НАСОСНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАСОСНОГО УСТРОЙСТВА
PUMP SYSTEM AND PUMP DEVICE CONTROL PROCESS,

Группа изобретений относится к насосной системе для сети водоснабжения, а также к способу регулирования насосного устройства в сети водоснабжения.
Сети водоснабжения служат, например, для водоснабжения целых городов или частей городов. Как правило, в таких сетях водоснабжения требуются насосы, чтобы подавать распределяемую воду и обеспечивать желательное давление (напор) в сети водоснабжения. Для этого, наряду с нагнетательными насосами, используются повышающие давление насосы (бустерные насосы). В подобных сетях водоснабжения потребление колеблется в течение суток. При этом колеблется не только потребление в целом, но и также в отдельных ветвях сети водоснабжения. Поэтому трудно постоянно во всех частях сети водоснабжения, то есть во всех ветвях, поддерживать желательное наименьшее давление. Для этого требуется управление или регулирование насосов, которое устанавливает давление в сети водоснабжения, чтобы их мощность подачи согласовывать с потребностью.
В ЕР 2476907 А1 раскрыта система и способ регулирования давления в сети распределения текучей среды. Регулирование осуществляется согласно предварительно заданной характеристики насоса, которая задает отношение между давлением и расходом по меньшей мере для части сети. Для этого давление измеряется в критических точках, при этом датчики давления в критических точках обмениваются данными непосредственно с устройством управления насосной станции. Управление насосной станции осуществляется на основе полученных значений давления и характеристики насоса, которая задает зависимость от давления и расхода. В случае если расход становится ниже предварительно заданного минимума или превышает предварительно заданный максимум, характеристика насоса настраивается соответствующим образом. Недостатком такой системы является то, что необходимо постоянно измерять фактическое значение давления в критических точках системы.
В WO 2008/090359 А2 раскрыта система управления для редукционного клапана в сети распределения текучей среды. В случае с такой системой также измеряется давление в критической точке в сети. Измерение давления в критической точке используется для калибровки для установления характеристики управления, на основании чего осуществляется регулирование редукционного клапана. Такое выполнение имеет тот недостаток, что на временные изменения в системе может быть плохая реакция. Так, критические точки, в которых имеет место высокая потеря давления, могут в течение времени меняться. Системой, предусмотренной в WO 2008/090359 А2, это может учитываться очень ограниченным образом.
В учетом этой проблематики задачей изобретения является обеспечить насосную систему для сети водоснабжения с по меньшей мере одним насосным устройством, а также способ для регулирования такого насосного устройства, которые улучшенным образом позволяют согласовать мощность подачи насосного устройства с текущей потребностью в сети водоснабжения, так что во всех частях сети водоснабжения постоянно гарантируется желательное минимальное давление с минимальным использованием энергии.
Эта задача решается насосной системой с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, а также способом с признаками, приведенными в пункте 12 формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, последующего описания и приложенных чертежей.
Соответствующая изобретению насосная система служит для подачи воды, в особенности, питьевой воды в сети водоснабжения. Такая сеть водоснабжения может быть широко разветвленной сетью, которая снабжает, например, город или многие части города водой. Насосная система содержит по меньшей мере одно насосное устройство, которое служит для того, чтобы подавать воду в сети водоснабжения и/или приводить ее на желательное давление. Насосное устройство может представлять собой насосный агрегат или компоновку из нескольких насосных агрегатов, которые совместно вырабатывают желательное давление. В частности, речь может идти о насосах, повышающих давление (бустерных насосах), которые служат для повышения давления.
Наряду с по меньшей мере одним насосным устройством, соответствующая изобретению насосная система имеет по меньшей мере один датчик давления, который регистрирует давление на стороне нагнетания, то есть на выходной стороне насосного устройства. Такой датчик давления может, при обстоятельствах, размещаться непосредственно на выходной стороне насосного агрегата или также встраиваться в собственно насосный агрегат, чтобы регистрировать давление на выходной стороне. Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один датчик (объемного) расхода, который регистрирует расход насосного устройства, то есть расход всей снабжаемой насосным устройством сети водоснабжения. Такой датчик расхода также предпочтительно расположен непосредственно на насосном устройстве, при обстоятельствах, встроен в насосный агрегат. Для случая когда применяется несколько параллельно включенных насосов, может также каждый насосный агрегат снабжаться отдельным датчиком расхода, и эти расходы отдельных датчиков расхода могут суммироваться в общий расход. В смысле изобретения тогда такая компоновка нескольких датчиков расхода рассматривается как датчик расхода для регистрации расхода насосного устройства.
Вместо того чтобы предусматривать один или несколько датчиков давления или один или несколько датчиков расхода, также возможно, что давление и/или расход не измеряются непосредственно, а выводятся из других зарегистрированных величин, в частности электрических параметров, в насосном агрегате. Такая система в смысле настоящего изобретения также рассматривается как датчик давления или датчик расхода.
Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено несколько блоков датчиков давления, которые предусмотрены для удаленного расположения от насосного устройства в различных частичных областях сети водоснабжения. Блоки датчиков давления размещены в критических точках сети водоснабжения, чтобы регистрировать имеющееся там давление. Эти блоки датчиков давления включают в себя, таким образом, по меньшей мере один датчик давления для регистрации давления в частичной области давления сети водоснабжения. Кроме того, блоки датчиков давления рациональным образом снабжены средствами связи, которые обеспечивают возможность передачи данных о зарегистрированных значениях давления к центральному устройству управления. Это центральное устройство управления предпочтительно представляет собой устройство управления, которое служит для управления насосным устройством, то есть управляет насосным устройством или регулирует его, чтобы установить определенный расход и/или выходное давление на напорной стороне насосного устройства. Для этого устройство управления управляет или регулирует, в частности, число оборотов одного или нескольких насосных агрегатов.
