专利名称：一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业自动化领域，特别是一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统。
背景技术：
在流程工业生产中，流体输送设备一般包含离心泵、混流泵、轴流泵和漩涡泵等液体输送设备，鼓风机、通风机、压缩机等气体输送设备，以及皮带运输机等固体输送设备。流体输送设备能效计算部分引用了 GB/T 13470-2008通风机系统经济运行、GB/T 13469-2008离心泵、混流泵、轴流泵和漩涡泵系统经济运行、GB/T 13466-2006交流电气传动风机经济运行通则国家标准。这样可以使得设计标准化，应用范围宽广。但国家标准只规定原则性问题，对于如何建立设备模型没有规定。目前对生产企业设备能效较常采用的办法是能源的合同管理模式，即委托节能服务公司提供能源审计、项目设计、节能量确认和保证等节能服务，在一定的周期进行计算和评估，这种模式存在针对性强、范围窄，周期性过长的特点，需要专业的人员实施，不能实时指导生产计划和设备维修计划的制定，故无法进行流体输送设备能效的实时分析。
实用新型内容本实用新型针对现有的国家标准没有规定如何建立设备模型，而能源的合同管理模式周期性长，无法进行流体输送设备能效的实时分析的问题，提供一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统，在国家标准基础上设计电机驱动的流体输送设备能效计算模型，利用该能效计算模型进行计算，为流体输送设备能效管理提供了重要手段。本实用新型的技术方案如下一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统，其特征在于，包括依次连接的算法选择模块、参数表模块、能效计算建模模块和能效计算模型处理模块，还包括与参数表模块相连的数据库，所述参数表模块包括输入参数表和输出参数表，所述输入参数表和输出参数表均与算法选择模块以及能效计算建模模块相连；所述算法选择模块用于根据流体输送设备特性从自身存储的算法中选择进行能效计算的算法；所述输入参数表根据选择的算法从数据库中提取并存储用于该能效计算的参数，包括电机驱动的流体输送设备的静态参数和生产过程参数；所述输出参数表用于存储能效计算的结果；所述能效计算建模模块根据选择的能效计算的算法，利用输入参数表的参数进行能效计算建模，从而建立能效计算模型，并将能效计算的结果返回给输出参数表；所述能效计算模型处理模块采用一个或多个函数将建立的能效计算模型与所述流体输送设备相对应。还包括预处理模块，所述预处理模块与输入参数表相连，所述预处理模块将流体输送设备用于能效计算的参数数据进行预处理后再存储至输入参数表。所述预处理模块用于在所述流体输送设备并联或串联成流体输送设备组使用并且只在总管道进行计量时，将各流体输送设备用于能效计算的参数数据进行加和处理后存储至输入参数表，从而将所述流体输送设备组整体作为一个设备进行能效计算。还包括与能效计算模型处理模块相连的流体输送设备运行监控模块，所述流体输送设备运行监控模块用于电机驱动的流体输送设备的计算和实时运行，并通过计算机或网络技术对流体输送设备进行实时监控。还包括与流体输送设备运行监控模块相连的流体输送设备分析模块，所述流体输送设备分析模块用于对电机驱动的流体输送设备进行周期性运算，对运算结果进行查看和能效分析，获得所述流体输送设备的经济运行情况，确定流体输送设备的经济运行条件和不利因素。所述输入参数表和输出参数表均采用固定格式并包括电机驱动的流体输送设备能效计算的参数名称、参数单位、数据类型信息；所述函数的形式参数为根据输入参数表和输出参数表形成的结构变量。所述能效计算的算法包括流体输送设备运行效率计算和流体输送设备输入比功率计算，所述流体输送设备运行效率计算是用周期内流体输送设备的总的有效能量与周期
ΣΡη
内输入的总能量的比值，其计算公式为Zj"1^-χ100% 所述流体输送设备输入比功
率计算是用单位质量流量对应的系统所消耗功率来表征流体输送设备的能效，其计算公式
、 (YjW1)IT 为 Pr = ^-χ 100%
QtIT.
