CN102707741A - 用于减压阀的控制器和控制系统 - Google Patents

Abstract

控制器(8)调整减压阀(44)的输出压力，所述减压阀供应流体至消耗区域(3)，目的是在降低输出压力的同时，仍然能够在区域中的临界点(CP)提供最小所需压力。控制器存储表示所需输出压力的参数，以根据流速在临界点建立所需最小压力。控制器记录输出压力数据并从临界点处的远程传感器(10)接收压力数据。控制器利用记录的数据和临界点压力数据来计算并存储更新的参数。

Description

用于减压阀的控制器和控制系统

本申请是中国申请号为200880009728.3、申请日为2008年1月24日、发明创造名称为“用于减压阀的控制器和控制系统”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于调节供应流体至消耗区域的减压阀的输出压力的控制器和控制系统。本发明部分地但不排它地涉及改变减压阀压力的先导阀的控制。

背景技术

在优选的实施例中，本发明涉及从高压主供应处供应水至用水区的水压的控制，并特别涉及独立计量分区(DMA)的水供应。然而，本发明也可用于其它循环系统，例如用于大工业中心。

主水配送系统的压力产生于水泵和/或水库、水塔或相似建筑中的水的重力压差。主动脉供应管道中的水压远大于生活、农业或工业需求用水的水压。通常，配送系统中，大量用户分布在一个区域，水供应是通过减压阀(PRV)从主供应网向所述区域提供的。通常，所述区域被定义为独立计量分区(DMA)。

一般来说，PRV的输出压力是固定的。尽管减压阀在设计上有多种变化，截止式气动隔膜阀就是英国的工业标准。一些PRV设计用来减小固定量的压力。另一些PRV符合改变阀门的位置的先导阀，因此不管输入压力和流速的大小，PRV自动提供一个固定的输出压力。所述固定的输出压力必须足够大以保证适当的压力贯穿DMA，特别是在最大预期流速下的情况下承受最大水头抑损的位置，这些位置可能是DMA中的最高点和/或距离PRV最远的点。一般来说，对于给定的PRV的输出压力，水压最小的点是临界点，而且一般是最高点和/或距离PRV最远的点。然而，可以理解在一个特殊的DMA中可能存在不止一个的临界点，并且所述临界点可能会变化。

这种设计方案的一个问题是在特定时间或者在DMA中的特定条件下，所述固定压力可能会高于保证在所述或每个临界点处的适当压力所必需的压力值。众所周知，在DMA中系统压力是与泄漏流速和爆裂速度有关系的。因此，如果输出压力低于保证临界点处于适当压力时的所需的固定压力，将减小泄漏或爆裂的危险。

已经有人提出PRV的输出压力应该是变化的，这样的压力能够应需求而变，因此降低DMA内部的平均压力，并且减少泄漏和爆裂的问题。灵活地控制压力的其它优点包括管道网疲劳的减少、用水区更持续供应压力的供应以及压力相关消耗的减少。

GB 2405957公开了由先导阀控制PRV的系统。压力反馈台包含产生水头抑损的闸阀，所述水头抑损在流经PRV时逐渐增加。水头抑损促使水流向包括文氏管的旁管。先导阀由文氏管中的压力控制。所述压力随流速的增大而减小，因此当流速增加时，引起先导阀增加PRV的输出压力。

已经有人提出先导阀应该利用控制器由电力控制。EP-0574241公开了一个根据由历史数据生成的压力-时间关系图改变PRV输出压力的系统。所述压力-时间调制系统基于需求随时间的变化是可预测的假设。EP-0574241还涉及一个可选的设计方案，其中输出压力是作为流速的函数而不是作为时间的函数来控制的。控制器的存储器包含了与压力和流速的相关数据，并且所需要的压力由流速测量值推得。采用这种设计方案，就不须使用压力-时间关系图调制。

发明内容

从一方面来看，本发明提供了一种用于调节供应水至用水区的减压阀的输出压力的控制器，其中，所述控制器包括用来接收由流速感应器测得的流经减压阀流向用水区的水的流速信号的流速输入端，以及适于根据流速信号提供流经减压阀流向用水区的水流流速的代表性数据的装置；控制器的输出端，用于提供信号以调节减压阀的输出压力；数据存储装置，用于存储代表流速与减压阀所需输出压力关系的参数，以在用水区临界点建立期望的最小水压；处理装置，所述处理装置配置成用于处理(i)流速的代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出端提供信号以引起调节减压阀，以提供对应流速的所需输出压力；其中，所述参数呈现水流速度与减压阀所需输出压力之间依赖时间的关系；所述控制器包括提供时间代表性数据的时钟；所述处理装置配置成用于访问时间的代表性数据以及所述存储的参数和流速的代表性数据，因此控制器输出端所提供的信号引起减压阀被调节以提供对应所述流速和时间的所需输出压力。

因此，本发明这方面特征在于，利用基于流速的输出压力调制，但是也具有时间依赖性。基于流速是指系统能够应需求变化对波动做出反应，而不同于由历史数据分析预测得到。然而，本发明能够提供输出压力更精确的控制，因为流速与输出压力的关系式不是固定的而是随时间变化的。例如，不妨考虑一下这种情况，有两个用户需要相似用水量，但是需求发生在一天的不同时间段。例如，第一个用户日间有用水需求，第二个用户夜间有用水需求。在任意一种情况中，需求量和测得的流速是相似的，基于常规流速的系统将调整PRV的输出压力至相似的值。然而，用户可能广泛分布在不同的位置，例如，第一个用户距离PRV很近，而第二个用户距离PRV很远。更大的摩擦阻力损失会发生在更远距离即对第二个用户的水供应中，因此，当第二个用户有用水需求时，在该例子中假定发生在夜间，对于同样的流速，PRV的输出压力将更大。流速与时间因素的使用使得所述因素也能计算在内。

流速与所需输出压力的关系式的时间依赖性能够用来在某天和/或某星期和/或某年中的特定时间为给定速率定义压力。可以是一个代表了许多天和每天中的许多时段的日历。天数可以是一周，或几周，或一个月，或几个月，或一年。每天中的时间段可以是例如单个的小时，也可以是几个小时。以一个实施例为例，具有一个涵盖了一年中的每一天的日历，每天8个时段，每个时段3小时，则平年(standard calendar)为2920个时间段，闰年(leap year)为2928个时间段。对于每一个时间段都有一个或多个参数，用于定义流速的测量值和PRV的所需输出压力之间的关系式。通过将每个时间段的值分别存储，或者例如，当流速的测量值和PRV的所需输出压力之间的关系式需要从默认关系式变化得出时，如果对于特殊时间段不存在输入值时使用默认值，通过采用默认值来实现。

在任何特定的时间，存储的参数可以涵盖例如一整年或者稍短的时间，这种设计方案中，随着时间的推移而新增的参数被存储，并且先前存储的参数被随意地移除。在优选的设计方案中，旧的参数除非被更新的参数替代，否则将被保留。

控制器首次使用时可由一套基于先前试验期所采用的安装方法和/或测量方法的经验所得的基本的参数来设置。通过分析实际使用控制器所得的数据，那些参数能够被改变，并且为下一个时间段增加新的参数。这就需要在所述临界点(或每个临界点)安装一个临界点压力传感器。临界点压力传感器的输出值将与涉及PRV的输出压力和流速的对应数据一起处理。为了同步的目的，所有的数据将被时间戳(包括时间/日期戳，采用时间编码等)。临界点压力传感器所采集的数据在临界点被记录，然后被采集或传输以便用来分析。

参数的计算在控制器中利用适当的软件和/或固件程序执行，其中临界点的压力数据将从临界点传送或从中心位置转送到控制器。然而，在优选的设计方案中，参数的计算在远程数据处理设备中执行，然后参数将被传送至控制器。这种设计方案提供优势，因为处理过程能够在不消耗由电池提供的控制器电量的情况下被连续地执行，控制器将具有更强的处理能力，更易于计算其它数据源传送的数据。例如，参数能够基于从其它具有相似系统的领域中获得的经验，相似系统的数据能够由中央数据处理设备处理。现在或预测的环境因素都需要考虑，例如天气预报、温度、降水，是否禁用橡胶软管和洒水车，即将进行的体育赛事或其它活动、电视节目列表等因素。

在远程数据处理设备的使用中，将在控制器和远程数据处理系统之间不时地建立通讯。所述通讯可以通过有线连接的方式，例如通过电话拨号或宽带连接、专用数据线等。优选地，然而，优选所述连接是无线的，因为在很多情况下控制器被设置没有通讯连线且没有电力供应的环境中，这也是控制器一般都使用电池的原因。这样的无线通讯可以通过例如移动电话网或其它适当的无线网络或通讯系统的方式。优选地，因为通讯是由控制器不时地发起，所以电池电量不会浪费在维持通讯模块运行上或等待远程数据处理设备发起通讯上。

