CN104074730A - 泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于供水管网（1）的泵系统，具有：至少一个泵装置（4）；用于在该泵装置的压力侧检测压力的压力传感器（10）；用于检测泵装置的流量的流量传感器（12）；多个压力传感器单元（D），用于供水管网的不同分区中的泵装置（4）的远程配置；和用于控制泵装置的控制装置（8），其中，控制装置（8）具有建模模块（16），该建模模块根据用于至少两个相应的分区的至少两个压力传感器单元（D）的多个压力测量值，分别建立描述从压力传感器（10）到各个压力传感器单元的位置的压力损失的模型（A），控制装置（8）根据所建立的模型（A）对泵装置（4）进行调节。本发明还涉及一种用于调节供水管网中的泵装置的相应方法。

Description

泵系统
技术领域
本发明涉及一种用于供水管网的泵系统以及一种用于调节供水管网中的泵装置的方法。
背景技术
供水管网用于例如向整个城市或地区供水。通常在这样的供水管网中泵是必不可少的，以输送待分配的水并在供水管网中可靠地提供所需要的压力。为此，除了输送泵之外还需要使用增压泵（升压泵）。在这种类型的供水管网中，分布在一天中的需求是变化的。在此，不仅总体需求是变化的，而且在供水管网的各个分支中的需求也是变化的。因此，很难在供水管网的所有部分，即在所有的分支中始终获得所需要的最小压力。为此需要对在供水管网中提供压力的泵进行控制或调节，以使其输送能力符合要求
发明内容
考虑到这些问题，本发明目的是提供一种用于供水管网的、具有至少一个泵装置的泵系统以及一种用于调节该泵装置的方法，它们使得能够以更好的方式根据供水管网中的当前要求来调整泵装置的输送能力，从而能够在供水管网的所有部分中始终以最小的能源消耗来保障所需的最小压力。
本发明目的通过根据本发明的用于供水管网的泵系统以及用于在供水管网中调节泵装置的方法来实现。
根据本发明的泵系统用于在供水管网中输送水，特别是饮用水。这样的供水管网可以是例如向一个城市或一个或多个城区供水的多分支网络。该泵系统具有至少一个泵装置，用于在供水管网中输送水和/或带来所需要的压力。该泵装置可以是一个泵机组或多个泵机组的布置，它们一起产生所需要的压力。该泵装置特别可以是用于提高压力的增压泵（升压泵）。
除了所述至少一个泵装置之外，根据本发明的泵系统还具有至少一个压力传感器，用于在压力侧，即泵装置的输出侧检测压力。这样的压力传感器可根据需要直接设置在泵机组的输出侧或者集成在泵机组中，以便检测输出侧的压力。此外还设有至少一个流量传感器，用于检测泵装置的流量，即由泵供应给整个供水管网的流量。优选将这种流量传感器直接设置在泵装置上，必要时也可以集成到泵机组中。对于多个并联使用的泵，也可以为每个泵机组配备单独的流量传感器，并且可以将各个流量传感器的流量相加成总流量。根据本发明，可以将这种多个流量传感器的布置看作是一个用于检测泵装置的流量的流量传感器。
可以替代设置一个或多个压力传感器或者一个或多个流量传感器的是：也可以不直接测量压力和/或流量，而是由其他检测到的参数，特别是泵机组中的电气参数推导出。在本发明的上下文中将这样的系统同样看做是压力传感器或流量传感器。
此外，根据本发明设置多个压力传感器单元，用于供水管网的不同分区中的泵装置的远程配置。这些压力传感器单元设置在供水管网的关键点上，以检测在那里产生的压力。因此，这些压力传感器单元分别具有至少一个压力传感器，用于检测供水管网的分区中的压力。此外适宜地，为这些压力传感器单元配备通信装置，其能够将检测到的压力值数据传递到中央控制装置。优选该中央控制装置是用于控制泵装置的控制装置，即，控制或调节泵装置，以在泵装置的压力侧提供一定的流量和/或输出压力。为此，该控制装置调节或控制特别是一个或多个泵机组的转速。
优选为压力传感器单元配置能够实现无线通信的通信装置。即，压力传感器单元可以具有无线模块，从而能够长距离地传输数据。无线模块例如可以用于在无线移动通讯网络中的通信，因此能够例如根据SMS标准在无线移动通讯网络中传输压力传感器单元的测量值。因此可以使用通常无处不在的通信结构来进行数据传输。但是也可以考虑采用其他的无线标准或有线通信。为此，可以为压力传感器单元配置通信接口，其例如用于通过有线或其他合适的数据网络传输数据。
但是根据本发明，没有将控制装置和压力传感器单元结合在一起，以在由压力传感器单元检测到的当前压力的基础上实现控制或调节。这样的实时调节要求从所有的压力传感器单元到用于泵装置的控制装置实现连续的数据传输，这将是相当昂贵的。为了避免这种情况，根据本发明为控制装置配置建模模块，其可以针对供水管网的各个分区建立模型，然后根据这些模型实现对泵装置的控制或调节。即，根据本发明，以存储在控制装置中的模型为基础实现对泵装置的当前调节，从而不再需要与外部的间隔较远的传感器（例如压力传感器单元）进行连续的通信。优选将所述多个压力传感器单元靠近使用地点地设置在供水管网中与泵装置间隔开的关键点上，在这些关键点上应该能够保证所需要的最低压力并进行检测。根据本发明，为了控制泵装置将供水管网划分成多个分区，在此，根据所保持的作为临界值的最小压力值进行分级的各个不同的分区分别在各自分区的某个关键点上具有至少一个压力传感器单元。在此优选将分区中的压力传感器单元设置在关键点上，通常设置在该分区中与泵装置间隔开的点上。
