專利名稱：：離心泵最小流量控制系統的制作方法
技術領域：
：本發明屬于離心泵控制領域，涉及一種離心泵最小流量控制系統。
背景技術：
：現代工業多采用離心式水泵進行高壓給水，其水壓可達80~2000米。離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室位于葉輪的進水口前面，起到把液體引向葉輪的作用；壓水室主要有螺旋形壓水室(蝸殼式)、導葉和空間導葉三種形式；葉輪是泵的最重要的工作元件，是過流部件的心臟，葉輪由蓋板和中間的葉片組成。離心泵工作前，先將泵內充滿液體，然后啟動離心泵，葉輪快速轉動，葉輪的葉片驅使液體轉動，液體轉動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進液體。在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時液體的動能與壓能均增大。離心泵一般不允許帶負載啟動，特別是大功率的離心水泵。另外，離心水泵工質中不能有氣體，若有氣體，不但損壞設備，出力也將受到影響，所以，離心泵啟動后必須保證一個最小流量。此外，高壓供水要求出水閥時刻保證在有需求時能夠立刻供水，因此離心水泵工作時又必須時刻保證有足夠的水壓。在用水低峰時期，這一水壓將持續對管道壁產生沖擊，由于壓力的累積，極易造成管道壁的破裂。工業上一般采用再循環系統緩解水壓對管道壁得沖擊，并維持水泵工作的最小流量。離心水泵再循環是在水泵出口設置一個回流系統，通過這個回流把水泵出口高壓工質輸送到低壓端，以此來保證水泵啟動后的最小流量。為簡化操作，增加離心泵的可靠性，目前在大型離心水泵出口均安裝了自動再循環裝置。該裝置在水泵沒有負載時借助于機械力可以自動打開再循環閥，保證水泵的最小流量；水泵帶負載后又可以借助于機械力自動關閉水泵再循環閥，從而避免因人為操作不及時給泵帶來的損害。但是目前普遍釆用的機械式自動再循環機構故障率非常高，經常發生再循環閥卡澀的故障，這種故障一旦發生，不但不能提高系統的運行可靠性，反而成了一項重大設備隱患。采用高精度機械結構可以減小再循環閥發生故障的頻率，但這種機械結構成本極高，并主要為大型水泵設計，對于中小型離心泵企業實在難以承受。現代離心水泵再循環系統的發展一直處于可靠性與低成本不可兼得的狀態。
發明內容針對現有離心泵機械結構成本極高、精度低等技術的不足之處,本發明提供了一種離心泵最小流量控制系統，使離心泵再循環技術在可靠性與生產成本上得以平衡。本發明采用的技術方案是該系統包括流量計、節流孔板、電動調節閥和控制器，其中，主管道直接與水泵相連，再循環管道與主管道接點處接流量計，用以檢測主管道中的水流量并將檢測信號發送給控制器，電動調節閥和節流孔板安裝在再循環管道中，控制器接收流量計信號；主管道'中水流量隨水泵啟動而增加，在水泵達到正常運行狀態的時候，主管道出水閥門打開；當達到關閉再循環電動調節閥門的設定值的時候，控制器自動關閉再循環電動調節閥門；工作時，水泵通過主管道把水壓入出水口，出水口接閥門，用戶打開閥門即可使用水，當用戶暫時不需要使用水時，出水口關閉，主管道流量小于設定值時，控制器將控制電動調節閥打開，管道中水通過節流降壓回到低壓端形成再循環通路，維持一定的流量。所述的流量計是均速管流量傳感器，它可以大大降低純凈水電導率低和泵出口介質穩流性差給流量測量帶來的誤差。所述的控制器，包括信號采集單元、濾波電路、A/D轉換單元、數據存儲單元、單片機控制單元和串行通訊單元，為了簡便需要還接有鍵盤輸入接口和顯示輸出接口，其中流量計對流體流量進行采集，信號采集單元得到的模擬信號量經過濾波電路發送給A/D轉換單元，A/D轉換單元將模擬信號轉換成數字信號量存儲在數據存儲單元，并輸入給單片機控制單元，單片機控制單元將接收信號與設定值相比較，進而通過串行通訊單元控制電動調節閥門的開度。