[发明专利]一种基于DSP嵌入式系统的水泵工况监测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用异步电机驱动的离心泵工况监测的方法与装置，特别涉及一种通过测量电机的输入电压电流的DSP嵌入式系统来实现离心泵工况监测。 

背景技术

泵作为重要的能量转换装置和流体输送设备，是应用极其广泛的通用机械。据统计，泵的耗电量约占全国总发电量的20.9％。而在我国，实际上由于选型和设计工况与实际运行工况常出现偏差以及运行调节等方面的原因，泵时常在非设计工况下运行，因此目前我国泵的实际使用效率却比发达国家约低20％，造成了大量的能源浪费。与此同时由于偏离原设计工况，就会伴随有叶轮进出口回流、动静叶片间干涉脉动加强及叶轮背面非对称流动甚至汽蚀等现象出现。这些非期望的流动工况产生的交变轴向力和径向力是导致轴承烧伤和密封破坏的主要原因，这些故障轻则导致停工停产，重则会引起火灾等灾难性事故。因此在实际中优化水泵运行有较大的意义，而优化水泵运行是需要当前水泵的运行工况信息的，以此来判断水泵是否节能，可靠运行。因此及时准确地判断泵的运行工况是非常必要的。传统的工况实时测量方法，需要的测量的物理量较多，测试成本较高，并且大多需要一定的实施安装条件，在实际中不易具备。而通常驱动水泵的电机电流电压信息是比较容易获得的，并且这些信息的采集是比较廉价的。 

针对此，Tero Ahonen于2012年发表在《Electrical Power and Energy Systems》上的发表了Centrifugal pump operation monitoring with motor phase current measurement，就是通过测量电机电流来实现离心泵工况的监测，但Ahonen在文中提出的方法只适用于变频器控制下的离心泵的工况监测，基于此本发明设计了一种通过测量电机的输入电压电流的DSP嵌入式系统，实现离心泵工况监测，而不局限于水泵是否采用变频器控制驱动。 

发明内容

为了克服传统的工况实时测量方法中，需要的测试设备较多，测试条件苛刻，实施困难，本发明提供了一种通过测量电机的输入电压电流的DSP嵌入式系统，可对水泵运行工况进行实时监测。 

为达到上述发明目的，本发明主要包括： 

检测电路：主要由三路定子电流和三路定子电压数据采集通道构成，主要包括三路霍尔电压传感器和闭环霍尔电流传感器的实现电路，其作用是对电压和电流信号进行采集。信号调理电路：主要包括抗混叠滤波电路，消除高频干扰和信号隔离电路，将信号转化为0-3V的 电压信号，以适应DSP内嵌的AD转换模块。外接SD卡的存储电路。电源电路：提供传感器和DSP系统的工作电压；LCD显示电路；键盘输入电路；以及相应的软件处理程序。 

所采用的技术方案为：采用可嵌入在PCB电路板的霍尔电压传感器和闭环霍尔电流传感器，对泵驱动电机的输入电压电流的动态信号进行测量，通过信号调理电路，对信号进行预处理，然后通过DSP内部集成的A/D转换模块和数据缓冲区，对上述信号就行定时采样和存储。 

利用DSP的信号处理功能，根据瞬态的三相电压电流信号，对电机的输入功率、输出功率、功率因数、效率等参数进行在线计算。 

将某一相定子电流信号和电压信号进行频谱分析，得出谐波导纳谱，进而从中提取转子齿谐波频率分量和偏心频率分量，从而计算出转差频率和输入电源频率，在不需知道转子齿数的情况下获得泵的转速；根据输入的相关电机参数，利用气隙转矩法进行效率计算，获得泵的输入功率；根据泵的Q-P特性，计算Q，根据泵的Q-H，曲线计算H，Q-η曲线计算效率。实现泵的工况监测。 

所述的DSP将当前电机和泵的运行工况显示在LCD上，通过键盘进行设置的包括泵的特性曲线，电机的相关参数，以及定时采样的时间间隔等。 

采用的电路芯片：DSP芯片TMS320F2812、霍尔电压传感器TBV10/25A、HNC-161闭环霍尔电流传感器、四路低功耗轨至轨输入/输出运算放大器TLV2464、8阶低通滤波器MAX291。 

附图说明

图1是装置安装使用简图 

图2是DSP系统构成图 

图3是系统采集电路原理图 

图4是调理电路原理图 

图5是电机输入参数计算流程图 

图6是转速计算原理图 

图7是电机输出功率计算流程图 

图8是泵运行工况计算流程图 

具体实施方式