经协调的无传感器控制系统的制造方法与工艺

经协调的无传感器控制系统相关申请的交叉引用本申请要求2012年12月12日提交的题为“CO-ORDINATEDSENSORLESSCONTROLSYSTEM(经协调的无传感器控制系统)”的美国临时专利申请No.61/736,051以及2013年1月17日提交的题为“SELFLEARNINGCONTROLSYSTEMANDMETHODFOROPTIMIZINGACONSUMABLEINPUTVARIABLE(用于优化可消费输入变量的自学习控制系统和方法)”的美国临时专利申请No.61/753,549的权益，它们通过援引整体纳入于此。技术领域一些示例实施例涉及控制系统，且一些示例实施例具体地涉及流控制系统。

背景技术：
在其中流需求随时间变化的泵送系统中，存在用于适应泵的操作以满足这样的需求而不超过该系统的压力评级、烧毁密封或造成振动的若干常规过程，并且它们还尝试优化能量使用。传统系统已经使用一个或若干个恒速泵，并在流需求变化时通过改变运行泵的数量和/或通过操作压力降低，绕过并排出阀来尝试使排出压力维持恒定。当今使用的一个流行系统具有若干个泵，每一个泵装备有电可变速驱动器，并且操作它们来在系统中远程地控制一个或多个由远程传感器(通常安装在所服务的最远位置或管线往下3/2处)测量的压力。在远程传感器位置处，最小压力必须被维持，所以计算测量到的压力相对于目标的偏差。随后将运行泵的速度调整(提升或降低)到将所有测量到的压力维持在它们的目标值处或以上的最低值。在运行泵的速度超过某一值(通常是最大速度的95％)时，启动另一个泵。在速度落在某一值(50％或更高，且有时取决于运行的泵的数量)时，泵被停止。这一定序方法被设计成使用来提供所需流量的泵的数量最小化。这一类型的系统的替换方案测量泵处的流和压力，并且通过计算管线中在这之间的压力降低来估计远程压力。泵随后被根据上述过程来控制，但使用所估计的远程压力代替直接测量。这一替换方案节省了远程传感器的成本，加上它们的连线和安装，但是需要本地压力传感器和流量计。一种类型的泵设备根据电可变速驱动器所提供的电变量来估计本地流量和/或压力。在本领域中，这一技术通常被称为“无传感器泵”或“可观察泵”。使用单个泵的示例实现在WO2005/064167、US7945411、US6592340以及DE19618462中描述。该单个设备随后可被控制，但使用所估计的本地压力和流量来推断远程压力，代替直接液体测量。这一方法节省了传感器和它们的连线以及安装的成本，然而，这些参考文献可受限于使用单个泵。另一这样的应用(其中多个泵被彼此协调来主要满足每一泵的特定对应负载)在US2010/0300540中描述。鉴于以下描述，现有系统的附加困难是可以明白的。

技术实现要素：
根据一些方面，提供了一种用于诸如泵、调压器、以及风扇、离心机、以及相关系统等循环设备的经协调(co-ordinated)的无传感器流控制系统。该系统包括以经协调的方式操作来达到设定点的多个无传感器泵。例如，无传感器泵可以是并行配置，以服务所需系统负载。压力设定点可以对所有循环设备而言是共同的，通常可针对由所有循环设备作为来源的特定位置来确定。在一个方面，提供了一种用于为负载提供来源的控制系统，包括：多个无传感器循环设备，每一无传感器循环设备包括被安排成为所述负载提供来源的相应循环可操作元件，每一设备被配置成自检测相应设备的功率和速度；以及一个或多个控制器，其配置成：对于每一设备，将检测到的功率和速度与包括压力和流的一个或多个输出属性进行相关；以及协调所述设备中的每一个的控制来操作至少所述相应循环可操作元件以协调一个或多个输出属性来使组合输出在所述负载处达到压力设定点。在一个方面，提供了一种控制系统，包括：两个或更多个设备以及一个或多个控制器，每一设备具有通信子系统且被配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出；所述一个或多个控制器被配置成：检测包括每一设备的一个或多个设备属性的输入；对于每一设备，将检测到的一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性进行相关；以及协调所述设备中的每一个的控制来操作它们相应设备属性中的至少一个来协调组合输出的一个或多个输出属性以达到设定点。