通過鍵盤輸入接口向控制器輸入指令，并通過顯示輸出接口顯示。最小流量控制器有手動和自動兩種工作方式。控制器中嵌入軟件程序，其中手動方式下，按下控制器界面上的相應按鈕可增加和減小電動調節閥的開度，_從而根據實際需要控制再循環管道的流量。自動方式時應首先對控制器中各參數進行設置。主要控制參數有維持最小流量參數，關閉閥門流量參數，每周期調整量，初次閥門開度量和采樣周期。初次使用時，還應對控制器中流量和閥門開度進行標定。標定即是對控制量設置一個標準，所有的參數和工作中采集的信號都將與此進行比對，以此確定該量是否合法。標定并設好所有參數后，進入自動控制界面，按下鍵啟動自動工作方式，儀表會根據設置的參數自動調節閥門的開度，當流量低于最小流量時，增加閥門的開度；當流量高于關閉閥門的流量時，減小閥門的開度。本發明將離心水泵機械式再循環閥改進成一套機電一體化的控制裝置。在機械結構上加進電氣控制成分，明顯提高了系統的穩定性。整個裝置的控制部分集成在一塊觸摸屏電子儀表上，把原有繁瑣、龐大的機械結構變成僅依靠一塊單片機芯片，一塊電路板連接線路，幾行匯編語言代碼的電氣控制結構，大大降低了生產成本。單片機控制的數字化觸摸式操作面板，可實現長期全自動控制作業。本裝置安裝和使用亦非常簡便，操作簡潔易懂。圖l是本發明的工作原理圖2是本發明的工作流程圖3是本發明的一種實施例控制系統硬件結構圖；圖4是本發明的一種實施例濾波電路圖5是本發明的一種實施例A/D轉換單元與單片機控制單元連接電路圖6是本發明的一種實施例A/D轉換單元參考電壓電路圖7是本發明的工作界面結構框圖8是本發明的手動控制界面結構框圖9本發明的自動界面結構框圖；'圖IO本發明的參數設置界面結構框圖；圖11是本發明的系統標定界面結構框圖。圖中1、流量計，2、節流孔板，3、電動調節閥，4、水泵，5、出水閥。具體實施例方式結合附圖對本發明做進一步描述如圖1所示，本發明的工作原理圖，該系統包括流量計l、節流孔板2、電動調節閥3和控制器，其中，主管道直接與水泵相連，再循環管道與主管道接點處接流量計l，用以檢測主管道中的水流量并將檢測信號發送給控制器，電動調節閥3和節流孔板2安裝在再循環管道中，控制器接收流量計信號；(1)流量計l。用以檢測主管道中水流量，并將檢測信號發送給控制器；可以選用均速管流量傳感器；在結構上，對于直徑超過350mm的管道，一般都用方形檢測管。對于小口徑，其結構變化較大，一般是全壓和靜壓檢測桿分開。對于方形管道，其用法與圓形管道相同。均速管不同適應公稱直徑的型號，適應公稱壓力及溫度范圍的對應關系如表1所示。表1均速管型號及性能指標<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注閥門選擇與用戶再循環管徑相匹配，防爆等級由用戶確定。節流孔板2根據離心泵出、入口壓差選用節流孔板組件，若用戶已經安裝節流孔板，該組件可以省略。(3)控制器。整個系統的核心部分，內置A/D轉換單元和可編程控制器PLC。接收流量計信號，通過A/D轉換單元將模擬信號轉換為數字信號發送給PLC。PLC按預設程序將該信號與設置的參數進行比對，當流量達到預設值即控制電動閥開度增大或減小，沒達到則返回繼續接收流量計信號最小流量儀系統可以顯示當前流量，控制水的流量，保持最小流量值。當出水口關閉后，水流經過電動調節閥3和節流孔板2節流降壓后返回水箱，從而保持泵的使用。主管道直接與水泵4相連。在水泵4剛開始運行的時候，由于主管道的閥門是關死的，流量基本為零，所以再循環閥門是打開的。