CN111779683B - 深井泵控制方法及其驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种深井泵控制方法及其控制装置，该深水泵控制方法包括以下步骤：控制深井泵的电机以额定转速运行并获取电机的转矩电流和输出功率，若电机的转矩电流小于预定的转矩电流下限，且电机的输出功率小预定的第一功率阈值，则控制电机停机，否则，判断电机的输出功率是否小于预定的第二功率阈值Pmin2，若大于等于第二功率阈值则返回上一步骤，若小于第二功率阈值Pmin2则执行下一步骤，记录深井泵的出口压力，作为压力阈值；降低电机的转速，获取深井泵的出口压力变化值，根据出口压力变化值判断深水泵是否出现泄露。本发明能够自动实现深水泵的无水保护，并自动识别深水泵停机时的压力阈值，检测出深水泵是否发生泄漏。

Description

深井泵控制方法及其驱动装置

技术领域

本发明涉及深井泵控制技术。

背景技术

深井泵电机采用高转速的永磁电机，可以减小泵体的叶轮数和体积，并降低泵的成本和体积，这已经成为深井泵行业的发展趋势。深井泵驱动器和电机、叶轮直连密封，工作在密闭的深井中。由于深井的深度达到一百多米，一旦深井泵发生故障停机不能正常工作，不仅维修起来很困难，而且维修成本也非常高。这就需要深井泵驱动器具有一定的智能性，不仅能够识别多种故障，并且还要能做出相应的处理。

现有的深井泵驱动器能针对一些简单的故障做出处理，在面临以下几个问题时尚缺乏较好的解决手段：

1)当深井中的泥沙堵住叶轮时会导致电机发生堵转，使得水泵无法正常启动；

2)当深井中水位较低时，电机和驱动器暴露在空气中，无法通过水冷散热，容易过热损坏；

3)深井泵处于不同深度时，泵的出口压力值不同，需要自动识别停机的压力阈值。由于没有流量传感器，还需根据压力值来检测流量泄露问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种深井泵控制方法及其控制装置，其能够自动实现深水泵的无水保护，并自动识别深水泵停机时的压力阈值，检测出深水泵是否发生泄漏。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种深井泵控制方法及其控制装置，其能自动识别深水泵是否发生泥沙堵转，并控制深井泵电机进行排除堵转的操作。

本发明实施例提供了一种深井泵控制方法，包括以下步骤：

控制深井泵的电机以额定转速运行并获取电机的转矩电流和输出功率，若电机的转矩电流小于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率小预定的第一功率阈值Pmin1，则控制电机停机，以实施无水保护；若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率大于等于预定的第一功率阈值Pmin1，则执行下一步骤；

判断电机的输出功率是否小于预定的第二功率阈值Pmin2，若大于等于第二功率阈值Pmin2则返回上一步骤，若小于第二功率阈值Pmin2则执行下一步骤；

记录深井泵的出口压力，作为压力阈值Plimit，并将Plimit*n设为唤醒压力Pwake，n为预设的百分比；

降低电机的转速，获取深井泵的出口压力变化值k；若k＞k2，控制电机继续正常运行；若k＜k1，控制电机停机，并实时监测深井泵的出口压力，在出口压力小于Pwake时重新启动电机；若k1<k<k2，先控制电机停机，并在出口压力小于Pwake时重新启动电机，如果从第一次控制电机停机之时起在预设的时间t1内监测到电机重启的次数超过预定的次数阈值，则控制电机停机直至电机被人为重启，其中，k1为预设的第一压力变化阈值，k2为预设的第二压力变化阈值。

上述的深井泵控制方法，其中，在深井泵上电后、控制深井泵的电机以额定转速运行之前执行堵转判断及处理，所述堵转判断及处理包括以下步骤：

获取电机的转矩电流和转速，若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流上限Tmax，且电机的转速低于预设的转速下限Wmin，则执行下一步骤；

