Усовершенствованная система графического бессенсорного энергосберегающего управления насосами в режиме реального времени
IMPROVED SYSTEM OF GRAPHICAL SENSORLESS ENERGY-SAVING PUMPS CONTROL IN REAL TIME MODE

Ссылка на родственную заявку
Данная заявка ссылается на приоритет по предварительной заявке на патент США №62/196355 (документ поверенного №911-019.022-1/F-B&G-X0022US), зарегистрированной 24 июля 2015 г., под названием "Advanced real time graphic sensorless energy saving pump control system", которая полностью включена в данное описание путем ссылки на соответствующий источник.
Данное изобретение основывается на семействе технологий, раскрытых в других родственных заявках, указанных ниже.
Предпосылки создания изобретения
1. Область техники
Данное изобретение относится к технологии для управления насосной системой и применений, связанных с перекачкой, в такой насосной системе.
2. Краткое описание предшествующего уровня техники
Насосные системы известны в конструкциях, зданиях или сооружениях, например, с оборудованием для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (Heating, Ventilating And Conditioning, HVAC), теплообменниками, насосами, повышающими давление в системе, сбором дождевого стока, геотермальными тепловыми насосами, противопожарной защитой, сточными водами. Такие насосные системы содержат или имеют насосы с технологией управления частотой вращения и другими параметрами для управления процессами перекачки. Не существует известного способа управления такими насосными системами, например, с использованием графического централизованного интерактивного управления насосной системой и мониторинга в режиме реального времени.
Сущность изобретения
Вкратце, согласно данному изобретению предлагается новый и уникальный усовершенствованный контроллер для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени, который содержит в основном графический дисплей и модуль мониторинга работы системы управления насосной системой в режиме реального времени на основе данных о характеристиках насоса, выбранных из базы данных насоса, вместе с переменными во время работы насоса, полученными от модулей энергосберегающего управления и бессенсорного преобразователя. С помощью графического сенсорного экрана характеристика насоса и системы во время работы и соответствующие значения параметров управления, при которых насос и система могут работать, представляются с точки зрения графического и цифрового отображения в режиме реального времени, что позволяет операторам насосной системы понять состояние работы управления насосной системой в режиме реального времени, и управлять насосной системой в режиме реального времени проще, чем с известными системами в предшествующем уровне техники.
Конкретные формы осуществления изобретения
В качестве примера данное изобретение предлагает новую и уникальную технологию для применения управления подачей насосом.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать форму способа или устройства, например, в применениях или системах управления перекачкой жидкости, характеризующихся процессором сигналов или модулем обработки сигналов, сконфигурированным для:
приема сигнализации, содержащей информацию о рабочих параметрах насоса в режиме реального времени, относящуюся к множеству насосов, которые составляют часть насосной системы на установке или объекте, и вводимых пользователем данных, выбирающих один из множества насосов для выборочного отображения рабочих параметров насоса в режиме реального времени на мониторе управления, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление насосом из множества насосов на установке или объекте в данном централизованном месте; и
определения соответствующей сигнализации, содержащей информацию для отображения на мониторе управления рабочих параметров насоса в режиме реального времени, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление множеством насосов на установке или объекте в данном централизованном месте на основе принимаемой сигнализации.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя один или несколько из следующих признаков:
Процессор или модуль обработки сигналов может быть сконфигурирован для обеспечения соответствующей сигнализации для отображения на мониторе управления рабочих параметров насоса в режиме реального времени, например, используемых жидкостной насосной системой.
Процессор или модуль обработки сигналов может быть сконфигурирован для:
приема дополнительной сигнализации, содержащей информацию о дополнительных вводимых пользователем данных для управления одним насосом, выбранным из множества насосов; и
определения дополнительной соответствующей сигнализации, содержащей информацию для управления одним насосом, выбранным из множества насосов.
Устройство может содержать комбинацию монитора управления и/или множества насосов.
Процессор или модуль обработки сигналов может быть сконфигурирован для обеспечения дополнительной соответствующей сигнализации для управления одним насосом, выбранным из множества насосов.
Сигнализация может содержать информацию о данных о характеристиках насоса, выбранных из базы данных насоса, вместе с переменными режима во время работы, например, для представления на кривых характеристик насоса.
Устройство может содержать один или несколько модулей управления, например, включая модули энергосберегающего управления и/или бессенсорного преобразователя, которые сконфигурированы для определения и предоставления данных о характеристиках насоса.
Устройство может содержать интеллектуальное устройство, имеющее дисплей в качестве монитора управления, включая смартфон или планшет; и интеллектуальное устройство может содержать процессор или модуль обработки сигналов, который сконфигурирован для отображения на дисплее рабочих параметров насоса в режиме реального времени, чтобы позволить оператору насоса удаленно осуществлять централизованное управление множеством насосов на установке или объекте с помощью интеллектуального устройства.
Рабочие параметры насоса в режиме реального времени могут включать в себя некоторую комбинацию следующего:
кривые насоса, системы и управления в режиме реального времени внутри рабочей области насоса, определяемой на графике максимальной кривой насоса и концом кривой;
мгновенный расход;
давление;
число оборотов в минуту;
мощность в ваттах;
давление в фунтах на квадратный дюйм.
Устройство может включать в себя или принимать форму контроллера насоса для управления насосом, например, в такой жидкостной насосной системе.
Устройство может включать в себя или принимать форму жидкостной насосной системы, имеющей насос и контроллер насоса, в том числе, когда контроллер насоса сконфигурирован с процессором или модулем обработки сигналов для управления насосом.
