KR20230076819A - 펌프 시스템을 작동하기 위한 방법 - Google Patents

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윈 시
요에리 코켈버그스
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라이볼트 게엠베하
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Abstract

바람직하게는 하나 초과의 펌프를 포함하는 펌프 시스템을 작동하기 위한 방법으로서, 각각의 펌프의 목푯값에 기초하여 최적화될 적어도 하나의 목표 파라미터를 취득하는 단계; 개개의 작동 파라미터로 각각 작동하는 펌프 중 하나 이상에 의해 제공되는 작동 목표를 취득하는 단계; 작동 파라미터와 목푯값 사이에서 펌프 중 하나 초과의 펌프 그리고 바람직하게는 모든 펌프에 대한 관계를 획득하고 목표 함수를 결정하는 단계; 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하고 적어도 하나의 펌프에 대한 작동 파라미터를 취득하는 단계; 및 목표 파라미터를 최적화하기 위해 취득된 작동 파라미터로 작동하도록 적어도 하나의 펌프를 제어하는 단계를 포함하는 방법.

Description

펌프 시스템을 작동하기 위한 방법
본 발명은 바람직하게는 가변-속도 펌프(VSD) 또는 고정-속도 펌프(FS)로서 구축된 하나 초과의 펌프, 즉 진공 펌프 또는 압축기를 포함하는 펌프 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 펌프 시스템에 관한 것이다.
펌프 시스템은 특정 유동 또는 특정 압력, 즉 진공 또는 가압 유체와 같은 작동 목표를 고객에게 제공하기 위해 서로 다른 유형의 펌프 및/또는 서로 다른 펌프를 포함할 수 있다. 여기서, 펌프 시스템의 개개의 펌프는 작동 목표를 제공하기 위해 다양한 방식으로 제어될 수 있다.
여기서, 최적의 상태에서 펌프 시스템을 가동하는 것, 즉 에너지 소비량을 최소화하는 것이 고객의 의도이다. 그러나, 특히 에너지 소비량의 경우, 작동 목표에 기여하는 각각의 펌프의 (가동 속도 등과 같은) 작동값과 개개의 작동 파라미터 사이에는 각각의 펌프 유형(스크롤-펌프, 스크류-펌프 등) 및 각각의 펌프(예를 들어, 크기 또는 용량이 서로 다른 2개의 스크류-펌프)에 대한 복잡한 개별 의존성이 존재한다. 예를 들어, 도 1은 예시적인 진공 펌프에 대한 유동과 전력 소비량 사이의 비-선형 관계, 즉 단위 유동당 전력 소비량 또는 전력 소비 효율을 도시한다. 서로 다른 진공 펌프는 다른 관계를 가질 것이다. 또한, 각각의 펌프에 대해 제약들이 고려되어야 한다: 각각의 VSD 펌프는 최소 유동과 최대 유동 사이에서 연속적인 유동을 제공할 수 있다. 그러나, VSD 펌프는 0 내지 최소치 사이의 유동은 전달할 수 없으며, 또한 최대치를 초과하는 유동도 전달할 수 없다. 각각의 FS는 단지 2개의 유동값: 0 또는 최대치를 전달할 수 있다. 총 유동은 고객에 제공되는 작동 목표 근처의 특정 범위 내에 속할 필요가 있다. 각각의 펌프의 작동값과 소정의 제약 사이의 복잡한 의존성을 고려하면, 펌프 시스템을 최적으로 작동하는 것은 자명하지 않은 일이다.
따라서, 최적의 상태로 펌프 시스템을 작동하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
위의 문제는 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 12에 따른 펌프 시스템에 의해 해결된다.
바람직하게는 하나 초과의 펌프, 즉 진공 펌프 및/또는 압축기를 포함하는 펌프 시스템을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법―펌프 각각은 가변-속도 펌프(VSD) 또는 고정-속도 펌프(FS)로서 구축될 수 있음―으로서,
각각의 펌프의 목푯값에 기초하여 최적화될 적어도 하나의 목표 파라미터를 취득하는 단계;
개개의 작동 파라미터로 각각 작동하는 펌프 중 하나 이상에 의해 제공되는 작동 목표를 취득하는 단계;
작동 파라미터와 목푯값 사이에서 펌프 시스템의 펌프 중 하나 초과의 펌프 그리고 바람직하게는 모든 펌프에 대한 관계를 획득하고 목표 함수를 결정하는 단계;
목표 함수의 최대치/최소치를 결정하고 적어도 하나의 펌프의 작동 파라미터를 취득하는 단계; 및
목표 파라미터를 최적화하기 위해 취득된 작동 파라미터로 작동하도록 적어도 하나의 펌프를 제어하는 단계
를 포함하는 방법.
