1.一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,包括调控系统,其特征在于:
所述调控系统包括无轴泵及固定连接的变频电机、本地控制器、水面控制器、与控制器相连的通讯装置、采集模块和执行元件;
所述无轴泵采用模块化的设计,各个水力级的驱动电机相互独立,水力级数量为偶数个,相邻水力级叶轮旋转方向相反,以助力无轴泵整体扭矩趋于平衡;
所述无轴泵的控制系统包括采矿船上的主控制器和位于无轴泵上的本地控制模块,所述本地控制器模块包括一个工作控制器和一个备用控制器,所述工作控制器和所述备用控制器之间并通连接且通过CAN总线与所述主控制器之间实现通讯,所述主控制器用于实时检测控制所述工作控制器和所述备用控制器之间的切换,以保障所述无轴泵的通讯;
所述控制器通过安装在各水力级上的采集模块采集各水力级泵体和电机的运行信息,所述采集模块分为泵体内部采集子模块和电机内部采集子模块,所述泵体内部采集子模块包括颗粒浓度传感器、压差传感器和流量传感器,所述泵体内部采集子模块用于监测矿石颗粒浓度、水力级扬程和流量,所述电机内部采集子模块包括位置传感器和扭矩传感器,所述电机内部采集子模块用于监测电机转子的位置和扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:所述泵体内部采集子模块的测定结果与设定的危险工况的流量与颗粒局部浓度相此较,对各水力级的堵塞风险进行预判,采用堵塞风险评级方法给出各水力级的运行危险状况评级,分为有风险和无风险。
3.根据权利要求2所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:当无轴泵内危险工况评级为有风险时,对运行状况评级为有风险的水力级,采用抗颗粒堵塞算法控制该水力级上游和(或)下游水力级的转速,缓解有堵塞风险的水力级的颗粒聚集状况,提高颗粒群通过性能和泵运行可靠性,循环检测,闭环调控,直到泵各水力级评级均为无风险。
4.根据权利要求3所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:根据堵塞风险评级为有风险的水力级是最上一级、中间级还是最下一级,采取不同的控制策略,若为中间级,控制器驱动下游水力级叶轮加快旋转,加速该水力级导叶流道处颗粒流动;同时驱动上游水力级减小转速,减少输送人该水力级的上游颗粒,若为最上级,则驱动下游水力级减小转速,若为最下级,则驱动上游水力级增大转速,加速颗粒流出危险工况的水力级,缓解颗粒聚集状况。
5.根据权利要求2所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:当无轴泵内危险工况评级为无风险时,启动扭矩平衡模式,通过扭矩平衡算法,驱使转速调节器将各水力级数字信号输送给变频器,变频器改变驱动电路的电源频率,驱动电路驱动电机转动从而调控电机转速,以达到无轴泵整体扭矩平衡。
6.根据权利要求5所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:当无轴泵内危险工况评级为无风险时启动,经过扭矩平衡算法闭环运算,获得各水力级的转速,启用扭矩平衡模式进行转速调控,以达到无轴泵运行时的扭矩平衡。
7.根据权利要求1所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:转速调节器将接收到的各水力级的电机位置和扭矩数字信号传送给PI调节器,PI调节器将接收到的数字信号处理生成调控指令传输给PWM脉宽调制器,PWM脉宽调制生成电平指令给驱动电路,驱动电路控制电机进行正确换向,保证电机转子换向同步于定子磁场,使电机同步转速均衡。
8.根据权利要求1所述的一种深海采矿无轴输送泵的多源驱动分布式调控系统,其特征在于:所述无轴泵为包含但不限于两级的偶数级水力级,为保持颗粒沿轴向单向输送,各水力级的连接方式为混连方式,相邻两台电机转向相反,叶轮(泵级结构)的型式相反,叶轮反向布置,以助力无轴泵的扭矩总和达到平衡。