当通讯在控制器和远程数据处理系统之间建立起来以后，将有一个信息交换。所述控制器将传输有关流速和输出压力的记录数据，并且也会传输其它数据，例如PRV的输入压力、有关PRV的水流截面的数据，和其它控制器可能存储的有关流速和压力的数据。例如，系统中可以具有一个过滤器并且传感器用来测量流经过滤器的水压，这样远程数据处理设备就能够决定过滤器需要清洁或更换的时间。穿过PRV的水流截面可以由以下数据确定，通过探测阀门关闭元件的位置，或者直接利用例如位置传感器，或者通过参考控制阀门元件的位置的隔膜上面的水的压力或体积。其它数据也可以由控制器提供给远程数据处理系统，例如本地温度如果控制器连接上合适的设备，例如降水数据、湿度、气压等，所述数据可从控制器连接着的合适的传感器或测量仪器中得到。

远程数据处理设备将传输存储于控制器中的参数，提供一个流速、时间以及所需输出压力之间的适当的关系式。这将考虑在通信会话中从所述控制器传送来的至少一些数据，或者可能是先前确定的，控制器提供的新数据将在参数用于下一个通讯会话之前参与计算。

控制器具有一个或更多的环境传感器，例如温度传感器，流速与所需输出压力之间的关系式不仅基于时间，而且还基于所述或每个环境传感器的输出。

大体上，基于控制器的特性，在优选的实施例中，存储的参数呈现水的流速与减压阀的所需输出压力之间的关系，所述关系作为时间的函数而改变，时间可以是一天中的某时和/或一周中的某天和/或一年中的某时。优选地，存储的参数与涵盖很多连续的天中的一整天的离散的时间间隔相关。

优选地，控制器包括通讯模块，所述控制器配置为利用所述通讯模块间隔地建立与远程数据处理设备之间的通讯，并且接收存储在数据处理装置中的参数。优选地，通讯模块适用于无线通讯。

优选地，控制器设有用于接收输出压力传感器输出的输出压力信号的输出压力输入端，以及适用于根据所述输出压力信号提供来自减压阀的输出压力的代表性数据的装置；记录装置，所述记录装置设置成通过时间戳数据记录流入用水区的水流速的代表性数据和减压阀的输出压力的代表性数据；控制器配置为利用通讯模块不时地将记录数据传送到远程数据处理设备。优选地，控制器进一步设有用于从输入压力传感器接收输入压力信号的输入压力输入端，以及适用于根据所述输入压力信号向减压阀提供输入压力的代表性数据的装置；传送到远程数据处理设备的记录数据包括所述输入压力的代表性数据。

依照本发明的另一方面，提供了一个系统，所述系统包含具备上述任一个或全部特征的控制器，和用于接收来自控制器的记录数据并且不时地传输参数至控制器的远程数据处理设备，其中远程数据处理设备进一步接收来自毗邻临界点的压力传感器的临界点压力数据，临界点压力数据包括时间戳数据；并且，远程数据处理设备利用从控制器接收的记录数据和临界点压力数据计算将被传送至控制器的参数。优选地，传送至控制器的参数是经过一段时间得到的，这段时间长于控制器与远程数据处理设备之间进行数据通信的时间间隔。优选地，传送至控制器的参数至少经过一个星期得到的。优选地，控制器存储的参数是经过一段时间的，且由远程数据处理设备传输的参数增加地改变该段时间存储的参数。

可以理解，与远程数据处理系统进行通讯的控制器的使用提供很多优点，甚至当决定流速与所需输出压力之间关系式的参数没有呈现时间依赖性关系时。因而，从本发明的另一个方面来看，提供了用于调整供应水至用水区的减压阀输出压力的系统，所述系统包含控制器和远程数据处理系统；其中，控制器包括：流速输入端，所述流速输入端用于接收来自流速传感器的流经减压阀流向用水区的水流流速信号，以及适用于根据所述流速信号提供流经减压阀流向用水区的水流流速的代表性数据的装置；控制器输出端，所述控制器输出端用于提供信号以调整减压阀的输出压力；数据存储装置，所述数据存储装置用于存储水的流速和减压阀所需输出压力之间关系式的代表性参数，目的是为了在用水区的临界点建立最小水压；所述处理装置配置为处理(i)流速代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出端提供信号以促使调整减压阀以提供对应流速的所需输出压力；输出压力输入端，所述输出压力输入端用于从输出压力传感器接收输出压力信号，以及适用于根据输出压力信号提供减压阀输出压力的代表性数据的装置；记录装置，所述记录装置通过时间戳数据记录流入用水区的水流流速的代表性数据和来自减压阀的输出压力的代表性数据；和通讯模块；控制器配置为利用通讯模块不时地将记录数据传送到远程数据处理系统；系统的进一步特征在于，远程数据处理系统接收来自控制器的记录数据，并不时地向控制器传输参数；远程数据处理系统进一步接收来自毗邻临界点的压力传感器的临界点压力数据，所述临界点压力数据包括时间戳数据；以及远程数据处理系统利用控制器接收的记录数据和临界点压力数据，计算将传输至控制器的参数。

从本发明的这一方面考虑，先前描述的控制器和系统的多种可选择的特征能够被包括在该系统中，并且在此技术上可行的是时间依赖性对于流速与所需输出压力之间的关系不是必须的，尽管那样是更优化的设计方案。

可以进一步理解，与远程数据处理系统进行通讯的控制器的使用提供很多优点，甚至当决定所需输出压力的参数与时间有关，而不需与流速有关。因此，从另一方面来看，提供了一个用于调节供应水至用水区的减压阀输出压力的系统，所述系统包含一个控制器和一个远程数据处理设备；其中，控制器包括用于提供信号来调整减压阀的输出压力的控制输出端，和用于提供时间代表性数据的时钟，数据存储装置，所述数据存储装置用于存储呈现时间依赖的减压阀所需的输出压力的代表性参数，目的是为了在用水区的临界点建立最小水压，处理装置，所述处理装置配置成用于处理(i)时间代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出的信号促使调整减压阀以提供对应时间的所需输出压力；其特征在于，控制器进一步包括一个用于接收来自输出压力传感器的输出压力信号的输出压力输入端，以及适用于根据输出压力信号提供减压阀输出压力的代表性数据的装置，记录装置，所述记录装置用于通过时间戳数据记录减压阀输出压力的代表性数据，以及通讯模块，控制器配置为利用通讯模块不时地与远程数据处理设备进行记录数据的通信；系统进一步特征在于，远程数据处理设备不时地接收来自控制器的记录数据并传输参数至控制器，远程数据处理设备进一步接收来自毗邻临界点的传感器的临界点压力数据，临界点压力数据包含时间戳数据，远程数据处理设备利用从控制器接收的记录数据和临界点压力数据，计算将被传输至控制器的参数。

从本发明的这一方面考虑，先前描述的控制器和系统的多种可选择的特征能够被包括在该系统中，并且在此技术上可行的是输出压力不必须要是流速依赖的。

从另一方面来看，本发明提供用于调节供应水至用水区的减压阀输出压力的系统，所述系统包含控制器和远程数据处理设备；其特征在于，控制器包括一个用于提供信号促使调节减压阀的输出压力的控制器输出端；数据存储装置，所述数据存储装置存储减压阀输出压力的代表性参数，目的是对应一个或更多的测量值在用水区的临界点建立最小水压，处理装置，所述处理装置配置成用于处理(i)一个或更多个测量值的代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出的信号促使调整减压阀以提供对应测量值的所需输出压力，用来接收来自输出压力传感器输出压力信号的输出压力输入端，以及适于提供减压阀输出压力的代表性数据的装置，记录装置，所述记录装置用于通过时间戳数据记录减压阀输出压力的代表性数据，还有一个通讯模块，控制器配置为利用通讯模块不时地与远程数据处理设备进行记录数据的通信；系统的进一步特征在于，远程数据处理设备不时地接收来自控制器的记录数据并传输参数至控制器，远程数据处理设备进一步接收来自毗邻临界点的压力传感器的临界点压力数据，临界点压力数据包含时间戳数据，远程数据处理设备利用从控制器接收的记录数据和临界点压力数据，计算将被传输至控制器的参数。

测量值可以是例如先前所述的流速和/或时间和/或环境因素的代表性数据。在优选的设计方案中，控制器输出端提供的信号促使调节减压阀以提供对应流速和时间的所需输出压力。大体上，从本发明的这一方面考虑，先前描述的控制器和系统的多种可选择的特征能够在技术上切实可行地被包括到该系统中。

在一些实施例中，远程数据处理系统在计算将被传输至控制器的参数时，进一步利用了环境因素的相关数据。环境因素能够包括天气预报和/或用水限制和/或用户正常用水模式的预测的变化。

在本发明的其它方面的系统中，在优选地设计方案中，控制器的控制输出端连接减压阀的先导阀。在一些实施例中，设计方案是在先导阀或控制器出现故障的情况下，备用先导阀就被激活。可选地但相对不够优选地，PRV是直接作用的，即不需要先导阀。

