МОДУЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ РЕГУЛИРОВКИ ДАВЛЕНИЯ СЕТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК E03B1/02 F04B49/06 G05B13/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[01] Настоящее изобретение относится к модулю формирования модели для создания модели управления системой регулировки давления сети водоснабжения и к способу управления системой регулировки давления сети водоснабжения. Сети водоснабжения могут быть, например, проведены в большом здании или агломерации зданий, такой как крупный город, деревня, небольшой город, район или квартал.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[02] Обычно большие здания содержат множество ярусов, уровней и/или участков, например, комнаты, квартиры или офисы, которые подключены к сети водоснабжения. Как правило, сеть водоснабжения имеет систему регулировки давления в виде насосов и/или редукционных клапанов (PRV) для обеспечения желаемого давления во всех точках выпуска, например, в крановых соединениях, в любое время. Однако потребность в воде и расход выпуска меняются с течением времени и отличаются для разных участков сети водоснабжения. В связи с этим такая система регулировки давления должна эффективно регулироваться для адаптации циркуляционной мощности насосов и/или степени открытия PRV с целью обеспечения желаемого давления в любой точке выпуска в любое время.

[03] Документ EP 2 778 296 A1 описывает насосную систему сети водоснабжения, причем насосная система содержит датчики расхода или устройство определения расхода, обеспечивающие значения расхода для зависящей от расхода модели для управления насосами насосной системы на основе такой зависящей от расхода модели.

[04] Такая зависящая от расхода модель требует либо установки датчиков расхода, либо точного знания характеристик насоса для определения расхода из электрических параметров насосов. Часто ничего из этого не доступно. В связи с этим существует необходимость обеспечения эффективного управления существующей сетью водоснабжения без датчиков расхода и с помощью системы регулировки давления, имеющей неизвестные характеристики.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[05] Модуль формирования модели в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает эффективную и надежную модель для управления существующей сетью водоснабжения без датчиков расхода и с помощью системы регулировки давления, имеющей неизвестные характеристики. Даже если характеристики системы регулировки давления были известны в определенный момент времени, например, эффективность насоса, эти характеристики могли измениться или ухудшиться с течением времени и при использовании. Модуль формирования модели, описанный в настоящем документе, выполнен с возможностью создания модели, которая автоматически содержит такие изменения без информации или определения таких изменений.

[06] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен модуль формирования модели для создания модели управления системой регулировки давления сети водоснабжения. Сеть водоснабжения оборудована одним или более датчиками давления, из которых по меньшей мере один датчик удаленного давления расположен удаленно от системы регулировки давления. Модуль формирования модели выполнен с возможностью связи с датчиком удаленного давления. Модуль формирования модели выполнен с возможностью создания указанной модели без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы регулировки давления, причем указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой регулировки давления.

[07] Зависящая от нагрузки переменная системы регулировки давления может не находиться в прямой зависимости от расхода, хотя расход может каким-либо образом соотноситься с зависящей от нагрузки переменной. Важно отметить, что значение расхода не измеряется, не определяется и не оценивается. В связи с этим не требуется ни датчик расхода, ни точное знание характеристик насоса. Модель непосредственно основана на значении удаленного давления и зависящей от нагрузки переменной и представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления. Модель, создаваемая модулем формирования модели, также может позволять обнаружение утечки в сети водоснабжения. Например, модель может определять некоторое ожидаемое значение удаленного давления, которое может сравниваться с фактическим значением удаленного давления, обеспеченным датчиком удаленного давления.

[08] Дополнительно по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной может представлять собой скорость и/или энергопотребление по меньшей мере одного насоса системы регулировки давления. Это особенно предпочтительно, когда давление в системе водоснабжения обеспечивается одним или более насосами. Альтернативно или в дополнение по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной может представлять собой степень открытия редукционного клапана (PRV) системы регулировки давления и/или разность давлений до и после редукционного клапана системы регулировки давления. Это особенно предпочтительно, когда давление в системе водоснабжения по меньшей мере частично обеспечивается как гидростатическое давление с использованием приподнятого водного резервуара или водного резервуара в высоком положении в здании или на здании. Следует понимать, что система регулировки давления может представлять собой устройство регулировки давления, например, насос и/или PRV, или систему из двух или более устройств регулировки давления, например, несколько насосов и/или PRV.

[09] Дополнительно модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью связи с блоком управления для управления системой регулировки давления. Например, модуль формирования модели может быть реализован в удаленной компьютерной системе, например, в облачной системе, и в проводном или беспроводном коммуникационном соединении с блоком управления, который может быть выполнен с возможностью управления системой регулировки давления на основе модели, обеспечиваемой модулем формирования модели. Альтернативно или в дополнение модуль формирования модели может быть частью блока управления для управления системой регулировки давления.

[10] Дополнительно модуль формирования модели для создания указанной модели может быть выполнен с возможностью учета разности давлений между по меньшей мере одним значением удаленного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и по меньшей мере одним значением выходного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком выходного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик выходного давления расположен на выходной стороне системы регулировки давления.