Ilj为运算周期内流体输送设备总的平均运行效率，Pyi为第i个运算周期内流体输送设备输出的有效功率，、为第i个运算周期，Wi为第i个运算周期内，电源输入流体输送设备的电能量，η为运算周期次数；Pr为流体输送设备输入比功率，T周期内累积质量，Wi为第i个计算周期内流体输送设备消耗的电量，T为计算周期。当所述流体输送设备为泵组时，能效计算建模模块首先根据流量计算泵组入口和出口液体平均流速，然后再计算泵扬程从而得出泵组有效功率；当所述流体输送设备为通风机组或鼓风机组时，能效计算建模模块根据计算的通风机组或鼓风机组进风和出风总管测量流量横截面气体密度得到进风和出风总管静压测点风速，并进一步得到通风机组或鼓风机组全压，从而得到通风机组或鼓风机组有效功率；当流体输送设备为空气压缩机时，能效计算建模模块根据在计算周期内换算到与输入容积流量相同状态下的累积流量进行空气压缩机机组输入比功率计算。所述能效计算建模模块还包括计算输送单位流量电耗计算。当所述流体输送设备为泵组时，所述输入参数表中的输入参数包括液体密度、周期内机组输出的流量、机组入口和出口的压力、泵组入口和出口分别与测量压力参照基准面的垂直高度差、机组入口和出口的总管直径以及周期内电源输入泵组的电量，所述输出参数表中的输出参数包括泵组入口和出口总管液体平均流速、泵扬程以及泵组有效功率; 当所述流体输送设备为通风机组或鼓风机组时，所述输入参数表中的输入参数包括周期内通风机组或鼓风机组输出的流量、通风机组或鼓风机组进风和出风口侧静压测量点静压、 通风机组或鼓风进风口和出风口侧静压测量风速横截面积以及周期内电源输入通风机组或鼓风机组的电量，所述输出参数表中的输出参数包括通风机组或鼓风进风口和出风口总管静压测点风速、通风机组或鼓风机组进风口和出风口总管测量流量横截面气体密度、通风机组或鼓风机组全压以及通风机或鼓风机组运行有效功率。本实用新型的技术效果如下本实用新型涉及的电机驱动的流体输送设备能效计算模型的建立系统，包括依次连接的算法选择模块、参数表模块、能效计算建模模块和能效计算模型处理模块，还包括数据库，参数表模块包括输入参数表和输出参数表，通过能效计算建模模块根据算法选择模块选择的能效计算的算法，利用输入参数表的参数进行能效计算建模，从而建立能效计算模型，并将能效计算的结果返回给输出参数表，能效计算结果是能效计算模型的一部分，实现动态变化数据的建模，能效计算模型处理模块采用一个或多个函数将建立的能效计算模型与所述流体输送设备相对应。该系统利用流体输送设备能效计算的输入参数和输出参数进行能效计算建模，解决了目前的国家标准没有规定如何建立设备模型的问题，能够实现动态变化数据的建模，能效计算的结果返回给输出参数表，这样输入参数表和输出参数表的数据均可作为流体输送设备能效记录属性存在，用户通过检索能效输送设备就可以获取能效记录。还能够利用生成的能效计算模型进行计算，流体输送设备可以实时运行，解决了采用能源的合同管理模式周期性长，无法进行流体输送设备能效的实时分析的问题，提高了能效计算的效率。该系统可以有效地对企业电机驱动的流体输送设备的效率进行实时监控和分析，对其设备性能进行评估，从而指导生产计划和设备维修计划的制定。流体输送设备能效数据还可以通过网络通讯技术发布给有权限的用户查看和使用，同时有权限的用户可以根据企业流体输送设备的维修或更换随时更改配置，快速方便地完成新的流体输送设备的监控和分析。
