专利名称：水泵的变压变流量控制方法与控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水泵的变压变流量控制方法与控制系统。
背景技术：
目前的所谓微机给水控制往往都是恒压供水，即控制系统中控制的是水压力，水压力的给定量是恒定的。当用户用水量大时，水压力下降，压力表反馈回来的信号与给定的水压力信号出现较大的差值，该差值经放大、变频器变频，驱动水泵电机调速提高水流量，加大管网中的水压力，直至达到给定压力为止。它是一个单反馈环系统。这就出现一个问题，管网中的水压力的给定值设定为多少合适？如按平均压力值设定给定压力，则在大家都用水时，会出现水压不够，水流量小的情况。如按最大需求设定压力，则在白天或晚间用水少的时段，水压会上升，水泵会出现憋堵现象，会发热，而管网也会因长期压力过大而引发水龙头、阀门发出振动和吱吱的啸叫声，增加了管网漏水率，降低了管网的使用寿命，甚至发生水管爆裂等事故。解决的方法目前有以下几种1、设置专人管理，人工调节水泵的压力2、利用微机控制，当流量小到一定值时，改变压力给定值，近似一种开关控制。
以上方法没有真正地实现按需要供水、供压的自适应控制。另一个方面，就是恒压控制方法节能不够。为保持管网中的水压力恒定，水泵必须始终高强度工作，浪费大量电能。这是目前不可忽视的一个问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供水泵的变压变流量控制方法与控制系统，实现了城市管网的最佳供水模式——按需供水，按需供压。
一、水泵的变压变流量控制方法，该方法的步骤如下1)改变供水管网中的水压力控制为水扬程控制水泵扬程的表达式可简写为H＝HST+∑h＝HST+S·Q2式中H——满足用户用水所需的总扬程；HST——满足用户用水所需的静扬程；∑h——弥补管网中各种水头损失的动扬程；
S——管道沿程摩阻与局部阻力之和2)在稳定的控制系统中引入正反馈从上述表达式中，总扬程是静扬程与动扬程之和，随着用户用水量的增加，总的扬程H也随着增加，当用户不用水时，只需保持供水所需的静扬程HST即可，显然，静扬程HST是满足供水的最小扬程；当静扬程HST作为给控制系统的定控制信号时，流量计反馈回来的信号∑h与给定信号HST之间呈现出正反馈关系，这也正是扬程控制揭示出来的一种控制关系；3)采用变压变流量控制方法构成的系统为一双环系统内环为水压力控制系统，而外环为扬程控制系统；内环采用负反馈控制方法，而外环采用正反馈控制方；静扬程HST作为外环扬程控制的给定信号，流量计反馈回来的信号∑h作为外环的正反馈信号；它们之和H作为内环水压力控制的给定信号，压力表反馈回来的信号作为内环的负反馈信号，以保证输出的水扬程h能够跟随给定扬程HST的变化。
二、水泵的变压变流量控制系统，在供水管网水泵的三相驱动电机供电端之前，接入一个内部嵌入带有PID(比例、积分、微分)控制器的变频器，并在其外部接一个比例加法控制器；压力计安装在水泵输出端，压力计的电信号输出端与变频器中内嵌PID的负反馈输入端相连；流量计也安装在水泵输出端，流量计的电信号∑h输出端则与外接的加法器的正反馈输入端相连；系统外环给定信号HST与外接的加法器的的给定输入端相连；外接的加法器的输出端作为内环的给定输入信号与变频器中嵌入的PID控制器给定输入端相连。
所述的变频器为目前市场上销售的普通变频器；压力计与流量计也为为市场上普通的、能够输出标准电信号的压力计和流量计。
本发明具有的有益效果是实现了供水管网的最佳供水方式——按需供水，按需供压，即用户用多少水，就供应多少水，就加多大的水压；用户不用水时，只需给定一个最小的基本水压，以保证供水延长了管网的使用寿命，克服了以往控制方法所带来的诸多弊端和问题。如，管网长时期承受高压问题，管网中的阀门、水龙头啸叫问题，管网因长时间承受高压而爆裂等问题；较好地解决了城市管网中的不利点处的供水问题；同时又是目前水泵控制中最节能的一种控制方法。
附图是变压变流量控制系统结构原理框图。
图中HST——满足用户用水所需的静扬程，是控制系统外环的给定量；H——满足用户用水所需的总扬程，它为静扬程与动扬程之和；∑h-——弥补管网中各种水头损失的所需的动扬程。
具体实施例方式
如附图所示，在供水管网水泵的三相驱动电机供电端之前，接入一个内部嵌入带有PID控制器的变频器，并在其外部接一个比例加法控制器；压力计安装在水泵输出端，压力计的电信号输出端与变频器中内嵌PID的负反馈输入端相连；流量计也安装在水泵输出端，流量计的电信号∑h输出端则与外接的加法器的正反馈输入端相连；系统外环给定信号HST与外接的加法器的的给定输入端相连；外接的加法器的输出端作为内环的给定输入信号与变频器中嵌入的PID控制器给定输入端相连。