여기서, 최적화될 목표 파라미터는 전체 펌프 시스템에 대한 목표 파라미터이고, 각각의 개별 펌프는 각각의 펌프의 목푯값에 의해 목표 파라미터에 기여한다.
여기서, 작동 목표는 펌프 시스템, 즉 고객의 작업에 의해 주어지고, 작동 목표는 결합적으로 펌프 시스템의 펌프 중 하나 이상에 의해 제공되며, 펌프 각각은 작동 목표에 기여하는 개개의 작동 파라미터로 작동한다.
특정 펌프의 작동 파라미터와 목푯값 사이의 고려 대상 펌프에 대한 관계는 함수 관계로서 또는 룩-업 테이블에 의해 결정될 수 있다. 펌프에 대한 이러한 관계는 펌프의 제조업체에 의해 공지되어 있으며, 쉽게 구현될 수 있다. 또한, 목표 함수는 작동 파라미터와 목푯값 사이에서 각각의 고려 대상 펌프의 개별 관계에 기초하여 고려 대상 펌프에 대한 작동 목표와 목표 파라미터 사이의 함수 관계를 제공한다.
목표 함수로부터 최대치 또는 최소치가 최적점으로서 결정되고, 이에 의해 적어도 하나 이상의 펌프의 작동 파라미터를 취득한다. 특히, 최적 상태에 대한 작동 파라미터가 고려 대상 펌프 각각에 대해 결정된다.
각각의 펌프에 대해 취득된 작동 파라미터로, 적어도 하나의 펌프가 작동되어 목표 파라미터를 최적화한다.
따라서, 먼저 작동 목표가 목표 파라미터와 함께 정의되는데, 여기서 목표 파라미터가 최적화되어야 한다. 그 후, 각각의 펌프에 대해 목푯값과 작동 파라미터 사이의 관계가 설정되고 목표 함수가 결정된다. 목표 함수에 의해 적어도 하나의 펌프에 대한 최적화된 작동 파라미터가 취득되고, 그 후 목표 파라미터를 최적화하기 위해 이러한 적어도 하나의 최적화된 취득된 버전 파라미터에 의해 펌프 시스템이 제어된다. 바람직하게는, 최적화된 작동 파라미터는 펌프 각각에 대한 목표 함수로부터 결정되며, 훨씬 더 바람직하게는 펌프 시스템의 각각의 펌프에 대해 결정된다.
바람직하게는, 작동 목표는 펌프 시스템이 제공하는 유동 또는 압력이다. 따라서, 펌프 시스템은 펌프 시스템이 전달하는 작업에 따라 특정 유동 또는 압력을 제공해야 한다. 여기서, 펌프 시스템의 펌프는 펌프 시스템의 목표 파라미터를 최적화하면서 작동 목표, 즉 유동 또는 압력을 제공하도록 제어될 필요가 있다. 여기서, 바람직하게는, 작동 목표는 작업에 의해 정의된 마진-오프셋 내에 있을 필요가 있으며 펌프 시스템에 의해 전달될 필요가 있다. 여기서, 펌프 시스템의 서비스 품질을 보장하기 위해 작동 목표는 이러한 마진 내에 있어야 한다. 예를 들어 작동 목표가 유동인 경우, 모든 펌프의 합이 작동 목표에 도달하도록 특정 유동을 제공하기 위해 개별 펌프의 작동 파라미터는 가동 속도일 수 있다. 작동 목표가 압력 또는 정의된 임의의 다른 작동 목표인 경우에도 마찬가지이다.
