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一种潜水 泵动态流量智能控制系统及方法

阅读：1019发布：2020-11-19

专利汇可以提供一种潜水泵动态流量智能控制系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明针对地浸采铀系统抽液孔内涌水量波动大抽液潜水泵损毁严重、提泵检修劳动强度大、生产和维护成本高的情况，提出了潜水泵动态流量智能控制系统及方法。该方法通过计算流量移动平均值动态给定流量设定值，通过PID控制算法，自动调节变频器控制参数，实现流量动态智能控制，保持抽注液的动态平衡提高抽液功效，提高泵的运行效率和使用寿命，降低泵的消耗，节约生产成本，减轻劳动强度。通过多年现场运行情况统计，采用该控制方法后，单孔损耗从最大损耗6.82万元降低到1.52万元。，下面是一种潜水泵动态流量智能控制系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种潜水泵动态流量智能控制系统，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，其特征在于：
潜水泵动态流量智能控制系统由计算机、PLC控制系统、控制设备和检测仪表构成闭环控制回路，对潜水泵抽液孔流量进行智能控制；
控制设备包括变频器和潜水泵；
通过计算机实现PLC控制系统中参数的实时监控和控制参数修改；
PLC控制系统通过接收计算机的指令实现自动运行，定时采集流量数据并进行分析运算，根据PLC控制系统分析运算的结果控制变频器的运行频率；
潜水泵按变频器的频率运行，流量直接反映潜水泵中抽液孔流量情况，潜水泵中的流量数据通过检测仪表进行检测并传送给PLC控制系统。
2.如权利要求1所述的一种潜水泵动态流量智能控制系统，其特征在于：检测仪表为电磁流量计。
3.一种潜水泵动态流量智能控制方法，通过如权利要求1所述的一种潜水泵动态流量智能控制系统实现，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始化
对潜水泵中抽液孔抽液流量的采样时间、额定流量、更新周期、变频器启动频率、变频器停止频率的初始值进行设定；
(2)动态流量存储和分析
以潜水泵中抽液孔流量作为控制对象，在变频器启动并正常运行设定时间后抽液孔流量达到稳定状态，启动PLC控制系统的流量自动存储和分析程序；
选取时间间隔为T1的流量数据进行动态分析，数据存储结构采用队列方式，先进先出；
数据采样存储周期为T2；T2＜T1；
用F1、F2、F3、F4、F5……Fn表示在T1时间内每间隔一个存储周期T2采样的流量值；
对这n个值进行分析，求取其算术平均值FA、在T1时间内的最大值Fmax和在T1时间内的最小值Fmin；
Sn＝F1+F2+F3……+Fn为T1时间内流量值的总和；
Un(n＝1～n)：瞬时流量；
(3)启动智能寻孔
(3.1)按照设计的控制程序根据初始参数启动变频器，在变频器启动后的前T3时间内判断抽孔运行是否正常，如果检测仪表的流量检测值、变频器的运行电流异常，则报警并停泵；
(3.2)如果抽孔运行状态判定为正常，则调用动态流量存储数据进行分析：
如果(Fmax-Fmin)≥系统设定的流量判断阈值B，则重新开始启动“智能寻孔”；
如果(Fmax-Fmin)<系统设定的流量判断阈值B，则将FA作为流量控制的设定值；(4)变频自动调节控制
PLC控制系统通过PID控制算法，根据步骤(1)中设定的更新周期进行自动调节控制，调节输出值作为变频器控制值，进而控制潜水泵的转速，达到控制调节流量的目的；
(5)人机界面交互
通过计算机中的人机界面实时掌握系统运行控制情况，根据潜水泵中抽液孔运行情况对控制参数进行修改。
4.如权利要求3所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，其特征在于：步骤(2)中，变频器启动并正常运行15分钟后抽液孔流量达到稳定状态。
5.如权利要求3所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，其特征在于：步骤(3)中，T1＝10分钟，T2＝10秒钟，T3＝5分钟。
6.如权利要求3所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，其特征在于：步骤(3)中，潜
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水泵的额定流量为8m/h时，系统设定的流量判断阈值B＝3m/h。

说明书全文

一种潜水 泵动态流量智能控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于铀矿冶地浸采铀技术领域，具体涉及一种潜水泵动态流量智能控制系统及方法。

背景技术

[0002] 传统的潜水泵控制方式采用固定频率运行，随着运行时间的推移，含矿含水层会形成物理或化学堵塞，液体流动性变差，导致抽孔的水位降低，最终会使潜水泵露出水面而导致温升烧毁；二是通过变频器的运行电流进行开环控制，当电流小于设定值时，电机按设定频率运行，当电流大于设定值时，变频器则迅速降到预设低频率运转，当抽孔缺水时，该控制方式减少了电机的磨损对潜水泵起到了一定的保护作用，不足在于电机堵转时电流急剧上升，低频运转失效，加大了电机烧毁的几率，另外该种控制方式抽液效率低；三是根据抽液流量进行闭环控制或分段控制，该控制方式可用于流量频繁变化且变化范围大的孔，不足在于流量监测误差大且抽液效率低。

