一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法
阅读说明：本技术 一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法 (Control method of variable-frequency lift pump based on liquid level regulation ) 是由 胡嘉宁 董亮 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法,包括：步骤1：在需要执行多泵变频切换前,关闭提升泵所对应的变频器；步骤2：由相关设备采集水厂内提升泵相关数据,基于相关数据判断吸水井水位是否大于调节水位；步骤3：若判断为是,则启动PID频率调节,判断提升泵所对应的变频器的频率是否满足大于第一频率或等于第二频率的判定条件,并执行对应的换泵操作；步骤4：换泵操作执行完毕后,在提升泵由工频向变频的切换前,将变频器频率强制提升到设定的频率值,再次打开提升泵所对应的变频器以对提升泵进行控制,同时继续由相关设备实时采集水厂内提升泵相关数据以进行循环监测判断。本发明具有提高提升泵寿命且能实现自适应调整等优点。(The invention relates to a control method of a variable-frequency lift pump based on liquid level regulation, which comprises the following steps: step 1: before multi-pump variable frequency switching needs to be executed, closing a frequency converter corresponding to the lifting pump; step 2: collecting related data of a lifting pump in a water plant by related equipment, and judging whether the water level of a suction well is greater than an adjusting water level or not based on the related data; and step 3: if so, starting PID frequency regulation, judging whether the frequency of a frequency converter corresponding to the lift pump meets a judgment condition that the frequency is greater than a first frequency or equal to a second frequency, and executing corresponding pump changing operation; and 4, step 4: after the pump replacement operation is completed, before the lift pump is switched from power frequency to frequency conversion, the frequency of the frequency converter is forcibly increased to a set frequency value, the frequency converter corresponding to the lift pump is opened again to control the lift pump, and meanwhile, related data of the lift pump in the water plant are continuously collected by related equipment in real time to carry out circulation monitoring and judgment. The invention has the advantages of prolonging the service life of the lift pump, realizing self-adaptive adjustment and the like.)
技术领域
本发明涉及提升泵技术领域，尤其是涉及一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法。
背景技术
提升泵是小区供水、自来水厂、污水处理厂、水利工程等方面的一种常用设备，随着电机变频技术的发展，对于提升泵设备的控制由常规的启动、停止，逐步上升到通过变频技术来调节提升泵的输出功率，以达到高效、节能的效果。
