СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОЖЕСТВОМ НАСОСОВ И КОМПЬЮТЕРНО-ЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ С ИНСТРУКЦИЕЙ ПО ИСПОЛНЕНИЮ СПОСОБА Российский патент 2022 года по МПК F04D15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

[1] Настоящее изобретение относится, в целом, к системам управления и способам управления для множества насосов, в частности, к множеству центробежных насосов с регулируемой скоростью, например, как части системы подкачивающего насоса. Такое множество насосов может быть использовано в насосной станции сети водоснабжения или для повышения давления в высотных зданиях.

Уровень техники

[2] Типично, насосная станция сети водоснабжения может содержать множество идентичных или различных насосов, установленных параллельно друг другу, чтобы предоставлять требуемый расход Q текучей среды и/или напор Δp (перепад давления). Общей целью для системы управления является работа системы с множеством насосов настолько энергоэффективно, насколько возможно. Для того, чтобы выполнять это, система управления обычно является приспособленной для настройки числа работающих насосов и скорости, с которой работающие насосы должны работать.

[3] Например, US 7,480,544 B2 описывает систему энергоэффективных и имеющих постоянное давление машин для транспортировки текучей среды, соединенных параллельно для снабжения трубопроводной системы с известными узлами и участками труб.

[4] US 2003/0235492 A1 относится к способу и устройству для автоматического управления множеством насосов, работающих либо параллельно, либо последовательно.

[5] US 2015/0148972 A1 описывает устройство и способ для управления многоступенчатыми центробежными насосами с определенным числом насосов с наименьшим энергопотреблением.

[6] Все из известных систем управления или способов требуют сохраненного предварительного знания характеристик насоса, предоставляемых производителем насоса. Однако, вследствие производственных допусков, износа и/или загрязнения, реальные текущие характеристики насоса могут отличаться от сохраненной информации в логике управления. Характеристики насоса могут изменяться со временем.

[7] EP 3 428 452 A1 описывает решение для поиска лучшего подмножества насосов для работы системы с множеством насосов посредством запуска нескольких циклов конфигурации. Однако, запуск нескольких циклов конфигурации занимает значительное время и, главным образом, требуют измерения и наблюдения за перепадом Δp давления.

[8] Следовательно, технической проблемой настоящего изобретения является предоставление системы управления множеством насосов, которая является приспособленной для более быстрого определения, без сохраненного предварительного знания характеристик насоса и без необходимости измерения и наблюдения за перепадом Δp давления или расходом Q, энергоэффективного числа работающих насосов в некотором диапазоне точек нагрузки.

Техническим результатом является быстрое определение энергоэффективного числа работающих насосов без необходимости измерения и наблюдения за перепадом Δp давления или расходом Q.

Сущность изобретения

[9] В отличие от известных систем управления множеством насосов варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют систему управления и способ для решения вышеупомянутой проблемы.

[10] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставляется система управления множеством насосов, содержащая

- модуль управления,

- модуль обработки,

- интерфейс связи, и

- модуля хранения,

при этом модуль управления конфигурируется, чтобы изменять число n работающих насосов системы с множеством насосов, при этом интерфейс связи конфигурируется, чтобы принимать сигнал, указывающий потребление P мощности, и информацию о скорости , по меньшей мере, одного из n работающих насосов перед и после, по меньшей мере, двух различных изменений числа n работающих насосов, при этом модуль обработки конфигурируется, чтобы определять, перед и после, по меньшей мере, двух различных изменений числа n работающих насосов, в отсутствие измерения перепада Δp давления и расхода Q, по меньшей мере, две аппроксимированные характеристики и , при этом каждая из аппроксимированных характеристик и насоса однозначно определяется парой параметров (), при этом модуль управления конфигурируется, чтобы хранить пару параметров () для каждой из определенных аппроксимированных характеристик и насоса.

[11] Давление на выпуске системы с множеством насосов часто является известным или регулируемым до заданного значения, но давление на впуске часто является неизвестным, так что перепад Δp давления между давлением на впуске и давлением на выпуске часто является неизвестным. Упомянутая система управления множеством насосов, однако, является приспособленной для быстрого определения, без необходимости измерения и наблюдения за перепадом Δp давления, энергоэффективного числа работающих насосов в некотором диапазоне точек нагрузки. Также не существует необходимости в расходомере, чтобы измерять расход Q. Предпочтительно, все насосы системы с множеством насосов могут считаться идентичными по типу, размеру и производительности. Система с множеством насосов может содержать любое число из двух или более насосов.

[12] Предпочтительно, текущее потребление P мощности измеряется, по меньшей мере, для одного из n работающих насосов и предоставляется в систему управления в форме сигнала, который указывает потребляемую в настоящий момент мощность P. Система управления может принимать информацию о текущей скорости , по меньшей мере, одного из работающих насосов в форме абсолютного или относительного значения, которое может быть измеренным или заданным значением скорости. Например, информация о скорости может быть предоставлена как процентное значение максимальной скорости насоса.

[13] Предпочтительно, модуль обработки может быть сконфигурирован для использования масштабированного расхода и масштабированного перепада давления для получения пар параметров (). Отметим, что тильда "~" над переменной должна указывать в данном документе, что эта переменная является масштабированной. Предпочтительно, масштабированный расход и масштабированный перепад давления являются масштабированными таким способом, что достигается нормализация, которая уменьшает число параметров до упомянутых пар параметров ().

[14] Предпочтительно, скорость каждого насоса регулируется посредством модуля контроллера переменной частоты (VFC), являющегося частью или присоединенного к каждому насосу, при этом, по меньшей мере, один датчик предоставляет управляющий сигнал в качестве значения обратной связи в замкнутом контуре управления системы с множеством насосов для того, чтобы запускать некоторое число насосов с некоторой скоростью, чтобы устанавливать устойчивую целевую производительность. Например, устойчивое целевое давление на выпуске может быть установлено посредством получения давления на выпуске, измеряемого посредством датчика давления на выпуске, и управления системой с множеством насосов в замкнутом контуре регулирования давления. Альтернативно, или в дополнение, система с множеством насосов может быть использована для установления устойчивой целевой температуры с помощью обратной связи по температуре от датчика температуры.

