CN104685215A - 用于控制泵站的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制泵站(1)的方法，所述泵站包括用于收容液体的泵井(3)和位于所述泵井(3)中的用于从泵井(3)中泵送液体的至少一个泵(2)，所述至少一个泵布置成分别采取不活动状态和活动状态。该方法的特征在于包括以下步骤：启动具有预定泵送循环长度的泵送循环，使所述至少一个泵(2)进入所述活动状态，记录从所述至少一个泵(2)被激活的时间点开始的泵送时间，和确定针对所述泵送时间的停止时间，当根据所述至少一个泵(2)的预定泵送容量计算的所述泵送时间期间液体的泵送量大于或等于在该泵送循环期间流入泵井(3)的所计算的液体流入量时，所述停止时间出现。

Description

用于控制泵站的方法
技术领域
本发明总的来说涉及一种用于控制泵站的方法，所述泵站包括泵井和布置在所述泵井中的至少一个泵，所述至少一个泵布置成分别采取不活动状态和活动状态。本发明方法致力于最小化泵送期间的能量消耗的总目标。
背景技术和现有技术
包括一个或多个泵的泵站的传统控制通常以各个泵的开/关控制为基础，其中第一泵在一固定的启动水位启动并在一固定的停止水位停止。泵的停止水位通常位于泵的入口所位于的泵井中液位的正上方，同时，泵的启动水位通常与泵站的入口位于相同的水位，例如位于泵的上端。在这种传统泵站中，启动水位和停止水位位于泵井的下部部分中，与泵井的溢流水位存在一段大的安全距离。所述大的安全距离使得泵站不需要任何类型的智能或适应性控制。在瞬间流入量明显超过活动泵的泵送容量的情况下，仅仅启动第二泵，如果不足，可以启动第三泵，等等。但是，流入量一般而言比泵站以及预定启动水位和停止水位的尺寸设计所针对的流入量少得多。
这种传统的控制泵站的方法解决了令人满意地运输进入泵站的废水的基本任务，同时泵站以有效的方式防止了溢流。但是，这种控制泵站的方法远远算不上能量效率高。此外，由于离开泵井的液体流在长时间间隔容积很大，位于下游的管道和位于下游的设施(例如污水处理厂)的应力随着时间非常不规律。
发明目的
本发明目的在于消除以前所知的用于控制泵站的方法的上述缺陷和不足并提供一种改进的方法。本发明的基本目的是提供最初限定类型的改进方法，其通过使用泵井中的最高可能平均液位来最小化泵站的能量消耗，泵井中的最高可能平均液位反过来又使输送的平均泵送高度最小化，从而使泵送期间的能量消耗最小化。
本发明的另一个目的是提供一种方法，所述方法以短的时间间隔泵送小容积，该容积和时间间隔以每小时预定启动次数为基础。
本发明的另一个目的是提供一种方法，其使得不管泵站包括一个泵还是多个泵，只需设定一个启动水位。
本发明的另一个目的是提供一种方法，其使得泵站不需要分别包括专门的流入流量计和流出流量计。
发明内容
依照本发明，至少基本目标是借助于最初限定的用于控制泵站的方法实现的，其具有独立权利要求中所限定的特征。本发明的优选实施例进一步限定在从属权利要求中。
依照本发明，提供一种最初限定类型的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：启动具有预定泵送循环长度的泵送循环；使在其处理处具有启动水位的所述至少一个泵在泵井中的当前液位位于所述启动水位时进入所述活动状态；记录从所述至少一个泵被激活的时间点开始的泵送时间；和确定针对所述泵送时间的停止时间，当根据所述至少一个泵的预定泵送容量计算的所述泵送时间期间液体的泵送量大于或等于在当前泵送循环期间流入泵井的所计算的液体流入量时，所述停止时间出现；以及当泵送时间等于所确定的停止时间时，使所述至少一个泵进入所述不活动状态。
因此，本发明基于这样的理解：通过最大化泵井中的平均液位，以及通过确定泵送时间的停止时间，使得泵仅仅泵送出所计算的在当前泵送循环期间的流入量一样大的液体容积，获得了能量效率更高的控制方法，从泵站流出的液体随着时间更均匀。
依照本发明的优选实施例，确定当前泵送循环期间流入泵站的所计算的液体流入量的步骤包括以下步骤：记录泵在所述活动状态时的流出液位导数；和基于所述至少一个泵的预定泵送容量和所述流出液位导数，计算在当前泵送循环期间流入泵的液体流入量。