Блоки датчиков давления предпочтительно снабжены средствами связи, которые обеспечивают возможность беспроводной связи. То есть блоки датчиков давления могут содержать радиомодуль, чтобы иметь возможность передавать данные на большие расстояния. Радиомодуль может, например, быть выполнен с возможностью связи в мобильной радиосети и может обеспечивать возможность передачи измеренных значений блоков датчиков давления, например, по стандарту SMS в мобильной радиосети. Так могут, например, повсеместно доступные коммуникационные структуры использоваться для передачи данных. Однако также возможно предусматривать другие стандарты радиосвязи или проводную связь. Для этого блоки датчиков давления могут быть снабжены интерфейсами связи, которые, например, выполнены с возможностью передачи данных по кабельной или иной подходящей сети передачи данных.
В соответствии с изобретением устройство управления и блоки датчиков давления связаны не так, что управление и регулирование происходит на основе текущих значений давления, зарегистрированных блоками датчиков давления. Такое регулирование в реальном времени потребовало бы непрерывной передачи данных от всех блоков датчиков давления к устройству управления для насосного устройства, что было бы довольно затратным. Чтобы избежать этого, в соответствии с изобретением устройство управления снабжено модулем создания моделей, который создает модели для частичных сетей сети водоснабжения, которые затем создают основу для управления или регулирования насосного устройства. То есть в соответствии с изобретением текущее регулирование насосного устройства осуществляется на основе моделей, загруженных в устройство управления, так что никакая текущая связь с внешними, расположенными на удалении датчиками, такими как блоки датчиков давления, не требуется. Многие блоки датчиков давления предпочтительно расположены вблизи мест потребления в критических точках на расстоянии от насосного устройства в сети водоснабжения, в которых желательное минимальное давление должно гарантироваться и контролироваться. В соответствии с изобретением для управления насосным устройством сеть водоснабжения разделена на несколько частичных областей, причем с различными частичными областями, которые в отношении поддержания минимального значения давления классифицированы как критические, ассоциирован по меньшей мере один блок датчиков давления в критической точке этой частичной области. При этом блок датчиков давления предпочтительно расположен в критической точке, как правило, в удаленной от насосного устройства точке частичной области.
Модуль создания моделей в соответствии с изобретением выполнен таким образом, что для отдельных частичных областей, с которыми соответственно ассоциирован блок датчиков давления, может создавать соответственно отдельную индивидуальную модель только для этой частичной области. Для создания такой модели модуль создания моделей выполнен таким образом, что он создает модель на основе множества измеренных значений давления блока датчиков давления, ассоциированного с соответствующей частичной областью. При этом предпочтительно имеются в виду измеренные значения давления, которые зарегистрированы в различные предпочтительно определенные моменты времени. При этом речь может идти, например, о множестве измеренных значений давления, распределенных на протяжении суток. При этом рациональным образом измеренные значения давления получают именно в такие моменты времени, которые следует рассматривать как критические, то есть моменты времени, в которые поддержание желательного минимального давления в соответствующей частичной области следует рассматривать как проблематичное. Модуль создания моделей выполнен так, что он таким образом для по меньшей мере двух частичных областей формирует, соответственно, репрезентативную модель, причем модель представляет потерю давления в соответствующей частичной области между датчиком давления на выходной стороне насосного устройства и блоком датчиков давления в этой частичной области. Эта модель затем может быть положена в основу управления или регулирования насосного устройства устройством управления, так как устройство управления из этой модели может узнать, какая потеря давления может ожидаться в соответствующей частичной области в определенном рабочем состоянии сети водоснабжения. На этой основе устройство управления может с учетом нескольких, предпочтительно всех моделей различных частичных областей управлять или регулировать центральное насосное устройство, чтобы потеря давления во всех частичных областях в достаточной степени компенсировалась, чтобы во всех частичных областях предпочтительным образом можно было гарантировать желательное минимальное давление.
В соответствии с изобретением предпочтительно вся сеть водоснабжения разделена на различные частичные области, и с каждой частичной областью ассоциирован блок датчиков давления, и для каждой частичной области формируется отдельная модель, которая представляет потерю давления от центрального насосного блока к блоку датчиков давления в соответствующей частичной области. Управление или регулирование насосного блока осуществляется устройством управления затем предпочтительным образом на основе всех моделей. Для случая, когда не вся сеть водоснабжения разделена на такие частичные области, является, однако, предпочтительным, что по меньшей мере для критических частей сети водоснабжения, в которых должно поддерживаться желательное минимальное давление, которое трудно поддерживать, такие частичные области формируются с отдельными моделями. Так, в соответствии с изобретением всегда по меньшей мере две частичные области предусматриваются с соответствующей моделью, которые затем устройством управления берутся за основу при регулировании насосного устройства.
В основе описанного создания моделей лежит знание о том, что в сети водоснабжения, которая состоит из множества очень малых по сравнению со всей сетью потребителей, рабочие условия всей сети по существу постоянны, то есть рабочие условия различаются, например, во время суток, однако, регулярно повторяясь, по существу являются одинаковыми. Это происходит потому, что отдельные потребители имеют по существу постоянный или регулярно, например ежедневно, повторяющийся профиль потребления. При рассмотрении частичных областей при создании моделей, кроме того, возможно гибко подстраивать модели на все же возникающие изменения.
