BR112016004819B1

BR112016004819B1 - Método e sistema de gerenciamento e controle de demanda de uma rede de tubulação

Info

Publication number: BR112016004819B1
Application number: BR112016004819-9A
Authority: BR
Inventors: David John Aughton; Sumith Choy
Original assignee: Rubicon Research Pty Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2021-11-30
Also published as: CN107574785B; EA201690426A1; CA2922906A1; MX371038B; US20160209851A1; MA38924A1; WO2015031954A1; MA38924B1; EP3041997A4; MX2016002889A; BR112016004819A8; CN107574785A; ES2786903T3; EP3041997B1; EP3041997A1; CA2922906C; US10114388B2; PE20160346A1; AU2014317812A1; CN105612289A

Abstract

método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido. a invenção revela um método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade (42). o método inclui as etapas de fornecer uma rede de fluido controlada por computador (40) para entrega do fluido através de uma pluralidade de válvulas (16, 18, 20), manter uma base de dados em tempo real (48) dentro da dita rede de fluido controlada por computador (40) de parâmetros predeterminados incluindo cronogramas de fluxo e capacidades da pluralidade de válvulas (16, 18, 20), solicitando, através de uma interface de usuário (44), uma taxa de fluxo e tempo de entrega do dito fluido a partir da rede de fluido para pelo menos uma da pluralidade de válvulas (16, 18, 20), determinar, usando os parâmetros predeterminados a partir da base de dados em tempo real (48), a disponibilidade de fornecer entrega e taxa de fluxo do fluido a partir da rede de fluido (40) para a ao menos uma da dita pluralidade de válvulas (16, 18, 20) com base na capacidade hidráulica da rede de fluido (42), e, se a capacidade hidráulica estiver disponível, calcular parâmetros usando a base de dados em tempo real (48) para entregar o fluido para a ao menos uma da dita pluralidade de válvulas (16, 18, 20) através da dita rede de fluido controlada por computador (42), por meio da qual cada uma da pluralidade de válvulas (16, 18, 20) é monitorada e ajustavelmente controlada para fornecer a taxa de fluxo e entrega através de ao menos uma da dita pluralidade de válvulas (16, 18, 20) em uníssono com o monitoramento e controle das outras da pluralidade de válvulas (16, 18, 20) para manter o fluxo e gerenciar a cabeça de pressão dentro da rede de tubulação de fluido (42) entre limites predeterminados.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método de gerenciamento de demanda e controle para redes de conduto fechado de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade, e refere-se particularmente, embora não exclusivamente, a um método de gerenciamento de demanda e controle para redes de tubulação de irrigação de água de cabeça de pressão limitada ou alimentados pela gravidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Em nossa Patente US. N°. 7.152.001, a totalidade da qual é aqui incorporada, é revelado um sistema baseado em computador para prever o nível de fluido em uma rede de fluxo de fluido. O sistema tem sido muito bem sucedido, pois ele pode usar medições passadas e presentes dos parâmetros para prever e controlar o nível de fluido e fluxo. O sistema reúne dados de níveis de fluido sincronizados e posições de abertura de reguladores ou válvulas para fornecer um modelo a partir do qual os níveis de fluido e fluxo podem ser determinados em tempo real.

[003] Em nosso Pedido de Patente Internacional N°. PCT/AU2012/000907, a totalidade do qual é aqui incorporada, é revelado um método de gerenciamento de demanda para redes de fluido. O método foi aplicável tanto a condutos fechados (rede de tubulação) quanto a condutos abertos (redes de canal). Redes de tubulação de gravidade tipicamente operam dentro de cabeça de pressão limitada e, portanto, são limitadas na sua capacidade para atender à demanda.

[004] Os modelos conhecidos de redes de tubulação seriam utilizados no gerenciamento da demanda para essas redes. Os dados do sistema SCADA seriam utilizados para calibrar e fazer o ajuste fino continuamente do modelo da rede de transporte de tubulação com base em técnicas de identificação do sistema. A medição de fluxo e medições de cabeça de pressão seriam localizados em pontos na rede de tubulação que seriam considerados necessários para calibrar o modelo para a precisão desejada. Os pontos de abastecimento para os usuários são a forma primária de controle utilizada com uma rede de tubulação. O controlador da rede de tubulação é muito mais simples do que para uma rede de canal com a forma do princípio de controle sendo manter o fluxo no ponto de abastecimento igual àquele da ordem.

[005] O controle e gerenciamento da demanda é especialmente aplicável às redes de tubulação de gravidade comumente utilizadas para o abastecimento de água de irrigação. Surgiram dificuldades para implementar sistemas na medida em que redes de tubulação de gravidade funcionam normalmente dentro de cabeça de pressão limitada e, portanto, são limitadas em sua capacidade para continuar a atender a demanda. Tubulações de gravidade também funcionam tipicamente em cabeças de pressão mais baixas onde haverá uma maior interação entre os fluxos das saídas, devido às operações de válvulas. Por conseguinte, assumindo que todos os parâmetros, como o diâmetro do tubo, taxa de fluxo, tamanho da válvula, etc. são os mesmos, quanto maior a cabeça de pressão estática (por exemplo, a partir do bombeamento), menos sensível ao impacto das flutuações de fluxo, devido às operações de válvula (por exemplo, abertura ou fechamento de válvulas) em outras válvulas em funcionamento.