所述的变频器为目前市场上销售的普通变频器；主要用于控制驱动水泵工作的三相电动机的调速。水泵也是一般管网供水的水泵。
所述的压力计与流量计也为为市场上普通的、能够输出标准电信号的压力计和流量计。压力计是指能够将管网总管中(或泵口)的压力转换成标准电信号的压力计。流量计是指能够将管网总管中(或泵口)的流量转换成标准电信号的流量计。
本发明的工作原理如下在已经设计好的供水管网基础上，在水泵的三相驱动电机供电端之前接入一个变频器，用来对三相电动机进行调速用。通过改变变频器的输入给定电压，改变变频器的输出电压频率，实现对三相异步交流电动机调速，调整水泵出口压力和流量的目的。
变频器的输入给定电压由PID控制器提供。PID控制器可以由专门设计的电子线路实现，也可以直接使用变频器内部自带的PID控制器实现。但在本系统中不直接利用其内部的PID控制器，这是因为本系统需要两个反馈输入端，而目前市场上销售的变频器通常只有两个输入端，给定信号占用一个输入端后，只剩下一个输入端供反馈信号输入了，因此，需要外接一个比例加法控制器。同样，也可以用微机实现PID控制。采用微机进行PID控制时，需要对两路反馈信号及一路给定信号进行模/数转换处理。
实施时，首先调整内环，断开外环，即不接入流量正反馈信号，使H＝HST，根据经验预选静扬程HST的值，初选不宜过大，能使压力控制负反馈系统正常工作即可，然后接入正反馈。正反馈的接入要由弱到强，逐渐地一点点增加，直到满足要求为止。实现用户不用水时，即水流量Q＝0时，使H＝HST；迫使输出的压力下降到HST。用户用水时，即水流量Q≠0时，使H＝HST+∑h＝HST+S×Q2；即供水扬程随着用户的用水量的变化而变化，同时也使水压力控制系统(内环)的给定值发生变化，使输出的水压力变化，实现了真正的变压变流量控制。用户用水与不用水可以用管网中的阀门开口大小来模拟。
权利要求
1.水泵的变压变流量控制方法，其特征在于该方法的步骤如下1)改变供水管网中的水压力控制为水扬程控制水泵扬程的表达式可简写为H＝HST+∑h＝HST+S·Q2式中H——满足用户用水所需的总扬程；HST——满足用户用水所需的静扬程；∑h——弥补管网中各种水头损失的动扬程；S——管道沿程摩阻与局部阻力之和；2)在稳定的控制系统中引入正反馈从上述表达式中，总扬程是静扬程与动扬程之和，随着用户用水量的增加，总的扬程H也随着增加，当用户不用水时，只需保持供水所需的静扬程HST即可，显然，静扬程HST是满足供水的最小扬程；当静扬程HST作为给控制系统的定控制信号时，流量计反馈回来的信号∑h与给定信号HST之间呈现出正反馈关系，这也正是扬程控制揭示出来的一种控制关系；3)采用变压变流量控制方法构成的系统为一双环系统内环为水压力控制系统，而外环为扬程控制系统；内环采用负反馈控制方法，而外环采用正反馈控制方；静扬程HST作为外环扬程控制的给定信号，流量计反馈回来的信号∑h作为外环的正反馈信号；它们之和H作为内环水压力控制的给定信号，压力表反馈回来的信号作为内环的负反馈信号，以保证输出的水扬程h能够跟随给定扬程HST的变化。
2.水泵的变压变流量控制系统，其特征在于在供水管网水泵的三相驱动电机供电端之前，接入一个内部嵌入带有PID控制器的变频器，并在其外部接一个比例加法控制器；压力计安装在水泵输出端，压力计的电信号输出端与变频器中内嵌PID的负反馈输入端相连；流量计也安装在水泵输出端，流量计的电信号∑h输出端则与外接的加法器的正反馈输入端相连；系统外环给定信号HST与外接的加法器的的给定输入端相连；外接的加法器的输出端作为内环的给定输入信号与变频器中嵌入的PID控制器给定输入端相连。
3.根据权利要求2所述的水泵的变压变流量控制系统，其特征在于所述的变频器为目前市场上销售的普通变频器；压力计与流量计也为为市场上普通的、能够输出标准电信号的压力计和流量计。
全文摘要
本发明公开了水泵的变压变流量控制方法与控制系统。改变供水网中的水压力控制为水扬程控制；在稳定的控制系统中引入正反馈；变压变流量控制方法的系统为双环系统。在水管网水泵的供电端之前，接入带有PID控制器的变频器，并在其外部接比例加法控制器；安装在水泵输出端的压力计输出的电信号与变频器中PID的负反馈输入端相连；安装在水泵输出端的流量计输出的电信号∑h则与外接的加法器的正反馈输入端相连；系统外环给定信号H
文档编号G05D7/00GK1730948SQ200510060498
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月26日 优先权日2005年8月26日
发明者邵世凡 申请人:浙江科技学院