CN109478073A - 用于变速泵送应用的泵控制设计工具箱技术 - Google Patents

Abstract

用于在具有系统流量和压力要求的液体循环泵系统中提供变速泵控制的设备，其特征在于信号处理器或处理模块，其被配置为：接收包含关于系统特性曲线，以及由泵操作员进行对至少一个控制参数的实时改变的信息的信令，该实时改变用于液体循环泵系统的系统流量和压力要求，以调节液体循环泵系统的性能；并且确定包含关于至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的信令调节所述液体循环泵系统的性能，以符合所述液体循环系统的系统流量和压力要求。

Description

用于变速泵送应用的泵控制设计工具箱技术

与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月31日提交的美国临时申请62/343,352(代理人案卷号911-019.026-1/FB&G-X0026US)的权益，其全部内容通过引用结合于此。

本发明建立在下面确定的其他相关申请中公开的技术家族的基础上。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于控制泵送系统的技术和在这种泵送系统中的与泵送相关的应用。

2.相关技术简述

下面阐述的参考文献[1-9]公开了各种变速泵控制，其具有先进的节能和无传感器控制技术，用于加热和冷却闭环液体循环应用、增压器、工业和农业应用，例如参见图1，所有这些都被转让给本申请的受让人。随着所有新技术的引入，一些传统上未知的泵系统操作参数或特性曲线，例如变化系统特性曲线，自适应控制设定点，压力或流速(无传感器)等等，变得已知并且可以被呈现给工程师和操作员以实时更好了解泵系统控制的操作状态。

通过另外的示例，下面的参考文献[10]公开了一种实时图形无传感器节能泵控制器，其例如主要包括实时图形泵系统控制操作显示和监视模块，基于选自泵数据库以及从节能控制模块和与其集成的无传感器转换器模块提供的运行时操作变量的泵特性数据，其也被转让给本申请的受让人。在实时图形和数字显示方面利用图形触摸屏不仅可以在绘制有最大泵曲线和曲线终点的泵操作区域内以实时方式观察泵和系统特性信息，例如泵、系统和控制曲线的交叉点，也可以观察相应的控制值，例如瞬时流速和压力、自适应设定值等，也在此时据此操作泵。

发明内容

总之，本发明提供了一种用于变速泵控制的新型泵控制设计工具箱，利用该工具箱可以在整个设计泵特性曲线中获得所需的泵控制曲线，该泵控制曲线基于现场的系统特性交互地和实时地被重新配置，以满足系统中的流量和压力要求。泵控制设计工具箱使泵控制设置程序被显著改订，其中泵控制操作设置和维护更加容易，并且用于任何未知的液体循环系统应用，以实现最佳的泵送操作效率以节省能量。此外，工具箱泵控制设计可以包括与系统和流量自适应控制集成的液体循环系统识别模块，从而可以实现自动泵控制设置功能，以最小化的泵送能量消耗自动地在液体循环系统上设置和运行。

具体实施例

举例来说，本发明提供了一种新的和独特的技术，用于在具有系统流量和压力要求的液体循环泵系统中提供变速泵控制。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取设备的形式，例如以信号处理器或处理模块为特征，该信号处理器或处理模块被配置为：

接收包含关于液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求，以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，该实时改变用于调节液体循环泵系统的性能；并且

确定包含关于至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的信令调节液体循环泵系统的性能，以符合液体循环系统的系统流量和压力要求。

根据一些实施例，本发明可包括以下特征中的一个或多个：

该设备可以包括泵控制设计工具箱，或者形成泵控制设计工具箱的一部分，该泵控制设计工具箱配置有信号处理器或处理模块和显示器的组合，用于提供与泵控制设计工具箱相关的显示功能。

信号处理器或处理模块可以被配置为提供相应的信令作为显示控制信令；并且该设备可以包括显示器，该显示器响应显示控制信令并提供包含信息的显示信令，例如，关于：

液体循环泵系统的系统特性曲线和系统流量和压力要求中的至少一个；和

泵控制设计工具箱设置屏幕，其具有至少一个控制参数以调节液体循环泵系统的性能。

显示器可以包括用于由泵操作员触摸的触摸屏显示器，以便由泵操作员对至少一个控制参数进行实时改变，以调节液体循环泵系统的性能。

至少一个控制参数可以包括“设定点”参数和控制“曲线形状”参数；并且由泵操作员进行的实时改变可以包括对“设定点”参数或控制“曲线形状”参数或“设定点”参数和控制“曲线形状”参数两者的调整。

显示器可以响应显示控制信令并提供至少一个泵、系统或控制曲线，包括即时泵曲线、即时系统曲线和控制曲线。

显示控制信令可以包含关于设计系统曲线和设计泵曲线的信息；并且显示器实时提供设计系统曲线和设计泵曲线，以供泵操作员查看。

显示器可以响应显示控制信令并提供以下中的一个或多个：

以psi为单位的泵压力，

以gpm为单位的泵流量，

以kW为单位的泵功率，和

以rpm为单位的泵马达速度n。

显示器可以响应显示控制信令并提供泵控制设计工具箱设置屏幕，其包括一个或多个下拉菜单以由泵操作员输入或选择设置数据，包括用于限定所设计的泵、系统和控制曲线的至少一个控制点。

