CN104884809A - 用于将多泵系统中的泵分级和去分级的优化技术 - Google Patents

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CN104884809A CN201380065657.XA CN201380065657A CN104884809A CN 104884809 A CN104884809 A CN 104884809A CN 201380065657 A CN201380065657 A CN 201380065657A CN 104884809 A CN104884809 A CN 104884809A
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Abstract

本发明提供了一种设备(10)，所述设备具有信号处理器或处理模块(10a)，所述信号处理器或处理模块(10a)至少被配置成：接收含有关于系统能耗的信息的信号(S)，所述系统能耗与多泵系统(12)中正在运行的多泵组合相关；并且至少部分地基于所述所接收的信号(S)，确定将所述多泵系统(12)中的泵分级还是去分级。所述信号处理器或处理模块(10a)被配置成提供含有关于将所述多泵系统(12)中的所述泵分级还是去分级的信息的相应信号；并且至少部分地基于采用比能量形式的所述系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，所述比能量是对所述多泵系统(12)中正在运行的所述多泵组合每单位质量所用的能量的量度。

Description

用于将多泵系统中的泵分级和去分级的优化技术
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求提交于2012年12月17日的临时专利申请序列号61/738,129的权益，该临时专利申请据此全文以引用方式并入。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及用于对多泵系统中的泵进行控制的技术；并且更具体地讲，涉及用于确定是将多泵系统中的一个或多个泵分级还是去分级的技术。
2.相关领域的简要说明
已知的具有多个泵的变频驱动系统将基于达到的特定驱动值及这些值与当前过程值的关系而打开(分级)或关闭(去分级)。所用的典型驱动值是速度或转矩，但如果泵是相同的，则也可以是电流或功率的值。该方法利用了实际过程变量和过程变量设定值与在确定泵应当分级还是去分级之前必须满足的指定驱动值之间的关系。多泵系统中的每个泵针对分级和去分级阈值具有其自身的参数设置。
转让给本专利申请的受让人的名称为“Synchronous TorqueBalance in Multiple Pump Systems”(多泵系统中的同步转矩平衡)的美国专利No.8,328,523公开了一种使用同步转矩来一起操作和运行系统中的多个泵以实现所需设定值的方法和设备，该专利据此全文以引用方式并入。
举例来讲，上述装置的缺点可包括以下方面：
如上文所引用的技术中所述，具有多个泵的变频驱动系统的设置可能既繁琐又耗时。在不进行试错的情况下，还可能难以确定适当的去分级值，特别是在负载平衡(同步转矩控制)很重要或泵不具有匹配的性能的系统中。这可导致泵不根据需要打开或关闭，还可能导致反复循环，由此泵会因为不正确的阈值而频繁关闭然后又再次打开。另外，该方法并未解决能量效率问题。如果操作的泵数不是最佳的，则将导致较高的操作成本。
另外，各种类型的多泵控制器诸如变速驱动器(VFD)、可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和SCADA系统的应用在离心泵工艺中大大增加。在这些布置中，多个泵以协调的方式操作以满足设定值。通常，这些系统将通过变速驱动器以同步方式操作，其中所有泵以相同的速度操作以实现所需设定值。同步速度控制的目标是通过使所有泵以相同的速度运行而均等地平衡所有泵中的流量。然而，在实践中，这可能并不一定得到平衡的流量。通常，多个泵不是相同的并且它们的扬程曲线可能并非高度匹配。这可导致每个泵的流量贡献不均匀，继而可导致对泵的过度磨损。该问题可通过以下方式解决：使多泵系统在同步转矩控制下操作，由此所有泵以相同的转矩但以略微不同的速度操作以满足设定值。通过平衡转矩，在操作的泵之间共享总负载，并且泵之间的流量平衡得到大大改善。
再次举例来讲，这些所述装置的缺点还可以包括以下方面：
虽然已成功采用了这两种系统；但是这两种布置具有类似的缺点。这些系统的设置繁琐而又耗时。很多时候，去分级值通过在系统试运行期间的试错来确定。必须具有正确的阈值来将泵分级或去分级，以防止引起泵过早打开和关闭的过早分级和去分级或反复循环。极端情况可能会导致系统可靠性的降低以及设备的非计划性维护。与非计划性维护相关的成本包括设备的维修、生产的中断以及与环境清理相关的成本。不正确的阈值还会增加在系统寿命期间的操作成本。
典型的多泵系统具有针对每个泵的分级值参数。分级值规定了在第一滞后泵允许多泵操作之前先导泵必须达到的所需速度。多泵系统将在不能通过当前正在操作的泵来维持过程设定值时自动启动滞后泵，从而提供达到或高于分级设置的速度或转矩值。
当系统要求降低时，对额外的泵的需求也将降低。多泵系统中的每个泵具有去分级值参数。去分级参数识别在正常的多泵控制中何时关闭泵。主要的考虑是确保当关闭滞后泵时，其余的泵能够满足过程要求。去分级设置限定在泵可以去分级之前可以发生多少的速度降低或转矩降低。
针对上述所有原因，本行业需要一种更好的方式来将多泵系统中的一个或多个泵分级或去分级。
发明内容
操作可提高总体系统可靠性、易于设置并且以可能最低的成本操作的多泵系统是非常有利的。本发明所提供的方法通过以下方式实现此目标：利用具有嵌入式控制逻辑或算法的变速驱动器来优化多泵系统中泵的分级和去分级，而无需使用额外的外部输入。
概括地说并举例来讲，本发明通过根据对多泵组合的比能量以及必须满足的某些其他标准诸如当前PV值、泵流量和泵功率的评估，来决定泵应当分级还是去分级，从而克服了现有技术系统的上述缺点。比能量是对每单位质量所用的能量的量度。分级方法确定当前正在运行的泵的比能量以及在为满足过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。在计算泵组合的比能量贡献之前，必须满足过程变量。然后可在系统比能量的两个计算值之间进行比较；选择具有较小值的泵组合来进行分级。不考虑选择各个泵流量大于预选值的泵组合。此外，也不会考虑选择组合中被评估为功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数的任何泵。如果发生这些情况中的任一种，则额外的泵将在计算系统比能量之前自动分级。去分级方法的工作方式与此类似，但去分级方法是应用相同的基本规则反向地进行。该方法或技术的有益效果在于系统设置更简单、更快捷、更可靠且在能量效率方面进行了优化。能量优化是高度准确的，并且泵不需要具有高度匹配的性能。虽然流量是衡量比能量的标准，但是该方法在无法获得流量值(实际值或计算值)时仍可使用。