[15] Предпочтительно, можно предположить, что некоторое число идентичных работающих насосов работают с общим минимальным потреблением энергии, когда все работающие насосы работают с одинаковой скоростью. Система управления множеством насосов является приспособленной для принятия решения по наиболее энергоэффективному числу работающих насосов предпочтительно посредством сравнения фактического суммарного потребления мощности n работающих насосов с ранее спрогнозированным суммарным потреблением мощности m работающих насосов. Если , тогда число работающих насосов изменяется с n на m. Фактическое суммарное потребление мощности , при этом P является фактическим потреблением мощности одного работающего насоса, может быть фактическим значением, предоставленным посредством одного или более VFC работающих насосов.

[16] Необязательно, для определения или обновления пар параметров ( ), по меньшей мере, два различных изменения числа n работающих насосов могут отличаться друг от друга числом n работающих насосов перед и после соответствующего изменения и/или точкой нагрузки во время соответствующего изменения, при этом точка нагрузки определяется по потреблению P мощности и/или скорости ω, по меньшей мере, одного из n работающих насосов.

[17] Необязательно, аппроксимированные характеристики и насосов могут быть определены по формулам и , при этом обозначает масштабированный аппроксимированный расход с являющимся коэффициентом масштабирования, при этом , обозначают первую пару упомянутых параметров, а , обозначают вторую пару упомянутых параметров. Предпочтительно, функционирует как коэффициент нормализации для уменьшения числа параметров, необходимых для аппроксимации одной из характеристик насоса, с трех до двух.

[18] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован для определения таких пар параметров ( ), для которых разница между фактическим суммарным потреблением мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m и ранее спрогнозированным суммарным потреблением мощности является минимальным. Прогнозируемое потребление мощности для работающих m насосов в будущем может быть функцией текущего потребления мощности в работающих в настоящий момент n насосах, текущей скорости насоса, текущего числа n работающих насосов и будущего числа m работающих насосов после включения/выключения насоса. В некоторых вариантах осуществления способа управления и системы, описанных в данном документе, функция прогнозирования может быть картой, определенной посредством нейронной сети или другого многоэлементного анализа. Предпочтительная реализация для может быть основана на ранее определенных парах параметров ( ), определяющих характеристики и насоса. Однако, функция прогнозирования может принимать больше параметров во внимание для предоставления прогнозируемого суммарного потребления мощности .

[19] Необязательно, модуль управления может быть сконфигурирован для работы системы с множеством насосов с числом n работающих насосов со скоростью , имеющих, по меньшей мере, суммарное потребление мощности в требуемой точке нагрузки при условии, что скорость лежит между предварительно определенной максимальной скоростью и предварительно определенной минимальной скоростью n работающих насосов.

[20] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы подтверждать достоверность пары параметров (), прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров () подтверждаются достоверными, если параметры удовлетворяют предварительно определенным критериям подтверждения достоверности.

[21] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы подтверждать достоверность пары параметров () во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса.

[22] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы подтверждать достоверность пары параметров (), прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров () подтверждаются достоверными, если фактическое суммарное потребление мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m лежит в диапазоне около ранее спрогнозированного суммарного потребления мощности .

[23] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы определять, по меньшей мере, один параметр во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса, прежде чем он начинает/прекращает вносить свой вклад в суммарный расход Q.

[24] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы подтверждать достоверность пары параметров (), только если, по меньшей мере, один параметр значительно изменился во время повышения/замедления, по меньшей мере, одного насоса.

[25] Необязательно, модуль обработки может быть сконфигурирован, чтобы регулярно, периодически или время от времени обновлять пары параметров ().

[26] Необязательно, интерфейс связи может быть сконфигурирован, чтобы инициировать предупреждение об отсутствии потока, если фактическое суммарное потребление мощности удовлетворяет формуле , при этом определяет пороговое значение для предупреждения.

[27] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляется способ для управления системой с множеством насосов, при этом способ содержит следующие этапы:

- изменение числа n работающих насосов системы с множеством насосов,

- прием сигнала, указывающего потребление мощности P, и информации о скорости , по меньшей мере, одного из n работающих насосов перед и после, по меньшей мере, двух различных изменений числа n работающих насосов,

- определение, перед и после, по меньшей мере, двух различных изменений числа n работающих насосов, в отсутствие измерения дифференциального давления Δp и расхода Q, по меньшей мере, двух аппроксимированных характеристик и насоса, при этом каждая из аппроксимированных характеристик и насоса однозначно определяется парой параметров (), и

- сохранение пары параметров () для каждой из определенных аппроксимированных характеристик и насоса.

[28] Необязательно, по меньшей мере, два различных изменения числа n работающих насосов могут отличаться друг от друга числом n работающих насосов перед и после соответствующего изменения и/или точкой нагрузки во время соответствующего изменения, при этом точка нагрузки определяется по потреблению мощности P и/или скорости ω, по меньшей мере, одного из n работающих насосов.

[29] Предпочтительно, масштабированный расход и масштабированный перепад давления могут быть использованы для получения повторной параметризации аппроксимированных характеристик и насоса, при этом ни фактический расход Q, ни фактический перепад Δp давления не измеряется, определяется или оценивается.

[30] Необязательно, аппроксимированные характеристики и насосов могут быть определены по формулам и , при этом обозначает масштабированный аппроксимированный расход с являющимся коэффициентом масштабирования, при этом , обозначают первую пару упомянутых параметров, а , обозначают вторую пару упомянутых параметров.

[31] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап определения пар параметров (), для которых разница между фактическим суммарным потреблением мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m и ранее спрогнозированным суммарным потреблением мощности является минимальной.