В качестве примера, процессор или модуль обработки сигналов может включать в себя или принимать форму по меньшей мере одного процессора сигналов и по меньшей мере одного запоминающего устройства, содержащего код компьютерный программы, и по меньшей мере одно запоминающее устройство и код компьютерной программы сконфигурированы так, чтобы по меньшей мере с одним процессором сигналов заставлять процессор сигналов по меньшей мере принимать сигнализацию (или, например, дополнительную сигнализацию) и определять соответствующую сигнализацию на основе принятой сигнализации. Процессор или модуль обработки сигналов может быть сконфигурирован с соответствующим кодом компьютерной программы для реализации подходящих алгоритмов обработки сигналов и/или функций в соответствии с изложенным здесь.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение также может принимать форму способа, включающего шаги для:
приема в процессоре или модуле обработки сигналов сигнализации, содержащей информацию о рабочих параметрах насоса в режиме реального времени, относящуюся к множеству насосов, которые составляют часть насосной системы на установке или объекте, и вводимых пользователем данных, выбирающих один из множества насосов для выборочного отображения рабочих параметров насоса в режиме реального времени на мониторе управления, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление одним из множества насосов на установке или объекте в данном централизованном месте; и
определения с помощью процессора или модуля обработки сигналов соответствующей сигнализации, содержащей информацию для отображения на мониторе управления рабочих параметров насоса в режиме реального времени, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление множеством насосов на установке или объекте в данном централизованном месте на основе принимаемой сигнализации.
Способ может также включать один или больше признаков, описанных здесь, включая предоставление от процессора или модуля обработки сигналов соответствующей сигнализации в качестве сигнализации управления для управления насосом в насосной системе, например, в том числе в такой жидкостной насосной системе.
Данное изобретение предлагает новую технологию, которая основана на вышеупомянутом семействе технологий, изложенных здесь, и является их дальнейшим развитием.
Краткое описание чертежей
Чертежи содержат следующие фигуры, которые не обязательно выполнены в масштабе:
На фиг. 1 показана схема здания, сооружения или установки, с одним или несколькими системами для нагревания и охлаждение HVAC, теплообменниками, насосами, повышающими давление в системе, сбором дождевого стока, геотермальными тепловыми насосами, противопожарной защитой, сточными водами и т.п., например, которые могут содержать также насосы, имеющие средства управления частотой вращения с усовершенствованной энергосберегающей и бессенсорной технологией управления для управления процессами подачи насосом.
На фиг. 2А показана схема конфигурации системы контроллера для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 2В показана блок-схема устройства, например, имеющего процессор или модуль обработки сигналов, согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 3 показана блок-схема функциональных модулей программного обеспечения системы согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 4 показана блок-схема обработки данных для реализации ввода/вывода (Input/Output, I/O) сигналов управления или функциональных возможностей сигнализации согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 5 показано изображение контроллеров насосов для бессенсорного энергосберегающего управления в режиме реального времени согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 6 показано изображение на экране кривых работы управления насосной системой в режиме реального времени и панельный дисплей прототипа, например, для контроллеров для бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени, показанных на фиг. 5, согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 7 показана блок-схема модуля бессенсорного управления для определения расхода и давления в системе из мощности и частоты вращения двигателя согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 8 показана блок-схема модуля энергосберегающего управления для получения адаптивной контрольной точки давления в режиме реального времени на основе мгновенных расхода и давления в системе согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
На фиг. 9 показана схема системы адаптивного управления для мониторинга и диагностики насоса согласно некоторым формам осуществления данного изобретения.
Подробное описание изобретения
1. Введение
В последнее время управление насосами с регулируемой частотой вращения с использованием передовых технологий энергосберегающего и бессенсорного управления было введено в семействе применений, описанных ниже, для использования в системах отопления и охлаждения с замкнутым контуром, повышения давления, промышленного и сельскохозяйственного применений, например, в соответствии с показанным на фиг. 1. При внедрении всех новых технологий некоторые традиционно неизвестные параметры работы насосной системы или кривые характеристик, такие как изменяемая кривая характеристики системы, контрольная точка адаптивного управления, давление или расход (без датчиков) и т.п., становятся известными и могут быть презентабельной поддержкой для инженеров-разработчиков насосных систем и операторов управления насосными системами для лучшего понимания состояния работы управления насосной системой в режиме реального времени.
Данное изобретение предлагает способы для реализации контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосами в режиме реального времени, например, которые могут включать в себя графический дисплей и модуль мониторинга работы управления насосной системой в режиме реального времени, основанного на данных о характеристиках насоса, выбранных из базы данных насоса, а также на переменных во время работы насоса, предоставляемых от модулей энергосберегающего управления и бессенсорного преобразователя, объединенного с ним. Благодаря графическому сенсорному экрану с графическим и цифровым отображением в режиме реального времени можно не только наблюдать информацию о характеристиках насоса и системы, например, пересечение кривых насоса, системы и управления, в режиме реального времени внутри рабочей области насоса, определяемой на графике максимальной кривой насоса и концом кривой, но можно также наблюдать соответствующие величины управления, такие как мгновенные расход и давление, значение адаптивной контрольной точки и т.д., при которых в то же время работает насос. Данное изобретение в дополнение к его основным функциям управления насосом предлагает также, например, некоторые другие усовершенствованные модули, такие как модуль мониторинга и управления состоянием вибрации с информацией о прогнозируемом техническом обслуживании, а также некоторые усовершенствованные протоколы связи, включая службу Web-страниц, доступ с помощью смартфона, интерфейс системы управления зданием (Building Management System, BMS).
