專利名稱：調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，主要用于風(fēng)機和泵的流量控制，屬自動化控制領(lǐng)域。
技術(shù)背景在生產(chǎn)或其他場合下，經(jīng)常需要使用風(fēng)機或泵等流體輸送設(shè)備，用于輸送流體介質(zhì)(或提高流體介質(zhì)的壓頭，下同)。在生產(chǎn)過程中，常常需要改變介質(zhì)流量，以實現(xiàn)某種特定的工作狀態(tài)(例如一定的壓力、溫度和水位等)，因此需要根據(jù)特定工作狀態(tài)的要求進行介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)。目前這種流量調(diào)節(jié)是通過輸送管道上的調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)閥通常設(shè)置在風(fēng)機等設(shè)備的出口端管道上，通過手動或自動(電動、氣動等)方式改變調(diào)節(jié)閥的開度，就可以在管道中產(chǎn)生不同的阻力，在風(fēng)機輸入不變的情況下，增大或減小介質(zhì)流量。調(diào)節(jié)閥的自動控制系統(tǒng)包括傳感器和控制器，傳感器用于采集有關(guān)的工作狀態(tài)信號，控制器根據(jù)傳感器送來的工作狀態(tài)信號，采用適宜的算法，生成控制信號，用于控制調(diào)節(jié)閥的開度。這種調(diào)節(jié)方式的缺陷表現(xiàn)在是要減少介質(zhì)流量，就需要增大管道阻力，因此風(fēng)機等流體輸送設(shè)備經(jīng)常會處于過載狀態(tài)，不僅影響了流體輸送設(shè)備以及管道的使用壽命，而且增大了電能消耗。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提供了一種調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，采用這種裝置控制介質(zhì)流量，可以使風(fēng)機等流體輸送設(shè)備始終處于適宜的工作狀態(tài)下，不增加管道阻力，避免了對設(shè)備和管道的損害，減少了電能消耗。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是一種調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，包括傳感器和控制單元，還包括電機調(diào)速裝置，所述傳感器用于采集外部狀態(tài)信號，生成測量值送入控制單元，所述控制單元依據(jù)設(shè)定的控制算法對測量值進行運算，生成控制信號，送至所述電機調(diào)速裝置。
本發(fā)明的有益效果是采用電機調(diào)速裝置對風(fēng)機和泵等流體輸送設(shè)備的驅(qū)動電機進行調(diào)速，進而改變調(diào)節(jié)介質(zhì)流量，由此避免了調(diào)節(jié)閥的額外阻力，減少了動力消耗，提高了能源的有效利用率，并且使驅(qū)動電機始終保持在適應(yīng)的工作狀態(tài)下，避免了因流量調(diào)節(jié)造成的過載。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的控制原理示意圖。
具體實施方式
參見圖1和圖2，本實用新型提供的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)包括傳感器和控制單元，還包括電機調(diào)速裝置，所述傳感器用于采集外部狀態(tài)信號，生成測量值送入控制單元，所述控制單元依據(jù)設(shè)定的控制算法對測量值進行運算，生成控制信號，送至所述電機調(diào)速裝置。
在風(fēng)機和泵等流體輸送設(shè)備的控制中，所述電機為風(fēng)機和泵等設(shè)備的驅(qū)動電機。為適應(yīng)本實用新型的調(diào)速要求，所述驅(qū)動電機應(yīng)采用能夠調(diào)速的電機形式(調(diào)速電機)。
所述調(diào)速電機及其配套的電機調(diào)速裝置可以采用任意適宜的現(xiàn)有技術(shù)或其他可能的技術(shù)。例如在現(xiàn)有技術(shù)背景下，對于直流電機，所述電機調(diào)速裝置可以采用晶閘管直流調(diào)速裝置或數(shù)字式直流脈寬調(diào)制調(diào)速裝置；對于三相異步電機，所述電機調(diào)速裝置可以采用各種形式的變頻調(diào)速裝置；對于一些特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)速電機，可以采用與之配套的調(diào)速裝置。另外，對于某些場合，還可以采用繼電器控制電路實現(xiàn)電機的分級調(diào)速。
所述控制單元可以采用任意適宜的現(xiàn)有技術(shù)或其他可能的技術(shù)，包括模擬控制器和數(shù)字控制器。不同的控制器根據(jù)各自不同的控制規(guī)律和控制算法以及具體的參數(shù)設(shè)定，在一定的測量值下，生成不同的控制信號，由此也就產(chǎn)生出不同的調(diào)節(jié)品質(zhì)。應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)設(shè)備和具體的控制要求，選用適應(yīng)的傳感器和控制單元，以滿足控制要求。