根据本发明将建模模块设计为，为分别具有至少一个压力传感器单元的各个分区分别建立只用于该分区的单独的模型。为了建立这样的模型，将建模模块设计为，可以根据配属于各个分区的压力传感器单元的多个压力测量值建立模型。在此优选这些压力测量值是针对优选为设定的不同的时间点检测得到的。例如，这些压力测量值可以是在一天中分散获取的多个压力测量值。在此可以适宜地直接针对视为关键点的时间点获取压力测量值，即，在该时间点上，在任一分区内接收到预期的最小压力值都被视为出现了问题。由此将建模模块设计为，其将通过这种方式为至少两个分区分别建立典型模型，在此，该模型代表了在任一分区中在泵装置输出侧的压力传感器和在该分区中的压力传感器单元之间的压力损失。然后，可以该模型为基础通过控制装置控制或调节泵装置，因为控制装置可以由该模型获知：如何估计在供水管网的某个工作状态下在某个分区中的压力损失。然后，控制装置可以在考虑到各个分区的多个模型，优选为全部模型的基础上对中央泵装置进行控制或调节，以使所有分区中的压力损失得到充分的补偿，以在所有分区中优选确保所期望的最小压力。
根据本发明优选将整个供水管网划分为不同的分区，每个分区对应一压力传感器单元，并且为各个分区建立单独的模型，该模型描述从中央泵单元到各个分区中的压力传感器单元的压力损失。然后进一步优选在全部模型的基础上通过控制装置实现对泵单元的控制或调节。当整个供水管网没有划分为这样的分区时，优选至少为供水管网的关键区域建立具有单独模型的这种分区，在此所说的关键区域是指必须遵守所期望的最小压力但遵守非常困难的区域。因此根据本发明总是提供有至少两个具有所属模型的分区，然后由控制装置以此为基础来调节泵装置。
在此所描述的模型建立是基于这样的认知：在由多个与整个网络相比非常小的用户构成的供水管网中，整个网络的工作条件基本上是恒定的，即，例如工作条件在白天是不同的，但是周期性的重复基本上是相同的。由于每个用户具有基本上恒定的或者说定期（例如每天）重复的消耗概况，情况尤其是如此。此外，当在建模过程中分区考量时，还可以根据所发生的变化灵活地调整模型。
特别优选将建模模块设计为，所建立的模型能够分别描绘从泵装置到所属压力传感器单元的位置的、关于泵装置的时间和/或流量的压力损失。在此设定：压力传感器检测泵装置输出侧的压力，即，该模型实际上描述了压力传感器和压力传感器单元之间的压力损失。例如，可以将时间设定为一天，从而根据这种模型例如可以估计：在供水管网的由该模型表示的分区中，什么时间会出现一定的压力损失。此外，优选将模型建立为，使其替代地或附加地能够根据流量描述压力损失。因此针对不同的流量，可以从模型中读出在与该模型相对应的分区中的所预期的压力损失。根据控制装置稍后为了调节泵装置而从各个模型中提取的数据，可以通过控制装置对泵装置进行相应的调节或控制，从而能够在所有的分区中确保所预期的最小压力。在此，该最小压力不必在全部分区中都是一样的，相反可以在控制装置中为每个分区都设定单独的最小压力。
优选将控制装置设计为，其可以将泵装置调节到预先设定的额定压力，在此，该控制装置具有额定压力确定模块，该额定压力确定模块在事先建立的描述压力损失的模型的基础上与时间和/或泵装置的流量相关地确定额定压力。即，优选该额定压力确定模块具有存储器，所预期的各个分区的最小压力值可以从该存储器中获取。因此，额定压力确定模块其后可以在考虑到例如当前时间和/或当前流量的情况下，从各个分区的模型中获取在这种工作条件或到达该时间点时所预期发生的压力损失，并由此确定必须出现在泵装置的输出侧的额定压力，从而平衡所发生的压力损失并在各个分区中确保所期望的最小压力。
为此进一步优选将额定压力确定模块设计为，其可以这样确定泵装置的额定压力：针对供水管网的每个分区，将所预期的最小压力与由对应的模型所确定的压力损失相加得到压力值和，并将通过这种方式确定的压力值和中的最大值作为额定压力。即，在存储于额定压力确定模块的存储器中或者额定压力确定模块可以从中读取的存储器中的所期望的最小压力的基础上，并根据为供水管网的各个分区所建立的各个模型，首先确定压力值和，该压力值和与在泵装置输出侧必须达到的额定压力相符，从而能够补偿在各个分区中的压力损失并确保所预期的最小压力。然后，如果针对每个分区都获得这样的压力值和，并选择其中最大的压力值和作为以后泵装置需要调整达到的额定值，则将确保在各个分区中至少能实现所预期的最小压力。在一些分区中可能会达到较高的最终压力。
优选将额定压力确定模块用于形成调节曲线，然后按照该曲线调节泵机组。这可以如前所述在关于流量定义各个额定压力值时进行。因此，实际上描述了压力与流量的相关性的调节曲线由额定压力确定模块生成。该额定压力确定模块在此构成了调节曲线确定模块。