[0003] 因此，结合上述情况，针对我国地浸采铀矿山潜水泵数量多，潜水泵损毁严重的情况，亟需研制一种新型的动态流量智能控制系统及方法。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是针对地浸采铀系统抽液孔内涌水量波动大抽液潜水泵损毁严重、提泵检修劳动强度大、生产和维护成本高的情况，提出一种智能控制系统及方法。

[0005] 为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

[0006] 一种潜水泵动态流量智能控制系统，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，潜水泵动态流量智能控制系统由计算机、PLC控制系统、控制设备和检测仪表构成闭环控制回路，对潜水泵抽液孔流量进行智能控制；

[0007] 控制设备包括变频器和潜水泵；

[0008] 通过计算机实现PLC控制系统中参数的实时监控和控制参数修改；

[0009] PLC控制系统通过接收计算机的指令实现自动运行，定时采集流量数据并进行分析运算，根据PLC控制系统分析运算的结果控制变频器的运行频率；

[0010] 潜水泵按变频器的频率运行，流量直接反映潜水泵中抽液孔流量情况，潜水泵中的流量数据通过检测仪表进行检测并传送给PLC控制系统。

[0011] 进一步的，如上所述的一种潜水泵动态流量智能控制系统，检测仪表为电磁流量计。

[0012] 一种潜水泵动态流量智能控制方法，通过如上所述的一种潜水泵动态流量智能控制系统实现，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，包括以下步骤：

[0013] (1)初始化

[0014] 对潜水泵中抽液孔流量的采样时间、额定流量、更新周期、变频器启动频率、变频器停止频率的初始值进行设定；

[0015] (2)动态流量存储和分析

[0016] 以潜水泵中抽液孔流量作为控制对象，在变频器启动并正常运行设定时间后抽液孔流量达到稳定状态，启动PLC控制系统的流量自动存储和分析程序；

[0017] 选取时间间隔为T1的流量数据进行动态分析，数据存储结构采用队列方式，先进先出；数据采样存储周期为T2；T2＜T1；

[0018] 用F1、F2、F3、F4、F5……Fn表示在T1时间内每间隔一个存储周期T2采样的流量值；

[0019] 对这n个值进行分析，求取其算术平均值FA、在T1时间内的最大值Fmax和在T1时间内的最小值Fmin；

[0020] Sn＝F1+F2+F3……+Fn为T1时间内流量值的总和；

[0021] Un(n＝1～n)：瞬时流量；

[0022] (3)启动智能寻孔

[0023] (3.1)按照设计的控制程序根据初始参数启动变频器，在变频器启动后的前T3时间内判断抽孔运行是否正常，如果检测仪表的流量检测值、变频器的运行电流异常，则报警并停泵；

[0024] (3.2)如果抽孔运行状态判定为正常，则调用动态流量存储数据进行分析：

[0025] 如果(Fmax-Fmin)≥系统设定的流量判断阈值B，则重新开始启动“智能寻孔”；

[0026] 如果(Fmax-Fmin)<系统设定的流量判断阈值B，则将FA作为流量控制的设定值；

[0027] (4)变频自动调节控制

[0028] PLC控制系统通过PID控制算法，根据步骤(1)中设定的更新周期进行自动调节控制，调节输出值作为变频器控制值，进而控制潜水泵的转速，达到控制调节流量的目的；

[0029] (5)人机界面交互

[0030] 通过计算机中的人机界面实时掌握系统运行控制情况，根据潜水泵中抽液孔运行情况对控制参数进行修改。

[0031] 进一步的，如上所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，步骤(2)中，变频器启动并正常运行15分钟后抽液孔流量达到稳定状态。

[0032] 进一步的，如上所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，步骤(3)中，T1＝10分钟，T2＝10秒钟，T3＝5分钟。

[0033] 进一步的，如上所述的一种潜水泵动态流量智能控制方法，步骤(3)中，潜水泵的额定流量为8m3/h时，系统设定的流量判断阈值B＝3m3/h。

[0034] 本发明通过动态流量变化掌握抽液孔涌水量变化情况，通过计算流量移动平均值动态给定流量设定值，调节变频器控制参数，实现流量动态智能控制，保持抽注液的动态平衡提高抽液功效，提高泵的运行效率和使用寿命，大幅减低提泵检修频次；达到降低潜水泵泵的消耗、节约生产成本、提高生产效率、减轻劳动强度的目的。附图说明