控制器中存储的参数能够存储在查询表中，这依赖于本发明的特殊方面和使用的可选的特征是多维的。处理器能够根据流速或时间等的测量值查询所需输出压力。

在一个可供选择的设计方案中，存储的参数被用在由控制器的处理装置处理的函数中。因此，所述函数能够包括一个或更多的常量，其值被存储。所述由控制器运算的函数能够直接地或间接地提供所需输出压力，并提供实际压力数据或其它数据，这些数据将导致先导阀调控减压阀的输出压力至正确的值。例如，函数可以是关于流速与临界点和减压阀输出端之间的压力差的函数。给定一个特殊的流速，压力差将随后被计算。基于临界点的最小所需压力的存储值，所需PRV的输出压力将随后被运算。

最小所需压力能够随时间的函数变化，所述函数为一天中时间的函数、一年中时间的函数、温度的函数等，例如通过存储某时刻/某天的不同的值到查找表中，或者通过基于时间、日期或其它因素改变最小所需压力的函数。或者，函数能够计算所需压力差，因此对于给定的流速，PRV所需压力输出是直接提供的。函数能够将基于时间、日期或其它因素的所需最小压力的变化考虑在内。

在此类实施例的执行过程中，控制器能够存储一个程序用于运算函数，并利用一个或更多的参数，即常量，定义一个最佳的流速测量值和所需输出压力之间的数学关系式。例如，假设PRV的保证临界点最小压力为P_C的输出压P_Output与流速F的关系符合下列等式：

P_Output＝a+bF+cF²

标准状态下，特定区域的测量数据的最佳关系式中参数a，b和c的值是确定的，并作为参数存储在控制装置里。在执行阶段，流速F是测量所得，所需输出压P_Output是计算结果。压力调整装置随后调控为达到所需输出压P_Output。

在一个可能的实施例中，定义关系式的等式如下形式：

P_Output＝a+b(F)^c

然而，本发明的这类实施例最显著的特征是不限于任何特殊的关系式。

用于函数的将被计算的参数能够自动产生于标准测量数据。所述过程能够通过外部数据处理设备完成，例如笔记本电脑、个人数字助理(PDA)或类似的设备，或远程数据处理设备。然而，参数由控制器自带程序运算生成是可能的。因而，控制器中的微处理器能够从记录的数据中生成所述参数。

记录的关于流速的数据能够由单独的测量装置生成，分别存储并提供给任意通过独立单元或本身的控制装置来计算参数的系统。优选地，然而，控制器本身直接从同时用在执行阶段的流速测量装置接收测量结果，并且储存这些用于计算参数或者用于传输至将要计算它们的远程数据处理系统。用于PRV输出的压力测量能够通过相似的方式进行处理。

考虑到临界点的压力测量，在利用控制器计算参数的设计方案中，压力可能通过临界点的远端单元测量，但可以用于控制装置，用于通过多种控制装置进行处理。数据能够存储在便携式单元中，或通过有线数据连接的方式，或无线连接的方式例如红外、蓝牙^TM等通信方式传输至这样的便携单元。便携单元可以是单一的存储设备，或是PDA，或是例如笔记本电脑。测量数据可从便携单元迁移至控制装置，再次通过有线或无线连接。或者，数据能够直接从压力测量单元传输至控制装置，或通过有线连接或通过远距离无线连接的方式，例如使用蜂窝式数据网络。这样直接的通讯使得在标准状态下减少了用户干涉的必要。要传输的数据将由一系列压力读取值的代表性数据和例如相关的时间/日期戳的允许时间/日期同步的数据。数据可以是原始的或导出的数据，例如统计包数据。数据可以是压缩的或加密的等。还包括例如识别压力测量单元的数据和例如正采取的方案。

在此类的一个实施例校准的手动地协助的方法中，测量由实施者处理，他选择最佳的曲线，因此相关的参数能够被编入控制装置。这可能是自动化校准使用之前最初的阶段。在校准的自动模式下，参数在控制装置中由一个程序确定。自动化校准随后是在合适的维护期内进行周期性重新校准。通过永久地安装传输测量值至控制装置的远程压力测量单元的方式，全自动系统将以合适的间隔自动使用自动校准，这个间隔可以相对短的。如上文所述，这个系统能够利用任意适当的协议覆盖一个远距离无线通讯网络。在这种设计方案的一个实施例中能够利用SMS正文消息。

在最先进的配置中，通过自动化校准和永久安装的远程压力测量单元提供的一段时间内的压力数据，参数能够被有规律地调整，用以考虑变化的条件如用户用水模式的改变，或用户数量或类型的改变等。系统能够适于这些变化的环境，而不需要专业工程师的干涉。

根据本发明的各方面，其中将存储在控制器中的参数的确定是由远程数据处理系统执行的，以上描述的方法能够在远程数据处理系统中执行，远程数据处理系统将通过上述任意方法接收临界点的压力数据，尽管优选地是通过直接通讯的方式。无论是用于函数或者包括在一个或更多个查询表中的参数的计算能够利用之前提到的函数，或利用临界点用于压力的记录数据、PRV的输出压力和例如流速测量值和时间的其他数据通过适当的统计技术在远程数据处理设备上执行。适当的统计方法包括，但不限于，线性或非线性回归分析，和例如神经网络的学习方法。各种输入数据例如天气和时间对于所需输出压力的确定的相对意义或贡献不需预先知道或假设，但能够从经过一段训练期或一段时间的连续使用所得到的数据中学习并选择性地提炼出来。

可以理解，同时参考临界点，如上文所述，临界点可能不止一个并且供应压力最低的临界点可能会改变。通过利用多个潜在临界点的远程压力测量单元，系统将能够确保真实的临界点在任意特殊的时间具有用来为最佳关系式或其它关系式确定参数的读数。其它设计方案将是可能的，其中多个临界点的读数是平均的。

从其它方面来看，本发明提供了一种用于水供应系统减压阀的先导阀的控制装置，该装置根据预设的所需输出压力与流速的关系控制减压阀的输出水压，预设的关系是由一个显示所需流体输出压力与包含至少一个常量的流速函数的关系的等式确定，其中，控制装置存储(a)常量的值和(b)确定函数的程序，因此对于给定的来自减压阀的输出流速的测量值，控制装置利用存储的所述或每个常量和输出流速测量值，通过函数的运算计算所需输出流体压力。

在优选的设计方案中，所述或每个常量的存储值是时间依赖的，因此，当在特殊时间进行函数运算时，输出水流压力将依赖时间确定。

在本发明的上述任意方面的一个实施例中，其中用到了流速，对于给定流速的适当压力的测定可以是经过任意适当的间隔，并且如果对流速进行频繁的取样，可以是基本连续的，或是经过预设的间隔例如几秒、几分或更长。测量的流速的改变可能是一段确定时间的变化，和/或最小一段时间的变化。优选地，控制装置是电池供电的并且能够在无人监控的情况下工作一段时间。因此，用于处理数据和调整先导阀的能量消耗将减少。优选地，而且避免了频繁的调整。

可以理解，尽管对压力和流速做了参考，实际上系统可能是基于表示压力或流速的原始数据工作的，或是基于导出数据即原始数据的函数，或计算的压力或流速。所使用的所述精确的数学方法不是原始的并且在本发明的各个方面包括了程序，所述程序通过对接收自传感器的信号的任意处理提供相等的结果。

因此，例如，查询表能够存储原始数据值，所述数据值是例如旋转角度的有关先导阀调整器的操作，所述旋转角度本身不是压力测量所需要确定的但将决定输出的压力。类似地，原始流速传感器数据能够在查询压力相关值时使用，如果流速是期望的的，即使没有提供流速也能够被处理。

尽管所述本发明涉及水，可以理解，本发明的各个方面也适用于其它液体，甚至是气体的流速控制，并且本发明技术上可行的方面包含在此类流体中的使用。同样可以理解，用水区不限于包含居民用户的区域，也可以包含大工业中心。

在根据本发明的优选的系统中，由中央数据处理设备承担一些或全部用于计算水压从减压阀到区域供应管道依据流速怎样变化的职责。中央数据处理设备将分析存入的值，例如流速、输出压力以及一个或更多的临界点的压力值，并将执行之前所述的运算来确定适当的关系式。数据将从中央设备以合适的间隔传输至控制单元，之后将基于输出压力以此类数据确定的方式调节先导阀。这个过程可以通过利用中央设备传送参数的算法来完成，但在优选的设计方案中中央设备传输一个或更多的参数表至控制单元，因此，对于给定流速，适当的压力能够被查询到的。因此减轻了控制单元必要的处理工作。

在优选的设计方案中，流速与压力的关系随时间变化，例如一天内的时间，一年内的时间，或者是否为周末或公共假期，或者也可以是天气因素，如温度或降雨。提供给控制器的数据，例如查询表数据，可以是多维的，并能把这些方面考虑进去。控制器可以具有一个时钟/日历以确保查询到正确的值，和/或天气传感器例如温度传感器、光线传感器，或降水传感器例如用在汽车上控制雨刮器的传感器。

