一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法，包括：建立流量、頻率擾動量和水壓變化量之間的數學模型及約束條件，形成適于小流量在線檢測需要的數學模型；在穩態工況下進行頻率小信號擾動，采樣供水系統管網的壓力值，根據流量數學模型計算，并以標準差范圍為依據得到系統流量值。本發明的優點在于無需流量檢測裝置及水泵電機結構參數，在線檢測系統是否處于小流量工況運行。本方法檢測速度快，可靠性高，實用性強，可有效保護電機和變頻器小流量工況下低頻運行引起的效率低下故障，提高系統的壽命和可靠性，為水泵電機安全、高效運行提供可靠保證。
【專利說明】一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機電一體化測控領域，具體涉及一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法，尤其適用于氣壓罐變頻恒壓供水裝置水泵小流量運行檢測和保護。
【背景技術】
[0002]恒壓變頻供水系統中揚程特性及管阻特性對供水系統的性能具有重要的影響，當用水閥門未完全關閉或者由于管道閥門泄漏導致供水系統運行于小流量時，此時供水系統的管阻及揚程損失增大，導致系統能耗增加，效率低下。其中，“小流量”是指當水龍頭開度很小或者水龍頭未完全關閉及管道滴漏導致其用水量很小或接近于零，這種情況稱為變頻供水系統小流量情況。此時，水泵在小流量下運行，會造成水泵效率大大降低，不能達到節能的目的，水泵功率越大用電越多。
[0003]同時，小流量運行致使水泵電機及變頻器處于低頻運行狀態，導致電機及變頻器低頻噪聲嚴重，降低電機及變頻器的使用壽命及性能，對供水的安全可靠性和生產成本產生不利影響。
[0004]水泵恒壓供水系統的小流量檢測是水泵變頻恒壓供水系統實現節能高效、安全可靠供水需要重點解決的關鍵技術問題之一。目前，有關水泵小流量檢測主要有兩種方式:
[0005]一、流量傳感器方案:即通過在水泵的出水口處安裝流量傳感器，實現小流量檢測；通常使用的流量傳感器檢測機構主要為葉輪式和浮子式結構。
[0006]⑴葉輪式檢測存在以下三種情況會導致流量檢測精度及可靠性性能指標不高:①供水流速較大情況下，水質中存在的固體雜物會撞擊葉輪，使得葉輪變形及缺損，引起整個機構轉動慣量不平衡，導致流量檢測失效或精度及數據可靠性大大降低水質受到污染呈現酸性或者堿性時，會嚴重腐蝕葉輪機構，同樣導致整個機構轉動慣量不平衡，流量檢測失效或精度及數據可靠性大大降低；③葉輪式流量檢測通過流動的液體傳動葉輪片轉動，從而帶動相關電磁機構動作，將葉輪片的轉動信號轉化為不同頻率的電信號。在管道截面積恒定的情況下，通過采樣電信號的頻率就可以測量液體的流量。由于要考慮到機構強度及加工精度和加工成本等約束情況，葉輪等轉動部件的慣量不可能很小，因而存在一個小流量測量死區范圍，所以不能檢測諸如滴水、漏水等小流量狀態。同時由于檢測機構有一定的慣量和信號在進行變換調理及程序處理過程中，存在一個時間延遲，因而數學模型可以理解為帶滯后環節的一階慣性系統，所以流量檢測響應速度慢。
[0007]⑵浮子式檢測流量時，由于其機械結構主要由外壁和內壁構成的腔體及浮球聯動裝置來檢測是否有流量。浮球在腔體內的行程大小是影響該類型流量檢測精度和可靠性的一個關鍵因素。行程過大會導致機構的體積龐大，材料成本高，安裝復雜，測量慣性和時間延遲大，靈敏度低，導致檢測失效；行程過小則會導致機構的加工精度及加工成本高，磁缸精度要求高及整體裝配精度高，抗干擾能力差等缺陷。
[0008]二、專用控制器+專用水泵電機方案:即通過對專用的水泵電機進行揚程特性曲線的反復測試，得出水泵工作于小流量情況下的特性曲線，并以該曲線作為系統檢測流量的參考值，通過檢測水泵電機當前運行特性是否處于小流量特性區間來檢測系統小流量。
[0009]專用控制器+專用水泵電機方案由于要進行揚程特性曲線及水壓響應特性曲線的反復測試，得出水泵工作于各種小流量情況下的特征量為系統檢測流量的基準參考值。然后通過大量的數據在線采集及程序處理，得出系統當前運行狀態下的實際特征量，通過與基準參考特征量進行相似度分析，從而得出系統當前的流量值，進而判斷系統是否運行于小流量工況。但這種方法存在嚴重的問題就是:
[0010]⑴對控制系統的硬件和軟件的要求高。因為控制器要采集大量的數據并進行信號處理和求解系統的特征量，并與存儲在內存中的基準特征量進行相似度分析，因而對控制器要求高；
[0011]⑵由于要進行大量的數據采集、處理和求解系統的特征量，并與基準參考特征量進行相似度分析，其程序量大，處理時間長，檢測速度慢；
[0012]⑶由于系統在長期運行過程中，電機參數、變頻器參數等受到環境因素影響及老化原因發生變化，引起系統的運行特征量變化較大，導致測量的精度和可靠性差，控制系統出現誤判動作；
[0013]⑷由于供水系統是長時間連續運行，因而水泵一旦出現故障，只能采用與控制器嚴格匹配的電機，而不能使用其他類型的水泵電機，因而導致系統的運行維護成本高，實用性及適用性差。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在于克服上述不足之處，提出一種結構簡單、適用性好的基于參數反求法的小流量在線檢測方法。
[0015]一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0016](I)以采樣周期Ts為間隔對供水系統管網的水壓值和變頻器輸出頻率進行采樣，將第一次采樣值標記為Pd)和f(?);當前采樣次數為k，令k=i ；
[0017](2)建立由M個元素構成的水壓值數組{p(i)}，以及變頻器輸出頻率數組{f⑴}，其中i = {k-M+1, k-M+2,...k}，M為預先設定的大于I的正整數，k為當前采樣次數；p(i) Ii<=0 = O, f (i) |i<=0 = O ；
[0018](3)判斷供水系統是否處于穩定狀態；如果是，進入步驟(4);否則，供水系統處于不穩定狀態，轉入步驟(15)；
[0019](4)求解水壓值的平均值
【權利要求】
1.一種基于參數反求法的小流量在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以采樣周期Ts為間隔對供水系統管網的水壓值和變頻器輸出頻率進行采樣，將第一次采樣值標記為P (I)和f(i);當前采樣次數為k，令k=i ； (2)建立由M個元素構成的水壓值數組{p(i)}，以及變頻器輸出頻率數組{f(i)}，其中
2.根據權利要求1所述的基于參數反求法的小流量在線檢測方法，其特征在于，所述穩定狀態的定義為:
計算數組(ρα)}的標準差
【文檔編號】G01F1/86GK103487099SQ201310409550
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】彭志輝, 李峰平, 李沛, 付培紅, 周宏明, 趙軍平 申請人:溫州大學