水泵变频调速存在于多泵组合运行的场合，目前，在多台变频泵自动切换时，由于投运的水泵上电的时刻，由无负载瞬间到带负载，电机电流会瞬间上升，从而对变频器形成电流冲击，降低了设备的使用寿命，恶化了变频泵的运行品质和环境。
其次，目前通常的泵前液位反馈调速方式，均直接反馈当前液位值，这样会造成变频泵反复频繁调节，特别当变频泵处于运行临界点时，更是会引起变频泵喘振，降低了机泵的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于液位调节的变频提升泵的控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：在需要执行多泵变频切换前，关闭提升泵所对应的变频器；
步骤2：由相关设备采集水厂内提升泵相关数据，基于相关数据判断吸水井水位是否大于调节水位；
步骤3：若判断为是，则启动PID频率调节，判断提升泵所对应的变频器的频率是否满足大于第一频率或等于第二频率的判定条件，并执行对应的换泵操作；
步骤4：换泵操作执行完毕后，在提升泵由工频向变频的切换前，将变频器频率强制提升到设定的频率值，再次打开提升泵所对应的变频器以对提升泵进行控制，同时继续由相关设备实时采集水厂内提升泵相关数据以进行循环监测判断。
进一步地，所述的步骤2中还包括：若判断为否，则返回继续由相关设备实时采集水厂内提升泵相关数据。
进一步地，所述的步骤3中还包括：若判断提升泵所对应的变频器的频率不满足大于第一频率或等于第二频率的判定条件，则返回继续由相关设备实时采集水厂内提升泵相关数据。
进一步地，所述的步骤2中的相关设备为液位仪。
进一步地，所述的步骤3包括以下分步骤：
步骤301：若判断为是，则启动PID频率调节，判断提升泵所对应的变频器的频率是否满足大于第一频率或等于第二频率的判定条件，并执行对应的换泵操作；
步骤302：当满足大于第一频率的判定条件时，执行增泵流程操作，当满足等于第二频率的判定条件时，执行减泵流程操作。
进一步地，所述的步骤3中的第一频率为47Hz，第二频率为20Hz。
进一步地，所述步骤302中的增泵流程操作具体包括：当吸水井水位持续上升，其中的变频泵频率调至全频，即在大于所述第一频率时，以变频方式启动下一台提升泵，启动频率设为所述第二频率，在选择启动泵前，搜索可选泵的累计运行时间，首选累计运行时间最少的提升泵，随后，继续对吸水井水位不断采样对比，进入下一程变频调节阶段，直至该变频泵调节至全频，即在大于所述第一频率条件下运行，再以同样方式启动下一台提升泵，以此类推。
进一步地，所述步骤302中的减泵流程操作具体包括：当吸水井水位持续下降，其中的变频泵频率下调至停泵频率，即在等于所述第二频率时，停止该提升泵，并将最早投运的提升泵设为变频泵，继续对吸水井水位不断采样对比，进入下一程变频调节阶段，直至该变频泵调节至停泵频率，即在等于所述第二频率条件下运行，再同样方式停止该提升泵，设定下一台泵为变频泵，以此类推。
本发明还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于液位调节的变频提升泵的控制方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于液位调节的变频提升泵的控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)解决了变频泵在切换时因负载电流突变时对变频器的电流冲击，从而大大提高了变频器的使用寿命，同时，也避免了变频器因冲击电流太大而造成设备损坏的现象，该方法在多台变频泵切换控制方面具有实用性。
(2)提供了基于吸水井水位反馈控制的提升泵控制方法，采用闭环控制和PID调节方式使得变频提升泵跟踪吸水井水位进行自适应调整，该方法适用于居民小区供水系统以及自来水厂的生产过程控制。
附图说明
图1为本发明方法实施例中水泵变频切换保护的过程示意图；
图2为本发明方法实施例中切换时序的过程示意图；
图3为本发明方法实施例中增泵流程的过程示意图；
图4为本发明方法实施例中减泵流程的过程示意图；
图5为本发明方法实施例中PID变频控制的过程示意图；
图6为本发明方法的实际流程示意图；
图7为本发明方法实际应用例中的提升泵房的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
具体实施例
如图6所示为本发明方法的实际流程示意图，其中具体实现部分如下：
(1)水泵变频切换保护：为了确保变频器的运行安全，避免因变频切换瞬间电压冲击变频器而受损的可能，控制系统在执行多泵变频切换之前关闭变频器(输出停止信号至变频器STOP端口)，变频切换完成即开启变频器(输出运行信号至变频器RUN端口)，为此，在PLC控制柜内需要增加变频器的RUN和STOP触点各一付，共计4个输出触点。控制系统变频切换控制流程如图1所示；
变频切换时序：如图2所示，在提升泵由工频向变频的切换前，先将变频器频率强制提升到设定的频率值(如49.5Hz，该频率值可由用户在HMI界面上设定)。