远程中央设备自己能够将例如这些的因素考虑在内，例如接收来自气象站的数据，并必要时传输适当的参数至控制器。然而，在优选的设计方案中，控制器具有时钟/日历并设有基于时间属于一天/周/年等而确保其使用适当的值。这就保证当出现通讯中断时，控制器能够继续操作并提供用于周末等时间的合适的值。如果控制器需要依靠例如中央设备提供的日常的数据，例如周六产生的通讯失败将导致不准确的值用于周日。当计算将被传送至控制器的参数时，尽管中央设备能够利用预测条件，例如温度的环境条件的本地监测很可能更准确，更及时。

最初地，控制器是由“安全的”起始数据设置的。中央设备随后将监控记录器的性能和输出，并利用例如先前所述的那些技术来确定以提供最适宜的性能的参数的变化量。典型地，这里包含一个连续的学习方案，其中参数被调整为例如用于一天中的时间，最初以相对大的单位-例如日/夜，或6或3个小时的时间段-接着更细微-例如降到一小时。类似的调整可以是为一年中的时间制定的，或一周中某天等等-例如季节，然后是月份，再然后是星期；是否是平日/周末，然后是单独的日子。起始于预设参数，存储的参数随学习模式的改变而改变。

中央设备将以任意预设的间隔把数据更新传输至控制单元，例如每日、每周、半日、每小时等等，或者是不规律基数。为了减少处理过程和保存电池能量，优选的组合应该是每日更新，并且如上文所述，优选地，控制器发起通讯。

中央设备能够考虑异常的环境因素，例如突发的天气变化或其它影响因素，例如那些影响电力需求的因素-例如重大的体育赛事-或其它因素如橡胶软管和/或洒水车使用禁令。如果例如必须使用消防栓，还可能会有一个机构例如消防队，用来与中央控制站或本地控制单元相互影响、用来设置最大压力，或用于其它一些预设的标准。控制单元能够探测需求突变，并尽可能识别是否使用了消防栓，因而，全面开启供应阀。类似地，如果发现重大的漏洞或其它错误，为了降低压力至最小值，还应该具备一个与水供应公司相关联的设备。

大体上，处理过程能够在中央数据处理系统和本地控制器之间，以任意需要比例实现共享，从大多数处理工作由本地完成到大多数或全部处理工作由中央控制站远程地完成。

一个中央服务/控制站能够通过相关的记录器管理多个处于不同位置、处于完全分开的供应区，甚至是处于一个国家的不同地区的控制器。中央控制站与控制单元或记录器之间的数据通信能够以任意适当的方式包括之前描述的方式进行。

中央服务器/控制站的功能可能被分配至多个不同位置的物理服务器。

控制单元可能包括额外的功能，例如测量水质量参数，如Ph值、传导率、混浊度或溶解氧，这些值可以以指定的间隔报告给中央控制站。

概括地说，从本发明的另一方面，本发明提供了一个用于控制压力调整装置的程序，通过控制装置以便调整用于控制液体供应区的压力级别的系统中从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力，系统中，减压阀从主供应管道向为区域内许多的液体用户服务于区域供应网络的区域供应管道供应液体，系统包括测量从减压阀向区域供应管道供应的液体流速的流速测量装置，并且在系统中，压力调节装置基于流速测量值调节从减压阀向区域供应管道供应的液体的压力，其中：

控制装置配置有数据，这些数据由远程控制站从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力测量值，和在临界点的区域供应网络中液体的压力，以及从减压阀供应至区域供应管道的液体的流速中导出；并且控制装置不时地处于与远程控制站的通讯期，并且由更新的数据对其进行配置。

优选地，控制单元包括一个时钟和/或日历和由远程控制站提供的数据，控制单元作为时间的函数调整从减压阀供应的液体的压力。

大体上，本发明中用在实施例中的组成部分之间的通讯能够采用有线连接，例如串行数据通信(RS232)、通用串行总线(USB)、Firewire(^TM)、LAN或WAN、光纤连接等技术；短距离无线通信，如红外(IrDA)、电感耦合、蓝牙、Wi-Fi等技术；或是远距离通信，利用合适的无线电频率和协议、例如利用SMS信息技术的蜂窝式移动通讯网络、无线通讯网络等技术。各组件之间的通讯可能是直接通过网络，例如因特网，或通过控制中心等。一个组件可能被配置为网络服务器，因而与其连接和访问数据就变得简单了。

参考设计方案，其中函数由控制器进行运算，包括了本发明的各个方面。

因而，从一方面来看，本发明提供了一个用于在液体供应区域控制压力级别的程序，其中减压阀从主供应管道向区域供应管道供应液体，为区域内许多的液体用户服务于区域供应网络，流速测量装置用于测量从减压阀供应至区域供应管道的液体的流速，压力调节装置基于流速测量值调节从减压阀供应至区域供应管道的液体压力，其特征在于，在校准阶段中：

(a)提供一种第一压力测量装置用于测量从减压阀供应至区域供应管道的液体压力；

(b)在区域供应网络中远离减压阀的位置选择临界点，并且提供一种第二压力测量装置用于测量处于区域供应网络的临界点的液体的压力；

(c)经过一段时间，流速测量装置、第一压力测量装置和第二压力测量装置获得的测量值基于时间同步并被储存起来；

(d)利用数据处理装置，分析存储的测量值并确立至少一个参数赋值给函数，从而定义一个最佳关系式关于(i)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的压力与处于区域供应网络的临界点的液体的压力之间的区别的代表性数据，和(ii)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的流速的代表性数据；

(e)所述参数或每个参数存储于用于调节从减压阀供应至区域供应管道液体的压力的装置的控制装置；

并且其中，在实施阶段中，

(g)测量了从减压阀供应至区域供应管道的液体的流速；并且

(h)对于流速测量值，根据定义最佳关系式的函数和所述或每个存储的参数，控制装置为从减压阀供应至区域供应管道的液体确定一个适当的压力，目的是为了在处于区域供应网络的临界点得到液体的所需最小压力；

(i)控制装置控制压力调整装置，这样从减压阀供应至区域供应管道的液体将处于确定的适当的压力。

在一个设计方案中，定义了最佳关系式的函数可以是以下形式：

P＝a+b(F)^C

P代表压力，F代表流速，a、b和c代表参数。

从另一方面来看，在用于控制液体供应区域的压力水平的系统中，提供了一个用于配置控制装置的程序，控制装置将用于控制用于调节从减压阀供应至区域供应管道的液体压力的压力调节装置。在所述系统中，减压阀从主供应管道向区域供应管道供应液体，为区域内许多的液体用户服务于区域供应网络，所述系统包含用于测量从减压阀流向区域供应管道的液体流速的流速测量装置，并且在此系统中，压力调节装置基于流速测量值调节从减压阀向区域供应管道供应的液体的压力，其特征在于，所述程序包括以下步骤：

(a)提供用于测量从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力的第一压力测量装置；

(b)在区域供应网络中远离减压阀的位置选择临界点，并提供用于测量区域供应网络的临界点的液体压力的第二压力测量装置；

(c)经过一段时间以后，利用流速测量装置、第一压力测量装置和第二压力测量装置获取测量值，测量值基于时间同步并被存储起来；

(d)通过将用于函数的参数存入控制装置来配置控制装置，以便定义最佳关系式，关于(i)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的压力与处于区域供应网络的临界点的液体的压力之间的区别的代表性数据，和(ii)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的流速的代表性数据；

其中：

控制装置适合于流速测量值，根据函数和定义最佳关系式的所述或每个存储的参数，为了在处于区域供应网络的临界点达到所需的液体最小压力，控制装置将确定用于从减压阀供应至区域供应管道的液体的适当的压力；并且控制装置将控制压力调节装置，因此处于确定适当压力的液体是从减压阀供应至区域供应管道的。

从另一方面来看，在用于控制液体供应区域的压力水平的系统中，提供了一个用于控制压力调整装置的控制装置，压力调整装置用于调整从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力，在此系统中，减压阀从主供应管道向区域供应管道供应液体，为区域中许多的液体用户服务于区域供应网络，所述系统包含用于测量从减压阀供应至区域供应管道的液体流速的流速测量装置，并且在此系统中，压力调整装置基于流速测量值调整从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力，其中：

控制装置由至少一个参数配置，该参数是从减压阀供应至区域供应管道的液体压力的同步测量值，还有区域供应网络的临界点的液体压力，以及从减压阀供应至区域供应管道的液体流速中导出的；所述至少一个参数是用于函数，以便定义最佳关系式，关于(i)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的压力与处于区域供应网络的临界点的液体的压力之间的区别的代表性数据，和(ii)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的流速的代表性数据；

控制装置适于接收从减压阀到区域供应管道所供应的液体流速的测量值；

其中：

控制装置适于流速测量值，基于函数和定义最佳关系式的所述参数或每个参数，为了在处于区域供应网络的临界点达到所需的液体最小压力，控制装置将确定用于从减压阀供应至区域供应管道的液体的适当的压力；并且控制装置将控制压力调节装置，因而处于确定适当压力的液体是从减压阀向区域供应管道供应的。

