Управление насосом на основе облачных технологий и персонализируемых компонентов гидравлической системы Российский патент 2021 года по МПК F04B49/06 F04B49/20 F04B51/00 G05B19/05 

Перекрестная ссылка на связанную заявку

Настоящая заявка ссылается на приоритет заявки на патент США №62/421593, поданной 14 ноября 2016 г., которая тем самым полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к насосным системам.

2. Краткое описание известных технических решений

В типичной насосной системе электричество подается по электросети в асинхронный двигатель, который механически связан с насосом. Чаще всего насосная система сконструирована так, чтобы удовлетворять самым жестким системным требованиям в отношении скорости потока и высоты гидростатического напора. На фиг. 1 показан типичный насосный узел/блок. Так как угловая скорость асинхронного двигателя прямо связана с электрической частотой питания электросети, снижение потребности приводит к сравнительно малому изменению потребления энергии системы. Для реализации значительной экономии энергии при уменьшении потребности, нужно понизить частоту электричества, подаваемого в асинхронный двигатель. Это выполняют с использованием устройства, известного как регулируемый по частоте/скорости привод (VFD/VSD).

Привод VFD/VSD, как правило, покупают отдельно от остальной части насосной системы, и им можно управлять вручную или путем соединения его с массивом датчиков и программирования его набором инструкций. Приводы VFD/VSD могут также быть неотъемлемой частью насосной системы и могут управляться через внутреннее программирование и фабричную калибровку.

Недостатки известных технических решений

Когда насосная система снабжена оборудованием с приводом VFD/VSD, который используют внешние датчики, нужно проявлять осторожность при установке датчиков в системе труб. Если, например, расходомер типа лопастного колеса, установлен раньше, чем поток жидкости полностью сформировался, это даст неточное измеренное значение, которое окажет влияние на поведение насосной системы. Имеются и другие соображения, которые следует учитывать, включая точность датчика, калибровку, разрешение и т.д.

Другим недостатком этой системы является то, что данные датчика, как правило, подаются только в привод VFD/VSD, и пользователь не представляет, что фактически происходит в системе. Это может привести к неправильной работе насосной системы вследствие неправильной калибровки или отказавшего датчика в пределах системы.

Используя привод VFD/VSD, насосная система, которая содержит внутренние средства программирования и фабричную калибровку, может облегчить возникающие проблемы с использованием внешних датчиков, но недостаток ее заключается в том, что информация, которую она использует, не учитывает деградацию компонентов и не «видит» системных повреждений.

Сущность изобретения

Таким образом, в данной заявке на патент раскрыта интеграция датчиков в насосную систему с формированием управляемой системы с обратной связью, которая с высокой точностью управляет приводом VFD/VSD, экспортирует эксплуатационные данные в Интернет для предоставления возможности удаленного ручного контроля, обеспечивает прогнозирующий/предписывающий контроль состояния насосных блоков и при необходимости посылает сигналы тревоги или запросы на обслуживание.

Например, согласно некоторым вариантам его выполнения, настоящее изобретение может содержать или принимать форму насосной системы, демонстрирующей новую и уникальную комбинацию насоса, двигателя, подшипникового узла, интегрированной системы сбора данных и объединенных программируемого логического контроллера (PLC), средства сбора данных и модема.

Насос может быть соединен с насосным валом и сконфигурирован так, чтобы реагировать на усилие насосного вала, приложенное для перекачки жидкости.

Двигатель может быть соединен с насосным валом, чтобы реагировать на сигналы управления VFD/VSD и обеспечивать приложение усилия к насосному валу для приведения в действие насосного вала.

Подшипниковый узел может содержать подшипник, в который вставлен насосный вал, сконфигурированный для соединения насоса и двигателя.

Регулируемый по частоте/скорости привод (VFD/VSD) может быть сконфигурирован для приема сигналов управления PLC и передачи сигналов управления VFD/VSD для привода двигателя.

Интегрированная система сбора данных может быть сконфигурирована для реагирования на сигналы сбора данных PLC и обеспечения передачи сигналов интегрированной системы сбора данных, содержащих информацию об интегрированном наборе параметров насосной системы, относящихся к насосу, подшипниковому узлу, двигателю и приводу VFD/VSD в насосной системе.

Объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем могут быть сконфигурированы так, чтобы:

обеспечить передачу сигналов сбора данных PLC и прием интегрированных сигналов сбора данных, например, назад от двигателя, насоса и датчиков подшипникового узла, а также из VFD/VSD,

обеспечить передачу сигналов модема сбора данных PLC, которые содержат эксплуатационные данные, в Интернет и/или в облачное средство, чтобы обеспечить удаленный ручной контроль насосной системы, например, в ответ на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из облачного средства и/или Интернета, и

обеспечить передачу сигналов управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью, например, в ответ на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из Интернета и/или облачного средства.

