CN105492772B - 水增压器控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种设计成带有控制器的水增压器控制系统，所述控制器具有确定一个或多个泵的最佳启动参数的算法。水增压器控制系统按规定的工作参数向场所供水。水进入进水歧管，流过管子，然后进入泵中。泵把水增大到期望的压力和/或流率，并通过管子排水，从而排出到排水歧管之外。使用期间，监控水增压器控制系统的一个或多个组件，本地和/或远程显示关于各个参数的数据。规定与一个或多个工作参数相关的报警，可本地和/或远程显示报警条件。用户可通过屏幕和/或通过利用智能电话应用的远程设备，本地和/或远程对系统作出更改。

Description

水增压器控制系统和方法
相关申请的引用
本申请要求2013年4月12日提交的美国临时专利申请No.61/811,565的优先权，该申请的整个内容通过引用包含在此。
背景技术
水一般通过具有与水源流体连通的各种泵和管子的分配系统，被供给商业、工业和市政场所。在一些情况下，必须水平和/或垂直地通过某个场所长距离地输水。为了帮助输水，采用水增压器系统帮助在整个场所内适当地分配水。
一般的水增压器系统利用必须循环经过完整的启动和/或关闭序列的控制器。特别地，用户必须为增压器系统设定具体的使用参数，系统按照输入的参数执行操作。在许多情况下，用户不能在使用中调整系统的工作参数，即使在使用中，外部变量被改变(例如，场所中的多个区域中的用水量在某段时间内显著增大或降低)。
由于操作员不熟悉变速驱动器、控制器、和为设置系统以便高效工作所需的编程的复杂性，因此传统的水增压器系统的操作也具有挑战性。特别地，传统的水增压系统需要取决于水系统的期望设置的专门控制器和/或编程知识。例如，在一些情况下，可能要求用户购买和安装与期望的泵序列匹配的特定控制器。
传统的水增压器系统还存在许多其它的工作缺陷。特别地，许多水增压器控制系统带有预先定义的报警条件，所述预先定义的报警条件不允许基于用户的需求的用户调整或适应。此外，许多水增压器控制系统的报警条件触发要求维护人员到现场，以评估报警条件的严重性的现场报警。
一种已知的水增压器系统公开一种具有处理工作数据和用户提供的指令的控制设备的真空泵。所述真空泵包括用于显示可从控制设备调用的工作数据的触摸屏界面。用户可通过经数据线，连接到控制设备的触摸屏界面，输入工作数据。触摸屏包括开始键、停止键和输入键。触摸屏界面上的按键之一的启动由控制设备检测，随后指令并执行适当的进一步程序步骤。例如，通过启动开始键，处理器向控制设备输出启动信号，于是控制设备导致泵组的启动。类似地，例如，通过启动停止键，向控制设备输出停止信号，从而导致泵组停止泵作业。不过，一旦开始键被启动，从而开始泵作业，用户就不能启动输入键来调整工作数据。
另一种系统提供一种用于液体增压器系统的控制系统。所述控制系统对连接到压力不断变化的公共源头的泵排序，以便对于所有流率，把排放管中的压力维持在恒定水平。所述系统包括共同连接到加压流体源的多个恒速泵。各个泵通过调压阀，并联地连接到输出或系统导管。另外，设置流量信号发生器，所述流量信号发生器包括用于各个预定流率水平的输出线，系统被设计成在所述各个预定流率水平下，接通或断开泵的不同组合。例如，当液体流率高于第一预置水平时，第一输出线路被接通，从而启动第一个泵。当流量进一步增大到更高的水平时，第二输出线路被接通，从而启动第二个泵。流量信号发生器的输出线路提供AND门的一个输入，AND门的另一个输入接收自感测第一个泵的排放压力的预置压力开关。此外，预置压力开关被设定成在稍高于排放管的期望输出压力的水平下启动。从而，控制系统需要用户确定几个预置工作参数，以及熟知对系统编程，以便高效工作的复杂逻辑函数。
另一个系统提供用于泵的维护提醒系统。所述维护提醒系统连接到泵，或者泵的控制系统，确定泵抽吸的流体的体积。可以使用活塞泵，活塞行程被计数，并被转换成抽吸的液体的总量。与系统关联的计算机保持关于各个维护项目的数据库，所述数据库包含每个项目的阈值，和自最后一次维护以来抽吸的液体的总体积。从而，当所述总体积超过阈值时，显示维护提醒，至于哪个项目需要维护，计算机可显示数据库的信息。尽管用户可调整特定维护项目的阈值，不过系统不允许用户远程访问包含所述阈值的数据库。相反，系统的计算机和数据库直接连接到泵控制系统。
在另一种系统中，提供用于监视和确定泵故障的系统。所述系统包括一个或多个电源电路，电流感测电路，报警电路和控制器。控制器可连接到电流感测电路，从而接收来自电流感测电路的输入。控制器被配置成计算基准工作电流，电流阈值，和影响泵的工作的工作条件。报警电路可连接到控制器，接收来自控制器的输出，提供与控制器确定的工作条件对应的报警指示。尽管系统的用户可远离系统地接收报警指示，不过用户不能远程调整报警阈值。从而，当系统产生报警指示时，要求维护人员到现场，以评估报警条件的严重性。
于是，理想的是提供一种解决上述一个或多个需求的系统和方法。更特别地，理想的是提供一种允许系统的操作员识别具体的工作参数，以及在系统在使用中时调整工作参数的水增压器控制系统。另外，理想的是提供一种利用保存有算法的控制器控制系统的一个或多个工作参数，比如包含在水增压器控制系统中的一个或多个泵的速度的水增压器控制系统。从而，水增压器控制系统几乎不需要复杂的编程。提供可远程传送给用户的可定制报警阈值的水增压器控制系统也是所希望的。更特别地，如果报警阈值之一被突破，那么有益的是允许用户从远程设备查看、解决和/或修改所述报警。
发明内容
本公开一般涉及水增压器控制系统，更具体地，涉及设计有控制器的水增压器控制系统，所述控制器具有确定一个或多个泵的启动参数的算法。