由泵操作员进行的实时改变可以包括或者采取泵操作员输入到显示屏上的字段、框等中显示的参数的形式，例如通过一个或多个键盘输入以及泵操作员对被显示在显示屏上的参数、曲线、虚拟按钮、图标或要求的触摸屏输入，例如通过一个或多个手指或手写笔输入。

显示屏还可以包括一个或多个控制指令图标，供泵操作员用手触摸和/或通过点击鼠标致动，以实现至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计，以调节液体循环泵系统的性能，以符合液体循环系统的系统流速和压力要求。举例来说，泵操作员的一个或多个控制指令图标可以包括指令图标，使得可以实现自动泵控制设置功能，以利用最小化的泵送能量消耗而自动地在液体循环系统上设置和运行。信号处理器或信号处理模块可以被配置为提供相应的信令作为控制信令，以实现至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计，以调节液体循环泵系统的性能以符合液体循环系统的系统流速和压力要求，例如与泵操作员触摸或致动的一个或多个控制指令图标一致。

举例来说，信号处理器或处理模块可以包括或采取至少一个信号处理器和至少一个包括计算机程序代码的存储器的形式，并且至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，利用至少一个信号处理器，使信号处理器至少接收信令(或者，例如另外的信令)并基于所接收的信令确定相应的信令。信号处理器或处理模块可以配置有合适的计算机程序代码，以便实现与本文所述一致的合适的信号处理算法和/或功能。

通过另外的示例，本发明可以采用以下方法的形式：

在信号处理器或信号处理模块中接收包含关于液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求，以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，该实时改变用以调节液体循环泵系统的性能；并且

在信号处理器或信号处理模块中确定包含关于至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的信令调节液体循环泵系统的性能，以符合液体循环系统的系统流量和压力要求。

该方法还可以包括这里阐述的一个或多个特征，包括从信号处理器或处理模块提供相应的信令作为控制信令以控制泵送系统中的泵，例如包括在这样的泵送系统中。

本发明提供了一种新技术，该技术是本文所述的上述技术家族的进一步发展，并且建立在其上。

附图说明

附图包括以下图，这些图不一定按比例绘制：

图1包括图1A和1B，示出了具有例如可以实现本发明的先进的节能和无传感器控制技术的变速泵控制系统的示例。

图2示出了根据本发明的一些实施例的显示泵控制设计工具箱实现方案的显示器的示例。

图3示出了根据本发明的一些实施例的显示泵控制设计工具箱设置屏幕实现方案的显示器的示例。

图4示出了根据本发明的一些实施例的具有泵控制设计工具箱的触摸屏泵送控制系统的示例。

图5示出了根据本发明的一些实施例的用于恒定动态分数损失系统的设置的显示的示例。

图6示出了根据本发明的一些实施例的具有有限动态分数损失变化区域的设置的显示的示例。

图7示出了根据本发明的一些实施例的在全泵操作液体循环域内具有变化系统的设置的显示的示例。

图8是根据本发明的一些实施例的用于实现泵控制设计工具箱的设备的框图，该泵控制设计工具箱例如具有信号处理器或处理模块。

具体实施方式

1.概述

根据本发明，在此提出了一种泵控制设计工具箱，其被调制为变速泵控制的关键部分，其具有泵控制设置程序的新概念，以满足系统中的流量和压力要求。凭借其交互、实时和现场特征的特性，泵控制设计工具箱使泵控制设置程序被显著改订，以此在基于现场实时系统特性重新配置所需的泵特性曲线及其相应的控制曲线的整个过程中可以设计或重新设计泵控制。泵控制设计工具箱可以用于任何未知的液体循环系统应用，以实现最佳的泵送操作效率以节省能量，其中泵控制操作设置和维护程序更加容易。除了上面提到的所有这些之外，泵控制设计工具箱的引入可以具有在工厂中显著减少泵叶轮修整和测试的泵制造程序的潜力。

2.泵控制设计工具箱

这里公开的泵控制设计工具技术，例如在图2中示意性地示出，是泵和控制重新设计工具箱模块，利用该泵和控制重新设计工具箱模块可以基于在显示器或显示屏上实时显示的系统特性曲线以及或连同系统中的流量和压力要求而设计或重新设计泵曲线及其相应的控制曲线。

这里，相应标记的最大泵曲线(MPC)和系统曲线(EOC)的终点可以基于从包含相应泵特性数据的数据库中选择的泵模型导出。最大泵操作液体循环区域由最大泵曲线(MPC)和系统曲线(EOC)的终点定义，其中变速泵可以正常运行。注意，这里所述的变速泵是连同其相应的变速驱动器一起的泵。