依照本发明的另一个优选实施例，所述至少一个泵借助于开/关控制器进行控制，并且在其处理处具有停止条件，用于进行从所述活动状态到所述不活动状态的改变，所述停止条件包括所述停止时间，其中确定针对所述泵送时间的停止时间包括步骤：记录泵井中的当前液位；记录泵在所述活动状态时的流出液位导数；确定流入液位导数，其等于泵的预定泵送容量减去所述流出液位导数的差；和确定所述停止时间，当泵送时间与所述启动水位减去当前液位再除以流入液位导数的结果的和等于所述预定泵送循环长度时，所述停止时间出现。
在又一个优选实施例中，本发明方法还包括以下步骤：比较流入液位导数和预定当前液位处的预定值；和确定启动水位的值，如果流入液位导数超过预定当前液位处的预定值，则该启动水位的值小于启动水位的标准值。这样，可在液体流入泵站的瞬间流入量大时获得安全裕度。
优选地，所述方法还包括以下步骤：计算所述启动水位减去当前液位再除以流入液位导数的结果；比较计算的所述结果与预定最短间歇时间；和如果所计算的结果大于所述预定最短间歇时间，则在整个当前泵送循环保持泵处于所述活动状态。这样，通过保持泵活动使能量消耗最小，只要泵保持不活动时的理论能量节约小于与泵的停止工作和激活有关的较大初始能量消耗。
本发明的其它优点和特征将通过其它从属权利要求以及下文优选实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
参照附图，对本发明的上述及其它特征和优点的更全面的理解将从下文参照附图对优选实施例的详细描述中变得显而易见，其中：
图1是泵站的示意图。
优选实施方式
图1中显示了整体标记为1的泵站，其包括至少一个泵2，所述泵布置成分别采取不活动状态和活动状态。泵2在处于所述活动状态时布置成从泵站1中所包括的泵井3泵送液体至出口管4而远离泵站1。为此，泵站1包括某种常规水位传感器配置，所述常规水位传感器配置包括布置成确定泵井3中的当前液位h的至少一个水位传感器5。应当指出，水位传感器5可以是可操作地连接于外部控制单元6的独立装置、可操作地连接于所述至少一个泵2的独立装置、内置于所述至少一个泵2中的独立装置等。水位传感器5优选为动态水位传感器类型，也被称为连续水位传感器、模拟水位传感器等等。与静态水位传感器不同，诸如浸入式声学水位传感器或上悬挂式回声或光反射水位传感器的动态水位传感器能够连续地记录泵井3中的当前液位。借助于这样的水位传感器5，也可以确定液位导数、即当前液位的变化速度。
本发明涉及一种用于控制这种泵站1以便最小化所述泵站1的能量消耗的方法。本文中的泵站1被认为是入流液体到达其中、出流液体被从其中泵出而界定的装置。从本发明的情况来看，泵站1被认为与液体类型无关，并且与液体从哪里来、被泵送到哪里无关。本发明的方法可以例如在泵2中的内置控制单元中实施或者在控制柜中的外部控制单元6中实施，所述外部控制单元6可操作地连接于泵2。
应当指出，本发明的方法可以扩展为带有一个或多个子方法，和/或与其它控制方法并行/顺序地运行。
本发明的方法包括以下步骤：启动具有预定泵送循环长度的泵送循环；使所述至少一个泵2进入所述活动状态；记录从所述至少一个泵2被激活的时间点开始的泵送时间；和确定针对所述泵送时间的停止时间，当根据所述至少一个泵2的预定泵送容量计算的当前泵送时间期间泵送的液体体积大于或等于所计算的当前泵送循环期间流入泵井3的液体流入量时，所述停止时间出现。因而，通过使泵在单独泵送循环期间活动的时间刚好与所计算的流入量在当前泵送循环期间被泵出的时间一样长，可以使泵送时间最小化。
泵送循环的泵送循环长度是例如大于4分钟且小于10分钟，根据上述方法，泵2布置成每一泵送循环启动/活动一次，这分别相当于小于或等于每小时激活15次且大于或等于每小时激活6次。但是，应当指出，泵送循环的泵送循环长度可以大于10分钟，例如高达一小时或几小时。
实际上，优选的是，泵2在泵送循环启动时连带地被激活，和/或泵送循环通过泵2的激活而被启动。优选地，所述泵2借助于开/关控制器进行控制，并且在其处理处具有启动水位hstart，在所公开的实施例中，所述启动水位hstart由最大启动水位hstart,max构成，在最大启动水位hstart,max应当执行从不活动状态到活动状态的状态改变。本发明的基本意图是，不管泵站1中布置有多少个泵，泵站1应当仅具有一个预定启动水位。在泵站包括多个泵的情况下，应当以合适的方式执行相互交替，以便在泵之间获得均匀载荷。