所述水增压器控制系统用于通过利用只具有初始地编程/并启动系统的最少设置的触摸屏终端，提供一个或多个泵的变速控制。结合水增压器控制系统使用的控制器允许最终用户选择如何使用各个泵(例如，按时间、按先开/先关、或者通过选择永久的先导泵，对各个泵排序)，而不需要物理改变控制器，或者输入输入专门的软件编程代码。可在水增压器控制系统的生命期中的任意时间，包括在泵在使用中时，进行控制器的调整。另外，控制器包括“自动检测”功能，所述“自动检测”功能自动调整泵启动和停止时间，以使水增压器控制系统的效率达到最大，同时延长泵的寿命。控制器还包括向最终用户远程提供通知的可定制维护报警，这提供更多的时间来安排维护，而不是进行紧急修理。
在本公开的一个实施例中，水增压器控制系统包含与一个或多个驱动单元通信的控制器，所述一个或多个驱动单元用来控制一个或多个泵的工作参数。控制器还包括用于确定与一个或多个泵相关的至少一个参数的算法。水增压器控制系统还被设计成允许用户输入一个或多个可定制的报警阈值，当所述阈值被突破时，向用户远程传送报警。
在本公开的一个不同实施例中，操作水增压器控制系统中的泵的方法包括利用算法，计算一个或多个泵的一个或多个工作参数的步骤，所述算法利用确定设定的处理变量和期望的设定点之差的比例-积分-微分回路。
本公开的另一个实施例提供一种操纵运转中的一个或多个泵的方法。所述方法包括在计算机实现的用户接口上，选择第一泵参数。第一泵参数由泵序列模式选择，泵转动选择或先导泵选择限定。接收指示故障状况的报警，所述报警被传送给现场外的位置。在现场外的位置，检查所述报警，然后向一个或多个泵传送响应。响应所述报警，调整第一泵参数。
结合以下详细说明，附图和附加的权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。
附图说明
图1是水增压器控制系统的实施例的等距视图；
图2是图1的水增压器控制系统的前视图；
图3是图1的水增压器控制系统的侧视图；
图4是说明利用算法，确定至少一个泵参数的处理的多个步骤的流程图；
图5是在图1的水增压器控制系统中使用的安全屏幕的示意图；
图6是在图1的水增压器控制系统中使用的泵设置屏幕的示意图；
图7是在图1的水增压器控制系统中使用的驱动信息屏幕的示意图；
图8是在图1的水增压器控制系统中使用的驱动设置屏幕的示意图；
图9是在图1的水增压器控制系统中使用的排水传感器设置屏幕的示意图；
图10是在图1的水增压器控制系统中使用的进水输入设置屏幕的示意图；
图11是在图1的水增压器控制系统中使用的流量输入设置屏幕的示意图；
图12是表示在图1的水增压器控制系统中使用的一个或多个泵的工作状况的屏幕的示意图；
图13是表示在图1的水增压器控制系统中使用的一个或多个传感器的工作状况的屏幕的示意图；
图14是在图1的水增压器控制系统中使用的报警设置屏幕的示意图；
图15是在图1的水增压器控制系统中使用的另一个报警设置屏幕的示意图。
具体实施方式
在详细说明本公开的任意实施例之前，要明白本公开的应用不限于在在下面的说明中记载的，或者在附图中例示的各个组件的结构和排列的细节。本公开可以有其它实施例，可以按照各种方式实践或实现本公开。另外，要明白这里使用的措词和用语只是为了说明起见，不应被视为对本公开的限制。这里使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变形意图包含之后列举的各个项目和其等同物，以及另外的项目。除非另有说明或限制，否则用语“安装”、“连接”、“支承”和“耦接”及其变形是广义地使用的，包含直接和间接的安装、连接、支承和耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接。
为了使本领域的技术人员能够实现和使用本公开的实施例，提供了以下说明。对本领域的技术人员来说，例示实施例的各种变形是显而易见的，这里的一般原理可适用于其它实施例和应用，而不脱离本公开的实施例。从而，本公开的实施例不限于所示的实施例，而应被赋予与这里公开的原理和特征一致的最宽广范围。以下的详细说明应参考附图阅读，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图描述选择的实施例，并不意图限制本公开的实施例的范围。本领域的技术人员会认识到这里提供的各个例子具有许多有益的替代方案，并且在本公开的实施例的范围之内。
图1-3概述包括与一个或多个驱动单元104通信的至少一个控制器102的水增压器控制系统100。驱动单元104操作上连接到一个或多个泵106，所述泵106用于按规定的流率移动流体。水增压器控制系统100被设计成经管子或其它导管(未图示)，从外部水源获得水(未图示)。水流过水增压器控制系统100，并借助泵106被推动。水增压器控制系统100一般被设计成用于高层建筑、办公大楼、医院、旅馆及其它商业、工业和市政场所中的淡水应用。不过，水增压器控制系统100不限于以上应用。可以预见的是水增压器控制系统100可用于其它应用，例如包括海水应用或者居住场所。
水增压器控制系统100由机架110支承，机架110具有邻近表面(未图示)水平延伸的底板112。多个支撑臂114在底板112的端部向上伸出，还包括一个或多个横杆116。机架110优选由钢制成，以提供对整个水增压器控制系统100和相关组件的支承，不过，机架110可由本领域中已知的其它材料制成。机架110包括约25厘米～约200厘米，更优选的是约75厘米～约150厘米的长度L(参见图2)。可根据存在于水增压器控制系统100中的泵106的数量，调整长度L。
机架110的底板112也包括约12厘米～约75厘米，更优选的是约25厘米～约50厘米，最优选的是约40厘米的宽度W(参见图3)。机架110还包括约40厘米～约250厘米，更优选的是约175厘米～约230厘米，最优选的是约200厘米的高度H。应认识到机架110的长度L、宽度W和高度H可根据需要调整。