例如在供水系統(tǒng)中，如果所要控制的是一定的水位，在對調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)過程要求不很嚴格的情況下，所述傳感器可以采用壓力傳感器，所述控制單元可以采用比例控制裝置，所述壓力傳感器采集供水系統(tǒng)在一定位置上的水壓信號(例如水箱中安裝傳感元件的位置的壓強)，向控制單元送入與被控量(水壓)成正比的模擬電信號作為測量值，所述比例控制裝置主要由比較元件和運算放大器構(gòu)成，所述比較元件可以是任意適宜的機械元件或電子元件，其接受所述傳感器送來的測量值，與設(shè)定值進行比較，計算出兩者的偏差(偏差＝設(shè)定值-測量值)作為運算放大器的輸入，所述運算放大器根據(jù)一定的比例系數(shù)生成與偏差成正比的電信號，作為控制信號送入電機調(diào)速裝置，通過電機調(diào)速裝置控制和調(diào)節(jié)泵的驅(qū)動電機的工作狀態(tài)，在實際水壓過低時啟動泵補水，在達到設(shè)定水位后停止補水。這種控制系統(tǒng)也可以用于其他場合，根據(jù)檢測參數(shù)的不同，可以將其中的壓力傳感器更換為其他適宜的傳感器。
由于傳感器、控制單元以及電機調(diào)速裝置均可以采用現(xiàn)成的產(chǎn)品或依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造，它們相互間的信號不一定相互適應(yīng)。當(dāng)傳感器輸出的信號在信號形式和/或強度與控制單元所需測量值的形式和/或強度不相適應(yīng)時，可以采用變送器進行測量值的放大和/或轉(zhuǎn)換；當(dāng)控制單元生成的控制信號在信號形式和/或強度與電機調(diào)速裝置所需控制信號的形式和/或強度不相適應(yīng)時，可以采用適宜的放大和/或轉(zhuǎn)化電路將其變?yōu)樗璧目刂菩盘枴?br> 所述控制單元可以采用PID控制器，這種控制器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于整定，其產(chǎn)生的調(diào)節(jié)品質(zhì)適應(yīng)于涉及流體介質(zhì)輸送的大部分場合。
所述PID控制器可以是模擬PID控制器，通過硬件對模擬偏差信號進行比例、積分和微分運算，生成用作控制信號的模擬電信號。所述PID控制也可以是數(shù)字PID控制器，以適于計算機技術(shù)的應(yīng)用。
所述數(shù)字PID控制器可以采用可編程控制器，也可以采用通用微機或工控微機。
所述用作PID控制器的可編程控制器包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出接口電路，其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸，所述傳感器產(chǎn)生的檢測值經(jīng)放大和轉(zhuǎn)化后，經(jīng)輸入接口電路輸入可編程控制器的內(nèi)部存儲器中，所述CPU依據(jù)設(shè)定程序和相應(yīng)外圍設(shè)備的請求，讀取內(nèi)部存儲器中的指令和數(shù)據(jù)，進行PID運算，生成控制指令并送至輸出接口電路，由輸出接口電路送至電機調(diào)速控制裝置，所述RAM用于存放CPU工作過程中的暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和調(diào)試的程序，所述ROM用于存放固化的監(jiān)控程序和其他固化程序，所述輸出接口電路可以采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。在其他的輸出接口電路上，同樣也可以設(shè)置光電耦合電路。
所述用作PID控制器的各種微機可以采用現(xiàn)有技術(shù)，圖1顯示了一個采用微機作為控制單元的實施例。在該實施例中，微機的輸入通道主要由多路模擬開關(guān)、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述傳感器生成的模擬檢測值在CPU的控制下經(jīng)多路模擬開關(guān)采入，并經(jīng)過采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后經(jīng)接口電路送往CPU，由CPU依據(jù)設(shè)定程序與設(shè)定值比較，計算出偏差，并對偏差進行PID運算，形成以數(shù)字形式輸出的控制量，所述控制量經(jīng)輸出接口電路輸出，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路和多路模擬開關(guān)電路后，轉(zhuǎn)化為模擬量并被送至電機控制裝置作為控制信號，所述電機控制裝置接受該控制信號后，依據(jù)控制信號改變對電機的輸入或改變電機的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進而改變電機的轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速的改變，必然導(dǎo)致風(fēng)機轉(zhuǎn)速及其輸出的風(fēng)量和風(fēng)壓的變化，最終改變生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)。
所述PID運算可以采用任意適宜的運算過程和運算參數(shù)，通常運算參數(shù)可以通過簡易工程法或試湊法整定。