[0035] 图1是一种潜水泵动态流量智能控制系统示意图；

[0036] 图2是一种潜水泵动态流量智能控制方法流程图。

[0037] 图中：1计算机、2PLC控制系统、3检测仪表、4变频器、5潜水泵。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

[0039] 如图1所示，本发明一种潜水泵动态流量智能控制系统，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，由计算机、PLC控制系统、控制设备和检测仪表构成闭环控制回路，对潜水泵抽液孔流量进行智能控制；控制设备包括变频器和潜水泵；通过计算机实现PLC控制系统中参数的实时监控和控制参数修改；PLC控制系统通过接收计算机的指令实现自动运行，定时采集流量数据并进行分析运算，根据PLC控制系统分析运算的结果控制变频器的运行频率；潜水泵按变频器的频率运行，流量直接反映潜水泵中抽液孔流量情况，潜水泵中的流量数据通过检测仪表进行检测并传送给PLC控制系统。

[0040] 在本实施例中，检测仪表为电磁流量计。

[0041] 如图2所示，本发明一种潜水泵动态流量智能控制方法，应用于铀矿冶地浸采铀技术领域的潜水泵控制，其包括以下步骤：

[0042] (1)初始化

[0043] 对潜水泵中抽液孔抽液流量的采样时间、额定流量、更新周期、变频器启动频率、变频器停止频率的初始值进行设定；

[0044] (2)动态流量存储和分析

[0045] 以潜水泵中抽液孔流量作为控制对象，在变频器启动并正常运行设定时间后抽液孔流量达到稳定状态，启动PLC控制系统的流量自动存储和分析程序；

[0046] 在本实施例中，变频器启动并正常运行15分钟后抽液孔流量达到稳定状态。

[0047] 选取时间间隔为T1的流量数据进行动态分析，数据存储结构采用队列方式，先进先出；数据采样存储周期为T2；T2＜T1；

[0048] 用F1、F2、F3、F4、F5……Fn表示在T1时间内每间隔一个存储周期T2采样的流量值；

[0049] 对这n个值进行分析，求取其算术平均值FA、在T1时间内的最大值Fmax和在T1时间内的最小值Fmin；

[0050] Sn＝F1+F2+F3……+Fn为T1时间内流量值的总和；

[0051] Un(n＝1～n)：瞬时流量；

[0052] (3)启动智能寻孔

[0053] (3.1)按照设计的控制程序根据初始参数启动变频器，在变频器启动后的前T3时间内判断抽孔运行是否正常，如果检测仪表的流量检测值、变频器的运行电流异常，则报警并停泵；

[0054] 在本实施例中，T1＝10分钟，T2＝10秒钟，T3＝5分钟。

[0055] (3.2)如果抽孔运行状态判定为正常，则调用动态流量存储数据进行分析：

[0056] 如果(Fmax-Fmin)≥系统设定的流量判断阈值B，则重新开始启动“智能寻孔”；

[0057] 如果(Fmax-Fmin)<系统设定的流量判断阈值B，则将FA作为流量控制的设定值；

[0058] 在本实施例中，潜水泵的额定流量为8m3/h时，系统设定的流量判断阈值B＝3m3/h。

[0059] (4)变频自动调节控制

[0060] PLC控制系统通过PID控制算法，根据步骤(1)中设定的更新周期进行自动调节控制，调节输出值作为变频器控制值，进而控制潜水泵的转速，达到控制调节流量的目的；

[0061] (5)人机界面交互

[0062] 通过计算机中的人机界面实时掌握系统运行控制情况，根据潜水泵中抽液孔运行情况对控制参数进行修改。

[0063] 该控制方法在新疆739厂C10采区(24个抽孔)进行试运行，在试运行3个月中，除2孔电机泵花键磨损外，所有抽孔运行良好；而C8采区(19个抽孔，没有采用流量动态智能控制方法)运行3个月中，损坏潜水泵电机33套；根据潜水泵的采购成本2.3万元计算，使用流量动态变频控制节约成本：2.3万元×(33-2)＝71.3万元。

[0064] 在2005～2007年中，C10采区没有采取流量动态智能控制方法，随着抽孔服役时间增加，抽孔水位下降，抽液流量不足，潜水泵电机和附件损耗带来的支出大幅度增加，进而导致生产成本剧增，单孔损耗最大值达到6.82万元；自2008年开始，C10采区开始逐步对各采区抽孔进行流量动态控制方法的研究和改造，经过一段时间的现场运行，损耗明显下降，单孔损耗由2007年的6.82万元下降到2010年的1.52万元，比2007年节约(6.82-1.52)万元×133＝704.9万元。

[0065] 该方法的成功运用，在降低生产成本的同时减少了提泵的次数，降低了燃油、材料的用量，降低了车辆磨损等，大幅降低了生产成本，提高了生产效率。

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