[006] A Figura 1 ilustra porque as válvulas em funcionamento são menos sensíveis a variações de fluxo no canal de fornecimento (por exemplo, a partir de outra abertura e fechamento das válvulas) com uma cabeça de pressão mais elevada na tubulação, a Figura 1 mostra um gráfico da linha da grade hidráulica ou cabeça pressão contra a posição da válvula para uma pressão alta na linha 10 e para uma pressão baixa ou linha de grade hidráulica alimentado por gravidade ou cabeça de pressão na linha 2. A tubulação alimentada por gravidade 14 é mostrada em uma grade com duas válvulas 16 e 18. Apesar da tubulação 14 ser mostrada em uma grade, ela pode ser horizontal, se o abastecimento de água for elevado para fornecer a cabeça de pressão necessária. Para a linha 10, a tubulação 14 seria acoplada a uma bomba (não mostrada) para produzir uma cabeça de alta pressão. A explicação agora segue: 1. Assuma a tubulação física 14 funcionando ou tanto em um estado de Baixa Pressão (LP) quanto em um estado de Alta Pressão (HP), e para uma válvula de funcionamento específico que fornece fora da tubulação 14. 2. Assuma inicialmente que a tubulação de abastecimento 14 está funcionando na mesma taxa de fluxo Q1 em ambos os estados. 3. Uma mudança no fluxo em uma tubulação de abastecimento 14 (devido ao início e parada de outras válvulas 16, 18) ocorre para ambos os estados.

[007]

[008] 4. A mudança na cabeça de pressão, Δh, na válvula em funcionamento 16 devido a alteração no fluxo Δq, é a mesma para ambos os estados. (As equações de fluxo da tubulação conhecido versus cabeça de pressão, por exemplo, equação de Colebrook-White, Fórmulas de Manning são aplicáveis)

[009] 5. A perda da cabeça através da válvula 16 é determinada como segue:

[010]

[011] onde

[012] h = perda de pressão em termos de cabeça de fluido, isto é, perda de cabeça de fluido

[013] K = o fator “K” da válvula (assuma constante) para a abertura da válvula especificada

[014] v = velocidade do fluido

[015] g = aceleração devido à gravidade

[016] 6. Assuma que o mesmo fluxo inicial, e portanto, velocidade, através da válvula em funcionamento 16 em ambos os estados de LP e HP são iguais

[017]

[018]

[019]

[020] onde KLP e KHP representam os diferentes fatores K para as diferentes aberturas de válvula em ambos estados de pressão, ou seja, a válvula 16 estará em uma abertura maior no estado de LP do que no estado de HP.

[021] 8. Quando a mudança da cabeça de pressão, Δh, é introduzida, a mudança na cabeça de pressão através da válvula 16 para cada estado é hLP2 = hLP1 - Ah, e hHP2 = hHP2- Ah respectivamente. A alteração relativa na cabeça através da válvula é maior no estado de LP do que no estado de HP.

[022] 9. Assumindo que a válvula 16 permanece na mesma posição de abertura para cada estado, e, portanto, os fatores permanecem os mesmos, a nova velocidade para cada estado é;

[023]

[024]

[025] 10. As velocidades resultantes para cada estado devido à alteração da cabeça de pressão, Δt, verá:

[026]

[027] A mudança de velocidade, e, portanto, de fluxo através da válvula é muito maior para o estado de LP do que para o estado de HP.

[028] As tubulações de pressão maior (ex., bombeadas) com válvulas de diâmetro menor e medidas de fluxo tem menos interação entre as válvulas em operação do que tubulações de baixa pressão com válvulas de diâmetro e medidas de fluxo maiores. Em sistemas de alta pressão as válvulas podem ser posicionadas manualmente para uma abertura definida para conseguir certo fluxo, e o fluxo não será afetado significativamente pela operação de outras válvulas (por exemplo, abertura e fechamento de válvulas) na tubulação. Enquanto que as tubulações de baixa pressão necessitam de um sistema de gerenciamento de demanda e controle integrado para gerenciar a interação da válvula dentro de condições da linha da grade hidráulica apertada.