Модуль создания моделей выполнен таким образом, что созданные модели отображают, соответственно, потерю давления от насосного устройства до положения соответствующего блока датчиков давления в зависимости от времени и/или расхода насосного устройства. При этом исходят из того, что датчик давления регистрирует давление на выходной стороне насосного устройства, то есть фактически образует модель потери давления между датчиком давления и блоком датчиков давления. При этом время может представлять суточный ход, так что на основе такой модели, например, видно, в какое время суток следует ожидать определенную потерю давления в частичной области сети водоснабжения, представленной моделью. Кроме того, модель создается таким образом, что она дополнительно представляет потерю давления через расход. Так можно для различных расходов считывать из модели ожидаемую потерю давления в относящейся к модели частичной области. На основе этих данных, которые устройство управления затем получает из отдельных моделей для регулирования насосного устройства, устройство управления может соответственно управлять или регулировать насосное устройство, чтобы гарантировать желательное минимальное давление во всех частичных областях. При этом не обязательно, чтобы это минимальное давление было одинаковым во всех частичных областях, напротив, устройство управления может определить индивидуальное минимальное давление для каждой частичной области.
Предпочтительным образом устройство управления выполнено так, что оно регулирует насосное устройство до предопределенного заданного давления, причем устройство управления имеет модуль определения заданного давления, который выполнен с возможностью определения этого заданного давления в зависимости от времени и/или расхода насосного устройства на основе созданной перед этим модели, представляющей потерю давления. То есть модуль определения заданного давления имеет предпочтительно устройство запоминания, из которого могут быть получены желательные значения минимального давления для отдельных частичных областей. Затем модуль определения заданного давления может, например, с учетом текущего времени суток и/или текущего расхода получить из отдельных моделей частичных областей ожидаемую при этих рабочих условиях или в этот момент времени потерю давления и на этой основе затем определить, какое заданное давление должно иметь место на выходной стороне насосного устройства, чтобы компенсировать возникающие потери давления и гарантировать желательные минимальные давления в отдельных частичных областях.
Для этого модуль определения заданного давления предпочтительно выполнен так, что он определяет заданное давление для насосного устройства таким образом, что для каждой частичной области сети водоснабжения желательное минимальное давление суммируется с определенной из соответствующей модели потерей давления с получением суммарного значения давления, и наивысшее из определенных таким образом суммарных значений давления применяется в качестве заданного давления. То есть на основе желательного минимального давления, которое загружено в устройство запоминания модуля определения заданного давления или в устройство запоминания, к которому модуль определения заданного давления может обращаться, с привлечением соответствующей модели для каждой частичной области сети водоснабжения, сначала определяется суммарное значение давления, которое соответствует заданному значению на выходной стороне насосного устройства, которое должно достигаться, чтобы скомпенсировать потерю давления в соответствующей частичной области и гарантировать желательное минимальное давление. Если затем для каждой частичной области формируется такое суммарное значение давления и из них выбирается наивысшее суммарное значение давления в качестве заданного значения, на которое затем регулируется насосное устройство, то гарантируется, что в каждой частичной области достигается по меньшей мере желательное минимальное давление. В некоторых частичных областях, при обстоятельствах, достигается более высокое конечное давление.
Модуль определения заданного давления служит предпочтительно для того, чтобы генерировать регулировочную характеристику, согласно которой один или более насосных агрегатов затем регулируется(ются). Это может быть описано в соответствии с приведенным выше как определение отдельных значений заданного давления в зависимости от расхода. Тем самым модулем определения заданного давления практически генерируется регулировочная характеристика, которая описывает зависимость давления от расхода. При этом модуль определения заданного давления образует тем самым модуль определения регулировочной характеристики.
Модуль создания моделей предпочтительно выполнен таким образом, что он с временными интервалами актуализирует созданные модели на основе новых значений давления, предоставленных блоками датчиков давления. Так может, например, ежедневно выполняться актуализация моделей. За счет того, что для отдельных частичных областей создаются отдельные модели, к тому же возможна очень гибкая актуализация, так как постоянно должны подстраиваться только отдельные частичные модели. Кроме того, разделение сети водоснабжения на отдельные частичные области с отдельными частичными моделями обеспечивает возможность в целом более точного и гибкого регулирования, так как сначала каждая модель частичной области рассматривается независимо и только затем в итоге, после рассмотрения всех моделей, как описано выше, модуль определения заданного давления определяет давление, которое должно быть на выходной стороне насосного устройства, чтобы удовлетворять всем моделям или всем ожидаемым потерям давления. Таким способом можно заметно более гибко реагировать на изменения ожидаемых потерь давления в отдельных частичных областях или элементе управления.
Описанный модуль создания моделей и описанный модуль определения заданного давления могут быть выполнены предпочтительным образом как модули программного обеспечения в устройстве управления. Они также могут быть интегрированы в программное приложение.
Согласно предпочтительной форме выполнения, блоки датчиков давления соответственно оснащены устройством запоминания измеренных значений, которое используется для того, чтобы хранить многие измеренные значения давления с соответствующей временной меткой. С помощью такого устройства запоминания измеренных значений может упрощаться связь между блоками датчиков давления и устройством управления или модулем создания моделей. Таким образом, блоки датчиков давления могут хранить множество измеренных значений давления в определенном интервале времени и затем все измеренные значения давления совместно передавать в одном процессе передачи в устройство управления. Устройство управления снабжено модулем связи, соответствующим таковым для блоков датчиков давления, например радиоинтерфейсом, который может осуществлять связь с обычной мобильной радиосетью. Блоки датчиков давления могут быть выполнены таким образом, что они самостоятельно инициируют передачу данных к устройству управления или могут быть выполнены таким образом, что данные запрашиваются устройством управления в желательные моменты времени. Предпочтительным образом устройство запоминания измеренных значений выполнено таким образом, что оно может хранить данные для целого дня, так что только один раз в день данные передаются от блока датчиков давления в устройство управления. Как только устройство управления приняло данные, затем его модуль создания моделей может создавать модель для соответствующей частичной области или, при обстоятельствах, актуализировать ее на основе новых измеренных значений блока датчиков давления. Для того чтобы модель по возможности точно выполнить, блоки датчиков давления предпочтительно выполнены так, что они измеренные значения предпочтительно регистрируют целый день, в частности, равномерно распределенным образом. Так, например, измерения давления могут выполняться каждый час или каждые полчаса. Каждое измерение предпочтительно снабжается временной меткой, так что после последующей передачи данных в устройство управления можно точно определить, в какой момент времени соответствующее значение давления было зарегистрировано блоком датчиков давления.