2. Контроллеры для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом
В качестве примера на фиг. 2А показана конфигурация системы контроллера для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени, в общем обозначенная как 5, имеющая комбинацию модуля 5а графического отображения и мониторинга характеристик работы системы управления насосом в режиме реального времени и контроллера 5а' компьютерной обработки для реализации различных приложений 5а'' управления включая отопление и охлаждение, HVAC, функциональные возможности погружных насосов и системы турбонасосов. Модуль 5а графического отображения и мониторинга характеристик работы управления насосом в режиме реального времени может быть сконфигурирован с контроллерами для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени, которые могут включать в себя различные функциональные возможности управления насосом или контроллером, показанные в модулях 5b, 5с, 5d, 5е, 5f, 5g и 5h.
Например, один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может включать в себя модуль 5b управления и мониторинга, имеющий модуль мониторинга и управления состоянием вибрации с информацией о прогнозируемом техническом обслуживании, а также мониторинга мощности и прогнозирования/профилактического мониторинга.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может содержать модуль 5с бессенсорного преобразователя с заданными характеристиками насоса, выбранными из базы данных насоса, в том числе с использованием трехмерного моделирования и моделирования с функцией оптимального приближения вместе с законами подобия насосов (Best Fine Affinity, BFA), в соответствии с раскрытым здесь.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может содержать модуль 5d энергосберегающего управления с адаптивной контрольной точкой управления, основанной на мгновенном давлении и расходе в системе, например, которая может быть адаптивной к системе, адаптивной к расходу и адаптивной как к системе, так и к расходу, в соответствии с раскрытым здесь.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может содержать модуль 5е сенсорного экрана для реализации функций, связанных с отображением информации, например, подобной кривым работы в режиме реального времени или графическим интерфейсам и т.д., в соответствии с раскрытым здесь.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может содержать модуль 5f сетевых коммуникаций (iCommunication) для реализации модуля усовершенствованных протоколов связи, включая обслуживание Веб-страниц, доступ с помощью смартфонов, интерфейс системы BMS, помимо его основных функций управления насосом (например, связи с приводом). Эта усовершенствованная система управления насосом обеспечивает непрерывную связь между ее функциональными модулями в режиме реального времени для обновления состояния насоса и системы, в то время как ее графический сенсорный экран, реализованный модулем 5е, обеспечивает кривые характеристик работы насоса/системы/управления во время работы, параметры, такие как давление, расход в системе и адаптивная контрольная точка, графическим и цифровым способом отображения, соответственно.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может включать в себя языковой модуль 5g для реализации функций, связанных с выбором языка, включая английский, китайский или 22 или более других языков, в соответствии с раскрытым здесь.
Один из контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени может содержать модуль 5h для реализации основных функций, связанных с несколькими насосами, зонами и датчиками; расположением насосов и сигналами тревоги, в соответствии с раскрытым здесь.
На фиг. 3 показана компоновка, в общем обозначенная как 20, модулей программного обеспечения системы. Компоновка 20 содержит модуль 22 программного обеспечения привода, модуль 24 программируемого контроллера (Programmable Logic Controller, PLC) сенсорного экрана и различные другие модули 26 программного обеспечения. В качестве примера, модуль 24 PLC сенсорного экрана может быть сконфигурирован для реализации функций, связанных со страницами/языками/ключами. В качестве дополнительного примера различные другие модули 26 программного обеспечения могут содержать одно или несколько из следующего:
модуль 26а связи привода для реализации функций связи привода по отношению к модулю 22 привода;
модуль 26b графического интерфейса пользователя (Graphical User Interface, GUI) и графиков для реализации функций GUI и графики по отношению к модулю 24 PLC сенсорного экрана и модуля 22 связи привода;
модуль 26с управления насосом и BMS для реализации функций управления насосом и BMS по отношению к модулю 26а связи привода и модуля 26b GUI и графиков;
модуль 26d мониторинга и управления состоянием вибрации и мощности для реализации функций контроля/управления вибрацией и мощностью по отношению к модулю 26с управления насосом и BMS;
модуль 26е бессенсорного и энергосберегающего управления для реализации функций бессенсорного и энергосберегающего управления относительно модуля 26с управления насосом и BMS;
модуль 26f базы данных (Database, DB) и поисковой машины для реализации функций базы данных (DB) и поисковой машины в отношении к модулю 26е бессенсорного и энергосберегающего управления; и
модуль 26g удаленного управления по Интернету/с помощью iPhone для реализации функций удаленного управления по Интернету/с помощью iPhone в отношении к модулю 24 PLC сенсорного экрана(-ов).
Различные другие модули 26 программного обеспечения могут быть сконфигурированы для реализации различных функций модуля программного обеспечения, соответствующих указанным здесь, например, с использованием процессора или модуля 10а обработки сигналов, согласующегося с тем, что раскрыто на фиг. 2В.
На фиг. 4 показана блок-схема, в общем обозначенная как 30, для реализации ввода/вывода (I/O) сигналов управления или функций сигнализации между модулем 22 привода, модулем 32 насоса и различными модулями 30а, 30b, 30с, 30d, 30е и 30f, в соответствии с изложенным здесь, например, включая обмен соответствующими входными/выходными (I/O) сигналами управления и параметрами между каждыми отдельными модулями управления, как показано.