[32] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап работы системы с множеством насосов с числом n работающих насосов со скоростью , имеющих, по меньшей мере, суммарное потребление мощности в требуемой точке нагрузки при условии, что скорость лежит между предварительно определенной максимальной скоростью и предварительно определенной минимальной скоростью n работающих насосов.

[33] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап подтверждения достоверности пар параметров (), прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров () подтверждаются достоверными, если параметры удовлетворяют предварительно определенным критериям подтверждения достоверности.

[34] Необязательно, пары параметров () могут быть подтверждены достоверными во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса.

[35] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап подтверждения достоверности пар параметров (), прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров () подтверждаются достоверными, если фактическое суммарное потребление мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m лежит в диапазоне около ранее спрогнозированного суммарного потребления мощности .

[36] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап определения, по меньшей мере, одного параметра во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса, прежде чем он начинает/прекращает вносить вклад в суммарный расход Q.

[37] Необязательно, пары параметров () могут быть подтверждены достоверными, только если, по меньшей мере, один параметр значительно изменился во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса.

[38] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап регулярного, периодического или время от времени обновления пар параметров ().

[39] Необязательно, способ может дополнительно содержать этап инициирования предупреждения об отсутствии потока, если фактическое суммарное потребление мощности удовлетворяет формуле , при этом определяет пороговое значение предупреждения.

[40] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляется компьютерно-читаемый носитель с инструкциями для исполнения способа, описанного выше.

[41] Способ, описанный выше, может реализовываться в форме компилированного или некомпилированного программного кода, который сохраняется на машиночитаемом носителе с инструкциями для осуществления способа. Альтернативно или помимо этого, способ может осуществляться посредством программного обеспечения в облачной системе, т.е. один или более модулей системы средств управления, в частности, модуль обработки, могут реализовываться в облачной системе.

Краткое описание чертежей

[42] Варианты осуществления настоящего изобретения будут сейчас описаны посредством примера со ссылкой на следующие чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает схематично сеть подачи текучей среды, снабжаемую системой с множеством насосов, управляемой посредством примера системы управления множеством насосов согласно настоящему изобретению;

Фиг. 2 показывает теоретические PQ-диаграммы для работы системы с множеством насосов с одним, двумя или тремя работающими насосами, при этом давление на выпуске регулируется, чтобы быть постоянным, а давление на впуске, как предполагается, должно быть постоянным;

Фиг. 3 показывает схематично два примера схем управления способа управления согласно настоящему изобретению;

Фиг. 4 показывает параметр и потребление мощности P в произвольных единицах измерения как функцию скорости ω насоса (в процентном значении максимальной скорости) по времени t;

Фиг. 5 показывает теоретические PQ-диаграммы для работы системы с множеством насосов с одним или двумя насосами при ограничении максимальной скорости насоса; и

Фиг. 6 показывает схематично дополнительные примеры схемы ступенчатого регулирования способа управления согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

[43] Фиг. 1 показывает сеть 1 подачи текучей среды, снабжаемую посредством системы 3 с множеством насосов из трех насосов 3a, 3b, 3c. Сеть 1 подачи текучей среды может, например, быть нагревательным или охлаждающим контуром. Сеть 1 подачи текучей среды не должна быть замкнутым контуром. Она может содержать два резервуара, при этом система 3 с множеством насосов устанавливается для перекачивания текучей среды, например, воды из одного резервуара в другой. В этом примере насосы 3a, 3b, 3c системы 3 с множеством насосов устанавливаются параллельно. Насосы 3a, 3b, 3c этого примера также номинально имеют одинаковый тип и размер. Для каждого из насосов 3a, 3b, 3c существует ассоциированный клапан 4a, 4b, 4c, размещенный в сети 1 подачи текучей среды для предотвращения обратного потока через неработающий насос. Такая система 3 с множеством насосов может называться подпитывающей системой, которая является приспособленной для обеспечения широкого диапазона мощности перекачки в зависимости от текущей потребности в расходе в сети 1 подачи текучей среды.

[44] Система 5 управления множеством насосов, содержащая модуль 7 управления, модуль 9 обработки, интерфейс 11 связи и модуль 13 хранения, находится в непосредственном или опосредованном, беспроводном или проводном коммуникационном соединении с блоками VFC₁, VFC₂, VFC₃ управления переменной частоты соответствующих насосов 3a, 3b, 3c. Интерфейс 11 связи конфигурируется, чтобы отправлять сигналы к и принимать сигналы от блоков VFC₁, VFC₂, VFC₃ управления переменной частоты через двухстороннюю линию 15 связи. Линия 15 связи может быть шиной, как показано на фиг. 1, или множеством отдельных линий связи между системой 5 управления и блоками VFC₁, VFC₂, VFC₃ управления переменной частоты. Кроме того, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, существует сигнальное соединение 17 между системой 5 управления и датчиком 19 давления на выпуске. Датчик 19 давления на выпуске размещается в сети 1 подачи текучей среды для измерения суммарного давления на выпуске системы 3 с множеством насосов, состоящей из трех насосов 3a, 3b, 3c.

[45] Модуль 9 обработки конфигурируется, чтобы обрабатывать принятые сигналы и выполнять вычисления на основе принятых сигналов. Сигналы могут быть приняты интерфейсом 11 связи от блоков VFC₁, VFC₂, VFC₃ управления переменной частоты через линию 15 связи и/или от датчика 19 давления на выпуске через сигнальное соединение 17. Модуль 13 хранения конфигурируется, чтобы хранить результаты вычислений, выполняемых модулем 9 обработки.

