CN106593843B - 一种变速电泵的恒压自动运行控制方法 - Google Patents

Abstract

一种变速电泵的恒压自动运行控制方法，取消了传统恒压自动运行控制方法中所必需的流量控制器。采用实测泵的特性曲线，并将其写入微处理芯片的控制器程序中，通过压力传感器采集运行压力值，将其换算到设定的恒压值时的转速及流量，如该流量值小于设定的最小流量则将电泵关断；如流量大于设定的最大流量值，则将电泵的运行控制在最大功率的限值内；如流量在最小流量与最大流量值之间，则按换算的转速运行，并经过转速微调运行在恒压值。将管路或出口的泄漏与正常出口关断两种状态合并，都执行自动关断，以节省能源消耗及降低机器损耗。再通过关断与下次重启之间的时间差的大小来判定正常与泄露状态，如判定为泄露状态则不再自动重启。

Description

一种变速电泵的恒压自动运行控制方法

技术领域

本发明属于电泵自动控制运行领域，具体的说是一种由微处理芯片所控制的变速电机驱动水泵，实现电泵恒压自动运行的控制方法。

背景技术

用户常常需要泵具有恒压自动运行功能，采用这种恒压自动供水的控制方法可让用户获得类似于使用城市自来水管网一样的用水体验：即在一个安装了电泵后的密闭管路供水***中，电泵长期接在电网上，当用户开启出水口(水龙头)，电泵自动启动开始工作并运行在设定的压力上，关闭出水口(水龙头)，压力上升到一定程度时，电泵自动停止运转。这种让电泵在用户需要时工作、不需要时停止的恒压自动的工作方式可以大大节省能源消耗及降低机器损耗。但传统的恒压自动运行功能需要一个压力传感器及一个流量传感器，用来控制泵的转速及停止及自动开启；另外，电泵的控制器中的程序，是按照流量传感器所采集的管路实际流量值来判定管路中流体的流动情况，对于流体完全停止流动时的关闭出口状态，以及泵长期处于非正常的泄漏状态，在这两种状态下均需将电泵自动关断，以节省能源消耗及降低机器损耗。

但上述传统的恒压自动运行方法的不足是，电泵的自动启停功能需要一个成本较高的流量传感器，且流量传感器常常被流体中的铁磁物质所吸附，或被其它长条状物体所缠绕，大大影响其流量数据采集精度，甚至导致其功能完全丧失；另一方面，其恒压控制是通过采集压力传感器及流量传感器的数值进行反复及比较判断来调整泵的转速达到恒压控制的目的，这种多次依靠尝试的实现控制的方法采用了许多经验参数，其过程复杂，受安装场合及泵的个体差异的影响大而导致可靠性差，且不能通用于其它功率及性能的电泵。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种变速电泵的恒压自动运行控制方法，对于用电子芯片控制的变速电机驱动水泵，在电泵的控制***中取消成本较高且可靠性差的流量传感器，并按电泵的运行特性规律来有效地控制电泵，目的是使电泵的恒压自动运行的控制成本低、可靠性高、简单方便且通用性强。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是一种变速电泵恒压的自动运行控制方法，其特征是由如下步骤组成：

A，设定恒压值H，设定自动重启压力Hr；

B，设定最大功率值Pmax，设定时间容差DT，设定小水流量下自动重启的次数N；设定最大流量值Qmax，设定最小流量值Qmin, Qmin>0；

C，实测泵的“压力-流量-转速”的运行特性曲线，在泵流量为0到最大流量值范围内取15~25组“压力-流量-转速”数据，命名为HQN数组；

C，实测泵的“压力-流量-转速”的运行特性曲线，在泵流量为0到最大流量值范围内取15~25组“压力-流量-转速”数据，命名为HQN数组；

D，将HQN数组写入到控制器的程序中，将程序下载到电泵的电子控制器的控制芯片中，

E，在程序中将HQN数组中的数据按泵相似定律换算成压力恒为H的“流量-转速”的泵特性曲线，得出与HQN数组相对应的15~25组数据，命名为CQN数组；

F，电泵按程序设定运行稳定后，通过压力传感器获取电泵的出口压力值P，通过速度传感部件获取电泵的转速值n；

G，将F步骤中所述泵的工作点的出口压力值P和转速值n，按泵相似定律换算成压力为设定恒压值H时的转速n2值，在CQN数组中通过插值法获得流量Q的数值;

H，如G步骤中所述流量值Q小于B步骤中所设定最小流量值Qmin，则将电泵关断，并执行下列关断重启步骤：

H1，关断重启的次数值加1，控制器记录本次关断到下次自动重启的之间的时间T；

H2，关断后压力传感器仍采集管路中的压力值，当压力低到自动重启压力Hr时，电泵控制器驱动泵电机进行自动重启，返回执行F步骤；

H3，当所记录的最近N次的自动重启的时间T之间的误差在DT范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，不再自动重启，需手动重启运行电泵；