В качестве примера различные модули 30a-30f могут быть сконфигурированы для реализации функций сигнала управления или сигнализации, следующим образом:
модуль 30а бессенсорного преобразователя может быть сконфигурирован для приема входной сигнализации, содержащей информацию о w (то есть, мощности) от модуля 22 привода, входной сигнализации, содержащей информацию о n (то есть, частоте вращения) от модуля 30f пропорционально-интегрально-дифференциального (Proportional-Integral-Derivative, PID) регулирования, и сигнализации по Интернету/с помощью iPhone, содержащей информацию о параметрах базы данных/настройки, от Интернета/iPhone 30b, и обеспечивает передачу сигнализации бессенсорного преобразователя в модуль 30с узла;
Интернет/iPhone 30b может быть сконфигурирован для передачи по Интернету/с помощью iPhone сигнализации, содержащей информацию о параметрах базы данных/настройки, в модуль 30а бессенсорного преобразователя и модуль 30d энергосберегающего управления;
модуль 30с узла может быть сконфигурирован для приема сигнализации бессенсорного преобразователя от модуля 30а бессенсорного преобразователя и сигнализации датчиков от датчиков 34, и передачи сигнализации модуля узла, содержащей информацию о Р, Q (то есть, о давлении и расходе), в модуль 30d энергосберегающего управления и модуль 30f PID-регулирования;
модуль 30d энергосберегающего управления может быть сконфигурирован для приема сигнализации по Интернету/с помощью iPhone, содержащей параметры базы данных/настройки от Интернета/iPhone 30b, и сигнализации модуля узла, содержащей информацию о Р, Q, от модуля 30с узла, и предоставления сигнализации модуля энергосберегающего управления, содержащей информацию о SP (то есть, о контрольной точке - Set Point), графическому модулю 30е реального времени и модулю 30f PID-регулирования;
графический модуль 30е в режиме реального времени может быть сконфигурирован для приема сигнализации модуля энергосберегающего управления, содержащей информацию об SP, от модуля 30d энергосберегающего управления и предоставления/отображения в режиме реального времени графиков, содержащих информацию об SP, а также других функциях управления насосом и кривых характеристик, например, согласующихся с изложенными здесь; и
модуль 30f PID-регулирования может быть сконфигурирован для приема сигнализации модуля узла, содержащей информацию о Р, Q, от модуля 30с узла и SP от энергосберегающего модуля 30d управления, и обеспечения ввода сигнализации, содержащей информации о n, в модуль 22 привода и модуль 30а бессенсорного преобразователя через контур обратной связи.
На фиг. 5 показаны примеры контроллеров насосов для графического бессенсорного энергосберегающего управления в режиме реального времени согласно данному изобретению, которые могут использоваться для большинства применений управления и мониторинга жидкостных насосов с точки зрения обеспечения отображения в режиме реального времени и графики. Эти технологии могут быть применены к любой форме распределения характеристик насоса, простых или сложных, например, для серии систем управления насосом с регулируемую частотой вращения, монтируемых на стене, полу или насосе, с усовершенствованными технологиями энергосберегающего и бессенсорного управления для применений подачи жидкостей для нагрева охлаждения и с замкнутым контуром, насосов для повышения давления, и промышленных применений. Контроллер и система привода с регулируемой частотой вращения на этой усовершенствованной платформе согласно данному изобретению могут быть сконфигурированы с основными функциями, раскрытыми здесь, например, чтобы взаимодействовать и управлять одним насосом или несколькими насосами в гидравлической системе.
3. Усовершенствованные функциональные модули
Ниже подробно описаны функциональные возможности, раскрытые для контроллеров для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени согласно данному изобретению.
3.1) Графический дисплей характеристик управления насосной системой в режиме реального времени
Контроллеры для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени могут включать в себя или принимать форму контроллера с графическим сенсорным экраном с отображением в режиме реального времени кривых работы управления насосной системой и адаптивной контрольной точки с выбором нескольких языков, как описано ниже:
• Графический и сенсорный экран.
• Кривые работы управления насосной системой в режиме реального времени.
• Поддержка нескольких языков.
Функциональные возможности могут быть сконфигурированы для взаимодействия с пользователем, чтобы обеспечивать ввод пользователем данных, подходящих для реализации желаемых функций.
В модуле графического дисплея, таком как элемент 5а (см. фиг. 2А и 5), характеристики управления насосной системой в режиме реального времени могут быть построены на основе входных значений из модуля бессенсорного преобразователя и энергосберегающего модуля, таких как элементы 5с (фиг. 2А), 26е (фиг. 3) и 30а, и 30d (фиг. 4), вместе с данными характеристик насоса из базы данных насоса, прилагаемых к ним, например, см. элемент 30b (фиг. 4). На фиг. 6 показаны изображение на экране кривых характеристик работы управления насосной системой и параметров управления в режиме реального времени и панельный дисплей PLC прототипа.
Графический экран реального времени с графическим и цифровым дисплеем позволяет не только наблюдать информацию о характеристике насоса и системы, такую как пересечения кривых насоса, системы и управления в режиме реального времени внутри области работы насоса, ограниченной максимальной кривой насоса и концом кривой, но также можно наблюдать соответствующие значения управления, такие как мгновенный расход и давление, значение адаптивное контрольной точки и т.д., при которых насос работает, также в режиме реального времени.