仍然参见图2和3，机架110包括前表面120和在相反侧的后表面122。前表面120和后表面122都用来支承水增压器控制系统100的各个组件。各个组件可按照使水增压器控制系统100可以位于竖立位置而不倾翻的方式，耦接或以其它方式附着到机架110上。另外，机架110可被固定到墙壁、地板或其它表面中的一个或多个上，以进一步固定水增压器控制系统100。此外，水增压器控制系统100的一个或多个组件可以不附着到机架110上地使用，和/或可以完全省略机架110。
水增压器控制系统100还包括布置在且附着到机架110的前表面120上的进水歧管200。进水歧管200被设计成耦接到水管线路(未图示)，从市政或其它水源把水接纳到水增压器控制系统100中。进水歧管200由沿着与机架110的底板112平行的方向延伸的圆柱形导管202限定。在一个具体实施例中，导管202的长度L1和机架110的长度L大体相同，如图2中所示。在一个不同的实施例中，导管202的长度L1不同于机架110的长度L。进水歧管200的圆柱形导管202包括约5厘米～约15厘米，更优选的是约8厘米～约10厘米的直径D1(参见图3)。进水歧管200被布置在从底板112到导管202的中心测得的高度HS处(参见图3)。进水歧管200的高度HS为约12厘米～约107厘米，更优选的是约91厘米～约97厘米。同样地，进水歧管200被布置在从底板112的边缘到导管202的中心测得的宽度WS处(参见图3)。进水歧管200的宽度WS为约18厘米～约50厘米，更优选的是约20厘米～约30厘米，以便减小水增压器控制系统100在机械泵室中的安装面积。在一些实施例中，宽度WS可根据为获得水增压器控制系统100的期望流量和压力所必需的泵106选择而变化。
导管202连接到向下延伸的多根管子204。管子204都终止于弯管接头206，弯管接头206使管子204的取向向内朝着机架110的前表面120。管子204与一个或多个泵106流体连通。管子204可具有等于或大于进水歧管200的直径D1的直径(未图示)。在一个实施例中，单根管子204连接到每个泵106，如图1-3中所示。在一个不同的实施例中，单根管子204可以向不止一个泵106供水。在另一个实施例中，不止一根管子204可向一个泵106供水。
管子204可视情况包括与之关联的阀门208。阀门208用于调节和引导从进水歧管200经管子204流入泵106的水。在一个实施例中，阀门208是全径球阀。全径球阀被设计成通过利用具有直径近似等于管子204的直径的通孔的球体，使水流过时的摩擦降至最小。在一个不同的实施例中，阀门208是缩径阀门。在另一个实施例中，阀门208是V形阀门。
进水歧管200可视情况包括用于当水进入进水歧管200时，测量水的压力的压力计210。特别地，在一个实施例中，压力计210测量进水歧管200内的压力。在一个实施例中，压力计210可以是具有被提供给进水歧管200的隔离阀的充液安装压力计。
当水进入并流过进水歧管200时，水通过管子204和相关的阀门208被引导到泵106。如图3中所示，每个泵106包括向上延伸进入并终止于圆柱形头部222的底部导管220。每个泵106操作上连接到电动机(未图示)。水增压器控制系统100中使用的泵106的种类可适合于建筑物的具体需求。在一个实施例中，泵106是立式多级泵。一种特别有用的立式多级泵是Pentair制造的牌或FAIRBANKSPVM多级泵。在一个特殊的实施例中，PVM多级泵包括逆变电动机(inverter suitable motor)。在一个不同的实施例中，可用于水增压器控制系统100的泵106是端吸泵。特别地，适当的端吸泵是Pentair制造的或FAIRBANKS3800系列单级端吸泵。在水增压器控制系统100中，可以使用一种或多种不同类型的泵106。
可按照建筑物的需要，改变在水增压器控制系统100中使用的泵106的数目。例如，水增压器控制系统100可以只利用1个泵106。另一方面，水增压器控制系统100可以根据需要，利用2个、3个、4个或更多的泵106。
在水流过泵106，并在特定压力下经管线输送时，通过邻近机架110的后表面122，从泵106的底部导管220伸出的排水管230送水。排水管230向外伸出，并在弯管接头232向上弯曲。向每根排水管230安装止回阀234，止回阀234用于使水只可沿一个方向(即，朝着排水歧管236的方向)流动。本领域已知的任意止回阀234适合于和水增压器控制系统100一起使用。在一个实施例中，止回阀234被安装到并与每根排水管230关联。在一个不同的实施例中，止回阀234被安装到并与至少一根排水管230关联。
如图1和3中所示，止回阀234都耦接到带槽歧管238。在一些实施例中，歧管238可以是装有法兰的歧管。歧管238为流过水增压器控制系统100的水提供止回阀234和排水歧管236之间的流体连通。
水流过带槽歧管238，进入排水歧管236中，排水歧管236附接到机架110的后表面122上。排水歧管236由沿着与机架110的底板112平行的方向延伸的圆柱形导管240限定。排水歧管236被设计成与把水引导到建筑物内的一个或更多特定位置的二级本地管子(未图示)流体连通。
在一个实施例中，导管240的长度L2(参见图2)大体和机架110的长度L，和/或进水歧管200的长度L1相同。在一个不同的实施例中，导管240的长度L2不同于机架110的长度L和/或进水歧管200的长度L1。排水歧管236的导管240包括利用对于特定应用所需的水力学会标准，根据所选泵106的流动能力选择的直径D2(参见图3)。排水歧管236被布置在从底板112到导管240的中心测得的高度HD处。在一些实施例中，排水歧管236的高度HD为约40厘米～约90厘米。同样地，排水歧管236被布置在从底板112的边缘到导管240的中心测得的宽度WD(参见图3)处。排水歧管236的宽度WD为约18厘米～约40厘米，更优选的是约20厘米～约30厘米，以便减小水增压器控制系统100在机械泵室中的安装面积。在一些实施例中，宽度WD可根据为获得水增压器控制系统100的期望流量和压力所必需的泵106选择而变化。
