一种泵机组智慧节能系统及控制方法与流程

本发明涉及工业设备节能改造，尤其涉及一种泵机组智慧节能系统及控制方法。

背景技术：

1、在工业用能设备中，“泵”作为一类关键的通用流体机械，因其广泛的应用、显著的能耗以及相对较高的维护成本，被形象地称为“工业心脏”。其在化工行业中尤其被视为主要的高耗能设备。泵类泵机组系统的定义涵盖了电机、传动机构及泵控制装置等关键组件，这些组件需根据具体的工艺条件进行协同优化以实现高效运行。然而，现行标准主要集中于电机、泵等独立设备的能效规定，而未充分涵盖整个泵机组系统的匹配性和综合性能要求。泵机组作为工业领域中的关键设备，广泛应用于化工、石油、电力及建筑等多个行业。泵系统节能是从系统的角度全面地衡量和评价节能效果，它不仅要求泵和电机(或其它原动机)有较高的效率，而且要求包括管路、阀门、变频器等在内的系统装置及控制元件有较小的能耗，同时要求泵与系统装置能很好的匹配，使泵工作在最优工作区。

2、现有技术一，申请号：cn202110904010.8公开了一种热泵机组及节能热泵系统，涉及热泵技术领域，以解决传统的热泵工作时由电能转换成机械能再转换成热能的过程中由于压缩机的压缩比受限，其排气温度也有限，并且能量损耗多，导致热泵机组的能效比低，且制造成本高、工况严格以及故障率高的技术问题。该装置包括冷凝器、蒸发器、第一管路和第二管路，冷凝器、第一管路蒸发器与第二管路依次连接成循环回路，循环回路内设置有冷媒；第一管路上设置有节流装置；第二管路上依次设置有定量增压装置和加热装置，定量增压装置位于蒸发器与加热装置之间。虽然采用了直热式热泵，提高了排气温度，且没有压缩机，省掉了机械能转化过程中的能量损耗。但是多聚焦于单个设备的改进或能效提升，而未能全面考虑泵机组系统的综合优化。

3、现有技术二，申请号cn202310710307.x公开了一种停机恒压节能泵站，涉及恒压泵站技术领域。该停机恒压节能泵站，包括箱体主体，所述箱体主体右部前侧设置有电泵机组组且电泵机组组贯穿箱体主体，所述箱体主体下部右部设置有油箱且电泵机组组的抽油端贯穿油箱，所述电泵机组组后方设置有油路模块与箱体主体固定连接。通过电泵机组组向油路管道输送压力油，再通过数显压力表对压力的监测，配合工作时的负荷状态供应必须的流量，其余的压力油则会输送到蓄能器内进行蓄能，当到达设定时，节能泵站会自动进入保压的状态，然后控制器控制电泵机组组关闭，然后蓄能器会将储存的压缩能输出。虽然避免了电机一直处于转动来保持压力稳定。但是未充分涵盖整个泵机组系统的匹配性和综合性能要求，多聚焦于单个设备的改进或能效提升，而未能全面考虑泵机组系统的综合优化。

4、现有技术三，申请号cn202310515616.1公开了一种带永磁电机的节能管中泵，包括安装在安装架上的泵体和弧形板，所述弧形板的一侧内壁固定连接有两个安装板，两个安装版之间设有永磁电机本体，所述安装板的内部开设有过水孔，所述弧形板的外侧固定连接有两个弧形架，所述泵体的外侧固定连接有固定架，固定架的两侧外壁均设有限位机构，所述固定架的两侧外壁均开设有转动槽。虽然方便工作人员对永磁电机本体进行拆卸维修，同时能够通过弹性卡架与卡槽的配合使用，使移动后的限位板的高度得到固定。但是未充分涵盖整个泵机组系统的匹配性和综合性能要求。

5、目前现有技术一、现有技术二及现有技术三存在主要集中于电机、泵等独立设备的能效规定，而未充分涵盖整个泵机组系统的匹配性和综合性能要求，未能全面考虑泵机组系统的综合优化，导致企业生产成本较高，产品生产效率较低的问题。因而，本发明将采用系统化将泵机组及其系统，从提升设备能效、优化泵机组用电质量、智能化控制以及数字化能源管理和运行状态监测等多个维度，得到泵机组智慧节能系统解决方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种泵机组智慧节能系统，以解决现有技术中多聚焦于单个设备的改进或能效提升，而未能全面考虑泵机组系统的综合优化企业生产成本较高，产品生产效率较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种泵机组智慧节能系统，所述泵机组智慧节能系统包括：

4、数据采集与动作执行模块，用于采集基础参数和电能参数，同时实现泵机组的变频或永磁调速控制、软启动及jhes智能节电模式启动，实现泵机组的流体参数、电能参数及泵机组信息的采集及动作执行；

