CN113987768A - 一种基于有功功率测量泵站流量的*** - Google Patents

一种基于有功功率测量泵站流量的*** Download PDF

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徐哲
陈婷
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Abstract

本发明涉及给水排水技术领域，具体来说是一种基于有功功率测量泵站流量的***，包括电源电路，给整个***板子提供电源；显示电路，采用并口驱动连接显示屏；485电路，还有保护线路A线和B线连接；单片机，包括计算模块，用于计算泵站的实时流量。本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明提供一种基于有功功率测量泵站流量的方法，仅通过测量泵站驱动设备的有功功率便获得泵站的实时流量，具体而言是建立了一种数学模型来测量泵站流量，即仅通过测量电机有功功率便可立即显示出流量，操作简便，易于实现，不会对后期改造造成限制，而且测量精度较高，并且本发明***具备更强的抗干扰性和***稳定性。

Description

一种基于有功功率测量泵站流量的***
技术领域
本发明涉及给水排水技术领域，具体来说是一种基于有功功率测量泵站流量的***。
背景技术
目前，常规泵站出口流量的测量一般通过超声波流量计或电磁流量计来测得流体的流量。此种方法是通过测量泵站出水池断面及水流流速并计算得到泵站流量的，不仅设备价格昂贵、安装复杂、操作不便，而且传感器少时误差较大，设备需要经常维护。特别是需要进行后期改造时，如果增加超声波流量计或电磁流量计，均涉及到土建及管道施工，不仅影响泵站运行，且实施难度大。
我国专利CN102032935B公开了一种城市排水汇流官网污水泵站流量的软测量方法，通过上游泵站的排水量来对下游泵站流量进行预测，具体通过灰色关联分析确定上游泵站排水时延时间，并利用神经网络对汇流管网流量和水位进行准确预报。
本发明是一种基于有功功率测量泵站流量的方法发明专利的延续。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于有功功率测量泵站流量的***，仅通过测量泵站驱动设备的有功功率便获得泵站的实时流量。
为了实现上述目的，设计一种基于有功功率测量泵站流量的***，包括电源电路，输入端电压为12V，输入端依次连接第一电源芯片，将电压降到5V,第二电源芯片，将电压降到3.3V，给整个***板子提供电源；显示电路，采用并口驱动连接显示屏，信号接口采用RC滤波；485电路，485电路包括隔离芯片和隔离电源，隔离芯片与U7芯片端口连接，U7芯片端口还有保护线路A线和B线连接，A线和B线上分别设保险丝和瞬态二极管；单片机，包括计算模块，用于计算泵站的实时流量，具体算法如下：
Figure BDA0003302870300000021
式中：p为流体输运设备的有功功率，P1为流体输运设备的额定轴功率，Q1为流体输运设备的额定流量，Q2为所述泵站的实时流量，η1为流体输运设备的效率，η2为传动效率。
优选地，还包括获取流体输运设备的工作参数，所述工作参数包括有功功率、额定轴功率、额定流量、效率和传动效率。
优选地，通过检测设备仅获取所述流体输运设备的有功功率，并输入至单片机中。
优选地，还包括信号传输电路，采用无线通信模块，向远程平台传输所述工作参数和/或所述泵站的实时流量。
优选地，所述显示屏实时显示所述工作参数和/或所述泵站的实时流量。
优选地，还包括按键电路，开关量输入，并一个电容。
优选地，还包括报警电路，采用有源蜂鸣器，三极管驱动，高电平导通发声。
发明的有益效果
本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明提供一种基于有功功率测量泵站流量的方法，仅通过测量泵站驱动设备的有功功率便获得泵站的实时流量，具体而言是建立了一种数学模型来测量泵站流量，即仅通过测量电机有功功率便可立即显示出流量，操作简便，易于实现，不会对后期改造造成限制，而且测量精度较高，并且本发明***具备更强的抗干扰性和***稳定性。
附图说明
图1示例性示出本发明的使用状态图。
图2示例性示出本发明的电源电路图。
图3示例性示出本发明的显示电路图。
图4示例性示出本发明的485电路图。
图5示例性示出本发明的信号传输电路图。
图6示例性示出本发明的三相电流电压采集电路图。
图7示例性示出本发明的单片机电路图。
图8示例性示出本发明的按键电路图。
图9示例性示出本发明的报警电路图。
图中：1.水泵 2.电缆 3.检测设备 4.数据处理设备 5.水泵控制柜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种方法的原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施方式提供一种基于有功功率测量泵站流量的***，包括电源电路，参见图2，电源电路输入为12V，20W电源，经过DC-DC电源芯片BL8033CB6TR降到5V,再经过DC-DC电源芯片AMS1117-3.3降压到3.3V，给整个***板子提供电源。