I，如G步骤中所述的换算获得流量值Q大于B步骤中所设定的最大流量值Qmax，则放弃恒压控制，进入下列限功率判定步骤：

I1，如果此时功率不超过所限的最大功率，不进行再转速控制，按现有的转速运行；

I2，如果此时功率超过所限的最大功率，则在现有的转速基础上降转速运行，直到不超过所限功率为止；

J，除H、I步骤所述的运行状态以外，均将泵的转速调整到转速为n2运行，再根据压力传感器的压力值与要设定的恒压值对比，如相差值小于5%则认为恒压成功，太高或太低通过微小的减增转速来调整压力，直到相差小于5%；

K，每隔若干秒时间重复F-J步骤，则该重复的整个过程为电泵的运行过程；

进一步地，按常规的思路，在出水口(水龙头)关闭即流量为0时候的恒压点上，泵应自动关断。但在上述的过程中，我们对用户使用过程中不小心关闭出水口(水龙头)不严或管路泄漏的故障状态进行了处理，即设定泵在所换算获得流量值小于等于最小流量值Qmin，Qmin>0时而不是Qmin=0时自动关断；以便将在泵、出口) 关闭不严或管路泄漏时还有一些流量的故障状态情况下也可以自动关断电泵，避免泵在此状态不断反复重新启动而浪费能源及增加机器损耗。

进一步地，为区分上述所述泄漏状态下的的自动关断电泵后所记录的最近3次的自动重启的时间之间的误差在DT范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，电泵不再自动重启，需手动重启运行电泵，以便与出口正常完全关闭的情况区别开来。

有益效果

本发明利用泵的性能特性换算得出的流量值作为控制基础，从而不再需要流量传感器，节省了成本，避免了流量传感器由于被水中的铁磁物质所吸附或被其它长条状物体所缠绕而影响其采集精度、甚至导致功能完全丧失的情况发生，提高了可靠性，同时泵的性能特性曲线入手，只经过一个步骤就达到恒压的目的，找出了一种简单的控制方案；同时，对不同的电泵及电泵所安装的不同场合，只需要更改所设定的值(恒压值H、最大流量值Qmax、最小流量值Qmin,Qmin>0、最大功率值Pmax、设定时间容差DT、设定小水流量下自动重启的次数N)就可以正常使用，本发明的变速电泵的恒压自动运行控制方法达到了成本低、可靠性高、简单方便且通用性强目的。

附图说明

图1是泵特性曲线图；图2是本发明实施步骤的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案的一个具体实施例子做进一步的详细说明：

一台配电子控制器(基于STM32芯片)的无刷直流电机驱动一个离心泵，输入功率为750W、最高扬程为36M、最大流量为110L/min，如图2中流程执行，即按如下步骤实施：

A，设定恒压值H=0.23MPa，设定自动重启压力Hr=0.13MPa；

B，设定最大流量值Qmax=80 L/min，设定最小流量值Qmin= 2L/min，设定最大功率值Pmax=750W；设定时间容差DT=0.5s；设定小水流量下自动重启的数次N=3；

C，实测泵的“压力-流量-转速”的运行特性曲线，在泵流量为0到最大流量值范围内取15组“压力-流量-转速”数据，命名为HQN数组，其运行特性曲线如附图1中的曲线1所示；

D，将HQN数组写入到控制器的程序中，将程序下载到电泵的电子控制器的控制芯片中，

E，在程序中将HQN数组中的数据按泵相似定律换算成压力恒为H=0.23MPa的“流量-转速”的泵特性曲线，得出与HQN数组相对应的15组数据，命名为CQN数组，具体换算公式如下：

转速n1=(HQN数组中的压力值/0.23) ^0.5xHQN数组中的转速值，

流量Q1= HQN数组中的流量值x(HQN数组中的转速值/上式得出的转速n1)，

换算后的恒压为H=0.23MPa的的泵特性曲线如图1中的2曲线所示；

F，电泵按设定的程序运行稳定后，通过压力传感器获取电泵的出口压力值P，通过无刷直流电机的换相周期(其它电机通过霍尔元件或编码器等为速度传感部件)获取电泵的转速值n；

G，将F步骤中所述泵的工作点的出口压力值P和转速值n，按泵相似定律换算成压力为设定恒压值H=0.23MPa时的转速n2值，具体换算公式如下：

转速n2=(出口压力值P/0.23) ^0.5x转速值n，

然后在CQN数组中通过插值法获得流量Q的数值；

H，如G步骤中所述的换算获得流量值Q小于B步骤中所设定最小流量值Qmin=2L/min，则将电泵关断，并执行下列关断重启步骤：

H1，一旦用户使用水，管路压力将下降，当压力传感器获取电泵的压力低到自动重启压力Hr=0.13MPA时，电泵控制器驱动泵电机进行自动重启，控制器记录本次自动重启到下次自动重启的时间；

