泵控制的制作方法

泵控制的制作方法
【专利摘要】本公开涉及泵控制。公开了用于配置驱动器以对污水系统中的泵的操作进行控制的方法。所述方法包括：测量污水系统的至少一个参数；使用至少一个参数的测量值来创建用于驱动器控制泵的操作的算法；以及配置驱动器以使用算法来控制泵的操作。
【专利说明】泵控制

【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及一种泵控制，特别涉及通过驱动器对污水泵的控制。

【背景技术】
[0002] 在污水系统中，来自例如家庭的污水将通过管道被输送至水处理系统。虽然该输 送主要因重力而发生，但是污水系统中的至少一个部分经常需要抬升污水。这普遍通过污 水泵送站处的污水泵来实现。污水到达污水泵送站并聚集在湿井中。污水泵用于经常通过 使用污水泵中的叶轮来向上泵送污水。
[0003] 泵通过驱动器(还称为驱动器单元）供以动力并控制，该驱动器可以远离该泵位于 湿井外部，并且可以使用在驱动器与泵之间的线缆来对泵供以动力。这样的驱动器能够控 制泵中的叶轮的转动频率。
[0004] 鉴于被泵送物质的性质，则泵中的叶轮可能会被堵塞和/或物质可能会粘于叶 轮，从而降低泵的有效性。这称为"糙化（ragging)"。为了使泵恢复其完全可操作性，泵需 要被清洁(称为"去糙化（deragging)")。泵的手动清洁较贵并且在清洁泵时必须使泵停止 动作。优选的去糙化方法是由驱动器执行以下清洁模式：在该清洁模式下，叶轮的转动的频 率被变化成使得叶轮上的物质从叶轮被去除。叶轮在该清洁模式下执行的例程典型地花费 几分钟。
[0005] 发明人建立了：在当前系统中有时基于"假警报"来启动清洁模式。例如，驱动器 会监测一定的状况以便于确定是否发生了糙化，并在发现这些状况时启动清洁模式。然而， 不同泵送站中的不同泵由于其在污水系统内的情形而经历不同的状况，使得针对一个泵的 监测状况可能表示发生了糙化，而事实上未发生糙化。类似地，还可能的是，针对其他操作 状况下的泵，驱动器不会在早期适当地检测糙化。
[0006] 这样的情形通过不必要地启动清洁模式或通过使糙化在泵被修理之前长期发生 而降低了泵的效率。


【发明内容】

[0007] 在每个独立权利要求中陈述了本发明。在从属权利要求中陈述了可选特征。
[0008] 根据一个方面，提供了一种配置驱动器以对污水系统中的泵的操作进行控制的方 法，所述方法包括：测量所述污水系统的至少一个参数；使用所述至少一个参数的测量值 来创建用于所述驱动器控制所述泵的操作的算法；以及配置所述驱动器以使用所述算法来 控制所述泵的操作。根据一个方面，提供了一种通过该方法来配置的驱动器。
[0009] 根据一个方面，提供了一种创建用于驱动器操作污水系统中的泵的算法的方法， 所述方法包括：测量所述污水系统的至少一个参数；以及使用所述至少一个参数的测量值 来创建用于所述驱动器控制所述泵的操作的算法。根据一个方面，提供了一种包括通过该 方法所创建的算法的计算机可读介质。
[0010] 根据一个方面，提供了一种驱动器，配置成使用通过以下方法所创建的算法来控 制污水系统中的泵的操作，所述方法包括：测量所述污水系统的至少一个参数；以及使用 所述至少一个参数的测量值来创建所述算法。
[0011] 根据一个方面，提供了一种污水泵送站，包括至少两个泵，所述至少两个泵由根据 上述驱动器中的一个的相应的驱动器来控制，其中针对每个相应的驱动器创建的算法不 同。
[0012] 在一些实施方式中，驱动器配置成使用所述算法来确定何时针对所述泵实施清洁 模式操作。
[0013] 在一些实施方式中，所述算法配置成针对所述驱动器的给定操作状况来计算用于 所述驱动器的预期电流。
[0014] 在一些实施方式中，所述预期电流是通过所述泵汲取的有功电流。
[0015] 在一些实施方式中，所述驱动器配置成监测与所述预期电流对应的使用中的实际 电流。
[0016] 在一些实施方式中，所述驱动器配置成针对所述驱动器的目前操作状况来将所述 实际电流与所述预期电流进行比较。
[0017] 在一些实施方式中，所述驱动器配置成基于所述实际电流与所述预期电流的比较 结果来确定是否改变所述泵的操作。
[0018] 在一些实施方式中，所述至少一个参数包括通过所述驱动器输出的交流电的输出 频率。
[0019] 在一些实施方式中，所述至少一个参数包括所述污水系统中的湿井的湿井水平高 度，所述湿井与由所述驱动器控制的泵相关联。