바람직하게는, 목표 파라미터는 에너지 소비량, 물/오일 소비량, 펌프 시스템의 유지보수 감소 중 하나 이상이다. 따라서, 본 발명에 의해, 에너지 소비량 및/또는 물/오일 소비량을 감소시키고 그리고/또는 펌프 시스템의 유지보수 간격을 증가시키고자 한다 바람직하게는, 목표 파라미터 중 하나 이상이 결합될 수 있으며, 여기서 바람직하게는 목표 파라미터의 우선순위 지정이 가능하다. 목표 파라미터가 에너지 소비량인 경우, 개별 펌프의 목푯값은 개별 펌프의 에너지 소비량이다.
바람직하게는, 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하는 것은 FS가 계속 작동 파라미터를 제공하는 VSD로 간주된 상태에서 제1 가동에서 수행된다. 전술한 바와 같이, 실제 환경에서 FS는 0 또는 최대 속도 또는 유동만 제공할 수 있다. 그러나 목표 함수의 최대치/최소치를 안정적으로 구하기 위해 FS는 계속 작동 파라미터를 제공하는 VSD로 간주된다. 따라서, 목표 함수의 최대치/최소치를 찾을 수 있거나, 적어도 하나의 펌프의 적어도 작동 파라미터가 이 최적값 근처에서 발견되는 것이 보장된다.
바람직하게는, 제1 가동에서, 모든 FS가 0 또는 최대 속도인 작동 파라미터를 갖는 것이 아니면, 즉 작동 파라미터가 FS의 실제 작동 상태와 일치하면, FS는 이에 따라 제1 가동에서 결정된 작동 파라미터를 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 제2 가동의 시작점으로 사용하여 제어될 수 있으며, 여기서 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 스텝 크기가 증가된다. 특히, 스텝 크기는 FS에 대해서만 증가한다. 여기서, 0 및 최대 속도인 FS의 전체 작동 범위에 가까운 스텝 크기를 증가시킴으로써, 제2 가동이 끝날 때 각각의 FS에 대해 0 또는 최대 속도의 FS 작동 파라미터가 결정되도록 보장한다. 따라서, 적어도 제2 가동에 의해 고려 대상 펌프에 대한 작동 파라미터는 개별 펌프가 목표 파라미터를 최적화하기 위해 작동하도록 제어될 수 있는 최적치에 가깝게 결정될 수 있다.
작동 목표가 펌프 시스템에 의해 제공되는 유동이고 최적화 파라미터가 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량인 경우, 목표 함수는,
Figure pct00001
으로 주어지는 것이 바람직하다.
여기서, Q는 사용 가능한 모든 펌프에 분배된 유동을 나타낸다. Qi는 펌프(i)의 유동이 VSD 또는 FS임을 나타내고, xi는 설정값 압력에서 펌프(i)의 최대 유동과 비교한 유동 비율을,
Figure pct00002
으로 나타낸다.
또한 gi는 VSD의 설정점 압력에서 펌프(i)의 전력 소비량에 대한 룩업 테이블을 나타낸다. Powerj는 FS에 대한 설정점 압력에서 펌프(j)의 고정 전력을 나타낸다. n은 사용 가능한 모든 VSD의 수를 나타내고, m은 사용 가능한 모든 FS의 수를 나타낸다. 그래서 목표 파라미터는 최적화될 목표 벡터
Figure pct00003
으로 주어진다.
바람직하게는, 제약이 고려된다. VSD의 경우 진공 펌프의 유동은,
Figure pct00004
로 주어지는데, 이는 VSD가 제로 유동 또는 최소 유동과 최대 유동 사이의 유동을 제공할 수 있음을 의미한다. FS에 대한 제약은
Figure pct00005
으로 주어진 유동에 대한 것으로, 이는 FS가 0 또는 최대 유동을 제공할 수 있음을 의미한다. 또한, 제공된 유동은 연결된 가압 시스템의 작업을 수행하기 위해 필요한 유동의 마진 내에 있어야 한다.
바람직하게는, 목표 함수의 최소치/최대치는 작동 파라미터(x'i)를 제공하는 펌프 각각의 스텝 크기를 lr로 하여
Figure pct00006
에 의해 주어진 수치 구배에 의해 결정된다.
목표 함수의 최대치/최소치를 안정적으로 찾을 수 있도록, 제1 가동의 스텝 크기는 0.2 미만, 바람직하게는 0.1 미만이다. 그러나 이렇게 하면 작동 파라미터가 0 내지 1인 FS의 값이 비현실적으로 된다.