在一些实施例中，水增压器控制系统100包括从外壳130的边缘到排水歧管236的导管240的对置边缘测得的最大宽度WM(参见图3)。最大宽度WM为约90厘米～约140厘米。水增压器控制系统100还可包括从进水歧管200导管202的中心到排水歧管236导管240的中心测量的中心距CC(参见图3)。中心距CC为约70厘米～约85厘米。水增压器控制系统100的实施例的尺寸(例如，WM和CC)可根据为获得用户选择的期望流量和压力所必需的泵106选择而变化。标准尺寸可以基于当需要维护时，使得可以触及泵的进水歧管200的中心和排水歧管236的中心之间的PVM和端吸泵最小尺寸。
排水歧管236可视情况包括压力计250。特别地，在一个实施例中，压力计250测量在泵106下游的排水歧管236内的压力。在一个实施例中，压力计250可以是具有被提供给排水歧管236的隔离阀的充液安装压力计。
如图1中所示，一个或多个传感器252与进水歧管200和/或排水歧管236关联。传感器252用于测量压力，并把信息传送给控制器102(控制器102可以是可编程逻辑控制器(PLC))，并显示在屏幕132上。在增压，以确保获得期望的压力之后，传感器252把来自水源的有效压力和系统100的实际压力的值提供给PLC。另外，传感器252允许用户确定报警通知阈值，关机和重置参数。例如，进水歧管200和/或排水歧管236可被编程成在定义的时间范围内的规定数目的错误或故障之后自动关闭。传感器252可视情况与流量计(未图示)一起使用，以允许用户结合压力选择期望的流量。可在水增压器控制系统100的启动序列期间，选择流量计参数。流量计可在工厂或者在现场安装期间安装在排水歧管236中。在一个实施例中，适于使用的流量计是Badger Meter,Inc.(Milwaukee,WI)制造的Series200插入式流量计。
再次参见图1-3，水增压器控制系统100还包括控制器102，控制器102确定和指示水增压器控制系统100的所有工作参数，例如包括控制压力、流率、进水和排水参数、泵参数等。在图1-3中所示的实施例中，控制器102和相关组件被保持在大体方形的外壳130内，外壳130由机架110的前表面120上的横杆116之一支承。外壳130包括布置在前表面上的屏幕132和多个按钮134和/或开关。在一个备选实施例中，控制器102和相关组件可支承在机架110的后表面122上或者使用户可以与控制器102的屏幕132交互的任何适当位置。
控制器102与一个或多个驱动单元104通信。驱动单元104可以是由驱动器控制器组合件，驱动器操作员界面和交流电动机表征的变频驱动器(VFD)。控制器102的正常工作和/或泵106的分级由独立的处理器提供。驱动单元104充当信号跟随器，因为驱动单元104不独立控制泵106的速度。相反，驱动单元104仅仅执行从控制器102发送的命令，并把正确的频率发送给泵106的电动机。在系统故障的情况下，当水增压器控制系统100按手动模式工作时，驱动单元104可向泵106发送命令。
在一个特殊的实施例中，利用Modbus远程终端单元(Modbus RTU)通信协议，按主/从关系地构成控制器102和驱动单元104。Modbus RTU协议利用串行通信，包括确保数据的准确性的冗余校验。驱动单元104都共有相同的参数。VFD可包括可用于把参数下载到驱动单元104的一个或多个小键盘(未图示)。VFD还可具有复制参数，以便保存在小键盘内，从而下载到需要相同参数的另一个VFD的能力。
在另一个实施例中，控制器102和驱动单元104可利用其它主/从协议构成，所述其它主/从协议例如包括Modbus TCP/IP、BacNET、Ethernet IP等。在一个实施例中，一个驱动单元104最好与每个泵106关联。在其它实施例中，一个驱动单元104可以与不止一个泵106通信。在又一个不同的实施例中，一个驱动单元104可被配置成和整个水增压器控制系统100一起使用。
控制器102最好包括本地用户接口。另外，控制器102可包括可通过众多的通信机制访问的远程用户接口。在一个具体实施例中，本地用户接口由触摸屏显示终端限定，触摸屏显示终端用来借助直接或间接接触(例如，通过用户的手指、指示笔等)，接收数据。在一些实施例中，触摸屏显示终端由具有256K彩色显示的屏幕132限定。一种适当的触摸屏显示终端包括人机界面(HMI)面板。触摸屏显示终端也可由黑白显示器限定，和/或可以利用其它分辨率。在一些实施例中，触摸屏显示终端高度约9厘米，长度约15厘米，不过应意识到触摸屏显示终端的长度和高度可以是任何期望的长度和高度。在另一个实施例中，本地用户接口由操作上连接到键盘和/或鼠标(未图示)的屏幕限定。
水增压器控制系统100还与电源(未图示)通信。控制器102包括控制供给水增压器控制系统100的电力的开关。在一个实施例中，开关是从外壳130伸出的按钮134之一。在一个不同的实施例中，利用其它机构和/或开关，控制电力。
在一些实施例中，水增压器控制系统100可视情况连接到计算机(未图示)或其它网络。例如，在如图1中所示的一个实施例中，控制器102通过以太网连接，与网络103通信。以太网连接允许销售者、工厂、维护人员或其它经授权的个人从远程设备105与控制器102交互。例如，网络103可以是包括因特网在内，以允许远程设备105访问控制器102的局域或广域有线或无线网络。在一些实施例中，远程设备105可以是连网的工作站、计算机、膝上型计算机、智能电话机、手持式平板电脑或者另一种电子设备。