[029] A Figura 2 mostra a tubulação 14 separada da Figura 1 e ilustra a pressão de abastecimento máxima 22 que deve manter a tubulação cheia para garantir a precisão das medidas de fluxo (não mostradas) associadas com as válvulas 16, 18 e 20. É importante manter a tubulação cheia para tornar o problema de controle simples e tratável como um cenário de "tubo não cheio" irá mudar significativamente a física que governa a dinâmica do fluxo da tubulação. A transição de fluxo da tubulação entre os estados de "tubulação cheia” e "tubulação não cheia" fará alcançar controle robusto intratável. A manutenção da linha de grade hidráulica 12 associada com a tubulação 14 acima da pressão de abastecimento máxima 22 também garantirá que a cabeça de pressão nas válvulas 16, 18 e 20 será alta o suficiente para garantir a taxa de fluxo apara a qual as válvulas foram projetadas. A cabeça de baixa pressão ou linha de grade hidráulica 12 associada com a tubulação 14 potencialmente resultará em uma maior interação do controlador entre as ações de controle discretas necessárias para manter os fluxos desejados nas válvulas. Isso é agravado com tubulações de gravidade onde a capacidade de fluxo nas válvulas é alta em relação à capacidade de fluxo geral da tubulação do tronco principal. A ação de abertura e fechamento das válvulas vai impactar a cabeça de pressão, e portanto, o fluxo, em todas as outras válvulas na tubulação 14 que estão em funcionamento. Portanto, haverá interação entre diversas válvulas automatizadas que operam ao largo da tubulação. Nesta tubulação de baixa energia, o controle será sujeito à instabilidade. Cada movimento em uma válvula tem um nível de interação com todas as outras válvulas em operação mais a variação do nível de abastecimento na fonte ou na saída (na exploração). Por causa da baixa pressão na tubulação 14, a linha de grade hidráulica 12 é muito sensível à operação da válvula/saídas.

[030] Esta sensibilidade é ilustrada na figura 3, onde um gráfico de fluxo e tempo é mostrado. A linha 24 ilustra a válvula 16 já sendo aberta e o efeito que a abertura da válvula 18 tem na rede. A linha 26 ilustra o fluxo da válvula 18. Ambas as válvulas 16 e 18 estão tentando manter suas taxas de fluxo pré- selecionadas, mas as válvulas produzem uma interação agitada instável entre as válvulas. A interação é relativamente menor no fluxo através da válvula 16 mostrada pelas mudanças no fluxo em 28 mas há uma maior interação sobre a estabilidade de fluxo através da válvula 18 mostrada pelas mudanças no fluxo em 30. Além disso, todas as válvulas adicionais, por exemplo, a válvula 20 também serão afetadas por essa interação. A rede se torna extremamente instável e esta é uma das principais razões por que os sistemas de irrigação de alimentação por gravidade têm encontrado pouco benefício com fornecedores e usuários de água.

OBJETOS DA INVENÇÃO

[031] É um objeto da presente invenção fornecer um método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade para redes de fluido de conduto fechado para manter uma taxa de fluxo solicitada apesar das variações na cabeça de pressão na referida rede de fluido.

[032] Um objeto adicional da presente invenção para fornecer um método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade para redes de fluido de conduto fechado que evita a instabilidade que pode ocorrer a partir da interação entre válvulas em operação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[033] A presente invenção em um aspecto fornece um método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade, o referido método incluindo as etapas de fornecer uma rede de fluido controlada por computador para entrega do fluido através de uma pluralidade de válvulas, manter uma base de dados em tempo real dentro da referida rede de fluido controlada por computador de parâmetros predeterminados incluindo programações e capacidades de fluxo da dita pluralidade de válvulas, solicitar, através da interface de usuário, uma taxa de fluxo e tempo de entrega do dito fluido a partir da rede de fluido para pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas, determinar, usando os ditos parâmetros predeterminados a partir da dita base de dados em tempo real, a disponibilidade de fornecimento da dita entrega e taxa de fluxo do dito fluido a partir da rede de fluido para a referida pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas com base na capacidade hidráulica da dita rede de fluido, e, se a dita capacidade hidráulica estiver disponível, calcular parâmetros usando a dita base de dados em tempo real para entregar o dito fluido para a dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas através da dita rede de fluido controlada por computador, por meio da qual cada uma da dita pluralidade de válvulas é monitorada e ajustavelmente controlada para fornecer a dita taxa de fluxo e entrega através da dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas em uníssono com o monitoramento e controle das outras da dita pluralidade de válvulas para manter o fluxo e gerenciar a cabeça de pressão dentro da dita rede de tubulação de fluido entre limites predeterminados.

[034] De preferência o método inclui ainda pré-esvaziar a posição da válvula de pelo menos uma das outras da dita pluralidade de válvulas em funcionamento para manter suas vazões em antecipação da variação da cabeça de pressão na rede de tubulação de fluido devido à dita entrega através da dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas. O método também pode incluir um respectivo controlador de retorno associado com cada uma da dita pluralidade de válvulas para permitir o ajuste fino da posição da válvula de cada válvula. Um respectivo controlador de alimentação de entrada também pode ser fornecido para variar a posição da válvula das ditas válvulas para uma melhor posição estimada com base em um ou mais dos seguintes; capacidade hidráulica monitorada da referida rede de tubulação de fluido; mudança da cabeça de pressão prevista nas respectivas válvulas com base na programação de fluxo futura mantida na base de dados em tempo real; e classificação da válvula associada com as respectivas válvulas. Propõe-se que os ditos controladores de alimentação de entrada e de retorno sejam associados com as respectivas válvulas.