3.2) Бессенсорные преобразователи
Как показано на фиг. 7, модуль 40 бессенсорного преобразователя может быть сконфигурирован для получения значений давления и расхода в системе из пары мгновенной мощности двигателя, а также значений скорости вращения для данного насоса(-ов).
В качестве примера бессенсорный преобразователь 40а может быть сконфигурирован для приема сигнализации модуля 41 узла, содержащей информацию о расчетных значениях Pd, Qd, из модуля 40а' расчетных значений, характеристиках насоса из модуля 40а'' базы данных характеристик насоса и настройки скорости из модуля 40а''' настройки скорости, а также приема входной сигнализации, содержащей информацию о входных данных n и w, и обеспечения выходной сигнализации, содержащей информацию о Р, Q для данного насоса(-ов).
Несколько бессенсорных преобразователей, описанных в семействе патентов, изложенных в настоящем документе, могут быть объединены в программную платформу графических энергосберегающих бессенсорных контроллеров в режиме реального времени, в том числе:
• 3-мерный дискретно калибруемый бессенсорный преобразователь,
• Бессенсорный преобразователь с использованием функции оптимального приближения вместе с законами подобия насосов (BFA)
• Бессенсорный преобразователь с использованием комбинированного уравнения подобия и алгоритма прямой численной интерполяции (Direct Numeric Affinity, DNA)
Бессенсорные преобразователи BFA и DNA могут интегрироваться с опубликованными компанией данными насоса, доступными в ее базе данных. Соответствующие теория, функции и параметры бессенсорного преобразователя изложены в семействе патентных заявок, раскрытых здесь, например, см. ссылки [3-4 и 9] ниже.
См. также то, что раскрыто в отношении аналогичных элементов 5с (фиг. 2А), 26е (фиг. 3) и 30а (фиг. 4).
3.3) Энергосберегающее управление
На фиг. 8 показан функциональный модуль энергосберегающего управления, обозначенный в общем как 50, который может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать адаптивную контрольную точку управления давлением на основе его кривой управления насосом (уравнений управления) относительно мгновенного расхода и/или давления в системе.
В качестве примера в функциональном модуле 50 энергосберегающего управления модуль 50а PID-регулирования может быть сконфигурирован относительно модулей 50b, 50с, 50d, 50е, 50f и 51 следующим образом:
Модуль 51 узла может быть сконфигурирован для приема сигнализации от датчика или бессенсорной сигнализации, содержащей информацию о Р и Q, от датчика или бессенсорного модуля 50b, и сигнализации параметров кривой управления, содержащей информацию о Pd, Qd, Р0, В0 и α, от модуля 50с параметров кривой управления, и предоставления сигнализации модуля узла, содержащей информацию о том же.
Модуль 50d адаптации по системе, модуль 50е адаптации по расходу и модуль 50f адаптации по системе и расходу могут быть сконфигурированы для приема сигнализации модуля узла и обеспечения соответственно адаптивной сигнализации по системе, адаптивной сигнализации по расходу и адаптивной сигнализации по системе и расходу, как показано.
Модуль 50а PID-регулирования может быть сконфигурирован для приема сигнализации от датчиков или бессенсорной сигнализации, содержащей информацию о Р, Q, от датчиков или бессенсорного модуля 50b, а также адаптивной сигнализации по системе, адаптивной сигнализации по расходу и адаптивной сигнализации по системе и расходу от модуля 50d адаптации по системе, модуля 50е адаптации по расходу и модуля 50f адаптации по системе и расходу и обеспечения сигнализации PID-регулирования, содержащей информацию о SP (контрольной точке) и Р (давлении), чтобы осуществлять энергосберегающее управление для любого данного насоса в насосной системе 25.
Несколько алгоритмов энергосберегающего управления раскрыты в семействе патентных заявок, изложенных ниже, например, включая ссылочные номера [1-2, 5, 7], которые могут быть объединены в платформу программного обеспечения контроллеров насосов для бессенсорного энергосберегающего управления в режиме реального времени, например, в том числе:
• Адаптивного управления по системе (System Adaptive Control, SAC)
• Адаптивного управлении по расходу (Flow Adaptive Control, FAC)
• Адаптивного управление по системе и расходу (System and Flow Adaptive Control, SFAC)
SAC может использоваться для получения адаптивной контрольной точки давления с расходом системы, регулируемым регулирующими клапанами. FAC может использоваться для получения адаптивной контрольной точки давления для расхода системы, регулируемого регулирующими клапанами или циркуляционными насосами. SFAC может использоваться для получения адаптивной контрольной точки давления для изменяющихся системы и расхода, регулируемых регулирующими клапанами или циркуляционными насосами, которые могут работать при минимальном потреблении энергии при работе, если система сконфигурирована, как предлагается в источнике [7] ниже. Обратите внимание, что сигналы расхода и давления для энергосберегающего управления могут обеспечиваться бессенсорным преобразователем или датчиками. Теория, функции и параметры адаптивного управления более подробно раскрыты в семействе патентных заявок, изложенных здесь.
3.4) Мониторинг и управление вибрацией
Мониторинг и диагностика насосов могут снизить стоимость, и ежегодно сэкономить довольно много денег за счет сокращения общих расходов на техническое обслуживание. Объем технического обслуживание уменьшается, так как использование прогнозирующих диагностических средств позволяет проводить ранние корректирующие действия, который стоят дешевле, чем ремонт неисправного насоса, а также избежать дорогостоящего замедления работы и остановок двигателя. Здесь описана адаптивная система управления мониторингом и диагностикой насосов, например, которая также может быть интегрирована в контроллеры для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосами в режиме реального времени. См. фиг. 9.