[11] Например, выходное давление p_out может быть параметризовано как:

,

где - энергопотребление всех активных насосов насосной станции, служащей в качестве системы регулировки давления, - число активных насосов, - скорость активных насосов, и - желаемое давление в удаленной точке. Для гарантии того, что давление в удаленной точке всегда будет достаточно высоким, может быть добавлен член неопределенности. Параметры и представляют собой параметры модели, которые описывают оптимальную форму кривой регулировки давления.

[12] Дополнительно параметры и модели могут быть определены путем проведения пакета измерений значения удаленного давления, выходного давления , скорости насоса, числа активных насосов и энергопотребления всех активных насосов. При условии, что пакет данных содержит множеств измерений, обозначенных , параметры и модели могут быть определены путем решения следующей задачи оптимизации:

,

где p_out,i-p_cri,i - разность давлений между значением удаленного давления и значением выходного давления для i-го множества измерений, где i∈{1, …, N}.

[13] Дополнительно функция может быть параметризована в следующем виде:

,

или часто может быть достаточно более простой параметризации, например:

.

[14] Если доступно больше измеренных или определенных значений давления, функция может иметь другой вид. Например, по меньшей мере одно значение входного давления может быть определено по меньшей мере одним датчиком входного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик входного давления расположен на входной стороне системы регулировки давления. В этом случае модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью учета указанного по меньшей мере одного значения входного давления для создания указанной модели.

[15] Таким образом, в случае если в качестве альтернативы энергопотреблению всех активных насосов доступно входное давление , функция может иметь следующий вид:

.

Также эта параметризация может иметь более простой вид, например:

или

.

[16] В случае если в дополнение к энергопотреблению всех активных насосов доступно входное давление , функция может иметь следующий вид:

или более простой вид:

.

[17] Дополнительно модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического обновления модели до, во время или после работы системы регулировки давления на основе изменений по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной. Это позволяет учитывать снижение эффективности насоса или другие изменения с течением времени в сети водоснабжения.

[18] Дополнительно модуль формирования модели для создания указанной модели может быть выполнен с возможностью учета по меньшей мере одного значения давления на первом участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на первом участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на первом участке расположен на первом участке сети водоснабжения, и по меньшей мере одного значения давления на втором участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на втором участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на втором участке расположен на втором участке сети водоснабжения, причем первый и второй участки сети водоснабжения отличаются друг от друга и расположены после системы регулировки давления. Это удобно для учета локального снижения эффективности насоса или других локальных изменений на первом или втором участках сети водоснабжения. В этом случае модель, создаваемая модулем формирования модели, может позволять не только обнаружение утечки в сети водоснабжения, но и локализацию утечки на участке сети водоснабжения. Например, модель может определять некоторое ожидаемое значение давления на первом участке, которое может сравниваться с фактическим значением давления на первом участке, обеспечиваемым датчиком давления на первом участке. Если фактическое значение на первом участке значительно ниже ожидаемого значения, может быть обнаружена утечка на первом участке. Если такое же расхождение обнаружено на втором участке, утечка может быть как перед первым, так и перед вторым участком.

[19] Дополнительно модель может представлять собой первую кривую регулировки давления для первого участка и вторую кривую регулировки давления для второго участка, причем первое требуемое давление может быть определено из первой кривой регулировки давления, а второе требуемое давление может быть определено из второй кривой регулировки давления на основе зависящей от нагрузки переменной, так что может быть определено более высокое из первого требуемого давления и второго требуемого давления. Это особенно предпочтительно, если самым критическим участком не всегда является один и тот же участок. Например, самым критическим участком в многоэтажном здании всегда является уровень (уровни) на самой большой высоте. Однако в агломерациях с участками в виде районов или кварталов требуемое давление может отличаться для разных участков. Таким образом, модель, представляющая собой одну актуальную кривую регулировки давления для каждого участка, может позволять определение участка с наибольшим требуемым давлением на основе зависящей от нагрузки переменной для управления системой регулировки давления с целью соответствия наибольшему требуемому давлению в сети водоснабжения.

[20] Дополнительно модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического обновления модели, причем предыдущая или предварительно определенная кривая регулировки давления может сравниваться с обновленной кривой регулировки давления для заданной зависящей от нагрузки переменной, так что на основе такого сравнения может быть определена утечка или закупорка в сети водоснабжения. Сравнение и/или определение утечки/закупорки может выполняться модулем формирования модели, блоком управления и/или отдельным модулем обнаружения утечки/закупорки. Например, после обновления модели кривая регулировки давления может изменяться за пределами ожидаемого диапазона изменения. Такое изменение может быть признаком утечки или закупорки в сети водоснабжения. Резкое повышение требуемого давления в соответствии с обновленной моделью может свидетельствовать об утечке. Подобным образом резкое снижение требуемого давления в соответствии с обновленной моделью может свидетельствовать о закупорке.

[21] Дополнительно модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью создания модели, представляющей собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой регулировки давления так, чтобы по меньшей мере одно значение критического давления поддерживалось выше заданного порогового значения, где по меньшей мере одно значение критического давления определяется по меньшей мере одним датчиком критического давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик критического давления расположен на участке критического давления сети водоснабжения. Датчик критического давления может быть одним из датчиков удаленного давления. Участок критического давления сети водоснабжения может представлять собой участок номинально минимального давления в сети, например, участок, наиболее удаленный от системы регулировки давления, или участок на наибольшей высоте в сети водоснабжения. Таким образом, система регулировки давления, управляемая в соответствии с по меньшей мере одной кривой регулировки давления, гарантирует обеспечение минимального давления на самом критическом участке и, следовательно, на всех других участках сети водоснабжения.

