专利名称：水泵及泵组的显示控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水泵运行的监测控制。特别是涉及一种能够实现水泵特性参数的在线监测控制和实时显示的水泵及泵组的显示控制系统。
背景技术：
当前水泵运行的监测只是以安全运行为主要目的，监测参数通常只包括运行电流、电压、频率和进出口压差，上述参数分别通过电流表、电压表和压力表现场读数方式获得。反映水泵实际运行状态的参数主要包括流量、扬程和功率，流量主要通过超声波流量计测试获取，但是流量计价格较贵、测试方法繁琐、不易实现水泵流量的实时监测，具有很大的局限性；扬程通过水泵前后压力表测试值做差后获取，由于压力表精度不高造成扬程的读数存在较大的误差；功率利用电压电流表的测试数据和相关理论公式求解，由于电压和电流表精度不高造成功率的计算数据存在较大的误差。综上所述，现有的监测数据无法准确反映水泵的运行状态。 如果没有较为准确的、全面的、实时的运行数据作支撑，水泵的变流量调节将会变得很困难，致使大部分变流量系统在定流量工况下运行，进而导致水泵输配能耗居高不下。造成现有状况的主要原因是缺乏科学、的水泵特性参数的在线监测控制和实时显示方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用水泵特性曲线、压力传感器监测数据和相应的理论水泵流量和扬程，并根据流量、扬程、电压传感器监测数据、电流传感器监测数据计算水泵效率和管路阻抗的数据修正计算方法，并实现实时监测、显示、储存和控制的水泵及泵组的显示控制系统。本发明所采用的技术方案是一种水泵及泵组的显示控制系统，包括数据处理单元，分别与控制单元连接的传感器组、触摸控制显示屏、与上位机通讯的数据总线接口和水泵变频器。所述的传感器组包括有设置在水泵出口的水泵出口压力传感器、设置在水泵入口的水泵入口压力传感器、设置在水泵驱动电流上的水泵运行电流传感器以及设置在水泵驱动电压上的水泵运行电压传感器。所述的触摸控制显示屏中设置有分别与数据处理单元的信号输入端相连的用于控制水泵的启停和运行频率的手动控制模块、数据输入模块，分别与数据处理单元信号输出端相连的用于实时的显示传感器组的测试数据、水泵的扬程、流量、功率和效率的水泵状态参数显示模块、实时的显示管路阻抗的管网状态参数显示模块、根据水泵运行电压、电流和效率来确定水泵是否在预先设定的安全区内运行的水泵报警模块以及实现水泵参数和管网参数存储的数据储存模块。所述的数据输入模块所输入的数据包括水泵频率、厂家提供的水泵特性曲线、测压点之间局部阻力系数和水泵进出口测压点之间的高差；并根据水泵特性曲线和传感器的测试数据反向判读水泵的流量、功率、效率的状态参数。所述的数据处理单元包括有传感器数据接收模块、与所述的传感器数据接收模块相连的数据转换模块以及与所述的数据转换模块相连的数据修正处理模块，其中，所述的传感器数据接收模块连接传感器组接收传感器组的监测信号，所述的数据转换模块通过数据总线连接触摸控制显示屏中的手动控制模块和数据输入模块，用于接收触摸控制显示屏的输入参数，所述的数据转换模块的输出通过数据总线连接水泵变频器用于将控制信号传给水泵变频器，所述的数据修正处理模块通过数据总线分别连接触摸控制显示屏中的水泵状态参数显示模块、管网状态参数显示模块和水泵报警模块，同时还在触摸控制显示屏中实现数据的存储。本发明的水泵及泵组的显示控制系统，具有以下有益效果(I)测试精度高。测试设备均为精度较高的传感器，传感器对各个测点的数据进行同一时间采集到，相比人工数据采集，大大提高了测量数据的精确度；
(2)成本低，无需安装昂贵的流量测量设备，降低系统造价；(3)自动化程度高。通过预先植入的算法，实现对采集数据的快速、集中处理；(4)实时显示功能，界面友好。触摸屏上显示菜单栏，以按键的方式显示泵组和管网的各个运行特性参数；(5)控制方便，对泵组进行控制之前，预先输入水泵特性曲线方程、测压点之间局部阻力系数、测压点之间相对高差这几个特性参数；控制过程中，只需输入水泵的运行频率便可实现对水泵运行参数的控制。这意味着实际控制中只有频率和启停这两个控制参数，控制方法大大简化；(6)参数显示全面、直观。触摸屏上的显示功能分为4部分参数输入栏、水泵运行参数栏、管网特性参数栏和报警栏，这4部分通过点击菜单按钮来进行切换。
图I是本发明的整体构成框图；图2是传感器组的构成；图3是触摸控制显示屏的构成框图；图4是数据处理单元构成框图。I:传感器组2:数据处理单元3 :触摸控制显示屏4 :用于远程通讯的数据总线接口模块5 :水泵变频器I 一 I :水泵出口压力传感器I - 2 :水泵入口压力传感器I 一 3 :水泵运行电流传感器I - 4 :水泵运行电压传感器2 - I :传感器数据接收模块2-2 :数据转换模块2-3 :数据修正处理模块3 - I :手动控制模块3 — 2 :数据输入模块；3-3 :水泵状态参数显示模块3 — 4 :管网状态参数显示模块3-5 :水泵报警模块3 — 6 :数据存储模块