根据系统流动方程和泵相似定律，在马达速度为n处也可以得到、相应地标记即时系统曲线(ISC)以及即时泵曲线(IPC)，具有由传感器或无传感器的转换器给出的相应的即时系统流速和压力。在n＝60Hz时，即时泵曲线(IPC)可以从n＝0变化到最大泵曲线(MPC)，而即时系统曲线(ISC)可以从C_v＝0变化到C_v＝C_vEOC，受限于泵可以运行的最大泵操作区域。因此，例如如果泵送操作超出最大泵操作区域以保护泵免受EOC及其相关的不利的泵操作条件，则可以启动最终警报。

利用本文公开的泵控制设计工具箱模块，主要地，相应标记的设计泵曲线(DPC)和设计系统曲线(DSC)以及其相应标记的相应控制曲线(CCC)可以由泵操作员交互地实时和现场地设计或重新设计，例如基于显示屏上显示的系统特性曲线以及系统中的流量和压力要求。

被设计成在系统中提供所需的压力和流速的泵和系统曲线(例如，图2中的DPC和DSC)可以通过泵操作员在显示屏中输入的泵设计点或泵工作点来限定。用于推导泵控制的自适应设定点以满足系统中所需的流速和压力的控制曲线(例如，图2中的CCC)由压力“设定点”和“曲线形状”的两个控制参数限定。可以沿着设计系统曲线(DSC)选择限定控制曲线位置的压力设定点。这里，可以独立地调节设定点，以使控制曲线相对于系统流量要求“稍微”更接近系统曲线，以实现更好或改进的泵送效率。限定控制曲线形状的第二参数是“曲线形状”参数，例如，可以选择该参数来限定在0、“线性控制曲线”和高达100、“二次曲线”之间的控制曲线形状使控制曲线“大幅”更接近系统，以实现更好或改进的泵送效率。

由于泵操作区域受到给定系统的设计泵和系统曲线(例如，DPC和DSC)的限制，因此即时泵曲线(IPC)可以从n＝0变化到n＝n_design Hz处的设计泵曲线(DPC)，并且即时系统曲线(IPC)可以从C_v＝0变化到C_v＝C_vdesign，以立即提供所需的系统流量和压力。类似地，例如如果泵送操作超出设计的泵操作区域，则可以引发主要警告。

在设置泵设计曲线及其相应的控制曲线之后，泵可以在参考文献[1、2、5、7]中所述的泵控制中的自适应控制模块之一下被运行或正运行以在系统中提供所需的流速和压力。

图3显示了设置显示屏的示例或原型，用于使用下拉菜单或数字框输入或选择设置数据来设置设计和控制曲线，该设置数据可以输入设计点和参数来定义设计泵和系统曲线以及其相应的控制曲线。备选地并且最佳地，可以在图形触摸屏中输入上面讨论的设计点和压力设定点，或者直接将“+”符号拖动到期望的位置。

另外，压力、流速、泵速、功率等的数字计量表也可以直接添加在图形显示屏中，以提供泵操作和系统操作数据的实时读数。

图4显示了具有泵控制设计工具箱的泵送控制系统的示例或原型，其在图形触摸屏中显示泵特性曲线和控制曲线。

通过利用集成在上面介绍的触摸屏泵控制器中的泵控制设计工具箱，可以更容易地设计泵及其相应的控制以满足系统流量和压力要求。通过泵控制设计工具箱中的这些新功能，泵控制及其设置程序可以被显著地重新配置，其中在泵和系统特性曲线以及相应的控制曲线上的交互式设计或重新设计在现场实时交互设置，适用于任何未知的液体循环系统，并且易于实现最佳的泵送操作效率以节省能量，除了对于减少繁琐和昂贵的叶轮修整程序的需求的潜力之外，也易于泵操作维护。

此外，所有关于泵、系统、控制操作及其相应读数的信息都以图形和数字方式显示，这使得泵操作和维护更加容易和快速，以便由泵操作员实施。

几个节能控制算法或其功能模块，特别是下面给出的参考文献[1-2、5、7]中的自适应流量控制和自适应系统控制，可以与泵控制中的泵控制设计工具箱集成，以节省泵送操作能量。这里，节能控制功能模块产生相对于实时系统流量或即时系统变化位置的自适应压力控制设定点。

利用下面给出的参考文献[7]中的液体循环系统识别模块和与系统和流量自适应控制相结合的移动流量峰值检测器，可以实现自动泵控制设置功能以自动导出期望的泵设计点以及最小压力设定点。为此，通过泵控制设计工具箱中的一个“自动控制”按钮或图标，可以利用最小化的泵送能量消耗为已知或未知的液体循环系统自动设置和运行泵控制。

