СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ВОДЫ ИЗ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ДВУХ ОТДЕЛЬНЫХ ВХОДНЫХ ЛИНИЙ В СЕКТОР СЕТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G05D16/20 E03B7/07 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[01] Настоящее изобретение относится к системе управления и способу управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий в сектор сети водоснабжения и к системе водоснабжения под их управлением. Сети водоснабжения могут быть проведены, например, в большом здании или агломерации зданий, такой как город, деревня, небольшой город, промышленная зона, район или квартал. Сектор сети водоснабжения может называться районной зоной учета расхода (DMA) или зоной контроля давления (PMA).

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[01] Как правило, водоснабжающие компании обеспечивают водой домохозяйства и промышленные объекты посредством сети водоснабжения, которая разделена на DMA или PMA. Обычно каждая DMA или PMA получает воду от по меньшей мере одного источника водоснабжения, например, насосной станции. Однако для обеспечения запаса для бесперебойной работы и/или необходимой смеси воды более чем от одного источника водоснабжения DMA или PMA часто получают воду от по меньшей мере двух или более источников водоснабжения, например, нескольких насосных станций. При условии отсутствия водонапорной башни в качестве источника водоснабжения возникает проблема, связанная с обеспечением необходимого давления во всех точках выпуска, например, в крановых соединениях, в пределах DMA или PMA в любое время и при любом водопотреблении, и получением необходимой комбинации расходов от разных источников водоснабжения.

[02] Для удовлетворения ожидаемого водопотребления в дневное и ночное время известно определение фиксированного профиля давления для одного из источников водоснабжения. Фиксированный профиль давления может представлять собой, например, постоянное давление в дневное время и постоянное давление в ночное время. Фиксированный профиль давления, как правило, выбирается выше, чем требуемый минимум, для обеспечения давления, превышающего минимальное давление, во всех точках выпуска в пределах DMA или PMA. Другие источники водоснабжения могут просто обеспечивать фиксированную долю расхода.

[03] Это известное решение имеет недостаток, заключающийся в том, что давление всегда выше, что чем оно должно быть на самом деле, что приводит к увеличению потерь воды из-за утечек и большему энергопотреблению, чем необходимо.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[04] В отличие от известных систем варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают систему управления и способ управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий в сектор сети водоснабжения, обеспечивающие необходимое давление во всех точках выпуска в пределах DMA или PMA в любое время и при любом водопотреблении с меньшими утечками и меньшим энергопотреблением, а также обеспечивающие необходимую комбинацию расходов от разных входных линий.

[05] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечена система управления для управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий в сектор сети водоснабжения, причем система управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о входном расходе, указывающей входной расход воды на каждой из входных линий, система управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о входном давлении, указывающей входное давление на по меньшей мере первой входной линии из входных линий, система управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о давлении в секторе, указывающей по меньшей мере одно значение давления, определенное по меньшей мере одним датчиком давления в секторе сети водоснабжения, и система управления выполнена с возможностью управления входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой регулировки давления на первой входной линии на основе информации о входном расходе от всех входных линий и на основе информации о давлении в секторе.

[06] По меньшей мере одна система регулировки давления может представлять собой, например, насосную станцию с одним или более насосами и/или клапанную станцию с одним или более редукционными клапанами (PRV). Предпочтительно по меньшей мере один датчик давления в секторе может быть размещен в месте ожидаемого наименьшего давления в секторе, т.е. в одной или более критических точках на наибольшей высоте и/или наибольшем расстоянии от входных линий. Таким образом, по меньшей мере один датчик давления может называться датчиком критического давления, так как давление в другом месте сектора всегда будет равно или выше критического давления, измеренного датчиком критического давления. Передача информации о давлении и/или расходе может осуществляться по беспроводному, проводному и/или стекловолоконному соединению. Информация о расходе на входных линиях может быть основана на измерениях датчика расхода и/или, в случае системы регулировки давления с одним или более насосами, на индикаторах расхода, например, потребленной насосом (насосами) энергии или тока. Что касается первой входной линии, система управления обрабатывает информацию о расходе от всех входных линий и информацию о давлении в секторе для установки определенного входного давления на первой входной линии. Что касается других входных линий, система управления может обрабатывать информацию о расходе от всех входных линий и информацию о давлении в секторе либо для установки определенного входного расхода на каждой такой входной линии, либо для установки определенного входного давления на каждой такой входной линии.

[07] Опционально, система управления может быть выполнена с возможностью постепенного и/или поэтапного понижения входного давления до тех пор, пока наименьшее из по меньшей мере одного значения давления, определенного по меньшей мере одним датчиком давления в секторе, не опустится до требуемого минимального давления в секторе. Таким образом, наименьшее критическое давление может считаться наиболее важным для обеспечения требуемого минимального давления в секторе во всех точках выпуска, например, в крановых соединениях, в любое время и при любом водопотреблении. Вместо обеспечения фиксированного профиля давления, который, как правило, выбирается выше, чем необходимый минимум, система управления обеспечивает постепенную и/или поэтапную оптимизацию с точки зрения утечек и энергопотребления, при этом обеспечивая желаемую комбинацию расходов разных от входных линий и достаточное давление в секторе.

[08] Опционально, система управления может быть выполнена с возможностью управления долей входного расхода на каждой из входных линий в общем входном расходе всех входных линий в соответствии с соответствующим весовым коэффициентом w каждой из входных линий для получения желаемой комбинации входных расходов. Выражение «весовой коэффициент» следует понимать как безразмерную долю, которую определенная входная линия вносит в общий входной расход. Таким образом, сумма всех весовых коэффициентов всех входных линий равна 1. Например, в случае системы с тремя входными линиями, в которой одна входная линия обеспечивает вдвое больший расход, чем две другие входные линии, весовой коэффициент w₁ первой входной линии может составлять 0,5, а весовые коэффициенты w₂ и w₃ второй и третьей входных линий соответственно могут составлять 0,25, причем w₁+w₂+w₃=0,5+0,25+0,25=1. Весовые коэффициенты могут представлять собой заданные и/или программируемые параметры.

[09] Опционально, в соответствии с первым вариантом выполнения система управления выполнена с возможностью управления входным давлением путем управления только первой системой регулировки давления на первой входной линии на основе информации о входном расходе от всех входных линий и на основе информации о давлении в секторе. В первом варианте выполнения система управления обрабатывает первую входную линию иначе, чем другие входные линии, так как на первой входной линии регулируется давление, тогда как на других входных линиях регулируется расход в соответствии с контрольным расходом. То, какая из входных линий обрабатывается как первая входная линия, т.е. на какой входной линии регулируется давление, может представлять собой выбираемый параметр системы управления. Та входная линия, которая предназначена для обеспечения наибольшего расхода, может представлять собой предпочтительный выбор для обеспечения надежного управления, но, в принципе, любая входная линия может быть выбрана в качестве первой входной линии, на которой регулируется давление. Таким образом, первый вариант выполнения может называться асимметричным. Выражение «асимметричный» не означает, что доли расходов от входных линий или давления на всех входных линиях должны отличаться, оно относится к разным способам управления, которые система управления применяет в отношении первых систем регулировки давления по сравнению с другими системами регулировки давления на других входных линиях.