在一些示例实施例中，设定点可以是固定的、计算得到的、或在外部确定的。在另一方面，提供了一种用于协调两个或多个设备的控制的方法，每一设备具有通信子系统且被配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出，所述方法包括：检测包括每一设备的一个或多个设备属性的输入；对于每一设备，将检测到的一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性进行相关；以及协调所述设备中的每一个的控制来操作它们相应设备属性中的至少一个来协调组合输出的一个或多个输出属性以达到设定点。在另一方面，提供了一种其上存储有可由一个或多个处理器执行的指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令用于协调两个或更多个设备的控制，每一设备具有通信子系统且被配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出，所述指令包括：用于检测包括每一设备的一个或多个设备属性的输入的指令；用于对于每一设备，将检测到的一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性进行相关的指令；以及用于协调所述设备中的每一个的控制来操作它们相应设备属性中的至少一个来协调组合输出的一个或多个输出属性以达到设定点的指令。在另一方面，提供了一种用于协调一个或多个其他设备的设备，所述一个或多个其他设备中的每一者被配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出。所述设备包括：检测器，其配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出；存储器，其用于存储所述一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性之间的相关；控制器，其配置成对于该设备，将检测到的一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性进行相关；通信子系统，其用于接收检测到的一个或多个设备属性或所述一个或多个其他设备的相关的一个或多个输出属性，并用于向所述一个或多个其他设备发送指令以协调所述设备中的每一者的控制来在它们相应设备属性中的至少一者处操作以针对组合输出来协调所述设备的一个或多个输出属性以达到设定点；以及输出子系统，其用于控制所述设备的设备属性中的所述至少一者来达到所述设定点。在另一方面，提供了一种用于协调一个或多个其他设备的设备，所述一个或多个其他设备中的每一者被配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出。所述设备包括：控制器；检测器，其配置成自检测一个或多个设备属性，所述设备属性造成具有一个或多个输出属性的输出；存储器，其用于存储所述一个或多个设备属性与所述一个或多个输出属性之间的相关；通信子系统，其用于发送检测到的一个或多个设备属性或所述设备的相关的一个或多个输出属性并用于接收指令以操作所述设备的设备属性中的至少一者以协调所述设备的一个或多个输出属性来使组合输出达到设定点；以及输出子系统，其用于响应于所述指令控制所述设备的设备属性中的所述至少一者。附图说明现在将参考附图仅作为示例来描述各实施例，在附图中：图1解说各示例实施例可被应用于其中的具有智能可变速控制泵的循环系统的示例框图；图2解说可变速控制泵的操作的示例范围；图3示出解说可变速控制泵的内部感测控制的图；图4解说诸如建筑物等的系统的示例负载概图；图5解说根据一示例实施例的控制设备的示例详细框图；图6解说根据一示例实施例的用于协调设备的控制的控制系统；图7解说根据另一示例实施例的用于协调设备的控制的另一控制系统；以及图8解说根据一示例实施例的用于协调设备的控制的示例方法的流程图。可在各附图中使用相同的参考标号来标识相似元素和特征。具体实施方式在一些示例实施例中，提供了一种用于可操作系统的控制系统，如流控制系统或温度控制系统。各示例实施例涉及工业意义上的“过程”，从而意味着使用输入(例如，冷水、燃料、气等)来输出产品(例如，热水、气)的过程。提供以协调的方式来控制多个无传感器泵的操作的系统将是有利的。