关于室外温度变化以及昼夜温度调度功能模块的节能模块可以被实现并集成到泵控制中的泵控制设计工具箱中，以在考虑这些环境的情况下节省泵送操作能量。

在此，泵控制设计工具箱平台中提到的用于节能控制的流量和压力信号可以由无传感器的转换器或通过传感器提供，以获得在屏幕中显示的实时泵、系统和控制特性曲线。

此外，泵控制设计工具箱中的图形触摸屏显示器(例如，也参见图8中的元件10c)将是选择或输入设计点以及用于显示曲线和操作数据的最佳方式之一。备选地，一些低成本可编程逻辑器件(PLD)或甚至印刷电路(PC)板也可用于泵控制设计工具箱，只要可以输入泵设计点和设定点并且相应的实时系统系数Cv作为数字值可以被提供用于设计和控制设置参考即可。而且，通过利用泵控制设计工具箱中引入的技术和程序，也可以使用一些更好的图形触摸屏显示技术。3.一般设置程序

如本领域技术人员将理解的，当控制曲线与系统曲线对准时，可以获得最高的泵送效率。换句话说，从控制曲线导出的自适应压力设定点通常应该在系统曲线上或附近，使得系统不会受到欠压或过压，以便在系统中获得所需的流速。因此，泵送操作能量可以被最小化以降低操作成本。利用本文介绍或阐述的泵控制设计工具箱，可以设置控制曲线以容易地与系统曲线对准，特别是对于实质上具有恒定动态摩擦损失的液体循环系统。然而，对于变化的动态摩擦损失系统，例如具有控制阀或流量调节器的系统，可能需要稍微更多关注以利用具有最高的泵送效率设置所述设计泵曲线(DPC)及其相应的控制曲线(CCC)，以节省能量。

根据本发明，可以通过使用泵控制设计工具箱在显示屏上容易地观察现场中未知系统的系统变化区域。可以相应地定义所需的泵设计点和压力设定点，例如对于被定义的设计泵曲线(DPC)和设计系统曲线(DSC)以及相应的控制曲线(CCC)，以利用最高的泵送效率满足系统流量和压力要求以节省能量。通过由使用原位实时交互式泵控制设计工具箱给出的系统实现最佳效率泵送控制的若干应用实例分别被如下介绍。

a)恒定动态分数损失系统：

考虑到具有恒定动态分数损失的系统，可以首先相对于被显示在显示屏上的其系统曲线以及系统中的流量和压力要求来选择泵设计点，例如泵设计点定义所述设计泵曲线和设计系统曲线。通常，泵设计点，例如为了满足最大系统压力和流速要求(例如，150psi、360gpm)，可以被正确设置在屏幕上显示的系统曲线上，如图5所示，以实现泵送系统的最佳效率。备选地，它可以在所考虑点的顶部向右上方略微变化。

例如定义所述控制曲线位置的压力设定点可以独立地沿着设计系统曲线(DSC)和向下被选择，并且可以被调节以允许控制曲线稍微更接近系统以实现更好或改进的泵送效率。

例如，可以沿着控制曲线设置130psi的压力设定点(SP)以及“曲线形状”数字15，以满足系统中的最大压力要求。此外，由控制“曲线形状”参数定义的控制曲线形状也可以在0、“线性控制曲线”和100、“二次曲线”之间选择，以允许控制曲线稍微更接近于该系统，以实现更好或改进的泵送效率。

在泵设计曲线以及其相应的控制曲线被设置之后，泵可以在泵控制设计工具箱中的自适应控制模块下被运行或正运行，以在系统中提供所需的流速和压力。

b)具有有限动态分数损失变化区域的变化系统：

通过另外的示例，当考虑具有从其最小值(Cv＝Cv_min)到其最大值(Cv_max)的变化动态分数损失的系统时，定义所述设计泵曲线和系统曲线的泵设计点例如可以首先关于显示屏上显示的系统最大位置以及系统中的最大流量和压力要求(例如，150psi、360gpm)而被选择。压力和流速的设计点可以在最大系统曲线上(在设计系统曲线上或附近)被正确定义，如图6所示，以实现泵系统的最佳效率。

类似地，控制曲线压力设定点及其曲线形状可以独立地沿着设计系统曲线和向下选择并且被调整以允许控制曲线更接近系统以实现更好或改进的泵送效率。再次例如，可以沿着控制曲线设置130psi的压力设定点(SP)以及“曲线形状”数字15，以满足系统中的最大压力要求。在泵设计曲线以及其相应的控制曲线被设置之后，泵可以在泵控制设计工具箱中的自适应控制模块下被运行或正运行，以在系统中提供所需的流速和压力。

c)全泵操作液体循环域内的变化系统：

通过另外的示例，当考虑具有从关闭位置到完全打开位置直到泵最佳效率曲线(BEC)的动态分数损失的系统时，例如限定所述设计泵曲线和设计系统曲线的泵设计点可以相对于显示屏上显示的泵最佳效率曲线(BEC)以及系统中的流量和压力要求被选择，如图7所示。压力和流速的设计点可以在BEC曲线上被正确定义，或者备选地在该点的顶部右上角稍微偏移，以实现泵送系统的最佳效率。

现在可以沿着BEC上的设计系统曲线例如选择定义控制曲线的压力设定点。同样，压力设定点和曲线形状也可以被独立调节，以使控制曲线稍微更接近系统，以获得更好或改进的泵送效率。