Насосная система может содержать один или большее количество следующих признаков:

Интегрированная система сбора данных может содержать интегрированные датчики, включая:

датчики давления, температуры и расхода, связанные с насосом и сконфигурированные для реагирования на сигналы сбора данных PLC и выработки сигналов интегрированных датчиков давления насоса, температуры и расхода, содержащих информацию об одном или большем количестве параметров, таких как давление, температура или расход, измеренные для указанного насоса;

датчики температуры и вибрации подшипникового узла, связанные с подшипниковым узлом и сконфигурированные для реагирования на сигналы сбора данных PLC и выработки сигналов интегрированных датчиков температуры и вибрации подшипникового узла, содержащих информацию об одном или большем количестве параметров, таких как температура или вибрации, измеренные для указанного подшипникового узла; и

датчики температуры и вибрации двигателя, связанные с двигателем и сконфигурированные для реагирования на сигналы сбора данных PLC и выработки сигналов интегрированных датчиков температуры и вибрации двигателя, содержащих информацию об одном или большем количестве параметров, таких как температура или вибрации, измеренные для указанного двигателя.

Насосная система может содержать массив устройств связи, включая одно или большее количество устройств на основе диспетчерского управления и сбора данных (SCADA, Supervisory for Control And Data Acquision), компьютерных устройств, устройств на основе усовершенствованных измерительных инфраструктур (AMI, Advance metering infrastructures), устройств на основе открытых платформ связи (ОРС, Open Platform Communication) и регистраторов данных; при этом интегрированные датчики в насосе, двигателе и подшипниковом узле связаны посредством объединенных программируемого логического контроллера (PLC), средства сбора данных и модема с массивом устройств связи.

Привод VFD/VSD может быть сконфигурирован так, чтобы реагировать на сигналы сбора данных PLC и передавать сигналы сбора данных VFD/VSD, включая сигналы управления VFD/VSD, назад в объединенные программируемый логический контроллер, средство сбора данных и модем.

Насосная система может быть сконфигурирована для связи с облачным средством для удаленного контроля и управления, включая случаи, когда насосная система является частью здания, а облачное средство и/или Интернет содержат систему управления зданием для удаленного контроля и управления насосной системой.

Объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем могут быть сконфигурированы для реагирования на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, например, принятые из облачного средства и/или Интернета, и передачи сигналов модема сбора данных PLC, которые экспортируют в Интернет эксплуатационные данные, обеспечивая удаленный ручной контроль насосной системы.

Насосная система может содержать облачный контроллер VFD/VSD, сконфигурированный для приема сигналов модема сбора данных PLC и выдачи облачных сигналов управления VFD/VSD, содержащих информацию для управления VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

Объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем могут быть сконфигурированы так, чтобы реагировать на облачные сигналы управления VFD/VSD, например, принятые из облачного средства и/или Интернета, и выдавать сигналы управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

Система управления зданием, например в облачном средстве и/или Интернете, может быть сконфигурирована так, чтобы принимать пользовательские команды, включая команды для запуска, остановки или регулировки некоторой части насосной системы.

Система управления зданием, например в облачном средстве и/или в Интернете, может быть сконфигурирована так, чтобы принимать пользовательские команды, включая команды, позволяющие пользователю осуществлять контроль времени работы, скорости насоса и/или напорного давления в насосной системе.

Насосная система может быть соединена с устройством контроля состояния насосной системы, сконфигурированным для приема сигналов модема сбора данных PLC и выдачи сигналов контроля состояния насосной системы, содержащих информацию о контроле состояния и анализе результатов относительно насосной системы, включая прогнозирующий/предписывающий контроль состояний насоса и посылку запросов на обслуживание или сигналов тревоги.

Устройство для контроля насосной системы может быть сконфигурировано так, чтобы осуществлять контроль состояния насоса, двигателя или подшипникового узла и сравнивать это состояние с ретроспективными данными для насоса, двигателя или подшипникового узла, обеспечивая прогнозирующий/предписывающий анализ для пользователя с целью определения действий в отношении обслуживания насоса, двигателя или подшипникового узла.

Насосная система может содержать или принимать форму системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), системы подачи питьевой воды, системы пожаротушения или системы обслуживания здания.