优选将建模模块设计为，根据由压力传感器单元所提供的新的压力值定期更新所建立的模型。因此，例如可以每天更新模型。此外，由于针对各个分区都建立了各自的模型，因此可以极其灵活地实现更新，因为始终只有单个的模型需要进行调整。此外，将供水管网划分成具有各自模型的各个分区还可以实现总体来说更精确和更灵活的调节，因为首先各个分区的模型是互不相关的，其次，在最后要如上所述地根据对所有模型的考量，由额定压力确定模块来确定必须在泵装置的输出侧所要出现的压力，从而使所有的模型或者所预期的压力损失变得合适。通过这种方式可以明显更灵活地对在各个分区或控制元件中所预期的压力损失的变化做出反应。
优选可以将建模模块和额定压力确定模块分别设计为处于控制装置内部的软件模块。它们也可以共同集成在一个应用软件中。
根据一种优选的实施方式，为压力传感器单元分别配置测量值存储器，这种存储器适于存储多个各自带有时间戳的压力测量值。通过这种测量值存储器可以简化压力传感器单元和控制装置或建模模块之间的通讯。即，由此可以使压力传感器单元在一定的时间段内存储更多的压力测量值，然后将全部的压力测量值在一个发送过程中一起传输到控制装置。控制装置配备有与压力传感器单元相匹配的通讯模块，例如可以与传统的无线移动通讯网络通讯的无线接口。可以将压力传感器单元设计为，自动引发去往控制装置的数据传输，或者将其设计为，在到达所预期的时间点时由控制装置查问数据。优选将测量值存储器设计为，可以存储一整天的数据，从而可以每天从压力传感器单元向控制装置只传输一次数据。一旦控制装置接收到数据，其建模模块就可以为对应的分区建立相应的模型，或者可能根据压力传感器单元的新测量值为对应的分区更新模型。为了能够尽可能精确地构成模型，进一步优选将压力传感器单元设计为，优选在一整天的时间里特别是均匀分布地检测压力值。例如，可以每个小时或每半个小时进行一次压力测量。优选为每次测量打上时间戳，以便能够在稍后的数据传递之后在控制装置中准确地检测到，压力传感器单元在哪个时间点上检测到哪一个测量值。
如上所述，每个压力传感器单元都配置有合适的通讯模块，该通讯模块适于与为此配备有相匹配的通讯模块的控制装置进行通讯。该通讯模块例如按照无线通讯网络标准或数据网络标准具有用于数据传输的合适接口。
根据本发明的一种优选的实施方式，控制装置可以是泵装置、特别是泵机组的组件。因此可以将控制装置集成在泵机组中，例如放置在直接设置于泵机组上的电子器件壳体中。对于泵装置包括多个泵机组的情况，还可以将控制装置集成在其中一个泵机组中，并同时控制或同级其他的泵机组。
根据本发明的另一种优选的实施方式，控制装置具有泄漏检测模块。这样的模块可以在控制装置中以软件模块的方式实现。优选将泄漏检测模块设计为，其利用流量传感器在预先重复设定的时间点上或在预先重复设定的时间间隔内，优选每天对流量进行检测，并将检测到的流量与边界值和/或与一个或多个在前面的时间点或时间段内所检测到的流量进行比较。所述重复的时间点例如可以是每天的某个时间，从而在每天到达该时间时检测流量。在此，可以在准确到达该时间点时确定流量，或者可以例如在预设的时间段内检测流量并取其平均值。优选所述重复设定的时间点是在晚上，因为在到达这样的时间点时供水管网中的流量通常是很小的。通过将这样检测到的流量与边界值和/或之前在相应的时间点或在相应的时间间隔内检测到的流量进行比较，将可以检测到流量的变化，这表明发生了泄漏。例如，如果在每天某个时间由泄漏检测模块检测当前的流量，则该流量经过统计在许多天里应该是基本相等的。但是，如果在许多天里出现连续的增加或者可能出现突然地增加，这不同于长期的平均值，由此可以推断例如发生了泄漏。还可以在需要时在控制装置中预设边界值，当超过该边界值时就假定出现了泄漏。
进一步优选控制装置具有泄漏检测模块，并将其设计为，为了确定可能的泄漏地点，该泄漏检测模块根据压力传感器以及配属于各个分区的各个压力传感器单元的测量值为各个分区确定各自实际的压力损失，并将该实际压力损失与由对应的模型导出的所预期的压力损失进行比较。因此，将整个网络划分为各个具有对应的用于压力损失的模型的分区可以用来定位泄漏或者将可能的泄漏地点限定在至少其中一个分区中。这可以通过对比在各个分区中在某个时间点上所检测到的实际压力损失与由对应的模型所给出的在该时间点上的预期压力损失来实现。例如，可以将相对于模型的强烈背离看作是在该分区中发生压力损失的指示符。
因此进一步优选将泄漏检测模块设计为，能够对实际压力损失等于或大于所预期的压力损失的那些分区指示可能的泄漏。优选将泄漏检测模块设计为，始终考虑到所有的模型或所有的分区。当在其中一个分区发生泄漏时，就如同所预期的那样，压力损失仅在该分区中增大，而在其他的分区中只有很少一点的变化或者减少。