具体实施例
根据一些实施例，本发明可包括一种设备或采用设备的形式，该设备具有信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置成：
接收含有关于系统能耗的信息的信号，该系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及
至少部分地基于所接收的信号确定将多泵系统中的泵分级还是去分级。
本发明还可以包括下列一个或多个特征：
信号处理器或处理模块可被配置成提供相应的信号，该信号含有关于将多泵系统中的泵分级还是去分级的信息。
可从多泵系统中的一个或多个泵接收信号。
该设备可包括多泵系统中的所述一个或多个泵。
信号处理器或处理模块可被配置成至少部分地基于采用比能量形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，比能量是对多泵系统中正在运行的多泵组合每单位质量所用的能量的量度。
信号处理器或处理模块可被配置成确定当前正在运行的泵的比能量以及在为满足与多泵系统相关的过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。
信号处理器或处理模块可在第一情况中被配置成在系统比能量的两个计算值之间进行比较；以及选择针对分级具有较小值或针对去分级具有较大值的泵组合。
信号处理器或处理模块可在第二情况中被配置成评估并且不考虑选择泵组合中功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数和/或流量值超过预定BEP限值比的任何泵。
信号处理器或处理模块可被配置成如果在计算系统比能量之前发生任一种情况，则自动将额外的泵分级。
信号处理器或处理模块可被配置为至少一个具有嵌入式控制逻辑的变速驱动器或形成其一部分，以优化多泵系统中泵的分级或去分级，包括使用额外的外部输入来优化。
信号处理器或处理模块可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：该控制逻辑或控制逻辑算法利用通过各个泵和电机参数(包括速度、转矩或功率)或通过存储在评估装置中的经校准的流量曲线在数学上确定的计算流量数据。
信号处理器或处理模块可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：该控制逻辑或控制逻辑算法使用与泵流量具有直接关系的任何驱动参数。
信号处理器或处理模块可被配置成如果无法获得流量值，则至少部分地基于采用泵送效率的相对量度的形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，泵送效率的相对量度包括基本上等于流量/线-水功率(wire-water power)或总系统线-水功率的流量经济性。
优化分级的例子
根据本发明的一些实施例并举例来讲，可与本文所述的一致并如下进行操作，将信号处理器或处理模块用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置，以便执行多泵系统中一个或多个泵的优化分级：
信号处理器或处理模块可被配置成至少部分地基于至少以下三种状态确定多泵系统是否在正常操作：
PVACT＝设定值，
Q/(QBEP×NACT/NRTD)<BEP限值比，以及
PACT<PRTD×SF，
其中PVACT是实际过程变量；Q＝QCALC或QAVG，其中QCALC是泵n的计算流量，QAVG是平均泵流量并且QAVG等于QFM/n，而QFM是流量计读数并且n是正在运行的泵的数量；QBEP是额定泵速下的最佳效率流量；NACT是实际泵速；NRTD是额定泵速；PACT是实际泵功率；PRTD是电机额定功率；而SF表示电机运转系数。
信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在正常状态下操作，以及至少部分地基于以下公式计算并保存先导泵的比能量值：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G，以及
SETOTAL 1＝SEPMP1，
其中SE是泵的计算比能量，kWW-W是实际线-水功率，SETOTAL 1是单泵系统的计算系统比能量，而SEPMP1是泵1的计算比能量。
信号处理器或处理模块可被配置成确定将第一滞后泵分级，并在达到正常状态后，至少部分地如下计算先导泵和第一滞后泵的系统比能量SE：
SETOTAL 2＝SEPMP1+SEPMP2
其中SETOTAL 2是双泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2是对应于第一滞后泵的泵2的计算比能量。
信号处理器或处理模块可被配置成确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，以及至少部分地基于以下公式在先导泵和第一滞后泵运行时的SETOTAL2与仅先导泵运行时的SETOTAL1之间进行比较：
SETOTAL2<SETOTAL1，
其中如果为真，则第一滞后泵保持分级；并且
如果为假，则第一滞后泵去分级。
信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在第二状态下操作，
如果满足以下任一条件：
BEP限值比和/或电机功率需求为假，包括即使PVACT＝设定值，或
PVACT<设定值和当前操作速度，
NACT>＝0.98×NMAX，
则第一滞后泵分级。
信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在第二状态下操作，并且还确定当仅有先导泵运行时不计算SE值。
信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在第二状态下操作以及第一滞后泵何时分级，在一旦达到正常状态即计算并保存SETOTAL2，以及确定将第二滞后泵分级并在一旦达到正常状态即至少部分地基于以下公式计算SETOTAL3：