제2 가동의 스텝 크기는 0.5 초과, 바람직하게는 1로 설정하여 FS의 작동 파라미터가 0 또는 1 중 하나에 해당하도록 하는 것이 바람직하며, 이를 통해 FS를 가동할 수 있다. 따라서, 목표 함수의 최대치/최소치 결정의 제1 가동에서 FS에 의해 구현될 수 없는 0 내지 1의 FS 작동 파라미터를 제공하는 경우, 증가된 스텝 크기로 인해 FS의 작동 파라미터가 0 또는 1이 되도록 강제되는 제2 가동이 필요한다.
바람직하게는, 목표 파라미터가 유지보수 감소를 포함하는 경우, 이 방법은 함께 작동 목표를 제공할 수 있는 최소 가동 시간을 가진 펌프를 선택하는 가동 시간에 따라 펌프를 분류하는 단계를 추가로 포함한다. 목표 파라미터에 유지보수 감소만 포함된 경우, 선택된 펌프가 작동 목표를 제공하도록 제어된다. 이에 의해, 펌프 시스템의 어떤 펌프도 다음 유지보수를 위한 가동 시간을 초과하지 않도록 하여 유지보수 간격을 증가시킨다.
목표 파라미터에 유지보수 감소와 함께 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량이 포함된 경우, 에너지 소비량의 목표 파라미터도 최적화하도록 선택한 펌프에 대한 작동 파라미터를 찾기 위해 선택한 펌프가 목표 함수에 포함된다. 특히, 목표 파라미터를 최적화하는 데 더 많은 자유도를 제공할 수 있도록 하기 위해 가동 시간 순서대로 더 많은 펌프를 목표 함수에 포함시킬 수 있다. 2대의 펌프로도 작동 목표를 달성할 수 있지만 펌프 시스템의 펌프 5대가 가동 시간 동안 주어진 임계치 미만인 경우, 최적화된 목표 파라미터를 결정하기 위해 5대의 펌프가 모두 목표 함수에 포함된다.
바람직하게는, 고려 대상 펌프의 수의 임계치 또는 목표 함수에서 펌프를 고려하기 위한 최대 가동 시간의 임계치는 특히 고객에 의해 설정되거나 미리결정된 우선순위 값에 따라 결정되어, 목표 파라미터의 우선순위를 제공한다. 여기서, 우선순위가 유지보수 감소인 경우, 작동 목표를 제공하기 위해 필요한 펌프만 선택된다. 우선순위가 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량인 경우, 가동 시간에 관계없이 더 많은 펌프, 바람직하게는 펌프 시스템의 모든 펌프가 고려된다. 유지보수 감소에서 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량으로 우선순위가 이동하는 경우, 다음 유지보수 간격에 가까운 가동 시간을 가진 목표 함수에 의해 점점 더 많은 펌프가 고려될 것이다. 따라서, 목표 파라미터의 최적화를 제공하기 위해 목표 함수의 자유도가 증가한다.
본 발명의 다른 양태에서는, 하나 초과의 펌프를 포함하는 펌프 시스템이 제공된다. 여기서, 펌프는 진공 펌프 및/또는 압축기일 수 있다. 추가로, 펌프 각각은 가변 속도 펌프(VSD) 또는 고정 속도 펌프(FS)로 구축되는 것이 바람직하다. 추가로, 펌프 시스템은 펌프의 작동을 제어하기 위해 각각의 펌프에 연결된 제어기를 포함한다. 여기서, 제어기는 위의 설명에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도면은,
도 1은 특정 펌프의 유동과 단위 유동당 전력 소비량 사이의 예시적인 관계,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예,
도 3은 본 발명에 따른 방법의 상세 실시예,
도 4a는 본 발명에 따른 방법의 상세 실시예,
도 4b는 도 4a에 주어진 실시예의 일 예, 및
도 5는 본 발명에 따른 펌프 시스템의 일 실시예
를 도시한다.
본 발명에 따른 방법은 펌프 시스템 작동에 관한 것이다. 여기서, 바람직하게는 펌프 시스템은 하나 초과의 펌프를 포함하며, 각각의 펌프는 가변 속도 펌프(VSD) 또는 고정 속도 펌프(FS)로 구축될 수 있다. 펌프 각각은 압축기 또는 진공 펌프일 수 있다. 바람직하게는, 하나 초과의 VSD 및/또는 하나 초과의 FS가 사용된다. 여기서, 펌프 시스템의 펌프는 특정 작업을 수행하기 위해 펌프 시스템에 연결된 가압 시스템에 유동 또는 압력을 제공하도록 함께 작동한다.