(2)液位反馈控制的提升泵变频调节方法：
提升泵变频调节控制采用吸水井水位跟踪的恒水位PID变频调节方式。
1、如图3所示，增泵流程：常态运行时，提升泵分别运行在全频状态(定义为全频泵)和其中一台运行在变频状态(定义为变频泵)。当吸水井水位持续上升，其中的变频泵频率调至全频时(>47Hz)，系统将以变频方式启动下一台提升泵，启动频率设为20Hz，在选择启动泵前，控制系统搜索可选泵的累计运行时间，首选累计运行时间最少的提升泵，随后，继续对吸水井水位不断采样对比，进入下一程变频调节阶段，直至该变频泵调节至全频运行(>47Hz)，再同样方式启动下一台提升泵，以此类推。
2、如图4所示，减泵流程：常态运行时，提升泵分别运行在全频状态(定义为全频泵)和其中一台运行在变频状态(定义为变频泵)。当吸水井水位持续下降，其中的变频泵频率下调至停泵频率时(＝20Hz)，系统将停止该提升泵，并将最早投运的提升泵设为变频泵，继续对吸水井水位不断采样对比，进入下一程变频调节阶段，直至该变频泵调节至停泵频率(＝20Hz)，再同样方式停止该提升泵，设定下一台泵为变频泵，以此类推。
通常，变频泵调节至20Hz以下，即失去并联水泵的水泵效能，因此，在本方案中将20Hz变频点设为停泵切换点。
3、PID变频控制流程：变频运行的提升泵采用PID闭环调节控制方式，如图5所示。
为及时跟踪吸水井水位变化过程，PID指令执行周期设定为200毫秒。通常，在确定PID参数(Kp、Ki、Kd)时要兼顾系统灵敏性和稳定性，在实际工况过程中，PID调节是逼近跟踪的过程，系统设定调节的偏差范围，以避免调节的“过冲”现象，达到系统的平滑运行，为此，需要操作人员设定一个偏差范围DV，即PID指令的死区设定值，在这个设定值的范围内，PLC可以认为反馈值啮合得很好，不输出调节值。
实际应用案例：
本发明技术在多家水厂得到应用。
居家桥分厂日制水能力10万立方米，制水工艺主要采用机械搅拌式澄清池和虹吸滤池，水厂的加药环节和二泵房环节已先期建有PLC系统。
加药系统PLC采用5套PLC分别控制加药、加氯、加氨、加锰以及采集过程水和出厂水的流量和水质参数，并与本地上位机通过令牌网连接并采用DH-485协议通信。
二泵房PLC采用Schneider Premium系列(CPU：TSX 573623)，分别监控二泵房的4台水泵、相关的2个水库和2个吸水井、以及采集出厂水的流量和水质参数。二泵房PLC通过以太网连接本地上位机和公司调度中心，网络通信采用Modbus TCP/IP协议。
该厂在技术更新改造项目中，对提升泵房、排水泵房等工艺环节进行了全面的升级改造，新建PLC监控系统，并采用了本方法；
该厂提升泵房的多台变频泵控制主要是为实现全厂水平衡控制：居家桥水厂水源由原水公司提供，经原水管道进入水厂提升泵房。水厂需要对上游进水进行最优化控制：根据出厂水总流量、厂用水流量和上游进水量，自动控制提升泵的开停切换、自动变频调节提升泵的运行转速、自动控制进水系统管路切换、自动调节进水阀门阀位。
提升泵房有三台变频潜水泵组成，如图7所示：
参与水厂水平衡控制的工艺参数：
提升泵房进水流量控制工艺参数：
系统安装完成后进行了运行测试，结果如下：
调试内容
1)测试3台新潜水泵运行参数：水量、进出水压力、泵电流
2)测试3台新泵匹配运行参数
调试目的
1)为生产运行和操作提供测试依据。
2)评估提升泵改造后投资效益。
△单泵调试情况
△二台泵并联调试数据
△2#泵变频测试数据
△泵安全运行最低吸水进水位
开泵及运行时吸水井最低压力>0.03MPa
△提升泵匹配
日供水量
运行方式
开泵台数
上游进水量
<10万吨
上游超越管
4000-4500m<sup>3</sup>/h
10-12万吨
开提升泵房
2#潜水泵
4500-5000m<sup>3</sup>/h
12-14.8万吨
开提升泵房
1#-3#潜水泵
5000-6200m<sup>3</sup>/h
△改造前后比较
△调试小结
1)、1#2#潜水轴流泵调速变频范围为30-50.HZ，1#泵调速流量为3000-4900m3/h；2#潜水泵调速流量为3000-5300m3/h；3#潜水泵为全速(无变频)流量为3900m3/h.。泵安全运行工况条件是上游压力》0.020MPa)。
2)、并车(一大一小)：1#潜水轴流泵一般调速至变频为30HZ启动，再与3#潜水泵匹配运行。流量调节方便，减少开停及调泵次数,便于水量调度。
3)、当上游提升水量为4200-5000m3/h(8-10万吨/日)以下时,开2#潜水泵最经济、节能。
4)、潜水泵运行平、噪音低、达到环保噪音标准，解决了原来噪音高，影响周边居民生活问题。
5)、在大水量运行状态下，提升泵改造后，泵调度匹配运行情况优于改造前开3台泵运行工况，运行稳定，泵运行声音轻。增加了上游进水能力达6200吨/时)，节电约12-18％。
6)、2#潜水泵进线电源需要加以改造，使其能与1#或3#泵并联,确保提升泵运行安全性及灵活性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。