-20mA)的正极连接24V电源的正极，24V电源的负极连接数字调节器的负极(IN)，控制液位差压变送器的负极连接数字调节器的正极，数字调节器显示的是密闭容器内的控制液位高度。数字调节器的输出电流(4-20mA)的正极端子(OUT)连接变频器(ABBACS140)的AI1端，数字调节器的输出端的负极端子(MA)连接变频器的AGND端。变频器的上口RST连接三相电源，变频器的下口UVW和PE连接水泵的电机。
使用时，启动启闭电路的启闭开关，密闭容器一侧容器液位回路的容器液位上限显示检测点和容器液位下限显示检测点将密闭容器内的液位情况通过容器液位上限显示检测点的管道和容器液位下限显示检测点的管道，传输给容器液位检测电路的容器液位差压变送器，容器液位差压变送器把压力信号转换成液位信号传输给容器液位检测电路的光柱显示仪，容器液位检测电路的光柱显示仪显示出密闭容器内液位状态。
密闭容器另一侧控制液位回路的控制液位下限检测点和控制液位上限检测点将密闭容器内需控制得液位情况通过控制液位下限检测点的管道和控制液位上限检测点的管道，传输给控制液位检测电路的控制液位差压变送器，控制液位压差变送器把压力信号转换成液位信号传输给控制液位检测电路的数字调节器，控制液位检测电路的数字调节器显示出密闭容器内需控制的液位状态并传输给信息处理电路的变频器，信息处理电路的变频器将液位信号经处理后传输给水泵的电机，控制水泵电机的转速，如此循环往复使密闭容器内的液位控制在所需范围内。
本发明是通过数学模型和关系式Fi-Fo＝A·dl/dt，其中Fi式输入流量；Fo是输出流量；A是液位水平的横截面积，dl/dt是液位水平的变化率。采用了映射的方法，用部分L(液位的高度)表现为液位信号，也表现为全量程压力信号。其中部分液位信号(0％～1％)与压力信号一一等值对应，即L1中的每一个信号都与压力信号一一对应。利用变频水泵直接进行控制液位水平(定值变压)，由此达到提高系统的效率和效益。
变频水泵控制系统可以充分利用Fi-Fo＝A·dl/dt，对Fi进行控制，也可以对Fo进行控制。恒压系统中的压力信号(被控量)和液位水平控制系统中液位水平信号(被控制)都与流量信号有着共同对应的规律，根据这种对应规律则可把两种不同信号的其中一种信号，即可把液位信号表现出来。反之，液位水平信号也能反应出压力信号和液位水平信号。在平衡状态下，Fo突然增大。使Fo＞Fi，L1将下降。此时数字调节器输出值将增大，变频水泵将增大输出，于是Fi将随之逐渐增大，L1又会慢慢上升，回到给定值。如果在平衡状态下，Fo突然减小了。此时L1将上升，数字调节器输出值将减小。变频水泵出口压力减小，Fi也随之减小。重新使Fi＝Fo，L1又回复到给定值为止。提高了被控量(液位水平信号)和控制量的灵敏度，减小了测量时后滞，可以迅速调节Fi，使液位水平信号总是在给定值范围内变化。
本发明是单回路变频水泵直接液位水平控制系统。实现映射(信号转换)方式简单，调节水泵电机的转速，代替调节阀的作用。提高了被控量(液位水平信号)和控制量的灵敏度，减小了测量时后滞，可以迅速调节Fi，使液位水平信号总是在给定值范围内变化。数字调节器可根据需求可选用经典PID数字调节器，如要求较高的控制精度或预报功能；也可采用现代数字控制器，如自校正调节器、无模型控制器等产品。选用变频水泵范围广，不仅可采用变频水泵也可以采用调速水泵如采用变极方式、转子串电阻调速方式、串级调速方式、调压调速方式、电磁调速异步电动机调速方式，即可调速水泵即可实现单回路调速水泵直接液位水平定值变压控制系统。密闭容器可用一台差压变送器就可以完成(用0-10mA或4-20mA)。非密闭容器用一台压力变送器就可以完成(4-20mA)。利用下限限位还可以解决对其他方面的供水问题。映射完成以后，液位中所取的差压变送器的量程(电流值)与压力变送器的量(电流值)全部等值对应。这样，变频水泵与调节阀的调节效果是一致的。变频水泵可以在最小压力与最大压力范围内在液位的给定值(一点)附近进行调节。压力信号转换成液位信号，可采用变频水泵控制系统替代变频水泵恒压控制系统和液位水平控制系统直接控制液位水平。解决了手动自动无扰动切换问题(恒压控制系统中的压力工作点作为液位水平控制系统中的液位定值)。可广泛的应用于水塔、水罐、工业锅炉供水系统等。
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
图1 单回路变频水泵直接液位水平控制系统的示意2单回路变频水泵直接液位水平控制系统的电路控制图1密闭容器，2水泵，3容器液位差压变送器，4控制液位差压变送器，5储水池，6光柱显示仪，7数字调节器，8变频器，9启闭开关，10进水管道，11均衡阀，12排污阀，13控制液位下限检测点，14控制液位上限检测点，15容器液位上限显示检测点，16容器液位下限显示检测点，17容器液位检测电路，18控制液位检测电路，19信息处理控制电路，20启闭控制电路，21输出水管道，22针形阀，23 24V电源，24管道，25空气开关具体实施方式
实施例1进水管道(10)的一端部与水泵(2)的出水口相连接，进水管道(10)的另一端部与密闭容器(1)相连接，水泵(2)的进水口与储水池(5)相连接，密闭容器(1)的下端部设置输出水管道(21)，输出水管道(21)与用户相连接。