[22] Дополнительно модуль формирования модели может содержать память для хранения данных и выполнен с возможностью сохранения одного или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной в один или более разных моментов времени. Альтернативно или в дополнение модуль формирования модели может быть выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического приема данных, содержащих одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной, причем указанные данные сохраняются в один или более разных моментов времени в по меньшей мере одном хранилище данных одного или более датчиков давления. Таким образом, передача данных может быть ограничена периодическими или спорадическими пакетами передачи данных, например, один или более раз в час, в день или в неделю. Это снижает энергопотребление по сравнению непрерывной передачей данных и позволяет использовать датчики давления с питанием от аккумулятора, включая хранилище данных и блок связи.

[23] Дополнительно модель может представлять собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления, представляющую необходимое значение выходного давления на выходе системы регулировки давления как функцию от по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной и по меньшей мере одного параметра модели для достижения желаемого значения удаленного давления на по меньшей мере одном датчике удаленного давления. Например, необходимое выходное давление p_out может быть параметризовано как:

,

где по меньшей мере одна зависящая от нагрузки переменная обозначена , т.е. энергопотребление всех активных насосов насосной станции, служащей в качестве системы регулировки давления, - число активных насосов, - скорость активных насосов, и - желаемое значение удаленного давления. Параметры и представляют собой параметры модели, которые описывают оптимальную форму по меньшей мере одной кривой регулировки давления.

[24] Дополнительно модель может содержать зависимость необходимого выходного давления от времени, предпочтительно зависимость от времени суток. Одним из способов включения зависимости от времени в модель может быть соотнесение функции с зависящей от времени функцией . Параметр может описывать зависимость от времени в произвольном масштабе, например, 0<<1, где =0 показывает начало дня в 00:00, а =1 показывает конец дня в 12:00, и может быть определен наряду с параметрами , для создания или обновления модели. Таким образом, полное множество параметров может быть определено путем решения задачи минимизации:

.

[25] Поскольку поведение сети водоснабжения, как правило, является периодическим, в качестве адекватной аппроксимации зависящей от времени функции могут быть использованы ряды Фурье, т.е.:

[26] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ управления системой регулировки давления сети водоснабжения, где сеть водоснабжения оборудована одним или более датчиками давления, из которых по меньшей мере один датчик удаленного давления расположен удаленно от системы регулировки давления, причем способ содержит этапы, на которых:

создают модель без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы регулировки давления, причем указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой регулировки давления, и

управляют системой регулировки давления на основе указанной модели.

[27] Дополнительно по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной может представлять собой скорость и/или энергопотребление по меньшей мере одного насоса системы регулировки давления. Альтернативно или в дополнение по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной может представлять собой степень открытия редукционного клапана системы регулировки давления и/или разность давлений до и после редукционного клапана системы регулировки давления.

[28] Дополнительно этап создания указанной модели может содержать учет разности давлений между по меньшей мере одним значением удаленного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и по меньшей мере одним значением выходного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком выходного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик выходного давления расположен на выходной стороне системы регулировки давления.

[29] Дополнительно этап создания модели и/или этап управления системой регулировки давления может содержать учет по меньшей мере одного значения входного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком входного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик входного давления расположен на входной стороне системы регулировки давления.

[30] Дополнительно способ может содержать этап, на котором непрерывно, периодически или спорадически обновляют модель до, во время или после работы системы регулировки давления на основе изменений по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной.

[31] Дополнительно этап создания модели и/или этап управления системой регулировки давления может содержать учет по меньшей мере одного значения давления на первом участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на первом участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на первом участке расположен на первом участке сети водоснабжения, и по меньшей мере одного значения давления на втором участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на втором участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на втором участке расположен на втором участке сети водоснабжения, причем первый и второй участки сети водоснабжения отличаются друг от друга и расположены после системы регулировки давления.

[32] Дополнительно модель может представлять собой первую кривую регулировки давления для первого участка и вторую кривую регулировки давления для второго участка, причем создание и/или обновление модели содержит определение первого требуемого давления из первой кривой регулировки давления и второго требуемого давления из второй кривой регулировки давления на основе зависящей от нагрузки переменной, и система регулировки давления управляется в соответствии с большим из первого требуемого давления и второго требуемого давления. Это особенно предпочтительно, если самым критическим участком не всегда является один и тот же участок. Например, самым критическим участком в многоэтажном здании всегда является уровень (уровни) на самой большой высоте. Однако в агломерациях с участками в виде районов или кварталов требуемое давление может отличаться для разных участков. Таким образом, модель, представляющая собой одну обновленную кривую регулировки давления для каждого участка, может позволять определение участка с наибольшим требуемым давлением на основе зависящей от нагрузки переменной для управления системой регулировки давления с целью соответствия наибольшему требуемому давлению в сети водоснабжения.