图1为本实用新型用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统结构示意图。图2为本实用新型用于电机驱动的流体输送设备能效计算的优选建模系统结构示意图。图3为电机驱动的流体输送设备的能效计算原理图。图4为电机驱动的流体输送设备电量和流量的周期计算示意图。图5为流体输送设备成组时流量和电量的计算示意图。图6为电机驱动的流体输送设备的能效计算的建模的计算机及网络结构示意图。图7为流体输送设备能效曲线的查看和分析示意图。图中各标号列示如下[0034]1-泵组入口流量表、压力仪表；2-泵组出口的压力仪表；3_1#泵；4-姊泵；5_3# 泵；6-客户端；7-数据处理服务器；8-WEB服务器；A-效率曲线；B-流量曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行说明。图1为本实用新型用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统结构示意图，包括依次连接的算法选择模块、参数表模块、能效计算建模模块和能效计算模型处理模块，还包括数据库，参数表模块包括输入参数表和输出参数表，输入参数表和输出参数表均与算法选择模块以及能效计算建模模块相连，输入参数表还与数据库相连。其中，算法选择模块用于根据流体输送设备特性从自身存储的算法中选择进行能效计算的算法，输入参数表根据选择的算法从数据库中提取并存储用于该能效计算的参数，包括电机驱动的流体输送设备的静态参数和生产过程参数，所述输出参数表用于存储能效计算的结果，每类流体输送设备建立的输入参数表和输出参数表均采用固定格式，如输入参数表定义了电机驱动的流体输送设备能效计算的参数名称、参数单位、数据类型、参数来源等信息，输出参数表定义了电机驱动的流体输送设备能效计算的参数名称、参数单位、数据类型等信息。所述能效计算建模模块根据选择的能效计算的算法，利用输入参数表的参数进行能效计算建模， 从而建立能效计算模型，并将能效计算的结果返回给输出参数表。所述能效计算模型处理模块采用一个或多个函数将建立的能效计算模型与所述流体输送设备相对应，其中，函数的形式参数为根据输入参数表和输出参数表形成的结构变量。利用生成的能效计算模型进行计算，配置生成能效对象。本实用新型所涉及的该建模系统可以利用计算机技术，网络技术和数据库技术， 实现基于能效计算模型的流体设备能效计算。计算结果是能效计算模型的一部分。如图2 所示的优选建模系统结构示意图。除图1所示结构外，还包括预处理模块、与能效计算模型处理模块依次连接的流体输送设备运行监控模块和流体输送设备分析模块。所述预处理模块与输入参数表相连，预处理模块将流体输送设备用于能效计算的参数数据进行预处理后再存储至输入参数表。优选地，当所述流体输送设备并联或串联成流体输送设备组使用并且只在总管道进行计量时，所述预处理模块将各流体输送设备用于能效计算的参数数据进行加和处理后存储至输入参数表，从而将所述流体输送设备组整体作为一个设备进行能效计算。所述流体输送设备运行监控模块用于电机驱动的流体输送设备的计算和实时运行，并通过计算机或网络技术对流体输送设备进行实时监控；所述流体输送设备分析模块用于对电机驱动的流体输送设备进行周期性运算，对运算结果进行查看和能效分析，获得所述流体输送设备的经济运行情况，确定流体输送设备的经济运行条件和不利因素。对上述建模系统进行具体描述，电机驱动的流体输送设备的能效计算原理图如图 3所示，图中符号说明如下Wse——平衡测算周期内输入的总电能，kW · h ；Wsd——平衡测算周期内电动机损失的总能量，kW · h ；Wst——平衡测算周期内调速装置损失的总能量，kW · h ；Wsc——平衡测算周期内机械传动机构损失的总能量，kW · h ；[0045]Wsz——平衡测算周期内做功机械损失的总能量，kW · h ；Wy——平衡测算周期设备总的有效能量，kff · h。根据能量守恒定律，显然有Ak = WSD+ffST+ffsc+ffsz+ffY则电机驱动的流体输送设备效率计算为η =-—-= i χ 100%