取密闭容器(1)的总长度为容器液位高度(L)，密闭容器(1)的一侧上部设置容器液位上限显示检测点(15)，容器液位上限显示检测点(15)的一端部与密闭容器(1)的一侧上部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的另一端部与容器液位上限显示检测点(15)的针形阀(22)一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)一端与容器液位上限显示检测点(15)的针形阀(22)另一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)另一端与容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)负压室相连接。
密闭容器(1)的一侧下部设置容器液位下限显示检测点(16)，容器液位下限显示检测点(16)的一端部与密闭容器(1)的一侧下部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的另一端部与容器液位下限显示检测点(16)的针形阀(22)一端部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)的一端与容器液位下限显示检测点(16)的针形阀(22)另一端部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)另一端与容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)正压室相连接。
容器液位的均衡阀(11)的一端部与容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)另一端部相连接，容器液位的均衡阀(11)的另一端部与容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)另一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)中部最低点设置容器液位的排污阀(12)，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)中部最低点设置容器液位的排污阀(12)，构成容器液位回路。
取密闭容器(1)中部小于密闭容器(1)总长度为控制液位高度(L1)，密闭容器(1)的另一侧上部设置控制液位下限检测点(13)，控制液位下限检测点(13)的一端部与密闭容器(1)的另一侧上部相连接，控制液位下限检测点(13)的另一端部与控制液位下限检测点(13)的针形阀(22)一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)一端部与控制液位下限检测点(13)的针形阀(22)另一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)另一端部与控制液位检测电路(1 8)的控制液位差压变送器(4)负压室相连接。
密闭容器(1)的另一侧下部设置控制液位上限检测点(14)，控制液位上限检测点(14)的一端部与密闭容器(1)的另一侧下部相连接，控制液位上限检测点(14)的另一端部与控制液位上限检测点(14)的针形阀(22)一端部相连接，控制液位上限检测点(14)的管道(24)一端与控制液位上限检测点(14)的针形阀(22)另一端部相连接，控制液位上限检测点(14)的管道(24)另一端与控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)正压室相连接。
控制液位的均衡阀(11)的一端部与控制液位上限检测点(14)的管道(24)另一端部相连接，控制液位的均衡阀(11)的另一端部与控制液位下限检测点(13)的管道(24)另一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)中部最低点设置控制液位的排污阀(12)，控制液位上限检测点(14)的管道(24)中部最低点设置控制液位的排污阀(12)，构成控制液位回路，如图1所示。
实施例2容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)的一端与光柱显示仪(6)MA端相连接，容器差压变送器(3)的另一端与容器液位检测电路(17)的24V电源(23)的正极端相连接，容器液位检测电路(17)的24V点源(23)的负极端与容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)IN端相连接。
控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)的一端与数字调节器(7)MA端相连接，控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)的另一端与24V电源(23)一端相连接，24V电源(23)的另一端与数字调节器(7)IN端相连接，数字调节器(7)的MA端和WT端各自与信息处理控制电路(19)的变频器(8)AI1端和AGND端相连接。