[10] Опционально, в соответствии со вторым вариантом выполнения система управления может быть выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о входном давлении, указывающей входное давление на каждой из входных линий, причем система управления выполнена с возможностью управления входным давлением на каждой из входных линий путем управления системой регулировки давления на каждой входной линии на основе информации о входном расходе и информации о входном давлении от всех входных линий, а также на основе информации о давлении в секторе. Во втором варианте выполнения система управления может одинаково обрабатывать все входные линии путем регулировки давления. Таким образом, второй вариант выполнения может называться симметричным. Выражение «симметричный» не означает, что доли расходов от входных линий или давления на всех входных линиях являются одинаковыми, оно относится к одинаковому способ управления давлением, который система управления применяет в отношении всех систем регулировки давления на разных входных линиях.

[11] Опционально, в соответствии с любым вариантом выполнения система управления может содержать первый входной модуль управления для управления первой системой регулировки давления, причем первый входной модуль управления выполнен с возможностью приема информации о входном расходе от всех входных линий и множества [A, B] параметров для установки входного давления на первой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w - весовой коэффициент доли расхода первой входной линии в общем входном расходе всех входных линий. Первый входной модуль управления может называться «локальным входным контроллером» на первой входной линии. Способ управления давлением, применяемый локальным входным контроллером, может назваться «управлением кривой», где множество [A, B] параметров определяет q,p-кривую. Следует отметить, что множество [A, B] параметров может изменяться с течением времени и, следовательно, обозначается как [A(t), B(t)]. Первый входной модуль управления может не зависеть от стабильного сигнального соединения с другими модулями управления для обеспечения локального управления первой системой регулировки давления. Первый входной модуль управления может быть расположен, например, в насосном узле первой системы регулировки давления.

[12] Опционально, в соответствии с первым вариантом выполнения система управления может содержать для каждой из других входных линий входной модуль управления i≠1 для управления соответствующей системой регулировки давления на каждой из других входных линий, причем каждый из входных модулей управления i≠1 выполнен с возможностью приема информации о входном расходе от всех входных линий для установки входного расхода на i-ой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем входном расходе всех входных линий. Таким образом, на других входных линиях, на которых не регулируется давление, как на первой входной линии, регулируется расход с помощью «локального входного контроллера» на каждой из других входных линий. Локальные входные модули управления на других входных линиях могут быть аналогичны первому входному модулю управления, но могут иметь другие настройки, определенные системой управления. Например, система управления может быть выполнена с возможностью изменения настроек таким образом, чтобы другая входная линия могла служить в качестве входной линии с регулируемым давлением. Например, при необходимости обеспечения другой водной смеси другая входная линия может представлять собой входную линию, предназначенную для обеспечения наибольшей доли расхода в сектор. Тогда эта входная линия будет предпочтительным выбором в качестве первой входной линии с регулируемым давлением. Система управления может содержать переключатель для переключения режима управления локальных входных модулей управления между управлением давлением и управлением расходом соответственно. Каждый из локальных входных модулей управления может быть выполнен с возможностью приема информации о давлении в секторе для работы в качестве первой входной линии. Система управления может содержать локальные входные модули управления с общим модулем управления сектором или без него. Локальные входные модули управления могут обмениваться информацией о расходе непосредственно друг с другом и/или через общий модуль управления сектором. Общий модуль управления сектором может быть реализован в облачной удаленной компьютерной системе, подключенной к сети, или может быть встроен в один или более локальных входных модулей управления. Наиболее предпочтительно, первый вариант выполнения используется без общего модуля управления сектором, так как для прямого обмена информацией о расходе между локальными входными модулями управления необходим лишь минимальный обмен данными.

[13] Опционально, в соответствии со вторым вариантом выполнения система управления может содержать для каждой из входных линий входной модуль i управления для управления соответствующей системой регулировки давления на каждой из входных линий, причем каждый входной модуль i управления выполнен с возможностью приема информации о входном расходе от всех входных линий и множества [A_i, B_i] параметров для установки входного давления на i-ой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем входном расходе всех входных линий. Следует отметить, что множество [A_i, B_i] параметров может изменяться с течением времени и, следовательно, обозначается как [A_i(t), B_i(t)]. Таким образом, на всех входных линиях регулируется давление, как на первой входной линии, с помощью «локального входного контроллера» на каждой входной линии. Локальные входные модули управления могут быть аналогичны первому входному модулю управления и могут иметь такие же настройки. В отличие от асимметричного первого варианта выполнения симметричный второй вариант выполнения обеспечивает оптимизацию индивидуального управления кривой для каждой входной линии, но требует немного большего обмена данными.

[14] Опционально и наиболее предпочтительно в отношении второго варианта выполнения, система управления может содержать модуль управления сектором для приема информации о входном расходе от каждой из входных линий и информации о давлении в секторе, причем модуль управления сектором дополнительно выполнен с возможностью соответствующего обновления и обеспечения множества [A_i, B_i] параметров для входного давления на i-ой входной линии, которое должно быть установлено по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем входном расходе всех входных линий. Модуль управления сектором может называться «глобальным», «общим» или «секторным», так как он может служить в качестве узла связи между локальными входными модулями управления и может выполнять оптимизацию по всему сектору путем обновления и обеспечения множества [A_i, B_i] параметров q,p-кривой для каждой входной линии i. Следует отметить, что множество [A_i, B_i] параметров может изменяться с течением времени и, следовательно, обозначается как [A_i(t), B_i(t)]. Общий модуль управления сектором может принимать информацию о давлении в секторе непосредственно от датчика критического давления в секторе. Если общий модуль управления сектором не используется, отсутствует необходимость передачи информации о давлении в секторе в локальный первый модуль управления, как в первом варианте выполнения.

[15] Опционально, информация о входном расходе от каждой из входных линий может содержать входные расходы на каждой из входных линий и ожидаемый тренд общего расхода всех входных линий предпочтительно в виде вектора состояния фильтра Калмана. Информация о тренде позволяет выполнить определенное прогнозирование будущего расхода, так что система управления не зависит от непрерывной связи. Если по какой-то причине система управления не имеет сигнального соединения для приема информации о текущем расходе от одной или более входных линий, система управления может прогнозировать расход на основе информации о тренде. В связи с этим система управления менее восприимчива к нестабильности сети. Информация о тренде также обеспечивает возможность экономии полосы пропускания за счет не непрерывного приема информации о расходе, а лишь регулярного или спорадического. Вектор состояния фильтра Калмана может обеспечивать очень эффективный способ обмена набором информации о расходе, включая информацию о линейном тренде.

[16] Опционально, система управления может быть выполнена с возможностью управления входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой регулировки давления на первой входной линии выборочно на основе краткосрочного прогнозирования или долгосрочного прогнозирования информации о входном расходе от всех входных линий, причем критерием выбора либо краткосрочного прогнозирования, либо долгосрочного прогнозирования является период времени, прошедший с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от всех входных линий. Краткосрочное прогнозирование может быть предпочтительным выбором, который система управления, как правило, использует для преодоления относительно короткого периода времени, например, нескольких минут, между наборами данных. Долгосрочное прогнозирование может быть исключительным выбором в случае отсутствия подключения в течение длительных периодов, например, нескольких дней.