SETOTAL3＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3，
其中SETOTAL 3是三泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，SEPMP2是对应于第一滞后泵的泵2的计算比能量，而SEPMP3是对应于第二滞后泵的泵3的计算比能量。
信号处理器或处理模块可被配置成确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，以及至少部分地基于以下公式在先导泵、第一滞后泵和第二滞后泵运行时的SETOTAL3与先导泵和第一滞后泵运行时的SETOTAL2之间进行比较：
SETOTAL3<SETOTAL2，
其中
如果为真，则第一滞后泵和第二滞后泵保持分级；并且
如果为假，则第二滞后泵去分级。
优化去分级的例子
根据本发明的一些实施例并举例来讲，可与本文所述的一致并如下进行操作，将信号处理器或处理模块用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置，以便执行多泵系统中一个或多个泵的优化去分级：
信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在正常状态下操作，以及至少部分地基于以下公式计算并保存n个泵(包括先导泵和一个或多个滞后泵)的比能量：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G，以及
SETOTAL n＝SEPMP1+SEPMP2,+SEPMP3,...,+SEPMPn，
其中SE是泵的计算比能量，kWW-W是实际线-水功率，SETOTAL n是多泵系统中正在运行的n个泵的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn是对应于一个或多个滞后泵的一个或多个泵2至n的一个或多个计算比能量。
信号处理器或处理模块可在第一操作状态下被配置成在达到正常状态后，如果设定值降低了至少5％或发生了导致至少-10％速度变化(使(NAct/NRTD％)和(TACT％)值高于下限％)的系统变化，则确定将滞后泵(分级的最后一个泵)去分级，并至少部分地如下计算n-1个泵(包括先导泵和任何其余的分级滞后泵)的系统比能量SE：
SETOTAL n-1＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3,...,+SEPMPn-1，
其中SETOTAL n-1是多泵系统中正在运行的n-1个泵的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-1是对应于任何其余的分级滞后泵的泵2至n-1的计算比能量。可调整设定值变化或速度变化的以上阈值以适合应用。
信号处理器或处理模块可被配置成确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，以及至少部分地基于以下公式在泵1至n运行时的SETOTALn与仅n-1个泵运行时的SETOTALn-1之间进行比较：
SETOTALn<SETOTALn-1，
其中如果为真，则将去分级的滞后泵重新分级；并且
如果为假，则泵1至n-1保持分级而去分级的第一滞后泵保持去分级。
信号处理器或处理模块可被配置成在第二操作状态下确定在达到正常状态后设定值是否降低了至少5％或是否发生了导致至少-10％速度变化(使(NAct/NRTD％)和(TACT％)值低于下限％)的系统变化，并自动将第一滞后泵(分级的最后一个泵)去分级，并且一旦达到正常状态，即至少部分地基于以下公式计算SETOTALn-1(包括先导泵和任何其余的分级滞后泵)的比能量：
SETOTALn-1＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMPn-1，
其中SETOTAL n-1是多泵系统中正在运行的n-1个泵的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-1是对应于任何其余的分级滞后泵的泵2至n-1的计算比能量。
信号处理器或处理模块在第二操作状态下可被配置成确定将第二滞后泵去分级，并在达到正常状态后，至少部分地如下计算n-2个泵(包括先导泵和任何其余的分级滞后泵)的系统比能量SE：
SETOTAL n-2＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3,...,+SEPMPn-2，
其中SETOTAL n-2是n-2泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-2是对应于任何其余的分级滞后泵的泵2至n-2的计算比能量。
信号处理器或处理模块可被配置成在第二操作状态下确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，以及至少部分地基于以下公式在泵1至n-1运行时的SETOTALn-1与泵1至n-2运行时的SETOTALn-2之间进行比较：
SETOTALn-1<SETOTALn-2
如果为真，则第二滞后泵重新分级。
如果为假，则第二滞后泵保持去分级。
信号处理器或处理模块可被配置成在第三操作状态下确定在所有可用泵都在运行的情况下是否未满足设定值，如果未满足，则不选择将滞后泵去分级。
方法
根据一些实施例，本发明可包括一种方法或采用该方法的形式，该方法包括以下步骤：在信号处理器或处理模块中接收含有关于系统能耗的信息的信号，该系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及至少部分地基于所接收的信号，在信号处理器或处理模块中确定将多泵系统中的泵分级还是去分级。
此外，该方法可包括以下步骤：为信号处理器或处理模块提供相应的信号，该信号含有关于将多泵系统中的泵分级还是去分级的信息；以及执行本文所述其他特征中的一个或多个。
附图说明
附图包括以下各图：
图1是根据本发明一些实施例的设备的框图。
图2示出根据本发明一些实施例的方法的流程图，该方法包括用于四泵系统中的优化分级的步骤。
图2a示出关键词，包括与图2所示流程图中的各个步骤相关的参数、注释和规则。
图3示出根据本发明一些实施例的方法的流程图，该方法包括用于四泵系统中的优化去分级的步骤。
图3a示出关键词，包括与图3所示流程图中的各个步骤相关的参数、注释和规则。
具体实施方式
图1：基本设备10
图1示出用于执行本发明的一些实施例的总体表示为10的设备。