特别优选将泄漏检测模块设计为，以下述两个步骤检测泄漏。在第一步骤中，如前所述的通过流量比较首先识别出，从整体上看是否在整个网络中可能会发生泄漏。如果这种可能性被泄漏检测模块以前面所述的方式加以确定，则优选在第二步骤中在用于各个分区的模型的协助下如前所述地进行定位。因此如果基于流量的增加确定了可能的泄漏，并在第二步骤中确定在其中一个分区中的压力损失与模型相比已经增加，则几乎能够肯定在该分区中发生泄漏。
根据另一种优选的实施方式，控制装置具有泄漏检测模块，在此将该泄漏检测模块设计为：对于每个分区，在对对应的、用于该分区中所预期的压力下降的模型进行更新的过程中，通过建模模块将如更新后的模型所描述的在一个或多个一定的工作状态下的预期压力下降与如之前的模型所描述的预期压力下降进行比较，并根据预期压力下降的变化识别出在对应分区中的可能的泄漏。即，根据这种用于在某个分区中定位泄漏的方法，不是将当前测得的压力下降与由已有模型导出的压力下降预期值进行比较，而是将由该模型给出的值相互进行比较，更确切地说是由旧的模型和更新后的模型所给出的值。由于在这种更新中可能包含有发生的泄漏，因此所更新的模型将由于泄漏而发生变化，即，更新后的模型将被预期具有比旧模型的情况更高的压力下降。这种变化可用于对泄漏的检测，特别是定位。这种比较对于所有的分区都可以在对此适用的模型的基础上有效地执行。然后，如果仅在一个分区中确定有变化，则说明在那里可能发生了泄漏。
此外，本发明还提出了一种相应的用于调节泵装置的方法。该方法尤其是利用如前所述的泵系统来实现。在这方面，对于优选的方法特征还可以参考如前所述的使用泵系统的方法步骤。
这种根据本发明的方法用于在供水管网中调节至少一个泵装置。在此，泵装置和供水管网可以按照上面根据泵系统所描述的方式进行配置。根据本发明，为了进行调节，将供水管网划分为多个分区，这些分区对于压力调节而言在一定程度上将被分开考虑。在至少两个这样的分区中，在各自的至少一个关键点上在多个时间点进行压力检测。同时在泵装置输出侧检测压力。由此可以根据这些压力检测值确定至少两个分区在不同时间点时的压力损失，在此，在这些时间点上检测分区中的压力并同时在泵装置输出侧检测压力。由此可以检测各个分区在一定的时间点上以及在该检测压力损失的时间点上所面临的运行状态中的压力损失。在这些数据的基础上，特别是根据所确定的压力损失，为上述至少两个分区分别建立能够表征压力损失的模型。该模型说明了在一定的运行状态中，特别是在一个时间点和/或流量下所预期的压力损失。随后根据本发明在所建立模型的基础上对泵装置进行调节。也就是说，在控制或调节泵装置的过程中不需要考虑在供水管网中所有的关键点上当前实际测得的压力值，而是代之以事先建立的模型为参考。这样做的优点在于，不是在供水管网的所有关键点上都需要持续地进行带有对泵装置控制的反馈的连续压力测量。
优选在上述分区的关键点上检测压力的同时确定泵装置的流量，也就是供水管网的总流量，并由此建立模型，使得该模型能够描述在所属分区中关于时间和/或流量的压力损失。在此该模型描述了对于总网络的流量的相关性，即，不需要对每个分区检测流量，而是在这些分区中只在关键点上执行压力测量。然后为了调节或控制泵装置，例如可以根据当前测得的流量和时间确定所预期的压力损失，然后可以此为基础调整泵装置的输出点。
优选为了调节泵装置而检测泵装置的当前流量，并针对当前的时间点和当前检测到的流量，根据事先建立的模型确定在全部分区中的预期压力损失，然后将泵装置的输出压力调整到额定压力，以补偿该压力损失。因此可以如前所述地将该预期压力损失与预先设定的各个分区的最小压力相加，然后根据相加得到的压力值将最大的压力值作为用于调节泵装置的额定压力。即，优选将泵装置的输出压力调整为，可以精确地补偿在某个分区中发生的最大压力损失。
根据该方法的另一种优选的实施方案，在多个时间点在各个分区的关键点上检测压力并存储测量值，在一定数量的测量或一定的时间间隔之后进行分析，以建立或更新对应的模型。通过这种方式可以优化或简化数据传输，因为不必针对每一次测量都立刻将数据组从进行测量的关键点传输到中央控制装置。而是可以替代为，先收集大量的测量值，然后一起传输，由此使得例如一天进行一次数据传输就足够了。
进一步优选可以通过该方法检测泄漏，其中，在供水管网中定期，优选每天在特定的时间点上或特定的时间段内检测泵装置的流量，并将这样检测到的流量值相互或者与至少一个预设的边界值进行比较。例如，可以每天在特定的时间，尤其是在晚上检测流量，并且检测到的流量值可以在几天内进行比较。如果在重复的时间点上出现流量值的过度增加，这可能就是泄漏的征兆。也可以在流量值超过设定的边界值时就推断发生泄漏。