[17] Опционально, краткосрочное прогнозирование может быть основано на применении рекурсивного фильтра, например, фильтра Калмана, в отношении информации о входном расходе от всех входных линий. Рекурсивный фильтр может обеспечивать линейную экстраполяцию для относительно коротких периодов времени, прошедших с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от всех входных линий.

[18] Опционально, долгосрочное прогнозирование может быть основано на применении преобразования Фурье в отношении информации о входном расходе от всех входных линий и рекурсивном обновлении усеченных рядов Фурье для аппроксимации ожидаемого периодического долгосрочного поведения. Поскольку предполагается, что профиль водопотребления периодически повторяется в течение нескольких дней с периодом в один день, усеченные ряды Фурье могут обеспечивать грубую аппроксимацию этого периодического долгосрочного поведения.

[19] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения и аналогично описанной выше системе управления обеспечен способ управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий в сектор сети водоснабжения, причем способ содержит этапы, на которых:

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном расходе, указывающую входной расход воды на каждой из входных линий,

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном давлении, указывающую входное давление на по меньшей мере первой входной линии из входных линий,

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о давлении в секторе, указывающую по меньшей мере одно значение давления, определенное по меньшей мере одним датчиком давления в секторе сети водоснабжения, и

управляют входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой регулировки давления на первой входной линии на основе информации о входном расходе от всех входных линий и на основе информации о давлении в секторе.

[20] Опционально, способ может дополнительно содержать этап, на котором постепенно и/или поэтапно понижают входное давление до тех пор, пока наименьшее из по меньшей мере одного значения давления, определенного по меньшей мере одним датчиком давления в секторе, не опустится до требуемого минимального давления в секторе.

[21] Опционально, способ может дополнительно содержать этап, на котором управляют долей входного расхода на каждой из входных линий в общем входном расходе всех входных линий в соответствии с соответствующим весовым коэффициентом w каждой из входных линий для получения желаемой комбинации входных расходов.

[22] Опционально, способ может дополнительно содержать этапы, на которых:

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном давлении, указывающую входное давление на каждой из входных линий, и

управляют входным давлением на каждой из входных линий путем управления системой регулировки давления на каждой входной линии на основе информации о входном расходе и информации о входном давлении от всех входных линий, а также на основе информации о давлении в секторе.

[23] Опционально, способ может дополнительно содержать этап, на котором локально управляют первой системой регулировки давления, в котором принимают информацию о входном расходе от всех входных линий и множество [A, B] параметров и устанавливают входное давление на первой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w - весовой коэффициент доли расхода первой входной линии в общем входном расходе всех входных линий.

[24] Опционально, способ может дополнительно содержать этап, на котором локально управляют соответствующей системой i регулировки давления на каждой из входных линий, в котором принимают информацию о входном расходе от всех входных линий и множество [A_i, B_i] параметров и устанавливают входное давление на i-ой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем входном расходе всех входных линий.

[25] Опционально, способ может дополнительно содержать этапы, на которых:

удаленно обновляют и обеспечивают множество [A_i, B_i] параметров и

устанавливают входное давление на i-ой входной линии по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий, а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем входном расходе всех входных линий.

[26] Опционально, информация о входном расходе от каждой из входных линий может содержать входные расходы на каждой из входных линий и ожидаемый тренд общего расхода всех входных линий предпочтительно в виде вектора состояния фильтра Калмана.

[27] Опционально, этап управления входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой регулировки давления на первой входной линии может включать в себя выбор либо краткосрочного прогнозирования, либо долгосрочного прогнозирования информации о входном расходе от всех входных линий, причем критерием выбора либо краткосрочного прогнозирования, либо долгосрочного прогнозирования является период времени, прошедший с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от всех входных линий.

[28] Опционально, краткосрочное прогнозирование может быть основано на применении рекурсивного фильтра, например, фильтра Калмана, в отношении информации о входном расходе от всех входных линий.

[29] Опционально, долгосрочное прогнозирование может быть основано на применении преобразования Фурье в отношении информации о входном расходе от всех входных линий и рекурсивном обновлении усеченных рядов Фурье для аппроксимации ожидаемого периодического долгосрочного поведения.

[30] В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечена система водоснабжения для подачи воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий в сектор сети водоснабжения, причем система водоснабжения содержит систему управления, как описано выше, и/или выполнена с возможностью управления в соответствии со способом, как описано выше, и система водоснабжения дополнительно содержит систему регулировки давления на каждой из входных линий, причем каждая система регулировки давления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического обеспечения информации о входном расходе, указывающей входной расход воды на соответствующей входной линии, и по меньшей мере одна из систем регулировки давления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического обеспечения информации о входном давлении, указывающей давление на соответствующей входной линии.

[31] Опционально, по меньшей мере одна из систем регулировки давления содержит насосную станцию и/или клапан регулировки давления.

[32] Опционально, по меньшей мере одна из систем регулировки давления содержит датчик давления.

[33] Описанные выше система и способ управления могут быть реализованы в виде компилированного или некомпилированного программного кода, который хранится на по меньшей мере одном машиночитаемом носителе с командами для выполнения способа на по меньшей мере одном компьютере или одном или более процессорах, включая один или более процессоров в рамках по меньшей мере одной системы регулировки давления и один или более процессоров облачной системы. Альтернативно или в дополнение способ может выполняться программным обеспечением в облачной системе, в частности, система управления может быть реализована в облачной системе, содержащей один или более процессоров. Система управления может быть реализована с одним или более компьютерами и/или схемами, содержащими один или более процессоров и память. Один или более процессоров и хранилище данных (память) могут находиться в местоположении системы (систем) регулировки давления или могут быть частью облачной системы, а также могут содержать процессоры в местоположении системы регулировки давления или быть частью облачной системы с сообщением между элементами в системе регулировки давления и в облачной системе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[34] Далее варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны путем примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематически иллюстрирует пример системы водоснабжения с системой управления в соответствии с настоящим изобретением, в которой системы регулировки давления на входных линиях содержат один или более насосов;

Фиг. 2 схематически иллюстрирует пример системы водоснабжения с системой управления в соответствии с настоящим изобретением, в которой системы регулировки давления на входных линиях содержат один или более редукционных клапанов (PRV);

Фиг. 3 схематически иллюстрирует пример системы водоснабжения с системой управления в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 4 схематически иллюстрирует пример логики управления системы управления в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 5 иллюстрирует графики входных расходов, входных давлений и давлений в секторе с течением времени в системе водоснабжения с системой управления в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 6 схематически иллюстрирует пример системы водоснабжения с системой управления в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 7 схематически иллюстрирует пример логики управления системы управления в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 8 схематически иллюстрирует пример логики оптимизации системы управления в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 9 схематически иллюстрирует пример упрощенной логики оптимизации системы управления в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения; и

Фиг. 10 иллюстрирует графики входных расходов, входных давлений и давлений в секторе с течением времени в системе водоснабжения с системой управления в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[35] Фиг. 1 иллюстрирует сектор 1 системы водоснабжения с тремя входными линиями 3i-k. Сектор 1 может представлять собой агломерацию потребителей 5, например, квартал города. В секторе 1 обеспечены датчики 7m,n давления в секторе для обеспечения информации о давлении в секторе. Датчики 7m,n давления в секторе расположены в критических точках сектора 1, в которых ожидается локальный и/или глобальный минимум давления. Такими критическими точками могут быть точки, расположенные на большой высоте или на большом расстоянии от входных линий 3i-k. Датчики 7m,n давления в секторе могут называться «датчиками критического давления», поскольку они сообщают, когда давление в секторе 1 становится слишком низким. В других местах сектора 1 давление должно быть выше, чем на датчиках 7m,n давления в секторе.