举例来讲，设备10可包括用于执行与本发明相关的信号处理功能的信号处理器或处理模块10a或采用所述信号处理器或处理模块10a的形式。在操作中，信号处理器或处理模块10a可至少被配置成：
接收含有关于系统能耗的信息的信号S，该系统能耗与总体表示为12的多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及
至少部分地基于所接收的信号S确定将多泵系统12中的泵分级还是去分级。
在图1中，设备10可包括例如被布置在多泵系统12与信号处理器或处理模块10a之间的其他回路、组件或模块10b。其他回路、组件或模块10b可被配置成与信号处理器或处理模块10a协作以便执行信号处理器或处理模块10a的信号处理功能。其他回路、组件或模块10b可包括例如存储器模块、输入/输出模块、数据和总线架构以及其他信号处理回路、接线或组件。举例来讲，形成组件或模块10b的一部分的输出模块可被配置成与信号处理器或处理模块10a交换信号S。
信号处理器或处理模块10a相对于多泵系统12中分别被标记为12a、12b、12c和12d的n个泵(包括泵1、泵2、泵3...和泵n)布置。举例来讲，组件或模块10b和n个泵12a、12b、12c和12d可被配置成交换例如如图所示分别具有参考标记S1、S2、S3...Sn的相关信号。含有关于与多泵组合相关的系统能耗的信息的信号S可构成所交换的相关信号S1、S2、S3...Sn的一部分。
信号处理器或处理模块10a可被配置成提供相应的信号，该信号含有关于将多泵系统12中的n个泵12a、12b、12c和12d中的一个或多个分级还是去分级的信息。举例来讲，所提供的相应信号可构成在组件或模块10b与信号处理器或处理模块10a之间的信号S交换以及在组件或模块10b与n个泵12a、12b、12c和12d之间的信号交换S1、S2、S3...Sn的一部分。设想了其中经由硬接线信号交换和/或无线信号交换提供相应信号的实施例。
根据一些实施例，设备10可包括例如单独的或与组件或模块10b和/或多泵系统12中的n个泵12a、12b、12c和12d中的一个或多个相结合的信号处理器或处理模块10a，或者采用所述信号处理器或处理模块10a的形式。
根据一些实施例并举例来讲，信号处理器或处理模块10a可如下用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置以执行信号处理功能：
信号处理器或处理模块10a可被配置成至少部分地基于采用比能量形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，所述比能量例如是对多泵系统12中正在运行的多泵组合每单位质量所用的能量的量度。
信号处理器或处理模块10a可被配置成确定当前正在运行的泵的比能量，以及在为满足与多泵系统12相关的过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。
信号处理器或处理模块10a可在一种情况中被配置成在系统比能量的两个计算值之间进行比较；以及选择针对分级具有较小值或针对去分级具有较大值的泵组合。
信号处理器或处理模块10a可在另一种情况中被配置成评估并确定(例如，不考虑选择)泵组合中功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数和/或流量值超过预定BEP限值比的任何泵。
信号处理器或处理模块10a可被配置成例如如果在计算系统比能量之前发生上述任一情况，则自动将额外的泵分级。
信号处理器或处理模块10a可被配置为至少一个具有嵌入式控制逻辑或控制逻辑算法的变速驱动器或形成所述速驱动器的一部分，以优化多泵系统中泵的分级或去分级，例如，包括使用额外的外部输入，诸如来自流量计的外部输入。
信号处理器或处理模块10a可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：该控制逻辑或控制逻辑算法利用通过各个泵和电机参数(包括速度、转矩或功率)或通过例如存储在评估或存储器装置(可形成组件或模块10b的一部分)中的经校准的流量曲线在数学上确定的计算流量数据。
信号处理器或处理模块10a可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：该控制逻辑或控制逻辑算法使用与泵流量具有直接关系的任何驱动参数，包括但不限于本文所公开的驱动参数。本发明的范围还旨在涵盖本领域中现在已知的或以后在将来开发的其他驱动参数。
信号处理器或处理模块10a可被配置成如果无法获得流量值，则至少部分地基于采用泵送效率的一个或多个相对量度的形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，泵送效率的相对量度例如包括基本上等于流量/线-水功率或总系统线-水功率的流量经济性。
诸如元件12a、12b、12c、12d的泵在本领域中是已知的，并且本发明的范围并非旨在限于其任何特定的类型或种类。
根据一些实施例，本发明还可以包括与本文所公开的一致的(包括图2和图3的流程图中所示的和下文所述的)方法或采用所述方法的形式，所述方法包括以下步骤：在信号处理器或处理模块10a中接收含有关于系统能耗的信息的信号，该系统能耗与多泵系统12中正在运行的多泵组合相关；以及至少部分地基于所接收的信号，在信号处理器或处理模块10a中确定将多泵系统12中的泵分级还是去分级。
图2-3：用于执行一个或多个泵的分级或去分级的
控制逻辑或控制逻辑算法的例子
具体且举例地讲，图2和图3示出流程图的特定例子，该流程图具有用于执行控制逻辑或控制逻辑算法以将多泵系统(比如图1中的元件12)中的一个或多个泵分级和去分级的步骤。
根据本发明的一些实施例，可以至少部分地基于使用如下参数、变频驱动器(VFD)信号和计算值来执行与本发明相关的控制逻辑或控制逻辑算法：
这些参数可包括至少以下这些：
-最高泵速，NMAX
-最低泵速，NMIN
-额定泵速，NRTD
-额定泵速下的最佳效率流量，QBEP
-电机额定功率，PRTD
-下限％，适用于同步速度(NACT/NRTD％)或同步转矩(TACT％)。如果速度或转矩％低于下限％，则滞后泵自动去分级。该参数的目的是在多个泵一起运行时将操作范围下限限制到大于最低速度NMIN的值。通常，多个泵的操作速度不低于额定速度的50％。
VFD信号可包括至少以下这些：
-实际泵速，NACT
-实际泵转矩，TACT
-实际线-水功率，kWW-W(包括VFD、电机和泵中的功率损失)
-实际过程变量，PVACT
-实际泵功率，PACT
计算值可包括至少以下这些：
-泵n的计算流量，QCALC，GPM
-泵n的计算比能量，SEn