控制器102优选是可编程逻辑控制器(PLC)，所述PLC包括使水增压器控制系统100的工作，和泵106的分级和排序更容易的处理器。控制器102由比例-积分-微分(PID)回路限定，所述PID回路通过确定设定的处理变量(例如，实际压力)和期望的设定点(例如，期望的压力)之间的差分，控制各个工作参数。计算误差值，作为实际流量和期望流量之间的差分的结果，并用于调整输入参数，以便持续不断地尝试使误差值降到最小，从而调整参数。在PID计算中存在3个常数变量，包括通常分别与当前误差、过去误差和未来误差相关的比例值、积分值和微分值。根据PID计算，控制器102向水增压器控制系统100发送命令，以进行调整工作参数的具体动作。
控制器102的众多特征允许定制。例如，在一个实施例中，可在不对控制器102重新编程的情况下，选择泵工作序列。可在泵106在使用时，完成所述选择，并且当现场发生要求调整泵106排序或工作参数的变化时，可实时调整所述选择。在另一个实施例中，维护报警阈值可由用户定义。
控制器102可视情况包括自动调整泵106启动/停止时间和/或其它参数，以使水增压器控制系统100的效率达到最大的自动检测功能。增大的效率延长泵106的寿命。特别地，自动检测功能自动调整驱动单元104的启动/停止功能，以满足现场的不断变化的条件。使用算法，利用输入变量，比如压力、流量和电动机的安培图(ampere draw)(它是在(泵)电动机运转时，从电动机测量的电流的测量结果)，设定驱动单元104的指定启动/停止功能。在“使用中”循环期间，各个泵106借助其电动机逐渐提速，以提供指定的流量。一旦达到期望的流量，泵106就不再有效。泵106已提供指定输出(即，流量)的点被记录，并用于在随后的“使用中”循环期间启动泵106。在一个具体实施例中，在泵106运行，从而输水的点，在随后的“使用中”循环期间启动泵106。
在一些实施例中，斜升速度(ramp speed)可变化，以避免VFD出现会导致水增压器控制系统100报警的故障状况。利用工厂预定的斜升速度，可以避免VFD故障，比如过电流和过转矩。可变斜升速度可降低对传统地安装在常规水增压器控制系统的排水歧管上的液压气动箱的需要。在传统的VFD驱动的水增压器控制系统中，持续预定时间(例如，预定秒数)，在“使用中”循环开始时设定斜升速度。所述预定时间对需要用水的通常作业现场状况来说是足够的。不过，如果持续比所述预定时间更大的时间量需要水，而斜升时间被设定为相同的预定时间，那么为了达到期望的压力，安装的水增压器控制系统要花费过多的时间。这种状况导致水增压器控制系统中的其它设备，比如需要最小PSI的组件不工作。例如，在一些实施例中，利用机械减压阀，置于排水歧管的气袋式贮水箱被设定到期望的压力设置。从而，系统经历的任何压力下降要求气袋式贮水箱供给所需的压力。不过，由于其大小的缘故，气袋式贮水箱能够供给的压力有限。
于是，并入本公开的水增压器控制系统100中的可变斜升速度允许泵106在最高效的时间中达到设定压力，而不使水管过压。例如，如果设定的压力为690kPa，而需求突然把设施压力降到345KPa，那么水增压器控制系统100能够与压差成比例地增大斜升速度。在一些实施例中，可根据在最低流率(以Hz为单位测量)，负载状况(duty condition)(以Hz为单位测量)和最大流率(例如，50-60Hz)下，各个泵106的电流的性能测试，在工厂设计最小和最小斜升速度。根据设定的压力与实际压力之差，改变斜升速度。如果水增压器控制系统100收到突然的压力需求，那么依据在性能测试期间，在工厂设计的预置斜升速度，可以确定实现该需求的适当斜升速度。当泵106接近设定的期望压力时，可以利用第二斜升速度。第二斜升速度帮助避免泵106超过期望的设定压力，减轻水锤作用。
现在参见图4，图中提供说明利用算法，确定至少一个泵106参数的例证步骤500的流程图。在一个实施例中，所述算法根据不断变化的外部参数(例如，进水压力，需求的排水压力，流量等)，控制泵106的速度，以便在各个泵106的水力曲线内的最高效位置处工作。为了开始该处理，在处理方框502，捕捉至少一个泵106的最小速度。在一些实施例中，捕捉不止一个泵106(例如，2个、3个、4个或者更多泵)的最小速度。在一些实施例中，最小速度可被定义为每个泵106能够产生流动，或者把压力增大到水增压器控制系统100的进水压力之上的速度。在处理方框504，在处理方框502捕捉的各个泵106的最小速度由控制器102保存，并用作水增压器控制系统100的运转的基准点。
类似地，在处理方框506，算法还捕捉至少一个泵106的最大速度。在一些实施例中，捕捉不止一个泵106(例如，2个、3个、4个或者更多泵)的最大速度。在一些实施例中，最大速度可被定义为各个泵106能够工作，而不使驱动单元104经历过电流，从而防止水增压器控制系统100的关机的速度。过电流是当对于建筑物状况，不正确地确定泵的大小时，在水增压器控制系统中出现的常见问题。例如，如果归因于过载和/或不正确的设计，比预期电流大的电流通过导体，导致过度发热，那么存在着火或设备损坏的可能。一旦在处理方框506，捕捉了各个泵106的最大速度，就在处理方框508，最大速度由控制器102保存，并用作运转的基准点。
在备选实施例中，可根据基于水增压器控制系统100的期望负载状况，对各个VFD允许的最小连续稳定流量(MCSF)和最大安培数，在工厂设定各个泵106的最小和最大速度。利用在工厂的UL认证实验室的各个泵106的流量测试，确定MCSF和最大安培数，所述流量测试需要校准的功率表、流量计和压力计。另外，通过计算在水增压器控制系统100的“使用中”循环期间，各个泵106的具体速度，可获得最小速度。可以测量进水和排水传感器252的差分，以判定工厂设定的最小速度是否将改变压力值。如果差分压力值以最小速度变化，那么控制器102可进一步降低速度，直到差分压力值不再变化为止。通过首先把泵106的轴转速(即，每分钟转数(RPM))乘以流率(例如，升/分钟)，可计算具体速度。随后把结果值除以例如以米为单位测量的泵106的总扬程(TDH)。TDH是考虑到系统中的摩擦损失，流体将被泵送的总等效高度。一旦随着时间的过去，测量并记录了各个泵106的具体速度，就可确定泵106的最小和最大速度。