3.5) Усовершенствованные протоколы связи
Модули усовершенствованных протоколов связи в графических контроллерах бессенсорного энергосберегающего управления насосами в режиме реального времени могут включать:
• Системы управления зданием (BMS)
• Связь с двигателем/приводом (Motor/Drive Coommunications, MDC)
• Доступ по Интернету
• Доступ с помощью смартфона
Протоколы BMS включают сетевой протокол передачи данных Modbus RTU/TCP (в режиме Remote Terminal Unit - "удаленное терминальное устройство"/(Transport Control Protocol - протокол транспортного уровня), сетевой протокол, применяемый в системах автоматизации зданий в сетях управления (Building Automation and Control Network, BACNET) с протоколом межсетевого обмена/протоколом множественных связующих деревьев (Internet Protocol/Multiple Spanning Tree Protocol, IP/MSTP), шину N2 и т.д. Модуль программного обеспечения обмена данными электродвигателя/привода для обмена параметрами между контроллером и приводом может быть интегрирован в функциональные возможности доступа по Интернету и с помощью смартфона.
3.6) Основные функциональные возможности управления насосом
Контроллеры для графического бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени могут быть разработаны или реализованы в поверх основного программного обеспечения для управления насосом со всем основными функциями управления насосом и системой и их соответствующими настройками, например, включая:
• Датчики (альтернатива для бессенсорных преобразователей)
• Насосы
• Системы
• Испытание
• Сигналы тревоги и журналы
и т.д. В общем, данное изобретение может быть реализовано с использованием нескольких экранов настройки и вспомогательных экранов для настроек соответствующих им параметров.
Фиг. 2В. Реализация функций обработки сигналов.
В качестве дополнительного примера на фиг. 2В показано устройство 10 согласно некоторым формам осуществления данного изобретения для реализации связанных функций обработки сигналов. Устройство имеет процессор или модуль 10а обработки сигналов сконфигурированный по меньшей мере для:
приема сигнализации, содержащей информацию о рабочих параметрах насоса в реальном времени, относящуюся к множеству насосов, которые составляют часть насосной системы на установке или объекте, и вводимых пользователем данных, выбирающих один из множества насосов для отображения рабочих параметров насоса в реальном времени на мониторе управления, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление насосом из множества насосов на установке или объекте в данный централизованном месте; а также
определения соответствующей сигнализации, содержащей информацию для отображения на мониторе управления рабочих параметров насоса в режиме реального времени, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление множеством насосов на установке или объекте в данном централизованном месте на основе приятой сигнализации.
При работе процессор или модуль обработки сигналов может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать соответствующую сигнализацию в качестве сигнализация управления для управления насосом в насосной системе, например, такой как система гидравлической перекачки. Соответствующая сигнализация может содержать информацию, используемую для управления насосной гидравлической системой.
Процессор или модуль 10а обработки сигналов может быть сконфигурирован в виде или формировать часть насосной системы и/или системы управления насосной системой, например, которые могут включать или могут быть реализованы в сочетании с одним или несколькими регуляторами или контроллерами насоса, сконфигурированными в нем. В качестве примера предусматриваются формы осуществления, в которых устройство является насосной системой, имеющей контроллер насосной системы или контроллер с процессором или модулем 10а обработки сигналов, и формы осуществления, в которых устройство является или принимает форму одного или нескольких элементов управления насосом или контроллеров, имеющих процессор или модуль 10а обработки сигналов.
В качестве примера функциональные возможности устройства 10 могут быть реализованы с использованием аппаратных средств, программного обеспечения, микропрограммного обеспечения или их комбинации. В типичной реализации программного обеспечения устройство 10 будет включать одну или несколько архитектур на основе микропроцессора имеющих, например, по меньшей мере один элемент 10а, подобный процессору или микропроцессору сигналов. Специалист в данной области техники может запрограммировать подходящий программный код, такой как при реализации на основе микроконтроллера или на основе микропроцессора, для выполнения описанных здесь функций без чрезмерного экспериментирования. Например, процессор или модуль 10а обработки сигналов может быть сконфигурирован, например, специалистом в данной области техники без лишнего экспериментирования, для приема сигнализации, содержащей информацию о рабочих параметрах насоса в режиме реального времени, относящихся к множеству насосов, которые являются частью установки или объекта, и вводимых пользователем данных для выбора одного из множества насосов для отображения рабочих параметров насоса в режиме реального времени на мониторе управления, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованный управление одним из множества насосов на установке или объекте в данном централизованном месте, в соответствии с раскрытым здесь.
Кроме того, процессор или модуль 10а обработки сигналов может быть сконфигурирован, например, специалистом в данной области техники без лишнего экспериментирования, для определения соответствующей сигнализации, содержащей информацию для отображения на мониторе управления рабочих параметров насоса в режиме реального времени, чтобы позволить оператору установки или объекта осуществлять централизованное управление множеством насосов на установка или оборудовании в данном централизованное месте, в соответствии с раскрытым здесь.
Объем изобретения не должен ограничиваться какой-либо конкретной реализацией с использованием технологии, которая известна теперь или будет разработана в будущем. Объем изобретения должен включать в себя реализацию функций процессоров 10а в качестве автономного процессора, процессора сигналов или модуля обработки сигналов, а также отдельных процессоров или модулей процессоров и их комбинации.