-计算系统比能量，SETOTAL
-计算QR，泵流量比，
其中QR＝Q/(QBEP×NACT/NRTD)且Q＝QCALC或QAVG。
如果使用流量计，则QAVG＝QFM/n，其中QAVG是平均泵流量，QFM是流量计读数，并且n是正在运行的泵的数量。
-计算出的系统总线-水功率，PTW-W
请注意，如果无法获得流量值，则可在控制逻辑中用PTW-W替代SETOTAL，其中PTW-W＝kWW-W1+kWW-W2+kWW-W3+kWW-Wn
另外，根据本发明的一些实施例，可以至少部分地基于以下方面来执行与本发明相关的控制逻辑或控制逻辑算法：
1)控制逻辑或控制逻辑算法可利用可通过各个泵和电机参数(诸如速度、转矩或功率)或通过存储在评估装置中的经校准的流量曲线在数学上确定的计算流量数据。然而，在实施过程中，可使用与泵流量具有直接关系的任何驱动参数来尝试该逻辑。虽然该逻辑可在没有额外的外部输入的情况下实现该功能，但也可以使用来自流量计的直接流量读数。
2)如果无法获得计算流量或实际流量，则可在评估装置中用总系统功率(线-水)替代总系统比能量。另外，本发明并非旨在限于系统能耗的一种数学定义，例如比能量。本发明的范围旨在包括以下实施例并且设想了以下实施例，在这些实施例中也可以在本基础发明的精神内将泵送效率的其他相对量度用于控制逻辑或控制逻辑算法中，例如等于流量/线-水功率的流量经济性。
图2：优化分级：
举例来讲，图2示出了流程图，该流程图包括用于例如在四泵系统中执行优化分级的标记为20a至20t的步骤。
优化分级过程可以如下开始：
最初可手动或在重新确立过程要求后通过从休眠状态唤醒来启动先导泵。
如果PVACT＝设定值、Q/(QBEP×NACT/NRTD)<BEP限值比且PACT<PRTD×SF，则可确定系统在正常操作。
(请注意，“1.10”被确定为BEP限值比的默认值。大于1.10的计算值被确定为指示泵可能正以过高的流量操作。可将BEP限值比改高或改低以适合应用)。
术语SF表示电机运转系数(通常为1.0)，也可以对其进行修改以适合应用。公式PACT<PRTD×SF被确定为是对电机是否过载的指示。
信号处理器或处理模块10a可用评估与下文所述一致的三种状态的分级控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：
正常状态、
状态1和
状态2。
正常状态：
如果所有以下三种条件均为真，则可确定泵在正常操作，包括：
PVACT＝设定值，
Q/(QBEP×NACT/NRTD)<1.10，以及
PACT<PRTD×SF。
状态1：
当存在正常状态时，可通过以下公式计算并保存先导泵的比能量：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G
SETOTAL 1＝SEPMP1
然后，可以将滞后泵#1分级，并且在确定达到正常状态后，可以如下计算先导泵和滞后泵#1的总系统SE：
SETOTAL2＝SEPMP1+SEPMP2
为了确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，可以在SETOTAL2(先导泵和滞后泵运行时)与SETOTAL1(仅先导泵运行时)之间进行比较：
SETOTAL2<SETOTAL1
如果为真，则滞后泵#1保持分级。
如果为假，则滞后泵#1去分级。
状态2：
如果满足以下任一条件：
BEP限值比和/或电机功率需求为假(即使PVACT＝设定值)，或
PVACT<设定值和当前操作速度，NACT>＝0.98×NMAX，
则也将滞后泵#1分级。在其他实施例中，可以调整0.98的值以适合应用。
(请注意，在上述情形下，如果存在状态2，则当仅先导泵运行时，可以不计算SE值。如果PV值被确定为在仅一个泵运行时不满足设定值，或者如果操作时的流量过高或电机过载，则可以确定不再选择仅操作一个泵)。
在这种情况下，可以将滞后泵#1分级，并且一旦确定达到正常状态，即可计算并保存SETOTAL2。接着，可以将滞后泵#2分级，并且一旦确定达到正常状态，即可计算SETOTAL3。
其中：
SETOTAL3＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3。
为了确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，可以在SETOTAL3(先导泵、滞后泵#1和滞后泵#2运行时)与SETOTAL2(先导泵和滞后泵#1运行时)之间进行比较：
SETOTAL3<SETOTAL2
如果为真，则滞后泵#1和#2保持分级。
如果为假，则滞后泵#2去分级。
如果由于系统变化而使设定值变化+5％或更多和/或速度变化+10％或更多，则可以再次执行SE评估。在另一个实施例中，可以根据需要调整这些值。
本发明的范围旨在包括上述用于分级泵的控制逻辑，该控制逻辑适用于具有任何数量的泵的多泵系统。换句话讲，本发明的范围旨在包括在具有多于或少于4个泵的多泵系统中的实施。
图3：优化去分级：
举例来讲，图3示出了流程图，该流程图包括用于例如在四泵系统中实施优化去分级的标记为30a至20z的步骤。
优化去分级过程可以如下开始：
举例来讲，所有四个泵正在运行，并且设定值可以降低至少-5％或者发生了导致至少-10％的速度变化的系统变化。在另一个实施例中，可以调整这些阈值以适合应用。
一旦确定实现降低的设定值，并且PVACT＝设定值、Q/(QBEP×NACT/NRTD)<BEP限值比且PACT<PRTD×SF，则该系统被确定为在正常操作。
(请注意，“1.10”被确定为BEP限值比的默认值。大于1.10的计算值被确定为指示该泵被确定为正以过高的流量操作。可将BEP限值比改高或改低以适合应用)。
术语SF表示电机运转系数(通常为1.0)，也可以对其进行修改以适合应用。公式PACT<PRTD×SF被确定为是对电机是否过载的指示。
信号处理器或处理模块10a可以用评估与下文所述一致的以下四种状态的去分级控制逻辑或控制逻辑算法进行配置：
正常状态、
状态1、
状态2和
状态3。
正常状态：
如果所有以下三种条件均为真，则可确定泵在正常操作，包括：
PVACT＝设定值，
Q/(QBEP×NACT/NRTD)<1.10，以及
PACT<PRTD×SF。
状态1：
假设当存在正常状态时，设定值变化导致速度(NACT/NRTD％)或转矩(TACT％)值高于下限％，则可以通过以下公式计算并保存先导泵和滞后泵#1、滞后泵#2和滞后泵#3的比能量：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G