在该方法的另一种优选的实施方案中，同样可以将供水管网中的可能的泄漏地点至少限定在其中一个分区中。该目的优选通过将在某个分区中实际测得的压力损失与根据用于该分区的对应模型所获得的预期压力损失进行比较来实现。在此有利的是，当在一个分区中实际的压力损失等于或大于所预期的压力损失时，可以确定在该分区中发生了泄漏。这尤其是针对以下情况，即，在其他所有的分区中，实际的压力损失等于或小于所预期的压力损失。就此而言，将整个网络划分成每个分区都具有各自用于该分区压力损失的模型的不同分区具有以下优点：这些模型除了调节或控制泵装置之外还可同时用于识别和检测泄漏。因此，可以优选通过比较在某个分区中在预设的时间所测得的压力损失平均值与根据用于该分区的对应模型在同一时间的预期压力损失来确定在供水管网中可能的泄漏地点，在此，当在某个分区中所测得的压力损失平均值等于或大于预期的压力损失平均值时，可以确定在该分区中出现了泄漏。即，根据该方法的这种变形考虑的不是当前的压力损失，而是在能够取得压力损失平均值的较长时间内的压力损失。然后在模型中读取针对同一时间内的压力损失平均值，并将这两个压力平均值相互比较。通过这种方式可以实现较高的识别精度，因为暂时性的有限偏差将不再考虑。
替代地或附加地，可以通过将某个分区中在一个或多个工作状态下根据第一模型的预期压力损失与该分区中在相同工作状态下根据更新的第二模型的预期压力损失进行比较以确定供水管网中可能的泄漏地点。即，例如当某个分区的模型每天更新时，可以将当前的模型与前一天的模型进行比较。如果在新模型中在一个或多个时间点、时间间隔或工作状态下的预期压力损失例如高于前一天的模型，则可以确认其发生泄漏。在此，为了获得较高的识别精度，特别可以将几天之内的模型或较长一段时间内的模型进行相互比较。
附图说明
下面参照附图对本发明做示例性的说明：
图1示意性示出了具有根据本发明的泵系统的供水管网，
图2示意性示出了根据本发明的泵系统的功能，
图3示出了对于不同流量的额定压力，
图4以两个图表示出了夜间的流量测量，
图5示意性示出了在第一种实施方式中对泄漏的定位，
图6示意性示出了在第二种实施方式中对泄漏的定位。
其中，附图标记说明如下：
1供水管网
2输入管道
4泵单元
6支线
8控制装置
10压力传感器
12流量传感器
14泵机组
16建模模块
18存储器
20数据存储器
21额定压力确定模块
22比较器
23额定压力存储器
24转速调节器
26选择模块
28，28′定位模块
D1-Dn压力传感器单元
A1-An在各个分区中用于压力损失的模型
S1-Sn相加步骤
R1-Rn余值计算步骤
rl-rn余值
t时间
p压力
q流量
n泵转速
pcri在关键点上检测到的压力
pdis泵机组输出侧的压力
ppipe根据模型的压力损失
pcriref分区中要求的最小压力
pref参考压力。
具体实施方式
图1示意性示出了一种具有根据本发明的泵系统的供水管网。该供水管网具有输入管道2，在该管道中设有泵单元4，例如一个或多个泵机组。供水管网从泵单元4向下分支成多个支线6。在所示出的各个支线6中，在关键点上设置有压力传感器单元D（D1...Dn）。在该示出的实施例中，压力传感器单元D配备有无线通讯模块，该模块能够通过无线移动通讯网络根据SMS标准向控制装置8传输数据。压力传感器单元D还具有测量值存储器，在其中存储有针对不同时间点并具有时间戳的压力测量值，从而能够使各个压力测量值正确地对应检测它们时的时间点。在此将压力传感器单元D设计为，其每天一次将所存储的压力测量值无线传输给控制装置8。压力传感器单元D例如在一天当中每隔半小时地在关键点上分开测量压力值。也可以更多或更少的进行压力测量。因此应该将压力测量的次数选择为，在一天当中尽可能在所有的关节工作状态下进行足够精确地检测。
控制装置8用于控制或调节泵单元4。特别是泵装置8可以调节泵单元4的一个或多个泵机组的转速，使得能够在泵单元4的压力侧获得预期的输出压力。这些压力通过压力传感器10进行检测。此外，在分支之前设置流量传感器12，从而使其能够在集中地检测通过泵单元4的流量，并由此检测通过整个位于下游的供水管网的流量。压力传感器10和流量传感器12将它们的测量值提供给控制装置8，在此，优选使它们进行连续的测量。优选将压力传感器10和流量传感器12靠近控制装置8设置，从而可以在这里设置用于数据传输的连接导线。
现在参照图2对根据本发明的对泵单元4的调节或控制进行详细说明。在如图2所示的实施例中，将多个泵机组14作为泵单元示出，这些泵机组可以并行地或交替地驱动，这取决于需要什么样的输出功率。因此，泵单元4构成了具有一个或多个用于提高水的压力的泵机组14的泵站。这种控制是在描述了在供水管网1的各个分区中的压力损失的多个模型A（Al...An）的基础上进行的。根据本发明，需要对多个压力传感器单元D，在该实施例中为所有的压力传感器单元D，分别建立对应的、用于压力传感器10和各个压力传感器单元之间的压力损失的模型A。因此需要为供水管网1的不同支线6中的各个关键点建立不同的模型A，这些模型描述了在供水管网的这些分区中与时间t和由压力传感器12检测到的整个供水管网1中的流量q相关的压力损失。