从另一方面来看，在用于控制液体供应区域的压力水平的系统提供了一个用于控制压力调节装置的程序，通过控制装置以便调节从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力，在此系统中，减压阀从主供应管道向区域供应管道供应液体，为区域内许多的液体用户服务于区域供应网络，所述系统包含用于测量从减压阀供应至区域供应管道的液体流速的流速测量装置，并且在此系统中，压力调节装置基于流速测量值调节从减压阀供应至区域供应管道的液体的压力，其中：

控制装置至少由一个从减压阀供应至区域供应管道的液体压力的同步测量值，还有区域供应网络的临界点的液体压力，以及从减压阀供应至区域供应管道的液体流速中导出的参数配置；所述至少一个参数用于一个函数以便定义最佳关系式，关于(i)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的压力与处于区域供应网络的临界点的液体的压力之间的区别的代表性数据，以及(ii)从减压阀到区域供应管道所供应的液体的流速的代表性数据；

控制装置接收从减压阀到区域供应管道所供应的液体的流速测量值；

并且其中：

对于流速测量值，基于定义最佳关系式的函数和所述或每个存储的参数，为了在处于区域供应网络的临界点达到所需的液体最小压力，控制装置确定一个用于从减压阀供应至区域供应管道的液体的适当的压力；并且控制装置控制压力调节装置，因此处于确定适当压力的液体是从减压阀供应至区域供应管道的。

从另一方面来看，提供了用于液体供应系统减压阀的先导阀的控制装置，该装置预设的关系式，基于减压阀的流速输出控制减压阀的液体压输出，所述预设的关系式由表示所需液体输出压力与流速之间关系的函数确定，并包含至少一个常量，其中，控制装置存储(a)所述或每个常量的值和(b)运行函数的程序，因此对于给定的减压阀的输出流速的测量值，所述控制装置将利用存储的所述或每个常量和输出流速测量值，通过函数的运算计算所需输出液体压。

可以理解，本发明的各个方面的很多特征适用于其中控制方法查询用于调整减压阀的输出压力的值的设计方案。

从各个方面来看，本发明包含控制器和操作控制器的方法、系统和操作系统的方法，例如调整供应水至用水区的减压阀的输出压力的方法，系统的使用、远程数据处理系统和操作远程数据处理系统的方法、结合用于减压阀的先导阀的控制器、结合先导阀的控制器和减压阀等等。

也可以理解，基于本发明的各个方面，一些控制器、系统和方法的实施例中结合了会用于那些方面范围之外的特征。

例如，根据一个公开的发明，该发明提供了一个用于调整供应水至用水区的减压阀的输出压力的控制器，其特征在于，控制器包括：用于提供信号以调整减压阀的输出压力的控制器输出端；数据存储装置，存储减压阀的所需输出压力和测量值之间关系式的代表性参数，以在用水区的临界点建立最小水压；处理装置配置用于处理(i)测量值代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出的信号是为了促使调整减压阀以提供对应测量值的所需输出压力；其特征在于，其中一个测量值是环境因素。

如上文所述，环境因素可以是温度、降水等。另一个测量值可以是流速和/或时间，使用方式如先前所述。或者，测量值可以是临界点的压力测量值。

根据公开的另一发明，提供了一个用于调整供应水至用水区的减压阀的输出压力的控制器，其中，控制器包括：用于提供信号给先导阀以调节减压阀的输出压力的控制器输出端；数据存储装置存储减压阀的所需输出压力和至少一个测量值之间关系式的代表性参数，目的是为了在用水区的临界点建立最小水压；处理装置配置为处理(i)所述或每个测量值的代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出的信号是为了促使先导阀调整减压阀以提供对应所述或每个测量值的所需输出压力；其特征在于任一个：

(i)备用先导阀被提供用于调整减压阀，并且控制器配置为当探测到控制器或先导阀发生错误事件时激活备用先导阀；和/或

(ii)控制器设有用于穿过减压阀的水流截面的代表性数据的输入；和/或

(iii)控制器设有用于减压阀中活动的主阀的工作范围的代表性数据的输入；和/或

(iv)控制器设有在用水区的水供应中，经过过滤器落下的水压力的代表性数据。

在优选的实施例中，活动的主阀的关闭件应防止超出操作范围。优选地，该范围设置为以便将发生于PRV内部或下游的湍流和/或气穴现象的发生的可能性降到最低。在一些实施例中，操作范围设置为10％-75％的开放度。

这些示例只是文中用到的新颖的技术特征，而不是那些描述的对于本发明的专利权具有创造性的技术特征。

例如，在输出压力依赖于流速的系统中，另一个公开的发明解决了当供应水处于高压状态而后突然压降的问题，例如区域水泵突然停止工作，或因某种原因PRV输出突然发生变化等情况导致的问题。这种情况下，系统中潜在的能量将继续反馈给区域的用户，但控制器探测的流速相当地回落。如果将此流速的回落用于减少减压阀的输出压力至更低的值，由于与流速和所需输出压力之间建立的关系式相一致，一旦系统中可用的潜在能量消散了，将出现压力不足以应对恢复的需求。

因而，根据另一个公开的发明，提供了一个用于调节供应水至用水区的减压阀的输出压力的控制器，其特征在于，控制器包括：控制器输出端，用于提供给先导阀一个信号以调整减压阀的输出压力；用于提供流速的代表性数据的装置；数据存储装置存储呈现流速与减压阀的所需输出压力之间的关系的参数，以在用水区的临界点达到所需最小水压；处理装置配置用于处理(i)流速的代表性数据和(ii)存储的参数，因此控制器输出的信号是为了促使先导阀调节减压阀以提供对应流速的所需输出压力；其特征在于，随着瞬时压降和瞬时流速的下降达到用户需求所对应的值以下时，当与用户需求一致的流速未恢复时，输出压力将被维持在对应流速测量值的代表性数据的值之上。

根据本发明系统中用到的先导阀，描述于此，先导阀具有新颖的特征，并且因此从本发明的另一方面来看，提供了一个可与上述系统和控制器并用的先导阀，也可与任何其它设计方案并用，包括已知的设计方案、先导阀或液压制动减压阀的控制操作，还包括外壳，安装着外壳并用于响应减压阀输出压力的相对于外壳和第二阀门的运动的第一阀门，还有用于调整相对于外壳的第二阀门的位置的调节器，先导阀适于控制减压阀对应第一和第二阀门的相对位置的操作，其特征在于，第一和第二阀门其中之一包括一个孔，另一个包括一个安排用于在相对滑行运动时穿过孔的阻断部，因此，第一阀门和第二阀门之间的相对运动改变着穿过孔的水流截面，调整器确定孔隙的水流截面将用于给定的第一和第二阀门的相对位置。

因而，使用中，对于一个给定的平衡状态下PRV的输出压力，孔的相应有效的水流截面将由被阻断部阻塞的孔隙的数量决定。如果调整器随后用于相对于孔滑动阻断部，那么孔的有效水流截面将被改变，流经先导阀的水流将发生变化，并且减压阀的输出压力也将改变。对于选定的PRV输出压力，压力的维持要靠阀门的相对运动，因此被阻断部阻塞的孔隙的数量将发生变化。已经有人发现这种设计将提供比常规设计更精确和更可靠的控制。

调整器能够提供响应于减压阀的输出压力的阻断部分和孔之间的相对滑行运动。这方面能够通过线形部件的使用来实现，部件的旋转引起阻断部或孔的纵向运动。在优选的实施例中，然而，提供了阻断部和孔的相对旋转运动。在一个可行的设计方案中，阻断部和孔之间的相对旋转将引起孔逐渐被阻塞或开放，阻断部的边缘以相对旋转的方向穿过孔。在优选的设计方案中，然而，通过阻断部的边缘以旋转轴的方向穿过孔的运动，阻断部和孔之间的相对旋转将引起孔逐渐被阻塞或开放。因此，阻断部可能具有一个在圆周方向上变化的轴向范围。在这样一个设计方案中，阻断部的尾部轴向面将提供为一个合适的轮廓。轮廓能够是直线、曲线或任意其它所需轮廓，用以提供相对旋转时孔隙水流截面变化所需的方式。在优选的设计方案中，阻断部的底端表面设计为斜面。当相对旋转运动时，轮廓的不同部分穿过孔隙延伸并引起穿过孔隙的边缘的外表运动。

这里可能有多个孔和多个阻断部。阻断部分可能提供为单个部件。在优选的设计方案中，旋转的阻断部件设有多个阻断部，每个部分具有纵向定向的具有圆周方向上变化的轴向范围的端部区域。在一个实际的例子中，已经有人发现具有两个直接安置的孔和两个对称旋转的阻断部的设计方案给出了满意的结果。