[36] На каждой из трех входных линий 3i-k обеспечен датчик 9i-k входного давления и датчик 11i-k входного расхода, расположенные после системы 13i-k регулировки давления. На Фиг. 1 системы 13i-k регулировки давления представляют собой насосные станции или насосы. На Фиг. 2 системы 13i-k регулировки давления представляют собой редукционные станции или редукционные клапаны. Поскольку датчики 11i-k входного расхода являются довольно дорогостоящими, может быть предпочтительно не использовать датчики 11i-k расхода и получать информацию о расходе на основе индикатора расхода, обеспечиваемого насосом (насосами), например, энергии или тока, потребляемого насосом (насосами) в насосной системе регулировки давления, или редукционным клапаном (клапанами), например, Δp или степени открытия редукционного клапана (клапанов) в клапанной системе регулировки давления. Система 15 управления выполнена с возможностью приема информации о входном расходе, указывающей входной расход воды на каждой из входных линий, информации о входном давлении, указывающей входное давление на соответствующих входных линиях, и информации о давлении в секторе, указывающей значения давления, определенные датчиками 7m,n давления в секторе. Система 15 управления может быть локально установлена в одной или более системах 13i-k регулировки давления и/или в удаленной компьютерной системе или в облачной системе. Система 15 управления может находиться в беспроводном или проводном сигнальном сообщении с датчиками 7m,n давления в секторе, датчиками 9i,j входного давления и датчиками 11i-k расхода. Система 15 управления принимает информацию о расходе и давлении через сигнальные соединения 17i-k,m. Система 15 управления дополнительно находится в беспроводном или проводном сигнальном сообщении с системами 13i-k регулировки давления через сигнальные соединения 19i-k для управления входным расходом на соответствующей входной линии и/или входным давлением на соответствующей входной линии. Сигнальные соединения 17i-k,m, 19i-k могут быть частью сети передачи данных. Системы 13i-k регулировки давления на основе насосов (Фиг. 1) могут регулироваться по скорости. Системы 13i-k регулировки давления на основе редукционных клапанов (Фиг. 2) могут регулироваться по степени открытия клапана. Опционально, системы регулировки давления могут представлять собой комбинацию насоса (насосов) и редукционного клапана (клапанов). Опционально, система регулировки давления одной входной линии может содержать насос (насосы), а другая входная линия может содержать редукционный клапан (клапаны).

[37] Фиг. 3-5 относятся к первому варианту выполнения системы 15 управления, которая выполнена с возможностью применения логики управления давлением и расходом. В соответствии с логикой управления давлением и расходом на первой входной линии 3i из входных линий 3i-k регулируется давление, тогда как на других входных линиях 3j,k регулируется расход (для наглядности на Фиг. 4 показана только линия 3j). С точки зрения стабильности управления предпочтительно, но не обязательно, что первая входная линия 3i является входной линией, которая предназначена для обеспечения наибольшего входного расхода в сектор 1. Логика управления давлением и расходом не требует общего модуля управления для сектора, так что система 15 управления может включать в себя локальные входные модули 21i-k управления на соответствующих входных линиях 3i-k. Локальные входные модули 21i-k управления могут быть реализованы в виде аналогичного аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения и могут переключаться в режим управления давлением или в режим управления расходом. Первый входной модуль 21i управления на первой входной линии 3i переключается в режим управления давлением, тогда как другие входные модули 21j,k управления переключаются в режим управления расходом. Входные модули 21i-k управления осуществляют связь друг с другом напрямую по линии 22 беспроводной или проводной связи для обмена информацией о входном расходе. В настоящем документе информация о входном расходе передается в виде вектора состояния фильтра Калмана, содержащего входные расходы на каждой из входных линий 3i-k и ожидаемый тренд общего расхода всех входных линий. Вектор X состояния фильтра Калмана для трех входных линий может обновляться в каждом локальном входном модуле управления следующим образом:

Таким образом, вектор X состояния фильтра Калмана рекурсивно обновляется каждые δt. Индивидуальные расходы обозначены q_i-k, а δQ обозначает изменение общего входного расхода для всех трех входных линий. Таким образом, доля каждого входного расхода на каждой из входных линий в общем входном расходе Q регулируется в соответствии с соответствующим весовым коэффициентом w_i-k каждой из входных линий для получения необходимой комбинации входных расходов. Общий расход Q может быть получен из вектора X состояния фильтра Калмана путем умножения матрицы C_sum результатов сложения, например, C_sum=[1 1 1 0]. Рекурсивно отфильтрованный вариант индивидуальных расходов насосов может быть получен из вектора X состояния фильтра Калмана с использованием матрицы C_i результатов, т.е. C_i=[1 0 0 0], C_j=[0 1 0 0] и C_k=[0 0 1 0], путем применения уравнений q_i=C_iX, q_j=C_jX и q_k=C_kX.

[38] Вектор X состояния фильтра Калмана обеспечивает линейное краткосрочное прогнозирование, охватывающее период времени, прошедшего с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от других входных линий. Если указанный период времени является длительным, например, несколько дней из-за неисправности сети, первый входной модуль 21i управления выполнен с возможностью управления входным давлением путем управления первой системой 13i регулировки давления на первой входной линии 3i на основе долгосрочного прогнозирования. Долгосрочное прогнозирование может быть основано на применении преобразования Фурье в отношении информации о входном расходе от всех входных линий и рекурсивном обновлении усеченных рядов Фурье для аппроксимации ожидаемого периодического долгосрочного поведения следующим образом:

,

где γ - коэффициент рядов Фурье, обновляемый на основе предыдущих измерений общего расхода Q. Период T=2π/w рядов Фурье может составлять один день, так как предполагается, что водопотребление будет повторяется ежедневно.

[39] Фиг. 4 схематически иллюстрирует работу входных модулей 21i-k управления в соответствии с первым вариантом выполнения. Первый входной модуль 21i управления переключается на режим управления давлением с помощью переключателя 23 (вниз на Фиг. 4), тогда как другие входные модули 21j,k управления переключаются на режим управления расходом с помощью переключателя 23 (вверх на Фиг. 4). Первый входной модуль 21i управления принимает входной расход q_i на первой входной линии 3i посредством сигнального соединения 17i от соответствующего датчика 11i входного расхода, локальное входное давление p_i на первой входной линии 3i посредством сигнального соединения 17i от соответствующего датчика 9i входного давления и измерения p_cri,m,n критического давления в секторе посредством сигнального соединения 17m от датчиков 7m,n давления в секторе. Первый входной модуль 21i управления также принимает по линии 22 прямой связи вектор X состояния фильтра Калмана от других входных модулей 21j,k управления, обновляет его в соответствии с краткосрочным прогнозированием (STP) и передает обновленный вектор X_i состояния фильтра Калмана в другие входные модули 21j,k управления по линии 22 прямой связи. Обновленный вектор X_i состояния фильтра Калмана не используется первым входным модулем 21i управления для управления долей в расходе. Это выполняется в других входных модулях 21j,k управления, которые переключаются в режим управления расходом. Входные модули 21j,k управления расходом могут переключаться между краткосрочным прогнозированием (STP) и долгосрочным прогнозированием (LTP) на основе оценки периода D времени, прошедшего с момента последнего успешного приема вектора X состояния фильтра Калмана от других входных модулей 21j,k управления по линии 22 прямой связи. На основе весового коэффициента соответствующей входной линии 3j,k расход q_set,j,k, который должен быть установлен, извлекается из обновленного вектора X_j,k состояния фильтра Калмана с помощью входного модуля 21j,k управления, как объяснено выше, и передается в соответствующую систему 13j,k регулировки давления по линии 19i-k связи для установки расхода q_set,j,k на входной линии 3j,k.