본 발명에 따른 방법의 단계가 도 2에 묘사되어 있다:
단계(S01)에서, 최적화될 적어도 하나의 목표 파라미터는 제조업체가 목표 파라미터를 사전 설정함으로써 또는 고객의 입력 조작에 의해 취득된다. 여기서, 목표 파라미터는 펌프 시스템에서 적어도 하나의 목푯값, 바람직하게는 각각의 펌프의 목푯값에 기초한다. 따라서, 목표 파라미터는 사실상 본 작동 방법에 의해 최적화되어야 하는 파라미터를 나타낸다. 바람직하게는, 목표 파라미터는 펌프 시스템의 에너지 소비량 또는 펌프 시스템의 물/오일 소비량(특히 워터링 펌프가 사용되는 경우) 또는 펌프 시스템의 유지보수 감소, 즉 펌프 시스템에 대한 유지보수 간격의 증가일 수 있다. 여기서, 펌프 시스템 내의 펌프 각각은 개별 목푯값에 의해 목표 파라미터에 기여하는데, 예를 들어 각각의 펌프는 펌프 시스템 내의 다른 펌프의 에너지 소비량과 결합된 특정 에너지 소비량을 가지며, 그 결과 전체 펌프 시스템의 전체 에너지 소비량이 목표 파라미터로서 최적화된다.
단계(S02)에서는, 적어도 제조업체에 의한 작동 목표의 사전 설정에 의해 또는 고객의 입력 조작에 의해 작동 목표가 취득된다. 여기서, 작동 목표는 펌프 시스템에 의해 전달되는 유동 또는 압력일 수 있다. 여기서, 작동 목표는 개개의 작동 파라미터로 각각 작동하는 펌프 시스템의 펌프 중 하나 이상에 의해 제공된다. 여기서, 작동 파라미터는 펌프 시스템 내 모든 펌프 또는 적어도 펌프 시스템 내 고려 대상 펌프의 결합된 작동 목표에 대한 개개의 펌프의 기여도를 나타낸다. 여기서, 작동 파라미터는 펌프의 가동 속도와 관련될 수 있다.
단계(S03)에서, 작동 파라미터와 목푯값 사이의 관계는 각각의 펌프에 대해 획득된다. 특히, 펌프 시스템에서 서로 다른 유형의 펌프 및/또는 서로 다른 펌프, 예를 들어, 서로 다른 크기, 연식 또는 다른 제조업체의 펌프가 적용되는 경우, 펌프의 가동 속도 또는 특정 압력에서 제공되는 유동과 같은 작동 파라미터와 특정 목푯값, 예를 들어 에너지 소비량 사이에 각각의 개별 펌프에 대한 특정 관계가 존재한다. 여기서, 관계는 일반적으로 비선형적이다. 특정 진공 펌프에 대한 유동과 에너지 소비량 사이의 이러한 관계에 대한 일 예가 비선형 동작을 보여주는 도 1에 예시적으로 묘사되어 있다. 여기서, 각각의 펌프에 대한 작동 파라미터와 목푯값 사이의 관계는 룩업 테이블에 의해 제공될 수 있다. 각각의 펌프에 대해 획득된 관계로부터 펌프 시스템 내 고려 대상 펌프 각각에 대한, 바람직하게는 펌프 시스템 내 모든 펌프에 대한 결합된 목표 함수가 결정된다. 여기서, 목표 함수는 고려 대상 펌프 각각의 작동 파라미터와 목표 파라미터 사이의 관계를 제공한다.
단계(S04)에서, 목표 함수의 최대치 또는 최소치가 결정된다. 여기서, 이 목표 파라미터를 최대화할 필요가 있는지 또는 최소화할 필요가 있는지에 따라 최적화될 목표 파라미터에 따라 최대치 또는 최소치가 선택된다. 예를 들어, 에너지 소비량은 당연히 최소화되어야 하므로 목표 함수의 최소치를 결정하게 된다. 여기서, 목표 함수의 최대치/최소치로부터 적어도 하나의 펌프의 작동 파라미터 및 바람직하게는 펌프 시스템 내 펌프 각각에 대한 작동 파라미터가 취득된다.