5、数据分析及处理模块，用于对采集的基础参数、电能参数、流体参数及泵机组信息进行汇总转换，将转换后的基础参数及电能参数计算控制执行机构的电能质量，在连续调节的工况下则利用变频或永磁调速进行控制调节；电能质量较差则自动启动jhes智能节电模式；

6、泵状态监测模块，用于采集泵机组运行参数，对泵机组的运行状态进行持续监测；

7、能源状态监测模块，用于接收泵机组运行参数，进行记录存档，与存储泵机组运行参数的性能曲线模型库进行比对，得到比对结果，再将比对结果结合监测到的泵机组的运行状态，进行能源管理及状态监测的分析，得到泵机组能耗监测及运行状态监测结果。

8、作为本发明的进一步改进，数据采集与动作执行模块，包括：

9、智能节电设备子模块，用于实现对电能质量进行优化，降低无功损耗，治理谐波及三项不平衡；

10、智能节电优化子模块，用于实时采集泵机组运行的三相电流、电压、功率因数、不平衡度及谐波等电能参数；评价用电效率、线路损耗及无功电能；对机组运行动态数据进行测量，结合性能模型曲线库进行匹配，使用智能芯片进行节电优化及运行保护；将数据传输至能源状态监测模块进行状态监测、能效分析及智能预警；

11、线路损耗优化子模块，用于分析线缆电阻的关系，根据功率公式和电机功率计算公式，计算电流下降量，并通过电缆发热量计算公式计算线损量。

12、作为本发明的进一步改进，数据分析及处理模块，包括：

13、数据汇总子模块，用于从各个数据源收集和汇总泵机组的压力、流量、温度及振动运行参数数据，同时也包括电能参数；对采集到的各种参数数据进行转换和清洗，对处理后的数据进行结构化；

14、电能质量计算子模块，用于利用计算算法进行电能质量的计算，包括功率因数及谐波含量指标的评估；根据所得到的电能质量信息，执行智能节电策略，调整泵机组的运行参数；

15、模式启动辅助子模块，用于电能质量较差时，jhes智能节电模式启动将被启用，实现智能化的节能运行策略，根据实时数据和预设条件自动启动；持续监控数据处理和调节的结果，及时根据实际情况做出调整和反馈。

16、作为本发明的进一步改进，数据分析及处理模块，包括：

17、数据测量子模块，用于对泵机组的压力、流量、温度及振动运行动态数据进行测量；

18、数据分析子模块，用于结合泵机组大数据中心进行匹配和算法分析，根据实际运行工况变化，通过变频或永磁调速机构进行调节；

19、电流回收子模块，用于采用jhes的稳压缓冲芯片及电控算法，回收瞬时富余电流进行循环再利用。

20、作为本发明的进一步改进，泵状态监测模块，包括：

21、模型构建子模块，用于构建流体力学数学模型，利用计算流体动力学cfd对流场进行分析与计算；

22、节电控制模块，用于基于数据匹配技术，采用机器学习算法或数据挖掘技术，对泵机组的动态参数数据进行分析和建模；利用建立的算法模型，对数据进行拟合和预测，实现对泵机组性能的智能调节和优化；

23、电机驱动模块，用于集成高效率驱动电机，采用高效电机，匹配定制化高效智能泵，使机组保持在高效区城运行。

24、作为本发明的进一步改进，节电控制模块具体包括：

25、泵机组控制子模块，用于配合本体开关量io接口和模拟量模块接口实现进口压力、出口压力、出口流量的监测和调速控制操作，通过rs485集线器实现电能质量监控、变频控制基设备温度振动监测；通过cpu本体以太网通讯口实现人机交互hmi的访问，第三方plc系统或dcs系统通过以太网口进行读写操作，同时也通过该接口向云服务器推送数据；

26、仿真优化子模块，用于采用三元流水力设计方法，进行cad-cfd仿真优化分析，通过计算流体力学模拟，优化设计叶轮和泵体流道；

27、设计优化子模块，用于采用性能函数极值和轴面优化，得到带有固相颗粒的浆料工况下的泵；采用遗传算法分析多参数进行扬程、效率基空化多目标优化，采用水力自动平衡加推力轴承的轴向力平衡组合装置，控制泵的非稳态流固耦合振动。