[40] В отличие от этого первый входной модуль 21i управления выполняет обновление давления p_i на первой входной линии 3i путем управления кривой. Управление кривой (CC) может представлять собой квадратичную кривую давления, например:

,

где p_set,i - входное давление, которое должно быть установлено на первой входной линии 3i, A и B - параметры кривой, Q - общий расход всех входных линий, w_i - весовой коэффициент доли первого входного расхода в общем входном расходе Q, и r - минимальное давление, которое должно обеспечиваться на датчиках критического давления в секторе.

[41] Первый входной модуль 21i управления применяет алгоритм для нахождения множества [A, B] параметров на основе отклонения между измерением (измерениями) критического давления в секторе и требуемым минимальным давлением r в секторе. Отклонение между требуемым минимальным давлением r в секторе и измерениями в критических точках может рассматриваться для временного интервала [t+δt, t+hδt] с пробами {t+δt, t+2δt, …, t+hδt}, где h - количество выборок в интервале, а δt - период выборки в интервале T. Вектор ε_T отклонений может быть задан следующим образом:

где p_cri,n[t] - критическое давление в секторе в момент времени t на n-ом датчике 7n критического давления в секторе. Следует отметить, что требуемое минимальное давление r в секторе может варьироваться в зависимости от времени и может отличаться для разных датчиков 7m,n давления в секторе. Функция (MIN) минимума используется для обеспечения того, чтобы минимальное давление r всегда преобладало в самом критическом, т.е. наименьшем, из всех измерений p_cri,m,n давления в секторе. Множество [A, B] параметров оценивается при оценке параметров (PE) таким образом, чтобы отклонение давления p_cri,m в секторе на самых критических из всех датчиков 7m,n давления в секторе от требуемого минимального давления r в секторе постепенно и/или поэтапно становилось нулевым или минимальным. Давление p_set,i, которое должно быть установлено, передается в соответствующую систему 13i регулировки давления по линии 19i связи для установки давления p_set,i на входной линии 3i. Желаемая комбинация расходов достигается за счет других входных модулей 21j,k управления, выполненных с возможностью управления долей расхода других входных линий 3j,k в соответствии с весовыми коэффициентами w_j и w_k.

[42] Фиг. 5 иллюстрирует результат применения способа управления системой управления в соответствии с первым вариантом выполнения в течение восьми дней. Верхний график показывает индивидуальные расходы q_i-k, причем расходы q_j и q_k показаны совмещенными. Средний график показывает индивидуальные входные давления p_i-k (наибольшее входное давление p_i находится за пределами видимого диапазона в первые два дня), а нижний график показывает два измерения p_cri,m,n критического давления в секторе. Управление давлением начинается по истечении двух дней, в течение которых собираются данные для обеспечения как краткосрочного прогнозирования, так и долгосрочного прогнозирования. В частности, долгосрочное прогнозирование возможно на основе данных, собранных по меньшей мере за два дня. Желаемая комбинация расходов, составляющая 50% от первой входной линии 3i, т.е. w_i=0,5, и 25% от каждой из остальных входных линий 3j,k, т.е. w_j,k=0,25, устанавливается локальными контроллерами 21j,k расхода на входных линиях 3j,k. Комбинация расходов по существу не повергаться влиянию локальных контроллеров 21i давления, запускающихся по истечении двух дней для управления входным давлением p_i на первой входной линии 3i таким образом, чтобы самое критическое, т.е. наименьшее, из измерений p_cri,m,n критического давления в секторе было на уровне или близко к требуемому минимальному давлению r в секторе. Как может быть видно из среднего графика, входные давления значительно понижаются после начала управления давлением. Вследствие этого давления p_cri,m,n в секторе понижаются до требуемого минимального давления r в секторе, и, что наиболее важно, они колеблются гораздо меньше, поскольку управление давлением на первой входной линии 3i началось по истечении двух дней. Это приводит к экономии энергии и уменьшению утечек в системе водоснабжения. Для проверки стабильности управления по истечении пяти с половиной дней управление давлением переключают на второй входной модуль 21 управления, тогда как первый входной модуль 21i управления переключают на управление расходом. Это переключение практически не заметно, что свидетельствует о стабильности способа управления. Колебания немного возрастают из-за того, что вторая входная линия 3j не обеспечивает наибольшую долю общего расхода, но способ управления все же является достаточно стабильным для надежной работы. Такая гибкость повышает надежность системы.

[43] Фиг. 6-10 относятся ко второму варианту выполнения системы 15 управления, которая выполнена с возможностью применения логики управления только давлением. Следует отметить, что в целях наглядности на Фиг. 6 показаны только две из трех входных линий 3i-k. Не проиллюстрированная третья входная линия 3k аналогична первой и второй входным линиям 3i,j. В соответствии с логикой управления только давлением на всех входных линиях 3i-k регулируется давление. Таким образом, второй вариант выполнения является более симметричным, чем первый вариант выполнения, имеющий только одну входную линию с регулируемым давлением. Во втором варианте выполнения входные модули 21i-k управления осуществляют связь друг с другом не напрямую по линии 22 связи, а через модуль 25 управления сектором, который может называться «глобальным», «общим» или «секторным». Модуль 25 управления сектором служит в качестве узла связи между локальными входными модулями 21i-k управления и выполняет оптимизацию по всему сектору путем обновления и обеспечения множеств [A_i, B_i] параметров q,p-кривой для каждой входной линии i. Общий модуль 25 управления сектором может быть реализован в облачной удаленной компьютерной системе, подключенной к сети, или может быть встроен в один или более локальных входных модулей 21i-k управления.

[44] Как показано на Фиг. 6, модуль 25 управления сектором принимает информацию о давлении в секторе от по меньшей мере одного датчика 7m критического давления в секторе посредством сигнального соединения 17m. Локальные входные модули 21i-k управления на входных линиях 3i-k принимают информацию о входном давлении и информации о входном расходе от локальных датчиков 9i-k входного давления и локальных датчиков 11i-k расхода соответственно посредством сигнальных соединений 17i-k. Каждый из локальных входных модулей 21i-k управления дополнительно принимает от модуля 25 управления сектором множество [A_i-k, B_i-k] параметров для управления кривой, которое должно быть применено на соответствующей входной линии 3i-k, и вектор состояния фильтра Калмана с информацией о входных расходах на каждой из входных линий 3i-k и ожидаемом тренде общего расхода Q всех входных линий 3i-k. Локальные входные модули 21i-k управления управляют соответствующей системой 13i-k регулировки давления посредством сигнального соединения 19i-k для установки входного давления p_set,i-k, которое должно быть установлено на входной линии 3i-k. Модуль 25 управления сектором оптимизирует множество [A_i-k, B_i-k] параметров таким образом, чтобы наименьшее из измерений критического давления в секторе постепенно и/или поэтапно понижалось для уменьшения отклонения от требуемого минимального давления r в секторе.