[33] Таким образом, способ может дополнительно содержать этап, на котором обнаруживают утечку в сети водоснабжения и/или локализуют утечку на участке сети водоснабжения. Например, модель может определять некоторое ожидаемое значение давления на первом участке, которое может сравниваться с фактическим значением давления на первом участке, обеспечиваемым датчиком давления на первом участке. Если фактическое значение на первом участке значительно ниже ожидаемого значения, может быть обнаружена утечка на первом участке. Если такое же расхождение обнаружено на втором участке, утечка может быть как перед первым, так и перед вторым участком. Обнаружение и/или локализация утечки могут выполняться модулем формирования модели, блоком управления и/или отдельным модулем обнаружения утечки.

[34] Дополнительно способ может дополнительно содержать этапы, на которых непрерывно, периодически или спорадически обновляют модель, сравнивают предыдущую или предварительно определенную кривую регулировки давления с обновленной кривой регулировки давления для заданной зависящей от нагрузки переменной и определяют утечку и/или закупорку в сети водоснабжения на основе сравнения предыдущей или предварительно определенной кривой регулировки давления с обновленной кривой регулировки давления. Сравнение и/или определение утечки/закупорки может выполняться модулем формирования модели, блоком управления и/или отдельным модулем обнаружения утечки/закупорки. Например, после обновления модели кривая регулировки давления может изменяться за пределами ожидаемого диапазона изменения. Такое изменение может быть признаком утечки или закупорки в сети водоснабжения. Резкое повышение требуемого давления в соответствии с обновленной моделью может свидетельствовать об утечке. Подобным образом резкое снижение требуемого давления в соответствии с обновленной моделью может свидетельствовать о закупорке.

[35] Дополнительно этап управления системой регулировки давления может содержать поддержание по меньшей мере одного значения критического давления выше заданного порогового значения, где по меньшей мере одно значение критического давления определяется по меньшей мере одним датчиком критического давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик критического давления расположен на участке критического давления сети водоснабжения.

[36] Дополнительно способ может содержать этап, на котором сохраняют одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной в один или более разных моментов времени.

[37] Дополнительно способ может содержать этап, на котором непрерывно, периодически или спорадически принимают данные, содержащие одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной, причем указанные данные сохраняются в один или более разных моментов времени в по меньшей мере одном хранилище данных одного или более датчиков давления.

[38] Дополнительно модель может представлять собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления, представляющую необходимое значение выходного давления на выходе системы регулировки давления как функцию от по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной и по меньшей мере одного параметра модели для достижения желаемого значения удаленного давления на по меньшей мере одном датчике удаленного давления.

[39] Дополнительно модель может содержать зависимость необходимого выходного давления от времени, предпочтительно зависимость от времени суток.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[40] Варианты выполнения настоящего изобретения далее будут описаны путем примера со ссылкой на следующие чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает схематический чертеж примера первого варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 2 показывает схематический чертеж примера второго варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 3 показывает схематический чертеж примера третьего варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 4 показывает схематический чертеж примера четвертого варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 5 показывает схематический чертеж примера пятого варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением, и

Фиг. 6 показывает схематический чертеж примера шестого варианта выполнения сети водоснабжения в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[41] Фиг. 1 показывает большое здание 1 с несколькими уровнями, ярусами или этажами 3a-f. Сеть 5 водоснабжения соединяет систему 7 регулировки давления в виде насосной станции, расположенной в подвале 3a здания 1, со всеми вышележащими уровнями 3b-f. Каждый уровень с цокольного этажа 3b до верхнего этажа 3f имеет по меньшей мере одно крановое соединение 9 для выпуска воды. Система 7 регулировки давления содержит два насоса 11a,b. Следует отметить, что каждый из насосов 11a,b может представлять собой отдельный насос или систему насосов. Первый насос 11a соединен с первым участком 13 здания, т.е. с цокольным этажом 3b и первым этажом 3c, а второй насос 11b соединен со вторым участком 15 здания, т.е. с этажами 3d-3f со второго по верхний.

[42] Сеть 5 водоснабжения дополнительно содержит два датчика 17a,b удаленного давления, причем датчики 17a,b удаленного давления расположены удаленно от системы 7 регулировки давления. Первый датчик 17a удаленного давления расположен в точке наибольшей высоты на первом участке 13, т.е. на первом этаже 3c. Первый этаж 3c здесь является участком критического давления сети водоснабжения. Второй датчик 17b удавленного давления расположен в точке наибольшей высоты на втором участке 15, т.е. на верхнем этаже 3f. Верхний этаж 3f здесь является другим участком критического давления сети водоснабжения.

[43] Сеть 5 водоснабжения дополнительно содержит датчик 19 входного давления, расположенный на входной стороне системы 7 регулировки давления, и два датчика 21a,b выходного давления, причем первый датчик 21a выходного давления расположен на выходной стороне первого насоса 11a, а второй датчик 21b выходного давления расположен на выходной стороне второго насоса 11b.

[44] Для эффективного управления насосами 11a,b системы 7 регулировки давления с точки зрения обеспечения желаемого давления воды во всех точках 9 выпуска в любое время, блок 23 управления находится в коммуникационном соединении с каждым из насосов 11a,b и со всеми датчиками 17a,b, 19 и 21a,b давления сети 5 водоснабжения. Такое коммуникационное соединение и/или соединение для управления с системой 7 регулировки давления может быть проводным или беспроводным. Связь может быть непрерывной или предпочтительно в виде периодических или спорадических пакетов связи для снижения энергопотребления. Блок 23 управления выполнен с возможностью управления системой 7 регулировки давления на основе модели. Блок 23 управления содержит модуль 25 формирования модели для создания этой модели без измеренного, определенного или оцененного значения расхода.