단계(S05)에서, 펌프 시스템 내 적어도 하나의 펌프 및 바람직하게는 모든 펌프가 목표 파라미터를 최적화하기 위해 취득된 작동 파라미터로 작동하도록 제어된다. 따라서, 목표 함수의 최대치/최소치를 결정함으로써, 목표 파라미터가 최적화될 수 있고 고려 대상 펌프에 대한 개개의 작동 파라미터가 취득될 수 있다. 여기서, 작동 파라미터는 작동 목표가 여전히 충족되도록, 즉 펌프 시스템이 펌프 시스템에 의해 특정 작업을 수행하기 위해 필요한 유동 또는 압력을 제공하도록 선택된다.
특정 예에서, Q는 사용 가능한 모든 펌프에 작동 목표로 분배될 유동을 나타낸다. 또한, Qi는 펌프(i)가 전달하는 유동을 나타내고, xi는,
Figure pct00007
에 따라 설정점 압력에서 펌프(i)의 최대 유동과 비교되는 유동 비율을 나타낸다.
또한, gi는 설정점 압력에서 VSD인 펌프(i)의 전력에 대한 룩업 테이블을 나타낸다. 마찬가지로 Powerj는 FS인 설정점 압력에서 펌프(j)가 소비하는 고정 전력을 나타낸다. 또한, n은 사용 가능한 모든 VSD의 수를 나타내고, m은 사용 가능한 모든 FS의 수를 나타낸다. 그러면, 목표 파라미터는 최적화될 벡터
Figure pct00008
이며, 목표 함수는,
Figure pct00009
으로 제공될 수 있다.
목표 함수는 VSD가 유동을 전달하지 않거나 VSD의 최소 유동과 최대 유동 사이의 유동을 전달할 수 있기 때문에,
즉,
Figure pct00010
이기 때문에, 몇 가지 제한이 적용된다.
FS 펌프는 0 유동 또는 최대 유동만 제공할 수 있다. 즉,
Figure pct00011
.
또한, 작동 목표는,
Figure pct00012
으로 작성될 수 있는
Figure pct00013
및
Figure pct00014
로 구분된 특정 마진 내에 있어야 한다.
수많은 펌프와 이들의 개별 종속성으로 인해, 펌프 각각에 대한 구배를 개별적으로 직접 결정할 수 없다. 또한, 계단 함수에 대한 수치 구배도 결정할 수 없다. 대신 각각의 하강 단계는 n개의 하위 단계로 분할되고, 여기서 N = n + m은 펌프의 총 개수를 나타낸다. 각각의 하위 단계(i)에서,
Figure pct00015
이 계산된다.
여기서, g-1은 유동(Qi)을 비율(xi)로 변환하는 함수이다. 여기서, 스텝 크기(lr)는 항상 고정되어 있지 않다. 대신 스텝 크기(lr)는 각각의 하위 단계에서 조정될 수 있다. 총 전력 소비량이 최소인 하위 단계의 결과가 단계의 출력으로서 수신된다. 따라서, 위의 계산에 의해, 목표 파라미터는 VSD가 제공할 수 있는 지속적인 유동을 고려하여 작은 단계(lr)에서 최적치에 접근한다.
그러나 FS의 0 또는 최대 유동에 대응하는 유동만 갖는 FS에 동일한 접근 방식을 적용하면, FS에 의해 실현될 수 없는 원하지 않는 비현실적인 결과가 발생한다.
해결책이 제공되고 도 3에 묘사되어 있다. 단계(S41)에서, 목표 함수의 최대치/최소치의 결정은 FS가 VSD로 간주되는 제1 가동에서, 즉 목표 파라미터의 최적치를 향해 작은 단계를 사용하여 수행된다. 여기서, 스텝 크기(lr)는 바람직하게는 0.2 미만이고, 더욱 바람직하게는 0.1 미만이다.
단계(S42)에서, 제1 가동에서 모든 FS가 FS에 의해 전달될 수 있는 0 또는 최대 속도를 작동 파라미터로 갖는지 여부가 확인된다.