[035] A invenção também pode usar dados a partir de uma interface para calibrar e fazer o ajuste fino continuamente da classificação da válvula para as respectivas válvulas usando técnicas de adaptação de dados.

[036] Ainda em uma modalidade adicional é fornecida uma camada de controle de supervisão dentro do dito controle de computador para monitorar e controlar os controladores de alimentação de entrada e de retorno para cada válvula, para impedir a interação entre as várias válvulas em funcionamento, manter a cabeça de pressão dentro da dita rede de tubulação de fluido entre limites predeterminados, e lidar com eventos de exceção como por regras comerciais predeterminadas.

[037] De preferência o método inclui ainda as etapas de permitir que uma pluralidade de clientes acesse a dita interface de usuário e a dita rede de fluido controlada por computador determine uma prioridade e ponderação da taxa de fluxo e tempo das solicitações de entrega do dito fluido para garantir a continuidade da dita capacidade hidráulica. A prioridade e ponderamento das solicitações de entrega podem incluir estruturas tarifárias para os ditos clientes com base no melhor uso da capacidade hidráulica disponível.

[038] Em uma modalidade adicional dados a partir de uma interface são usados para calibrar e ajustar finamente de modo contínuo a rede de fluido controlada por computador usando um modelo da rede de tubulação de fluido com base em técnicas de identificação de sistema. O método também pode incluir a etapa de reprogramar a referida taxa de fluxo e tempo de entrega do dito fluxo a partir da rede de fluido se a capacidade hidráulica não estiver disponível.

[039] Na modalidade prática o método inclui a etapa da dita rede de fluido controlada por computador que controla o funcionamento de uma bomba híbrida para manter a cabeça de pressão. A pluralidade de válvulas pode incluir membros de barreira bi-dobráveis que giram ao longo de um eixo central que fornece uma relação linear aproximada entre a abertura dos membros de barreira bi-dobráveis e o fluxo de fluido.

[040] De preferência os ditos parâmetros predeterminados incluem regras e limitações comerciais para permitir maiores variações da referida taxa de fluxo e tempo de entrega do referido fluido através de qualquer válvula. O método pode incluir a etapa de qualquer solicitação de taxa de fluxo e entrega por tempo subsequente que resultam em limiares máximos e mínimos de limites de fluxo através da dita rede de fluido sendo violados será negada ou reprogramada para permitir que a dita solicitação subsequente prossiga com base nos ditos parâmetros calculados.

[041] A invenção também fornece um método de gerenciamento e controle de demanda de redes de tubulação de fluido de cabeça de pressão limitada ou alimentado pela gravidade, o referido método incluindo as etapas de fornecer uma rede de fluido controlada por computador para entrega de fluido através de uma pluralidade de válvulas, manter a base de dados em tempo real dentro da dita rede de fluido controlada por computador de parâmetros predeterminados incluindo cronogramas de fluxo e capacidades da dita pluralidade de válvulas para fornecer um modelo da rede de tubulação de fluido, solicitando, através de uma interface de usuário, uma taxa de fluxo e tempo de entrega do dito fluido a partir da rede de fluido para pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas, determinar, usando os ditos parâmetros predeterminados a partir da dita base de dados em tempo real, a disponibilidade de fornecimento da dita entrega e taxa de fluxo do dito fluido a partir da rede de fluido para a dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas com base na capacidade hidráulica da dita rede de fluido, e, se a dita capacidade hidráulica estiver disponível, calcular parâmetros usando a dita base de dados em tempo real para entregar o dito fluido para a dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas através da dita rede de fluido controlada por computador, por meio do qual cada uma da dita pluralidade de válvulas é monitorada e ajustavelmente controlada para fornecer a dita taxa de fluxo e entrega através da dita pelo menos uma da dita pluralidade de válvulas em uníssono com o monitoramento e controle das outras da dita pluralidade de válvulas para manter o fluxo e gerenciar a cabeça de pressão dentro da dita rede de tubulação de fluido entre limites predeterminados.

[042] A invenção também se refere a um sistema que usa os métodos como descritos anteriormente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[043] A estrutura e os recursos funcionais de uma modalidade preferida da presente invenção irão se tornar mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir quando tomadas em conjunto com os desenhos anexos, nos quais;

[044] A Fig. 1 é um gráfico da linha de grade hidráulica ou cabeça de pressão contra a posição da válvula para um sistema de irrigação de alta pressão e para um sistema de irrigação de linha de grade hidráulica de baixa pressão ou alimentada pela gravidade ou de cabeça de pressão;

[045] A Fig. 2 mostra um desenho esquemático sistema de irrigação de linha de grade hidráulica de baixa pressão ou alimentada pela gravidade ou de cabeça de pressão com as válvulas e linha de grade hidráulica;

[046] A Fig. 3 é um gráfico do fluxo e tempo para comutar as válvulas mostradas na Fig. 2 mostrando o comportamento instável das válvulas;

[047] A Fig. 4 é um diagrama em bloco da arquitetura do sistema de irrigação de baixa pressão ou alimentado pela gravidade de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção;

[048] A Fig. 5 é um desenho similar àquele da Fig. 4 sobreposto a uma tubulação de baixa pressão ou alimentada pela gravidade;