SETOTAL4＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3+SEPMP4
然后可以将滞后泵#3(SEPMP4)去分级，并且在确定达到正常状态后，可以如下计算先导泵、滞后泵#1和滞后泵#2的总系统SE：
SETOTAL3＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3。
为了确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，可以在SETOTAL4(先导泵、滞后泵#1、滞后泵#2和滞后泵#3运行时)与SETOTAL3(先导泵、滞后泵#1和滞后泵#2运行时)之间进行比较：
SETOTAL4<SETOTAL3
如果为真，则将滞后泵#3重新分级。
如果为假，则滞后泵#1和滞后泵#2保持打开(滞后泵#3保持去分级)，并且泵系统正常调节。
状态2：
如果设定值变化导致速度(NACT/NRTD％)或转矩(TACT％)值低于下限％，则滞后泵#3将自动去分级，并且一旦确定达到正常状态，即可计算SETOTAL3(先导泵、滞后泵#1和滞后泵#2)的比能量。
SETOTAL3＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3
然后，可以将滞后泵#2去分级，并且在确定达到正常状态后，可以如下计算先导泵和滞后泵#1的总系统SE：
SETOTAL2＝SEPMP1+SEPMP2。
为了确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，可以在SETOTAL3(先导泵、滞后泵#1和滞后泵#2运行时)与SETOTAL2(先导泵和滞后泵#1运行时)之间进行比较：
SETOTAL3<SETOTAL2
如果为真，则将滞后泵#2重新分级。
如果为假，则滞后泵#1保持打开(滞后泵#2和滞后泵#3保持去分级)，并且泵系统正常调节。
(请注意，如果在将滞后泵#3去分级后，BEP限值比(Q/(QBEP×NACT/NRTD)<1.10)或电机功率需求(PACT<PRTD×SF)被确定为假，则可将滞后泵#3重新分级(即使PVACT＝设定值)。在泵与泵之间的性能显著变化的情况下，可以发生此状态。在这种情况下，应将下限％设定为较低值。)
(请注意，“1.10”被确定为BEP限值比的默认值。大于1.10的计算值指示泵正以过高的流量操作。可以修改BEP限值比以适合应用。公式PACT<PRTD×SF被确定为是对电机是否过载的指示。术语SF表示电机运转系数(通常为1.0)，也可以对其进行修改以适合应用。)
状态3
在以上例子中，当先导泵和所有滞后泵正在运行时(SETOTAL4)，如果PVACT<设定值和当前操作速度，NACT>＝0.98×NMAX，则不将任何泵去分级。
(请注意，在上述情形下，如果存在状态3，则确定不计算SE值。如果确定在所有可用泵都在运行的情况下设定值未得到满足，则确定不选择将泵去分级。在其他实施例中，可以根据需要调整0.98的值)。
如果由于系统变化而使设定值变化至少-5％和/或速度变化至少-10％，则确定再次执行SE评估。在另一个实施例中，可以根据需要调整这些值。
本发明的范围旨在包括上述用于去分级泵的控制逻辑，该控制逻辑适用于具有任何数量的泵的多泵系统。换句话讲，本发明的范围旨在包括在具有多于或少于4个泵的多泵系统中的实施。
信号处理器10a的一个具体实施
与上文所述一致，并且举例来讲，可以使用硬件、软件、固件或它们的组合通过一个或多个模块来实施信号处理器10a的功能。在典型的软件实施中，所述一个或多个形成信号处理器10a的一部分的模块将包括一种或多种基于微处理器的架构，该架构具有微处理器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出装置，以及连接它们的控制总线、数据总线和地址总线。本领域的技术人员将会了解并能够编程这种基于微处理器的具体实施以执行本文所述的功能，而无需过度实验。本发明的范围并非旨在限于使用现在已知的或以后在将来开发的硬件、软件或固件技术的一些组合的任何特定具体实施。
信号处理器10a作为芯片组
在根据本发明的一些实施例中，信号处理器10a的一个或多个模块还可以形成基本芯片组具体实施的一部分。本发明还可以采用可包括被设计用于执行一个或多个相关功能的多个集成电路的芯片组的形式，该芯片组包括形成为被设计用于一起工作的一组集成电路或芯片的芯片组或芯片。例如，一个芯片组可以提供整体控制器的基本功能，而另一个芯片组可以提供用于整体控制器中的计算机或处理器的控制处理单元(CPU)功能。较新的芯片组通常包括由两个或更多个较旧的芯片组提供的功能。在一些情况下，可将需要两个或更多个物理芯片的较旧的芯片组更换为一个芯片上的芯片组。术语“芯片组”还旨在包括此类控制器中的母板的核心功能。
可能的应用：
可能的应用可以包括：具有一起工作以实现过程设定值的多个泵的系统。这些系统可以同步速度或同步转矩操作。另外，该逻辑还可以应用于使用风扇的类似系统中。可以将这些系统中所用的逻辑嵌入各种类型的控制器诸如变速驱动器(VFD)、可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和SCADA系统中。
本发明的范围
应当理解，除非在本文中另行说明，否则关于本文的特定实施例所描述的任何特征、特性、替代形式或修改形式均可与本文所述的任何其他实施例一起应用、使用或结合。另外，本文中的附图未按比例绘制。
虽然已参考其示例性实施例描述和示出了本发明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可在本发明中或对本发明进行前述的以及各种其他的添加和省略。

Claims (32)

1.一种设备，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块被配置成至少：
接收含有关于系统能耗的信息的信号，所述系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；并且