[46] Модуль 7 управления конфигурируется, чтобы управлять работой насосов 3a, 3b, 3c на основе сохраненных результатов, отправляя команды через интерфейс 11 связи по двухсторонней линии 15 связи блокам VFC₁, VFC₂, VFC₃ управления переменной частоты. Следует отметить, что модуль 7 управления, модуль 9 обработки, интерфейс 11 связи и модуль 13 хранения могут быть физически распределены по системе 5 управления, которая предпочтительно содержится в одном блоке управления, например, компьютерном устройстве, содержащем CPU, постоянное или временное хранилище данных и сетевое соединение. Альтернативно, некоторые или все модули 7, 9, 11, 13 могут быть размещены в физически отдельных блоках, находящихся в сигнальном соединении друг с другом. Два или более модулей могут быть объединены в объединенный модуль, так что функциональность более чем одного модуля может быть обеспечена посредством такого объединенного модуля.

[47] Фиг. 2 показывает теоретическую диаграмму суммарной потребляемой мощности P как функцию суммарного обеспечиваемого расхода Q для трех вариантов работы системы 3 множества насосов с одним, двумя или тремя из трех насосов 3a, 3b, 3c, при этом давление на выпуске регулируется, чтобы быть постоянным, а давление на впуске, как предполагается, должно быть постоянным. При этом, предполагается, что все три насоса 3a, 3b, 3c являются идентичными, и что только число n работающих насосов имеет значение, а не конкретный насос из трех насосов 3a, 3b, 3c. Как может быть видно из примера, показанного на фиг. 2, здесь наиболее энергоэффективной является работа системы 3 множества насосов только с одним насосом, если необходим расход Q меньше 6 м³/ч. Потребность расхода между 6 и 11 м³/ч предпочтительно удовлетворяется посредством работы двух насосов, а расход выше 11 м³/ч наилучшим образом обеспечивается наиболее энергоэффективно посредством трех насосов. Таким образом, существуют две оптимальные точки переключения при суммарном потреблении мощности 0,95 кВт и 1,62 кВт, соответственно, для переключения с работы одного насоса на работу двух насосов и для переключения с работы двух насосов на работу трех насосов, соответственно. Однако, теоретическая модель, показанная на фиг. 2, предполагает знание суммарного расхода Q, которое часто является недоступным в отсутствие расходомера. Если давление на впуске в систему 3 множества насосов также является неизвестным, также не существует возможности рассчитать суммарный расход Q на основе перепада Δp давления. Кроме того, давление на впуске может изменяться со временем, которое будет сдвигать оптимальные точки переключения, когда перепад Δp давления изменяется в неизвестное значение. Таким образом, существует необходимость автоматически обновлять "знание об оптимальных точках переключения" всякий раз, когда давление на впуске изменилось.

[48] Настоящее изобретение предоставляет решение, чтобы быстро и надежно находить наилучшие точки переключения для включения/выключения насоса в отсутствие измерения суммарного расхода Q или перепада Δp давления. Способ управления и система, описанные в данном документе, предоставляют быстрый и надежный способ прогнозировать суммарное потребление мощности , если система 3 множества насосов работала с m насосов вместо работающих в настоящий момент n насосов, при этом или . Прогнозируемое суммарное потребление мощности может быть использовано для сравнения его с фактическим текущим потреблением мощности , чтобы решать, является ли более энергоэффективной работа с m насосов вместо n насосов.

[49] Суммарное потребление мощности для работы n насосов может быть спрогнозировано на основе общей модели. Эта общая модель может быть обозначена в форме следующих формул:

,

где Q - это суммарный расход через систему 3 с множеством насосов, - это скорость n работающих насосов, - это перепад давления, обеспечиваемый n работающими насосами. Кроме того, и - это параметры модели, которые моделируют рабочую производительность одного из насосов 3a, b,c системы 3 с множеством насосов, показанной на фиг. 1. Идеей изобретения является то, как использовать масштабирование для прогнозирования суммарного потребления мощности независимо от текущей точки нагрузки, определенной текущим суммарным расходом Q. Таким образом, параметры модели могут постоянно или регулярно обновляться, даже если точка нагрузки, например, определенная по суммарному расходу Q, изменяется между прогнозами. Кроме того, масштабирование используется для уменьшения числа параметров модели, необходимых для прогнозирования. Например, суммарный расход Q может быть масштабирован по параметру модели, как следует ниже, чтобы повторно параметризировать характеристики насоса с помощью "масштабированного расхода" :

.

Аналогично, перепад Δp давления может быть масштабирован по параметрам и модели, как следует ниже, чтобы получать "масштабированный перепад давления"

:

.

Это приводит в результате к масштабированной параметризации модели, которая следует ниже:

,

.

[50] В вышеописанной масштабированной параметризации модели масштабированный расход и масштабированный перепад давления являются неизвестными переменными, а и являются парами параметров модели. Таким образом, посредством масштабирования, число параметров было уменьшено с шести до четырех. Является возможным сформулировать проблему оптимизации, которая минимизирует разницу между прогнозируемым потреблением мощности после изменения с n работающих насосов на m работающих насосов и фактическим потреблением мощности при работе с m насосами. Проблема оптимизации может быть сформулирована следующим образом

при этом прогнозируемое потребление мощности

для работы m насосов в будущем является функцией текущего потребления мощности в работающих в настоящий момент n насосах, текущей скорости насоса, текущего числа n работающих насосов и будущего числа m работающих насосов после включения/отключения насоса. В некоторых вариантах осуществления способа управления и системы, описанных в данном документе, может быть картой, определенной посредством нейронной сети или другого многоэлементного анализа. Предпочтительная реализация может быть основана на ранее определенных характеристиках насоса и может быть получена посредством следующего набора уравнений. Такая реализация является особенно интересной, поскольку она зависит только от нескольких параметров и, следовательно, сходится очень быстро:

,

,

,

.

После того как пары параметров и модели определены, прогнозируемое потребление мощности может быть сравнено с текущим потреблением мощности, чтобы решать, является ли более эффективной работа с m насосами, а не с n насосами. Однако, пары параметров и модели могут изменяться со временем, например, вследствие изменения давления на впуске и могут, таким образом, требовать постоянного или регулярного обновления. Поскольку функции и являются нелинейными в парах параметров и модели, проблема оптимизации, описанная выше, может быть трудно решаемой. В последующем, схемы управления описываются в качестве примеров, которые обеспечивают быстрое и надежное обновление параметров и модели.