[0020] 在一些实施方式中，所述至少一个参数包括所述污水系统内的污水泵送站中运行 的泵的数目，所述污水泵送站包括含有由所述驱动器控制的泵的多个泵。
[0021] 在一些实施方式中，所述至少一个参数包括通过所述污水系统内的污水泵送站中 的另一个驱动器输出的交流电的输出频率，所述污水泵送站包括含有被所述驱动器控制的 泵的多个泵。
[0022] 在一些实施方式中，所述驱动器为配置成在所述污水系统中操作的多个驱动器中 的一个驱动器，所述驱动器中的每个驱动器配置成驱动所述污水系统中的多个泵中的相应 的泵。
[0023] 在一些实施方式中，所述污水系统包括污水泵送站，所述泵位于所述污水泵送站 中。
[0024] 在一些实施方式中，所述污水泵送站包括多个泵，所述多个泵中的每个泵能够通 过相应的驱动器操作。
[0025] 在一些实施方式中，所述驱动器配置成与至少一个其他驱动器通信，所述至少一 个其他驱动器与所述污水泵送站中的相应的其他泵关联。
[0026] 在一些实施方式中，所述驱动器配置成与至少一个其他驱动器通信，所述至少一 个其他驱动器与所述污水系统中的另一个污水泵送站中的相应的泵关联。
[0027] 本文中描述的至少一些方面和实施方式提供了多个优点，现在将描述这些优点中 的一些优点。
[0028] 由于泵更可靠地进行操作，所以不太可能需要对泵进行手动清洁或维护。这减少 了在进行这样的维护时泵停止动作的时间量。还通过最小化"假警报"清洁模式启动的数 目降低了泵停止动作的时间量。由于与经受糙化的泵相比，清洁的泵的需要更少的动力，从 而节约能量。
[0029] 在创建该算法中使用的、所产生的测量值确保了所述驱动器被适当配置用于待控 制的泵的具体操作环境。因此，与驱动器仅仅使用了并非特定于其自己的操作环境的一般 算法相比，驱动器更有效地进行操作。在污水系统包括多个泵且每个泵被相应的驱动器控 制的情况下尤其如此。该多个泵中的一些泵可以位于与被驱动器控制的泵相同的泵送站 中，和/或该多个泵中的一些泵可以位于污水系统内的其他泵送站中，该其他泵送站可以 在含有被驱动器控制的泵的泵送站的上游或下游。
[0030] 当在相同污水系统中存在多余一个的泵时，该系统中的一个泵所经历的压力将由 于其他泵的影响而变化。因此，这改变了应当启动清洁模式的驱动器状况。由于所产生的 测量值，能够说明污水系统内的泵的情形。
[0031] 在一些实施方式中，污水系统中的每个驱动器设置有其自己的与其特定操作环境 适应的算法。
[0032] 在一些实施方式中，驱动器与在其泵送站中和/或在其他泵送站中的其他驱动器 通信，以在确定了该驱动器应当针对其泵启动清洁模式的情况下确保被该其他驱动器控制 的其他泵中的一个或更多个泵尚不在清洁模式下。在这样的情形下，驱动器将在启动其自 己的清洁模式之前等待其他泵完成其清洁模式。

【专利附图】

【附图说明】
[0033] 图1描绘了四个污水系统的示意图；
[0034] 图2描绘了污水泵送站的示意图；以及
[0035] 图3描绘了示出本公开内容中涉及的处理的流程图。

【具体实施方式】
[0036] 参照图1，描述了第一污水系统、第二污水系统、第三污水系统和第四污水系统。每 个污水系统包括通过至少一个管道与水处理系统连接的至少一个污水源(例如，家庭、厂房 或城镇)。至少一个污水泵送站沿着管道位于至少一个污水源与水处理系统之间。
[0037] 第一污水系统包括单个污水源、单个管道和沿着该管道的单个污水泵送站。第二 污水系统包括两个污水源，每个污水源并行地具有相应的管道和污水泵送站，该相应的管 道和污水泵送站组合以在到达水处理系统之前形成单个管道。第三污水系统与第一污水系 统相似，但是该第三污水系统具有沿着管道串联的多个污水泵送站(在该示例中存在三个 污水泵送站)。第四污水系统与第二污水系统相似，但是该第四污水系统具有每个均带有其 自己的泵送站的多个污水源，并且然后各自的管道继续进行组合(在该示例中存在四个污 水源和四个相应的污水泵送站)。
[0038] 参照图2来更详细地描述污水泵送站。污水泵送站包括废水井(还称为湿井)，污 水从污水源或较早污水泵送站沿着管线到达该废水井并聚集在该废水井中。泵位于废水井 内部，接近废水井的底部，并且如上所述用来通过后续管道向上泵送污水。泵包括叶轮(未 示出）。泵被驱动器控制。在该污水泵送站中，还在废水井内包含多个其他泵，这些其他泵 中的每个泵被相应的其他驱动器控制。驱动器位于废水井外部并经由相应的线缆来控制相 应的泵。在该实施方式中，污水泵送站中的泵配置成在恒定流态下(在正常使用下）运行。