[45] Как показано на Фиг. 7, локальные входные модули 21i-k управления управляют кривой (CC) входных давлений на соответствующей входной линии 3i-k на основе оптимизированного множества [A_i-k, B_i-k] параметров, принятого от модуля 25 управления сектором. Управление кривой может представлять собой квадратичную кривую давления, например:

,

где p_set,i - давление, которое должно быть установлено на i-ой входной линии 3i, A_i и B_i - параметры кривой, Q - общий расход всех входных линий, w_i - весовой коэффициент доли входного расхода i-ой входной линии 3i в общем входном расходе Q, и r - минимальное давление, которое должно обеспечиваться на датчике 7m самого критического давления в секторе.

[46] Локальные входные модули 21i-k управления используют принятый вектор X состояния фильтра Калмана от всех других локальных входных модулей 21i-k управления для краткосрочного прогнозирования (STP) или долгосрочного прогнозирования (LTP) соответственно давления, которое должно быть установлено на соответствующей входной линии 3i-k. Выбор между применением краткосрочного прогнозирования (STP) или долгосрочного прогнозирования (LTP) зависит от того, был ли период (D) времени, прошедший с момента последнего успешного приема информации (X) о входном расходе от всех входных линий, коротким или длинным. Локальные входные модули 21i-k управления могут использовать краткосрочное прогнозирование (STP) или долгосрочное прогнозирование (LTP) для выполнения управления кривой (CC) в течение периодов отсутствия связи. При одной или более последующих возможностях установления связи с модулем 25 управления сектором локальные входные модули 21i-k управления передают в модуль 25 управления сектором вектор X_i-k состояния фильтра Калмана, обновленный в отношении соответствующей входной линии 3i-k.

[47] Фиг. 8 иллюстрирует оценку параметров (PE), выполняемую модулем 25 управления сектором во втором варианте выполнения. Модуль 25 управления сектором применяет алгоритм для нахождения множества [A_i, B_i] параметров на основе

отклонения между измерениями критического давления в секторе и требуемым минимальным давлением r в секторе и

всех принятых векторов X_i-k состояния фильтра Калмана, обновленных в отношении соответствующих входных линий 3i-k.

Отклонение между требуемым минимальным давлением r в секторе и измерениями в критических точках может рассматриваться для временного интервала [t+δt, t+hδt] с пробами {t+δt, t+2δt, …, t+hδt}, где h - количество выборок в интервале, а δt - период выборки в интервале T. Вектор ε_T отклонений может быть задан следующим образом:

где p_cri,m[t] - критическое давление в секторе в момент времени t на m-ом датчике 7m критического давления в секторе. Следует отметить, что требуемое минимальное давление r в секторе может варьироваться в зависимости от времени и может отличаться для разных датчиков 7m,n давления в секторе. Функция минимума используется для обеспечения того, чтобы минимальное давление r всегда преобладало на самом критическом из всех датчиков 7m,n давления в секторе.

[48] Для обеспечения минимального критического давления в секторе и желаемой комбинации расходов модуль 25 управления сектором может использовать вектор Θ_T параметров, содержащий параметры A_i-k и B_i-k от всех отдельных входных линий 3i-k:

где A_i и B_i - параметры, используемые для управления кривой i-ой входной линии 3_i. Матрица Σ данных может быть определена следующим образом:

где матрица Σ задает зависимость между давлением, которое должно быть установлено на отдельных входных линиях 3i-k, и вектором Θ_T параметров, т.е. , где - вектор давления, которое должно быть установлено в момент времени t в период T. Вектор Θ_T параметров может обновляться с использованием следующего закона рекурсивного обновления:

где ⊗ произведение Кронекера, K, M и U_n матрица коэффициентов усиления обновления, и λ>0 - заданный и/или устанавливаемый уравновешивающий коэффициент для уравновешивания важности между минимальным критическим давлением в секторе и распределением расходов. Вектор Θ_T обозначает параметры, которые использовались во временном интервале [t+δt; t+hδt], а Θ_T+1 обозначает параметры, которые будут использоваться в предстоящем периоде [t+(h+1)δt; t+2hδt]. Члены w₁-w_N - весовые коэффициенты для требуемой комбинации расходов всех N входных линий. Члены ε_T, q_i,T и Q_T - векторы с измерениями из временного интервала [t+δt; t+hδt]. Функция g:R^h × R^h → R^h - векторная функция, заданная следующим образом:

В случае квадратичной p,q-кривой, как описано выше, матрица К коэффициентов усиления задана следующим образом:

где к - коэффициент усиления обновления больше нуля. Хорошим выбором для M ∈ Rⁿ может быть:

Хорошим выбором для U_i ∈ Rⁿ может быть:

где i-ый элемент равен 1, тогда как остальные элементы равны:

[49] Фиг. 9 иллюстрирует упрощенный вариант алгоритма оптимизации, применяемого модулем 25 управления сектором, если комбинация расходов считается несущественной, так что обновление множеств [A_i, B_i] параметров основано только на отклонении между измерениями критического давления в секторе и требуемым минимальным давлением r в секторе.

[50] Фиг. 10 иллюстрирует результат применения способа управления только давлением системой управления в соответствии со вторым вариантом выполнения в течение десяти дней. Аналогично Фиг. 5 верхний график показывает индивидуальные расходы q_i-_k, причем расходы q_j и q_k аналогичны и совпадают друг с другом. Средний график показывает индивидуальные входные давления p_i-k, а нижний график показывает два измерения критического давления в секторе. Управление давлением начинается по истечении двух дней, в течение которых собираются данные для обеспечения как краткосрочного прогнозирования, так и долгосрочного прогнозирования. В частности, долгосрочное прогнозирование возможно на основе данных, собранных по меньшей мере за два дня.

[51] В течение первого дня расходы q_i, q_j и q_k являются примерно одинаковыми, а входные давления p_i, p_j и p_k регулируются так, чтобы оставаться постоянными. Это приводит к колебанию давлений p_cri,m,n, измеряемых на датчиках 7m,n критического давления в секторе, из-за изменения водопотребления в течение дня. Входные давления p_i, p_j и p_k, как правило, выбираются настолько высокими, чтобы обеспечивать давление на датчиках 7m,n критического давления в секторе, которое всегда превышает требуемое минимальное давление r в секторе. При этом на обеспечение высоких входных давлений тратится энергия, кроме того, из-за высоких давлений возрастают утечки. Таким образом, первый день иллюстрирует нежелательную ситуацию до применения способа управления подачей воды, описанного в настоящем документе.