[45] Модель использует параметризацию, которая не находится в прямой зависимости от расхода:

,

где - энергопотребление двух насосов 11a,b, - число насосов, т.е. =2, - скорость насосов 11a,b, и - желаемое давление в критических точках, т.е. на датчиках 17a,b удаленного давления. Параметры и представляют собой параметры, которые описывают оптимальную форму кривой регулировки давления. Расход может каким-либо образом соотноситься со скоростью и/или энергопотреблением насосов 11a,b, но расход не определен и остается неопределенным. Следует отметить, что сеть 5 водоснабжения не содержит датчиков расхода. Кроме того, насосы 11a,b могут иметь неизвестную эффективность, так что расход не может быть определен на основе скорости и/или энергопотребления насосов 11a,b.

[46] Параметры и модели определяются путем проведения пакета измерений значения критического удаленного давления, определяемого датчиками 17a,b удаленного давления, выходного давления , определяемого датчиками 21a,b выходного давления, скорости каждого насоса 11a,b, числа =2 активных насосов, и энергопотребления двух насосов. При условии, что пакет данных содержит множеств измерений, обозначенных , параметры и модели определяются решением следующей задачи оптимизации:

,

где p_out,i-p_cri,i - разность давлений между значением p_cri,i удаленного давления и значением p_out,i выходного давления для i-го пакета измерений, где i∈{1, …, N}.

[47] Функция может быть параметризована в следующем виде:

,

или часто может быть достаточно более простой параметризации, например:

.

[48] В этом случае доступно больше переменных, так что параметризация может принимать другой вид. Здесь значение входного давления определяется датчиком 19 входного давления и передается в блок 23 управления. Таким образом, блок 23 управления может учитывать входное давление для создания модели и/или управления системой 7 регулировки давления.

[49] Таким образом, в случае если в качестве альтернативы энергопотреблению всех активных насосов доступно входное давление , функция может иметь следующий вид:

.

Также эта параметризация может иметь более простой вид, например:

или

.

[50] В случае если в дополнение к энергопотреблению всех активных насосов доступно входное давление , функция может иметь следующий вид:

или более простой вид:

.

[51] После создания модели модулем 25 формирования модели блок 23 управления управляет насосами 11a,b на основе этой модели. Модель обновляется периодически и/или при обнаружении существенных изменений. Блок 23 управления управляет насосами 11a,b таким образом, чтобы всегда гарантировать обеспечение минимального давления выше заданного порогового значения в критических точках на наибольшей высоте для каждого из участков 13, 15.

[52] Модель может содержать зависимость необходимого выходного давления от времени, предпочтительно зависимость от времени суток. Функция может соотноситься с зависящей от времени функцией , где параметр может описывать зависимость от времени в произвольном масштабе, например, 0<<1, где =0 показывает начало дня в 00:00, а =1 показывает конец дня в 12:00, и может быть определен наряду с параметрами , для создания или обновления модели. Таким образом, полное множество параметров может быть определено путем решения задачи минимизации:

.

[53] Поскольку поведение сети водоснабжения, как правило, является периодическим, в качестве адекватной аппроксимации зависящей от времени функции могут быть использованы ряды Фурье, т.е.:

[54] Фиг. 2 показывает пример второго варианта выполнения сети 5 водоснабжения в высоком здании 1. В этом варианте выполнения система 7 регулировки давления содержит насос 11 в подвале 3a здания 1, резервуар 27 для хранения воды на верхнем этаже 3f здания 1 и два редукционных клапана (PRV) 29, один на первом этаже 3c и один на третьем этаже 3e. Насос 11 соединен с резервуаром 27 для хранения воды, чтобы поддерживать в нем достаточный уровень воды. Первый датчик 17a удаленного давления расположен на третьем этаже 3e после верхнего PRV 29, а второй датчик 17b удаленного давления расположен на первом этаже 3c после нижнего PRV 29. Нижний PRV 29 отделяет первый участок 13 сети 5 водоснабжения, т.е. второй этаж 3d и третий этаж 3e, от второго участка 15 сети 5 водоснабжения, т.е. цокольного этажа 3b и первого этажа 3c. Что касается первого участка 13, третий этаж 3e является участком критической высоты, причем первый датчик 17a удаленного давления расположен в наиболее удаленном положении от верхнего PRV 29. Что касается второго участка 15, первый этаж 3c представляет собой участок критической высоты, причем второй датчик 17b удаленного давления расположен в наиболее удаленном положении от нижнего PRV 29. Датчик 19 входного давления может быть установлен на входной стороне каждого PRV 29 (здесь показан только один датчик 19 входного давления на входной стороне верхнего PRV 29). Датчик 21a,b выходного давления может быть установлен на выходной стороне каждого PRV 29.

[55] Модель управления степенью открытия PRV 29 подобна управлению насосами 11a,b в первом варианте выполнения, показанном на Фиг. 1, с единственным отличием, заключающимся в том, что функция здесь описывает PRV 29, а не насосы 11a,b. Степень x_p открытия клапана измеряется и передается в блок 23 управления. Далее функция параметризуется как:

,

где полином может быть по меньшей мере второго порядка. Зависимость от времени может быть включена таким же образом, как для насосов 11a,b, следовательно, может быть использована следующая модель:

.