Как описано, каждый блок датчиков давления оснащен подходящим модулем связи, который позволяет осуществлять связь с устройством управления, которое для этого снабжено корреспондирующимся модулем связи. Модули связи имеют соответствующие интерфейсы для передачи данных, например, согласно стандарту мобильной радиосвязи или стандарту сети передачи данных.
Согласно предпочтительной форме выполнения, устройство управления может быть частью насосного устройства и, в частности, насосного агрегата. Так, устройство управления может быть встроено в насосный агрегат, например размещаться в корпусе электроники, размещенном непосредственно на насосном агрегате. Для случая когда насосное устройство включает в себя несколько насосных агрегатов, также является возможным, что устройство управления встроено в один из насосных агрегатов и одновременно управляет или регулирует другие насосные агрегаты.
Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения, устройство управления содержит модуль обнаружения утечки. Также этот модуль может быть реализован как программный модуль в устройстве управления. Модуль обнаружения утечки предпочтительно выполняется таким образом, что он посредством датчика расхода в периодически повторяющийся момент времени или в периодически повторяющийся интервал времени, предпочтительно ежедневно, регистрирует расход и сравнивает зарегистрированный расход с предельным значением и/или с одним или несколькими зарегистрированными в предшествующие моменты времени или интервалы времени расходами. Периодически повторяющимся моментом времени может являться, например, определенное время суток, так что каждый день в это время регистрируется расход. При этом расход может определяться точно в этот момент времени или может, например, определяться расход в предопределенном интервале времени и формироваться среднее значении. Предпочтительным образом периодически повторяющийся момент времени приходится на ночное время, так как к этому моменту времени расход в сети водоснабжения, как правило, низкий. Путем сравнения зарегистрированного таким образом расхода с предельными значениями и/или зарегистрированными в соответствующие предшествующие моменты времени или в соответствующие интервалы времени расходами можно обнаружить изменения расходов, которые позволяют сделать вывод об утечке. Если, например, ежедневно к определенному времени суток модулем обнаружения утечки регистрируется текущий расход, то расход должен статистически по множеству дней быть по существу одинаковым. Если, однако, в течение многих дней происходит непрерывное повышение или, при обстоятельствах, скачкообразное повышение, которое отклоняется от долговременного среднего значения, то можно, например, отсюда сделать вывод об утечке. Также, при необходимости, в устройстве управления могут быть установлены предельные значения, при превышении которых делается вывод об утечке.
Далее, предпочтительным образом устройство управления содержит модуль обнаружения утечки, который выполнен таким образом, что он для определения вероятного места утечки для отдельных частичных областей определяет соответствующую действительную потерю давления на основе измеренных значений датчика давления, а также соответствующего, относящегося к соответствующей частичной области блока датчиков давления, и эту действительную потерю давления сравнивает с выводимой из соответствующей модели ожидаемой потерей давления. Таким образом, разделение всей сети на отдельные частичные области с соответствующими моделями используется для того, чтобы локализовать утечку или вероятное место утечки ограничить по меньшей мере одной из частичных областей. Это может осуществляться путем сравнения фактически зарегистрированной к определенному моменту времени потери давления в соответствующей частичной области с ожидаемой потерей давления к этому моменту времени, которая получается из соответствующей модели. Например, сильное отклонение от модели может быть индикатором того, что в этой частичной области возникает потеря давления.
Таким образом, модуль обнаружения утечки предпочтительно выполнен таким образом, что он индицирует вероятную утечку для той частичной области, для которой действительная потеря давления равна или больше, чем ожидаемая потеря давления. Предпочтительным образом модуль обнаружения утечки выполнен так, что он постоянно учитывает все модели или все частичные области. При утечке в одной из частичных областей в соответствии с изобретением потеря давления увеличивается только в этой частичной области, в то время как в остальных частичных областях она лишь незначительно изменяется или снижается.
Особенно предпочтительно модуль обнаружения утечки выполнен таким образом, что утечка обнаруживается в следующих двух этапах. На первом этапе, как описано выше, путем сравнения расходов сначала определяется, вероятна ли вообще утечка во всей сети. Если такая вероятность устанавливается модулем обнаружения утечки вышеописанным способом, то затем предпочтительно на втором этапе выполняется локализация с помощью моделей для отдельных частичных областей, как описано выше. Если, таким образом, установлена вероятная утечка на основе повышения расхода и затем на втором этапе установлено, что по сравнению с моделью потеря давления в одной из частичных областей повысилась, то является вероятным, что утечка имеет место в данной частичной области.