一旦捕捉并保存了初始设定(即，各个泵106的最小和最大速度)，算法就在处理方框510，指令泵106按规定的时间/频率比率，满足水增压器控制系统100的需求。在判定方框512，算法根据按预先规定的时间/频率比率启动的泵106，判定设定点是否被超过。如果在判定方框512，设定点被超过，那么控制器102随后将降低泵106的时间/频率比率，直到在处理方框514满足设定点为止。不过，如果在判定方框512，设定点未被超过，这指示在可调整的时间段之后，未检测到压力损失，那么在处理方框516，一个随机的泵106将按最小的速度设定启动，并按预定的时间比率加速。斜升时间可随实际压力测量结果与设定点之差而变化。通过测量系统流率的变化，按最小速度设定启动一个随机的泵106将判定在水增压器控制系统100中，是否存在较小的需求(例如，低流量变化)。随后在处理方框518，控制器增大泵106的时间/频率比率，以满足设定点，并为比先前的设定更快速的斜升时间准备VFD。
在处理方框520，程序继续监视来自一个或多个传感器252的电流，以满足需求设定点。在处理方框522，系统将计算实际压力和压力设定点之间的差分，随后根据计算的差分，在处理方框524可计算误差值。从而，取决于与需求设定点和实际压力点的距离，系统将自动调整输入和工作参数。例如，在处理方框526，可以调整各个泵100的速度，以满足需求的压力和流量，以便使误差值降至最小。另外，取决于或大或小的系统需求，水增压器控制系统100将在利用适当的功率量(以千瓦(kW)为单位测量)的时候，按适当的速度作出反应，从而减轻水锤作用。在一个备选实施例中，代替根据变化的压力需求，自动调整工作参数，水增压器控制系统100可按在系统100按预置速度斜升到为实现设定点所必需的RPM之前，不产生流动或压力的固定最小速度启动。另一方面，为了达到必需的压力需求，泵106可能加速过快和超过压力设定，从而超过设定的压力，这需要安装减压阀(PRV)，以便防止管子和组件损坏。
另外，在处理方框526，系统可自动调整工作参数，以致当需求增大到高于单个泵106的能力时，将启用另外的泵106。当达到压力或流量的期望设定点时，工作中的泵106随后匹配速度，以在曲线中的最高效区域工作。如果匹配的泵106的速度低于不产生流动或压力的设定点，那么一个泵将退出，并将对于剩余的泵开始相同的匹配处理，直到只一个泵106运转为止。当该最后一个泵的速度被降低到设定点时，泵106将关闭，并继续监视设施，直到从系统传感器252收到需求为止。
控制器102还可视情况包括一个或多个维护报警，所述一个或多个维护报警用于向水增压器控制系统100操作员提供通知。维护报警阈值可由用户设定，用于监视泵106、驱动单元104、电动机、传感器和控制器102中的一个或多个。所述通知可按各种方式被传送给操作员。例如，在一个实施例中，借助与屏幕132关联的视觉和/或听觉报警，本地传送通知。在另一个实施例中，如图1中所示，通知通过网络103被传送给操作员的远程设备105，网络103可以是数据和/或语音网络。在一个特殊实施例中，通知通过网络103被传送给操作员的远程设备105，网络103可以是无线网络。在另一个实施例中，所述通知通过线缆，从水增压器控制系统100传送给网络103。通知随后可被路由到远程设备105，比如个人计算机、电话机或其它设备。所述通知是特别有利的，因为它们允许操作员远程访问和接收关于可能的维护状况的信息。特别地，操作员可检查通知，判定是否需要立即维护和/或关注，或者判定所述通知是否是非紧急通知。
通过控制器102可选择的其它选项包括查看每个具体的VFD工作状况，和允许用户用“手”或人工速度操作泵。这允许用户查看VFD信息，包括(但不限于)工作温度、输出功率、频率和报警/故障条件。这还允许以期望的设定速度操作泵106(这是在测试期间进行的)，或者检查正确的泵106转动。如果在VFD内触发了故障条件，那么操作员可通过按下复位按钮，使在水增压器控制系统100的发生故障的特定VFD复位。在备选实施例中，操作员查看VFD工作条件，或者通过复阅VFD手册，以遍历VFD小键盘，进行复位。
使用中，操作员利用开关或其它机构，开启水增压器控制系统100。在设置操作期间，操作员通过屏幕132(在一些实施例中，它是触摸屏终端)，把各种工作参数输入水增压器控制系统100中。如图5中所示，要求用户在安全屏幕302中输入密码300。安全屏幕302防止未经授权的人员重新配置水增压器控制系统100设置。可以定制一个或多个安全配置文件，以允许各种人的不同查看和/或编辑能力。
在输入核实的(例如正确的)密码之后，向用户显示一个或多个设置和/或操作屏幕(例如参见图6-13)。例如，可要求用户输入与控制器102相关的各种设置。特别地，可要求用户选择期望的控制的种类(例如，排水或流量)，和相关的设定点(例如，压力或体积流率)。设定点是维持的在水增压器控制系统100的输出的系统PSI/GPM。可进一步要求用户定义将由控制器102操纵且与水增压器控制系统100一起使用的泵106的数目。另外，可要求用户选择泵控制器对系统变化的响应水平。在一个实施例中，对于水增压器控制系统100需求的期望响应，用户可选择高、中或低。高系统需求(即，快速流量变化)可被设定成高，低系统需求(即，低流量变化)可被设定成低。对于正常工作，用户可把期望的响应设定为中等。
图6中描述一种特殊的设置屏幕，它显示具有许多用户输入栏的泵设置屏幕，所述输入栏包括泵序列模式选择312，泵转动选择314和先导泵选择316。在泵106在使用中时，可以查看和/或编辑泵选择屏幕310，泵选择屏幕310允许用户在无专门的PLC编程或购买不同控制器102的情况下，选择适当的泵序列。泵序列由用户的选择先导泵(即，被开启的第一个泵)和滞后泵(跟随先导泵的其它泵)的能力表征。