通常，如果可能没有给出其他特定要求，则可以通过泵BEC选择在其最佳效率点(BEP)附近定义的泵工作点作为泵设计点。在此之下，在泵送操作期间，导出的自适应压力设定点通常总是接近或靠近PBC曲线，从而可以相应地节省泵操作能量。

图8：信号处理功能的实现

通过另外的示例，图8示出了根据本发明一些实施例的用于实现相关信号处理功能的设备10。该设备的特征在于信号处理器或处理模块10a，其至少配置为：

接收包含关于液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，该实时改变用以调节液体循环泵系统的性能；并且

确定包含关于至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的信令调节液体循环泵系统的性能，以符合液体循环系统的系统流量和压力要求。

在操作中，信号处理器或处理模块10a可以被配置为提供相应的信令作为控制和/或显示信令以控制液体循环泵系统和/或在显示器10c上实现与泵控制设计工具箱有关的显示功能(例如，参见图8)。

信号处理器或处理模块10a可以被配置在泵控制设计工具箱或泵系统和/或泵系统控制中，或者形成泵控制设计工具箱或泵系统和/或泵系统控制的一部分，例如其可以包括被配置在其中的一个或多个泵控制或控制器或结合其中配置的一个或多个泵控制或控制器实施。举例来说，设想了这样的实施例，其中该设备是具有泵系统控制器或具有信号处理器或处理模块10a的控制器的泵系统，并且设想了这样的实施例，其中该设备是具有信号处理器或处理模块10a的一个或多个泵控制或控制器，或采用其形式。

举例来说，可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现设备10的功能。在典型的软件实现中，设备10将包括一个或多个基于微处理器的架构，其具有例如至少一个类似信号处理器或微处理器的元件10a。本领域技术人员能够用合适的程序代码(诸如基于微控制器或基于微处理器的实施方案)来编程，以执行这里所述的功能而无需过度的实验。例如，信号处理器或处理模块10a可以由例如本领域技术人员配置而无需过多的实验，以接收包含关于液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，该实时改变用以调节液体循环泵系统的性能，与本文所公开的一致。

此外，信号处理器或处理模块10a可以由例如本领域技术人员配置而无需过多的实验，以确定包含关于至少一个泵、系统或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以根据所接收到的信令来调节液体循环泵系统的性能，以符合液体循环系统的系统流量和压力要求，与本文所公开的一致。

本发明的范围并非旨在被限制到使用现在已知的或以后将来开发的技术的任何特定的实施方案。本发明的范围旨在包括实施处理器10a的功能，该处理器作为独立处理器、信号处理器或者信号处理器模块，以及分离的处理器或者处理器模块，以及其某种组合。

设备10还可以包括：例如包括随机存取存储器或存储器模块(RAM)和/或只读存储器(ROM)的其它信号处理器电路或组件10b，输入/输出装置和控制，以及连接其的数据和地址总线和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器，例如其将被本领域技术人员领会。