再循環管道與主管道接點處接均速管流量計，用以檢測主管道中的水流量并將檢測信號發送給控制器表頭。如圖2所示，本發明的工作流程圖，控制器接收流量計信號通過A/D轉換單元將模擬信號轉換為數字信號輸入給PLC。PLC按照預先設計好的程序檢查該信號是否達到設定值。管道中水流量隨水泵啟動而增加，在水泵達到正常運行狀態的時候，主管道閥門打開。當達到關閉再循環管道中電動調節閥閥門的設定值的時候，控制器自動關閉再循環管道中電動調節閥閥門。工作時，水泵通過主管道把水壓入出水口，出水口接閥門，用戶打開閥門即可使用水。當用戶暫時不需要使用水時，出水口關閉，主管道流量減小。當流量小于設定值時，PLC程序將控制電動調節閥打開，管道中水形成再循環通路，從而起到保護水泵的作用。如圖3所示，本發明的一種實施例控制系統硬件結構圖，包括信號采集單元、濾波電路、A/D轉換單元、數據存儲單元、單片機控制單元、串行通訊單元、鍵盤輸入接口和顯示輸出接口，其中均速管流量計對流體流量進行采集，信號采集單元得到的模擬信號量經過濾波電路發送給A/D轉換單元,A/D轉換單元將模擬信號轉換成數字信號量輸入給單片'機控制單元，單片機控制單元將接收信號與預設值相比較，進而控制閥門的開度。本發明使用均速管流量計對流體流量進行采集，得到的模擬信號量經過濾波電路發送給A/D轉換裝置。A/D轉換單元將模擬信號轉換成數字信號量輸入給控制系統單片機。單片機并不需要對接收的信號進行真實性、精確性的檢測，且流量信號一般亦不需要放大。因此本控制系統并沒有設置對信號一次處理的運算放大電路。單片機接收的只是一個較模糊的采樣值，在一個采樣周期內，該信號可能一直恒定不變，也可能從零增加至最大值。這就要求單片機對信號激勵有一個很敏感的響應。單片機將接收信號與預設值相比較，進而控制閥門的開度。采用的單片機控制單元是宏晶公司的STC89C58單片機能夠滿足本系統的要求。STC89C58單片機是80C51單片機家族的衍生品，兼容標準51指令集，其內部集成了32K的Flash程序存儲器，1K的RAM數據存儲器，已經能夠滿足本系統對存儲器的需要，不用再進行外部擴展，既簡化了設計又降低了成本。它有可選的6時鐘/12時鐘工作方式，在5V的供電電壓下，時鐘頻率可達40MHz，內部有兩個DPTR寄存器。如圖4所示，本發明的一種實施例濾波電路圖，選用壓控電壓源低通濾波電路，截止頻率為50HZ的低通濾波器，所以/。=50//Z,在實際應用中取Cl=C2=C3=C4=C-0.1u。如圖5所示，一種實施例A/D轉換單元與單片機控制單元連接電路圖，采用的A/D轉換器ADS7816是BurrBrown公司生產的12位串行A/D轉換器，其轉換速度可達到200Kbps，它和單片機采用SPI接口。ADS7816和單片機采用SPI接口，通過DCLK、DOUT和^與單片機相連。如圖6所示，本發明的一種實施例A/D轉換單元參考電壓電路圖，由于單片機系統采用數字電源供電而ADS7816采用模擬電源供電，為了不讓數字電源的噪聲干擾模擬電源，ADS7816和單片機通訊的時候就要使用光耦進行隔離。由于DCLK和DOUT的頻率較高，采用6N137進行隔離。5的頻率較低，本設計采用TLP521進行隔離。如圖7所示，本發明的工作界面結構框圖，本發明采用手動控制和自動控制，最小流量控制器儀表是使用者與單片機之間互相通訊的紐帶。操作員向單片機發出指令，設置參數以及系統標定等全都通過該儀表來完成；單片機執行指令后的返回信息，切換控制界面及顯示需要標定項目等也都在儀表界面上有所體現。本設計表頭使用友好的中文界面；各種數據直觀顯示；結構簡單，安裝及使用方便；可實現自動控制無需值守；耗電量低，抗干擾性強。