[0039] 参照图3来描述针对驱动器的算法的开发和使用。算法特定地适应于驱动器，该 驱动器可以对应于在图1所示的各种污水系统或其他这样的污水系统内的任意污水泵送 站中的任意驱动器。
[0040] 在开发针对具体驱动器的算法中，首先，执行测量阶段，其中测量污水系统的一个 或更多个参数。在该实施方式中，测量的参数是输出频率、有功电流、废水井水平高度、其他 泵的频率和运行的泵的数目。输出频率是驱动器的交流(AC)电流输出的频率，其对应于泵 的叶轮的转动的频率，从而使得泵的速度(流量）能够被测量。从驱动器可得到该参数。有 功电流是通过泵汲取的有功电流。所述参数从驱动器得到。废水井水平高度是从废水井的 底部测量的包含在废水井内的流体的高度，其随时间变化并且取决于通过泵流入废水井的 流量和流出废水井的流量。使用测量装置来直接从废水井中对该废水井水平高度进行测 量。对于污水泵送站中的其他泵，其他泵的频率提供与该输出频率相同的信息。从具体驱 动器与其他驱动器之间的通信路径获得该参数。运行的泵的数目是污水站中正在使用的其 他泵的数目，这使驱动器能够配置为了解污水泵送站中的其他驱动器的效果。从其他泵的 频率可得到该参数，其中具有零频率的其他泵未运行。
[0041] 测量阶段可以持续高达几周，以便于获得针对整个系统考虑了所有变量的一组详 细数据。
[0042] 记录并分析来自测量阶段的原始数据。该数据被绘制成针对每天的图，该图使受 训工程师能够识别出方式，并且具体地识别出在哪个点泵已被终端用户手动清洁(这导致 测量的有功电流在泵起动之后突然变化)。被辨识为与紧接在泵的手动清洁之后的时间对 应的数据用来确定泵的特性(称为泵曲线)。
[0043] 来自测量阶段的测量值用来创建算法。该算法配置成计算针对驱动器的预期电 流。预期电流是通过泵汲取的有功电流。有功电流提供对泵使用的动力（从而通过泵产生 的转矩）的精确表示。
[0044] 通过考虑实时测量的参数并将这些参数输入至算法中来计算预期电流，已基于来 自测量阶段的测量值预先准备了该算法。被算法使用的测量参数是泵曲线(还称为泵特 性)、系统曲线(还称为系统特性)、系统中其他泵的影响和废水井水平高度。系统中其他泵 的影响是相关的，这是因为污水系统中的压力由于污水系统中的其他泵而变化。这些压力 效应将因此影响从当前测量值得到的叶轮的转矩测量值。通过测量装置来测量废水井水平 高度，并且该废水井水平高度使得能够确定废水井中的污水量。
[0045] 被辨识为与紧接在泵的手动清洁之后的时间对应的数据用作针对算法的开始位 置。对数据进行过滤并分类以展现在测量阶段中所发生的不同情形下的有功电流。不同情 形是可变的频率、废水井水平高度和在污水泵送站处的泵的频率，并且还可能包括在相同 管道上的另一个站中的泵。
[0046] 过滤高极值和低极值以实现针对可能情形的典型特性。再分析该典型特性，并且 用图来显示该典型特性。对图进行分析并建立函数或函数的组合以针对系统的每种分析情 形来对图进行建模。所创建的数学函数包括线性函数与平方函数的组合，其中函数的开始 点偏移。在一些较不复杂的系统中，具有较少设置点的阶跃响应将足够。
[0047] 所创建的函数用来产生考虑了变量的算法，所创建的算法被实现为运行在安装在 驱动器中的应用模块上的软件。为了测试算法并确保其精度，通过该算法计算的预期电流 连同使用中所测量的其他数据一起被记录。然后分析并使用该数据来创建新的图。当算法 正确运行时，针对清洁泵的预期电流与测量的有功电流之差将接近零(标准值小于标称全 负载电流的1%)。
[0048] 在对算法进行测试以确保其精度之后，监测泵几天以观察软件是否能够在早期检 测到污垢并连续地对泵去糙化。可以通过保持清洁循环的量尽可能低，而不使过多污垢积 累到需要手动清洁的点，来使用一些微调来优化系统的性能。
[0049] 算法的输出为预期电流。这然后被用在确定驱动器是否对泵实施清洁模式的确定 阶段中，现在将对该确定阶段进行描述。