在一个优选的设计方案中，第一阀门部件设有孔并被安排用来进行响应减压阀的输出压力的纵向运动。第二阀门部件被选定用在除了由调整器作用的阻断部的运动的其它范围。优选地，这种设计方案下，第二阀门部件被安排用来进行对应外壳的旋转，以便通过滑动阻断部穿过孔来控制孔的水流截面。

第一阀门部件可以是纵向延伸管状的部件的形式，它与减压阀的输出压力流体相通，并且具有一个由阻断部控制的输出孔，输出孔与减压阀腔相通。

在一个优选的设计方案中，先导阀包括三个沿轴安排的腔，称为第一腔，第二腔或中间腔，和第三腔。第一腔与减压阀的输出压力流体相通，并设有弹簧加载的当压力变化时沿轴向偏斜的柔软膜片。第一阀门部件安装用于柔性隔膜的运动。第一阀门是以管状的形式沿轴向延伸，穿过中间腔并且开放于第三个腔。该管具有放射状的向中间腔开放的孔，中间腔与减压阀腔流体相通。中间腔通过第一柔性封片与第一腔分离，通过第二弹性封片与第三个腔分离。第一个腔与第三腔通过管道相连，因此，第三腔受到来自减压阀的流体输出压力。流体经过第一阀门的管的开放端，也经过孔。

在这样的设计方案中，第二阀门是以通常圆柱状插栓形式安装在孔区域内的管子上，其中管子具有圆形的横截面，插栓具有一个面向第三个腔的管子入口的成型端。插栓与管壁封闭结合并且沿管子的纵轴方向为可旋转的，以便改变插栓阻塞孔的程度。在这种设计方案中，随着插栓的旋转，孔能够完全开放或逐渐被阻塞。其中可能有一个孔被完全关闭的位置。

在优选的设计方案中，所述插栓下面管子的部分设有一个开放于第一个腔的开口，因此，插栓的任一面的压力是充分相等的。这就避免了因压力不同可能会阻碍插栓的旋进。

附图说明

下面将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的某些优选的实施例，其中：

图1是本发明的水分配系统的示意图；

图2是与主减压阀连接的先导阀的剖面示意图，其中PRV处于开放状态；

图3是与主减压阀连接的先导阀的剖面示意图，其中PRV处于闭合状态；

图4是本发明的先导阀的剖面图；

图5是先导阀内的轴的剖面图；和

图6是本发明的控制器的示意图；

具体实施方式

下面参照附图，图1示出一个主动脉水供应管道1，主动脉水供应管道1通过管道46向减压阀(PRV)44供应水压为P1的水，再经过输出管道48向测量区域(DMA)3供应减小的输出水压为P2的水，DMA区域包括了大量的向大量的用户5供水的管道4。将其中一个用户5设置为临界点CP，由于从临界点CP到PRV 44的距离和/或临界点的关于PRV的高度，该临界点处的压力P3明显低于DMA 3区域中其它位置的压力。尽管在本实施例中只指出了一个临界点，其它实施例中可以具有多个临界点。

毗邻PRV 44设有一个用于测量PRV的输出压P2的第一压力测量传感器6，和一个用于测量穿过PRV的流速M的流速传感器7。所述流速传感器7安装在PRV的上游以减少由于湍流引起的误差。

从传感器6和7发出的信号被输入至先导阀102的控制单元8，在优选的实施例中，所述控制器基于流速的测量值和时间通过下面将描述的方式调整PRV的输出压力，以提供能维持临界点所需的最小压力的输出压力。

流速M的测量值和输出压P2被通过无线通讯网络从控制单元8传输至具有数据处理设备的远程中央控制站13。

在临界点CP处设有用于测量临界点处的后面将提到的校准过程中用到的压力P3的第二压力测量传感器10。它被连接于一个数据记录器11。所述远程传感器远程压力传感器10和记录器11可以是专门的结实的集成压力变换器和嵌入了统计分析软件的记录器。传感器可以是临时或永久装置。存储在数据记录器上的信息可以由工程师手动地查询，所述工程师通过适当的有线或近距离无线或远距离无线设备关连到所述记录器上。然而，优选地，记录器连接到通信单元12上，所述通信单元12不时地通过SMS的方式或其它适当的无线通讯方式向中央控制站13传输数据，所述中央控制站处理压力数据P3和压力数据P2，以及来自控制单元8的流速数据，以能够将合适的控制参数传送至控制单元，从而控制PRV 44的输出压力以提供临界点处所需压力。

图2示出包含(PRV)44的管道系统的一部分，所述PRV44在开放状态下连接于先导阀102，下面将依照图4和图5更加详细地描述先导阀102。PRV处于连接于主动脉水供应管道1的上游管道46和连接于测量区的下游管道48之间。阀门元件50设于隔膜51上，所述隔膜51形成PRV控制器腔52的一侧面。所述阀门元件用于控制通过连接着上游管道46和下游管道48的孔53的水流。通道54连接上游管道46和先导阀102的入口122，并通过管道58通道54将上游管道46连接到PRV控制器腔52上。通道56连接先导阀的出口124和下游管道48。通道54设有位于管道58和先导阀的上游的限流器59，通过螺杆60的方式设置所述限流器。

发动机62，例如步进电机或其它合适的发动机，由传动皮带66连接至大齿轮64。所述大齿轮连接到调整器136上，以便基于发动机62的激励引起阀门元件134的旋转并调节经过孔隙130的水流截面。发动机62连接到控制单元8的输出端。

PRV控制腔52内部的压力在上游的、入口压力P1和下游的、输出的、基于先导阀孔隙130的水流截面和限流器59处的水流截面的压力P2之间变化。在图2中，孔隙130完全开放并且因此PRV完全开放。

流量计7位于上游管道46上毗邻PRV 44处。流量计7的设计样式可以是任意的，例如压差流量计、文氏管、孔板等。在优选的实施例中，使用了轴向涡轮转子67。轴向涡轮转子67在每个叶片的顶端都具有磁铁70，其通道将被装有簧片开关或其它例如霍尔效应传感器的传感装置的流量计传感器单元68探测。所述流量计传感器单元68能够通过任何标准方法计算由簧片开关激励的流量。例如可以计算一段时间内的脉冲数，或者利用脉冲间隔时间的方法，其中连续的脉冲起点或脉冲末端之间的时间间隔是确定的。优选地，当流速被确定为低于预先定义的等级时，流量计传感器单元被设置成从计算平均脉冲数转换成定时脉冲间隔。

在实施例中，提供了用于直接地或间接地确定关于阀门关闭元件50的位置的信息的装置，这类信息可以用于通过估计PRV中的水流截面，或孔的大小推断通过减压阀的流速。所以这种方法提供了一种使用流量计7的替换方式，该替换方式也可被省略。更优选的，然而，这样一个间接流速感应机构可以作为备用，其能够探测主要的流速传感器7的故障和/或在发生此类故障的情况下进行接收。

图3示出图2中的系统，其中孔隙130完全关闭并且因此PRV 44也完全关闭。当先导阀关闭，PRV控制腔52内和先导阀上部腔体108内液体的压力与上游管道46中压力相等。

流经先导阀的水流部分地受限于通道54的直径，所述直径能够利用螺杆60调整限流器59来设置。当孔隙130部分地或完全地开放并且系统达到平衡态时，孔隙处的水流截面与限流器59处的水流截面之比决定了PRV控制腔52内部的压力。

使用中，通过旋转调节器136以相对于管状元件127旋转阀门元件134，能够调节管48内的输出压P2，因此改变孔隙130被阻塞的数量和所述孔隙的有效的水流截面。因此，对于给定的相对于管状元件127的阀门元件134的纵向位置，有效的水流截面是可以变化的。不管设置怎样的相对转动的位置，都将达到平衡，并建立适当的输出压P2。向一个方向旋转将增大输出压P2，并且向另一个方向旋转将减小输出压力。在所示设计方案中，当俯视时的阀门元件134的顺时针旋转将打开更多的孔隙130，并且将增大输出压P2。逆时针旋转将阻塞更多的孔隙130，并且因此将减小输出压P2。图2(孔隙完全开放，PRV完全开放)和图3(孔隙完全闭合，PRV完全闭合)所示的是两种极限状态。

图4所示为先导阀102的横截面视图。先导阀包括大的圆柱形阀体104，所述圆柱形阀体在顶端和低端基本封闭并且定义了垂直的轴105。阀门内部被分隔为顶腔106、中间腔108和底腔110，和包含卷簧138的弹簧腔112。腔体内部以隔膜114、116和118形式的柔性密封彼此分隔，所述隔膜是环形的并且垂直于轴线平置。通道120连接顶腔106和底腔110。中间腔108设有穿过阀门体的入口122，所述入口122连接到上面描述的减压阀的腔体，并且底腔110设有出口124，所述出口124连接到减压阀的出口侧。。孔隙126将弹簧腔连接至阀门外部。

具有环状横截面的圆柱形管状元件127完全封闭于阀门体内，并连接三个柔性隔膜。管状元件127的轴沿阀体的轴105延伸。管状部件127的底部连接至隔膜118和弹簧138，所述弹簧的底部通过张力调整螺杆140连接至阀体。弹簧和张力调整螺杆沿轴105延伸。