Облачная система контроля и управления насосной системой

Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, настоящее изобретение может содержать или принимать форму облачной системы контроля и управления насосной системой, предназначенной для удаленного контроля и управления по меньшей мере одним насосом и, например, содержащей:

по меньшей мере один насос, имеющий регулируемый по скорости привод (VSD) и интегрированные датчики для контроля параметров насоса и выдачи сигналов интегрированных датчиков, содержащих информацию о параметрах насоса, измеренных для этого по меньшей мере одного насоса, включая время работы, скорость и давление в системе;

двунаправленную сеть для передачи сигналов интегрированных датчиков и приема сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для этого по меньшей мере одного насоса; и

удаленный облачный сервер, содержащий базу ретроспективных данных, содержащую накопленные данные о параметрах насоса для этого по меньшей мере одного насоса, и сконфигурированный для приема сигналов интегрированных датчиков, сравнения принятых параметров насоса с ретроспективными данными о параметрах насоса, хранящимися для каждого из по меньшей мере одного насоса, и выдачи сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для этого по меньшей мере одного насоса в управляемой системе с обратной связью, что позволяет удаленному пользователю вручную осуществлять контроль с использованием прогнозирующих/предписывающих алгоритмов контроля, включая пуск или остановку этого по меньшей мере одного насоса, внесение изменений в параметры управления насосом и при необходимости посылку сигнала тревоги или запросов на обслуживание.

Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, этот по меньшей мере один насос может содержать множество насосов, и/или двунаправленная сеть может содержать устройства на основе диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), связанные с этим по меньшей мере одним насосом, и усовершенствованную измерительную инфраструктуру (AMI), соединенную со SCADA для создания сигналов SCADA/AMI для передачи сигналов интегрированных датчиков и для приема сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для этого по меньшей мере одного насоса.

Краткое описание чертежей

Иллюстрации, которые не обязательно выполнены в масштабе, включают следующие чертежи:

На фиг. 1 показан типичный насосный узел, выполненный на некотором основании 1 и содержащий, например, насос 2 с входом 3 насоса и выходом 4 насоса; двигатель 17, имеющий двигатель с передней торцевой крышкой 7 и задней торцевой крышкой 8, расположенными на каждом конце, кожух 9 подшипника и соединительное устройство 18 для соединения насоса и двигателя.

На фиг. 2 показаны облачное средство 14 и насосная система 5, имеющая объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем 10 для приема сигналов системы сбора данных из системы интегрированных датчиков, имеющих такое размещение датчиков, которое включает размещение относительно насоса, подшипникового узла и двигателя согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 3 показаны насосные системы 51, 52, 53 с установленными датчиками, связанные посредством последовательной сети 23 с объединенными программируемым логическим контроллером (PLC), средством сбора данных и модемом 10 с массивом устройств связи (например, с использованием SCADA 24, AMI 25, ОРС 26), облачным средством 14 и различными компьютерными устройствами (например, лэптопом 27, настольным компьютером 30, сервером 29 и планшетом 28) согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 4 показана насосная система, связанная с объединенными PLC, средством сбора данных и модемом 10 для приема сигналов системы сбора данных из системы датчиков, как показано на фиг. 2, где объединенные PLC, средство сбора данных и модем 10 связаны с центральной базой данных (БД) для обмена сигналами данных/конфигурации, например такой, которая связана с программным обеспечением для контроля состояния, принимает сигналы данных из насоса/насосной системы и выдает сигналы результатов анализа, а также связана с компьютером для обмена сигналами данных/конфигурации и соединена с лэптопом 27 для обмена сигналами данных/конфигурации, а кроме того, соединена с планшетом 28, лэптопом 27 или мобильным телефоном 33, которые принимают сигналы отчета и сигналы связи, - все согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 5 показан насос/насосный узел с опорной стойкой 34 для привода VFD/VSD 12, имеющий сенсорную панель 35 управления и привод VFD/VSD 12, установленные на стойке, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 6 содержит фиг. 6А-6Е и показывает пять (5) различных насосов/насосных узлов с опорной стойкой для привода VFD/VSD, имеющих панель управления датчиками и привод VFD/VSD, установленные на стойке, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 7 показывает объединенные PLC, средство сбора данных и модем 10, имеющие сигнальный процессор и другие цепи, электрические схемы или компоненты для осуществления обработки сигналов, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

Для логичности одинаковые части на чертежах обозначены одинаковыми позициями. Не все указательные линии и позиции для каждого элемента включены в каждый чертеж, чтобы не загромождать чертеж в целом.

