本发明公开的一种水泵变频器的超载自动保护控制方法，属于水泵控制技术领域。所述水泵系统包括交流电源、压力传感器、泵机和专用变频器。所述专用变频器包括交流变频电路和控制单元。所述控制单元包括功率计算模块、信号采集模块、恒压力控制模块和恒功率控制模块，负责输出电流的频率设定值f设定。本发明涉及的超载保护控制方法，主要应用于专用变频器控制单元的控制模块。控制模块内的恒压力控制模块负责功率判定、恒压力调频；恒功率控制模块负责压力判定、恒功率调频。本发明涉及的超载保护控制方法，通过恒压力与恒功率调频的适时切换，既保证了额定功率范围内的恒压力控制，同时也实现超载状态下的恒功率控制，完成对泵机的有效保护。
1.一种水泵变频器的超载自动保护控制方法，其特征在于，
所述水泵包括交流电源、压力传感器、泵机和水泵用变频器；所述交流电源用于给整个系统供电；所述压力传感器用于实时采集泵机出口处的压力信号；所述泵机用于给管路中的水加压；所述水泵用变频器包括交流变频电路和控制单元，用于调节泵机的频率f设定；该控制单元包括功率计算模块、信号采集模块和控制模块，控制单元使用PID方法运行；功率计算模块用于执行相关计算；信号采集模块将压力传感器采集到的信号传输给功率计算模块；
控制模块包括恒压力控制模块和恒功率控制模块，负责输出电流的频率设定值f设定；所述的恒压力控制模块，增添了功率判定条件P＜PN，包含功率判定程序和恒压力调频程序；
其中，功率判定程序指通过判定条件P＜PN判定泵机是否超载，当满足判定条件P＜PN时，进行恒压力调频；当不满足判定条件P＜PN时，循环次数k清零，切换至恒功率控制模块进行操作；
所述恒压力调频涉及的压力PID控制中：Fk＝F为第k次压力值采样；eF(k)为第k次压力值误差； 为第k次压力值增量，默认eF(0)＝0；
其中Kp1,Ki1,Kd1为预设值；由于F和f2满足 关系；进而频率设定值：其中LF为定值，与泵机有关；循环结束后，输出本次压力PID控制中
所述恒功率控制模块，包括延时触发的压力判定程序和恒功率调频程序；所述延时触发的压力判定程序，是指在恒功率控制循环k超过NP时执行压力判定程序，所述NP是恒功率控制循环的最低次数，由用户根据实际情况自行设定，用以保证超载时的降频保护操作有效施行；所述压力判定程序是指：通过判定条件F＜FN判定是否可以安全恢复恒压力控制，当满足判定条件F＜FN时，仍进行恒功率调频；当不满足判定条件F＜FN时，恒功率控制循环次数k清零，切换至恒压力控制模块进行操作；所述功率设定值是额定值的0.9倍，即P设定＝
所述恒功率调频涉及的功率PID控制中：Pk＝P为第k次采样值；eP(k)＝P设定-Pk为第k次误差值； 为第k次功率值增量，默认eP(0)＝0；其中Kp2,Ki2,Kd2为预设值；由于P和f3满足 关系；进而频率设定值：其中LP为定值，与泵机有关；循环结束后，输出本次功率PID控制中
上述水泵变频器的超载自动保护控制方法分以下步骤实现：
步骤一、当压力传感器实时采集泵机出口的压力F小于压力设定值FN时，控制单元运行恒压力控制模块；同时，控制单元实时监控泵机的输出功率P；
步骤二、当泵机的输出功率P小于泵机的额定功率PN时，恒压力控制模块继续运行；当泵机的输出功率P大于泵机的额定功率PN时，控制单元运行恒功率控制模块；并记录执行恒功率调频程序的循环次数k；
步骤三、当恒功率调频程序的循环次数k达到恒功率调频程序的设定值NP时，控制单元以F＜FN为判定条件进行压力判定：当满足判定条件F＜FN时，仍进行恒功率调频；当不满足判定条件F＜FN时，恒功率控制模块停止运行，恒压力控制模块开始运行。