[049] A Fig. 6 é a representação gráfica do funcionamento da válvula para inclinar em direção à cabeça de alta pressão;

[050] A Fig. 7 é uma vista similar àquela da Fig. 3 mostrando o comportamento estável das válvulas usando o sistema mostrado na Fig. 4; e

[051] A Fig. 8 é uma representação gráfica onde uma bomba híbrida é instalada no sistema de irrigação de baixa pressão ou alimentado pela gravidade.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA

[052] A Fig. 4 mostra um diagrama de fluxo de um sistema de gerenciamento de demanda e controle 40 para uma rede de irrigação alimentada por gravidade 42 (Fig. 5). O sistema 40 tem uma interface de usuário 44 que permite que os clientes selecionem um quadro de tempo e taxa de fluxo para as válvulas 16, 18 e 20. O número de usuários e válvulas não é limitado mas é gerenciado pelo sistema 40. A interface 44 pode ser um computador, teclado ou um aplicativo baseado na Internet para permitir que o usuário insira suas solicitações 46 no sistema 40. As solicitações 46 e as confirmações retornadas para o usuário são monitoradas por um sistema de gerenciamento de demanda 48 implementado em um computador central 50. O sistema de gerenciamento de demanda 48 inclui uma base de dados em tempo real que mantém os parâmetros predeterminados incluindo programações de fluxo, capacidades de válvulas, regras comerciais e de controle. Uma camada de supervisão 52 também é implementada no computador central 50. A camada de supervisão 52 é ligada ao sistema de gerenciamento de demanda 48 através da porta 54 e atualiza e recebe cronogramas de fluxo e informações de limitações.

[053] A camada de supervisão 52 se comunica com cada válvula 16, 18 e 20 para fazer com que as válvulas sejam controladas através da porta 56 e para receber o fluxo medido e informações de desempenho através da porta 58. Cada válvula 16, 18 e 20 tem uma interface de controle de válvula 60 embora a Fig. 4 só mostre uma interface 60. Cada interface de controle de válvula 60 pode estar na forma de uma unidade de terminal remoto (RTU) ou controlador lógico programável (PLC). É evidente que cada válvula necessitará de uma respectiva interface de controle de válvula. A localização da(s) respectiva(s) interface(s) de controle de válvula pode ser com o computador central 50, ou remotamente localizada com a respectiva válvula.

[054] A válvula 16 é tipicamente do tipo mostrado nas Figs. 17 a 79 do Pedido de Patente Internacional N°. PCT/AU2012/000328, o conteúdo do qual é aqui incorporado. A válvula 16 será associada com um medidor de fluxo (não mostrado), tipicamente do tipo mostrado no Pedido de Patente Internacional N°. PCT/AU2010/001052, o conteúdo do qual é aqui incorporado. A vantagem deste tipo de válvula é a relação aproximadamente linear entre a abertura da válvula (posição angular) e fluxo. Isso garante que um ajuste de fluxo relativamente preciso é conseguido usando a abertura da válvula predeterminada. Outras válvulas, mecanismos, tais como válvulas borboleta que são comumente usadas na indústria da água, não possuem esta característica linear e, portanto, têm dificuldade em conseguir a classificação de válvula necessária (a ser descrita mais tarde) e o controle associado. A modalidade preferida não é limitada a estes tipos de válvulas ou medidas de fluxo mas estas válvulas e medidas de fluxo são bem adequadas às tarefas. Cada medidor de fluxo fornecerá o fluxo medido e informações de desempenho através da porta 58. Cada válvula 16 tem um controlador de encaminhamento de alimentação 62 e um controlador de retorno 64 cujas saídas 66, 68 causam o acionamento da válvula 16 através do sinal 69. A taxa de fluxo é medida pelo medidor de fluxo (não mostrado) e enviada: para a porta 58, para o controlador de retorno 64 através do sinal 71 e para uma seção de calibração de válvula 70. A ordem do fluxo 72 a partir da porta 56 para a válvula 16 é entregue para ambos o controlador de encaminhamento de alimentação 62 e o controlador de retorno 64. Tipicamente, o controlador de encaminhamento de alimentação 62 levará à ação do controlador de retorno 64 usando um comutador de atraso opcional 74. É preferido que ambos o controlador de encaminhamento de alimentação 62 e o controlador de retorno 64 sejam fornecidos, mas o sistema também pode funcionar com somente um destes controladores.