管状元件127的内腔128的上部对于顶腔106开放并且设有两个沿直径方向相对的孔130，所述孔130对于中间腔108开放。管状元件127的内部128的下部通过开口132连接至底腔。这种设计方案是为了平衡压力并且避免管的内部128生成液压锁。

圆柱形阀门元件134紧贴地位于管状元件127内，以基本密封的方式并沿轴105延伸。其安装在沿轴105延伸并穿过阀体的顶部的可伸长的调节元件136的一端。所述调节元件136被安装用于关于轴105旋转。

图5示出图4中阀门元件134和管状元件127的更加详细的视图。阀门元件134的顶面围绕阀门元件的圆周设有两个对称设置的斜面142，每个斜面从最高点倾斜至最低点。当隔膜118移动时，管状元件127沿轴105移动。因此孔隙关于阀门元件134轴向运动，因此或多或少的孔隙被斜面阻塞。调节部件136的旋转将带动阀门部件134旋转，斜面142穿过孔隙延伸的那一部分发生变化。因为斜面关于圆周方向倾斜，被阻塞的孔隙的面积取决于旋转的方向增加或减少。这样因此控制开口122和124之间的流动。

图6示出控制单元8的示意图。外形上，控制单元8具有用于无线通讯的天线20，包括按钮39的对于工程师的操作用户界面，以及用于连接各种传感器的端口。内部构造上，控制单元8具有中心处理单元21和存储器23，所述存储器可以包含一些非易失性存储器。还有用于给CPU

21提供时间和日期的时钟22。时间和日期数据可以从时间服务器更新，例如在中心数据处理设备13上或通过其它远程通讯链接。电力供应单元24用于连接外部电源。当在最初的配置和随后的诊断工作中使用的所述单元处在其它位置时，不太可能在安装点安置永久电源。主要能量都是由主电源25供应的，主电源可以是任意适当的类型，但优选为锂电。还有备用电源26。尽管在本实施例中未示出，但是也可以提供一个太阳能电池。超电容27提供电力的进一步储备，目的是为了提供快速放电以激活阀门转移来自主要可控先导阀102的水流至普通的固定压力的备用先导阀(未示出)，例如使用螺线管。此过程能够由看门狗机构触发，所述看门狗机构可操作地探测主要先导阀或控制单元8中所发生的故障，或是否主电源25和/或备用电源26电量不足。

控制单元8具有多个I/O连接端口和通信装置。输入端包括用于连接压力传感器的端口28、29、30和用于连接流速传感器的端口31。压力输入端1(28)连接于P2压力传感器6；流速输入端31连接于PRV流量计7。如果提供了压力输入端2，压力输入端2(29)连接于进入PRV的P1压力传感器。压力输入端3(30)可以连接于不同的用于监控下落并穿过过滤器的水压的压力传感器；或者所述压力传感器可以用于监控PRV控制区的压力；或者被储备以用于以后的应用中。

先导阀输出端口32连接于发动机62以用于调节先导阀102。

两个无线通讯模块包括：用于与中心服务器13的远距离通讯的GPRS 34和用于本地通讯的蓝牙35。还可采用各种有线连接，利用USB模块33，I2C串行模块37和RS232串行模块36。还具有四个20mA有线连接38。这些有线连接可以用于诊断的目的，或连接附加的传感器，例如降水、温度或光传感器，或其它附加的模块。也可以提供其它输入/输出装置例如IrDA、LCD显示器、键盘等，但在此没有示出。

由控制单元8操作的一个可选模式是“远程控制”压力调制。其实，它包括控制单元8根据设置点P3压力的偏差监控并调节P2压力输出。为了避免由于P2的变化和作为结果的P3压力之间未知的迟延所引起的问题，使用一个“活的”远程P3压力输入并结合内置算法持续地精确流速和P2-P3之间的关系。在此类系统中，控制单元8直接地或通过中央控制设备13从远程传感器远程压力传感器10接收P3压力的值。

然而，本实施例中标准的实施模式是控制单元8基于传感器输入特别是流速测量值M和时钟22输出的时间T，还有其它相关的环境传感器输入，并依照由中央服务器13检索到的存储在存储器23中的参数来调节PRV的输出压P2。在优选的设计方案中，控制单元8是通过查询表来使用这些存储的参数的，查询表中包括流速和时间坐标轴，和很多提供适当的PRV输出压P2的输入。查询表可以是三维或多维的，包括对于光强度、降水传感器、温度或其它本地环境因素输入值的坐标轴。CPU使用一个或更多的查询表的目的之一是为了计算函数，该函数包括测量值和常量，这里的常量是指所存储的参数。

所述参数由处理器21上运行的控制程序所涉及，所述处理器确定期望的P2压力(很可能考虑进一步约束，例如PRV阀门部件的物理范围、P1压力、或是压变阻尼因数，更多细节见下文)，并通过先导阀输出端口32向先导阀发动机62发送适当的信号。P2压力输入端口28能够提供这个调节过程的反馈。端口29的P1压力输入测量能够用于避免控制单元8试图得到通常物理上不可能的大于P1的P2压力。

对于流速的变化和关联的P2的变化的响应速度是由阻尼变量控制的以限制DMA中压力变化速度。

如下所述存储的参数生成并存入控制单元8的存储器23中。

特别是在初始设置状态，工程师能够基于DMA型号、历史流速、与临界点的距离和高度差手动地确定参数，并且工程师使用例如PC或SMS界面把这些参数加载到控制单元8。可以使用简单的规则来估计关系变量。工程师能够使用适当的软件来帮助确定参数。

参数的手动设置是可以调整的，通过例如：直接的用户界面通过在控制器上的LCD显示菜单；由中央控制单元发出的接收到的移动文本(SMS)信息；通过移动数据服务器例如GPRS发送的命令；或者PC界面通过有线串行通讯(RS232)、红外串行通讯(IrDA)接口或具有用户友好图形用户界面(GUI)的可选近距离无线接口。

常规的用法，并且可选地甚至在初始安装阶段，参数或其增加的更新是通过中央服务器13不时地传输的。优选地，通讯由控制单元8发起。

优选地，如前所述，参数采用一个或更多离散的查询表的形式。然而，它们可以描述或用参数描述一个连续曲线或多维表面，或用参数描述一些其它的关系式模型，例如神经网络。

尽管在一些实施例中，控制单元8可由原始数据生成适当的参数，在本发明中，主要的数据分析是在中央服务器13上执行的。通常，初始训练数据将在一周或两周的时间内被采集，但是要得到周期性表象，这个时间段可能需要更长，或者收集几个不同的训练数据组的时间段变长。P2和流速M的测量值被记录在控制单元8内的整个数据记录器中，然后不时地传输给中央设备13。临界点的压力P3记录在与位于临界点的远程传感器传感器10关联的远程数据记录器11上。远程记录器同步于控制单元8直接或间接地都通过在数据采集周期之前同步于位于中央设备13的时钟，以保证两个单元具有同步的时钟。数据采集周期之后，远程数据记录器11通过例如直接串行连接(RS232或IrDA)或SMS或其它方法将P3数据下载到中央服务器13。中央服务器13分析P2-P3与不同的流速M和时间T之间的关系，还可选地考虑其它可能相关的因素，例如天气条件、比赛时间(sports fixtures)、工厂用水信息等，并且利用递归或其它适当的分析算法生成参数值，以建立离散的或是连续的最佳曲线、最佳多维表面图或其它适当的关系式模型。可以利用监督的学习方法；例如，神经网络，贝叶斯分类等。这样，输入因素如比赛时间、天气、季节等的相对重要性就不需预先假设，而能由中央服务器13的软件适当地学习和权衡得到。

如果软件不能确定一个适当的关系式，它将警告操作员，所述操作员可以检查数据并手动绘制曲线或用其它关系曲线代替。

中央服务器13中典型的关系曲线对于输入变量(流速、时间等)可以是连续的或离散的。尽管用于充分描述连续的、可能是多维的关系曲线的参数能够被直接地加载于控制单元8，在本实施例中，中央服务器13生成的一个简单的查询表，在所述查询表中流速、时间等被适当地划分为离散的区间。如前文所述，这个查询表被加载到控制单元8上并使用。该表会随着时间增加，也会进行周期性更新，因为中央服务器会根据例如未来24小时或未来一周的天气预报，或如高尔夫联赛的未来的比赛时间等因素，修正简化的查询表。

中央设备13提供给控制单元8的参数如果通讯在更新的参数被加载之前在任意时刻有间断，将有足够的参数用于在一段时间如平日、周末之类等特定的时间内适当地调节输出压力。

中央服务器13能够控制一些分别具有各自的PRV的独立的DMA。DMA之间具有一定的相似性，中央服务器13优选地使用从一个DMA获得的数据以改进为不同的DMA而确定的参数的精确度。仅以举例的方式，由记录的关于第一个DMA的数据能够确定日照的时间相比于一年中用来确定流速M、时间T和P2-P3之间的最佳关系的几个月具有更显著的效果；这个结论能够用于优于第二DMA的参数，所述第二DMA甚至可能不具有测光计。这样，最佳用途是训练数据。