단계(S43)에서, 모든 FS가 0 또는 최대 속도를 작동 파라미터로 갖지 않는 경우, 단계(S41)에서 결정된 작동 파라미터가 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 제2 가동에 대한 시작점으로 사용되며, 여기서 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 스텝 크기(lr)는 FS에 대해 증가된다. 스텝 크기(lr)는 0.5 초과 및 바람직하게는 1로 선택되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 가동으로 인해 작동 파라미터는 이미 목표 파라미터에 대한 최적치에 근접한다. 제2 가동에서는 lr의 증가된 스텝 크기로 인해, FS 각각에 대해 0 또는 1이 되는 작동 파라미터가 취득되는 것이 보장된다.
따라서, 한편으로 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하는 2개의 가동에 의해 최적화된 목표 파라미터에 대한 작동 파라미터를 찾을 수 있으며, FS의 경우 제한은 0 유동 또는 최대 유동을 제공하는 것으로 간주된다. 그 결과, VSD 및 FS 펌프를 포함한 복수의 서로 다른 펌프를 갖는 펌프 시스템이 최적화된 상태로 안정적으로 작동될 수 있다.
대안적으로, 목표 파라미터는 도 4a 및 도 4b에 묘사된 바와 같이 유지보수를 줄이거나 유지보수 간격을 늘리는 것일 수도 있다. 단계(S50)에서, 고려 대상 펌프 및 바람직하게는 펌프 시스템의 모든 펌프들이 가동 시간에 의해 분류된다. 단계(S51)에서는 최소 가동 시간을 가진 펌프가 선택되며, 이 펌프들은 함께 작동 목표를 제공할 수 있다. 이러한 상황은 또한 5개의 진공 펌프(10)를 갖는 진공 펌프 시스템에 대해 도면 4b에 예시적으로 묘사되어 있다. 이러한 진공 펌프는 단계(S50)에 따라 가동 시간에 의해 분류되어 분류된 진공 펌프(12)를 형성한다. 이들 진공 펌프(15)는 작동 목표를 제공할 수 있는 것으로 선택된다. 도 4b의 예에서, 선택된 진공 펌프(15)는 작동 목표를 제공하기에 충분한 진공 펌프(2 및 1)이다. 따라서, 진공 펌프(2 및 1)만이 작동 목표를 제공하기 위해 작동 진공 펌프(20)로서 작동되도록 제어되어, 유지보수 요건을 감소, 즉 유지보수 간격을 증가시킬 수 있다.
또한, 에너지 소비량 감소 또는 유지보수 간격 증가 중 어느 한 쪽에 우선순위를 부여할 수도 있다. 에너지 소비량 감소가 우선순위를 갖는 경우, 단계(S53)에서는 가동 시간에 관계없이 모든 펌프가 선택된다. 도 4b의 예에서, 5개의 진공 펌프(19)의 에너지 소비량을 최적화하도록 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위해 5개의 진공 펌프(19) 모두 선택된다. 따라서, 5개의 진공 펌프는 모두 최소한의 에너지 소비량으로 작동 목표를 달성하기 위해 작동 진공 펌프(24)로서 작동된다.
중립적으로, 유지보수 간격의 증가와 에너지 소비량의 감소라는 보다 균형 잡힌 우선순위를 위해, 단계(S52)의 우선순위에 따라, 작동 목표를 제공하기 위해 필요한 펌프보다 더 많은 펌프가 사용 가능한 펌프로부터 선택된다. 도 4b의 예에서, 에너지 소비량의 목표 파라미터를 최적화하기 위해, 5개의 진공 펌프(17) 중 3개가 선택되고 목표 함수에서 고려된다. 이 예에서 나머지 2개의 진공 펌프(3 및 5)는 가동 시간이 길 수 있다. 유지보수를 피하고 유지보수 간격을 늘리기 위해, 이들 2개의 진공 펌프(3, 5)는 제외되고, 3개의 진공 펌프(2, 1, 4)만 작동 진공 펌프(22)로서 작동한다. 여기서, 선택된 진공 펌프의 수는 주어진 우선순위에 따라 달라진다. 따라서, 도 4b의 예(15)와 같이 유지보수 요건의 감소로부터 예(19)와 같이 에너지 소비량의 감소에 대한 우선순위를 향하여 우선순위가 이동하는 경우, 목표 파라미터의 최적화를 달성하도록 최적화된 작동 파라미터를 결정하기 위해 목표 함수에서 고려되는 진공 펌프의 증가된 수에 대응하는 수많은 단계를 사용할 수 있다. 진공 펌프 시스템은 최적의 상태로 작동할 수 있다.