各种新颖点

本发明还可以包括或采取以下实施例/实施方案中的一个或多个的形式：

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中用于泵控制的泵控制设计工具箱技术主要包括原位实时交互式泵控制设计工具箱，利用其可以在整个设计泵特性曲线中获得所需的泵控制曲线，泵特性曲线根据现场系统特性被交互和实时地重新配置，以满足系统中的流量和压力要求。泵控制设计工具箱使泵控制设置程序被显著重新改订，其中泵控制操作设置和维护更加容易，并且用于任何未知的液体循环系统应用，以实现最佳的泵送操作效率以节省能量。它可以大大降低对工厂中叶轮修整的泵制造程序的要求。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵控制设计工具箱技术可以包括具有泵控制特性曲线和设计数字设置的触摸屏模块，例如，其被示意性地示出在图2-4中。这里，最大泵曲线(MPC)和系统曲线(EOC)的终点基于从包含相应泵特性数据的数据库中选择的泵模型被导出。最大泵操作液体循环区域由最大泵曲线(MPC)和系统曲线(EOC)的终点定义，其中变速泵可以正常运行。注意，这里阐述的变速泵可以与其变速驱动器一起被配置为泵。根据系统流动方程和泵相似定律，在马达速度为n处也可以得到即时系统曲线(ISC)以及即时泵曲线(IPC)，具有由传感器或无传感器的转换器给出的相应的即时系统流速和压力。在n＝60Hz时，即时泵曲线(IPC)可以从n＝0变化到最大泵曲线(MPC)，而即时系统曲线(ISC)可以从C_v＝0变化到C_v＝C_vEOC，受限于泵可以运行的最大泵操作区域。因此，例如如果泵送操作超出最大泵操作区域以保护泵免受EOC，则可以启动最终警报。利用本文公开的原位泵控制设计工具箱模块，主要地，设计泵曲线(DPC)和设计系统曲线(DSC)以及其相应控制曲线(CCC)可以被交互地实时和现场地设计或重新设计，例如基于显示屏上显示的系统特性曲线以及系统中的流量和压力要求。被设计成在系统中提供所需的压力和流速的泵和系统曲线可以例如通过泵操作员通过在显示屏中输入的泵设计点或通过泵工作点来限定。例如用于推导泵控制的自适应设定点以满足系统中所需的流速和压力的控制曲线可以由压力“设定点”和“曲线形状”的两个控制参数限定。可以沿着设计系统曲线选择限定控制曲线位置的压力设定点。这里，可以独立地调节设定点，以使控制曲线相对于系统流量要求稍微更接近系统曲线，以实现更好或改进的泵送效率。限定控制曲线形状的第二参数是“曲线形状”参数，其中可以选择该参数来限定在0、“线性控制曲线”和100、“二次曲线”之间的控制曲线形状使控制曲线更接近系统，以实现更好或改进的泵送效率。由于泵操作区域受到给定系统的设计泵曲线(DPC)和设计系统曲线(DSC)的限制，因此即时泵曲线可以从n＝0变化到n＝n_design Hz处的设计泵曲线(DPC)，并且即时系统曲线(ISC)可以从C_v＝0变化到C_v＝C_vdesign，以立即提供所需的系统流量和压力。类似地，例如如果泵送操作超出设计的泵操作区域，则可以引发主要警告。在泵设计曲线以及其相应的控制曲线被设置之后，泵可以在与泵控制设计工具箱集成的自适应控制模块下被运行或正运行，以在系统中提供所需的流速和压力。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵控制设计工具箱技术中的设计和控制曲线的设置可以通过下拉列表或数字框来实现以输入或选择如图3所示的设置数据，设置数据可以用于输入设计点和参数，以定义设计泵和系统曲线及其控制曲线。备选地并且最佳地，可以在图形触摸屏中输入上面讨论的设计点和压力设定点，或者直接将“+”符号拖动到期望的位置。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵控制设计工具箱技术也可以包括用于压力、流速、泵速、功率等的一些数字计量表，其可以添加在直接显示的图形屏幕中，以提供泵操作和系统操作数据的实时读数。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵控制设计工具箱技术中的最大泵曲线(MPC)及其对应的曲线终点(EOC)可以包括通过下拉框在显示屏上输入的数据阵列或硬编码数据。优选地，数据可通过集成泵制造商数据库选择。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵控制设计工具箱技术中使用的即时实时流速和压力信号可以包括从包括传感器、无传感器或者它们的替代物的所有可行技术得到的信号，例如与本文所述的一致。

信号也可以用于导出实时系统曲线和自适应压力控制设定点。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中本文公开的泵控制设计工具箱技术还可以包括一些其他PLD或PC板，其具有在触摸屏上描述的全部或部分功能和过程，只要可以实现泵和控制特性设计或重新设计概念，以获得所需的泵控制，以满足系统流量和压力要求，以节省这里描述的能量即可。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中与泵控制设计工具箱技术集成的自适应泵控制的控制曲线可以包括在本文阐述的参考文献[1-2、5、7]中公开的若干节能控制算法或其功能模块，例如为了节省泵操作能量，在瞬时系统变化位置处导出相对于实时系统流速和压力的自适应压力控制设定点。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中与泵控制设计工具箱技术集成的自适应泵控制器可以包括液体循环系统识别模块和与本文参考文献[7]中提出的系统和流量自适应控制集成的移动流量峰值检测器，例如可以实现自动泵控制设置功能以自动导出期望的泵设计点以及最小压力设定点。为此并且举例来说，通过泵控制设计工具箱中的一个合适的“自动控制”按钮或图标，可以利用最小化的泵送能量消耗为已知或未知的液体循环系统自动设置和运行泵控制。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中与泵控制设计工具箱技术集成的节能模块可以包括关于室外温度变化的节能模块以及昼夜温度调度功能模块，例如其可以被实现并集成到泵控制中的泵控制设计工具箱中，以便在考虑这些环境条件的情况下节省泵送操作能量。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中泵送液体循环系统可以包括所有闭环或开环液体循环泵送系统，例如主泵送系统、二次泵送系统、水循环系统和增压系统。这里提到的系统也可以由单个区域或多个区域组成。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中由传感器或本文公开的无传感器的转换器得到的液体循环信号可以包括泵压差、系统压力或区域压力、系统或区域流量，等等。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中传输的控制信号和本文公开的布线技术可以包括当前使用的所有传统的传感和传输技术。优选地，可以优化无线传感器信号传输技术。

根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下实施方案的形式，其中本文公开的用于本文公开的液体循环泵送系统的泵可以包括单个泵、循环器、一组并联的泵或循环器、一组串联组合泵或循环器、或它们的组合。

计算机程序产品

本发明还可以例如采用计算机程序产品的形式，该计算机程序产品具有带有嵌入其中的计算机可执行代码的计算机可读介质，用于实现该方法，例如当在形成这种泵或阀控制器的一部分的信号处理装置上运行时。举例来说，该计算机程序产品可以例如采用CD、软盘、存储器棒、存储器卡以及其他类型或种类的存储器装置的形式，其可以在现在已知或以后开发的这种计算机可读介质上存储这样的计算机可执行代码。