尝试N1次以最大转矩启动电机，若启动成功则控制电机以额定转速运行，若N1次启动均失败，则执行下一步骤，N1≥2；

以最大转矩控制电机反转并达到一预定转速，以将泥沙排除，反转一次之后控制电机正转启动，若启动成功则控制电机以额定转速运行；

若启动失败则重复执行上一个步骤N2次，若重复执行N2次仍然无法启动，则控制深水泵停机，N2≥2。

本发明还提供了一种深井泵驱动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行如前述的深井泵控制方法。

本发明至少具有以下优点：

1、每次深水泵上电后能自动识别出深水泵的出口压力阈值，并根据出水阀门的状态进行相应的动作；通过降低的电机转速，获取出口压力的变化，能判断出深水泵是否出现泄露；

2、不需要液位传感器就能够识别出水位状况，无水的情况下自动停机保护，直到有水时再启动；

3、可根据深水泵电机的转矩电流和转速自动识别出是否出现泥沙堵转的情况，并控制电机做一些相应的动作，从而可以解决绝大多数情况下的堵转问题；

4、本发明实施例的深井泵控制方法不需要增加额外的硬件装置，可通过纯软件的方式实现，实施成本低。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的深井泵控制方法的总体流程示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的堵转判断及处理的流程示意图。

图3示出了根据本发明一实施例的无水判断及保护处理的流程示意图。

图4示出了根据本发明一实施例的压力控制及泄漏检测的流程示意图。

具体实施方式

根据本发明一实施例的深井泵控制方法，包括以下步骤：

控制深井泵的电机以额定转速运行并获取电机的转矩电流和输出功率，若电机的转矩电流小于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率小于预定的第一功率阈值Pmin1，则控制电机停机；若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率大于等于预定的第一功率阈值Pmin1，则执行下一步骤；

判断电机的输出功率是否小于预定的第二功率阈值Pmin2，若大于等于第二功率阈值Pmin2则返回上一步骤，若小于第二功率阈值Pmin2则执行下一步骤，其中，Pmin2＞Pmin1；

记录深井泵的出口压力，作为压力阈值Plimit，并将Plimit*n设为唤醒压力Pwake，n为预设的百分比；

降低电机的转速，获取深井泵的出口压力变化值k；若k＞k2，控制电机继续正常运行；若k＜k1，控制电机停机，并实时监测深井泵的出口压力，在出口压力小于Pwake时重新启动电机；若k1<k<k2，先控制电机停机，并在出口压力小于Pwake时重新启动电机，如果从第一次控制电机停机之时起在预设的时间t内监测到电机重启的次数超过预定的次数阈值，则控制电机持续停机直至电机被人为重启，其中，k1为预设的第一压力变化阈值，k2为预设的第二压力变化阈值。

进一步地，降低电机的转速、获取深井泵的出口压力变化值k通过以下方式实现：

将电机的转速降低n1，n1为预设的百分比，记录深井泵的出口压力在降速前后的压力变化值；

重复上述步骤N次，对所获得的N个压力变化值求平均值，将该平均值作为深井泵的出口压力变化值k，其中，n1等于8％～12％，N等于3～5。

进一步地，根据本发明一实施例的深井泵控制方法在实施无水保护后，从电机停机之时起每隔预定的时间就重新启动电机一次，直至电机启动成功。

进一步地，根据本发明一实施例的深井泵控制方法在深井泵上电后、控制深井泵的电机以额定转速运行之前执行堵转判断及处理，堵转判断及处理包括以下步骤：

获取电机的转矩电流和转速，若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流上限Tmax，且电机的转速低于预设的转速下限Wmin，则执行下一步骤；

以最大转矩启动电机N1次，若启动成功则控制电机以额定转速运行(即正常运行)，若N1次启动均失败，则执行下一步骤，N1≥2；

以最大转矩控制电机反转并达到一预定转速，以将泥沙排除，反转一次之后控制电机正转启动，若启动成功则控制电机以额定转速运行(即正常运行)；

若启动失败则重复执行上一个步骤N2次，若重复执行N2次仍然无法启动，则控制深水泵停机，以等待维修，N2≥2。

为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图及具体的应用实例对本发明进行详细说明。本应用实例中使用了深井泵驱动器对深井泵进行控制来实现本发明的深井泵控制方法。