至少一些示例实施例一般提供了一种用于诸如泵、调压器、以及风扇、离心机、以及相关系统等循环设备的经协调的无传感器自动控制系统。例如，在一些实施例中，该系统可被配置成在没有外部传感器的情况下操作以共同地控制到负载的输出属性。在一个示例实施例中，提供了一种用于为负载提供来源的控制系统，包括：多个无传感器循环设备，每一无传感器循环设备包括被安排成为所述负载提供来源的相应循环可操作元件，每一设备被配置成自检测相应设备的功率和速度；以及一个或多个控制器，其配置成：对于每一设备，将检测到的功率和速度与包括压力和流的一个或多个输出属性进行相关；以及协调所述设备中的每一个的控制来操作至少所述相应循环可操作元件以协调一个或多个输出属性来使组合输出在所述负载处达到压力设定点。首先参考图1，它以框图的形式示出了各示例实施例可被应用于其中的具有诸如控制泵102a、102b(每一个或单独地被称为102)等智能可变速循环设备的循环系统100。循环系统100可以涉及建筑物104(如图所示)、校园(多个建筑物)、交通工具、或其他合适的基础设施或负载。每一控制泵102可包括一个或多个相应泵设备106a、106b(每一个或单独地被称为106)和用于控制每一泵设备106的操作的控制设备108a、108b(每一个或单独地被称为182)。该特定循环介质可以取决于特定应用而变化，并且可以例如包括乙二醇、水、气，等等。如图1所示，循环系统100可包括一个或多个负载110a、110b、110c、110d，其中每一负载可以是基于HVAC、管道装置等的不同使用要求。每一双向阀112a、112b、112c、112d可被用来管理送给每一相应负载110a、110b、110c、110d的流速。随着跨负载的压差降低，控制设备108通过增加泵设备106的泵速以维持或达到压力设定点来对这一变化进行响应。如果跨负载的压差增加，控制设备108通过降低泵设备106的泵速以维持或达到压力设定点来对这一变化进行响应。在一些示例实施例中，控制阀112a、112b、112c、112d可包括用于控制送给管道系统的流量的龙头或分接口。在一些示例实施例中，压力设定点可以是固定的、持续地或周期性地计算得到的、在外部确定的、或以其他方式指定的。每一控制泵102的控制设备108可包括内部检测器或传感器，在本领域中通常称为“无传感器”控制泵，因为不需要外部传感器。内部检测器可被配置成自检测例如设备属性，诸如泵设备106的功率和速度。其他输入变量可被检测。泵设备106的泵速可独立于内部检测器被改变以达到泵设备106的压力和流量设定点。程序映射可被控制设备108使用来将检测到的功率和速度映射到所得的输出属性，如头输出和流量输出(H,F)。仍然参考图1，每一控制设备102的输出属性被控制例如以在组合输出属性114处达到压力设定点，在建筑物104的负载点处示出。输出属性114表示所有控制泵102的各单独输出属性在负载处的聚集或总和(在这种情况下，是流量和压力)。在典型的常规系统中，外部传感器(未示出)将被放置在输出属性114的位置处且相关联的控制(未示出)将独立于外部传感器检测到的流量被用来控制或改变泵设备106的泵速以达到压力设定点。相反，在各示例实施例中，输出属性114改为根据自检测的设备属性来推断或相关，如泵设备106的功率和速度和/或其他输入变量。如图所示，输出属性114位于建筑物104的高度的最极限负载位置处(或管线的端部)，且在其他示例实施例中，输出属性114可位于其他位置，如建筑物104的中间、距建筑物104的顶部或沿管线往下2/3、或在校园的最远建筑物处。一个或多个控制器116(例如，处理器)可被用来协调控制泵102的输出流。如图所示，控制泵102可以相对于共享负载110a、110b、110c、110d来并行安排。例如，控制泵102中的每一者的各单独输出属性可由控制器116推断和控制，以达到聚集输出属性114。这一特征在下文更详细地描述。在一些示例中，循环系统100可以是子循环系统(“冷却器装置”)。该冷却器装置可包括与建筑物104的辅助循环系统进行热通信的接口118。控制阀112a、112b、112c、112d管理送给冷却线圈(例如，负载110a、110b、110c、110d)的流速。每一双向阀112a、112b、112c、112d可被用来管理送给每一相应负载110a、110b、110c、110d的流速。