Согласно другой предпочтительной форме выполнения устройство управления имеет модуль обнаружения утечки, который выполнен таким образом, что он для отдельных частичных областей при актуализации соответствующей модели для ожидаемого падения давления в этой частичной области с помощью модуля создания модели ожидаемое падение давления для одного или нескольких определенных рабочих состояний согласно актуализированной модели сравнивает с ожидаемым падением давления согласно предшествующей модели и на основе изменения ожидаемого падения давления распознает вероятную утечку в соответствующей частичной области. То есть согласно данному способу, для локализации утечки в одной из частичных областей не текущее измерение падения давления сравнивается с выведенным из существующей модели ожидаемым значением для падения давления, а сравниваются между собой получаемые из моделей значения, а именно, для более старой модели и для актуализированной модели. Так как в актуализацию в конечном счете входят возникающие утечки, то актуализированная модель из-за утечки будет изменяться, то есть согласно актуализированной модели будет ожидаться более высокое падение давления, чем это имело место в более старой модели. Это изменение может привлекаться для обнаружения и, в частности, локализации утечки. Это сравнение рациональным образом выполняется для всех частичных областей на основе действительных для них моделей. Если затем только в одной частичной области устанавливается изменение, то вероятно, что там имеется утечка.
Предметом изобретения также является соответствующий способ для регулирования насосного устройства. Такой способ может быть, в частности, реализован с насосной системой, как описано выше. В этом отношении, что касается предпочтительных признаков способа, можно сослаться на предшествующее описание осуществления способа на основе насосной системы.
Соответствующий изобретению способ служит для регулирования по меньшей мере одного насосного устройства в сети водоснабжения. При этом насосное устройство и сеть водоснабжения могут быть выполнены так, как описано для приведенной выше насосной системы. В соответствии с изобретением сеть водоснабжения для регулирования разделена на множество частичных областей, которые для регулирования давления в определенном объеме рассматриваются в отдельности. В по меньшей мере двух таких частичных областях в по меньшей мере одной критической точке в несколько моментов времени регистрируется давление. Одновременно давление регистрируется на выходной стороне насосного устройства. Так можно на основе этих измеренных значений давления определять потерю давления для по меньшей мере двух из частичных областей в различные моменты времени, в которые давление измерялось в частичных областях и одновременно измерялось давление на выходной стороне насосного устройства. Таким образом, регистрируются потери давления для отдельных частичных областей в определенные моменты времени и в определенных рабочих состояниях, которые имеют место в моменты времени, в которые измерялись потери давления. На основе этих данных, в частности потерь давления, для упомянутых по меньшей мере двух частичных областей создается соответствующая модель, представляющая потерю давления. Модель указывает ожидаемую потерю давления для определенных рабочих состояний, в частности для определенных моментов времени и/или расходов. Насосное устройство затем в соответствии с изобретением регулируется на основе созданной модели. То есть при управлении или регулировании насосного устройства учитываются не текущие фактически измеренные значения давления в сети водоснабжения во всех критических точках, а вместо этого обращаются к созданной перед этим модели. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что не во всех критических точках сети водоснабжения требуются постоянные непрерывные измерения давления с сообщениями обратной связи в устройство управления насосного устройства.
Одновременно с регистрацией давления в упомянутых критических точках частичных областей определяется расход насосного устройства, то есть общий расход для сети водоснабжения, и модель создается таким образом, что она представляет потерю давления в соответствующей частичной области в зависимости от времени и/или расхода. При этом модель представляет зависимость расхода всей сети, т.е. не требуется регистрировать расход для отдельных частичных областей, так что в них должны выполняться только в критических точках измерения давления. Тогда для регулирования или управления насосным устройством можно, например, на основе текущего измеренного расхода и времени определять ожидаемую потерю давления, на основе которой затем может устанавливаться выходная точка насосного устройства.
Предпочтительным образом для регулирования насосного устройства регистрируется текущий расход насосного устройства, и для текущего момента времени и текущего зарегистрированного расхода на основе созданной перед этим модели определяются ожидаемые во всех частичных областях потери давления, и затем выходная точка насосного устройства регулируется до заданного давления, которое компенсирует эти потери давления. Таким образом, как описано выше, ожидаемые потери давления могут суммироваться с заданными минимальными давлениями для отдельных частичных областей и затем наивысшее значение давления из этих суммарных значений давления берется в основу в качестве заданного давления для регулирования насосного устройства. То есть выходное давление насосного устройства предпочтительно устанавливается таким образом, что наивысшая возникающая потеря давления в одной из частичных областей все еще может компенсироваться.
Согласно другому предпочтительному выполнению способа, давление в критических точках в отдельных частичных областях регистрируется во множество моментов времени, и эти измеренные значения сохраняются, и осуществляется оценка для создания или актуализации соответствующей модели после определенного количества измерений или определенного интервала времени. Таким способом передача данных может оптимизироваться и упрощаться, так как не для каждого измерения непосредственно набор данных из критической точки, в которой осуществлялось измерение, должно передаваться к центральному устройству управления. Вместо этого сначала множество измеренных значений собираются и затем совместно передаются, так что, например, достаточна передача данных один раз в сутки.
Далее, предпочтительным образом в способе может обнаруживаться утечка, при этом в сети водоснабжения регулярным образом, предпочтительно ежедневно, регистрируется расход насосного устройства в определенный момент времени или в определенном интервале времени, и зарегистрированные таким образом измеренные значения расхода сравниваются между собой или с по меньшей мере одним предопределенным предельным значением. Так, можно, например, ежедневно, в определенное время суток, в частности в ночное время, регистрировать расход, и эти зарегистрированные значения расхода могут сравниваться на протяжении нескольких дней. Если происходит чрезмерное повышение измеренных значений расхода в повторяющиеся моменты времени, то это может быть указанием на утечку. Также при превышении определенного предельного значения для расхода может быть сделан вывод о наличии утечки.