任意特殊的DMA中的控制单元8可能具有这样的设备以能够手动地临时代替现有关系式，即将现有的自动生成或手动设置的参数替换为新的临时设置的参数，同时还应能够返回原始状态。

可选的流速监控系统能够用来触发紧急P2量而替代。紧急P2压力设置为由固定的流速触发。如果流速M超过触发流速，控制单元8将控制先导阀102，以引起PRV增加P2至紧急值。这个功能将提供用于DMA的高压供应，例如在预定为低压期时出现了消防用水需求的情况。

所有的控制方法以以下汇报功能为特征：SMS、RS232、IrDA和(可选)无线输出；汇报所有变量的详细设计；汇报详细的P1、P2、(P3如果测量的话)的最大、最小和平均值，流速(最小和最大值与日期/时间码一同记录)；SMS报警功能，当任意参数超出警戒范围或较差的自动曲线匹配时发出警告；例如，数据记录器通过RS232转储。

记录间隔是可调的，例如，10秒、30秒、1分钟、5分钟、15分钟、或一小时。本实施例中，间隔优选地设置为15分钟。

控制单元8可以包括电力节约功能。这样，控制单元能够仅当P2压力测量值超过允许偏差范围时调整PRV。所述偏差也是可调的。增大允许偏差将致使P2响应更不精确，但是将需要更少的调整因此延长了电源寿命。当系统依靠一个可选的外部电源运转时，减小最大允许偏差值能够得到更精确的P2输出特性。

在PRV控制范围内，涉及PRV控制空间中的压力的信息可以用于推断PRV的开放或闭合程度，或用在一些实施例中，基于入口压力P1估计PRV出口压力以控制空间压力和流速M。控制单元8能够探测P2出口压力传感器的故障和/或没有使用P2压力传感器的操作。类似地，涉及控制空间压力的信息能够用在一些实施例中，通过PRV从涉及入口压力P1、出口压力P2和控制空间压力的信息中估计流速M。控制单元8能够探测流速传感器中的故障和/或没有使用流速传感器的操作。

通过电源的使用设置控制单元，因此，每小时将粗略地进行一次调整，连同一个周期内更频繁的调整(大约每隔15分钟)。每天调整的次数估计大约在32到36次。可选地，通过限制每24小时内所做调整的最高次数，进一步实现电力节约。一旦设置了调整次数，PRV将设置一个默认的(参数设置)输出压力。这个功能将用于需要电源寿命超过设定时间周期的情况。

可以给操作者提供一个图表，以便设置控制单元并估计电源寿命。新的电源组安装以后，永久存储功能能够使用并用于记录调整的总数。

大体上，控制单元优选地设计为能够将电源消耗降至最低，通过最佳设计和最新低能耗技术是可以实现的。

控制单元能够监控电源寿命(包括任意外部SMS/PSTN或其它通讯单元的电源寿命)并且在电量不足时发出警告(如通过SMS信息)以警告中央控制系统。

控制单元8包括本地和远程压力调制容量的全部范围，结合一些改进性能、简化设置和减少维护的功能。控制器被设计和制造为可靠的、结实的、通用的和易于使用的。控制单元是一个多功能的控制器和数据记录器。

工程师通过使用笔记本电脑或PDA就能够使用软件实现以下功能：

在各种模拟情景下测试查询表功能；

设置控制器上的数据记录器；

设置远程P3压力记录器上的数据记录器；

下载或读取记录器数据；

以绘图和制表形式显示；

建立点值、最大或最小值等等；

校准记录器/控制器；

设置记录速度；

分配记录器ID；

调整时钟；

配置所有模型、输入和输出；

调整参数；

设置通讯。

如上文所指出，控制单元能够控制PRV 44使用平衡点先导阀；控制是由电动机对控制轴的旋转位置的控制来实现的。然而，在一个实施例中，PRV可能具有直接螺线管阀门。在这样的设计方案中，控制单元将能够连接到两个螺线管阀门，其中一个能够保证PRV的顶腔为P1压力，另一个能够保证PRV的顶腔为P2压力。可选的第三个螺线管阀门能够保证顶腔等压于大气压，或可选的文氏管。

大体上，本发明各实施例中的各部分之间的通讯能够通过有线连接例如串行接口(RS232)、通用串行总线(USB)、Firewire(TM)、LAN或WAN、光纤连接等；短距离无线通信如红外(IrDA)、电感耦合、蓝牙、Wi-Fi等技术；或是远距离通信，利用合适的无线电频率和协议、例如利用SMS信息技术的蜂窝式移动通讯网络等。各组件之间的通讯可以利用例如因特网的网络通过控制中心等。某个组件可能被配置为网络服务器，因而与该组件的连接和数据访问就变得简单了。

总的来说，本发明的优选的实施例为先导阀提供了一个用于调节供应水至用水区的减压阀的输出压力的控制器。为了能够减小输出压力同时提供区域临界点处的最小所需压力，控制器基于流速调节输出压力。控制器包括一个时钟，以及所需输出压力和流速测量值之间的关系是基于时间的。定义所述关系的参数从远程数据处理系统提供给控制器，所述远程数据处理系统用于分析由控制器传送的流速和输出压力数据，以及临界点处远程传感器的压力数据。间隔地，控制器建立起与远程系统的无线连接以传输记录的数据，并且接收涵盖一段长于通讯会话的间隔的时间内的参数。

Claims (13)

1.一种用于调节减压阀的输出压力的控制器，所述减压阀供应流体至消耗区域，其中所述控制器包括：

时钟，提供时间的代表性数据；

提供经过减压阀的流速的代表性数据的装置；

输出压力输入端，用于接收来自输出压力传感器的输出压力信号，以及适于提供来自减压阀的输出压力的代表性数据的装置；

控制输出端，用于提供信号以调节减压阀的输出压力；

数据存储装置，存储表示来自减压阀的所需输出压力的参数，所述所需输出压力用于根据流速在消耗区域的临界点处建立所需最小流体压力；

处理装置，所述处理装置配置用于处理(i)流速的代表性数据和(ii)存储的参数，使得控制输出端提供信号，以促使减压阀被调整，从而提供对应于流速的所需输出压力；以及

记录装置，利用时间戳数据记录减压阀的输出压力的代表性数据；

其中：

控制器配置为接收来自毗邻临界点的压力传感器的临界点压力数据，所述临界点压力数据包括时间戳数据；以及

控制器配置为利用记录的数据和临界点压力数据来计算更新的参数，并在数据存储装置中存储更新的参数。

2.根据权利要求1所述的控制器，结合用于减压阀的先导阀，设置用于接收来自控制器的控制输出端的控制信号。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述减压阀为供水阀。

4.根据权利要求1、2或3所述的控制器，其特征在于，所述控制器构造为使得所述参数用在由处理装置处理的数据存储装置中存储的函数中。

5.根据权利要求1、2或3所述的控制器，其特征在于，所述控制器构造为使得所述参数存储在查询表中。

6.根据上述任一项权利要求所述的控制器，其特征在于，所述控制器构造为使得控制输出端提供信号，以促使减压阀被调整，从而提供对应于流速和时间的所需输出压力。

7.一种利用控制器调节供应流体至消耗区域的减压阀的输出压力的方法，所述控制器包括：

时钟，提供时间的代表性数据；

提供经过减压阀的流速的代表性数据的装置；

输出压力输入端，接收来自输出压力传感器的输出压力信号，以及提供来自减压阀的输出压力的代表性数据的装置；

控制输出端，提供信号以调节减压阀的输出压力；

数据存储装置，存储表示来自减压阀的所需输出压力的参数，所述所需输出压力用于根据流速在消耗区域的临界点处建立所需最小流体压力；

处理装置，用于处理(i)流速的代表性数据和(ii)存储的参数，使得控制输出端提供信号，以促使减压阀被调整，从而提供对应于流速的所需输出压力；以及

记录装置，利用时间戳数据记录减压阀的输出压力的代表性数据；

其中：

控制器接收来自毗邻临界点的压力传感器的临界点压力数据，所述临界点压力数据包括时间戳数据；以及

控制器利用记录的数据和临界点压力数据来计算更新的参数，并在数据存储装置中存储更新的参数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器结合用于减压阀的先导阀，设置用于接收来自控制器的控制输出端的控制信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减压阀为供水阀。

10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，所述参数用在由处理装置处理的数据存储装置中存储的函数中。

11.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，所述参数存储在查询表中。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，控制输出端提供信号，以促使减压阀被调节，从而提供对应于流速和时间的所需输出压力。

13.一种系统，用于调节供应流体至消耗区域的减压阀的输出压力，以在消耗区域中的临界点处建立所需最小流体压力，所述系统包括减压阀、毗邻临界点设置的临界点压力传感器、以及根据权利要求1至6中任一项所述的控制器。

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