+ ^st+Wsc+Wsz+Wr Wsr此外，还可以根据流体输送设备出厂参数可以计算流体输送设备额定效率，用于流体输送设备经济运行的效率判断ηJe ^ nDex ηCex nTex nFenDe——电动机额定效率，％ ；nCe——传动机构效率，0A ；nTe—调速装置额定效率，％ ；nFe—各风机(或泵类)额定效率，％额定效率一般由厂家给出，根据电动机额定效率、传动机构效率、调速装置额定效率和作为负载机的流体输送设备的效率计算流体输送设备额定效率。当然，也可以由厂家直接给出流体输送设备的额定效率，此时就不需要计算了。通用的流体输送设备能效计算算法通常采用以下两种流体输送设备运行效率计算(如公式1所示)和流体输送设备输入比功率计算(如公式2所示)。流体输送设备运行效率计算是用周期内流体输送设备的总的有效能量与周期内输入的总能量的比值，适用于能够明确计算出流体输送设备输出有效能的场合，如流体输送设备为泵机组、通风机组、鼓风机组等液体输送设备或气体输送设备时的能效计算；流体输送设备输入比功率是用单位质量流量对应的系统所消耗功率来表征流体输送设备的能效，适用于流体输送设备输出有效能不能明确计算的场合，如流体输送设备为皮带运输机等固体输送设备时的能效计算， 另外，压缩机因为存在等温压缩和绝热压缩情况，为了增强实用性，也可采用输入比功率来表征效率。流体输送设备运行效率计算^ = -xl00%
W............1nj—运算周期内流体输送设备总的平均运行效率，Pyi—第i个运算周期内流体输送设备输出的有效功率，kff ；ti—第i个运算周期，h ；Wi——第i个运算周期内，电源输入流体输送设备的电能量，kff-h；η—运算周期次数。
(Ywl)ZT流体输送设备输入比功率计算？ _χ100ο/ο
r QtIT............2Pr—流体输送设备输入比功率，kff/ (kg/h)；Qt——T周期内累积质量，kg ；[0067]Wi——第i个计算周期内流体输送设备消耗的电量，kW · h ；T——计算周期，h。可见，对于计算流体输送设备效率，关键是计算各流体输送设备输出的有效能量或有效功率。关于电机驱动的流体输送设备电量和流量的周期计算示意图见图4。图中的Q指在生产过程获取的运算周期内的累积流量，每个运算周期T内的累积流量等于周期终止时
刻的流量累积值减去周期初始时刻的流量累积值，如W1-W0、W2_W1......，气体累积流量要
求是经过补偿的值，补偿可以在基础自动化平台完成。下面分别说明当流体输送设备分别为泵类、通风机鼓风机类和压缩机时的流体输送设备能效计算的建模系统，当然，本实用新型的该建模系统不限于上述所列设备。—、泵机组能效计算的建模系统算法选择模块根据流体输送设备特性选择进行能效计算的算法，泵机组为液体输送设备，其能效计算算法适用于流体输送设备运行效率计算的公式，参数表模块中的输入参数表和输出参数表分别如表1. 1和1. 2所示，还可以通过流体输送设备分析模块建立泵机组的经济运行判断见表1. 3。表1. 1泵组输入参数表
参数名称符号参数单位参数来源电动机额定效率rIue%泵机纟目参数表传动机构效率.nCe%传动机构效率表调速装置额定效率Vtc%默认为100，允许修改泵额定效率VBe%泵机组参数表
权利要求1.一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统，其特征在于，包括依次连接的算法选择模块、参数表模块、能效计算建模模块和能效计算模型处理模块，还包括与参数表模块相连的数据库，所述参数表模块包括输入参数表和输出参数表，所述输入参数表和输出参数表均与算法选择模块以及能效计算建模模块相连；所述算法选择模块用于根据流体输送设备特性从自身存储的算法中选择进行能效计算的算法；所述输入参数表根据选择的算法从数据库中提取并存储用于该能效计算的参数，包括电机驱动的流体输送设备的静态参数和生产过程参数；所述输出参数表用于存储能效计算的结果；所述能效计算建模模块根据选择的能效计算的算法，利用输入参数表的参数进行能效计算建模，从而建立能效计算模型，并将能效计算的结果返回给输出参数表；所述能效计算模型处理模块采用一个或多个函数将建立的能效计算模型与所述流体输送设备相对应。
2.根据权利要求1所述的建模系统，其特征在于，还包括预处理模块，所述预处理模块与输入参数表相连，所述预处理模块将流体输送设备用于能效计算的参数数据进行预处理后再存储至输入参数表。