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的水泵及泵组的显示控制系统做出详细说明。如图I所示，本发明的水泵及泵组的显示控制系统，包括数据处理单元2，分别与数据处理单元2连接的传感器组I、触摸控制显示屏3、与上位机通讯总线接口 4和水泵变频器5。如图2所示，本发明所述的传感器组I包括有设置在水泵出口的水泵出口压力传感器I 一 I、设置在水泵入口的水泵入口压力传感器I 一 2、设置在水泵驱动电流上的水泵运行电流传感器I 一 3以及设置在水泵驱动电压上的水泵运行电压传感器I 一 4。数据处理模块通过模拟量来获取传感器实时数据，处理后实时的显示在触摸显示屏。如图3所示，所述的触摸控制显示屏3为本发明现场的控制显示设备，所述的触摸控制显示屏3中设置有与数据处理单元2信号输入端相连的用于控制水泵的启停和运行频率的手动控制模块3 — I、数据输入模块3-2，与数据处理单元2信号输出端相连的用于实时的显示传感器组I的测试数据(泵前压力、泵后压力、电压、电流)、水泵的扬程、流量、功率 和效率的水泵状态参数显示模块3-3、实时的显示管路阻抗的管网状态参数显示模块3 -4、根据水泵运行电压、电流和效率来确定水泵是否在预先设定的安全区内运行的水泵报警模块3 — 5以及实现水泵参数和管网参数存储的数据储存模块3-6。所述的手动控制模块3 - I主要用来控制水泵的启停和改变运行频率。启停和频率的控制信号经数据处理单元2转变为模拟信号，然后通过数据总线传输到变频器来控制水泵的运行状态。所述的数据输入模块3-2是通过触摸屏输入的数据，所输入的数据包括水泵频率、厂家提供的水泵特性曲线、测压点之间局部阻力系数和测压点之间的高差。这些数据是水泵或泵组的数据处理单元2进行数据处理的基础。所述的上位机通讯总线接口 4主要功能是上位机通过数据总线支持远程数据交互和远程控制。所述的数据处理单元2是实现数字信号的模拟信号之间的相互转换，进而实现控制信号的输出和测试处理信号的输入；传感器数据接收模块接收传感器的监测信号，然后将监测信号传输到数据处理单元进行处理计算，最后上述监测数据、处理数据均通过数据总线和预输入数据一起输入触摸屏中的数据储存模块3-6实现数据的存储，或者通过与上位机通讯的数据总线接口 4传入上位机实现数据的存储。如图4所示，所述的数据处理单元2具体包括有传感器数据接收模块2 - I、与所述的传感器数据接收模块2 - I相连的数据转换模块2 - 2以及与所述的数据转换模块2-2相连的数据修正处理模块2 - 3，其中，所述的传感器数据接收模块2 - I连接传感器组1，接收传感器组I的监测信号，所述的数据转换模块2-2通过数据总线连接触摸控制显示屏3中的手动控制模块3 - I和数据输入模块3-2，用于接收触摸控制显示屏3的输入参数，所述的数据转换模块2 - 2的输出通过数据总线连接水泵变频器5用于将控制信号传给水泵变频器5，所述的数据修正处理模块2 — 3通过数据总线分别连接触摸控制显示屏3中的水泵状态参数显示模块3-3、管网状态参数显示模块3 - 4、水泵报警模块3 — 5和数据储存模块3-6。本发明的水泵及泵组的显示控制系统，在对泵组的运行参数进行控制和显示之前，需要通过触摸控制显示屏3预先输入水泵的特性曲线、测压点之间的高差以及测压点之间的局部阻力系数。在实际控制显示过程中，首先通过触摸控制显示屏3输入水泵的运行频率，该参数通过数据处理单元2后转变为变频器5的模拟信号，从而实现对水泵流量的控制；水泵变频后，传感器组I将压力、电流和电压信号传递给数据处理单元2进行修正计算，得到水泵和管网实际工况下的运行参数，包括水泵的扬程、流量、功率、效率以及管路阻抗，并将上述测试数据、计算数据实时的显示和储存在触摸控制显示屏3中。本发明的水泵及泵组的显示控制系统中的测试设备均为传感器，检测精度较高；在检测过程中，实现对各个测试数据的同步测量，使数据测试精度得到了保证；测试数据和处理数据的实时显示可以提高系统运行控制的精确度；为系统中水泵调节前后的效果提供了数据支持。本发明的水泵及泵组的显示控制系统的参数输入栏中包括水泵H-Q曲线对厂家提供的数据进行回归分析，得到二次曲线方程，然后把方程中的各个系数输进控制系统；