其他相关应用

本申请涉及专利申请，该专利申请构成由本发明的一个或多个发明人开发的、被转让给本申请的受让人并在专利文献中公开的整个技术家族的一部分，如下：

参考文献[1]：美国申请序列号12/982,286(代理人案卷号911-019.001-1//FB&G-1001)，2010年12月30日提交，名称为“使用变化的等效系统特性曲线进行泵控制的方法和设备，AKA自适应控制曲线”，于2014年4月15日以美国专利号8,700,221授权；

参考文献[2]：美国申请序列号13/717,086(代理人案卷号911-019.004-2//FB&G-X0001)，2012年12月17日提交，名称为“用于变速泵控制的动态线性控制方法和设备”，其要求美国临时申请号61/576,737的权益，2011年12月16日提交，现已放弃；

参考文献[3]：美国申请序列号14/091,795(代理人案卷号911-019.009-2//FB&G-X0005)，2013年11月27日提交，名称为“3D无传感器转换方法和设备”，其要求美国临时申请号61/771,375的权益，2013年3月1日提交，现已放弃；

参考文献[4]：美国申请序列号14/187,817(代理人案卷号911-019.010-2//FB&G-X0008)，2014年2月24日提交，名称为“用于泵差压和流量监测的混合理论和离散无传感器的转换器”，其要求美国临时申请号61/803,258的权益，2013年3月19日提交，现已放弃；

参考文献[5]：美国申请序列号14/339,594(代理人案卷号911-019.012-2//FB&G-X0010US01)，2014年7月24日提交，名称为“用于液体循环泵送系统的无传感器自适应泵控制设备”，其要求美国临时申请序列号61/858,237的权益，2013年7月25日提交，现已放弃；

参考文献[6]：美国申请序列号14/680,667(代理人案卷号911-019.014-2//F-B&G-X0012US01)，2015年4月7日提交，名称为“用于泵压差和流量监测的最佳无亲和传感器转换技术”，其要求临时专利申请序列号61/976,749的权益，2014年4月8日提交，现已放弃；

参考文献[7]：美国申请序列号14/730,871(代理人案卷号911-019.015-2//FB&G-X0013US01)，2015年6月4日提交，名称为“系统和流量自适应无传感器泵送控制设备节能泵送应用”，其要求临时专利申请序列号62/007,474的权益，2014年6月4日提交，现已放弃；

参考文献[8]：美国申请号15/044,670(代理人案卷号911-019.019-2/FB&G-X0016US)，2016年2月16日提交，名称为“无传感器泵送控制应用的检测装置”，其要求美国临时申请号62/116,031的权益，2015年2月13日提交，名称为“无传感器泵送控制应用的无流量检测装置”；

参考文献[9]：美国申请序列号15/173,781(代理人案卷号911-019.020-2//FB&G-X0020US01)，2016年6月6日提交，名称为“直接数字亲和泵无传感器转换器”，其要求临时专利申请序列号62/170,997的权益，2015年6月4日提交，现已放弃；以及

参考文献[10]：美国申请序列号15/217,070(代理人案卷号911-019.022-2//F-B&G-X0022US01)，2016年7月22日提交，名称为“高级实时图形无传感器节能泵控制系统”，其要求临时专利申请序列号62/196,355的权益，现已放弃；

这些都转让给本专利申请的受让人，并且它们全部通过引用结合在此。

本发明的范围

应该理解的是，除非本文另有说明，否则关于本文中的特定实施例描述的任何特征、特性、备选方案或修改方案也可以被应用、使用或并入本文描述的任何其它实施例。而且，这里的附图不是按比例绘制的。

尽管通过关于离心泵的示例描述了本发明，但是本发明的范围旨在包括将其用于现在已知或将来开发的其他类型或种类的泵。

尽管已经参考其示例性实施例描述和说明了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其里面或对其进行前述和各种其他添加和省略。

Claims (20)

1.一种用于在具有系统流量和压力要求的液体循环泵系统中提供变速泵控制的设备，包括：

信号处理器或处理模块，被配置为用于：

接收包含关于所述液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求、以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，所述实时改变用以调节所述液体循环泵系统的性能；并且

确定包含关于至少一个泵曲线、系统曲线或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的所述信令调节所述液体循环泵系统的性能，来符合所述液体循环系统的所述系统流量和压力要求。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括泵控制设计工具箱，或者所述设备形成所述泵控制设计工具箱的一部分，所述泵控制设计工具箱被配置有所述信号处理器或所述处理模块和显示器的组合，所述显示器用于提供与所述泵控制设计工具箱相关的显示功能。

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提供所述相应的信令作为显示控制信令；并且

所述设备包括显示器，所述显示器响应所述显示控制信令、并且提供包含关于以下的信息的显示信令：

所述液体循环泵系统的所述系统特性曲线和所述系统流量和压力要求中的至少一项；和

泵控制设计工具箱设置屏幕，具有所述至少一个控制参数以调节所述液体循环泵系统的性能。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述显示器是用于所述泵操作员触摸的触摸屏显示器，以便由所述泵操作员对所述至少一个控制参数进行所述实时改变，以调节所述液体循环泵系统的性能。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述至少一个控制参数包括“设定点”参数和控制“曲线形状”参数；并且