用户具有从泵序列选择312中，选择先开/先关(first on/first off)的能力，这意味在每个启动循环中，转动定义为先导泵的泵106。特别地，如果在循环中，只有一个泵被启动，那么先导泵转动到序列中的下一个泵。如果启动了不止一个泵，那么第二个启动的泵是新的先导泵。旧的先导泵是将被关闭的第一个泵，新的先导泵(第二个先导泵)是新的启动循环中的最后开启的泵。最后，第二个先导泵是序列中的下一个泵。
如果用户选择定时泵转动选择314，那么当时间参数已过去(time out)时，先导泵变成另一个泵，滞后泵根据需要关闭和开启。滞后泵按照先开启的滞后泵是先关闭的滞后泵的顺序工作。如果用户选择相同的先导泵选择316，那么相同的先导泵用于各个循环。滞后泵(非先导泵)根据需要关闭和开启。滞后泵按照先开启的滞后泵是先关闭的滞后泵的顺序工作。
图7和8图解说明与驱动单元104相关的设置屏幕。图7中，表示了驱动信息屏幕320，驱动信息屏幕320显示与驱动单元104至少之一相关的实时信息。例如，描述与运转速度、输出电流、输出功率、驱动器温度、功率/小时、运转时间、和驱动器已工作的时间有关的信息。对于水增压器控制系统100中的工作中的每个驱动单元104，可以创建一个或多个驱动器信息屏幕320。类似地，图8表示驱动器设置屏幕330，驱动器设置屏幕330允许用户选择当水增压器控制系统100按自动检测模式，或者其中用户能够定义泵106的具体最小和最大速度的手动模式工作时，驱动单元104能够工作的最大和最小速度。
图9-11表示与一个或多个传感器252相关的各个输入屏幕。如图9中所示，排水传感器设置屏幕340包括压力输入342和许多的相关报警344。图10描述包括压力输入352和相关报警354的进水输入设置屏幕350。类似地，图11表示包括流率输入362和相关报警364的流量输入设置屏幕360。
压力输入342、352包括期望的最大和最小压力的阈值项。流率输入362包括期望的低流率和高流率的阈值项。如果阈值项被突破，那么报警344、354、364中的一个或多个用于警告用户。可按照各种方式设计报警。例如，规定小时数内每个报警设置的激活的具体报警数可使系统进入故障状况，从而泵106可停止工作。此外，报警可警告对水增压器控制系统100来说有害或不合乎需要的状况。当水增压器控制系统100恢复正常工作状况时，报警可自动复位。在一些实施例中，一旦故障触发不再明显，应通过水增压器控制系统100手动复位故障状况。
图12和13图解说明提供存在于水增压器控制系统100中的选定报警状况的概况，并允许用户作出调整的两个预防性维护报警显示和输入屏幕370、380。维护报警用于监视泵106、驱动单元104、传感器252和控制器102中的一个或多个。例如，图12表示泵106的工作状况，包括启动次数、泵工作时间、电动机工作时间和驱动单元104工作时间，以及其它相关参数。类似地，图13描述一个或多个传感器252的工作状况，包括压力传感器时间、流量传感器时间、和PLC时间，以及相关默认值。
图14和15图解说明允许用户创建各种定制的报警的输入报警屏幕390、400。可以创建一个或多个报警，以便在水增压器控制系统100按自动状态或手动状态工作时使用。报警可被配置成向用户提醒各种工作状况，例如包括指示一个或多个泵106是否在运转的报警，指示从水增压器控制系统100排出的水的排出压力过高或过低的报警，指示进水压力过高或过低的报警，指示驱动单元104未正确工作的报警，和指示由于排水压力、进水压力和/或流率任意之一，触发了故障状况的报警。
任意的上述输入或显示屏幕可借助屏幕132本地传送给用户，借助智能电话机应用远程传送给用户，和/或借助其它适当的通信方法传送给用户。例如，维护报警显示和输入屏幕370、380中的一个或多个可被远程传送给用户，以允许用户评估可能的维护情形，并确定其严重性。维护报警允许用户或远程查看者在组件发生故障和寿命终止之前，安排组件更换。报警和故障还使用户可以诊断水增压器控制系统100，以确定触发的报警/故障的可能原因。从而，远程和/或本地用户能够确定正确的动作，以更换或修理水增压器控制系统100的具体组件。
图5-15中所示的操作屏幕可由用户按不同的方式构成和操纵。例如，可按适合于允许用户输入必需的输入和工作参数的任意顺序，显示操作屏幕。另外，操作屏幕可省略一些信息，包括另外的信息，或者使信息在屏幕上被重排。例如，图14中所示的输入报警屏幕390可如图所示，包括多达8个数字输入，或者另一方面，包括不到8个数字输入。这些可选的数字输入接收自其它设备，以指示报警、故障、复位，或者改变继电器输出触点，以控制位于机械泵室中或附近的其它附属设备。在一些实施例中，可以预先定义一个或多个报警条件。在另一个实施例中，用户可以定制一个或多个报警。在一个不同的实施例中，一个或多个报警是预先定义的，而一个或多个报警是由用户定制的。从而，上面说明的不同操作屏幕在其结构和/或用户与不同屏幕交互的方式方面不受限制。
使用中，水增压器控制系统100用于按规定的工作参数，向场所供水。用户输入一个或多个系统参数，系统监视各个参数，并作出调整，如果系统按自动模式运行的话。另一方面，可按手动模式，或者借助自动模式的手动超控，操作水增压器控制系统100。在任一模式下，水进入进水歧管200，流过管子204，然后进入泵106。泵106把水增大到期望的压力和/或流率，并通过管子230排水，从而排出到排水歧管236之外。使用期间，监控水增压器控制系统100的一个或多个组件，本地和/或远程显示关于各个参数的数据。可以规定与一个或多个工作参数相关的报警，可本地和/或远程显示报警条件。用户可通过屏幕132和/或通过利用智能电话应用的远程设备105，本地和/或远程对系统作出更改。
