CN114278530B - 一种二次供水设备的水泵节能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二次供水设备的水泵节能控制方法，属于二次供水控制技术领域。它解决了现有水泵低效高能等技术问题。本二次供水设备包括PLC控制器和至少两个水泵，水泵节能控制方法包括如下步骤：a、确定休眠临界功率；b、确定加泵临界功率：c、确定减泵临界功率；d、在PLC控制器中写入休眠、加泵、减泵的控制程序，同时设定好休眠临界功率、加泵临界功率和减泵临界功率；e、通过人工操作启动。本发明中采用检测水泵轴功率来实现加泵、减泵和休眠的临界值的确定，从而确保水泵高效运行，并达到节能的目的；整套***设计合理，运行可靠，高效低耗。
Description
技术领域
本发明属于供水设备控制技术领域，涉及一种二次供水设备的水泵节能控制方法。
背景技术
二次供水是指单位或个人将城市公共供水或自建设施供水经储存、加压，通过管道再供用户或自用的形式。二次供水主要为补偿市政供水管线压力缺乏，保障寓居、生活在高层人群用水而建立。水泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等。也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；水泵是二次供水设备中不可或缺的核心部件之一。
二次供水设备中，传统的恒压供水设备休眠和加减泵是根据频率来控制的，要想设备能够休眠，休眠频率设定值必须略大于零流量时的水泵频率，这种方式的缺点是难以补捉该临界点的频率值，原因在于水泵在恒压小流量运行时频率几乎为一条水平线。如果休眠频率设定值高了，会频繁启停，导致水压不稳，如果休眠频率设定值低了，则会导致水泵无法休眠，使得水泵发烫，浪费电且影响设备使用寿命。减泵的情况和休眠类似，当用水量减少，两台泵同时运行时，对于每台泵来说处于较小流量运行状态，减泵临界点的频率同样难以捕捉，减泵频率设定值设高了会频繁加减泵，导致水压不稳；减泵频率设定值设低了则会导致水泵处于低效率区域运行，造成能源浪费。加泵采用频率进行对比和控制的缺点是其能消耗不够直观。
发明内容
本发明根据现有技术存在的上述问题，提供了一种二次供水设备的水泵节能控制方法，本发明所要解决的技术问题是：如何保证二次供水稳定可靠的同时提高节能效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种二次供水设备的水泵节能控制方法，所述二次供水设备包括PLC控制器和至少两个水泵，其特征在于，所述水泵中设有用于检测水泵轴功率的检测机构，所述水泵节能控制方法包括如下步骤：
a、确定休眠临界功率：测量零流量时的水泵轴功率,此时水泵不对外做功，消耗的电能都转化为热能，设定休眠临界功率略大于此时测量的水泵轴功率；
b、确定加泵临界功率：采用二分之一法确定加泵临界功率，假设水泵在零流量时的运行水泵轴功率为a，最大输出功率为b。先设定加泵临界功率为b，单泵运行到最大输出功率后加泵，如果两台泵的运行功率相加大于单泵运行功率b，那么设置加泵临界功率为b或略小于b，优先使用一台泵；如果两台泵的运行功率相加小于单泵运行功率，那么设置加泵临界功率为(a+b)/2，水泵运行到(a+b)/2后加泵，加泵后两台泵的运行功率如果大于单泵运行功率，那么加泵临界功率在(a+b)/2到b之间用二分之一法确定，反之加泵临界功率在a到(a+b)/2之间用二分之一法确定，直至找到一个加泵临界功率；
c、确定减泵临界功率：高峰期过后用水流量减少，对于高效率电机与泵，一定存在一个点使得两台泵的运行功率等于单台泵的运行功率，这个点和步骤b中确定加泵临界功率时的那个点属于同一个点，减泵临界功率的设定值为略小于从单泵到双泵运行时临界点的每台泵的运行功率值；对于低效率电机与泵，先考虑单泵运行，减泵临界功率即为单泵满负荷运行时切换成双泵后的每台泵的运行功率，设定减泵临界功率略小于该值；
d、在PLC控制器中写入休眠、加泵、减泵的控制程序，同时设定好休眠临界功率、加泵临界功率和减泵临界功率；