使所述至少一个泵2进入所述活动状态的方法步骤优选包括以下步骤：记录泵井3中的当前液位h；和当泵井3中的当前液位h位于所述启动水位hstart时，使所述至少一个泵2进入所述活动状态。在权利要求书中以及在说明书中使用的术语“在其处理处”，意思是启动水位例如在所述外部控制单元6中得到，并且其引起泵2的状态改变，作为替代，启动水位hstart也可以在泵2中的控制单元中得到等。
本专利申请中，泵井3中的当前液位h是泵井3中液位与泵2的入口(参见图1)之间的距离，液位h还与泵2的实际输送高度有关，该输送高度随着液位h的减小而增大。当泵井3填充液体时，液位h升高，当泵2活动并泵出液体时，液位h下降。应当指出，泵井3可以在泵2活动并泵出液体的同时填充液体。
优选地，泵2的最大启动水位hstart,max对应于泵井3中的液位，该液位以一余量位于距离泵站1溢流时泵井3中的液位一段距离处，优选还位于距离泵站1进入高警报状态时泵井3中的最大液位hmax一段距离处，所述高警报状态例如可能暗示另外的或多个泵启动和/或需要服务人员到泵站1。
与泵2被激活相关联地，如上所述，泵送时间开始，并且运行直到泵的上述停止时间出现并且泵2从而回到不活动状态。因而，泵2在其处理处具有停止条件，用于执行从所述活动状态到所述不活动状态的状态改变，该停止条件包括所述停止时间。停止时间将随着流入泵站1的液体流入量的变化而变化，从而实际停止水位也发生变化。优选地，确定所述停止时间的步骤包括以下步骤：记录泵井3中的当前液位h；记录泵2处于所述活动状态时的流出液位导数；确定流入液位导数，其等于泵2的预定泵送容量减去所述流出液位导数的差；和确定所述停止时间，当泵送时间与所述启动水位hstart减去当前液位4再除以流入液位导数的结果的和等于所述预定泵送循环长度时，所述停止时间出现。
在权利要求书中以及在说明书中使用术语“在其处理处”，意思是停止条件例如在所述外部控制单元6中被处理，并且其引起泵2的状态改变，作为替代，停止条件也可以在泵2中的控制单元中直接处理等。
泵2处于活动状态时的流出液位导数指示在泵2活动时泵井3中的当前液位h变化的速度，并由上述的水位传感器5记录。
流入液位导数又是在当前泵送循环期间流入到泵井3中的液体量度，并指示如果泵2不活动，泵井3中的当前液位h将以何速度变化。
当前泵送循环期间流入泵井3的所计算的液体流入量的确定优选包括以下步骤：记录泵2在所述活动状态时的流出液位导数；然后，基于所述至少一个泵2的预定泵送容量和所述流出液位导数，计算在当前泵送循环期间流入泵井3的液体流入量。
泵送容量优选通过泵送容量液位导数确定，所述泵送容量液位导数指示如果泵2活动并且流入量等于零，泵井3中的当前液位h将以何速度变化。
对于流入泵井3的大的瞬时液体流入量，不管泵2是活动的还是不活动的，泵井3中的所述最大液位hmax都可能需要额外的安全裕度。当泵2在当前泵送循环期间不活动时，显而易见的是，当前液位h增加的速度大于正常值，当泵2在当前泵送循环期间活动时，当前液位h减小的速度小于正值或是负值。为了确定该临时安全裕度，本发明的方法优选还包括以下步骤：比较流入液位导数与预定当前液位h处的预定值；和确定启动水位hstart的值，如果流入液位导数超过预定当前液位h处的预定值，则该启动水位hstart的值小于启动水位的标准值，所述标准值优选是最大启动水位hstart,max。在一替换实施例中，在当前液位h达到启动水位的标准值时，响应于流入液位导数超过预定当前液位h处的预定值，多个泵可以在下一个泵送循环开始时被激活。在又一个替换实施例中，上述两个替换方案可以组合在一起，使得多个泵在当前液位h小于启动水位的标准值时被激活。
当泵2活动并且即将确定停止时间时，还优选的是检查泵还有多长时间将不活动，例如，在下一个泵送循环启动之前，泵2将有多长的间歇时间。间歇时间太短，间歇时间期间节约的能量将少于与泵2在下一个泵送循环中的与激活相关的额外瞬间能量消耗。因而，更有利的是，让泵2在当前整个泵送循环都保持活动，然后启动新的泵送循环。优选地，间歇时间长度的检查通过以下步骤进行：计算当前启动水位hstart(例如最大启动水位hstar,max)减去当前液位h再除以流入液位导数的结果，比较计算的所述结果与预定最小间歇时间；和如果所确定的结果大于所述预定最小间歇时间，在使泵2在整个当前泵送循环保持处于所述活动状态。