3.根据权利要求2所述的建模系统，其特征在于，所述预处理模块用于在所述流体输送设备并联或串联成流体输送设备组使用并且只在总管道进行计量时，将各流体输送设备用于能效计算的参数数据进行加和处理后存储至输入参数表，从而将所述流体输送设备组整体作为一个设备进行能效计算。
4.根据权利要求1至3之一所述的建模系统，其特征在于，还包括与能效计算模型处理模块相连的流体输送设备运行监控模块，所述流体输送设备运行监控模块用于电机驱动的流体输送设备的计算和实时运行，并通过计算机或网络技术对流体输送设备进行实时监控。
5.根据权利要求4所述的建模系统，其特征在于，还包括与流体输送设备运行监控模块相连的流体输送设备分析模块，所述流体输送设备分析模块用于对电机驱动的流体输送设备进行周期性运算，对运算结果进行查看和能效分析，获得所述流体输送设备的经济运行情况，确定流体输送设备的经济运行条件和不利因素。
6.根据权利要求1所述的建模系统，其特征在于，所述输入参数表和输出参数表均采用固定格式并包括电机驱动的流体输送设备能效计算的参数名称、参数单位、数据类型信息；所述函数的形式参数为根据输入参数表和输出参数表形成的结构变量。
7.根据权利要求1所述的建模系统，其特征在于，当所述流体输送设备为泵组时，能效计算建模模块首先根据流量计算泵组入口和出口液体平均流速，然后再计算泵扬程从而得出泵组有效功率；当所述流体输送设备为通风机组或鼓风机组时，能效计算建模模块根据计算的通风机组或鼓风机组进风和出风总管测量流量横截面气体密度得到进风和出风总管静压测点风速，并进一步得到通风机组或鼓风机组全压，从而得到通风机组或鼓风机组有效功率；当流体输送设备为空气压缩机时，能效计算建模模块根据在计算周期内换算到与输入容积流量相同状态下的累积流量进行空气压缩机机组输入比功率计算。
8.根据权利要求7所述的建模系统，其特征在于，所述能效计算建模模块还包括计算输送单位流量电耗计算。
9.根据权利要求7所述的建模系统，其特征在于，当所述流体输送设备为泵组时，所述输入参数表中的输入参数包括液体密度、周期内机组输出的流量、机组入口和出口的压力、泵组入口和出口分别与测量压力参照基准面的垂直高度差、机组入口和出口的总管直径以及周期内电源输入泵组的电量，所述输出参数表中的输出参数包括泵组入口和出口总管液体平均流速、泵扬程以及泵组有效功率；当所述流体输送设备为通风机组或鼓风机组时，所述输入参数表中的输入参数包括周期内通风机组或鼓风机组输出的流量、通风机组或鼓风机组进风和出风口侧静压测量点静压、通风机组或鼓风进风口和出风口侧静压测量风速横截面积以及周期内电源输入通风机组或鼓风机组的电量，所述输出参数表中的输出参数包括通风机组或鼓风进风口和出风口总管静压测点风速、通风机组或鼓风机组进风口和出风口总管测量流量横截面气体密度、通风机组或鼓风机组全压以及通风机或鼓风机组运行有效功率。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电机驱动的流体输送设备能效计算的建模系统，包括依次连接的算法选择模块、参数表模块、能效计算建模模块和能效计算模型处理模块，还包括与参数表模块相连的数据库，参数表模块包括输入参数表和输出参数表；算法选择模块用于根据流体输送设备特性选择进行能效计算的算法；能效计算建模模块根据选择的能效计算的算法，利用输入参数表的参数进行能效计算建模，从而建立能效计算模型，并将能效计算的结果返回给输出参数表；能效计算模型处理模块采用一个或多个函数将建立的能效计算模型与所述流体输送设备相对应。该系统利用能效计算模型进行计算，提高了能效计算的效率，为流体输送设备能效管理提供了重要手段。
文档编号G06F19/00GK201965614SQ20102065639
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者庄诚, 赵昼辰 申请人:北京三博中自科技有限公司