Подробное описание изобретения

Здесь будет дано подробное описание интегрирования датчиков в насосную систему для создания управляемой системы с обратной связью, которая с высокой точностью управляет приводом VFD/VSD, экспортирует эксплуатационные данные в облачное средство и/или Интернет для предоставления возможности удаленного ручного контроля, обеспечивает прогнозирующий/предписывающий контроль состояния блоков насоса и измеренных параметров и при необходимости посылает сигналы тревоги или запросы на обслуживание. Например, считается, что управляемая система с обратной связью содержит или принимает форму системы автоматического управления, в которой работа насосной системы, процессора или механизма регулируется обратной связью, например, включая данные от некоторой комбинации интегрированных датчиков, контроля состояния на основе облачного средства и/или удаленного контроля или управления пользователем/оператором.

На фиг. 2 показана насосная система, в целом обозначенная позицией 5, например, содержащая объединенные программируемый логический контроллер (PLC), систему сбора данных и модем 10 для соединения насосного узла 15 с облачным средством 14 и/или Интернетом. Насосный узел 15 может содержать насос 2, двигатель 17, соединительное устройство 18, подшипниковый узел 19 и вал 20, соединяющий двигатель 17 с насосом 2. По существу на фиг. 2 показано включение интегрированных датчиков в насосный узел 15, например, включая устройство 21 контроля состояния, соединенное с подшипниковым узлом 19 для контроля температуры и вибрации (по осям X/Y/Z), и расходомер 22, соединенный с насосом 2 для посылки информации о состоянии и параметрах в насосном блоке/системе 5 пользователю/оператору, например, через схему сбора и выдачи данных на основе облачного средства. Программируемый логический контроллер, система сбора данных и модем 10 могут быть сконфигурированы для приема состояния и/или информации об измеренных параметрах, например, в ответ на выдачу сигналов системы сбора данных в интегрированные датчики или привод VFD/VSD 12, или как в то, так и в другое и т.д. Например, на фиг. 2 показан список датчиков, из которых контроллер PLC, система сбора данных и модем 10 принимают сигналы системы сбора данных, и которые могут использоваться в насосной системе 5; при этом указанный список не обязательно является полным списком и дан лишь для примера. В еще одном примере интегрированные датчики могут включать датчики температуры, давления и расхода, размещенные или сконфигурированные для насоса 2, датчики температуры и вибрации, такие как элемент 21 (оси X/Y/Z), размещенные или сконфигурированные для подшипникового узла 19, и датчики температуры и вибрации, размещенные или сконфигурированные для двигателя 17. (На фиг. 2 размещение или конфигурирование интегрированного датчика показано концом стрелки, например, совместимой с изображением.) В еще одном примере привод VFD/VSD 12 может также содержать цепь, электрическую схему или компонент, сконфигурированные для реагирования на сигналы системы сбора данных, например, из контроллера PLC, средства сбора данных и модема 10 и передачи соответствующих сигналов системы сбора данных VFD/VSD, например, содержащих информацию о работе привода VFD/VSD 12 и представляющих собой управляющие сигналы для привода двигателя 17, а также сигналы двигателя, содержащие информацию, принятую в обратном направлении из двигателя 17 (например, электрическое напряжение на двигателе, ток через двигатель и т.д.).

Кроме того интегрированные датчики, размещенные на различных компонентах или относительно различных компонентов в насосном блоке/системе 5, позволяют насосному блоку/системе 5 быть связанными с массивом устройств связи, содержащим, но этим не ограниченным, устройства на основе SCADA 24, на основе AMI 25, на основе ОРС 26, на основе компьютеров, регистраторы данных и т.д., например, как показано на фиг. 3. Эти датчики представляют собой неотъемлемую часть насосного блока/системы 5 в целом.

