[发明专利]一种流量控制系统泵运行区间判断方法

说明书

本发明提供一种流量控制系统泵运行区间判断方法。首先，基于小信号扰动原理，在流量控制系统任意相对稳态时刻对泵运行频率施加小信号扰动ΔF，得到对应的流量变化值Δq₁(t)与相对稳态压力值P的关系式，基于牛顿迭代原理通过采样周期实测流量波动值Δq(m)与估计流量波动值Δq^g(m)的误差及误差导数进行迭代计算，获得流量控制系统任意相对稳态时刻的压力值P；其次，依据计算出的压力P、测量到的流量Q和频率为F泵的Q‑H扬程特性曲线，得到泵在Q‑H特性曲线的工作点；最后，依据泵的Q‑H扬程特性与相似工况抛物围成高效运行区域，对泵的运行区间准确、可靠判断。在本发明无需压力检测传感器及辅助电路即可实现泵运行区间的判断，省去了压力传感器及辅助处理电路的安装调试所需时间和成本，使得系统结构更加简单，系统成本更低。

技术领域

本发明属于过程控制领域，具体涉及一种流量控制系统泵运行区间判断方法，用于准确、快速判别泵是否处于高效区间运行。

背景技术

流量调节控制在化工、食品、医药、供水等领域具有广泛的应用。早期流量调节主要通过调节控制阀门的开度开对输出流量进行调节，但存在能耗高、调节范围不大等不足。当前主要采用变频调速的方案实现输出流量的调节，其原理主要通过检测输出流量与设定流量之间的偏差，并对该偏差进行反馈补偿控制算法，进而调节变频器的输出频率，改变泵的转速，实现输出流量的稳定控制。然而，由张承慧等在控制理论与应用期刊中发表的《变频调速给水泵站效率最优控制策略》一文可知，泵存在一个由扬程特性曲线、相似工况抛物线组成的高效运行区间。泵运行于此区间，能实现高效运行；否则，泵运行效率和寿命将大大降低。一方面，在化工，食品，医药、供水等领域，由于输送的液体长时间在管道中运行，可能会存在污垢沉积，致使整个管路有效截面积变小，管阻特性变差，在设定流量情况下，泵出口和管网压力急剧增大，致使泵运行状态发生变化，偏离高效区间；另一方面，泵长时间处于非高效区间运行会导致变频流量控制系统的效率降低，甚至导致变频器及泵的过载/低频运行，增加了变频流量控制系统的故障风险。为了确保泵的高效运行和防范变频器故障风险，就必须获取泵的转速、流量和扬程(或压力)等状态数据，确定其是否处于高效区间运行。由于采用变频控制，所以通过获取泵的运行频率即可得到泵的转速。因而，只需要获取流量控制系统泵的运行频率、输出流量和扬程(或压力)即可确定泵的运行状态。现有方案是在泵出口处或者管网关键节点处增加压力传感器，用于实时检测管网中的压力，进而得到泵的Q-H扬程特性曲线工作点，从而判别泵是否运行于高效区间。但该方案由于需要增加压力检测传感器，一方面增加了管网的复杂性和硬件成本，另一方面变频流量控制系统需要在软硬件方面增加相应的功能模块，比如信号调理电路、采样电路、软件处理程序等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提出一种结构简单、适用性好的流量控制系统泵运行区间判断方法。

本发明提供一种流量控制系统泵运行区间判断方法，其步骤如下：

1)建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,T_d]的流量变化量Δq₁(t)的关系式：其中；P为管网压力值，F为变频器输出频率，Q为进出液体流量，T为环境温度，T_b为压力罐额定温度，V_b为气压罐气室额定体积，P_b为气压罐气室额定压力，t为时间变量，T_d为预先定义的观测时间长度，ΔF为频率扰动增量；

2)以采样周期T_s为间隔对流量控制系统的流量值和变频器的输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；

3)并根据采样到的流量值q(k)和输出频率f(k)，建立由N个元素构成的流量值数组{q(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k-N+1,k-N+2,...k}，N为预先设定的大于1的正整数，q(i)|_i＜＝0＝0，f(i)|_i＜＝0＝0；