Согласно особенно предпочтительному выполнению способа, также возможно ограничить вероятное место утечки в сети водоснабжения до по меньшей мере одной частичной области. Это осуществляется предпочтительным образом путем сравнения фактически измеренной для частичной области потери давления с ожидаемой согласно соответствующей модели для этой частичной области потерей давления. При этом предпочтительным образом утечка в частичной области устанавливается в том случае, если в ней фактическая потеря давления равна или больше, чем ожидаемая потеря давления. Это справедливо, в частности, тогда, когда во всех других частичных областях фактическая потеря давления соответствует ожидаемой потере давления или меньше, чем ожидаемая потеря давления. В этом отношении разделение всей сети на различные частичные области с отдельными моделями для потери давления этих частичных областей имеет преимущество, состоящее в том, что эти модели, наряду с регулированием или управлением насосным устройством, одновременно могут использоваться для распознавания и локализации утечки. Определение вероятного места утечки в сети водоснабжения может предпочтительно осуществляться путем сравнения измеренной в частичной области в предопределенном интервале времени средней потери давления с ожидаемой согласно соответствующей модели для этой частичной области в том же интервале времени потерей давления, причем предпочтительно утечка в частичной области устанавливается в том случае, когда в ней измеренная средняя потеря давления равна или больше, чем ожидаемая средняя потеря давления. То есть согласно этому варианту способа, рассматривается не текущая потеря давления, а рассматривается более длительный интервал времени, в котором формируется среднее значение для потери давления. В модели затем считывается средняя потеря давления для того же интервала времени, и эти оба средние значения сравниваются между собой. Таким способом может быть реализована более высокая точность распознавания, так как ограниченные по времени отклонения остаются неучтенными.
Альтернативно или дополнительно, место утечки в сети водоснабжения может определяться посредством сравнения ожидаемой потери давления в частичной области для одного или нескольких рабочих состояний согласно первой модели с ожидаемой потерей давления для тех же рабочих состояний той же частичной области согласно второй актуализированной модели. То есть можно, например, тогда, когда модель для частичной области ежедневно актуализируется, сравнивать актуализированную модель с моделью предыдущего дня. Если в новой модели ожидаемая потеря давления для одного или более определенных моментов времени, интервалов времени или рабочих состояний, например, выше, чем в модели предшествующего дня, то это может указывать на утечку. В частности, и здесь модели для нескольких дней или по более длинному промежутку времени могут сравниваться между собой, чтобы реализовать более высокую точность распознавания.
Далее изобретение описывается на примерах со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - схематичное представление сети водоснабжения с соответствующей изобретению насосной системой,
Фиг. 2 - схематичное представление функционирования соответствующей изобретению насосной системы,
Фиг. 3 - диаграмма, на которой заданное давление нанесено для различных расходов,
Фиг. 4 - две диаграммы ночного измерения расхода,
Фиг. 5 - схематичное представление локализации утечки согласно первой форме выполнения, и
Фиг. 6 - схематичное представление локализации утечки согласно второй форме выполнения.
1
n
На Фиг. 1 схематично представлена сеть водоснабжения с соответствующей изобретению насосной системой. Сеть водоснабжения имеет подводящую линию 2, в которой размещен насосный блок 4, например один или несколько насосных агрегатов. Ниже по потоку от насосного блока 4 сеть водоснабжения разветвляется на несколько ветвей 6. В показанных отдельных ветвях 6 в критических точках размещены блоки D датчиков давления (D…D). В показанном здесь примере блоки D датчиков давления оснащены модулями связи, которые обеспечивают возможность передачи данных через мобильную радиосеть согласно стандарту SMS в устройство 8 управления. Блоки D датчиков давления также содержат устройство запоминания измеренных значений, в которых хранятся сохраненные в различные моменты времени измеренные значения давления с временной меткой, так что отдельные измеренные значения давления могут ассоциироваться с точными моментами времени, в которые они были зарегистрированы. Блоки D датчиков давления выполнены таким образом, что они однократно ежедневно сохраненные измеренные значения давления передают по радио в устройство 8 управления. Блоки D датчиков давления измеряют, например, в течение суток через каждые полчаса значение давления в критических точках. Может также осуществляться больше или меньше измерений давления. Количество измерений давления должно выбираться таким образом, что за сутки по возможности все критические рабочие состояния могут быть зарегистрированы с достаточной точностью.
Устройство 8 управления служит для управления или регулирования насосного блока 4. В особенности устройство 8 управления регулирует один или более насосных агрегатов насосного блока 4 по числу оборотов, так что достигается желательное выходное давление на напорной стороне насосного блока 4. Оно регистрируется датчиком 10 давления. Кроме того, датчик 12 расхода расположен перед разветвлением, так что он централизованно регистрирует расход через насосный блок 4 и тем самым через всю расположенную вниз по потоку сеть водоснабжения. Датчик 10 давления и датчик 12 расхода выдают свои измеренные значения в устройство 8 управления, причем они предпочтительным образом обеспечивают возможность непрерывного измерения. Датчик 10 давления и датчик 12 расхода предпочтительно расположены вблизи устройства 8 управления, так что здесь может быть предусмотрено проводное соединение для передачи данных.