一种水泵变频器的超载自动保护控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于水泵控制技术领域，具体涉及一种水泵变频器的超载自动保护控制方法。
背景技术
[0002] 目前的供水系统中通常采用恒压力供水，以保证各楼层用水压力充足。通过变频技术调节频率实现的恒压控制方法，在城市供水系统中占主流趋势。所谓恒压控制，是指对水泵出水口压力作恒压调节，根据出水口采集的压力信号，调节变频器输出频率，继而控制泵机转速。通过变频技术实现恒压供水的设备都会设定一个出水口压力值，以保证压力恒定。但恒压控制下的水泵系统出现超载情况时，会给水泵系统造成损伤。举例：将适用于低层的小功率水泵系统应用于高层工作环境时；水泵与供水水管型号不匹配时等等。诸如此类情况都可能导致泵机遭遇超载问题。
[0003] 以往的解决方式是挑选出完美符合环境要求的恒压控制泵机，对应的恒压参数要严格满足环境条件。然而由于用户方面的人为因素，或其他原因带来的不匹配问题，都将导致泵机遭受超载情况，甚至使泵机长时间工作在超载工况下。这无疑会大大缩短泵机的使用寿命。
发明内容
[0004] 为克服以上情况中恒压控制下的水泵系统可能遇到超载导致泵机损坏的问题，本发明提出了一种水泵变频器的超载自动保护控制方法，以保护泵机的安全运行。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0006] 一种水泵变频器的超载自动保护控制方法，所述水泵包括交流电源、压力传感器、泵机和水泵用变频器。所述交流电源用于给整个系统供电；所述压力传感器用于实时采集泵机出口处的压力信号；所述泵机用于给管路中的水加压；所述水泵用变频器包括交流变频电路和控制单元，用于调节泵机的频率f设定。该控制单元包括功率计算模块、信号采集模块和控制模块，控制单元使用PID方法运行；计算模块用于执行相关计算；信号采集模块将压力传感器采集到的信号传输给计算模块；控制模块包括恒压力控制模块和恒功率控制模块，负责输出电流的频率设定值f设定。
[0007] 本发明涉及的超载保护控制方法，主要通过恒压力与恒功率调频的适时切换，既保证了额定功率范围内的恒压力控制，同时也实现超载状态下的恒功率控制，完成对泵机的有效保护。
[0008] 所述恒压力控制模块，与以往的PID恒压力控制方式的不同之处在于，增添了功率判定条件P＜PN。所述恒压力控制模块包含功率判定程序和恒压力调频程序。所述功率判定程序指通过判定条件P＜PN判定泵机是否超载，当满足判定条件P＜PN时，进行恒压力调频；当不满足判定条件P＜PN时，循环次数k清零，切换至恒功率控制模块进行操作。
[0009] 所述恒压力调频涉及的压力PID控制中：
[0010] Fk＝F为第k次压力值采样，eF(k)为第k次压力值误差；
[0011] 为的第k次压力值增量，默认eF(0)＝0；其中Kp1,Ki1,Kd1为预设值；
[0012] 由于F和f2满足 关系；
[0013] 进而频率设定值： 其中LF为定值，与泵机有关。
[0014] 循环结束后，输出本次压力PID控制中得出的频率设定值f设定。
[0015] 所述恒功率控制模块，包括延时触发的压力判定程序和恒功率调频程序。所述延时触发的压力判定程序，是指在恒功率控制循环k超过NP时执行压力判定程序，所述NP是恒功率控制循环的最低次数，由用户根据实际情况自行设定，用以保证超载时的降频保护操作有效施行。所述压力判定程序是指：通过判定条件F＜FN判定是否可以安全恢复恒压力控制，当满足判定条件F＜FN时，仍进行恒功率调频；当不满足判定条件F＜FN时，恒功率控制循环次数k清零，切换至恒压力控制模块进行操作。所述功率设定值是额定值的0.9倍，即P设定＝0.9PN，可以保证恒功率调频下泵机的安全运行。