[51] Фиг. 3 показывает две схемы A, B управления для управления системой 3 с множеством насосов. Согласно схеме A с левой стороны, пары параметров и модели постоянно определяются и обновляются, тогда как согласно схеме B с правой стороны, режим оценки явно запрашивается для обновления пар параметров и модели. В обеих схемах A, B система 5 управления множеством насосов может выборочно работать в режиме на основе обычной скорости и в режиме оптимизированной мощности. Режим на основе обычной скорости может иметь фиксированные определенные точки нагрузки для включения/выключения насоса, например, включение насоса при 85% скорости и выключение насоса при 60% скорости. Однако, они могут не быть наиболее энергоэффективными точками нагрузки для изменения числа работающих насосов. Однако, во время режима на основе скорости, пары параметров и модели могут быть определены, чтобы предоставлять возможность для переключения в режим оптимизированной мощности.

[52] Для того, чтобы решать, когда переключение в режим оптимизированной мощности является предпочтительным, пары параметров и предпочтительно подтверждаются достоверными, прежде чем они сохраняются модулем 13 хранения. Например, пары параметров и подтверждаются достоверными, если параметры удовлетворяют предварительно определенным критериям подтверждения достоверности, например, посредством проверки ожидаемого знака параметров:

,

,

.

Кроме того, может быть применен дополнительный критерий подтверждения достоверности типа:

,

при этом является предварительно определенным допуском, определяющим приемлемое отклонение между расчетным потреблением мощности для работы с m насосами и фактическим потреблением мощности при работе с m насосами.

[53] Если вышеупомянутые критерии подтверждения достоверности не удовлетворяются, они не сохраняются и не обновляются. Переключение из режима регулирования скорости в режим оптимизированной мощности может затем быть отвергнуто. Подтверждение достоверности предпочтительно выполняется во время линейного ускорения/замедления, по меньшей мере, одного насоса, прежде чем он начинает вносить свой вклад в суммарный расход Q. Пока работающий насос не предоставляет расход, т.е., Q=0, параметр может быть определен следующим образом:

[54] Фиг. 4 показывает, как параметр и потребление мощности P развиваются по времени, когда насос линейно ускоряется. Параметр является относительно стабильным во время линейного ускорения, пока насос не вносит свой вклад в суммарный расход Q. Однако, существует очень крутое увеличение потребления мощности и параметра в момент, когда насос начинает вносить свой вклад в суммарный расход Q. В этот момент управление давлением фактически быстро слегка снижает скорость насоса для того, чтобы не превышать целевое давление на выпуске. Наоборот, если изменение в параметре не наблюдается во время линейного ускорения дополнительного насоса до скорости уже работающих насоса(ов), насос не обеспечивает расход. Следовательно, включение насоса заканчивается неудачей, и насос линейно замедляется снова, параметры не подтверждаются достоверными, т.е., они не сохраняются и не обновляются. Переключение из режима регулирования скорости в режим оптимизированной мощности может затем быть отвергнуто.

Что касается схемы B управления на правой стороне на фиг. 3, существует два маршрута обратно к режиму управления на основе скорости. Во-первых, таймаут во время запрашиваемой оценки указывает, что действительный набор параметров не может быть найден в течение заданного периода времени. Во-вторых, вручную инициированный или автоматически инициированный выход из режима оптимизированной мощности. Например, изменения системы могут инициировать автоматически выход из режима оптимизированной мощности. Например, следующий критерий подтверждения достоверности может регулярно проверяться:

.

Изменение системы указывается, как только этот критерий внезапно больше не удовлетворяется.

[55] Если текущий параметр является известным или ранее подтвержден достоверным, предупреждение об отсутствии потока может быть выдано, если работающий насос внезапно прекращает вносить свой вклад в расход Q, который указывается, если измеренное потребление мощности больше не является большим по сравнению с потреблением мощности для расчетного нулевого потока плюс допуск , т.е. следующий критерий больше не удовлетворяется:

,

при этом является предварительно определенным допуском, определяющим пороговое значение для предупреждения.

[56] Могут быть дополнительные ограничения для самых энергоэффективных точек нагрузки для включения/выключения насосов. Например, в некоторых вариантах осуществления систем с множеством насосов, предел скорости насоса может быть достигнут, прежде чем самая энергоэффективная точка нагрузки может быть достигнута. Пример этого показан на фиг. 5. Энергетически оптимальная точка отключения для переключения с 2-насосной работы на 1-насосную работу во время уменьшения расхода может лежать выше максимальной скорости насоса для одного насоса. Таким образом, может быть необходимо продолжать 2-насосную работу до тех пор, пока отключение одного насоса не будет возможным, а остающийся насос работает с максимальной скоростью. Предпочтительно, скорость насосов после отключения прогнозируется посредством способа управления, описанного в данном документе и сравниваемого с известными ограничениями скорости системы с множеством насосов. Это означает, что способ управления, описанный в данном документе, является приспособленным для поиска лучшей возможной точки отключения, принимая ограничения скорости во внимание. Таким образом, может быть гарантировано, что система с множеством насосов работает настолько энергоэффективно, насколько возможно, в то же время гарантируя, что цель управления системой все еще удовлетворяется. Следует отметить, что аналогичные ограничения являются применимыми для включения. Кроме того, насосы могут также быть иметь известный более низкий предел скорости, который может быть принят во внимание для включения/выключения в точках нагрузки с низким напором. Однако, более низкий предел скорости может уже быть принят во внимание как часть признака в замкнутом контуре регулирования давления для предотвращения интегрального насыщения контроллера, так что дополнительный насос может быть вынужден включаться и работать, по меньшей мере, с минимальной скоростью, если целевой напор не достигнут.

