CN103375412B

CN103375412B - 用于识别和控制离心泵的方法及***

Info

Publication number: CN103375412B
Application number: CN201310145939.2A
Authority: CN
Inventors: M.格内奥; P.莱格奥莱克; F.马尔雷特
Original assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Current assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: JP2013227975A; EP2657529A1; CN103375412A; FR2990007A1; BR102013009522A2; FR2990007B1; US20130287596A1

Abstract

本发明涉及用于控制由电动马达（2）致动的离心泵（1）的一种方法及一种***。该控制方法包括：-第一步骤，选择速度以及控制变速驱动器（3），以便施加所述速度至电动马达（2），-第二步骤，在所述选定的速度，在其整个工作范围上控制电磁阀（6），-第三步骤，测量在泵送回路中流体流动的压力及流量，以及对于电磁阀（6）的每个工作点，测量提供给马达的电功率。-第四步骤，对于所述选定的速度，确定作为所述流量的函数的压力曲线和所提供的作为所述流量的函数的功率曲线。

Description

用于识别和控制离心泵的方法及***

技术领域

本发明涉及用于识别和控制离心泵的一种方法及一种***。

背景技术

离心泵所包括在的泵送回路是由控制***驱动的。

该控制***包括致动离心泵的且由变速驱动器控制的电动马达。该***还包括使得可以控制在泵送回路中的流量的阀或旋塞。在正常操作中，离心泵的控制是基于泵曲线而被执行的。泵曲线是对于称之为额定速度的单一速度定义的，且表示了作为流量的函数的压力、作为流量的函数的机械功率。对于额定速度以外的速度，有称之为Rateau定律的外推定律，用于在泵送回路的量（压力、流量）与机械量（功率、速度）之间产生联系：

流量=流量_额定速度×（速度/额定速度）

压力=压力_额定速度×（速度/额定速度）²

功率=功率_额定速度×（速度/额定速度）³

泵曲线及外推定律已可存储在***中或者在识别阶段期间被重构。在该识别阶段，在对应于提供给泵的机械功率的电动马达的每个速度，压力传感器和流量传感器用于测量在泵送回路中流动的流体的流量及压力。迄今为止，在额定速度执行的识别阶段允许在***的测量数据之间的相关，无论它们是与泵送回路相关联的数据（压力、流量）还是机械数据（速度、功率）。在使用这些数据中公知的缺点是若干等级的：

●不同量的收集被执行，而不保证在这四个测量之间的精确同步。公知的是，阀或旋塞的动作在泵送***中产生变化。取决于泵送***的配置，这些变化可以是振荡的，并且然后很难收集彼此相关的四个量。

●泵曲线在额定速度被建立，符合需要8%精度的ISO标准9906AnnexA，可以发现该精度对于所需的控制活动是不足的。

●实际上，根据理论定律所执行的外推法并不总是可获得所希望的精度。

●变速驱动器用于控制电动马达并且从而排除外部的机械测量，该使用引入了在控制及估计***中可用的数据例如泵曲线与可用的测量或估计数据（估计的速度、估计的机械功率）之间的相关偏差。具体而言，公知的是，没有机械量（位置、速度、转矩或功率）的传感器以及根据所使用的控制算法的类型，可以发现变速传感器在估计速度以及功率方面是不精确的。

本发明的目的是提出了一种控制及识别方法和***，使得在专用阶段期间，可确保在施加至电动马达的在变速驱动器中可用的机械数据与由外部传感器所收集的泵送回路的数据之间的同步相关。此相关将使得可以以非常高的精度估计泵送回路的量（压力、流量），而不必在泵送回路中使用传感器，与制造商的数据相独立，也就是说独立于额定泵曲线。