На фиг. З показано, как насосный блок/система 5 могут быть связаны с облачным средством 14 для осуществления удаленного контроля и управления, например, через контроллер PLC, систему сбора данных и модем 10 с использованием устройств связи на основе SCADA 24, AMI 25, ОРС 26, например, с одним или большим количеством таких устройств как лэптоп 27, планшет 28, сервер 29, связанный через локальную сеть 16 с настольным компьютером 30, и т.д. Как показано на чертеже в качестве примера, насосные системы 51, 52, 53 связаны через последовательную сеть 23 и могут быть связаны с контроллером PLC, системой сбора данных и модемом 10, и далее связаны через контроллер PLC, систему сбора данных и модем 10 с лэптопом 27 посредством или с использованием устройств/протоколов связи на основе ОРС 26 и AMI 25 с облачным средством 14, а также могут быть связаны с сервером 29 и планшетом 28 посредством устройств/протоколов связи на основе SCADA 24 и AMI 25 с облачным средством 14. Сервер 29 может быть соединен с настольным компьютером 30, как показано на чертеже. Эта реализация на основе облачных средств может затем быть связана, например, с системой обслуживания здания для удаленного контроля и управления блоком/насосной системой 5. Это также позволяет осуществлять удаленный контроль и эксплуатацию пользователем/оператором из любой точки мира, где имеется доступ к облачному средству 14. Например, пользователь/оператор может осуществлять контроль времени работы, скорости, давления в системе и т.д. блока/насосной системы 5, или же пользователь/оператор может запускать, останавливать, регулировать/модифицировать и т.д. работу блока/насосной системы 5 должным образом отовсюду, где есть доступ к облачному средству. Это позволяет пользователю/оператору осуществлять гибкий контроль состояния блока/насосной системы 5, не будучи привязанным к какому-либо конкретному местоположению. Пользователь/оператор может также удаленно управлять блоком/насосной системой 5 и вносить требуемые изменения в настройки насосной системы. Специалистам в данной области техники очевидно, что, как только корректировки пользователя/оператора внесены, привод VFD/VSD может осуществлять модифицированную или отрегулированную функцию управления для эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

На фиг. 4 показано, как интегрирование датчиков позволяет связать блок/насосную систему 5 с программируемым устройством 31 контроля состояния (CMSD, Consition Monitoring Software Device) для осуществления контроля состояния насосной системы. Это программируемое устройство может быть реализовано для контроля состояния блока/насосной системы 5 и сравнения этой информации о состоянии с ретроспективными данными с обеспечением проведения прогнозирующего/предписывающего анализа для пользователя/оператора, позволяющего сделать определения относительно обслуживания блока/насосной системы 5. Это позволяет пользователю/оператору обслуживать насос 2, не допуская доведение его до состояний, которые ранее привели бы к его отказу и дорогостоящей остановке с целью необходимого обслуживания. Проще говоря, контроль состояния обеспечивает сбор данных из блока/насосной системы 5 и пропускание этих данных через алгоритм, обеспечивающий их анализ, при котором ретроспективные данные сравнивают с текущим состоянием. Этот анализ позволяет сказать, изменилось ли состояние, а также отклонились ли блок/насосная система 5 от их нормального рабочего состояния. Затем пользователь/оператор может получить обновленные данные и отчет, позволяющий понять состояние блока/насосной системы 5. Кроме того, достигается экономия, поскольку техническое обслуживание проводят до возникновения серьезных механических проблем, и оно носит упреждающий характер, а не постфактум. Это позволяет пользователю/оператору заранее проводить соответствующее обслуживание блока/насосной системы 5.

На фиг. 4 контроллер PLC, система сбора данных и модем 10 сконфигурированы так, чтобы соединять центральный сервер CDBS 32 базы данных, например, с насосным узлом 15 и обмениваться сигналами данных/конфигурации для реализации настоящего изобретения. Центральный сервер CDBS 32 базы данных может быть связан/соединен с различными типами компонентов, например, включая мобильный телефон 33, лэптоп 27 и планшет 28 - для приема и передачи сигналов для мобильного пользователя/оператора/монитора. Центральный сервер CDBS 32 базы данных может также быть связан/соединен с различными другими типами компонентов, например, включая лэптоп 27, для обмена сигналами данных/конфигурации, а также с программируемым устройством CMSD 31 контроля состояния для приема/обмена сигналами данных из насоса 2 и передачи/обмена результатами анализа, - все это согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 5 и 6 показаны различные насосные блоки/системы с фиксированно установленными приводами VFD/VSD 12 и любым технологическим сенсорным оборудованием, которое будет интегрировано в насосный узел. Например, на фиг. 5 показана насосная система 5, имеющая насосный узел с насосом 2, подшипниковым узлом 19, валом 20, соединительным устройством 18 и двигателем 17, установленными/сконфигурированными на основании 1. У основания 1 имеется опорная стойка 34, идущая от него вертикально, например, несущая сенсорную панель 35 управления и привод VFD/VSD 12. Например, сенсорная панель 35 управления может содержать контроллер PLC, систему сбора данных и модем 10. На фиг. 6 показаны различные насосные блоки/системы со встроенной компоновкой/конфигурацией VFD/VSD.