1
n
Со ссылкой на Фиг. 2 будет более подробно описано соответствующее изобретению регулирование или управление насосным блоком 4. В примере, показанном на Фиг. 4, в качестве насосного блока показано несколько насосных агрегатов 14, которые могут работать параллельно или попеременно, в зависимости от того, какая производительность подачи требуется. Насосный блок 4 образует тем самым насосную станцию, которая имеет один или более насосных агрегатов 14 для повышения давления (напора) воды. Управление осуществляется на основе нескольких моделей A (A…A), которые представляют потерю давления в отдельных частичных областях сети 1 водоснабжения. В соответствии с изобретением, для нескольких блоков D датчиков давления, в этом примере для всех блоков D датчиков давления создается соответствующая модель А для потери давления между датчиком 10 давления и соответствующим блоком D датчиков давления. Так создаются различные модели А для отдельных критических точек в различных ветвях 6 сети 1 водоснабжения, которые представляют потею давления в этой частичной области сети водоснабжения в зависимости от времени t и от расхода q во всей сети 1 водоснабжения, который регистрируется датчиком 12 расхода.
cri
cri,1
cri,n
1
n
cri
dis
Модели А создаются на основе зарегистрированных блоками D датчиков давления значений давления p(p… p) в различные моменты времени. Блоки D датчиков давления регистрируют в множество моментов времени, как описано выше, например каждые полчаса, значение давления. Эти зарегистрированные значения регулярным образом, например один раз в сутки, подаются в устройство 8 управления. Там в качестве дополнительных данных регистрируются измеренные значения давления датчика 10 давления, измеренные значения расхода датчика 12 расхода, а также соответствующее время. На основе этих данных в модуле 16 создания моделей формируются модели A (A…A). Модели А загружаются в устройство запоминания 18 параметров в устройстве 8 управления для всех частичных областей. Каждый раз, когда от блоков D датчиков давления новые зарегистрированные измеренные значения посылаются на устройство 8 управления, они вновь обрабатываются в модуле 16 создания моделей с зарегистрированными измеренными значениями давления от датчика 10 давления и измеренными значениями расхода от датчика 12 расхода, и созданные модели А актуализируются. При обработке в модуле 16 создания моделей при этом осуществляется временное ассоциирование всех измеренных значений с отдельными моментами времени, то есть с каждым рассматриваемым моментом времени ассоциируется измеренное значение p давления, измеренное значение p датчика 10 давления, а также измеренное значение q расхода датчика 12 расхода. Это ассоциирование образует модель А и сохраняется в устройстве запоминания 18 в актуализированном виде. Каждая из моделей А указывает, таким образом, потерю давления, которая может ожидаться к определенному моменту времени при определенном расходе q в значении всей сети в отдельной частичной области. При этом структура каждой из этих моделей задается, например, посредством:
dis
cri
0
7
при этом p соответствует давлению датчика 10 давления, p - давлению у блока D датчиков давления, q - расход в датчике 12 расхода. Параметры а(а…а) формируются в модуле 16 создания моделей на основе зарегистрированных измеренных значений. Постоянный параметр ω описывает частоту суточных вариаций в модели.
Для создания моделей предпочтительно учитываются данные из одних только суток, так что в блоках D датчиков давления, а также в устройстве запоминания 20 данных устройства 8 управления измеренные значения должны сохраняться только для одних суток. Таким образом, обрабатываемые объемы данных поддерживаются небольшими.
pipe
pipe,1
pipe,n
1
n
pipe
criref
1
n
criref
criref,1
criref,n
pipe
ref
ref,1
ref,n
ref
ref
dis
Регулирование насосного блока 4 осуществляется на основе текущего измеряемого расхода q и времени t таким образом, что из образованных таким путем моделей А считываются ожидаемые для этого расхода и к этому моменту времени потери давления p(p… p). В модуле 21 определения заданного давления, который имеет сумматор S (S…S), устройство запоминания 23 заданного давления, а также блок 22 сравнения, определяется заданное давление, которое требуется на выходной стороне насосного агрегата 14. Ожидаемые потери давления p суммируются со считанным из соответствующего устройства запоминания 23 заданного давления соответствующим минимальным или опорным давлением p, которое должно быть достигнуто в критических точках, в которых размещены блоки D датчиков давления. Это осуществляется на этапах суммирования S (S…S) в устройстве 8 управления. Там соответствующие опорные давления p(p…p) суммируются с определенными ожидаемыми потерями давления p. Из этих суммирований определяются целевые опорные давления для отдельных частичных областей p(p… p). Они затем в блоке 22 сравнения сравниваются друг с другом, и наибольшее определенное опорное значение p подается на регулятор числа оборотов или модуль 24 регулирования числа оборотов в устройстве 8 управления. В нем происходит регулирование до заданного давления p с учетом зарегистрированного датчиком 10 давления текущего давления p. Регулятор 24 числа оборотов выдает число n оборотов для насосного(ых) агрегата(ов) 14. Дополнительно устройство 8 управления в этом примере имеет модуль 26 выбора, который устанавливает, должен ли один или несколько насосных агрегатов 14 и с каким числом n оборотов приводиться, и если не все насосные агрегаты 14 используются, то какой из насосных агрегатов 14 используется. Таким образом может обеспечиваться равномерная загрузка нескольких насосных агрегатов 14 посредством модуля 26 выбора.
Применение моделей для отдельных частичных областей сети 1 водоснабжения, которые соответствуют одной или нескольким ветвям 6, в которых, соответственно, размещен блок D датчиков давления, имеет преимущество, состоящее в том, что фактическое выходное давление насосного блока 6 очень точно может согласовываться с фактическими потребностями и таким образом постоянно достаточное давление гарантируется в отдельных частичных областях и одновременно может минимизироваться использование энергии. Кроме того, отдельные частичные модели А за счет актуализации посредством данных, зарегистрированных блоками D датчиков давления, могут гибко подстраиваться к изменениям потребности в сети 1 водоснабжения.
ref
В примере выполнения по Фиг. 2 следует понимать, что может иметься любое число частичных областей с блоками D датчиков давления и соответственно любое количество моделей А. Обработка сигналов и определение опорного давления для отдельных частичных областей p осуществляется, соответственно, независимо, так что предусматривается соответствующее число сумматоров S и устройство запоминания 23 заданного давления, а также устройство запоминания 18, что, соответственно, указывается тремя точками между сигнальными линиями на Фиг. 2.
ref
ref
ref
Фиг. 3 показывает pq-диаграмму, на которой представлено давление в зависимости от расхода. Можно видеть, что в качестве опорного давления p, на которое регулируется насосный блок 4, всегда выбирается наибольшее для соответствующего расхода суммарное значение давления p. Опорное давление p, на которое регулируется насосный блок 4, обозначено сплошной линией.