由所述泵操作员进行的所述实时改变包括：调整所述“设定点”参数、或所述控制“曲线形状”参数、或所述“设定点”参数和所述控制“曲线形状”参数二者。

6.根据权利要求3所述的设备，其中所述显示器响应所述显示控制信令，并且提供至少一个泵曲线、系统曲线或控制曲线，包括即时泵曲线、即时系统曲线和控制曲线。

7.根据权利要求3所述的设备，其中所述显示控制信令包含关于设计的系统曲线和设计的泵曲线的信息；并且

所述显示器实时提供所述设计的系统曲线和所述设计的泵曲线，以由所述泵操作员查看。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述显示器响应所述显示控制信令，并且提供以下中的一个或多个：

以psi为单位的泵压力，

以gpm为单位的泵流量，

以kW为单位的泵功率，和

以rpm为单位的泵马达速度n。

9.根据权利要求3所述的设备，其中所述显示器响应所述显示控制信令，并且提供泵控制设计工具箱设置屏幕，所述泵控制设计工具箱设置屏幕包括一个或多个下拉菜单以由所述泵操作员输入或选择设置数据，包括用于限定所设计的泵曲线、系统曲线和控制曲线的所述至少一个控制点。

10.一种用于在具有系统流量和压力要求的液体循环泵系统中提供变速泵控制的方法，包括：

在信号处理器或信号处理模块中接收包含关于所述液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求、以及由泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令，所述实时改变用以调节所述液体循环泵系统的性能；并且

在所述信号处理器或信号处理模块中确定包含关于至少一个泵曲线、系统曲线或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令，以基于所接收的所述信令调节所述液体循环泵系统的性能，来符合所述液体循环系统的所述系统流量和压力要求。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括：将所述信号处理器或信号处理模块配置在泵控制设计工具箱中、或作为泵控制设计工具箱的一部分，所述泵控制设计工具箱具有用于提供与所述泵控制设计工具箱相关的显示功能的显示器。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括：

配置所述信号处理器或处理模块以提供所述相应的信令作为显示控制信令；并且

利用显示器来响应所述显示控制信令，并且提供包含关于以下的信息的显示信令：

所述液体循环泵系统的所述系统特性曲线和所述系统流量和压力要求中的至少一项；和

泵控制设计工具箱设置屏幕，具有至少一个控制参数以调节所述液体循环泵系统的性能。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

使用用于所述泵操作员触摸的触摸屏显示器来作为所述显示器，以便由所述泵操作员对所述至少一个控制参数进行所述实时改变，以调节所述液体循环泵系统的性能。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

包括“设定点”参数和控制“曲线形状”参数作为所述至少一个控制参数；并且

包括调整所述“设定点”参数、或所述控制“曲线形状”参数、或所述“设定点”参数和所述控制“曲线形状”参数二者作为由所述泵操作员进行的实时改变。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

利用所述显示器来响应所述显示控制信令，并且提供至少一个泵曲线、系统曲线或控制曲线，包括即时泵曲线、即时系统曲线和控制曲线。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

在所述显示控制信令中包括关于设计的系统曲线和设计的泵曲线的信息；并且

从所述显示器实时提供所述设计系统曲线和所述设计泵曲线，以由所述泵操作员查看。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

利用所述显示器响应所述显示控制信令，并且提供以下中的一个或多个：

以psi为单位的泵压力，

以gpm为单位的泵流量，

以kW为单位的泵功率，和

以rpm为单位的泵马达速度n。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括：

利用所述显示器响应所述显示控制信令，并且提供泵控制设计工具箱设置屏幕，所述泵控制设计工具箱设置屏幕包括一个或多个下拉菜单以由所述泵操作员输入或选择设置数据，包括用于限定所设计的泵曲线、系统曲线和控制曲线的所述至少一个控制点。

19.一种设备，包括：

用于在信号处理器或处理模块中接收包含关于液体循环泵系统的系统特性曲线、系统流量和压力要求、以及泵操作员对至少一个控制参数进行的实时改变的信息的信令的装置，所述实时改变用以调节所述液体循环泵系统的性能；并且

用于利用所述信号处理器或处理模块确定包含关于至少一个泵曲线、系统曲线或控制曲线的设计/重新设计的信息的相应信令的装置，以基于所接收的所述信令调节所述液体循环泵系统的性能，来符合所述液体循环系统的所述系统流量和压力要求。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述设备包括：

用于提供所述相应信令作为显示控制信令的装置；以及

用于显示响应所述显示控制信令、并且提供包含关于以下的信息的显示信令的装置：

所述液体循环泵系统的所述系统特性曲线和所述系统流量和压力要求中的至少一项；以及

泵控制设计工具箱设置屏幕，具有至少一个控制参数以调节所述液体循环泵系统的性能。