Фиг. 7: Реализация функции обработки сигнала

Например, на фиг. 7 показан контроллер PLC, система сбора данных и модем 10 согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, например, содержащие сигнальный процессор или процессорный модуль 10а, сконфигурированный, чтобы выполнить по меньшей мере следующее:

обеспечить передачу сигналов сбора данных PLC и прием интегрированных сигналов сбора данных, например, назад от двигателя, насоса и датчиков подшипникового узла, а также из VFD/VSD,

обеспечить передачу сигналов модема сбора данных PLC, которые содержат эксплуатационные данные, в Интернет и/или в облачное средство, чтобы обеспечить удаленный ручной контроль насосной системы, например, в ответ на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из Интернета и/или облачного средства, и

обеспечить передачу сигналов управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью, например, в ответ на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из облачного средства или Интернета.

При работе сигнальный процессор или процессорный модуль могут быть сконфигурированы так, чтобы обеспечить выдачу соответствующих сигналов в качестве сигналов управления. Соответствующие сигналы могут содержать информацию, используемую для управления насосной жидкостной системой.

Сигнальный процессор или процессорный модуль 10а могут быть сконфигурированы в системе сбора данных PLC или являться ее частью, которая, например, может содержать или быть выполнена с возможностями формируемого там управления VFD/VSD.

Например, функции контроллера PLC, системы сбора данных и модема 10 могут быть осуществлены с использованием аппаратных средств, программного обеспечения, встроенных программ или их комбинации. В типичной реализации программного обеспечения контроллер PLC, система сбора данных и модем 10 содержат одну или большее количество основанных на микропроцессорах архитектур, например, по меньшей мере один сигнальный процессор или микропроцессор в качестве элемента 10а. Специалистам в данной области техники очевидны способы программирования подходящего программного кода на основе микроконтроллера или микропроцессора для выполнения функций, описанных здесь, без чрезмерного экспериментирования. Например, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а могут быть сконфигурированы специалистом в данной области техники без избыточного экспериментирования и могут обеспечить выдачу сигналов сбора данных PLC и прием интегрированных сигналов сбора данных, например, в обратном направлении от двигателя, насоса и подшипникового узла, а также из VFD/VSD согласно настоящему описанию.

Кроме того, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а могут быть сконфигурированы, например, специалистом в данной области техники без избыточного экспериментирования и могут обеспечить выдачу сигналов модема сбора данных PLC, которые экспортируют эксплуатационные данные в Интернет, обеспечивая удаленный ручной контроль насосной системы, например, в ответ на сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из облачного средства, согласно настоящему описанию. Например, интегрированные сигналы сбора данных, принятые из интегрированных датчиков, могут храниться в памяти и передаваться в облачное средство время от времени или в ответ на сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из облачного средства, согласно настоящему описанию.

Кроме того, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а могут быть сконфигурированы, например, специалистом в данной области техники без избыточного экспериментирования, чтобы обеспечить выдачу сигналов управления PLC для управления VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью, например, в ответ на сигналы управления VFD/VSD, принятые из облачного средства, согласно настоящему описанию.

Объем изобретения не ограничивается любой конкретной его реализацией с использованием технических решений, известных сегодня или разработанных в будущем. Предполагается, что объем изобретения охватывает осуществление функций процессоров 10а как автономных процессоров, сигнальных процессоров или сигнальных процессорных модулей, а также как отдельных процессорных модулей или процессоров или же некоторой их комбинации.

Контроллер PLC, система сбора данных и модем 10 могут также содержать, например, другие схемы сигнальных процессоров или компоненты 10b, включая модуль памяти с произвольным доступом RAM и/или постоянную память ROM, устройства ввода-вывода и управления и шины данных и адресов, соединяющие перечисленные элементы, и/или по меньшей мере один процессор ввода и по меньшей мере один процессор вывода, как, например, очевидно специалисту в данной области техники.

Возможные приложения

Примеры возможных приложений изобретения могут включать: системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), системы подачи питьевой воды, системы пожаротушения и т.д.

Объем изобретения

Кроме того, все варианты выполнения настоящего изобретения, показанные и подробно описанные здесь, даны только для примера, и не предполагается, что объем изобретения ограничен конкретными конфигурациями, размерами и/или деталями конструкции входящих в него частей или элементов. Другими словами, специалистам в данной области техники очевидно, что могут быть сделаны конструктивные изменения в этих вариантах выполнения настоящего изобретения, и, таким образом, полученные в результате варианты выполнения настоящего изобретения могут отличаться от вариантов выполнения настоящего изобретения, раскрытых здесь, но все еще будут находиться в пределах сущности настоящего изобретения.

Подразумевается, что, если не указано иное, любые из признаков, характеристик, альтернатив или изменений, описанных в контексте конкретного варианта выполнения настоящего изобретения, могут также быть применены, использованы или объединены с любым другим вариантом выполнения настоящего изобретения, описанным здесь.