e、通过人工操作启动。
其原理如下：本发明尤其适用于全变频设备的休眠和加减泵控制。根据流量与扬程曲线，当水泵在较小流量输出时曲线很平缓，因此在这个区段进行恒压控制水泵时频率不会随着流量的变化有明显升高或者降低。又根据流量与水泵轴功率曲线，流量为零时功率最小，功率随着流量的增加而增加，上升趋势明显，在扬程不变的情况下功率和流量成正比。通过采用检测电机运行功率来实现加泵减泵和休眠的临界值，从而确保水泵高效运行，并达到节能的目的。
本二次供水设备中采用变频器变频，利用PLC可编程控制器，其内置PID调节控制器，设定完成后自动控制，高效低耗，自动调节水泵的转速及多台水泵的启停，在满足用户流量需求的基础上，使供水压力始终恒定在预先设定的压力值上，且临界值判断更加精准，整套***设计合理，运行可靠，更加节能。
本案中所述的“略大于”为0-1KW之间，优选为0.01KW、0.1KW、0.2KW、0.5KW或0.8KW。
在上述的二次供水设备的水泵节能控制方法中，上述步骤e中还包括如下分步骤：
e1、通过人工操作启动后判断***是否允许运行,有无***故障；
e2、判断水压是否低于启动偏差；
e3、比较各台水泵的运行时间，选取累计运行时间最短的那台进入启动流程；
e4、判断水泵是否无故障且是否已经启用，如果水泵不允许启动则进入下一台启动流程；
e5、判断水泵是否已经处于运行状态，如果已经运行那么进入下一台启动流程。
在上述的二次供水设备的水泵节能控制方法中，二次供水设备运行过程中，分为两大分支流程，加泵流程和停泵流程，休眠、减泵均属于停泵流程；其中：
休眠流程：水压到达且持续一段时间，并且处于单泵运行，且水泵低于休眠临界功率运行，水泵停止运行进入休眠状态，水压不足时水泵马上启动运行；
减泵流程：水压到达且持续一段时间，运行泵数大于或等于两台，运行功率下降到减泵临界功率，停止运行时间较长的泵；
加泵流程：水泵运行到加泵临界功率时延时3-5秒钟，然后再执行一次启泵流程。
在上述的二次供水设备的水泵节能控制方法中，当出现超压、缺水、爆管状况时，实行其它停泵流程，上述停泵条件触发后水泵立刻停机。
在上述的二次供水设备的水泵节能控制方法中，所述水泵的数量为两个或三个。
在上述的二次供水设备的水泵节能控制方法中，水泵轴功率由以下公式得出：水泵轴功率N＝流量Q*扬程H*密度ρ*重力加速度g/泵效率η，在扬程H不变的情况下水泵轴功率N和流量Q成正比；其中：
N，水泵轴功率，单位是千瓦(kW)；
Q，流量，单位是立方米每小时(m3/h)；
H，扬程，单位是米(m)；
ρ，密度，单位是千克每立方米(kg/m3)；
g，重力加速度，单位是米每秒(m/s)。
与现有技术相比，本发明中采用检测水泵轴功率来实现加泵、减泵和休眠的临界值的确定，从而确保水泵高效运行，并达到节能的目的；整套***设计合理，运行可靠，高效低耗。
附图说明
图1是流量与扬程曲线以及流量与水泵轴功率曲线图。
图2是本水泵节能控制方法流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明并不用局限于这些实施例。
本二次供水设备包括PLC控制器和至少两个水泵，水泵中设有用于检测水泵轴功率的检测机构，结合图2所示，本二次供水设备的水泵节能控制方法包括如下步骤：
a、确定休眠临界功率：测量零流量时的水泵轴功率,此时水泵不对外做功，消耗的电能都转化为热能，设定休眠临界功率略大于此时测量的水泵轴功率；因水泵运行功率随流量的变化比较明显，容易捕捉到临界点的功率，也就是零流量时的水泵功率,此时水泵不对外做功消耗的电能基本都转化为热能，设定休眠功率略大于该功率，基本能很好的控制水泵休眠与唤醒。