至少部分地基于所述所接收的信号确定将所述多泵系统中的泵分级还是去分级。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成提供含有关于将所述多泵系统中的所述泵分级还是去分级的信息的相应信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成至少部分地基于采用比能量形式的所述系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，所述比能量是对所述多泵系统中正在运行的所述多泵组合每单位质量所用的能量的量度。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定当前正在运行的泵的所述比能量以及在为满足与所述多泵系统相关的过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块在第一情况下被配置成在系统比能量的两个计算值之间进行比较；以及选择针对分级具有较小值或针对去分级具有较大值的泵组合。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述信号处理器或处理设备在第二情况下被配置成评估并且不考虑选择泵组合中功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数的任何泵。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述信号处理器或处理设备被配置成如果在计算所述系统比能量之前发生任一情况，则自动将额外的泵分级。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置为具有嵌入式控制逻辑的至少一个变速驱动器或形成所述至少一个变速驱动器的一部分，以优化所述多泵系统中的泵的所述分级或去分级，包括使用额外的外部输入。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块使用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置，所述控制逻辑或控制逻辑算法利用通过各个泵和电动机参数，包括速度、转矩或功率，或通过存储在评估装置中的经校准的流量曲线，在数学上确定的计算流量数据。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块使用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置，所述控制逻辑或控制逻辑算法使用与泵流量具有直接关系的任何驱动参数。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成至少部分地基于采用泵送效率的相对量度的形式的所述系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，所述泵送效率的相对量度包括基本上等于流量/线-水功率的流量经济性。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成执行控制逻辑或控制逻辑算法，并且至少部分地基于至少以下三个条件确定所述多泵系统是否在正常操作：
PVACT＝设定值，
Q/(QBEP×NACT/NRTD)<BEP限值比，以及
PACT<PRTD×SF，
其中PVACT是实际过程变量；Q＝QCALC或QAVG，其中QCALC是泵n的计算流量，QAVG是平均泵流量并且QAVG等于QFM/n，而QFM是流量计读数并且n是正在运行的泵的数量；QBEP是额定泵速下的最佳效率流量；NACT是实际泵速；NRTD是额定泵速；PACT是实际泵功率；PRTD是电机额定功率；而SF表示电机运转系数。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定所述多泵系统何时在正常状态下操作，并且部分地基于以下公式计算并保存先导泵的比能量：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G，以及
SETOTAL 1＝SEPMP1，
其中SE是泵的计算比能量，kWW-W是实际线-水功率，SETOTAL 1是单泵系统的计算系统比能量，而SEPMP1是泵1的计算比能量。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定将第一滞后泵分级，并且在达到正常状态后，至少部分基于如下来计算所述先导泵和所述第一滞后泵的系统比能量SE：
SETOTAL 2＝SEPMP1+SEPMP2，
其中SETOTAL 2是双泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2是对应于所述第一滞后泵的泵2的计算比能量。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定针对所述操作状态应当运行的泵的最佳数量，并且至少部分地基于以下公式，在所述先导泵和所述第一滞后泵运行时的SETOTAL2与仅所述先导泵运行时的SETOTAL1之间进行比较：
SETOTAL2<SETOTAL1，
其中如果为真，则所述第一滞后泵保持分级；并且
如果为假，则第一滞后泵去分级。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定所述多泵系统何时在第二状态下操作，
如果满足以下任一条件：
BEP限值比和/或电机功率需求为假，包括即使PVACT＝设定值，或
PVACT<设定值和当前操作速度，以及
NACT>＝0.98×NMAX，
则将所述第一滞后泵分级。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定所述多泵系统何时在所述第二状态下操作，并且还确定当仅所述先导泵运行时不计算SE值。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定所述多泵系统何时在所述第二状态下操作以及何时将所述第一滞后泵分级；一旦达到正常状态，即计算并保存所述SETOTAL2，并确定将第二滞后泵分级；以及一旦达到正常状态，即至少部分地基于以下公式计算SETOTAL3：
SETOTAL3＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3，
其中SETOTAL 3是三泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，SEPMP2是对应于所述第一滞后泵的泵2的计算比能量，而SEPMP3是对应于所述第二滞后泵的泵3的计算比能量。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定针对所述操作状态应当运行的泵的最佳数量，并且至少部分地基于以下公式，在所述先导泵、所述第一滞后泵和所述第二滞后泵运行时的SETOTAL3与所述先导泵和所述第一滞后泵运行时的SETOTAL2之间进行比较：