参见图3，为本发明显示电路，采用并口驱动12864显示屏，速度快，显示效率高，信号接口采用RC滤波，可以有效抗干扰，达到工业级品质。
参加图4，为本发明485电路，采用131U31隔离芯片，B0505S-1W隔离电源，使得电路具有更强的抗干扰性和***稳定性。当外部瞬态大电压/电流信号(如雷击)感应到A、B线上时，先经过保险丝，防止当RS-485总线与电源线搭短路时烧掉后续电路；然后TVS作为保护，将总线电平钳制到7.5V以下，就能实现浪涌保护的要求。
参见图5，为本发明信号传输电路，采用移远EC20 4G芯片，是移远通信推出的LTECat 4无线通信模块，采用LTE 3GPP Rel.11技术，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps。
参加图6，为本发明三相电流电压采集电路，采用艾瑞达IM3331计量模块，该产品技术性能完全符合IEC 62053-21国标标准中1级三相有功电能表的相关技术要求，能直接精确地测量额定频率为50HZ或60HZ三相交流电网中的电压、电流、功率、功率因数、电量及电能总量等用电相关参数。
参见图7，为本发明单片机，采用STM32F103VET6芯片，FLASH容量充足，引脚资源合适。
参见图8，为本发明按键电路，开关量输入，并一个电容，起到消抖作用。
参加图9，为本发明报警电路，采用有源蜂鸣器，三极管驱动，高电平导通发声。
本发明具体使用方法如下：
S1.获取流体输运设备的工作参数，所述工作参数包括有功功率、额定轴功率、额定流量、效率和传动效率；
S2.根据所述流体输运设备的工作参数，确定所述泵站的实时流量。
其中，在S1中，通过检测设备获取所述流体输运设备的有功功率，其余的工作参数均为已知的参数。
在S2中，通过数据处理设备接收所述检测设备的检测数据，并对所述工作参数进行处理以确定所述泵站的实时流量，具体通过下式确定所述泵站的实时流量：
Figure BDA0003302870300000051
式中：p为流体输运设备的有功功率，P1为流体输运设备的额定轴功率，Q1为流体输运设备的额定流量，Q2为所述泵站的实时流量，η1为流体输运设备的效率，η2为传动效率。
所述数据处理设备接收所述检测设备的检测数据并获得泵站的实时流量后，能通过有线或无线的方式向远程平台传输所述工作参数和/或所述泵站的实时流量，也能实时显示所述工作参数和/或所述泵站的实时流量，或者同时兼具有两种功能。
本实施方式是基于水泵比例定律，建立一个由流体输运设备，例如电机，的有功功率与流量关系的数学模型，获得泵或者电等机的有功功率后，根据数学模型算法测得泵站的实时流量。例如，在获得有功功率后，对工作参数进行处理并获得泵站的实时流量，并通过无线传输将数据传输至远程平台。或者，在获得有功功率后，将工作参数通过有线或无线的方式传输至位于远端的数据处理设备进行处理。
以下，对确定所述泵站的实时流量的公式进行解释说明。
首先，根据水泵比例定律，对于同一台泵，泵的流量关系满足：
Q1/Q2＝n1/n2
(1)
式中，Q1为工况1时水泵流量(m3/h)，Q2为工况2时水泵流量(m3/h)，n1为工况1时水泵转速，n2为工况2时水泵转速。
同时，根据水泵比例定律，对于同一台泵，泵的轴功率的关系满足：
P1/P2＝n1 3/n2 3 (2)
式中，P1为工况1时水泵轴功率(m3/h)，P2为工况2时水泵轴功率(m3/h)，n1为工况1时水泵转速，n2为工况2时水泵转速。
综合式公式(1)(2)可推导出：
P1/P2＝Q1 3/Q2 3
(3)
由公式(3)可知水泵输入的轴功率之比等于水泵出口流量的三次方之比；设P1为水泵的额定轴功率，则Q1为水泵的额定流量，P2为水泵的实际输入功率，则Q2为水泵的实时流量。
泵轴得自电动机所传递来的功率称轴功率，设水泵实际轴功率P2，设电机的有功功率为P,电机效率为η1,电机传动效率η2，可知：
P2＝P*η1*η2
(4)
综合公式(1)(2)(3)(4)建立泵站水泵流量数学模型为：
Figure BDA0003302870300000061
式中：p为电机有功功率(kw)，P1为水泵额定轴功率(kw)，Q1为水泵额定流量(m3/h)，Q2为水泵实时流量(m3/h)，η1为电机效率，η2为传动效率，其传动取值为1。
并且公式(6)中η1、Q1、P1根据水泵设备资料均可直接得到，η2根根据机械传动效率表查得；P为有功功率。
本实施方式在葑沃圩三泗泾西泵闸、葑沃圩金家浜泵闸、向阳圩陶家泵站进行试验验证，统计所测得的泵站流量均在设计流量范围内，数据表明此数学模型逻辑性强，用于工程实际施测可靠。后续以此方法开发的硬件装置非常简单、成本低、操作方便。所述方法中的流量计算公式，可以适应不同场合、不同类型的给排水泵站(混流泵、离心泵、轴流泵、潜水泵站等)的流量测量。给排水泵站数量众多，以往测量方法和测量装置成本高，很难大面积推广，由本发明方法及其开发的相应装置用来测量泵站流量，仅为同类装置的十分之一左右，可以大面积推广应用。