В качестве альтернативы или в дополнение к измеренной степени открытия PRV, в качестве зависящей от нагрузки переменной системы 7 регулировки давления может служить разность давлений p_out-p_in до и после PRV.

[56] Фиг. 3 показывает пример третьего варианта выполнения сети 5 водоснабжения для агломерации 31 зданий. Система 7 регулировки давления в виде насосной станции с множеством насосов 11 забирает воду из источника 33 воды и подает воду в агломерацию 31. Для каждого участка 13, 15 в критических точках наибольшего расстояния и/или наибольшей высоты датчики 17a,b удаленного давления на критических участках находятся в коммуникационном соединении с блоком 23 управления. Блок 23 управления также принимает значение входного давления от датчика 19 входного давления и значение выходного давления от датчика 21 выходного давления. Блок 23 управления с помощью модуля 25 формирования модели создает и обновляет модель управления насосами 11 на основе принимаемых значений давления и зависящей от нагрузки переменной, например, скорости и/или энергопотребления активных насосов 11. Параметризация модели является такой же, как описано выше.

[57] Фиг. 4 показывает пример четвертого варианта выполнения сети 5 водоснабжения для агломерации 31 зданий. Система 7 регулировки давления в виде PRV 29 понижает гидростатическое давление от источника 33 воды на большой высоте и, следовательно, управляет подачей воды в агломерацию 31. Источник 33 воды на большой высоте может представлять собой горное озеро или родник. В критической точке наибольшего расстояния и/или наибольшей высоты датчик 17 удаленного давления на критическом участке находится в коммуникационном соединении с блоком 23 управления. Блок 23 управления также принимает значение входного давления от датчика 19 входного давления и значение выходного давления от датчика 21 выходного давления. Блок 23 управления с помощью модуля 25 формирования модели создает и обновляет модель управления насосами 11 на основе принимаемых значений давления и зависящей от нагрузки переменной, например, степени открытия PRV 29. Параметризация модели является такой же, как описано выше.

[58] Агломерация 31 здесь питается водой по сети 5 водоснабжения, имеющей первый участок 13 и второй участок 15. Каждый участок 13, 15 обеспечен по меньшей мере одним датчиком 17a,b удаленного критического давления. Таким образом, модель представляет собой кривую регулировки давления для каждого участка 13, 15. При заданной зависящей от нагрузки переменной блок 23 управления может управлять системой 7 регулировки давления таким образом, чтобы соответствовать большему из двух требуемых давлений в соответствии с двумя кривыми регулировки давления.

[59] Фиг. 5 и 6 показывают примеры пятого и шестого вариантов выполнения сети 5 водоснабжения для агломерации 31 зданий, причем модуль 25 формирования модели не является частью блока 23 управления, а установлен в удаленной компьютерной системе, например, в облачной системе (проиллюстрирована в виде облака на Фиг. 5 и 6). Модуль 25 формирования модели находится в проводном или беспроводном коммуникационном соединении с датчиками 17a,b, 19 21 давления, системой 7 регулировки давления и блоком 23 управления. Прямое соединение с системой 7 регулировки давления может не требоваться, если блок 23 управления выполнен с возможностью передачи зависящей от нагрузки переменной в модуль 25 формирования модели. Модель передается модулем 25 формирования модели в блок 23 управления по каналу связи между ними.

[60] Агломерация 31 питается водой по сети 5 водоснабжения, имеющей первый участок 13 и второй участок 15. Каждый участок 13, 15 обеспечен по меньшей мере одним датчиком 17a,b удаленного критического давления. Следует отметить, что в этом варианте выполнения датчики 17a,b удаленного критического давления не подключены к блоку 23 управления, а предпочтительно спорадически или периодически обмениваются пакетами данных с модулем 25 формирования модели для создания модели или поддержания ее актуальной. Таким образом, модель представляет собой одну кривую регулировки давления для каждого участка 13, 15. Блок 23 управления также принимает значение входного давления от датчика 19 входного давления и значение выходного давления от датчика 21 выходного давления. При заданной зависящей от нагрузки переменной блок 23 управления может управлять системой 7 регулировки давления таким образом, чтобы соответствовать большему из двух требуемых давлений в соответствии с двумя кривыми регулировки давления.

[61] При упоминании в вышеизложенном описании целых чисел или признаков, которые имеют известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, такие эквиваленты включены в настоящий документ, как если бы они были отдельно изложены. Для определения истинного объема настоящего изобретения, который должен толковаться как включающий в себя любые такие эквиваленты, следует ссылаться на формулу изобретения. Читателю также будет понятно, что целые числа или признаки изобретения, описанные как возможные, предпочтительные, преимущественные, подходящие или т.п., являются возможными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы изобретения.