压力及流量的大小的估计的最终值可以诊断测量元件，或者控制或监测泵送回路，而不需要压力及流量传感器。

发明内容

此目的是通过用于控制包括在由控制***控制的泵送回路中的离心泵的方法实现的，所述控制***包括：

-变速驱动器和由该变速驱动器控制的电动马达，以致动所述离心泵，

-通过所述变速驱动器，测量或估计提供给所述电动马达的机械功率，

-电磁阀，设计成用于控制所述泵送回路，

-压力传感器，设计成用于测量在所述泵送回路中流体流动的压力，

-流量传感器，设计成用于测量在所述泵送回路中流体流动的流量，

-控制及处理单元，

所述方法包括在正常操作所述离心泵之前由该控制及处理单元执行的识别所述离心泵的阶段，所述识别阶段包括：

-第一步骤，选择速度和控制变速驱动器，以便施加所述速度至电动马达，

-第二步骤，在所述选定的速度下，在其整个工作范围上控制电磁阀，

-第三步骤，测量在所述泵送回路中流体流动的压力及流量，以及对于所述电磁阀的每个工作点，测量提供给马达的电功率，

-第四步骤，对于所述选定的速度，确定作为所述流量的函数的压力曲线和所提供的作为所述流量的函数的功率曲线。

根据一特定特征，所述第二步骤、第三步骤以及第四步骤针对所施加至电动马达的若干速度来执行。

根据本发明的另一特定特征，对于选定的速度，所述第三步骤及第四步骤针对电磁阀的每个工作点执行。

本发明还涉及一种用于控制包括在泵送回路中的离心泵的***，所述控制***包括：

-电磁阀，设计成用于控制所述泵送回路，

-控制及处理单元，其包括用于识别所述离心泵的模块，在正常操作所述离心泵之前被激活。

所述识别模块包括：

-用于选择速度的装置和用于控制变速驱动器以便施加所述速度至电动马达的装置，

-对于所述选定的速度，用于确定提供给电动马达的功率的装置，

-在所述选定的速度，用于在其整个工作范围上控制电磁阀的装置，

-对于所述电磁阀的每个工作点，用于重新得到在所述泵送回路中流体流动的压力及流量的测量值的装置，

-对于所述选定的速度，确定作为所述流量的函数的压力曲线和作为所提供的所述流量的函数的功率曲线的装置。

根据一特定特征，所述控制及处理单元包括在所述变速驱动器中。

附图说明

在参照附图的以下详细描述中，其它的特征及优点将变得显而易见，其中：

-图1表示本发明的泵送回路及控制***，

-图2表示在识别离心泵的阶段期间所施加的序列，

-图3A和3B分别表示压力/流量泵曲线和电机功率/流量泵曲线，其特征在于图2的序列。在额定速度的泵曲线以粗体标识。

具体实施方式

泵送回路包括由控制***控制的离心泵1。这样的控制***包括设计成致动该离心泵的电动马达2和设计成控制所述电动马达的变速驱动器3。

由于变速驱动器的结构是众所周知的，所以其将不在本申请中进行说明。

离心泵1的特征在于，在所述泵送回路中正常操作该泵之前执行识别阶段。该识别阶段执行至少一次，例如在该泵送回路的首次启动之前。

离心泵1的识别阶段在于重新设定用于额定速度以及在其它运行速度的泵曲线，以便涵盖整个工作范围。如图3A和3B所示，对所述电动马达的每个速度来说，泵曲线定义了作为在所述泵送回路中流体流动的流量（Df）的函数的在所述泵送回路中液体流动的压力（Pf）（图3A），以及作为在所述泵送回路中流体流动的流量（Df）的函数的马达功率（Pmot）（图3B）。

为了重构泵曲线，该控制***还必须包括压力传感器4和流量传感器5，压力传感器4设计成用于测量在所述泵送回路中流动的流体的压力（Pf），流量传感器5设计成用于测量在所述泵送回路中流动的流体的流量（Df）。一旦识别阶段完成，这些传感器就不再有任何用处并且可以去除。或者，包括变速驱动器以及根据所提出的方法识别的离心泵的泵致动器可***到另一没有压力及流量大小的传感器的泵送回路中，从而提供控制而不需要泵送回路的传感器。

而且，为了确保在识别阶段期间在输入端施加的数据与在输出端收集的数据之间的相关，该控制***包括使得可以集中控制及处理的控制及处理单元30。该控制及处理单元30例如可以是可编程控制器或者是已存在于变速驱动器3中。在接下来的描述中，要考虑的是，控制及处理单元30包括在该变速驱动器中。控制及处理单元30包括用于识别离心泵1的特征的模块，由操作人员激活或者自动激活，例如当***第一次接通时。