[055] A estratégia de controle para tubulações de baixa energia é uma de gerenciamento das interações dos controladores de cada válvula em uma metodologia de controle definida. O conhecimento da dinâmica da tubulação 14 através do modelo de rede de fluido será usado para projetar controladores utilizando a teoria de controle clássica já bem conhecida, e o conhecimento da demanda futura. A classificação e medição da válvula das condições de cabeça de pressão atuais na tubulação 14 serão usadas para movimentos de alimentação direta da válvula 16 através do controlador 62. A classificação da válvula é a relação derivada entre; • a abertura da válvula, • a cabeça de pressão diferencial na válvula 16; e • o fluxo,

[056] A classificação da válvula será calibrada durante a operação normal pela seção de calibração de válvula 70 utilizar os dados registados para os parâmetros acima mencionados durante a operação normal da válvula 16. A classificação da válvula é derivada usando técnicas de Identificação do Sistema. A classificação da válvula ajustada será enviada para a válvula 1 em 76 e a abertura da válvula será retornada para a seção de calibração de válvula 70 através do sinal 78. A classificação da válvula permite uma ação de controle predeterminada para enviar a válvula 16 para uma abertura específica para uma cabeça de pressão conhecida para conseguir um fluxo desejado. A classificação da válvula facilita um ajuste de controle de volume sem depender do controle de retorno usando a medição de fluxo.

[057] O sistema 40 fornece controle de modo que aquela linha de grade hidráulica é inclinada em direção à extremidade alta do espectro. Com referência à Fig. 6, ela mostra que a válvula 16 está funcionando e as válvulas 18 e 20 estão quase abrindo. A Fig. 6 mostra graficamente a operação estática, em oposição à dinâmica, das três válvulas. A válvula 16 é devido à parada no ponto 82 e as válvulas 18 e 20 devem abrir ao mesmo tempo. Pela compensação da abertura das válvulas 18 e 20 para os pontos 84 e 86 o evento de fechamento da válvula 16 será iniciado primeiro para tornar a cabeça de pressão extra 90 disponível como pode ser visto a partir da linha da cabeça de pressão acumulativa 88. Assim a ação de fechamento de uma ou mais válvulas conduzirá sempre (avanço no tempo) a qualquer ação de abertura de outras válvulas. Esta sequência de controle garante flutuações na cabeça de pressão (linha de grade hidráulica) devido às ações de controlar que sempre resultarão em uma pressão maior daquela prevista pelo modelo e garante que a cabeça de pressão não cai abaixo daquela prevista pelo modelo dentro do sistema de gerenciamento de demanda 48. É importante que a linha de grade hidráulica não caia abaixo de um nível de abastecimento mínimo na válvula já que isto pode resultar na tubulação se tornar "não cheia" e a medição de fluxo provavelmente iria estar em erro. Além disso, a manutenção da linha de grade hidráulica acima de um nível mínimo crítico para as válvulas é um importante objeto da tubulação de baixa energia para garantir que um fluxo ordenado pode ser alcançado através da rede. O comando, para entregar um fluxo na válvula será fornecido pelo sistema de gerenciamento de demanda 48 uma vez que a ordem passa nas verificações de capacidade. Quando chega o momento de abrir a válvula, o controlador de encaminhamento de alimentação 62 entra em ação primeiro e move a válvula para uma melhor posição estimada para entregar o fluxo solicitado com base na cabeça de pressão local e classificação da válvula. O controlador de retorno 64 faz somente os ajustes finos. Em uma modalidade preferida haverá uma capacidade de usar o controlador de retorno 64 ou o controlador de encaminhamento de alimentação 62 individualmente, ou em combinação como discutido anteriormente. Tal metodologia irá minimizar os fenômenos transitórios na tubulação e, portanto, as interações. Esta é uma singularidade da solução.

[058] A Fig. 7 é uma vista similar àquela da Fig. 3 mostrando o comportamento estável das válvulas usando o sistema mostrado na Fig. 4. A linha 24 ilustra a válvula 16 já estando aberta e o efeito que a abertura da válvula 18 tem sobre a rede. A linha 26 ilustra o fluxo da válvula 18. Ambas as válvulas 16 e 18 estão tentando manter suas taxas de fluxo pré-selecionadas. A interação agitada principal mostrada na Fig. 3 em 30 foi substancialmente reduzida na Fig. 7 usando o sistema desta modalidade preferida. Da mesma forma, a interação agitada mostrada na Fig. 3 em 28 também foi substancialmente reduzida. A melhoria nos fluxos de controle e constantes através das válvulas mesmo quando múltiplas válvulas estão operando é evidente.

[059] A invenção também pode ser usada em associação com sistemas de irrigação que incluem uma bomba híbrida para aumentar a taxa de fluxo quando um aumento na taxa de fluxo é necessário. Tal sistema é mostrado em nossos Pedidos de Patente Australianos N°s. 2012905225 e 2012905508, os conteúdos dos quais são aqui incorporados. A Fig. 1 destes pedidos revelam uma tubulação principal 20 e uma tubulação ramificada 30 que abre para a tubulação principal 20. A tubulação de ramificação 30 tem uma bomba de elevação de cabeça baixa 34 que fornece uma taxa de fluxo aumentada quando solicitado pelo sistema. Uma porta de entrada 22 na tubulação principal 20 será fechada quando a bomba 34 está em funcionamento. Na Fig. 3 destes pedidos uma modalidade adicional é mostrada onde a tubulação de ramificação 30 é omitida e uma bomba em linha 36 é fornecida na tubulação principal 20. O efeito da bomba híbrida 34 da Fig. 1 com a porta de entrada 22 dos Pedidos de Patente Australianos N°s. 2012905225 e 2012905508 é mostrado na Fig. 8. O gráfico mostra a pressão contra o tempo com a linha 92 mostrando a cabeça de pressão cumulativa. A bomba híbrida é ligada no ponto 94 mas a pressão não aumenta até a porta de entrada ser fechada no ponto 96. A pressão vai aumentar para a pressão mostrada no ponto 98. O aumento de pressão irá permanecer, enquanto a porta de entrada estiver fechada e a bomba híbrida funciona. As linhas 100, 102 e 104 coincidem com os movimentos das respectivas válvulas 20, 18 e 16. As válvulas 20, 18 e 16 estão todas abertas no ponto 106 em várias taxas de fluxo e o sistema 40 irá instruir as válvulas para ajustar suas aberturas das válvulas para manter suas respectivas taxas de fluxos na medida em que a pressão aumentada a partir da bomba híbrida é aplicada.