[0016] 所述恒功率调频涉及的功率PID控制中：
[0017] Pk＝P为第k次采样值，eP(k)＝P设定-Pk为第k次误差值；
[0018] 为第k次功率值增量，默认eP(0)＝0；其中Kp2,Ki2,Kd2为预设值；
[0019] 由于P和f3满足 关系；
[0020] 进而频率设定值： 其中LP为定值，与泵机有关；
[0021] 循环结束后，输出本次功率PID控制中得出的频率设定值f设定。
[0022] 所述水泵变频器的超载自动保护控制方法分以下步骤实现：
[0023] 步骤一、当压力传感器实时采集泵机出口的压力F小于压力设定值FN时，控制单元运行恒压力控制模块；同时，控制单元实时监控泵机的输出功率P。
[0024] 步骤二、当泵机的输出功率P小于泵机的额定功率PN时，恒压力控制模块继续运行；当泵机的输出功率P大于泵机的额定功率PN时，控制单元运行恒功率控制模块；并记录执行恒功率调频程序的循环次数k。
[0025] 步骤三、当恒功率调频程序的循环次数k达到恒功率调频程序的设定值NP时，控制单元以F＜FN为判定条件进行压力判定：当满足判定条件F＜FN时，仍进行恒功率调频；当不满足判定条件F＜FN时，恒功率控制模块停止运行，恒压力控制模块开始运行。
[0026] 本发明的超载自动保护控制方法，是当泵机处于超载工况时，通过恒功率控制模块进行恒功率调频，使水泵在额定功率PN内安全工作，保证泵机安全运行；超载工况消除负载恢复正常时，泵机通过恒压力控制模块进行恒压力调频，保证泵机的安全高效运行。
附图说明
[0027] 图1是本发明的水泵系统的结构组成。图中：实线箭头表示强电电流流向，虚线箭头表示强电电流流向。
[0028] 图2是本发明的水泵用变频器控制单元的结构组成。
[0029] 图3是本发明的水泵用变频器控制模块内的工作流程示意。
[0030] 图4是本发明的水泵用变频器控制模块内恒压控制的循环流程框图。
[0031] 图5是本发明的水泵用变频器控制模块内恒功率控制的循环流程框图。
具体实施方式
[0032] 为了更好的陈述本发明，现以某居民楼的水压调节为例做以介绍：
[0033] 水泵启动后，控制单元检测到水泵出口的水压为500Mpa，小于水压的设定值1000Mpa，控制单元运行恒压力控制模块，以水泵出口压力1000Mpa为初始条件，通过公式及Kp1,Ki1,Kd1的预设值计算出所需功率为100Hz，其中LF的幅值为31.6；将频率参数100Hz传递给泵机，泵机提高转速，进而提高水泵的输出压力，同时，控制单元实时监控泵机的运行功率是否超过泵机额定功率1000kw。
[0034] 泵机经过控制单元的调节后，输出的水压为1000Mpa，此时电机的实际功率为800kw。
[0035] 运行一段时间后，由于居民楼内居民用水量增大，水泵出口水压下降至700Mpa；随后控制单元继续调节泵机转速，以提高水泵出口压力，当水泵的运行压力达到900Mpa时，泵机的实际功率达到1001kw；此时控制单元终止恒压力控制模块运行，启动恒功率控制模块运行。控制单元以泵机额定功率的0.9倍，即900kw为初始条件，通过公式 及Kp2,Ki2,Kd2的预设值，计算出所需频率为90Hz，其中LP的幅值为9.375，将频率参数90Hz传递给泵机，泵机调整转速，进而调整水泵的输出压力。
[0036] 当恒功率控制模块运行50个循环后，泵机实际功率为900kw，泵机出口处水压为850Mpa，恒压力控制模块继续运行；恒压力控制模块运行一段时间后，居民楼内居民用水需求减少，控制单元检测到泵机出口水压上升至1001Mpa，控制系统终止恒功率控制模块运行，启动恒压力控制模块。