此外，优选的是，当泵2活动并且即将确定停止时间时，检查泵2不在较小瞬时流入量期间短时间活动。换言之，泵2不应活动如此短的时间以致不能泵出任何明显的液体量同时泵2在其活动的短时间期间具有较高的能量消耗。因而，优选的是，泵送时间大于或等于作为设定值的预定最小泵送时间。最小泵送时间优选大于30秒并且优选小于120秒。
作为替换，预定最小泵送时间可以是计算值。最小泵送时间的所述计算值优选借助于标记为“最优泵送时间”的子方法获取。所述子方法“最优泵送时间”包括下列步骤：使所述至少一个泵2在泵井3中的当前液位h位于所述启动水位hstart时进入所述活动状态；记录泵2在所述活动状态时的与流逝的泵送时间有关的能量消耗；记录泵2在所述活动状态时的与流逝的泵送时间有关的从泵井3泵送的液体泵送量；和借助于能量消耗除以液体泵送量的结果，确定与流逝的泵送时间有关的最小单位能量消耗Espec,min。因而，最佳的泵送时间是最小能量消耗出现的时间。液体泵送量优选根据泵的预定泵送容量乘以流逝的泵送时间得到。
在泵站或新泵等投入运行时，优选执行标记为“启动”的子方法。所述子方法“启动”用来确定泵站1中每个泵2的泵送容量，作为替换，也用来确定泵2的组合的泵送容量。
该子方法包括以下步骤：记录所述至少一个泵2在不活动状态时的流入液位导数；使所述至少一个泵2在泵井3中的当前液位h位于所述启动水位hstart时进入所述活动状态；记录泵2在所述活动状态时的流出液位导数；和将所述至少一个泵2的泵送容量确定为流入液位导数和流出液位导数的和。
应当指出，记录流入液位导数和记录流出液位导数各自之间的相互顺序是任意的。
当泵2已被激活时，优选的是，由于应使泵站1下游停滞的液体投入运动，而这负面地影响流出液位导数，因此在记录流出液位导数之前要等待流出稳定。可以通过检查流出液位导数如何变化或者通过等待一预定时间来等待流出稳定。
作为最后的子方法步骤，所述至少一个泵2优选应在预定停止水位进入所述不活动状态，所述预定停止水位等于预定最小停止水位hstopp,min或所述泵2的通气水位(snoring level)。
本发明的方法的一个结果是，在每次激活期间更少体积的液体被泵送，同时泵井3很少或决不会排空。为了解决可能由于上文所产生的问题，泵井清洗和/或管道清洗应当以均匀间隔进行。当泵井清洗和/或管道清洗时，一个或多个泵被激活，它们保持被激活一直到发生通气，即泵送空气和液体的混合物。优选地，这在具有低价格成本的时间点进行。
本发明的可行性改进
本发明不仅仅局限于上述以及附图所示的实施例，这些实施例主要具有说明性和举例性目的。本专利申请旨在覆盖在此所述的优选实施例的所有调整和变形，因而本发明由附带的权利要求书的字句及其等同限定。因而，该设备可以在附带的权利要求书的范围内以各种方式修改。
应当指出，即使没有明确声称特定实施例的特征可以与另一实施例的特征组合，如果组合是可能的，该组合也被认为是显而易见的。

Claims (13)

1.一种用于控制泵站(1)的方法，所述泵站包括用于收容液体的泵井(3)和位于所述泵井(3)中的用于从泵井(3)泵送液体的至少一个泵(2)，所述至少一个泵(2)布置成分别采取不活动状态和活动状态，其特征在于，该方法包括下列步骤：
-启动具有预定泵送循环长度的泵送循环；
-使在其处理处具有启动水位(hstart)的所述至少一个泵(2)在泵井(3)中的当前液位(h)位于所述启动水位(hstart)时进入所述活动状态；
-记录从所述至少一个泵(2)被激活的时间点开始的泵送时间；
-确定针对所述泵送时间的停止时间，当根据所述至少一个泵(2)的预定泵送容量计算的所述泵送时间期间液体的泵送量大于或等于在当前泵送循环期间流入泵井(3)的所计算的液体流入量时，所述停止时间出现；和