启闭开关(9)与启闭控制电路(20)的空气开关(25)相连接，空气开关(25)与电源相连接；开启关闭控制电路(20)与信息处理控制电路(19)变频器(8)R端、S端、T端相连接，水泵(2)的电机与信息处理电路(19)变频器(8)的U端、V端、W端相连接。
容器差压变送器输出电流(4-20mA)的正极连接24v电源正极，24v电源的负极连接光柱显示仪的负极(IN)，容器差压变送器的负极连接光柱显示仪的正极(MA)，光柱显示仪显示的就是密闭容器内的容器液位高度，如图1、图2所示。
实施例3使用时，启动启闭电路(20)的启闭开关(9)，密闭容器(1)一侧容器液位回路的容器液位上限显示检测点(15)和容器液位下限显示检测点(16)将密闭容器(1)内的液位情况通过容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)和容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)，传输给容器液位检测电路(17)的容器液位差压变送器(3)，容器液位差压变送器(3)把压力信号转换成液位信号传输给容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)，容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)显示出密闭容器(1)内液位状态。
密闭容器(1)另一侧控制液位回路的控制液位下限检测点(13)和控制液位上限检测点(14)将密闭容器(1)内需控制得液位情况通过控制液位下限检测点(13)的管道(24)和控制液位上限检测点(14)的管道(24)，传输给控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)，控制液位压差变送器(4)把压力信号转换成液位信号传输给控制液位检测电路(18)的数字调节器(7)，控制液位检测电路(18)的数字调节器(7)显示出密闭容器(1)内需控制的液位状态并传输给信息处理电路(19)的变频器(8)，信息处理电路(19)的变频器(8)将液位信号经处理后传输给水泵(2)的电机，控制水泵(2)电机的转速，如此循环往复使密闭容器(1)内的液位控制在所需范围内，如图1、图2所示。
权利要求
1.一种单回路变频水泵直接液位水平控制系统，其特征是进水管道(10)的一端部与水泵(2)的出水口相连接，进水管道(10)的另一端部与密闭容器(1)相连接，水泵(2)的进水口与储水池(5)相连接，密闭容器(1)的下端部设置输出水管道(21)，输出水管道(21)与用户相连接；取密闭容器(1)的总长度为容器液位高度(L)，密闭容器(1)的一侧上部设置容器液位上限显示检测点(15)，容器液位上限显示检测点(15)的一端部与密闭容器(1)的一侧上部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的另一端部与容器液位上限显示检测点(15)的针形阀(22)一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)一端与容器液位上限显示检测点(15)的针形阀(22)另一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)另一端与容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)负压室相连接；密闭容器(1)的一侧下部设置容器液位下限显示检测点(16)，容器液位下限显示检测点(16)的一端部与密闭容器(1)的一侧下部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的另一端部与容器液位下限显示检测点(16)的针形阀(22)一端部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)的一端与容器液位下限显示检测点(16)的针形阀(22)另一端部相连接，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)另一端与容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)正压室相连接；容器液位的均衡阀(11)的一端部与容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)另一端部相连接，容器液位的均衡阀(11)的另一端部与容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)另一端部相连接，容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)中部最低点设置容器液位的排污阀(12)，容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)中部最低点设置容器液位的排污阀(12)，构成容器液位回路；取密闭容器(1)中部小于密闭容器(1)总长度为控制液位高度(L1)，密闭容器(1)的另一侧上部设置控制液位下限检测点(13)，控制液位下限检测点(13)的一端部与密闭容器(1)的另一侧上部相连接，控制液位下限检测点(13)的另一端部与控制