[060] O uso da bomba híbrida também terá um impacto na linha de grade hidráulica quando a bomba estiver sendo iniciada ou desligada. O funcionamento da porta de entrada associada (fechamento) na entrada da tubulação permite a entrada gradual da cabeça de pressão elevada a partir da bomba. Isso iria começar logo que a bomba for ligada. À medida que a porta se fecha, a cabeça de pressão na tubulação aumentará. Isto será realizado progressivamente e, potencialmente, em uma abordagem em etapas com ajustes de válvula de deslocamento correspondente (de condução) que ocorrem em cada etapa. A etapa e o atraso serão uma função da dinâmica da tubulação de tal forma que as interações da válvula são mantidas em um nível mínimo. Da mesma forma a porta de entrada poderia abrir gradualmente antes da bomba desligar. Ajustes de válvula de deslocamento correspondente (atraso) poderiam ocorrer em uma sequência com uma abertura em etapas da porta de entrada. Onde há um objetivo de controle para manter a linha de grade hidráulica abaixo de uma pressão de operação máxima específica a abertura da válvula poderia levar ao fechamento correspondente de outra válvula. O sistema poderia ser programado para que estas circunstâncias possam ser identificadas e a ação de controle apropriada efetuada.

[061] A camada de supervisão 52 irá monitorar o desempenho da rede de tubulação 42 holisticamente e terá informações sobre a topografia. A camada de supervisão 52 pode incluir regras de alto nível para operar as válvulas 16, 18, 20 para inclinar as mesmas em direção à cabeça de alta pressão, regras para atenuar os efeitos da interação e regras a serem seguidas durante os eventos de exceção. As interações entre os controladores para cada válvula serão monitoradas pela camada de supervisão 52 através de um conjunto adicional de regras. O desempenho será monitorado continuamente e a deterioração no desempenho identificada. Uma verificação baseada em regras automática será realizada para desligar progressivamente o componente de retorno das válvulas na rede se a interação do circuito de controle for observada até que a válvula de baixo desempenho seja identificada. Uma vez identificada, a válvula de baixo desempenho terá seu controle suspenso, enquanto as outros terão o retorno ligado novamente.

[062] A invenção será compreendida por abranger muitas outras modificações como será prontamente evidente para aqueles versados na técnica e que serão consideradas por estarem dentro do escopo amplo e âmbito da invenção, tendo sido aqui apresentadas somente a ampla natureza da invenção e certas modalidades específicas, a título de exemplo

[063] Ao longo desta especificação e das as reivindicações anexas, a menos que o contexto exija de outra forma, a palavra "compreender", e variações tais como "compreende" e "compreendendo", será entendida para implicar a inclusão do número inteiro ou etapa ou grupo de números inteiros ou etapas indicados, mas não a exclusão de qualquer outro número inteiro ou etapa ou grupo de números inteiros ou etapas.

[064] A referência a qualquer técnica anterior nesta especificação não é e não deve ser tida como um reconhecimento ou qualquer outra forma de sugestão de que a técnica anterior faz parte do conhecimento geral comum na Austrália.