Claims (7)

1.一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于包括
电源电路，输入端电压为12V，输入端依次连接第一电源芯片，将电压降到5V,第二电源芯片，将电压降到3.3V，给整个***板子提供电源；
显示电路，采用并口驱动连接显示屏，信号接口采用RC滤波；
485电路，485电路包括隔离芯片和隔离电源，隔离芯片与U7芯片端口连接，U7芯片端口还有保护线路A线和B线连接，A线和B线上分别设保险丝和瞬态二极管；
单片机，包括计算模块，用于计算泵站的实时流量，具体算法如下：
Figure FDA0003302870290000011
式中：p为流体输运设备的有功功率，P1为流体输运设备的额定轴功率，Q1为流体输运设备的额定流量，Q2为所述泵站的实时流量，η1为流体输运设备的效率，η2为传动效率。
2.如权利要求1所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于还包括获取流体输运设备的工作参数，所述工作参数包括有功功率、额定轴功率、额定流量、效率和传动效率。
3.如权利要求2所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于通过检测设备仅获取所述流体输运设备的有功功率，并输入至单片机中。
4.如权利要求1所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于还包括信号传输电路，采用无线通信模块，向远程平台传输所述工作参数和/或所述泵站的实时流量。
5.如权利要求1所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于所述显示屏实时显示所述工作参数和/或所述泵站的实时流量。
6.如权利要求1所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于还包括按键电路，开关量输入，并一个电容。
7.如权利要求1所述的一种基于有功功率测量泵站流量的***，其特征在于还包括报警电路，采用有源蜂鸣器，三极管驱动，高电平导通发声。
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