H2，当所记录的最近N=3次的自动重启的时间误差在DT=0.5s范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，不再自动重启，需手动重启运行电泵；

I，如G步骤中所述的换算获得流量值Q大于B步骤中所设定的最大流量值Qmax=80L/min，则放弃恒压控制，进入下列限功率判定步骤：

I1，如果此时功率不超过所限的最大功率，不进行再转速控制，按现有的转速运行；

I2，如果此时功率超过所限的最大功率，则在现有的转速基础上降转速运行，直到不超过所限功率Pmax=750W为止；

J，除H、I步骤所述的运行状态以外，均将泵的转速调整到转速为n2运行，再根据压力传感器的压力值与要设定的恒压值H=0.23MPa对比，如相差值小于5%则认为恒压成功，太高或太低通过微小的减增转速来调整压力，直到相差小于5%；

K，每隔若干秒时间重复F-J步骤，则该重复的整个过程为电泵的运行过程。

在上述的过程中，我们对由于用户在使用过程中出现的出水口(水龙头) 不小心关闭不严或管路泄漏的故障状态进行了处理，在这些故障状态下，将泵的自动关断流量设定为Qmin=2L/min而不是Qmin=0时；以便将在泵、出口或管路泄漏时还有一些流量的情况下也可以自动关断电泵。

进一步地，关断后，对正常自动关断状态，要求当管路压力值低于0.13MPa时自动重启，而对管路泄漏时状态时，要求压力值低于0.13MPa时不自动重启，关断后的这两种状态是通过如下方法区分：电泵后所记录的最近3次的自动重启的时间之间的误差在DT=0.5s范围内时，所述的自动关断电泵后所记录的最近3次的自动重启的时间之间的误差在DT=0.5s范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，电泵不再自动重启，需手动重启运行电泵，以便与出口正常完全关闭的情况区别开来。

Claims (3)

1.一种变速电泵的恒压运行控制方法，其特征是由如下步骤组成：

A，设定恒压值H, 设定自动重启压力Hr；

B，设定最大功率值Pmax，设定时间容差DT，设定小水流量下自动关断重启的次数N；设定最大流量值Qmax，设定最小流量值Qmin, Qmin>0；

C，实测泵的“压力-流量-转速”的运行特性曲线，在泵流量为0到最大流量值范围内取15~25组“压力-流量-转速”数据，命名为HQN数组；

D，将HQN数组写入到控制器的程序中，将程序下载到电泵的电子控制器的控制芯片中，

E，在程序中将HQN数组中的数据按泵相似定律换算成压力恒为H的“流量-转速”的泵特性曲线，得出与HQN数组相对应的15~25组数据，命名为CQN数组；

F，电泵按程序设定运行稳定后，通过压力传感器获取电泵的出口压力值P，通过速度传感部件获取电泵的转速值n；

G，将F步骤中所述泵的工作点的出口压力值P和转速值n，按泵相似定律换算成压力为设定恒压值H时的转速n2值，在CQN数组中通过插值法获得流量Q的数值;

H，如G步骤中所述流量值Q小于B步骤中所设定最小流量值Qmin，则将电泵关断，并执行下列关断重启步骤：

H1，关断重启的次数值加1，控制器记录本次关断到下次自动重启的之间的时间T；

H2，关断后压力传感器仍采集管路中的压力值，当压力低到自动重启压力Hr时，电泵控制器驱动泵电机进行自动重启，返回执行F步骤；

H3，当所记录的最近N次的自动重启的时间T之间的误差在DT范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，不再自动重启，需手动重启运行电泵；

I，如G步骤中所述的换算获得流量值Q大于B步骤中所设定的最大流量值Qmax，则放弃恒压控制，进入下列限功率判定步骤：

I1，如果此时功率不超过所限的最大功率，不进行再转速控制，按现有的转速运行；

I2，如果此时功率超过所限的最大功率，则在现有的转速基础上降转速运行，直到不超过所限功率为止；

J，除H、I步骤所述的运行状态以外，均将泵的转速调整到转速为n2运行，再根据压力传感器的压力值与要设定的恒压值对比，如相差值小于5%则认为恒压成功，太高或太低通过微小的减增转速来调整压力，直到相差小于5%；

K，每隔若干秒时间重复F-J步骤，则该重复的整个过程为电泵的运行过程。

2.根据权利要求1所述的一种变速电泵的恒压运行控制方法，其特征是，设定泵在所换算获得流量值小于等于最小流量值Qmin, Qmin>0时而不是Qmin=0时自动关断；以便将在泵、出口或管路泄漏的故障情况下也可以自动关断电泵。

3.根据权利要求2所述的一种变速电泵的恒压运行控制方法，其特征是，关断电泵后所记录的最近3次的自动重启的时间之间的误差在DT范围内时，判定为泵、出口或管路泄漏，电泵不再自动重启，需手动重启运行电泵，以便与出口正常完全关闭的情况区别开来。