[62] Вышеописанные варианты выполнения следует понимать как иллюстративные примеры изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в отношении любого варианта выполнения, может быть использован отдельно или в сочетании с другими описанными признаками, а также может быть использован в сочетании с одним или более признаками любого другого варианта выполнения или любого сочетания любых других вариантов выполнения. Хотя в настоящем документе показан и описан по меньшей мере один примерный вариант выполнения, следует понимать, что другие модификации, замены и альтернативы очевидны специалисту в данной области техники и могут быть выполнены без отклонения от объема изобретения, описанного в настоящем документе, и настоящая заявка предназначена для охвата любых адаптаций или изменений конкретных вариантов выполнения, рассмотренных в настоящем документе.

[63] В дополнение слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и единственное число не исключает множественности. Кроме того, характеристики или этапы, описанные со ссылкой на один из вышеизложенных примерных вариантов выполнения, также могут быть использованы в сочетании с другими характеристиками или этапами других вышеописанных примерных вариантов выполнения. Этапы способа могут выполняться в любом порядке или параллельно или могут составлять часть или более подробный вариант другого этапа способа. Следует понимать, что в объем патента, основанного на настоящем документе, должны быть включены все такие модификации, которые обосновано и надлежащим образом попадают в объем его вклада в область техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема изобретения, который должен быть определен на основе приложенной формулы изобретения и ее юридических эквивалентов.

Группа изобретений относится к модулю формирования модели для создания модели управления системой регулировки давления сети водоснабжения и к способу управления системой. Сеть водоснабжения оборудована одним или более датчиками давления, из которых по меньшей мере один датчик удаленного давления расположен удаленно от системы регулировки давления. Модуль формирования модели выполнен с возможностью связи с по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, а также с возможностью создания указанной модели без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы регулировки давления. Указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой регулировки давления. Способ содержит этапы, на которых создают модель без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы регулировки давления, причем указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой регулировки давления, и управляют системой регулировки давления на основе указанной модели. Обеспечивается эффективная и надежная модель для управления сетью водоснабжения без датчиков расхода и с помощью системы регулировки давления, имеющей неизвестные характеристики. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Модуль (25) формирования модели для создания модели управления системой (7) регулировки давления сети (5) водоснабжения, причем сеть (5) водоснабжения оборудована одним или более датчиками давления, из которых по меньшей мере один датчик (17a,b) удаленного давления расположен удаленно от системы (7) регулировки давления, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью связи с по меньшей мере одним датчиком (17a,b) удаленного давления,

отличающийся тем, что

модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью создания указанной модели без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (17a,b) удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы (7) регулировки давления, причем указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой (7) регулировки давления.

2. Модуль (25) формирования модели по п.1, в котором по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной представляет собой энергопотребление и/или скорость по меньшей мере одного насоса (11, 11a,b) системы (7) регулировки давления.

3. Модуль (25) формирования модели по п.1 или 2, в котором по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной представляет собой степень открытия редукционного клапана (29) системы (7) регулировки давления и/или разность давлений до и после редукционного клапана (29) системы (7) регулировки давления.

4. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью коммуникационного соединения с блоком (23) управления для управления системой (7) регулировки давления.

5. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели является частью блока (23) управления для управления системой (7) регулировки давления.

6. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели для создания указанной модели выполнен с возможностью учета разности давлений между по меньшей мере одним значением удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (17a,b) удаленного давления, и по меньшей мере одним значением выходного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком (21a,b) выходного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик (21a,b) выходного давления расположен на выходной стороне системы (7) регулировки давления.

7. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели для создания указанной модели выполнен с возможностью учета по меньшей мере одного значения входного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (19) входного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик (19) входного давления расположен на входной стороне системы (7) регулировки давления.

8. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического обновления модели до, во время или после работы системы (7) регулировки давления на основе изменений по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной.

9. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели для создания указанной модели выполнен с возможностью учета по меньшей мере одного значения давления на первом участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на первом участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на первом участке расположен на первом участке (13) сети (5) водоснабжения, и по меньшей мере одного значения давления на втором участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на втором участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на втором участке расположен на втором участке (15) сети (5) водоснабжения, причем первый и второй участки сети водоснабжения отличаются друг от друга и расположены после системы (7) регулировки давления.

10. Модуль (25) формирования модели по п.9, в котором модель представляет собой первую кривую регулировки давления для первого участка (13) и вторую кривую регулировки давления для второго участка (15), причем первое требуемое давление может быть определено из первой кривой регулировки давления, а второе требуемое давление может быть определено из второй кривой регулировки давления на основе зависящей от нагрузки переменной, так что может быть определено более высокое из первого требуемого давления и второго требуемого давления.

11. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического обновления модели, причем предыдущая или предварительно определенная кривая регулировки давления может сравниваться с обновленной кривой регулировки давления для заданной зависящей от нагрузки переменной, так что на основе такого сравнения может быть определена утечка и/или закупорка в сети (5) водоснабжения.

12. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью создания модели, представляющей собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления, таким образом, чтобы поддерживать по меньшей мере одно значение критического давления выше заданного порогового значения, где по меньшей мере одно значение критического давления определяется по меньшей мере одним датчиком критического давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик критического давления расположен на участке критического давления сети (5) водоснабжения.

13. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели содержит память для хранения данных и выполнен с возможностью сохранения одного или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной в один или более разных моментов времени.

14. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, причем модуль (25) формирования модели выполнен с возможностью непрерывного, периодического или спорадического приема данных, содержащих одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной, причем указанные данные сохраняются в один или более разных моментов времени в по меньшей мере одном хранилище данных одного или более датчиков давления.