Хотя изобретение было описано и проиллюстрировано на примере вариантов его выполнения, можно сделать различные добавления к нему и изъятия из него в пределах сущности настоящего изобретения.

Насосная система содержит насос, двигатель, подшипниковый узел, интегрированную систему сбора данных и объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем. Насос соединен с насосным валом, который реагирует на усилие насосного вала и перекачивает жидкость. Двигатель соединен с насосным валом, реагирует на сигналы управления VFD/VSD и выдает усилие на насосный вал, чтобы привести его в движение. Подшипниковый узел содержит подшипник насосного вала, установленный на этом валу, и соединяет насос и двигатель. Регулируемый по частоте/скорости привод (VFD/VSD) принимает сигналы управления PLC и обеспечивает выдачу сигналов управления VFD/VSD для привода двигателя. Интегрированная система сбора данных реагирует на сигналы сбора данных PLC и обеспечивает сигналы интегрированной системы сбора данных, содержащие информацию об интегрированном наборе параметров насосной системы, связанных с насосом, подшипниковым узлом, двигателем и приводом VFD/VSD в насосной системе. Объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем обеспечивают сбор данных PLC и обеспечивают выдачу интегрированных сигналов модема сбора данных PLC, экспортирующих параметры в Интернет для обеспечения удаленного ручного контроля насосной системы и передачу сигналов управления PLC для управления приводами VFD/VSD и управления насосной системой как управляемой системой с обратной связью. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Насосная система, содержащая:

насос, соединенный с насосным валом и сконфигурированный так, чтобы, в ответ на приложенное к насосному валу усилие, перекачивать жидкость;

двигатель, соединенный с насосным валом и сконфигурированный так, чтобы в ответ на сигналы управления регулируемого по частоте/скорости привода (VFD/VSD) обеспечить приложение усилия к насосному валу для привода насосного вала;

подшипниковый узел, имеющий подшипник, в котором установлен насосный вал, и сконфигурированный для соединения насоса и двигателя;

привод VFD/VSD, сконфигурированный для приема сигналов управления PLC и выдачи сигналов управления VFD/VSD для привода двигателя;

интегрированную систему сбора данных, сконфигурированную так, чтобы реагировать на сигналы сбора данных PLC и выдавать сигналы интегрированной системы сбора данных, содержащие информацию об интегрированном наборе параметров насосной системы, относящихся к насосу, подшипниковому узлу, двигателю и приводу VFD/VSD в насосной системе; и

объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем, сконфигурированные так, чтобы:

обеспечивать передачу сигналов сбора данных PLC и прием интегрированных сигналов сбора данных,

обеспечивать передачу сигналов модема сбора данных PLC, которые содержат эксплуатационные данные, включая интегрированные сигналы сбора данных, в Интернет и/или в облачное средство, чтобы обеспечить удаленный ручной контроль насосной системы, и

обеспечивать передачу сигналов управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

2. Насосная система по п. 1, в которой интегрированная система сбора данных содержит интегрированные датчики, содержащие:

датчики давления, температуры и расхода, соединенные с насосом и сконфигурированные так, чтобы в ответ на сигналы сбора данных PLC обеспечить сигналы интегрированных датчиков давления, температуры и расхода, содержащие информацию об одном или большем количестве значений давления, температуры или расхода, измеренных относительно насоса;

датчики температуры и вибрации подшипникового узла, соединенные с подшипниковым узлом и сконфигурированные так, чтобы в ответ на сигналы сбора данных PLC обеспечить сигналы интегрированных датчиков температуры и вибрации подшипникового узла, содержащие информацию об одном или большем количестве значений температуры или вибрации, измеренных относительно подшипникового узла; и

датчики температуры и вибрации двигателя, соединенные с двигателем и сконфигурированные так, чтобы в ответ на сигналы сбора данных PLC обеспечить сигналы интегрированных датчиков температуры и вибрации двигателя, содержащие информацию об одном или большем количестве значений температуры или вибрации, измеренных относительно двигателя.

3. Насосная система по п. 2, содержащая:

массив устройств связи, содержащих одно или большее количество устройств на основе диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), компьютерных устройств, устройств на основе усовершенствованных измерительных инфраструктур (AMI), устройств на основе открытых платформ связи (ОРС), регистраторов данных, при этом

интегрированные датчики в насосе, двигателе, подшипниковом узле связаны посредством объединенных программируемого логического контроллера (PLC), средства сбора данных и модема с массивом устройств связи.