[0050] 当驱动器在使用时，将从算法输出的预期电流与从驱动器得到的实际电流进行比 较。该实际电流是与通过该算法输出的电流具有相同类型的电流的测量值，即在本实施方 式中为有功电流的测量值。在块A处，计算预期电流与实际电流之间的差。如果该差不超 过阈值，则处理返回至开始。如果该差超过阈值，则实施时间延迟，如块B所示。在用来降 低"假警报"的可能性的该延迟之后，在块C处以与块A相同的方式来再次计算差。如果未 超过阈值，则处理返回至开始。如果仍超过阈值，则到达块D，在块D处确定其他泵中的任意 泵当前是否在清洁模式下。驱动器能够与其他驱动器通信以对此进行确定。一般超过一个 的泵同时经历清洁模式是不适当的，原因是这总体上会降低污水泵送站的有效性并且一个 泵的清洁模式会中断或不利地影响另一个泵的清洁模式。因此，如果另一个泵在清洁模式 下，则处理返回至开始。如果污水泵送站中的其他泵未在清洁模式下，则到达块E，在该块E 处确定泵是否已在预定时间段（X)内实施其清洁模式达最大次数（η)。提供该最大值以确 保不太频繁地执行清洁模式，原因是这会不利地影响泵送站执行其泵送污水的主要功能的 能力。如果达到最大值，处理返回至开始。如果还未达到最大值，则到达块F，在该块F处启 动清洁模式并且执行清洁循环。清洁循环涉及：泵的叶轮的频率被改变成以对泵去糙化，如 上所述。
[0051] 在完成清洁模式之后，η的值被增加1，如块G中所示，并且在块Η处的预定时间延 迟之后，该函数返回至开始。块Η处的延迟确保了两次清洁模式不会太接近地执行，从而确 保了泵能够在其主要泵送职责期间使用。
[0052] 如块F所示，清洁循环涉及泵的频率以预定方式变化的预定例程，该预定例程可 以包括泵反向操作的时间段。针对清洁模式的该预定例程还基于测量阶段中的测量值来确 定。清洁循环包括多个阶段，这多个阶段依赖于泵、管道的拓扑和主要在具体废水井中的污 染物的类型。该阶段通过可以为正或负（即，泵在其正常方向或反向上操作）的不同频率连 同具体的加速时间或减速时间一起来限定。
[0053] 应当理解，以上特定实施方式的描述仅作为示例而并非意在限制本公开内容的范 围。所描述的实施方式的许多修改(其中一些修改在下文中描述)被设想并意在落在本公开 内容的范围内。
[0054] 在一些实施方式中，测量阶段涉及不同参数的使用。这些参数可以比以上描述的 参数多或少，并且可以包括以上描述的参数中的一些、全部或都不包括。另外地或代替地， 可以使用其他的参数。其他参数的示例包括泵特性（即，泵曲线)，其包括管道的配置、泵的 数目、管道上其他使用者的数目、管道的架构、泵内的压力、在污水泵送站外部但在污水系 统中其他地方的其他泵的频率。
[0055] 在一些实施方式中，在上述实施方式中计算机执行由工程师完成的任务，即在泵 起动之后检测所测量的有功电流的指示性变化的过程中，通过计算机来辨识与紧接在泵的 手动清洁之后的时间对应的数据。
[0056] 在一些实施方式中，被算法使用的测量参数与以上描述的参数不同。这些测量参 数可以比以上描述的参数多或少，并且可以包括以上描述的参数中的一些、全部或都不包 括。另外地或代替地，可以使用其他的参数。
[0057] 在一些实施方式中，可以以不同方式来执行确定阶段，例如省去上述块中的一些 或全部块。技术人员将会认识到可以在不偏离本公开内容的范围的情况下在确定阶段执行 各种实现。
[0058] 在一些实施方式中，通过算法计算出的预期电流不是如上所述的有功电流，而代 替地是从驱动器输出的总电流。
[0059] 在一些实施方式中，未针对驱动器特定地创建清洁循环，而驱动器使用标准清洁 循环。
[0060] 在一些实施方式中，上述当驱动器在使用时的功能中的一些或全部被实现在与该 驱动器独立的装置上。可以在其他装置上执行了其他步骤之后，通知驱动器何时实施其清 洁模式。
[0061] 在一些实施方式中，驱动器与污水系统内的至少一个其他污水泵送站中的一个或 更多个驱动器进行通信。这使得驱动器能够了解在至少一个其他污水泵送站处的情形，该 至少一个其他污水泵送站可以来自与驱动器关联的污水泵送站的上游或下游。
[0062] 在一些实施方式中，污水泵送站中的泵配置成在可变流量系统(在正常使用中）而 非如上所述的恒定流量系统中操作。在一些实施方式中，污水泵送站中的泵配置成在任一 个系统中操作。
[0063] 在一些实施方式中，污水泵送站中的泵位于废水井外部。
【权利要求】