15. Модуль (25) формирования модели по любому из предыдущих пунктов, в котором модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления, представляющую необходимое значение выходного давления на выходе системы (7) регулировки давления как функцию от по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной и по меньшей мере одного параметра модели для достижения желаемого значения удаленного давления на по меньшей мере одном датчике удаленного давления.

16. Модуль (25) формирования модели по п.15, в котором модель содержит зависимость необходимого выходного давления от времени, предпочтительно зависимость от времени суток.

17. Способ управления системой (7) регулировки давления сети (5) водоснабжения, причем сеть (5) водоснабжения оборудована одним или более датчиками давления, из которых по меньшей мере один датчик (17a,b) удаленного давления расположен удаленно от системы (7) регулировки давления, причем способ содержит этапы, на которых:

создают модель без измеренного, определенного или оцененного значения расхода на основе по меньшей мере одного значения удаленного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (17a,b) удаленного давления, и на основе по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной системы регулировки давления, причем указанная модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления для управления системой (7) регулировки давления, и

управляют системой (7) регулировки давления на основе указанной модели.

18. Способ по п.17, в котором по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной представляет собой энергопотребление и/или скорость по меньшей мере одного насоса (11, 11a,b) системы (7) регулировки давления.

19. Способ по п.17 или 18, в котором по меньшей мере одна из по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной представляет собой степень открытия редукционного клапана (29) системы (7) регулировки давления и/или разность давлений до и после редукционного клапана (29) системы (7) регулировки давления.

20. Способ по любому из пп.17-19, в котором создание указанной модели содержит учет разности давлений между по меньшей мере одним значением удаленного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком (17a,b) удаленного давления, и по меньшей мере одним значением выходного давления, определенным по меньшей мере одним датчиком (21a,b) выходного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик (21a,b) выходного давления расположен на выходной стороне системы (7) регулировки давления.

21. Способ по любому из пп.17-20, в котором создание модели и/или управление системой (7) регулировки давления содержит учет по меньшей мере одного значения входного давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (19) входного давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик (19) входного давления расположен на входной стороне системы (7) регулировки давления.

22. Способ по любому из пп.17-21, дополнительно содержащий этап, на котором непрерывно, периодически или спорадически обновляют модель до, во время или после работы системы (7) регулировки давления на основе изменений по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной.

23. Способ по любому из пп.17-22, в котором создание модели и/или управление системой регулировки давления содержит учет по меньшей мере одного значения давления на первом участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на первом участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на первом участке расположен на первом участке (13) сети (5) водоснабжения, и по меньшей мере одного значения давления на втором участке, определенного по меньшей мере одним датчиком давления на втором участке из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик давления на втором участке расположен на втором участке (15) сети водоснабжения, причем первый (13) и второй (15) участки сети (5) водоснабжения отличаются друг от друга и расположены после системы (7) регулировки давления.

24. Способ по п.23, в котором модель представляет собой первую кривую регулировки давления для первого участка (13) и вторую кривую регулировки давления для второго участка (15), причем создание и/или обновление модели содержит определение первого требуемого давления из первой кривой регулировки давления и второго требуемого давления из второй кривой регулировки давления на основе зависящей от нагрузки переменной, и в котором управление системой регулировки давления содержит управление системой регулировки давления в соответствии с большим из первого требуемого давления и второго требуемого давления.

25. Способ по любому из пп.17-24, дополнительно содержащий этапы, на которых:

непрерывно, периодически или спорадически обновляют модель,

сравнивают предыдущую или предварительно определенную кривую регулировки давления с обновленной кривой регулировки давления для заданной зависящей от нагрузки переменной и

определяют утечку и/или закупорку в сети (5) водоснабжения на основе сравнения предыдущей или предварительно определенной кривой регулировки давления с обновленной кривой регулировки давления.

26. Способ по любому из пп.17-25, в котором управление системой регулировки давления содержит поддержание по меньшей мере одного значения критического давления выше заданного порогового значения, где по меньшей мере одно значение критического давления определяется по меньшей мере одним датчиком критического давления из одного или более датчиков давления, причем по меньшей мере один датчик критического давления расположен на участке критического давления сети водоснабжения.

27. Способ по любому из пп.17-26, дополнительно содержащий этап, на котором сохраняют одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной в один или более разных моментов времени.

28. Способ по любому из пп.17-27, дополнительно содержащий этап, на котором непрерывно, периодически или спорадически принимают данные, содержащие одно или более из по меньшей мере одного значения удаленного давления и/или по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной, причем указанные данные сохраняются в один или более разных моментов времени в по меньшей мере одном хранилище данных одного или более датчиков давления.

29. Способ по любому из пп.17-28, в котором модель представляет собой по меньшей мере одну кривую регулировки давления, представляющую необходимое значение выходного давления на выходе системы (7) регулировки давления как функцию от по меньшей мере одной зависящей от нагрузки переменной и по меньшей мере одного параметра модели для достижения желаемого значения удаленного давления на по меньшей мере одном датчике (17a,b) удаленного давления.

30. Способ по п.29, в котором модель содержит зависимость необходимого выходного давления от времени, предпочтительно зависимость от времени суток.