请结合图1至图4所示，在该具体应用实例中，深井泵驱动器对深井泵的主要控制过程如下。

在深井泵上电启动后，先执行母线欠压或过压的判断及处理。在不存在母线欠压或过压的情况下，则执行堵转判断及处理，所述堵转判断及处理包括以下步骤：

获取电机的转矩电流和转速(例如可分别通过电流传感器及转速传感器来获得电机的转矩电流和转速)，若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流上限Tmax，且电机的转速低于预设的转速下限Wmin，可以判定这时深井泵发生泥沙堵转，则执行下一步骤；

尝试4次以最大转矩启动电机，若启动成功则控制电机以额定转速运行(即正常运行)，若4次启动均失败，则执行下一步骤；

以最大转矩控制电机反转并达到一预定转速，以将泥沙排除，反转一次之后控制电机正转启动，若启动成功则控制电机以额定转速运行；

若启动失败，则说明泥沙堵转比较严重，则重复执行上一个步骤4次，若重复执行4次仍然无法启动，则控制深水泵停机，以等待维修。

在完成堵转判断及处理后，若深水泵没有堵转，则进行无水判断及保护处理，无水判断及保护处理包括以下步骤：

控制深井泵的电机以额定转速运行并获取所述电机的转矩电流和输出功率，若电机的转矩电流小于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率小于预定的第一功率阈值Pmin1，则判定此时水位较浅(即出现无水的情况)，深井泵流量小，而且散热得不到保证，控制电机停机，以达到保护的目的；

从电机停机之时起每隔预定的时间就重新启动电机一次，直至电机启动成功。其中，下次启动间隔时间根据电机24小时内出现无水保护次数决定，依次间隔0.5小时、1小时、3小时、5小时、24小时后重启，其中任何一次重启成功并正常运行24小时后则清除故障，即下次实施无水保护时，先从电机停机之时起间隔0.5小时重启电机。

在完成无水判断及保护处理后，进一步判断深水泵有无出现过流或过温的情况，如出现过流及过温的情况，则进行停机保护。如果停机后，电机在5min内重启了4次也没有重启成功，则停机1小时后再重启，连续执行5次停机1个小时再重启的操作都没有重启成功的话，则保持停机直至人为断电重启；如果停机后，电机在5min内重启的次数少于4次，则等待5s后再回到深水泵上电启动的初始状态。如没有无水、过流或过温的情况，则执行压力识别及泄漏检测处理。

深井泵处于不同深度，相同流量对应的出口压力不同，深水泵的出水阀门关紧所对应的出口压力也会随深度而变化，因此每次上电都得识别压力阈值。如果深井泵存在泄漏，出口压力也会发生变化，容易发生误判，导致深井泵频繁启停。本实施例的压力识别及泄漏检测处理可以解决这一问题，由于出水阀门关紧对应的输出功率与深度无关，所以本实施例利用了该原理，通过输出功率识别压力阈值。当水位低于泵体时，输出功率也较低，所以先要排除无水的情况，然后再执行压力识别及泄漏检测处理,其包括以下步骤：

保持电机以额定转速运行；

判断电机的输出功率是否小于预定的第二功率阈值Pmin2，若大于等于第二功率阈值Pmin2则进行无水判断及保护处理，若小于第二功率阈值Pmin2则执行下一步骤，其中，Pmin2≥Pmin1；电机的输出功率小于第二功率阈值Pmin2意味着深水泵的出水阀门有可能被关闭了(但不一定关紧)；

记录深井泵的出口压力，作为压力阈值Plimit，并将Plimit*70％设为唤醒压力Pwake，每次上电只需识别一次压力阈值，因为上电状态水泵深度不会发生变化，然后进入下一步；深井泵的出口压力大于等于压力阈值Plimit意味着深水泵的出水阀门有可能被关闭了(但不一定关紧)；

降低10％的额定电机转速，获取电机处于额定转速与处于90％的额定转速时的深井泵出口压力差，重复该过程3次，电机转速降到了70％的额定电机转速，取所获得的3个深井泵出口压力差(第2个深井泵出口压力差为电机处于90％的额定转速与电机处于80％的额定转速时的出口压力差，以此类推)的平均值作为深井泵出口压力变化值k；