模型A是在由压力传感器单元D在不同时间点上所检测到的压力值Pcri（pcri,l...pcri,n）的基础上建成的。压力传感器单元D在多个时间点上（如上所述例如在所有的半小时的时间点上）检测压力值。所检测到的值定期地（例如每天一次）输送到控制装置8。在那里除了其他的数据之外，还需要检测压力传感器10的压力测量值，流量传感器12的流量测量值以及所对应的时间。根据这些数据在建模模块16中建立模型A（A1，...，An）。模型A从用于所有分区的控制装置8中的参量存储器18中读出。每次当从压力传感器单元D将新检测到的测量值发送到控制装置8上时，在建模模块16中会再次将该新的测量值与压力传感器10检测到的压力测量值和由流量传感器12检测到的流量测量值一起进行处理并更新所形成的模型A。当在建模模块16中进行处理时，将实现所有测量值相对于各个时间点的时间对应关系，即，所考虑的时间点都对应着压力测量值pcri，压力传感器10的压力测量值pdis以及流量传感器12的流量测量值q。这种对应关系构成了模型A，并更新地存储在存储器18中。由此，每个模型A给出了在给定的时间点在总净值
（Gesamtnetzwert）中给定的流量q的情况下在各个分区中的预期压力损失。
在此，各个模型的结构例如通过下述公式给出：
Pdis-pcri=α0+q2(α1+α2cos(ωt)+α3sin(ωt)+α4cos(2ωt)+α5sin(2ωt)+α6cos(3ωt)+α7sin(3ωt)
在此，pdis代表压力传感器10上的压力，pcri代表压力传感器单元D上的压力，q是流量传感器12上的流量。参数a（a0,...,a7）在建模模块16中基于所检测到的测量值产生。固定参数ω是模型中每天变化的频率。
对于模型的建立，优选只考虑一天的数据，从而只需要通过压力传感器单元D以及向控制装置8的数据存储器20中存储在一天中测得的测量值。由此可以使待处理的数据量保持在较低的水平。
对泵单元4的调节在当前测得的流量q和时间t的基础上以下述方式进行：从所建立的模型A中读取对于该流量和在该时间点上的预期压力损失ppipe（ppipe,1,...,ppipe,n）。在具有加法器S（Sl,...,Sn）、额定压力存储器23以及比较器22的额定压力确定模块21中确定在泵机组14的输出侧所需要的额定压力。预期压力损失ppipe分别与从各个额定压力存储器23中读取的对应的最小压力或参考压力pcriref相加，在此，pcriref应该各自从设置有压力传感器单元D的关键点上获取。该过程在控制装置8中的相加阶段S（Sl,...,Sn）中进行。在这里将各个参考压力pcriref（pcriref,1,...,pcriref,n）与所确定的预期压力损失ppipe相加。通过这种相加可以确定想要获取的针对各个分区的参考压力pref（pref,1,...,pref,2）。然后在比较器22中将这些参考压力pref相互比较并将所确定的最大的参考压力pref传输到控制装置8中的转速调节器或转速调节模块24中。在该转速调节器或转速调节模块中，在考虑到由压力传感器10所检测到的当前压力pdis的情况下调整到参考压力pref。转速调节器24给出一个或多个泵机组14的转速n。在该实施例中，控制装置8还附加地具有选择模块26，该选择模块用于在所安装的泵机组14并非全部使用的情况下，确定是驱动一个还是多个泵机组14以及以什么样的转速n驱动。由此可以通过选择模块26使多个泵机组14稳定地发挥出最大能力。
在分别对应于各自其中设置有压力传感器单元D的一个或多个支线6的供水管网1的各个分区中使用模型的优点在于，泵单元6的实际输出压力可以非常准确地适应实际的需求情况，并由此始终确保在各个分区中具有足够的压力，同时还可以使能源消耗最小化。此外，所述各个分区模型A还可以通过关于由压力传感器单元D所检测到的数据的更新灵活地适应供水管网1中的需求变化。
对于如图2所示的实施例需要指出的是，可以存在任意多个具有压力传感器单元D的分区以及相应的任意多个模型A。对信号的处理以及为各个分区确定参考压力pref都是相互独立地进行的，因此可以设置相应数量的加法器S和额定压力存储器23以及存储器18，它们在如图2所示的信号路径之间分别用三个点表示。
图3示出了以pq-图示出了与流量相关的压力。可以看出，始终选择对于任意的流量最大的压力值和pref作为用于调节泵单元4的参考压力pref。用于调节泵单元4的参考压力pref在图中以实线示出。
此外，根据本发明的泵系统的控制装置8还可用于检测供水管网1中的可能的泄漏并进行定位。为此，每天以确定的时间间隔Dt从某个总是重复的时间点开始通过控制装置8检测流量传感器12上的平均流量值（见图4）。这优选在夜里进行，例如在子夜，此时流量处于最低点而且在几天内很大程度上是恒定不变的。将几天内的流量Dt存储并进行比较，例如在如图4所示的图中从1d到9d的几天里。由从中看到的从4d开始直至9d的流量的增加可以推断出：在供水管网1的某个位置上发生了泄漏。如果控制装置8识别出这种在几天内的增加或者替代或附加地超过了预设的边界值，则由此可以断定发生泄漏并在需要时以合适的方式发出信号。