1. 一种配置驱动器以对污水系统中的泵的操作进行控制的方法，所述方法包括： 测量所述污水系统的至少一个参数； 使用所述至少一个参数的测量值来创建用于所述驱动器控制所述泵的操作的算法；以 及 配置所述驱动器以使用所述算法来对所述泵的操作进行控制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述驱动器配置成使用所述算法来确定何时针对 所述泵实施清洁模式操作。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述算法配置成针对所述驱动器的给定操作 状况来计算用于所述驱动器的预期电流。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述预期电流是通过所述泵汲取的有功电流。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中所述驱动器配置成监测与所述预期电流对应 的、使用中的实际电流。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述驱动器配置成针对所述驱动器的目前操作状 况来将所述实际电流与所述预期电流进行比较。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述驱动器配置成基于所述实际电流与所述预期 电流的比较结果来确定是否改变所述泵的操作。
8. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个参数包括通过所述驱动器 输出的交流电的输出频率。
9. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个参数包括所述污水系统中 的湿井的湿井水平高度，所述湿井与由所述驱动器控制的泵相关联。
10. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个参数包括所述污水系统 内的污水泵送站中运行的泵的数目，所述污水泵送站包括含有由所述驱动器控制的泵的多 个泵。
11. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述至少一个参数包括通过所述污水 系统内的污水泵送站中的其他驱动器输出的交流电的输出频率，所述污水泵送站包括含有 由所述驱动器控制的泵的多个泵。
12. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述驱动器是配置成在所述污水系统 中进行操作的多个驱动器中的一个驱动器，所述驱动器中的每个驱动器配置成驱动所述污 水系统中的多个泵中的相应的泵。
13. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述污水系统包括污水泵送站，所述泵 位于所述污水泵送站中。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述污水泵送站包括多个泵，所述多个泵中的 每个泵能够通过相应的驱动器进行操作。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述驱动器配置成与至少一个其他驱动器通 信，所述至少一个其他驱动器与所述污水泵送站中的相应的其他泵关联。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其中所述驱动器配置成与至少一个其他驱动器 通信，所述至少一个其他驱动器与所述污水系统中的其他污水泵送站中的相应的泵关联。
17. -种创建用于驱动器操作污水系统中的泵的算法的方法，所述方法包括： 测量所述污水系统的至少一个参数；以及 使用所述至少一个参数的测量值来创建用于所述驱动器控制所述泵的操作的算法。
18. -种计算机可读介质，包括通过权利要求17所述的方法所创建的算法。
19. 一种驱动器，配置成使用通过以下方法所创建的算法来控制污水系统中的泵的操 作，所述方法包括： 测量所述污水系统的至少一个参数；以及 使用所述至少一个参数的测量值来创建所述算法。
20. -种通过权利要求1至17中任一项所述的方法配置的驱动器。
21. -种污水泵送站，包括至少两个泵，所述至少两个泵通过各自根据权利要求19或 20所述的相应的驱动器来控制，其中针对每个相应的驱动器创建的算法不同。
22. 根据权利要求21所述的污水泵送站，其中针对每个相应的驱动器创建的算法基于 针对所述相应的驱动器的相应的操作状况。
【文档编号】F04D15/00GK104061170SQ201410102984
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】巴斯蒂安·埃赫贝特斯·斯特里夫克克, 迈克尔·埃林 申请人:控制技术有限公司