b、确定加泵临界功率：根据流量与扬程曲线，当流量逐渐增大会导致扬程变小,流量存在在缺口时转速会升高。在用水流量过大时水泵运行偏离了高效率区域，需要启动第二台泵。采用二分之一法确定加泵临界功率，假设水泵在零流量时的运行水泵轴功率为a，最大输出功率为b。先设定加泵临界功率为b，单泵运行到最大输出功率后加泵，如果两台泵的运行功率相加大于单泵运行功率b，那么设置加泵临界功率为b或略小于b，优先使用一台泵；如果两台泵的运行功率相加小于单泵运行功率，那么设置加泵临界功率为(a+b)/2，水泵运行到(a+b)/2后加泵，加泵后两台泵的运行功率如果大于单泵运行功率，那么加泵临界功率在(a+b)/2到b之间用二分之一法确定，反之加泵临界功率在a到(a+b)/2之间用二分之一法确定，直至找到一个加泵临界功率。
根据大量实验测得，绝大多数水泵设定值(a+b)/2比较接近的，然后视情况微调。
c、确定减泵临界功率：高峰期过后用水流量减少，对于高效率电机与泵，一定存在一个点使得两台泵的运行功率等于单台泵的运行功率，这个点和步骤b中确定加泵临界功率时的那个点属于同一个点，减泵临界功率的设定值为略小于从单泵到双泵运行时临界点的每台泵的运行功率值；对于低效率电机与泵，先考虑单泵运行，减泵临界功率即为单泵满负荷运行时切换成双泵后的每台泵的运行功率，设定减泵临界功率略小于该值。
d、在PLC控制器中写入休眠、加泵、减泵的控制程序，同时设定好休眠临界功率、加泵临界功率和减泵临界功率。
e、通过人工操作启动。
本发明尤其适用于全变频设备的休眠和加减泵控制。如图1所示，根据流量与扬程曲线，当水泵在较小流量输出时曲线很平缓，因此在这个区段进行恒压控制水泵时频率不会随着流量的变化有明显升高或者降低。又根据流量与水泵轴功率曲线，流量为零时功率最小，功率随着流量的增加而增加，上升趋势明显，在扬程不变的情况下功率和流量成正比。通过采用检测电机运行功率来实现加泵减泵和休眠的临界值，从而确保水泵高效运行，并达到节能的目的。
本二次供水设备中采用变频器变频，利用PLC可编程控制器，其内置PID调节控制器，设定完成后自动控制，高效低耗，自动调节水泵的转速及多台水泵的启停，在满足用户流量需求的基础上，使供水压力始终恒定在预先设定的压力值上，且临界值判断更加精准，整套***设计合理，运行可靠，更加节能。
本案中所述的“略大于”为0-1KW之间，优选为0.01KW、0.1KW、0.2KW、0.5KW或0.8KW。
进一步的，上述步骤e中还包括如下分步骤：
e1、通过人工操作启动后判断***是否允许运行,有无***故障；
e2、判断水压是否低于启动偏差；
e3、比较各台水泵的运行时间，选取累计运行时间最短的那台进入启动流程；
e4、判断水泵是否无故障且是否已经启用，如果水泵不允许启动则进入下一台启动流程；
e5、判断水泵是否已经处于运行状态，如果已经运行那么进入下一台启动流程。
二次供水设备运行过程中，分为两大分支流程，加泵流程和停泵流程，休眠、减泵均属于停泵流程；其中：
休眠流程：水压到达且持续一段时间，并且处于单泵运行，且水泵低于休眠临界功率运行，水泵停止运行进入休眠状态，水压不足时水泵马上启动运行；
减泵流程：水压到达且持续一段时间，运行泵数大于或等于两台，运行功率下降到减泵临界功率，停止运行时间较长的泵；
加泵流程：水泵运行到加泵临界功率时延时3-5秒钟，然后再执行一次启泵流程。
当出现超压、缺水、爆管状况时，实行其它停泵流程，上述停泵条件触发后水泵立刻停机。
本实施例中的水泵的数量为两个或三个。
本实施例中水泵轴功率可由以下公式得出：水泵轴功率N＝流量Q*扬程H*密度ρ*重力加速度g/泵效率η，在扬程H不变的情况下水泵轴功率N和流量Q成正比；其中：
N，水泵轴功率，单位是千瓦(kW)；
Q，流量，单位是立方米每小时(m3/h)；
H，扬程，单位是米(m)；
ρ，密度，单位是千克每立方米(kg/m3)；
g，重力加速度，单位是米每秒(m/s)。
举例说明：当单泵运行状态，泵组进水压力0.3MPa，出水压力0.5MPa，设定压力0.5MPa，水泵运行到最大转速，视为设备处于单泵最大输出状态，电机功率5.2kW。
当在相同工况状态下的双泵供水时，泵组进水压力0.3MPa，出水压力0.5MPa，设定压力0.5MPa,水泵转速较低，同时相加功率只有3.0kW。
另外水泵在零流量的运行功率为0.5kW。
根据以上信息得出休眠临界功率为0.5kW，加泵临界功率为2.85kW。