然后在下一步中，可以根据所建立的模型A定位泄漏可能位于与压力测量单元D相对应的哪一个分区中。下面根据图5对用于此目的的第一种方法进行说明。为了执行该方法，可以在控制装置8中设置相应的程序模块，即泄漏检测模块。为了识别泄漏，需要考虑在特定时间点t上泵单元4的输出压力pdis以及在该时间点上由各个压力传感器单元d检测到的压力pcri（pcri,1,...,pcri,n）。由此将得到差值，即在特定时间点t上的压力损失pdis－pcri。在分开地用于各个分区，即各个模型A（A1,...,An)的余值计算步骤（Restwertbildungs-schritt）R（R1,...,Rn）中，将这些值分别从根据模型A的相对于各个时间点和流量的预期压力损失，即压力损失ppipe（ppipe,1,...,ppipe,n）中减去。通过这种方式将针对各个分区得到余值（Restwerte）r（r1,...,rn）。然后在下一步中，在定位模块28或定位步骤28中考虑，哪一个的余值r大于0，等于0或小于0。然后在余值r等于或小于0的分区内对可能发生的泄漏进行定位。也就是说将假设在压力损失大于预期的地方发生了泄漏。在供水管网的另一分区中，压力将因为同时减少的流量而增加，因此那里的余值r大于0。这意味着在余值r等于0或小于0的地方发生泄漏的可能性最大。由于只考虑到余值而没有考虑到实际值，因此在该考量中排除了由于水消耗的波动产生的影响。
现在根据图6对用于定位泄漏的第二种方法进行说明。该方法与前面根据图5描述的方法的不同之处在于，在余值计算步骤R′（R1′,..,Rn′）中没有计算预期压力损失和实际压力损失之间的余值，而是将当前模型A的参数与之前考虑的模型Alnit（Alnit,1,...,Alnit,2）的参数进行比较。即，在根据压力传感器单元D的新测量值更新模型A之后，将由此建立的模型A与之前已经考虑过的用于同一分区的模型Alnit进行比较。也就是说，在余值计算步骤R′中将某个模型的参数从对应的另一模型的参数中减去。在此要考虑的是对于相同的工作状态，即相同的时间点和流量的参数，也就是压力损失值。将由此获得的余值r′(r1′,...,rn′)在定位模块28′中彼此进行比较。在定位模块28′中将分析得出针对哪一个分区使得模型A的参数发生了改变。在此不仅在存在泄漏的分区中参数有变化，而且在该发生泄漏的分区中，在上述方程中代表压力损失的参数a件将发生正变化，而在没有发生泄漏的分区中该参数将发生负变化。即，对于存在泄漏的分区，模型A的代表压力损失的参数a增大，而在其他的分区中该参数将减小。在定位模块28′中对此进行分析，然后在那里可以确定与发生泄漏的分区相对应的模型A（A1,...,An)。

Claims (20)

1.一种用于供水管网（1）的泵系统，其具有：至少一个泵装置（4）；用于在该泵装置（4）的压力侧检测压力的压力传感器（10）；用于检测所述泵装置（4）的流量的流量传感器（12）；多个压力传感器单元（D），用于在所述供水管网的不同分区中对所述泵装置（4）进行的远程配置；和用于控制所述泵装置（4）的控制装置（8），其特征在于，所述控制装置（8）具有建模模块（16），该建模模块设计为，根据用于至少两个相应的分区的至少两个压力传感器单元（D）的多个压力测量值，分别建立描述从所述压力传感器（10）到相应的压力传感器单元的位置的压力损失的模型（A），以及所述控制装置（8）用于根据所建立的模型（A）对所述泵装置（4）进行调节。
2.如权利要求1所述的泵系统，其特征在于，将所述建模模块（16）设计为，使所建立的模型（A）分别描述从所述泵装置（4）到对应的压力传感器单元（D）的位置的、与时间（t）和/或所述泵装置（4）的流量（q）相关的压力损失。
3.如权利要求1或2所述的泵系统，其特征在于，将所述控制装置（8）设计为，将所述泵装置（4）调节到预设的额定压力，其中，所述控制装置（8）具有额定压力确定模块（21），用于根据以前建立的描述压力损失的模型（A）与时间（t）和/或所述泵装置（4）的流量（q）相关地确定额定压力（pref）。
4.如权利要求3所述的泵系统，其特征在于，将所述额定压力确定模块（21）设计为，其以下述方式为所述泵装置（4）确定额定压力（pref）：对于所述供水管网（1）的每个分区，将所预期的最小压力与由对应的模型（A）所确定的压力损失相加得到压力值和，并将通过这种方式所确定的最大的压力值和选择作为所述额定压力（pref）。
5.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，将所述建模模块（16）设计为，按照时间间隔根据由所述压力传感器单元（D）提供的新的压力值对所建立的模型（A）进行更新。
6.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，为所述压力传感器单元（D）分别配置测量值存储器，该测量值存储器适于存储多个各自带有时间戳的压力测量值。
7.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，为所述压力传感器单元（D）分别配置适于与所述控制装置（8）通讯的通讯模块。