Устройство 8 управления насосной системы согласно изобретению обеспечивает, кроме того, регистрацию и локализацию возможных утечек в сети 1 водоснабжения. Для этого ежедневно в определенном интервале времени Dt, начинающемся в определенный повторяющийся момент времени, регистрируется среднее значение расхода в датчике 12 расхода устройством 8 управления (см. Фиг. 4). Это осуществляется предпочтительным образом в ночное время, например в полночь, если расход является наиболее низким и за несколько суток по существу постоянным. Этот расход Dt сохраняется для нескольких суток и сравнивается, как показано на диаграмме внизу Фиг. 4, для дней с 1d до 9d. Из распознаваемого здесь подъема расхода, начиная с дня 4d по день 9d, можно сделать вывод об утечке в некотором месте сети 1 водоснабжения. Если устройство 8 управления распознает такое нарастание за несколько дней или альтернативно или дополнительно превышение предопределенного порогового значения, то отсюда делается вывод об утечке и, при необходимости, выдается соответствующая сигнализация.
dis
cri
cri,1
cri,n
dis
cri,n
1
n
1
n
pipe
pipe,l
pipe,n
1
n
На следующем этапе тогда возможно на основе сформированных моделей А локализовать, в какой из частичных областей, которые ассоциированы с блоком D датчиков давления, вероятно находится утечка. Со ссылкой на Фиг. 5 здесь описан первый способ. Для выполнения этого способа в устройстве 8 управления должен иметься соответствующий программный модуль, в частности модуль обнаружения утечки. Для распознавания утечки в определенный момент времени t рассматриваются выходное давление p насосного блока 4, а также давление p(p… p), зарегистрированное в этот момент времени соответствующими блоками D датчиков давления. Из них формируется разность, то есть фактическая потеря давления p… p в определенный момент времени t. Эти значения на этапе формирования остаточного значения R(R…R), отдельно для каждой модели A(A…A) вычитаются из ожидаемых в соответствующие моменты времени и при соответствующих расходах потерь давления согласно модели А, то есть потерь давления p(p… p). Таким способом для отдельных частичных областей формируются остаточные значения r(r…r). На следующем этапе затем в модуле 28 или на этапе локализации рассматривается, какое из остаточных значений r больше, равно или меньше чем 0. Вероятность утечки затем локализуется в той частичной области, в которой остаточное значение r равно или меньше чем 0. То есть принимается, что утечка возникает там, где потеря давления больше, чем ожидается. В других частичных областях сети 1 водоснабжения давление ввиду одновременно снижающегося расхода повышается, так что там остаточное значение r больше нуля. Это означает, что вероятность утечки наиболее велика там, где остаточное значение равно 0 или меньше 0. За счет того, что рассматривается только знак остаточных значений, но не фактическое значение, влияние колебаний на основе потребления воды при таком рассмотрении исключается.
1
n
init
init,1
init,n
init
1
n
1
n
Со ссылкой на Фиг. 6 описывается второй способ для локализации утечек. Этот способ отличается от поясненного выше со ссылкой на Фиг. 5 способа тем, что на этапах формирования остаточного значения R′ (R′…R′) не формируется остаточное значение между ожидаемой потерей давления и фактической потерей давления, а сравниваются параметры текущей модели А с параметрами уже действующих моделей A(A… A). То есть после актуализации модели А на основе новых измеренных значений от блоков D датчиков давления сформированная таким образом модель А сравнивается с соответствующей моделью A для той же частичной области, которая была действительной перед этим. То есть параметры R′ одной модели на этапах формирования остаточного значения вычитаются из соответствующих параметров другой модели. При этом учитываются параметры, то есть значения потери давления для тех же рабочих состояний, то есть тех же моментов времени и расходов. Сформированные таким образом остаточные значения r′ (r′…r′) сравниваются между собой в модуле локализации 28′. При этом в модуле локализации 28′ анализируется, для какой из частичных областей параметры модели А изменились. При этом параметры изменяются не только в частичной области, в которой находится утечка, но в частичной области, где находится утечка, параметры а, представляющие потерю давления, согласно приведенной выше формуле, изменяются положительно, в то время как в частичных областях, в которых утечка отсутствует - отрицательно. То есть представляющие потерю давления параметры а модели А повышаются для частичной области, в которой имеется утечка, в то время как они для других частичных областей будут снижаться. Это анализируется в модуле локализации 28′, так что там может быть определена частичная область, соответствующая модели A(A…A), в которой возникла утечка.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 сеть водоснабжения
2 подводящая линия
4 насосный блок
6 ветви
8 устройство управления
10 датчик давления
12 датчик расхода
14 насосный агрегат
16 модуль формирования модели
18 устройство запоминания
20 устройство запоминания данных
21 модуль определения заданного давления
22 блок сравнения
23 устройство запоминания заданного давления
24 регулятор числа оборотов
26 модуль выбора
28, 28′ модуль локализации
1
n
D - D блоки датчиков давления
1
n
A - A модели для потери давления в отдельных частичных областях
1
n
S - S этапы суммирования
1
n
R - R этапы формирования остаточного значения
1
n
r - r остаточные значения
t время
p давление
q расход
n число оборотов насоса
cri
p зарегистрированное значение в критических точках
dis
p давление на выходной стороне насосного агрегата
pipe
p потеря давления согласно модели
criref
p требуемое минимальное давление в частичной области
ref
p опорное давление.