Устройство 10 также может включать в себя, например, другие схемы или компоненты 10b процессора сигналов, включая оперативное запоминающее устройство или модуль памяти (Random Access Memory, RAM) и/или постоянное запоминающее устройство (Reed Only Memory, ROM), устройства ввода/вывода и управления, а также соединяющие их шины данных и адресов и/или по меньшей мере один входной процессор, и по меньшей мере один выходной процессор, что будет очевидно специалистам в данной области техники.
Различные элементы новизны
Данное изобретение может также включать или принимать форму одной или нескольких из следующих форм осуществления/реализации:
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых модуль графического отображения и мониторинга характеристик работы системы управления насосом в режиме реального времени основаны на данных о характеристиках насоса, выбранных из базы данных насоса, а также на переменных во время работы насоса, получаемых от модулей энергосберегающего управления и бессенсорного преобразователя, которые схематично показаны на фиг. 2А-5. С графическим сенсорным экраном характеристика насоса и системы во время работы и соответствующие значения управления, при которых насос и система могут использоваться, представляются с точки зрения графического численного отображения в режиме реального времени, что позволяет операторам лучше и проще понять состояние работы управления насосной системой в это время.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых модуль графического отображения и мониторинга в режиме реального времени работы управления насосной системой включает в себя компоновку на экране дисплея кривых характеристик работы управления насосной системой и переменных управления в режиме реального времени, подобную показанной на фиг. 6. С графическим экраном реального времени с графическим и цифровым дисплеем можно не только наблюдать информацию о характеристиках насоса и системы, такую как пересечение кривых насоса, системы и управления в режиме реального времени внутри рабочей области насоса, отмеченной на графике максимальной кривой насоса и концом кривой, но можно также в то же время наблюдать соответствующие значения управления, такие как мгновенный расход и давление, значение адаптивной контрольной точки и т.д., при которых работает насос.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых описанная здесь технология энергосберегающего управления включает в себя модуль управления, который дает адаптивную контрольную точку управления давлением на основе его кривой управления насосом (уравнения управления) относительно мгновенных расхода и/или давления в системе, схематично показанных на фиг. 7. Сигналы расхода и давления для энергосберегающего управления, изложенные здесь, могут быть обеспечены бессенсорным преобразователем или датчиками. Технологию энергосберегающего управления можно использовать для получения адаптивной контрольной точки давления с расходом системы, регулируемым регулирующими клапанами или циркуляционными насосами, например, которые могут использоваться при минимальном потреблении энергии при работе, если система сконфигурирована, как описано в источнике [7].
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых технология бессенсорного преобразователя, описанная здесь, может включать в себя преобразователь, который выдает значения давления и расхода в системе из пары значений мгновенной мощности и мгновенной частоты вращения двигателя, схематично показанных на фиг. 8. В качестве примера технология бессенсорного преобразователя, описанного здесь, может быть дискретно калибруемым бессенсорным преобразователем или численным бессенсорным преобразователем с использованием законов подобия, поддерживаемым базой данных характеристик насоса, с возможностью самонастройки, например, как описано в источниках [5 и 9] ниже.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых описанная здесь технология мониторинга и управления вибрацией может включать в себя систему адаптивного управления и диагностики вибрации насоса, например, которая схематично показана на фиг. 9.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых технологии усовершенствованных протоколов связи, описанные здесь, могут включать в себя систему управления зданием (BMS), связи между двигателем и приводом (MDC), доступа по Интернету, доступу с помощью смартфона. Протоколы BMS включают Modbus RTU/TCP, BACNET IP/MSTP, N2 и т.д. Программный модуль связи двигателя/привода для обмена параметрами между контроллером и приводом может быть объединен и/или реализован в функциональных возможностях доступа по Интернету и с помощью смартфона.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых описанная здесь технология основных функций управления насосом может включать программное обеспечение основного управления насосом со всеми функциональными возможности основного управления насосом и системой и их соответствующими настройками, включая:
датчики (альтернатива для бессенсорного управления), насосы, системы, испытания, сигналы тревоги и журналы и т.д. В общем, может быть несколько различных экранов настройки и вспомогательных экранов для их соответствующих настроек параметров.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых описанная здесь насосная жидкостная система может включать все жидкостные насосные системы с замкнутым контуром или разомкнутым контуром, такие как первичные насосные системы, вторичные насосные системы, оборотные системы водоснабжения и системы повышения давления. Представленные здесь системы могут состоять из одной зоны или нескольких зон.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых приведенные здесь гидравлические сигналы могут включать перепад давления на насосе, давление в системе или давление в зоне, расход в системе или зоне и т.д.
Данное изобретение относительно технологий передачи сигналов управления и физического соединения, изложенных здесь, может включать в себя все обычные технологии измерения и передачи, которые используются в настоящее время. Предпочтительно, технологии беспроводной передачи сигналов датчиков были бы оптимальными и благоприятными.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых насосы для жидкостных насосных систем, изложенных здесь, могут включать в себя один насос, циркуляционный насос, группу параллельно соединенных насосов или циркуляционных насосов, группу последовательно соединенных насосов или циркуляционных насосов или их комбинации.
Согласно некоторым формам осуществления данное изобретение может включать в себя или принимать формы реализации, в которых средства регулирования расхода в системах, описанные здесь, могут содержать клапаны с ручным или автоматическим управлением, циркуляционные насосы с ручным или автоматическим управлением или их комбинации.