液位下限检测点(13)的针形阀(22)一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)一端部与控制液位下限检测点(13)的针形阀(22)另一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)另一端部与控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)负压室相连接；密闭容器(1)的另一侧下部设置控制液位上限检测点(14)，控制液位上限检测点(14)的一端部与密闭容器(1)的另一侧下部相连接，控制液位上限检测点(14)的另一端部与控制液位上限检测点(14)的针形阀(22)一端部相连接，控制液位上限检测点(14)的管道(24)一端与控制液位上限检测点(14)的针形阀(22)另一端部相连接，控制液位上限检测点(14)的管道(24)另一端与控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)正压室相连接；控制液位的均衡阀(11)的一端部与控制液位上限检测点(14)的管道(24)另一端部相连接，控制液位的均衡阀(11)的另一端部与控制液位下限检测点(13)的管道(24)另一端部相连接，控制液位下限检测点(13)的管道(24)中部最低点设置控制液位的排污阀(12)，控制液位上限检测点(14)的管道(24)中部最低点设置控制液位的排污阀(12)，构成控制液位回路。
2.根据权利要求1所述的单回路变频水泵直接液位水平控制系统，其特征在于所述的容器液位检测电路(17)的容器差压变送器(3)的一端与光柱显示仪(6)MA端相连接，容器差压变送器(3)的另一端与容器液位检测电路(17)的24V电源(23)的正极端相连接，容器液位检测电路(17)的24V点源(23)的负极端与容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)IN端相连接；控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)的一端与数字调节器(7)MA端相连接，控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)的另一端与24V电源(23)一端相连接，24V电源(23)的另一端与数字调节器(7)IN端相连接，数字调节器(7)的MA端和WT端各自与信息处理控制电路(19)的变频器(8)AI1端和AGND端相连接；启闭开关(9)与启闭控制电路(20)的空气开关(25)相连接，空气开关(25)与电源相连接；开启关闭控制电路(20)与信息处理控制电路(19)变频器(8)R端、S端、T端相连接，水泵(2)的电机与信息处理电路(19)变频器(8)的U端、V端、W端相连接。
3.根据权利要求1、2所述的单回路变频水泵直接液位水平控制系统，其特征在于启动启闭电路(20)的启闭开关(9)，密闭容器(1)一侧容器液位回路的容器液位上限显示检测点(15)和容器液位下限显示检测点(16)将密闭容器(1)内的液位情况通过容器液位上限显示检测点(15)的管道(24)和容器液位下限显示检测点(16)的管道(24)，传输给容器液位检测电路(17)的容器液位差压变送器(3)，容器液位差压变送器(3)把压力信号转换成液位信号传输给容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)，容器液位检测电路(17)的光柱显示仪(6)显示出密闭容器(1)内液位状态；密闭容器(1)另一侧控制液位回路的控制液位下限检测点(13)和控制液位上限检测点(14)将密闭容器(1)内需控制得液位情况通过控制液位下限检测点(13)的管道(24)和控制液位上限检测点(14)的管道(24)，传输给控制液位检测电路(18)的控制液位差压变送器(4)，控制液位压差变送器(4)把压力信号转换成液位信号传输给控制液位检测电路(18)的数字调节器(7)，控制液位检测电路(18)的数字调节器(7)显示出密闭容器(1)内需控制的液位状态并传输给信息处理电路(19)的变频器(8)，信息处理电路(19)的变频器(8)将液位信号经处理后传输给水泵(2)的电机，控制水泵(2)电机的转速，如此循环往复使密闭容器(1)内的液位控制在所需范围内。
全文摘要
本发明是单回路变频水泵直接液位水平控制系统。进水管道的一端部与水泵的出水口相连接，进水管道的另一端部与密闭容器相连接，水泵的进水口与储水池相连接，密闭容器的下端部设置输出水管道，输出水管道与用户相连接。容器液位回路、控制液位回路、容器液位检测电路、控制液位检测电路、信息处理控制电路、开启关闭控制电路和水泵构成液位控制系统。本发明实现映射(信号转换)方式简单，调节水泵电机的转速，代替调节阀的作用，提高了被控量和控制量的灵敏度，减小了测量时滞，可以使液位水平信号总是在给定值范围内变化。解决了手动 自动无扰动切换问题，选用变频水泵范围广，可广泛的应用于水塔、水罐、工业锅炉供水系统等。
文档编号G05D9/12GK1399177SQ0212964
公开日2003年2月26日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者阎华 申请人:阎华