如果出水阀门关紧且深井泵无泄漏，转速变化时出口压力基本不变；如果出水阀门关紧但深井泵有泄漏，则转速变化时出口压力变化也较大；如果出水阀门没有关紧，转速变化时出口压力的变化最大。基于上述原理，若k＞k2，则判定深水泵的出水阀门没有关紧，控制电机继续正常运行；若k＜k1，则判定出水阀门关紧且深井泵无泄漏，控制电机停机，并实时监测深井泵的出口压力，当出水阀门打开，在出口压力小于Pwake时重新启动电机；若k1<k<k2，则判定深井泵有可能发生泄漏，先控制电机停机，并在出口压力小于Pwake时重新启动电机(若有泄漏，出口压力值会很快低于Pwake，深井泵会重启，由于阀门关紧，电机达到一定转速后，压力值又将超过Plimit，在短时间内会来回重启)，如果从第一次控制电机停机之时起在5分钟内监测到电机重启的次数超过6次，则判定深井泵有泄漏，控制电机停机直至电机被人为重启，其中，k1为预设的第一压力变化阈值，k2为预设的第二压力变化阈值，k2>k1。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种深井泵驱动装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行如前述的深井泵控制方法。

Claims (6)

1.一种深井泵控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制深井泵的电机以额定转速运行并获取所述电机的转矩电流和输出功率，若电机的转矩电流小于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率小于 预定的第一功率阈值Pmin1，则控制电机停机，以实施无水保护；若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流下限Tmin，且电机的输出功率大于等于预定的第一功率阈值Pmin1，则执行下一步骤；

判断电机的输出功率是否小于预定的第二功率阈值Pmin2，若大于等于第二功率阈值Pmin2则返回上一步骤，若小于第二功率阈值Pmin2则执行下一步骤；

记录深井泵的出口压力，作为压力阈值Plimit，并将Plimit*n设为唤醒压力Pwake，n为预设的百分比；

降低电机的转速，获取深井泵的出口压力变化值k；若k＞k2，控制电机继续正常运行；若k＜k1，控制电机停机，并实时监测深井泵的出口压力，在出口压力小于Pwake时重新启动电机；若k1<k<k2，先控制电机停机，并在出口压力小于Pwake时重新启动电机，如果从第一次控制电机停机之时起在预设的时间t1内监测到电机重启的次数超过预定的次数阈值，则控制电机停机直至电机被人为重启，其中，k1为预设的第一压力变化阈值，k2为预设的第二压力变化阈值。

2.根据权利要求1所述的深井泵控制方法，其特征在于，所述降低电机的转速、获取深井泵的出口压力变化值k通过以下方式实现：

将电机的转速降低n1，n1为预设的百分比，记录深井泵的出口压力在降速前后的压力变化值；

重复上述步骤N次，对所获得的N个压力变化值求平均值，将所述平均值作为深井泵的出口压力变化值k。

3.根据权利要求2所述的深井泵控制方法，其特征在于，n1为8％～12％，N为3～5。

4.根据权利要求1所述的深井泵控制方法，其特征在于，实施无水保护后，从电机停机之时起每隔预定的时间就重新启动电机一次，直至电机启动成功。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的深井泵控制方法，其特征在于，在深井泵上电后、控制深井泵的电机以额定转速运行之前执行堵转判断及处理，所述堵转判断及处理包括以下步骤：

获取所述电机的转矩电流和转速，若电机的转矩电流大于等于预定的转矩电流上限Tmax，且电机的转速低于预设的转速下限Wmin，则执行下一步骤；

尝试N1次以最大转矩启动电机，若启动成功则控制电机以额定转速运行，若N1次启动均失败，则执行下一步骤，N1≥2；

以最大转矩控制电机反转并达到一预定转速，以将泥沙排除，反转一次之后控制电机正转启动，若启动成功则控制电机以额定转速运行；

若启动失败则重复执行上一个步骤N2次，若重复执行N2次仍然无法启动，则控制深水泵停机，N2≥2。

6.一种深井泵驱动装置，其特征在于,包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至5中任何一项所述的深井泵控制方法。

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