PLC中的一个或多个输入的工作参数(即，作出的操作系统的决策，而不是梯形逻辑本身)可被保存在可和水增压器控制系统100一起使用的安全数字(SD)存储卡上。特别地，参数可由制造商定义和保存在SD卡上，并被发送给客户，由客户加载。用户可保存安装的工作参数，所述工作参数随后可被载入控制器102中。载入控制器中的工作参数可用于在操作员无意中造成改变的情况下，恢复控制器102，或者允许利用备选参数。另外，用户可具有把原始的出厂参数从SD卡下载到PLC中的能力。
包括进水歧管200、管子204、230和/或排水歧管236在内的水增压器控制系统100的各个组件优选由不锈钢制成。各个组件也可由其它材料，比如其它金属、合金、聚合物和任何其它适当材料制成。例如，在一个实施例中，水增压器控制系统100的一个或多个组件由铸铁制成。水增压器控制系统100的任意组件可由亲水或憎水材料制成，和/或包括亲水或憎水涂层。亲水和/或憎水涂层可使水更易于流过水增压器控制系统100。也可使用其它涂层，包括防锈剂、防菌剂等。
水增压器控制系统100可视情况包括其它组件，比如流量计、液压气动箱、单一配电面板等。
本领域的技术人员会意识到尽管上面结合特定实施例和例子，说明了本公开，不过本公开未发局限于此，附加的权利要求意图包含源于实施例、例子和用途的众多其它实施例、例子、用途、修改和变更。通过引用包含这里引用的各个专利和出版物的全部公开内容，好像各个所述专利或出版物是通过引用单独包含在此似的。

Claims (15)

1.一种水增压器控制系统，包括：
与驱动单元通信的泵；
用户接口；以及
与泵和驱动单元通信的控制器，
所述控制器被设计成控制泵的至少一个工作参数，其中所述控制器还包括保存在所述控制器上的被设计成确定泵的所述至少一个工作参数的算法和处理器，并且
所述水增压器控制系统还被设计成允许位于现场外的远程位置处的用户在泵在使用中时在不对控制器重新编程的情况下通过用户接口输入至少一个可定制的报警阈值，所述处理器将所述至少一个工作参数与报警阈值进行比较，并且当所述报警阈值被突破时向所述用户远程传送通知，
其中所述至少一个工作参数还包括泵序列模式、泵转动、先导泵和滞后泵中的一个，所述泵序列模式、泵转动、先导泵和滞后泵中的一个也能够由用户在泵在使用中时在不对控制器重新编程的情况下通过用户接口来选择。
2.按照权利要求1所述的水增压器控制系统，其中所述算法被配置成进行以下步骤：
确定由水增压器控制系统需求的系统压力和系统流量中的至少一个限定的设定点；
捕捉泵的最小速度和最大速度中的至少一个；
把泵的最小速度和最大速度中的所述至少一个保存在控制器上；
按预先确定的时间/频率比率启动一个或多个另外的泵，以满足所述设定点；以及
当所述设定点未被满足时，自动调整所述至少一个工作参数。
3.按照权利要求2所述的水增压器控制系统，其中所述最小速度是泵产生流动并把压力增大到高于水增压器控制系统的进水压力的速度。
4.按照权利要求2所述的水增压器控制系统，其中所述最大速度是泵能够工作而不使驱动单元遭受过电流的速度。
5.按照权利要求1所述的水增压器控制系统，其中所述至少一个可定制的报警阈值包括以下中的一个：指示离开水增压器控制系统的水的排水压力的报警、指示抽吸压力的报警、指示一个或多个驱动单元的状态的报警、以及指示由排水压力、抽吸压力和流率中的至少一个触发了故障状况的报警。
6.按照权利要求1所述的水增压器控制系统，还包括与控制器和远程设备通信的网络，其中所述远程设备被配置成接收被突破的报警阈值。
7.按照权利要求6所述的水增压器控制系统，其中远程设备包括连网的工作站、膝上型计算机、智能电话机和手持平板电脑中的至少一个。
8.按照权利要求1所述的水增压器控制系统，其中控制器是包括配置成使水增压器控制系统的工作更容易的处理器的可编程逻辑控制器PLC，所述PLC保存有比例-积分-微分PID回路，所述PID回路被配置成控制泵的所述至少一个工作参数。
9.按照权利要求8所述的水增压器控制系统，其中所述PID还被配置成计算设定的处理变量和期望的设定点之间的差值，并且根据计算的差值，计算误差值，以调整至少一个输入参数和工作参数，从而使误差值降至最小。
10.按照权利要求1所述的水增压器控制系统，其中用户接口是包括被配置成供用户操作的触摸屏显示器的计算机实现的用户接口。
11.一种操作运转中的水增压器控制系统中的一个或多个泵的方法，所述方法包括以下步骤：
接收在所述一个或多个泵在使用中时在不对水增压器控制系统重新编程的情况下通过计算机实现的用户接口输入的第一泵参数，第一泵参数由泵序列模式选择、泵转动选择以及先导泵选择中的至少一个来限定；
接收指示故障状况的报警，其中所述报警被传送给现场外的远程位置；
检查所述报警，并且向一个或多个泵传送响应；以及
响应所述报警，调整第一泵参数。
12.按照权利要求11所述的方法，还包括在所述一个或多个泵在运转时，在计算机实现的用户接口上查看和/或编辑第一泵参数的步骤。
13.按照权利要求11所述的方法，其中在计算机实现的用户接口上选择第一泵参数包括选择第一先导泵和第一滞后泵中的至少一个，其中第一先导泵被配置成在启动循环期间转动，并且当在启动循环期间只启动一个泵时，转动到泵序列中的第一滞后泵。
14.按照权利要求13所述的方法，其中第一滞后泵变成新的先导泵，并且第一先导泵变成将被关闭的第一个泵，并且新的先导泵是新的启动循环中的最后开启的泵，并且其中当启动了不止一个泵时，新的先导泵是序列中的下一个泵。
15.按照权利要求11所述的方法，其中所述泵转动选择包括定时泵转动选择，如果用户选择定时泵转动选择，那么当时间参数已过去时先导泵变成另一个泵，以及滞后泵根据需要关闭和开启。
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