-当泵送时间等于所确定的停止时间时，使所述至少一个泵(2)进入所述不活动状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个泵(2)借助于开/关控制器进行控制并且在其处理处具有启动水位(hstart)，在该启动水位(hstart)应当执行从不活动状态到活动状态的状态改变，使所述至少一个泵(2)进入所述活动状态的步骤包括下列步骤：
-记录泵井(3)中的当前液位(h)；和
-使所述至少一个泵(2)在泵井(3)中的当前液位(h)位于所述启动水位(hstart)时进入所述活动状态。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，当前泵送循环期间流入泵井(3)的所计算的液体流入量的确定包括以下步骤：
-记录泵(2)在所述活动状态时的流出液位导数；和
-基于所述至少一个泵(2)的预定泵送容量和所述流出液位导数，计算在当前泵送循环期间流入泵井(3)的液体流入量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个泵(2)借助于开/关控制器进行控制并且在其处理处具有停止条件，用于进行从所述活动状态到所述不活动状态的状态改变，所述停止条件包括所述停止时间，其中，确定针对所述泵送时间的停止时间的步骤包括以下步骤：
-记录泵井(3)中的当前液位(h)；
-记录泵(2)在所述活动状态时的流出液位导数；
-确定流入液位导数，其等于泵(2)的预定泵送容量减去所述流出液位导数的差；和
-确定所述停止时间，当泵送时间与所述启动水位(hstart)减去当前液位(h)再除以流入液位导数的结果的和等于所述预定泵送循环长度时，所述停止时间出现。
5.如权利要求4所述的方法，还包括下列步骤：
-比较流入液位导数与预定液位处的预定值；和
-确定启动水位(hstart)的值，如果流入液位导数超过预定液位处的预定值，则该启动水位(hstart)的值小于启动水位的标准值。
6.如权利要求5所述的方法，其中，启动水位的标准值等于预定最大启动水位(hstart,max)。
7.如权利要求4所述的方法，还包括下列步骤：
-计算所述启动水位(hstart)减去当前液位(h)再除以流入液位导数的结果；
-比较计算的所述结果与预定最小间歇时间；和
-如果所计算的结果大于所述预定最小间歇时间，则在整个当前泵送循环保持泵(2)处于所述活动状态。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其中，该方法包括用于确定所述至少一个泵(2)的泵送容量的“启动”子方法，所述“启动”子方法包括下列步骤：
-记录所述至少一个泵(2)处于不活动状态时的流入液位导数；
-使所述至少一个泵(2)在泵井(3)中的当前液位(h)位于所述启动水位(hstart)时进入所述活动状态；
-记录泵(2)处于所述活动状态时的流出液位导数；和
-将所述至少一个泵(2)的泵送容量确定为流入液位导数和流出液位导数的和。
9.如权利要求8所述的方法，所述“启动”子方法还包括下列步骤：
-在记录流出液位导数之前，等待流出稳定。
10.如权利要求8或9所述的方法，所述“启动”子方法还包括下列步骤：
-在预定停止水位，使所述至少一个泵(2)进入所述不活动状态，所述预定停止水位等于预定最小停止水位(hstopp,min)或所述泵(2)的通气水位。
11.如任一前述权利要求所述的方法，所述泵送时间大于或等于作为设定值的预定最小泵送时间。
12.如权利要求1-10中任一项所述的方法，所述泵送时间大于或等于作为计算值的预定最小泵送时间。
13.如权利要求12所述的方法，最小泵送时间的所述计算值借助于“优化泵送时间”子方法获得，所述“优化泵送时间”子方法包括下列步骤：
-使所述至少一个泵(2)在泵井(3)中的当前液位位于所述启动水位(hstart)时进入所述活动状态；
-记录泵(2)处于所述活动状态时的与流逝的泵送时间有关的能量消耗；
-记录泵(2)处于所述活动状态时的与流逝的泵送时间有关的从泵井(3)泵送的液体泵送量；和
-借助于能量消耗除以液体泵送量的结果，确定与流逝的泵送时间有关的最小单位能量消耗(Espec,min)。
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