如图2所示的三泵***简化版的程序控制流程图，两泵到三泵的加泵功率比单泵到双泵的加泵功率略小，同理减泵功率也略小，具体参数可同理通过反复测试得到。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种二次供水设备的水泵节能控制方法，所述二次供水设备包括PLC控制器和至少两个水泵，其特征在于，所述水泵中设有用于检测水泵轴功率的检测机构，所述水泵节能控制方法包括如下步骤：
a、确定休眠临界功率：测量零流量时的水泵轴功率,此时水泵不对外做功，消耗的电能都转化为热能，设定休眠临界功率略大于此时测量的水泵轴功率；
b、确定加泵临界功率：采用二分之一法确定加泵临界功率，假设水泵在零流量时的运行水泵轴功率为a，最大输出功率为b，先设定加泵临界功率为b，单泵运行到最大输出功率后加泵，如果两台泵的运行功率相加大于单泵运行功率b，那么设置加泵临界功率为b或略小于b，优先使用一台泵；如果两台泵的运行功率相加小于单泵运行功率，那么设置加泵临界功率为(a+b)/2，水泵运行到(a+b)/2后加泵，加泵后两台泵的运行功率如果大于单泵运行功率，那么加泵临界功率在(a+b)/2到b之间用二分之一法确定，反之加泵临界功率在a到(a+b)/2之间用二分之一法确定，直至找到一个加泵临界功率；
c、确定减泵临界功率：高峰期过后用水流量减少，对于高效率电机与泵，一定存在一个点使得两台泵的运行功率等于单台泵的运行功率，这个点和步骤b中确定加泵临界功率时的那个点属于同一个点，减泵临界功率的设定值为略小于从单泵到双泵运行时临界点的每台泵的运行功率值；对于低效率电机与泵，先考虑单泵运行，减泵临界功率即为单泵满负荷运行时切换成双泵后的每台泵的运行功率，设定减泵临界功率略小于该值；
d、在PLC控制器中写入休眠、加泵、减泵的控制程序，同时设定好休眠临界功率、加泵临界功率和减泵临界功率；
e、通过人工操作启动。
2.根据权利要求1所述的二次供水设备的水泵节能控制方法，其特征在于，上述步骤e中还包括如下分步骤：
e1、通过人工操作启动后判断***是否允许运行,有无***故障；
e2、判断水压是否低于启动偏差；
e3、比较各台水泵的运行时间，选取累计运行时间最短的那台进入启动流程；
e4、判断水泵是否无故障且是否已经启用，如果水泵不允许启动则进入下一台启动流程；
e5、判断水泵是否已经处于运行状态，如果已经运行那么进入下一台启动流程。
3.根据权利要求1或2所述的二次供水设备的水泵节能控制方法，其特征在于，二次供水设备运行过程中，分为两大分支流程，加泵流程和停泵流程，休眠、减泵均属于停泵流程；其中：
休眠流程：水压到达且持续一段时间，并且处于单泵运行，且水泵低于休眠临界功率运行，水泵停止运行进入休眠状态，水压不足时水泵马上启动运行；
减泵流程：水压到达且持续一段时间，运行泵数大于或等于两台，运行功率下降到减泵临界功率，停止运行时间较长的泵；
加泵流程：水泵运行到加泵临界功率时延时3-5秒钟，然后再执行一次启泵流程。
4.根据权利要求3所述的二次供水设备的水泵节能控制方法，其特征在于，当出现超压、缺水、爆管状况时，实行其它停泵流程，上述停泵条件触发后水泵立刻停机。
5.根据权利要求4所述的二次供水设备的水泵节能控制方法，其特征在于，所述水泵的数量为两个或三个。
6.根据权利要求1或2所述的二次供水设备的水泵节能控制方法，其特征在于，水泵轴功率由以下公式得出：水泵轴功率N＝流量Q*扬程H*密度ρ*重力加速度g/泵效率η，在扬程H不变的情况下水泵轴功率N和流量Q成正比；其中：
N，水泵轴功率，单位是千瓦(kW)；
Q，流量，单位是立方米每小时(m3/h)；
H，扬程，单位是米(m)；
ρ，密度，单位是千克每立方米(kg/m3)；
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| CN114278530A (zh) | 2022-04-05 |
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