權(quán)利要求1.一種調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，包括傳感器和控制單元，其特征在于還包括電機調(diào)速裝置，所述傳感器用于采集外部狀態(tài)信號，生成測量值送入控制單元，所述控制單元依據(jù)設(shè)定的控制算法對測量值進行運算，生成控制信號，送至所述電機調(diào)速裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)速節(jié)能裝置采用晶閘管直流調(diào)速裝置、數(shù)字式直流脈寬調(diào)制調(diào)速裝置或變頻調(diào)速裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器和控制單元之間設(shè)有變送器，用于進行測量值的放大和/或轉(zhuǎn)換，所述控制單元和電機調(diào)速裝置之間設(shè)有放大和/或轉(zhuǎn)化電路，用于將控制單元輸出的控制信號變?yōu)殡姍C調(diào)速裝置所需的控制信號。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元采用模擬控制器或數(shù)字控制器。
5.如權(quán)利要求4所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元采用比例控制裝置，所述傳感器向控制單元送入與被控量成正比的模擬電信號作為測量值，所述比例控制裝置主要由比較元件和運算放大器構(gòu)成，所述比較元件接受所述傳感器送來的測量值，與設(shè)定值進行比較，計算出兩者的偏差作為運算放大器的輸入，所述運算放大器根據(jù)一定的比例系數(shù)生成與偏差成正比的電信號，作為控制信號送入電機調(diào)速裝置。
6.如權(quán)利要求4所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元采用PID控制器。
7.如權(quán)利要求6所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述PID控制器是模擬PID控制器，或者是數(shù)字PID控制器。
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字PID控制器采用可編程控制器或微機。
9.如權(quán)利要求8所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述用作PID控制器的可編程控制器包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出接口電路，其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸，所述傳感器產(chǎn)生的檢測值經(jīng)放大和轉(zhuǎn)化后，經(jīng)輸入接口電路輸入可編程控制器的內(nèi)部存儲器中，所述CPU依據(jù)設(shè)定程序和相應(yīng)外圍設(shè)備的請求，讀取內(nèi)部存儲器中的指令和數(shù)據(jù)，進行PID運算，生成控制指令并送至輸出接口電路，由輸出接口電路送至電機調(diào)速控制裝置，所述RAM用于存放CPU工作過程中的暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和調(diào)試的程序，所述ROM用于存放固化的監(jiān)控程序和其他固化程序，所述輸出接口電路采用光電耦合電路。
10.如權(quán)利要求8所述的調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述用作PID控制器的微機的輸入通道主要由多路模擬開關(guān)、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述傳感器生成的模擬檢測值在CPU的控制下經(jīng)多路模擬開關(guān)采入，并經(jīng)過采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后經(jīng)接口電路送往CPU，由CPU依據(jù)設(shè)定程序與設(shè)定值比較，計算出偏差，并對偏差進行PID運算，形成以數(shù)字形式輸出的控制量，所述控制量經(jīng)輸出接口電路輸出，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路和多路模擬開關(guān)電路后，轉(zhuǎn)化為模擬量并被送至電機控制裝置作為控制信號，所述電機控制裝置接受該控制信號后，依據(jù)控制信號改變對電機的輸入或改變電機的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
專利摘要一種調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，主要可用于風(fēng)機和泵的流量控制。其包括傳感器、控制單元和電機調(diào)速裝置，所述傳感器用于采集外部狀態(tài)信號，生成測量值送入控制單元，所述控制單元依據(jù)設(shè)定的控制算法對測量值進行運算，生成控制信號，送至所述電機調(diào)速裝置，用于調(diào)節(jié)風(fēng)機或泵的驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，所述傳感器和控制單元之間設(shè)有變送器，所述控制單元和電機調(diào)速裝置之間設(shè)有放大和/或轉(zhuǎn)化電路，所述控制單元采用模擬PID控制器或數(shù)字PID控制器，所述數(shù)字PID控制器采用可編程控制器或微機。本實用新型在調(diào)節(jié)流量時不增加管道阻力，使風(fēng)機或泵始終處于適宜的工作狀態(tài)下，避免了對設(shè)備和管道的損害，減少了電能消耗。
文檔編號G05D13/60GK2929791SQ20062012412
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者李德珍, 李茂林, 嚴漢彥, 呂青 申請人:北京紫御灣科技有限公司