SETOTAL3<SETOTAL2，
其中
如果为真，则所述第一滞后泵和所述第二滞后泵保持分级；并且
如果为假，则第二滞后泵去分级。
20.根据权利要求12所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定所述多泵系统何时在正常状态下操作，并且部分地基于以下公式计算并保存包括先导泵和一个或多个滞后泵在内的n个泵的比能量：
SE＝kWW-W/(Q×60)＝kWHr/G，以及
SETOTAL n＝SEPMP1+SEPMP2,+SEPMP3,...,+SEPMPn，
其中SE是泵的计算比能量，kWW-W是实际线-水功率，SETOTAL n是n泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn是对应于所述一个或多个滞后泵的一个或多个泵2至n的一个或多个计算比能量。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块在第一操作状态下被配置成确定在所述设定值变化导致速度(NACT/NRTD％)或转矩(TACT％)值高于下限％的情况下将第一滞后泵去分级，并且在达到正常状态后，至少部分地基于如下来计算包括所述先导泵和任何其余分级滞后泵在内的n-1个泵的系统比能量：
SETOTAL n-1＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3,...,+SEPMPn-1，
其中SETOTAL n-1是n-1泵系统的计算出的系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-1是对应于任何其余分级滞后泵的泵2至n-1的计算比能量。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成确定针对所述操作状态应当运行的泵的最佳数量，并且至少部分地基于以下公式，在所述泵1至n运行时的SETOTALn与仅所述n-1个泵运行时的SETOTALn-1之间进行比较：
SETOTALn<SETOTALn-1，
其中如果为真，则将所述第一滞后泵重新分级；
如果为假，则所述泵1至n-1保持分级，并且所述第一滞后泵保持去分级。
23.根据权利要求20所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成在第二操作状态下确定当存在正常状态时所述设定值变化导致速度(NACT/NRTD％)或转矩(TACT％)值低于下限％，并自动将第一滞后泵去分级，并且一旦达到所述正常状态，即至少部分地基于以下公式计算包括所述先导泵和任何其余分级滞后泵的SETOTALn-1的所述比能量：
SETOTALn-1＝SEPMP1+SEPMP2+,...,+SEPMPn-1，
其中SETOTAL n-1是多泵系统中正在运行的n-1个泵的计算系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-1是对应于任何其余分级滞后泵的泵2至n-1的计算比能量。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块在第二操作状态下被配置成确定将第二滞后泵去分级，并且在达到正常状态后，至少部分地基于如下公式计算包括所述先导泵和任何其余分级滞后泵在内的n-2个泵的系统比能量SE：
SETOTAL n-2＝SEPMP1+SEPMP2+SEPMP3,...,+SEPMPn-2，
其中SETOTAL n-2是n-2泵系统的计算系统比能量，SEPMP1是对应于所述先导泵的泵1的计算比能量，而SEPMP2至SEPMPn-2是对应于任何其余分级滞后泵的泵2至n-2的计算比能量。
25.根据权利要求24所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成在所述第二操作状态下确定针对所述操作状态应当运行的泵的最佳数量，并且至少部分地基于以下公式，在所述泵1至n-1运行时的SETOTALn-1与所述泵1至n-2运行时的SETOTALn-2之间进行比较：
SETOTALn-1<SETOTALn-2，
其中如果为真，则将所述第二滞后泵重新分级；并且
如果为假，则第二滞后泵保持去分级。
26.根据权利要求20所述的设备，其中所述信号处理器或处理模块被配置成在第三操作状态下确定在所有可用泵都在运行的情况下所述设定值是否未得到满足，如果未满足，则不选择将滞后泵去分级。
27.一种方法，包括：
在信号处理器或处理模块中接收含有关于系统能耗的信息的信号，所述系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及
在所述信号处理器或处理模块中至少部分地基于所述所接收的信号确定将所述多泵系统中的泵分级还是去分级。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述方法包括为所述信号处理器或处理模块提供含有关于将所述多泵系统中的所述泵分级还是去分级的信息的相应信号。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述方法包括使用所述信号处理器或处理模块，至少部分地基于采用比能量形式的所述系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，所述比能量是对所述多泵系统中正在运行的所述多泵组合每单位质量所用的能量的量度。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述方法包括使用所述信号处理器或处理模块确定当前正在运行的泵的所述比能量以及在为满足与所述多泵系统相关的过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。
31.一种设备，包括：
用于在信号处理器或处理模块中接收信号的装置，所述信号含有关于系统能耗的信息，所述系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及
用于在所述信号处理器或处理模块中至少部分地基于所述所接收的信号确定将所述多泵系统中的泵分级还是去分级的装置。
32.根据权利要求31所述的设备，其中所述设备包括用于为所述信号处理器或处理模块提供含有关于将所述多泵系统中的所述泵分级还是去分级的信息的相应信号的装置。
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