도 5를 참조하면, 특정 작업을 수행하도록 펌프 시스템에 연결된 가압 시스템에 충분한 유동을 제공하기 위해 5개의 펌프(32,...,40)가 병렬로 배열되고 공통 유입구(42)와 연결되고 바람직하게는 공통 유출구(44)와 연결된 펌프 시스템에 대한 일 예를 도시한다. 여기서, 펌프(32,...,40)는 각각 압축기 또는 진공 펌프이다. 또한, 펌프(32,...,40) 각각은 VSD 또는 FS로 구축된다. 여기서, 모든 펌프(32,...,40)는 공통 제어부(31)에 연결되고, 제어부(31)는 전술한 작동 방법을 수행하도록 구성된다.

Claims (12)

  1. 바람직하게는 하나 초과의 펌프를 포함하는 진공 펌프 시스템을 작동하는 방법으로서,
    각각의 펌프의 목푯값에 기초하여 최적화될 적어도 하나의 목표 파라미터를 취득하는 단계;
    개개의 작동 파라미터로 각각 작동하는 펌프 중 하나 이상에 의해 제공되는 작동 목표를 취득하는 단계;
    상기 작동 파라미터와 상기 목푯값 사이에서 상기 펌프 중 하나 초과의 펌프 및 바람직하게는 모든 펌프에 대한 관계를 획득하고 목표 함수를 결정하는 단계;
    상기 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하고 적어도 하나의 펌프의 작동 파라미터를 취득하는 단계; 및
    상기 목표 파라미터를 최적화하기 위해 취득된 작동 파라미터로 작동하도록 적어도 하나의 펌프를 제어하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작동 목표는 상기 펌프 시스템에 의해 제공되는 유동 또는 압력인 것을 특징으로 하는
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 목표는 마진-오프셋(margin offset) 내에 있는 것을 특징으로 하는
    방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 파라미터는 펌프 시스템의 에너지 소비량, 물/오일 소비량, 유지보수의 감소 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하는 단계는 FS를 VSD로 간주한 상태에서 제1 가동에서 수행되어 연속 작동 파라미터를 제공하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 가동에서, 모든 FS가 0 또는 최대 속도인 작동 파라미터를 갖는 것이 아닌 경우, 결정된 작동 파라미터를 상기 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 제2 가동의 시작점으로 사용하는 단계―상기 목표 함수의 최대치/최소치를 결정하기 위한 스텝 크기가 증가됨―를 특징으로 하는
    방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 작동 목표가 상기 펌프 시스템에 의해 제공되는 유동이고, 최적화 파라미터가 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량인 경우, 상기 목표 함수는,
    Figure pct00016

    으로 주어지고,
    여기서, n은 VSD의 수이고, m은 FS의 수이며, gi는 작동 파라미터(xi)와 VSD 펌프에 대한 목푯값 사이의 획득된 관계이고, Powerj는 FS 펌프(j)의 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량인 것을 특징으로 하는
    방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 가동의 스텝 크기는 0.2 미만, 그리고 바람직하게는 0.1 미만인 것을 특징으로 하는
    방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제2 가동의 스텝 크기는 0.5 초과 및 바람직하게는 1인 것을 특징으로 하는
    방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 목표 파라미터가 유지보수의 감소를 포함하는 경우, 상기 방법은,
    상기 펌프의 가동 시간에 의해 상기 펌프를 분류하는 단계;
    함께 상기 작동 목표를 제공할 수 있는 최소 가동 시간을 갖는 펌프를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 목표 파라미터가 에너지 소비량 또는 물/오일 소비량을 포함하는 경우, 적어도 상기 선택된 펌프를 상기 목표 함수에 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  12. 하나 초과의 펌프를 포함하는 펌프 시스템으로서,
    각각의 펌프가 바람직하게는 가변 속도 펌프(VSD) 또는 고정 속도 펌프(FS)로서 구축되는 하나 초과의 펌프 및 각각의 펌프에 연결되어 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하도록 구성되는
    펌프 시스템.
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