Программное изделие для компьютера
Данное изобретение также может принимать, например, форму программного изделия для компьютера, имеющего считываемый компьютером носитель с внедренным в него исполняемым компьютерным кодом для реализации способа, например, при выполнении на устройстве обработки сигналов, которое является частью такого контроллера насоса или клапана. В качестве примера программное изделие для компьютера может принимать, например, форму компакт-диска, гибкой дискеты, флш-карты, карты памяти, а также других типов или видов запоминающих устройств, которые могут хранить такой исполняемый компьютером код на таком машиночитаемом носителе, известном теперь или разработанном в будущем.
Другие родственные заявки
Данная заявка связана с другими заявками на патент, которые составляют часть полного семейства технологий, разработанных здесь одним или несколькими изобретателями и раскрытых в следующих заявках:
[1] в заявке на патент США с порядковым номером 12/982286 (документ поверенного №911-019.001-1//F-B&G-1001), зарегистрированный 30 декабря 2010 г. под названием "Method and apparatus for pump control using varying equivalent system characteristic curve, AKA an adaptive control curve", которая опубликована как патент США №8700221 15 апреля 2014 г; и
[2] в заявке на патент США с порядковым номером 13/717086 (документ поверенного №911-019.004-2//F-B&G-X0001), зарегистрированной 17 декабря 2012 г. под названием "Dynamic linear control methods and apparatus for variable speed pump control", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/576737, зарегистрированный 16 декабря 2011 г., в настоящее время отозванной;
[3] в заявке на патент США с порядковым номером 14/091795 (документ поверенного №911-019.009-2//F-B&G-X0005), зарегистрированной 27 ноября 2013 г. под названием "3D sensorless conversion method and apparatus", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/771375, зарегистрированной 1 марта 2013 г., в настоящее время отозванной;
[4] в заявке на патент США с порядковым номером 14/187817 (документ поверенного №911-019.010-2//F-B&G-X0008), зарегистрированной 24 февраля 2014 г. под названием "A Mixed Theoretical And Discrete Sensorless Converter For Pump Differential Pressure And Flow Monitoring", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/803258, зарегистрированной 19 марта 2013, в настоящее время отозванной;
[5] в заявке на патент США с порядковым номером 14/339594 (документ поверенного №911-019.012-2//F-B&G-X0010US01), зарегистрированной 24 июля 2014 г. под названием "A Mixed Theoretical And Discrete Sensorless Converter For Pump Differential Pressure And Flow Monitoring", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США с порядковым номером 14/339594 (документ поверенного №911-019.012-1//F-B&G-X0010US01), зарегистрированной 24 июля 2014 г., в настоящее время отозванной;
[6] в заявке на патент США с порядковым номером 14/680667 (документ поверенного №911-019.014-2//F-B&G-X0012US01), зарегистрированной 7 апреля 2015 под названием "A Best-fit affinity sensorless conversion means for pump differential pressure and flow monitoring", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент с порядковым номером 61/976749 (документ поверенного №911-019.014-1//F-B&G-X0012US01), зарегистрированной 8 апреля 2014, в настоящее время отозванной; и
[7] в заявке на патент США с порядковым номером 14/730871 (документ поверенного №911-019.015-2//F-B&G-X0013US01), зарегистрированной 4 июня 2015 г. под названием "System and flow adaptive sensorless pumping control apparatus energy saving pumping applications", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент с порядковым номером 62/007474 (документ поверенного №911-019.015-1//F-B&G-X0013US01), зарегистрированной 4 июня 2014 г., в настоящее время отозванной; и
[8] в заявке на патент США №14/969723 (документ поверенного №911-019.017-2//F-B&G-X0015US01), зарегистрированной 15 декабря 2015 г. под названием "Discrete valves flow rate converter", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/091,965 (документ поверенного №911-019.017-1//F-B&G-X0015US), зарегистрированной 15 декабря 2014 г.;
[9] в предварительной заявке на патент США №15/044670, зарегистрированной 16 февраля 2016 г. (документ поверенного №911-019.019-2/F-B&G-X0016US), под названием "Detection means for sensorless pumping control applications,", которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/116031, зарегистрированной 13 февраля 2015 г., под названием "No flow detection means for sensorless pumping control applications";
[10] в предварительной заявке на патент США №62/196,355, зарегистрированной 24 июля 2015 г., под названием "Advanced real time graphic sensorless energy saving pump control system";
[11] в предварительной заявке на патент США №62/341767, зарегистрированной 26 мая 2016 г., под названием "Direct numeric affinity multistage pumps sensorless converter";
[12] в предварительной заявке на патент США №62/343352, зарегистрированной 31 мая 2016 г., под названием "Pump control design toolbox means for variable speed pumping application";
которые все назначены представителю текущей патентной заявки, и которые все включены в описание путем ссылки на соответствующие источники в их полноте.
Объем изобретения
Следует понимать, что, если в настоящем документе не указано иное, любые из признаков, характеристик, вариантов или модификаций, описанных в отношении конкретной формы осуществления изобретения, также могут быть применены, использованы или объединены с любой другой формой осуществления, описанной в данном документе. Кроме того, чертежи в данном документе выполнены не в масштабе.
Хотя данное изобретение описано на примере центробежного насоса, объем изобретения включает использование тех же признаков в отношении других типов или видов насосов, как известных в настоящее время, так и разработанных в будущем.
Хотя изобретение было описано и проиллюстрировано в отношении примеров его осуществления, в них могут быть сделаны вышеуказанные и другие добавления и опущения в пределах сущности и объема данного изобретения.