Claims

1. Método de gerenciamento e controle de demanda de uma rede de tubulação (42); a rede de tubulação sendo uma rede de fluido controlada por computador e de cabeça de pressão limitada ou alimentada pela gravidade; a rede de tubulação incluindo uma pluralidade de válvulas de saída (16, 18, 20) através das quais o fluxo pode ser entregado; as válvulas sendo automáticas para manter os fluxo desejados nas válvulas; o método incluindo manter parâmetros predeterminados, incluindo cronogramas de fluxo e capacidades da pluralidade de válvulas em uma base de dados em tempo real dentro da referida rede de fluido controlada por computador; e receber através de uma interface de usuário (44) uma solicitação para uma entrega do fluido a partir de pelo menos uma das válvulas (18); a solicitação incluindo uma taxa de fluxo e uma hora da entrega; o método incluindo ainda determinar, usando os parâmetros predeterminados a partir da base de dados em tempo real, se a rede tem capacidade hidráulica para liberar a entrega; e se a referida capacidade hidráulica estiver disponível, calcular, usando a base de dados em tempo real para fornecer o referido fluido, monitorar e controlar ajustavelmente a pelo menos uma válvula e pelo menos uma outra (16) da pluralidade de válvulas para entregar e para manter o fluxo desejado e gerenciar a cabeça de pressão dentro da rede de tubulação de fluido entre limites predeterminados, caracterizado por o método compreender ainda: o ajuste fino por um respectivo controlador de retorno (64) associado a cada uma da pluralidade de válvulas a posição de cada uma da pluralidade de válvulas; variando por um respectivo controlador de encaminhamento de alimentação (62) a posição da válvula de cada uma da pluralidade de válvulas para uma posição estimada com base na capacidade hidráulica monitorada da rede de tubulação, mudança da cabeça de pressão prevista nas respectivas válvulas com base nos cronogramas de fluxo mantidas na base de dados em tempo real e a classificação da válvula associada à respectiva válvula.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir mover pelo menos uma outra da pluralidade de válvulas em antecipação da variação da cabeça de pressão na rede de tubulação de fluido devido à entrega.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir as etapas de permitir que uma pluralidade de clientes acesse a referida interface de usuário; e a rede de fluido controlada por computador determinando uma prioridade e ponderação de taxa de fluxo e tempo das solicitações de entrega do fluido para garantir a continuidade da referida capacidade hidráulica.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as referidas prioridade e ponderação das solicitações de entrega incluírem estruturas tarifárias para os referidos clientes com base na melhor utilização da capacidade hidráulica disponível.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por dados a partir de uma interface serem usados para calibrar e ajustar finamente de modo contínuo a rede de fluido controlada por computador usando um modelo da rede de tubulação de fluido com base em técnicas de identificação de sistema.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir ainda a etapa de reprogramar a referida taxa de fluxo e tempo de entrega do referido fluxo a partir da rede de fluido se a capacidade hidráulica não estiver disponível.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a etapa da referida rede de fluido controlada por computador que controla o funcionamento de uma bomba híbrida para manter a cabeça de pressão.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida pluralidade de válvulas incluir membros de barreira bi- dobráveis que giram ao longo de um eixo central para fornecer uma relação aproximadamente linear entre a abertura dos membros de barreira bi-dobráveis e o fluxo de fluido.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os referidos parâmetros predeterminados incluírem regras e limitações comerciais para permitir maiores variações da referida taxa de fluxo e tempo de entrega do referido fluido através de qualquer válvula.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por qualquer solicitação de taxa de fluxo e entrega por tempo subsequente que resulte em limiares máximos e mínimos de limites de fluxo através da referida rede de fluido sendo violados ser negada ou reprogramada para permitir que a referida solicitação subsequente prossiga com base nos referidos parâmetros calculados.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a solicitação ser uma solicitação para irrigação de água.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os limites predeterminados da cabeça de pressão não caírem abaixo da pressão prevista para manter a rede de tubulação cheia.

13. Sistema de gerenciamento e controle de demanda (40) para o gerenciamento e controle da demanda de uma rede de tubulação (42); a tubulação de rede sendo uma rede de fluido e de cabeça de pressão limitada ou alimentada por gravidade; a tubulação de rede incluindo uma pluralidade de válvulas de saída (16, 18, 20) através das quais o fluxo pode ser entregue; as válvulas sendo automáticas para manter os fluxo desejados nas válvulas; o sistema incluindo um computador (50) configurado para manter parâmetros predeterminados, incluindo cronogramas de fluxo e capacidades da pluralidade de válvulas em uma base de dados em tempo real dentro da referida rede de fluido controlada por computador; e receber através de uma interface de usuário (44) uma solicitação para uma entrega do fluido a partir de pelo menos uma das válvulas (13); a solicitação incluindo uma taxa de fluxo e uma hora de entrega; o computador sendo ainda configurado para determinar, usando os parâmetros predeterminados a partir da base de dados em tempo real, se a rede tem capacidade hidráulica para entregar a taxa de fluxo solicitada; e se a referida capacidade hidráulica estiver disponível, monitorar e controlar ajustavelmente a pelo menos uma válvula e pelo menos uma outra (16) da pluralidade de válvulas para liberar a entrega e para manter os fluxos desejados e gerenciar a cabeça de pressão dentro da rede de tubulação de fluido entre limites predeterminados; caracterizado por o sistema de gerenciamento e controle de demanda compreender ainda: um respectivo controlador de retorno (64) associado a cada uma da pluralidade de válvulas e configurado para um ajuste fino da posição de cada uma da pluralidade de válvulas; um respectivo controlador de encaminhamento de alimentação (62) configurado para variar a posição da válvula de cada uma da pluralidade de válvulas para uma posição estimada com base na capacidade hidráulica monitorada da rede de tubulação, mudança da cabeça de pressão prevista nas respectivas válvulas com base nos cronogramas de fluxo mantidas na base de dados em tempo real e a classificação da válvula associada à respectiva válvula.

14. Sistema de entrega de fluido (42, 50), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por incluir o sistema de gerenciamento e controle de demanda e a tubulação de rede.