28、作为本发明的进一步改进，jhes-pump机组控制器内部设置有hmi人机交互，hmi人机交互与以太网交换机、rs485集线器与plc控制器连接，以太网交换机与dcs/plc工艺控制系统、plc控制器和4g无线网关连接，4g无线网关与云服务器连接，rs485集线器与变频器连接，开关电源与rs485集线器、plc控制器、4g无线网关、以太网交换机及hmi人机交互连接；rs485集线器与电能参数采集设备及jhes智能节电和机组设备温度振动监测传感器连接，plc控制器中的plc模拟量接收水泵入口压力、水泵出口压力机水泵出口流量的数据。

29、作为本发明的进一步改进，泵状态监测模块，包括：

30、数据传输与通信子模块，用于将采集到的数据通过智能无线传感技术传输至云端平台，将传感器数据以结构化方式存储在云端数据库中，提供数据的存储、查询和管理功能；

31、数据分析子模块，用于利用大数据技术对传感器数据进行分析、建模，生成设备运行状态模型和健康状况评估模型；支持远程控制，实现远程设备调节；

32、预警提示与报警子模块，用于通过设定预警算法，识别可能的故障风险，并通过智能预警提示功能通知相关人员；远程对设备数据进行诊断和分析，当发生故障时，通过大数据集成技术实现精确故障诊断；

33、预知性维修与优化子模块，用于根据分析结果提供设备预知性维修解决方案。

34、作为本发明的进一步改进，能源状态监测模块，包括：

35、服务层，包含浏览器、大显示屏及移动终端，用于提供用户界面，用于展示能源状态监测模块的数据和信息，用户通过浏览器、大显示屏或移动终端实时监控能源消耗情况、能效数据；

36、应用层，包含能源管理、碳管理基节能服务，用于提供能源管理和碳管理服务，包括能源消耗监测、能效分析、碳排放监测与控制功能；

37、平台层，包含物联网和数据平台，通过应用程序接口与第三方系统连接，用于提供物联网技术和数据平台支持，用于数据的采集、处理、存储和分析，通过应用程序接口api和第三方系统连接，实现数据交换和集成；

38、采集层，包含智能网关，用于作为数据的中转和集成点，将从物理层采集到的数据传输至数据平台，负责数据的传输、处理和转发；

39、物理层，包含智能无线传感器、水电气智能分析仪、自动化无人机基巡检机器人，用于监测物理环境参数如温度、湿度、压力，并将数据传输至智能网关；对水、电、气能源进行监测和分析，提供能源消耗数据；巡检设备运行状态、检测设备故障风险，提供远程监测和诊断功能。

40、为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：

41、一种泵机组智慧节能控制方法，其应用于所述的泵机组智慧节能系统，所述泵机组智慧节能控制方法，包括：

42、采集基础参数和电能参数，同时实现泵机组的变频控制、永磁调速、软启控制及jhes智能节电模式启动，实现泵机组的流体参数、电能参数及泵机组信息的采集；

43、对采集的基础参数、电能参数、流体参数及泵机组信息进行汇总转换，将转换后的基础参数及电能参数计算控制执行结构的电能质量，确定是否进行连续调节，在连续调节的工况下则利用变频或永磁调速进行控制调节；电能质量较差则自动启动jhes智能节电模式；采集泵机组运行参数，对泵机组的运行状态进行持续监测；

44、接收泵机组运行参数，进行记录存档，与存储泵机组运行参数的性能曲线模型库进行比对，得到比对结果，再将比对结果结合监测到的泵机组的运行状态，进行能源管理及状态监测的分析，得到泵机组能耗监测及运行状态监测结果，泵机组能耗监测包含泵机组能效监测、泵机组能效分析、泵机组能效评价，运行状态监测包含使用经验模型、校准模型、数学模型实现的智能诊断、智能评价及预知性维护。

45、本发明的数据采集与动作执行模块采集各种参数，实现泵机组的变频控制、永磁调速、软启控制及jhes智能节电模式启动；通过实时采集和控制泵机组的参数和操作，在确保泵机组正常运行的同时实现节能，提高系统的效率和可靠性。数据分析及处理模块对采集的各种参数进行汇总转换，计算控制执行结构的电能质量，进行连续调节，以及辅助jhes智能节电模式启动；通过数据处理和分析，实现对泵机组运行状态和电能质量的监控和调节，提高能源利用效率和系统稳定性，减少能耗。泵状态监测模块持续监测泵机组运行参数，对泵机组的运行状态进行实时监测；及时掌握泵机组的运行状态，识别任何异常或问题，保证泵机组运行的稳定性和可靠性，减少故障发生概率，提高设备寿命。能源状态监测模块接收泵机组运行参数，进行记录存档并与性能曲线模型库进行比对，进行能源管理及状态监测的分析；通过对泵机组运行参数的记录、比对和分析，实现对泵机组能耗和运行状态的监测与评估，为能源管理和维护提供科学依据，促进能耗的节约和设备的安全运行。