水泵Il-Q曲线对厂家提供的数据进行回归分析，得到二次曲线方程，然后把方程中的各个系数输进控制系统；水泵N-Q曲线对厂家提供的数据进行回归分析，得到二次曲线方程，然后把方程中的各个系数输进控制系统；测压点之间的局部阻力系数以厂家提供的数据为依据，将测点之间的各个部件的局部阻力系数之和输进控制系统；测压点之间的相对高差测量现场水泵前后压力传感器之间的高差，然后将该数据输进控制系统；水泵频率该参数为控制参数，当系统需要变流量时，改变输入频率的数值。本发明的水泵及泵组的显示控制系统的水泵运行参数栏，是直接对水泵的各项性能参数进行直观的展示，展示的参数有水泵扬程流经泵的出口端面与进口断面单位重量流体所具有总能量之差，反应的是系统中的管路压降；水泵流量直接反应系统中的流量是否满足系统的设计和调控要求；运行电流直接反应电流是否在安全运行区间内，防止烧坏机组；运行电压直接反应水泵的运行电压是否稳定；水泵功率直接反应水泵的运行能耗；水泵效率直接反应水泵运行效率；上述参数完全反映了水泵的运行状态参数，上述数据为系统的调节和优化提供了基础数据支撑。本发明的水泵及泵组的显示控制系统的管网特性参数栏管路阻抗该参数综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况。本发明的水泵及泵组的显示控制系统的报警栏显示超出安全运行范围的参数(电流、电压、水泵效率)名称和参数的实际运行数据，上述参数的主要作用是为将来的故障分析提供数据支持。
权利要求
1.一种水泵及泵组的显示控制系统，其特征在于，包括数据处理单元(2)，分别与控制单元连接的传感器组(I)、触摸控制显示屏(3)、与上位机通讯的数据总线接口(4)和水泵变频器(5)。
2.根据权利要求I所述的水泵及泵组的显示控制系统，其特征在于，所述的传感器组(I)包括有设置在水泵出口的水泵出口压力传感器(I - I)、设置在水泵入口的水泵入口压力传感器(I - 2)、设置在水泵驱动电流上的水泵运行电流传感器(I - 3)以及设置在水泵驱动电压上的水泵运行电压传感器(I 一 4)。
3.根据权利要求I所述的水泵及泵组的显示控制系统，其特征在于，所述的触摸控制显示屏(3)中设置有分别与数据处理单元(2)的信号输入端相连的用于控制水泵的启停和运行频率的手动控制模块(3 — I)、数据输入模块(3-2)，分别与数据处理单元(2)信号输出端相连的用于实时的显示传感器组(I)的测试数据、水泵的扬程、流量、功率和效率的水泵状态参数显示模块(3-3)、实时的显示管路阻抗的管网状态参数显示模块(3 - 4)、根据水泵运行电压、电流和效率来确定水泵是否在预先设定的安全区内运行的水泵报警模块(3 —5 )以及实现水泵参数和管网参数存储的数据储存模块(3-6 )。
4.根据权利要求3所述的水泵及泵组的显示控制系统，其特征在于，所述的数据输入模块(3-2)所输入的数据包括水泵频率、厂家提供的水泵特性曲线、测压点之间局部阻力系数和水泵进出口测压点之间的高差；并根据水泵特性曲线和传感器的测试数据反向判读水泵的流量、功率、效率的状态参数。
5.根据权利要求I所述的水泵及泵组的显示控制系统，其特征在于，所述的数据处理单元(2)包括有传感器数据接收模块(2 - I)、与所述的传感器数据接收模块(2 - I)相连的数据转换模块(2 - 2)以及与所述的数据转换模块(2 - 2)相连的数据修正处理模块(2 - 3)，其中，所述的传感器数据接收模块(2 - I)连接传感器组(I)接收传感器组(I)的监测信号，所述的数据转换模块(2 - 2)通过数据总线连接触摸控制显示屏(3)中的手动控制模块(3 - I)和数据输入模块(3-2)，用于接收触摸控制显示屏(3)的输入参数，所述的数据转换模块(2 - 2)的输出通过数据总线连接水泵变频器(5)用于将控制信号传给水泵变频器(5)，所述的数据修正处理模块(2 - 3)通过数据总线分别连接触摸控制显示屏(3)中的水泵状态参数显示模块(3-3)、管网状态参数显示模块(3 - 4)和水泵报警模块(3 —5)，同时还在触摸控制显示屏(3)中实现数据的存储。
全文摘要
一种水泵及泵组的显示控制系统有分别与控制单元连接的传感器组、触摸控制显示屏、与上位机通讯的数据总线接口和水泵变频器。传感器组有设置在水泵出口的水泵出口压力传感器、设置在水泵入口的水泵入口压力传感器、设置在水泵驱动电流上的水泵运行电流传感器以及设置在水泵驱动电压上的水泵运行电压传感器。触摸控制显示屏中设置有与数据处理单元的信号输入端相连的手动控制模块和数据输入模块，与数据处理单元信号输出端相连的水泵状态参数显示模块、管网状态参数显示模块、水泵报警模块以及数据储存模块。本发明测试精度高，控制方便，参数显示全面、实时显示功能，界面友好，直观，成本低，自动化程度高。
文档编号F04B49/06GK102808759SQ20121028167
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者田喆, 李锋, 张浩淼, 马涛 申请人:天津大学