[57] Фиг. 6 показывает схему C ступенчатого регулирования в качестве дополнительного варианта осуществления для реализации способа управления, описанного в данном документе. В качестве первого этапа, когда цикл оценки или обновления начинается, может быть проверено, работает ли система с множеством насосов в устойчивых состояниях. Например, обратная связь по замкнутому контуру от датчика 19 давления к модулю 7 управления должна указывать, что заданное целевое давление на выпуске в настоящий момент обеспечивается работающей системой с множеством насосов. Цикл оценки может не продолжаться или перезапускаться, если текущая работа считается неустойчивой. После того как текущая работа сочтена устойчивой, данные могут быть собраны и временно сохранены перед включением/отключением. Данные могут быть обозначены как набор данных 1, предпочтительно содержащий, по меньшей мере, текущее число работающих насосов, текущее суммарное потребление мощности и текущую скорость насоса. После того как набор данных 1 собран и сохранен, включение/выключение насоса может быть инициировано как третий этап, если прогнозируется более энергоэффективным поступать таким образом, как описано выше. Во время включения/выключения насоса набор данных 2 может быть собран и временно сохранен для того, чтобы определять, и потенциально обновлять, параметр . Это может быть сделано, как описано выше, для включения во время фазы линейного ускорения насоса, прежде чем он начинает вносить свой вклад в суммарный расход Q, или для отключения во время фазы линейного замедления насоса, после того как он прекратил вносить свой вклад в суммарный расход Q.

[58] Если дополнительное потребление мощности множества VFC (потребление мощности в нерабочем состоянии) не является ничтожным, дополнительный параметр может быть определен вместе с параметром во время включения/выключения насоса. Для насоса, который включается или выключается, характеристики насоса с точки зрения потребления мощности, прежде чем насос вносит свой вклад в суммарный поток Q, могут затем быть получены по формуле:

при этом является скоростью, а является потреблением мощности насоса, который включается/выключается. Параметры и могут быть идентифицированы из последовательности измерений потребления мощности и скорости во время линейного ускорения и линейного замедления насоса. В случае, когда потребление мощности в нерабочем состоянии для VFC является ничтожным по сравнению с суммарным потреблением мощности, может быть задано в ноль, и следующее выражение приводит к оценке :

Тем не менее, может быть полезным для надежного определения параметров статистически определять параметры и/или из множества событий включения/отключения, во время которых данные собираются и сохраняются. Например, среднее значение ранее определенных параметров и/или может быть использовано для обновления параметров.

[59] На четвертом этапе дополнительный набор данных 3 собирается и сохраняется, после того как включение/выключение было завершено, и система с множеством насосов показывает устойчивые рабочие состояния. Как только наборы данных, по меньшей мере, для двух различных событий включения/выключения были собраны и сохранены, пары параметров и модели могут быть полностью определены и обновлены на пятом этапе, если они считаются действительными согласно примененным критериям подтверждения достоверности.

[60] Как показано на фиг. 6, некоторые события будут инициировать перезапуск цикла оценки. В дополнение к неустойчивым состояниям во время цикла оценки, цикл оценки может быть перезапущен, если включение является неуспешным, т.е. новое фактическое потребление мощности для работы с m насосами лежит в диапазоне вокруг потребления мощности , которое ожидалось для работы с m насосами согласно следующему критерию подтверждения достоверности:

.

Кроме того, пятый этап определения и обновления пар параметров и модели может выполняться, только если данные, по меньшей мере, двух событий включения/выключения были собраны и сохранены. Иначе, цикл оценки перезапускается, чтобы получать данные из другого события включения/выключения. Следует отметить, что, по меньшей мере, два различных события включения/выключения должны предпочтительно быть выполнены в различных точках нагрузки, предпочтительно с различными количествами первоначально и окончательно работающих насосов.

[61] При предположении, что суммарный расход Q, по существу, является одинаковым сразу перед включением/выключением насоса и сразу после включения/выключения насоса, масштабированный расход может быть определен для переключения с работы с n работающими насосами на работу с m работающими насосами по формуле:

.

Следовательно, масштабированный коэффициент может быть определен из собранных данных. Параметр может затем быть определен по формуле:

или

[62] Второе событие включения/выключения может быть выполнено в другой точке нагрузки с переключением с работы с k работающими насосами на работу с l работающими насосами. Вторая пара параметров может затем быть определена по формуле:

[63] Отметим, что этот способ также работает с 2-насосной системой, т.е., этап может быть эквивалентен этапу , или два события включения/выключения могут быть и . В этом случае точки нагрузки между двумя событиями включения/выключения могут все еще быть различными, если они выполняются с различными скоростями ω и/или потреблениями мощности P и/или суммарными расходами Q. Это подразумевает, что сбор данных для обновления параметров не должен выполняться по событиям включения/выключения в наиболее энергоэффективных точках нагрузки. Ради одного лишь обновления параметра, событие включения/выключения может быть выполнено в неоптимальной точке нагрузки.

[64] При предположении, что все насосы являются идентичными, определенные параметры от включения одного насоса могут быть использованы для включения любого другого насоса. Однако, допуски, повреждения, различный износ или засорение могут влиять на оценку параметров в зависимости от того, какой насос был включен/выключен для определения параметров. Является предпочтительным статистически определять параметры из множества событий включения/выключения с различными насосами. Таким образом, хорошая кривая средних значений для всех насосов может быть получена посредством оценки параметров для всех насосов и использования средних параметров для оптимального определения последовательности. В то же самое время, это снижает риск того, что один из насосов является неприспособленным для доставки потока, поскольку обновление параметра не будет успешным, и/или предупреждение об отсутствии потока не будет инициировано. Кроме того, статистические аномальные значения от отклоняющихся насосов не вынудят способ управления начинать режим оптимальной мощности, когда это не указывается другими "нормальными" насосами.

[65] Дополнительный вариант осуществления способа управления может использовать предположение о том, что неизвестное давление на впуске является постоянным. Если неизвестное постоянное давление на впуске обозначается как , тогда давление p на выпуске, в целом, предоставляется по формуле:

.