8.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，所述控制装置（8）是所述泵装置（4）的组件，并特别是泵机组（1）的组件。
9.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，所述控制装置（8）具有泄漏检测模块，将该泄漏检测模块设计为，利用所述流量传感器（12）在预先重复设定的时间点或在预先重复设定的时间间隔内，优选在每天检测流量（q），并将检测到的流量（q）与边界值和/或与一个或多个在前面的时间点或时间间隔内检测到的流量进行比较。
10.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，所述控制装置（8）具有泄漏检测模块，将该泄漏检测模块设计为，为了确定各个分区的可能的泄漏地点，该泄漏检测模块根据所述压力传感器（10）以及相应的所述压力传感器单元（D）的测量值分别确定实际的压力损失，并将该实际压力损失与由对应的模型（A）导出的预期的压力损失进行比较。
11.如权利要求所述10的泵系统，其特征在于，将所述泄漏检测模块设计为，对于实际压力损失等于或大于预期压力损失的那些分区指示可能的泄漏。
12.如前面任一项权利要求所述的泵系统，其特征在于，所述控制装置（8）具有泄漏检测模块，将该泄漏检测模块设计为，对于各个分区，在对对应的、在该分区中所预期的压力下降的模型（A）进行更新的过程中，通过所述建模模块（16）将根据更新后的模型（A）的、在特定工作状态下的预期的压力下降与根据之前的模型（Alnit）的预期的压力下降进行比较，并根据所述预期的压力下降的变化来识别在对应的分区中的可能的泄漏。
13.一种用于在供水管网（1）中调节至少一个泵装置（4）的方法，根据该方法，将所述供水管网划分为多个分区，并在至少两个分区中在各自的关键点上在多个时间点检测压力（pcri），同时在泵装置的输出侧检测压力（pdis），基于这些压力测量值对至少两个分区确定压力损失（4），基于所确定的压力损失，为所述至少两个分区分别建立描述压力损失（ppipe）的模型（A）,以及根据所建立的模型（A）对至少一个泵装置（4）进行调节。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在所述关键点上检测所述压力（pcri）的同时确定所述泵装置（4）的流量（q）并建立所述模型（A），使得该模型描述在对应分区中与时间（t）和/或所述流量（q）相关的压力损失（ppipe）。
15.如权利要求14所述的方法，其中，为了调节所述泵装置（4），检测所述泵装置（4）的当前流量（q），并针对该时间点和检测到的流量，根据所述模型（A）确定在全部分区中的预期压力损失（ppipe），并将所述泵装置的输出压力调整到对压力损失进行补偿的额定压力（pref）。
16.如权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，在所述关键点上在多个时间点检测压力，存储测量值，并在一定数量的测量或一定的时间间隔之后进行分析，以建立或更新对应的模型（A）。
17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，通过定期地、优选每天在特定的时间点或以特定的时间间隔检测所述泵装置（4）的流量（q），并将这样检测到的流量测量值（q）相互比较或者与至少一个预设的边界值进行比较来检测在所述供水管网（1）中的泄漏。
18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，通过将在某个分区中实际测得的压力损失与根据用于该分区的对应模型（A）的预期压力损失进行比较定位在所述供水管网（1）中可能的泄漏地点，在此优选当在一个分区中实际的压力损失等于或大于预期的压力损失时，确定在该分区中发生了泄漏。
19.如权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，通过比较在某个分区中在预设的时间段内所测得的压力损失平均值与根据用于该分区的对应模型（A）在同一时间段内的预期的压力损失来确定在所述供水管网（1）中可能的泄漏地点，在此优选当在某个分区中所测得的压力损失的平均值等于或大于预期的压力损失的平均值时，确定在该分区中出现泄漏。
20.如权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，通过将某个分区中在一个或多个工作状态下根据第一模型（Alnit）的预期压力损失与该分区中在相同工作状态下根据更新的第二模型（A）的预期压力损失进行比较来确定所述供水管网（1）中可能的泄漏地点。
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