[52] В примере, показанном на Фиг. 10, желаемая комбинация потока составляет 50% от первой входной линии 3i, т.е. w_i=0,5, и 25% от каждой из остальных входных линий 3j,k, т.е. w_j,k=0,25. В течение второго дня расход q_i на первой входной линией 3i немного увеличивается по сравнению с расходами q_j,k на других входных линиях 3j,k. Все входные давления p_i, p_j и p_k уменьшаются по сравнению с первым днем, но остаются постоянными в течение дня. В связи с этим колебания давления p_cri,m,n, измеряемого на датчиках 7m,n критического давления в секторе, все еще возникают из-за изменения водопотребления в течение дня. При этом на обеспечение высоких входных давлений тратится энергия, кроме того, из-за высоких давлений возрастают утечки. Второй день также иллюстрирует нежелательную ситуацию до фактического применения способа управления подачей воды, описанного в настоящем документе.

[53] Как может быть видно из среднего графика на Фиг. 10, способ управления подачей воды, описанный в настоящем документе, фактически запускается по истечении двух дней. Входные давления p_i, p_j и p_k уже не являются постоянными, а регулируются для уменьшения колебаний наиболее критического, т.е. наименьшего, из измерений p_cri,m,n давления в секторе. Фактически, оба измерения p_cri,m,n давления в секторе эффективно сглаживаются, поскольку они имеют высокую корреляцию. В принципе можно уменьшить входные давления p_i, p_j и p_k за один этап до такого уровня, чтобы наименьшие измерения p_cri,m давления в секторе сразу же достигли требуемого минимального давления r в секторе. Однако для минимизации влияния на потребительский опыт входные давления p_i, p_j и p_k снижаются поэтапно и/или постепенно в течение десяти дней. Подобным образом требуемая комбинация расходов достигается постепенно и/или поэтапно в течение десяти дней. Как может быть видно, оптимизированная подача воды достигается по истечении десяти дней. Наиболее критическое, т.е. наименьшее, из измерений p_cri,m давления в секторе становится постоянным и равно требуемому минимальному давлению r в секторе для обеспечения минимального давления в секторе в любое время. Также устанавливается желаемая комбинация расходов. Входные давления p_i, p_j и p_k оптимизируются до минимальных значений для экономии энергии и уменьшения утечек.

[54] При использовании в приведенном выше описании целых чисел или признаков, которые имеют известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, такие эквиваленты входят в настоящей документ, как если бы они были отдельно изложены. Для определения истинного объема настоящего изобретения необходимо ссылаться на формулу изобретения, которую следует толковать как включающую в себя любые такие эквиваленты. Также следует понимать, что целые числа или признаки изобретения, которые описаны как возможные, предпочтительные, преимущественные, подходящие или т.п., являются возможными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы изобретения.

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

[56] В дополнение, выражение «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественности. Кроме того, характеристики или этапы, описанные со ссылкой на один из приведенных выше примерных вариантов выполнения, также могут использоваться в сочетании с другими характеристиками или этапами других примерных вариантов выполнения, описанных выше. Этапы способа могут выполняться в любом порядке или параллельно или могут составлять часть или более подробный вариант другого этапа способа. Следует понимать, что в сферу действия настоящего патента должны быть включены все возможные модификации, которые обоснованно и надлежащим образом составляют объем изобретательского вклада в уровень техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема изобретения, который должен определяться на основе приложенной формулы изобретения и ее правомерных эквивалентов.

[57] Список ссылочных позиций:

1 система водоснабжения сектора

3i-k входные линии

5 потребитель

7m,n датчики давления в секторе

9i-k датчики входного давления

11i-k датчики входного расхода

13i-k системы регулировки давления

15 система управления

17i-k,m сигнальные соединения

19i-k сигнальные соединения

21i-k входные модули управления

22 линия связи

23 переключатель

25 модуль управления сектором

r требуемое минимальное давление в секторе

p_i входное давление на i-ой входной линии

q_i входной расход на i-ой входной линии

Q общий входной расход на всех входных линиях

w_i весовой коэффициент доли расхода i-ой входной линии в общем расходе Q

Система (15) управления для управления подачей воды из отдельных входных линий (3i-k) в сектор (1) сети водоснабжения выполнена с возможностью приема информации о входном расходе, указывающей входной расход (q_i-k) воды на каждой из входных линий (3i-k), информации о входном давлении, указывающей входное давление (p_i) на по меньшей мере первой входной линии (3i) из входных линий (3i-k), и информации о давлении в секторе, указывающей значение (p_cri,m,n) давления, определенное датчиком (7m,n) давления в секторе (1) сети водоснабжения. Система (15) управления выполнена с возможностью управления входным давлением (p_i) путем управления по меньшей мере первой системой (13i) регулировки давления на первой входной линии (3i) на основе информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и на основе информации о давлении в секторе. Обеспечивается необходимое давление во всех точках выпуска в любое время и при любом водопотреблении с меньшими утечками и меньшим энергопотреблением. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система (15) управления для управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий (3i-k) в сектор (1) сети водоснабжения, причем система (15) управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о входном расходе, указывающей входной расход (q_i-k) воды на каждой из входных линий (3i-k), система (15) управления выполнена с возможностью приема информации о входном давлении, указывающей входное давление (p_i) на по меньшей мере первой входной линии (3i) из входных линий (3i-k), система (15) управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о давлении в секторе, указывающей по меньшей мере одно значение (p_cri,m,n) давления, определенное по меньшей мере одним датчиком (7m,n) давления в секторе (1) сети водоснабжения, и система (15) управления выполнена с возможностью управления входным давлением (p_i) путем управления по меньшей мере первой системой (13i) регулировки давления на первой входной линии (3i) на основе информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и на основе информации о давлении в секторе.

2. Система (15) управления по п. 1, причем система (15) управления выполнена с возможностью постепенного и/или поэтапного понижения входного давления до тех пор, пока наименьшее из по меньшей мере одного значения (p_cri,m) давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (7m) давления в секторе (1), не опустится до требуемого минимального давления (r) в секторе.

3. Система (15) управления по п. 1 или 2, причем система (15) управления выполнена с возможностью управления долей входного расхода (q_i-k) на каждой из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k) в соответствии с соответствующим весовым коэффициентом (w_i-k) каждой из входных линий (3i-k) для получения требуемой комбинации входных расходов (q_i-k).

4. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, причем система (15) управления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического приема информации о входном давлении, указывающей входное давление (p_i-k) на каждой из входных линий (3i-k), и система управления выполнена с возможностью управления входным давлением (p_i-k) на каждой из входных линий (3i-k) путем управления системой (13i-k) регулировки давления на каждой входной линии (3i-k) на основе информации о входном расходе и информации о входном давлении от всех входных линий (3i-k), а также на основе информации о давлении в секторе.

5. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, причем система (15) управления содержит первый входной модуль (21i) управления для управления первой системой (13i) регулировки давления, причем первый входной модуль (21i) управления выполнен с возможностью приема информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и множества [A, B] параметров для установки входного давления на первой входной линии (3i) по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w - весовой коэффициент доли расхода первой входной линии (3i) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

6. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, причем система (15) управления содержит входной модуль (21i-k) управления для каждой из входных линий (3i-k) для управления соответствующей системой (13i-k) регулировки давления на каждой из входных линий (3i-k), причем каждый входной модуль (21i-k) управления выполнен с возможностью приема информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и множества [A_i, B_i] параметров для установки входного давления (p_i) на i-й входной линии из входных линий (3i-k) по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-й входной линии из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

7. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, причем система (15) управления содержит модуль (25) управления сектором для приема информации о входном расходе от каждой из входных линий (3i-k) и информации о давлении в секторе, причем модуль (25) управления сектором дополнительно выполнен с возможностью соответствующего обновления и обеспечения множества [A_i, B_i] параметров для входного давления (p_i) на i-й входной линии из входных линий (3i-k), которое должно быть установлено по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-й входной линии из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

8. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, в которой информация о входном расходе от каждой из входных линий (3i-k) содержит входные расходы (q_i-k) на каждой из входных линий (3i-k) и ожидаемый тренд общего расхода (Q) всех входных линий (3i-k) предпочтительно в виде вектора (X) состояния фильтра Калмана.

9. Система (15) управления по любому из предыдущих пунктов, причем система (15) управления выполнена с возможностью управления входным давлением (p_i) путем управления по меньшей мере первой системой (13i) регулировки давления на первой входной линии (3i) выборочно на основе краткосрочного прогнозирования (STP) или долгосрочного прогнозирования (LTP) информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k), причем критерием выбора либо краткосрочного прогнозирования (STP), либо долгосрочного прогнозирования (LTP) является период (D) времени, прошедший с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k).

10. Система (15) управления по п. 9, в которой краткосрочное прогнозирование (STP) основано на применении рекурсивного фильтра, например фильтра Калмана, в отношении информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k).

11. Система (15) управления по п. 9 или 10, в которой долгосрочное прогнозирование (LTP) основано на применении преобразования Фурье в отношении информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и рекурсивном обновлении усеченных рядов Фурье для аппроксимации ожидаемого периодического долгосрочного поведения.

12. Способ управления подачей воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий (3i-k) в сектор (1) сети водоснабжения, причем способ содержит этапы, на которых:

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном расходе, указывающую входной расход (q_i-k) воды на каждой из входных линий (3i-k),

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном давлении, указывающую входное давление (p_i) на по меньшей мере первой входной линии (3i) из входных линий (3i-k),

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о давлении в секторе, указывающую по меньшей мере одно значение (p_cri,m,n) давления, определенное по меньшей мере одним датчиком (7m,n) давления в секторе (1) сети водоснабжения, и

управляют входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой (13i) регулировки давления на первой входной линии (3i) на основе информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и на основе информации о давлении в секторе.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этап, на котором постепенно и/или поэтапно понижают входное давление (p_i) до тех пор, пока наименьшее из по меньшей мере одного значения (p_cri,m) давления, определенного по меньшей мере одним датчиком (7m) давления в секторе (1), не опустится до требуемого минимального давления (r) в секторе.

14. Способ по п. 12 или 13, дополнительно содержащий этап, на котором управляют долей входного расхода (q_i-k) на каждой из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k) в соответствии с соответствующим весовым коэффициентом (w) каждой из входных линий (3i-k) для получения требуемой комбинации входных расходов (q_i-k).

15. Способ по любому из пп. 12 или 14, дополнительно содержащий этапы, на которых:

непрерывно, регулярно или спорадически принимают информацию о входном давлении, указывающую входное давление (p_i-k) на каждой из входных линий (3i-k), и

управляют входным давлением на каждой из входных линий (3i-k) путем управления системой (13i-k) регулировки давления на каждой входной линии (3i-k) на основе информации о входном расходе и информации о входном давлении от всех входных линий (3i-k), а также на основе информации о давлении в секторе.

16. Способ по любому из пп. 12-15, дополнительно содержащий этап, на котором локально управляют первой системой (3i) регулировки давления, в котором принимают информацию о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и множество [A, B] параметров и устанавливают входное давление (p_i) на первой входной линии (3i) по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w - весовой коэффициент доли расхода первой входной линии (3i) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

17. Способ по любому из пп. 12-16, дополнительно содержащий этап, на котором локально управляют соответствующей системой (13i-k) регулировки давления на каждой из входных линий (3i-k), в котором принимают информацию о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и множество [A_i, B_i] параметров и устанавливают входное давление (p_i) на i-й входной линии из входных линий (3i-k) по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-й входной линии из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

18. Способ по любому из пп. 12-17, дополнительно содержащий этапы, на которых:

удаленно обновляют и обеспечивают множество [A_i, B_i] параметров и

устанавливают входное давление (p_i) на i-й входной линии из входных линий (3i-k) по формуле , где Q - общий входной расход всех входных линий (3i-k), а w_i - весовой коэффициент доли расхода i-й входной линии из входных линий (3i-k) в общем входном расходе (Q) всех входных линий (3i-k).

19. Способ по любому из пп. 12-18, в котором информация о входном расходе от каждой из входных линий (3i-k) содержит входные расходы (q_i-k) на каждой из входных линий (3i-k) и ожидаемый тренд общего расхода (Q) всех входных линий (3i-k) предпочтительно в виде вектора (X) состояния фильтра Калмана.

20. Способ по любому из пп. 12-19, в котором этап управления входным давлением путем управления по меньшей мере первой системой (13i) регулировки давления на первой входной линии (3i) включает в себя выбор либо краткосрочного прогнозирования (STP), либо долгосрочного прогнозирования (LTP) информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k), причем критерием выбора либо краткосрочного прогнозирования (STP), либо долгосрочного прогнозирования (LTP) является период (D) времени, прошедший с момента последнего успешного приема информации о входном расходе от всех входных линий (3i- k).

21. Способ по п. 20, в котором краткосрочное прогнозирование (STP) основано на применении рекурсивного фильтра, например фильтра Калмана, в отношении информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k).

22. Способ по п. 20 или 21, в котором долгосрочное прогнозирование (LTP) основано на применении преобразования Фурье в отношении информации о входном расходе от всех входных линий (3i-k) и рекурсивном обновлении усеченных рядов Фурье для аппроксимации ожидаемого периодического долгосрочного поведения.

23. Система водоснабжения для подачи воды из по меньшей мере двух отдельных входных линий (3i-k) в сектор (1) сети водоснабжения, причем система водоснабжения содержит систему (15) управления по любому из пп. 1-12 и/или выполнена с возможностью управления в соответствии со способом по любому из пп. 12-22 и система водоснабжения дополнительно содержит систему (13i-k) регулировки давления на каждой из входных линий (3i-k), причем каждая система (13i-k) регулировки давления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического обеспечения информации о входном расходе, указывающей входной расход (q_i-k) на соответствующей входной линии (3i-k), и по меньшей мере одна из систем (13i-k) регулировки давления выполнена с возможностью непрерывного, регулярного или спорадического обеспечения информации о входном давлении, указывающей давление (p_i-k) на соответствующей входной линии (3i-k).

24. Система водоснабжения по п. 23, в которой по меньшей мере одна из систем (13i-k) регулировки давления содержит насосную станцию и/или клапан регулировки давления.

25. Система водоснабжения по п. 23 или 24, в которой по меньшей мере одна из систем (13i-k) регулировки давления содержит датчик (9i-k) давления.