Если масштабированный расход теперь используется для выражения давления p на выпуске, оно является следующим:

,

при этом является дополнительной парой параметров, которые должны быть определены с помощью давления на выпуске, измеренного посредством датчика 19 давления на выпуске. Как описано выше, параметры могут быть определены и обновлены в двух различных событиях включения/выключения и , при этом и и если и Параметры могут затем быть определены по формулам:

[66] Отметим, что этот вариант осуществления требует измерения давления на выпуске, но не измерения, определения или оценки перепада Δp давления. Следовательно, давление на впуске может оставаться неизвестным, пока оно может считаться постоянным. Предыдущие варианты осуществления системы управления и способ даже не требуют измерения давления на выпуске, но система обычно оборудуется датчиком давления для предоставления замкнутого контура регулирования давления для обеспечения заданного целевого давления на выпуске.

[67] Когда, в вышеприведенном описании, упоминаются целые части или элементы, которые имеют известные, очевидные или предвидимые эквиваленты, тогда такие эквиваленты включаются в данный документ, как если бы изложенные индивидуально. Ссылка должна быть сделана на формулу изобретения для определения истинных рамок настоящего изобретения, которые должны истолковываться так, чтобы охватывать любые такие эквиваленты. Читателем будет также оценено, что целые части или отличительные признаки описания изобретения, которые описываются как необязательные, предпочтительные, преимущественные, традиционные или т.п., являются необязательными и не ограничивают рамки независимых пунктов формулы изобретения.

[68] Вышеупомянутые варианты осуществления должны пониматься как иллюстративные примеры изобретения. Должно быть понятно, что любой признак, описанный по отношению к какому-либо одному варианту осуществления, может быть использован один или в комбинации с другими описанными признаками, и может также быть использован в комбинации с одним или более признаками любого другого из вариантов осуществления, или любой комбинации каких-либо других из вариантов осуществления. В то время как, по меньшей мере, один примерный вариант осуществления был показан и описан, следует понимать, что другие модификации, замены и альтернативы являются очевидными обычному специалисту в области техники и могут быть изменены без отступления от рамок предмета изучения, описанного в данном документе, и эта заявка предназначается, чтобы охватывать любые адаптации или разновидности конкретных вариантов осуществления, обсужденных в данном документе.

[69] Кроме того, термин "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а "a" или "один" не исключают множественное число. Кроме того, характеристики или этапы, которые были описаны со ссылкой на один из вышеописанных примерных вариантов осуществления, могут также быть использованы в сочетании с другими характеристиками или этапами других примерных вариантов осуществления, описанных выше. Этапы способа могут быть применены в любом порядке или параллельно или могут составлять часть или более подробную версию другого этапа способа. Следует понимать, что необходимо осуществлять в рамках патента, основанных на этом документе, все такие модификации как обоснованно и правильно происходящие в рамках усовершенствования существующего уровня техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть выполнены без отступления от духа и рамок изобретения, которые должны быть определены из прилагаемой формулы изобретения и ее законных эквивалентов.

[70] Список ссылочных номеров

1 сеть подачи текучей среды

3 система с множеством насосов

3a, b, c насосы

4a, b, c клапаны

5 система управления

7 модуль управления

9 модуль обработки

11 интерфейс связи

13 модуль хранения

15 линия связи

17 сигнальное соединение

19 датчик давления на выпуске

Группа изобретений относится к системе и способу управления множеством насосов и компьютерно-читаемому носителю с инструкциями для исполнения способа. Система (5) содержит модуль (7) управления, модуль (9) обработки, интерфейс (11) связи и модуль (13) хранения. Модуль (7) конфигурируется, чтобы изменять число работающих насосов системы (3). Интерфейс (11) конфигурируется, чтобы принимать сигнал, указывающий потребление мощности и информацию о скорости по меньшей мере одного из работающих насосов перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа работающих насосов. Модуль (9) выполнен с возможностью определения перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа работающих насосов, в отсутствие измерения дифференциального давления и расхода, по меньшей мере двух аппроксимированных характеристик насоса, каждая из которых определена парой параметров, представляющих собой параметры масштабированной модели, моделирующие рабочую производительность одного из насосов системы. Модуль (13) выполнен с возможностью хранения пары параметров. Группа изобретений направлена на быстрое определение энергоэффективности числа работающих насосов без измерения и наблюдения за перепадом давления и расходом. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система (5) управления множеством насосов, содержащая

- модуль (7) управления,

- модуль (9) обработки,

- интерфейс (11) связи и

- модуль (13) хранения,

отличающаяся тем, что модуль (7) управления выполнен с возможностью изменения числа n работающих насосов системы (3) с множеством насосов,

при этом интерфейс (11) связи выполнен с возможностью приема сигнала, указывающего потребление P мощности и информацию о скорости по меньшей мере одного из n работающих насосов перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа n работающих насосов,

при этом модуль (9) обработки выполнен с возможностью определения перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа n работающих насосов, в отсутствие измерения дифференциального давления Δp и расхода Q, по меньшей мере двух аппроксимированных характеристик насоса - , представляющей собой суммарное потребление мощности, и , представляющей собой масштабированный перепад давления, при этом каждая из аппроксимированных характеристик и насоса однозначно определена парой параметров , представляющих собой параметры масштабированной модели, моделирующие рабочую производительность одного из насосов системы, при этом модуль (13) хранения выполнен с возможностью хранения пары параметров для каждой из определенных аппроксимированных характеристик и насоса.

2. Система (5) управления множеством насосов по п. 1, в которой по меньшей мере два различных изменения числа n работающих насосов отличаются друг от друга числом n работающих насосов перед и после соответствующего изменения и/или точкой нагрузки во время соответствующего изменения, при этом точка нагрузки определяется по потреблению мощности P и/или скорости ω по меньшей мере одного из n работающих насосов.