本发明的控制***示出在图1中。在该图1中，变速驱动器3连接至电动马达2，并且电动马达2控制离心泵1。置于该泵送回路上的电磁阀6由所述控制及处理单元30直接控制。流量传感器5和压力传感器4直接连接至控制及处理单元30，以便发送它们的测量数据给后者。

如图2所示，当识别模块被激活时，识别离心泵1的阶段就开始了。在第一步骤（E1），控制及处理单元30激活用于控制变速驱动器3的装置，以施加第一速度至电动马达2。该速度例如选自额定速度的从30%至120%的范围。在第二步骤（E2），对于所述选定的速度，为了工作点，控制及处理单元30激活用于控制电磁阀6的装置。然后，在第三步骤（E3），对于电磁阀6的每个工作点，控制及处理单元30记录由传感器4提供的用于感测在该泵送回路中流体流动的压力（Pf）以及由传感器5提供的用于感测在该泵送回路中流体流动的流量（Df）的值，并且通过测量或者通过估计，确定由变速驱动器3提供的功率（Pmot）。所有这些测量数据发送到将它们记录在存储装置中的控制及处理单元30（步骤E4）。对于要施加至电动马达2的新速度，控制及处理单元30重复相同的操作，直至所有的速度已被猎及。基于所收集的数据，控制及处理单元30激活用于确定泵曲线的装置。

一旦所有的数据已被收集，控制及处理单元30就建立每条泵曲线，以涵盖若干可能的使用情况：

-在所述泵送回路的正常操作期间，可使用在不同速度的泵曲线。对于包括在两条曲线之间的速度，插值原理可用于估计流量及压力。

-如果仅两条曲线被获得用于额定速度值和最小速度值，那么还可应用同样的原理。

-另一原理可能是仅存储对应于额定速度的曲线，并且基于所测量的用于较低速度的其它泵曲线，计算相似定律的调整系数。

不论泵曲线的使用原理，当所述压力及流量传感器不存在时，在所述泵送回路的正常操作期间，可采用所述曲线估计压力和流量。

Claims

1.一种用于控制包括在由控制***控制的泵送回路中的离心泵(1)的方法，所述控制***包括：

-变速驱动器(3)和由该变速驱动器控制的电动马达(2)，以致动所述离心泵，

-电磁阀(6)，设计成用于控制所述泵送回路，

-压力传感器(4)，设计成测量在所述泵送回路中流动的流体的压力，

-流量传感器(5)，设计成测量在所述泵送回路中流动的流体的流量，

-控制及处理单元(30)，

所述方法特征在于，其包括在正常操作所述离心泵之前由控制及处理单元(30)执行的识别离心泵(1)的阶段，所述识别阶段包括：

-第一步骤，选择速度和控制变速驱动器(3)，以便施加所述速度至电动马达(2)，

-第二步骤，在所述选定的速度下，在其整个工作范围上控制电磁阀(6)，

-第三步骤，对于电磁阀(6)的每个工作点，测量在所述泵送回路中流体流动的压力及流量，以及测量提供给电动马达的电功率，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步骤、第三步骤以及第四步骤针对所施加至电动马达(2)的若干速度来执行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于选定的速度，所述第三步骤及第四步骤针对电磁阀(6)的每个工作点执行。

4.一种控制包括在泵送回路中的离心泵(1)的***，所述***包括：

-变速驱动器(3)和由该变速驱动器控制的电动马达(2)，以致动离心泵(1)，

-电磁阀(6)，设计成用于控制所述泵送回路，

-控制及处理单元(30)，

所述***特征在于，控制及处理单元(30)包括用于识别所述离心泵的模块，所述模块在正常操作所述离心泵之前被激活，并且在于，所述模块包括：

-用于选择速度的装置和用于控制变速驱动器(3)以便施加所述速度至电动马达(2)的装置，

-对于所述选定的速度，用于确定提供给电动马达(2)的功率的装置，

-在所述选定的速度，用于在其整个工作范围上控制电磁阀(6)的装置，

-对于电磁阀(6)的每个工作点，用于重新得到在所述泵送回路中流体流动的压力及流量的测量的装置，

-对于所述选定的速度，确定作为所述流量的函数的压力曲线和所提供的作为所述流量的函数的功率曲线的装置。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，控制及处理单元(30)包括在变速驱动器(3)中。