如圖8所示，本發明的手動控制界面結構框圖，其中，流量檢測檢測當前管道中的流體流量；閥門開度當前電動調節閥的開度；閥門開大加大閥門的開度；閥門關小減小閥門的幵度；停止將閥門關閉；返回返回到工作界面。如圖9所示，本發明的自動控制界面結構框圖，其中，最小流量在參數設置中設置的流量；當前流量當前管道中的流體流量；當前開度當前閥門的開度；工作狀態當前的工作狀態(運行或停止)；啟動開啟自動維持最小流量；停止停止維持最小流量，閥門關閉；返回返回到工作界面。如圖10所示，本發明的參數設置界面結構框圖，其中，維持最小流量當管道中的流量低于此項設置時，儀表開始工作打開閥門；關閉阓門流量當管道中的流量高于此項設置時，儀表停止工作關閉閥門；每周期調整量當流量不足或超過時，每個采樣周期閥門的調整量；初次閥門開度當流量低于需要的維持最小流量時，第一次的調整量；采樣周期調整閥門的間隔時間，以秒為單位。如圖11所示，本發明的系統標定界面結構框圖，00流量標定說明采樣值當前流量的A/D采樣碼值；最小流量或0%流量當流量為最小時的A/D采樣碼值；最大流量或100%流量當流量為最大時的A/D采樣碼值；確定允許計算此次標定；返回返回到系統標定。(2)閥門開度標定說明采樣值當前流量的A/D采樣碼值；最小(0%)流量當閥門關閉時的A/D采樣碼值；最大(100%)流量當閥門全開時的A/D采樣碼值；確定允許計算此次標定；返回返回到系統標定。權利要求1、一種離心泵最小流量控制系統，其特征是該系統包括流量計、節流孔板、電動調節閥和控制器，其中，主管道直接與水泵相連，再循環管道與主管道接點處接流量計，用以檢測主管道中的水流量并將檢測信號發送給控制器，電動調節閥和節流孔板安裝在再循環管道中，控制器接收流量計信號；主管道中水流量隨水泵啟動而增加，在水泵達到正常運行狀態的時候，主管道出水閥門打開；當達到關閉再循環電動調節閥門的設定值的時候，控制器自動關閉再循環電動調節閥門；主管道流量小于設定值時，控制器將控制電動調節閥打開，管道中水形成再循環通路，維持一定的流量。2、按照權利要求1所述的一種離心泵最小流量控制系統，其特征在于所述的控制器，包括信號采集單元、濾波電路、A/D轉換單元、數據存儲單元、單片機控制單元和串行通訊單元，其中流量計對流體流量進行采集，信號采集單元得到的模擬信號量經過濾波電路發送給A/D轉換單元，A/D轉換單元將模擬信號轉換成數字信號量存儲在數據存儲單元，并輸入給單片機控制單元，單片機控制單元將接收信號與設定值相比較，進而通過串行通訊單元控制電動調節閥門的開度。3、按照權利要求1所述的一種離心泵最小流量控制系統，其特征在于所述的控制器裝有鍵盤輸入接口和顯示輸出接口，通過鍵盤輸入接口向控制器輸入指令，并通過顯示輸出接口顯示。4、按照權利要求1所述的一種離心泵最小流量控制系統，其特征在于所述的流量計是均速管流量傳感器。全文摘要一種離心泵最小流量控制系統，屬于離心泵控制領域，該系統包括流量計、節流孔板、電動調節閥和控制器，其中，主管道直接與水泵相連，再循環管道與主管道接點處接流量計，用以檢測主管道中的水流量并將檢測信號發送給控制器，電動調節閥和節流孔板安裝在再循環管道中，控制器接收流量計信號；本發明將離心水泵機械式再循環閥改進成一套機電一體化的控制裝置。明顯提高了系統的穩定性。整個裝置的控制部分集成在一塊觸摸屏電子儀表上，大大降低了生產成本。單片機控制的數字化觸摸式操作面板，可實現長期全自動控制作業。本裝置安裝和使用亦非常簡便，操作簡潔易懂。文檔編號F04D15/00GK101392756SQ200810228438公開日2009年3月25日申請日期2008年10月31日優先權日2008年10月31日發明者乜樹義,孟祥利,武祝保,秦世成,許世偉申請人:沈陽天成自動化工程有限公司;沈陽海泰泵業有限公司