3. Система (5) управления множеством насосов по п. 1 или 2, в которой аппроксимированные характеристики и насоса определяются по формулам

и , при этом обозначает масштабированный аппроксимированный расход с

, являющимся коэффициентом масштабирования, при этом , обозначают первую пару упомянутых параметров, а , обозначают вторую пару упомянутых параметров, - это скорость n работающих насосов.

4. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль обработки выполнен с возможностью использования масштабированного расхода и масштабированного перепада давления для получения пар параметров .

5. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью определения таких пар параметров , для которых разница между фактическим суммарным потреблением мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m и ранее спрогнозированным суммарным потреблением мощности является минимальной.

6. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (7) управления выполнен с возможностью обеспечения работы системы (3) с множеством насосов с числом n работающих насосов со скоростью , имеющей наименьшее суммарное потребление мощности в требуемой точке нагрузки при условии, что скорость лежит между предварительно определенной максимальной скоростью и предварительно определенной минимальной скоростью n работающих насосов.

7. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью подтверждения достоверности пар параметров , прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров подтверждаются достоверными, если параметры удовлетворяют предварительно определенным критериям подтверждения достоверности.

8. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью подтверждения достоверности пар параметров , прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров подтверждаются достоверными, если фактическое суммарное потребление мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m лежит в диапазоне около ранее спрогнозированного суммарного потребления мощности .

9. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного параметра во время линейного ускорения/замедления по меньшей мере одного насоса, прежде чем он начинает/прекращает вносить свой вклад в суммарный расход Q.

10. Система (5) управления множеством насосов по п. 9, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью подтверждения достоверности пары параметров , только если по меньшей мере один параметр значительно изменился во время линейного ускорения/замедления по меньшей мере одного насоса.

11. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой модуль (9) обработки выполнен с возможностью регулярно, периодически или время от времени обновлять пары параметров .

12. Система (5) управления множеством насосов по любому из предшествующих пунктов, в которой интерфейс (11) связи выполнен с возможностью инициирования предупреждения об отсутствии потока, если фактическое суммарное потребление мощности удовлетворяет формуле , при этом определяет пороговое значение для предупреждения.

13. Способ управления системой с множеством насосов, отличающийся тем, что:

- изменяют число n работающих насосов системы (3) с множеством насосов,

- принимают сигнал, указывающий потребление мощности P, и информацию о скорости по меньшей мере одного из n работающих насосов перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа n работающих насосов,

- определяют перед и после по меньшей мере двух различных изменений числа n работающих насосов, в отсутствие измерения дифференциального давления Δp и расхода Q, по меньшей мере двух аппроксимированных характеристик насоса - , представляющей собой суммарное потребление мощности, и , представляющей собой масштабированный перепад давления, при этом каждая из аппроксимированных характеристик и насоса однозначно определяется парой параметров , представляющих собой параметры масштабированной модели, моделирующие рабочую производительность одного из насосов системы, и

- сохраняют пару параметров для каждой из определенных аппроксимированных характеристик и насоса.

14. Способ по п. 13, в котором по меньшей мере два различных изменения числа n работающих насосов отличаются друг от друга числом n работающих насосов перед и после соответствующего изменения и/или точкой нагрузки во время соответствующего изменения, при этом точка нагрузки определяется по потреблению мощности P и/или скорости ω по меньшей мере одного из n работающих насосов.

15. Способ по п. 13 или 14, в котором масштабированный расход и масштабированный перепад давления используется для получения пар параметров .

16. Способ по любому из пп. 13-15, в котором аппроксимированные характеристики и насоса определяются по формулам и , при этом обозначает масштабированный аппроксимированный расход с

, являющимся коэффициентом масштабирования, при этом , обозначают первую пару упомянутых параметров, а , обозначают вторую пару упомянутых параметров, - это скорость n работающих насосов.

17. Способ по любому из пп. 13-16, дополнительно содержащий этап, на котором определяют пары параметров , для которых разница между фактическим суммарным потреблением мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m и ранее спрогнозированным суммарным потреблением мощности является минимальной.

18. Способ по любому из пп. 13-17, дополнительно содержащий этап, на котором задействуют систему (3) с множеством насосов с числом n работающих насосов со скоростью , имеющей наименьшее суммарное потребление мощности в требуемой точке нагрузки при условии, что скорость лежит между предварительно определенной максимальной скоростью и предварительно определенной минимальной скоростью n работающих насосов.

19. Способ по любому из пп. 13-18, дополнительно содержащий этап, на котором подтверждают достоверность пар параметров , прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров подтверждаются достоверными, если параметры удовлетворяют предварительно определенным критериям подтверждения достоверности.

20. Способ по любому из пп. 13-19, дополнительно содержащий этап, на котором подтверждают достоверность пар параметров , прежде чем они сохраняются, при этом пары параметров подтверждаются достоверными, если фактическое суммарное потребление мощности m работающих насосов после изменения числа работающих насосов с n на m лежит в диапазоне около ранее спрогнозированного суммарного потребления мощности .

21. Способ по любому из пп. 13-20, дополнительно содержащий этап, на котором определяют по меньшей мере один параметр во время линейного ускорения/замедления по меньшей мере одного насоса, прежде чем он начинает/прекращает вносить свой вклад в суммарный расход Q.

22. Способ по п. 21, в котором пары параметров подтверждаются достоверными, только если по меньшей мере один параметр значительно изменился во время линейного ускорения/замедления по меньшей мере одного насоса.

23. Способ по любому из пп. 13-22, дополнительно содержащий этап, на котором регулярно, периодически или время от времени обновляют пары параметров .

24. Способ по любому из пп. 13-23, дополнительно содержащий этап, на котором инициируют предупреждение об отсутствии потока, если фактическое суммарное потребление мощности удовлетворяет формуле , при этом определяет пороговое значение для предупреждения.

25. Компьютерно-читаемый носитель с инструкциями для исполнения способа по любому из пп. 13-24.