4. Насосная система по п. 1, в которой привод VFD/VSD сконфигурирован так, чтобы в ответ на сигналы сбора данных PLC обеспечить сигнал сбора данных VFD/VSD, включая передачу сигналов управления VFD/VSD назад в объединенные программируемый логический контроллер, средство сбора данных и модем.

5. Насосная система по п. 1, которая сконфигурирована для связи с облачным средством и/или Интернетом для удаленного контроля и управления, включая ситуацию, когда насосная система является частью здания, а облачное средство и/или Интернет содержат систему управления зданием для удаленного контроля и управления насосной системой.

6. Насосная система по п. 1, в которой объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем сконфигурированы так, чтобы в ответ на облачные сигналы запроса модема сбора данных PLC, принятые из облачного средства и/или Интернета, обеспечить сигналы модема сбора данных PLC, которые экспортируют эксплуатационные данные в облачное средство и/или Интернет, обеспечивая удаленный ручной контроль насосной системы.

7. Насосная система по п. 6, которая содержит облачный контроллер VFD/VSD, сконфигурированный для приема сигналов модема сбора данных PLC и передачи облачных сигналов управления VFD/VSD, содержащих информацию для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

8. Насосная система по п. 1, в которой объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем сконфигурированы так, чтобы в ответ на облачные сигналы управления VFD/VSD, принятые из облачного средства и/или Интернета, передавать сигналы управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.

9. Насосная система по п. 5, в которой система управления зданием сконфигурирована так, чтобы принимать пользовательские команды, включая команды для запуска, остановки или регулировки некоторой части насосной системы.

10. Насосная система по п. 5, в которой система управления зданием сконфигурирована так, чтобы принимать пользовательские команды, включая команды, позволяющие пользователю контролировать время работы, скорость насоса и/или давление в насосной системе.

11. Насосная система по п. 1, которая соединена с устройством контроля состояния насосной системы, сконфигурированным так, чтобы принимать сигналы модема сбора данных PLC и выдавать сигналы контроля состояния насосной системы, содержащие информацию о контроле состояния и результаты анализа состояния насосной системы, включая выдачу прогнозирующего/предписывающего контроля состояния насоса и посылку сигнала тревоги или запросов на обслуживание.

12. Насосная система по п. 11, в которой устройство контроля состояния насосной системы сконфигурировано так, чтобы осуществлять контроль состояния насоса, двигателя или подшипникового узла и сравнивать это состояние с ретроспективными данными для насоса, двигателя или подшипникового узла, обеспечивая прогнозирующий/предписывающий анализ для пользователя, чтобы он мог принять решения относительно обслуживания насоса, двигателя или подшипникового узла.

13. Насосная система по п. 1, которая содержит или имеет форму системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), системы подачи питьевой воды, системы пожаротушения или системы обслуживания здания.

14. Облачная система контроля и управления насосной системой для удаленного контроля и управления по меньшей мере одним насосом, содержащая:

по меньшей мере один насос, имеющий регулируемый по скорости привод (VSD) и интегрированные датчики для контроля параметров насоса и для выдачи сигналов интегрированных датчиков, содержащих информацию о параметрах насоса, измеренных для указанного по меньшей мере одного насоса, включая время работы, скорость и давление в системе;

двунаправленную сеть для передачи сигналов интегрированных датчиков и для приема сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для указанного по меньшей мере одного насоса; и

удаленный облачный сервер, имеющий базу ретроспективных данных, содержащую ретроспективные данные о параметрах насоса для указанного по меньшей мере одного насоса, и сконфигурированный так, чтобы принимать сигналы интегрированных датчиков, сравнивать принятые параметры насоса с ретроспективными данными о параметрах насоса, хранящимися для каждого указанного по меньшей мере одного насоса, и обеспечивать передачу сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для указанного по меньшей мере одного насоса в системе управления с обратной связью, что позволяет удаленному пользователю осуществлять ручной контроль с использованием прогнозирующих/предписывающих алгоритмов контроля, включая запуск или остановку указанного по меньшей мере одного насоса, и, при необходимости, подачу сигнала тревоги или запросов на обслуживание.

15. Облачная система по п. 14, в которой указанный по меньшей мере один насос содержит множество насосов.

16. Облачная система по п. 14, в которой двунаправленная сеть содержит устройство диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), соединенное с указанным по меньшей мере одним насосом, и устройство усовершенствованной измерительной инфраструктуры (AMI), соединенное с устройством SCADA, для обеспечения облачных сигналов SCADA/AMI для передачи сигналов интегрированных датчиков и для приема сигналов удаленного управления регулируемого по скорости привода для управления регулируемым по скорости приводом для указанного по меньшей мере одного насоса.