在阀112a、112b、112c、112d打开时，跨阀的压差降低。控制设备108通过增加泵设备106的泵速以达到指定输出设定点来对这一变化进行响应。如果控制阀112a、112b、112c、112d关闭，跨阀的压差增加，且控制设备108通过降低泵设备106的泵速以达到指定输出设定点来对这一变化进行响应。在一些其他示例中，循环系统100可以是供热循环系统(“供热装置”)。该供热装置可包括与建筑物104的辅助循环系统进行热通信的接口118。在这样的示例中，控制阀112a、112b、112c、112d管理送给供热元件(例如，负载110a、110b、110c、110d)的流速。控制设备108通过增加或降低泵设备106的泵速以达到指定输出设定点来对供热元件的变化进行响应。仍然参考图1，泵设备106可以采取具有可变速控制的各种形式的泵。在一些示例实施例中，泵设备106至少包括容纳泵设备106的密封箱，该泵设备至少限定用于接收循环介质的输入元件和用于输出循环介质的输出元件。泵设备106包括一个或多个可操作元件，包括能根据控制设备108来可变地控制以按可变速度转动的可变马达。泵设备106还包括起作用地耦合到马达且基于马达的速度来旋转以使循环介质进行循环的推动器。取决于泵设备106的类型，泵设备106还可包括附加的合适的可操作元件或特征。泵设备106的设备属性(包括马达速度和功率)可由控制设备108来自检测。现在参考图2，其解说了示出可变速设备(在该示例中是控制泵102)的示例合适的操作范围202的图表200。操作范围202被示为图表200上的多边形区域或区间，其中该区域由表示合适的操作范围的边界来界定。例如，设计点可以是例如如在点A(210)中的系统(如在输出属性114处的建筑物104(图1))所需的最大预期系统负载。设计点点A(210)可由系统设计者基于系统有效操作所需的流量和将设计流量泵送通过系统管线和设备所需的压头/压力损失来估计。注意，因为泵头估计可能被高估，所以大多数系统将从不达到设计压力，且将超过设计流量和功率。其中设计者低估所需头的其他系统将以高于设计点的压力来操作。对于这种情况，正确地选择一个或多个智能可变速泵的一个特征使它可以被正确地调整以在系统中递送比设计者指定更大的流量和压头。还可为使用多个受控制的泵102的操作来估计设计点，其中所得的流要求被分配在各受控制的泵102之间。例如，对于相同类型或性能的受控制的泵，系统或建筑物104的总估计所需输出属性114(例如，维持负载位置处的所需压力设计点的最大流量)可被均分在每一受控制的泵102之间以确定各单独的设计点，并将损失或任何非线性组合流输出纳入考虑。在其他示例实施例中，取决于每一控制泵102的特定流容量，总输出属性(例如，至少流)可被不均匀地划分，并将损失或任何非线性组合流输出纳入考虑。因而，为每一单独的控制泵102确定单独的设计设定点(如在点A(210)中)。图表200包括包含相关的参数的轴。例如，均方头大约与流量成比例，且流量大约与速度成比例。在所示示例中，横坐标(或即x轴)204解说了每分钟美国加仑(GPM)的流量，且纵坐标(或即y轴)206解说了每英寸(或者每英尺)磅(psi)的压头(H)。操作范围202是控制泵102相对于那些参数的、在图表200上的叠加表示。各参数之间的关系可以通过特定亲缘关系法则来近似，这可受体积、压力、以及制动马力(BHP)的影响。例如，对于推进器直径的变化，在恒定速度的情况下：D1/D2＝Q1/Q2；H1/H2＝D12/D22；BHP1/BHP2＝D13/D23。例如，对于速度的变化，在恒定推进器直径的情况下：S1/S2＝Q1/Q2；H1/H2＝S12/S22；BHP1/BHP2＝S13/S23。其中：D＝推进器直径(Ins/mm)；H＝泵头(Ft/m)；Q＝泵容量(gpm/lps)；S＝速度(rpm/rps)；BHP＝制动马力(轴功率-hp/kW)。具体而言，对于图表200参数中的至少一些，存在可提供给定输出设定点的、可操作系统的系统变量的一个以上操作点或路径。如本领域可理解的，操作点或路径处的至少一个系统变量将另一系统变量的操作限制在该操作点或路径处。还示出了控制泵102的最佳效率点(BEP)曲线220。部分效率曲线也被示出，例如77％效率曲线238。在一些示例实施例中，操作范围202的上边界也可由马达功率曲线236(例如，最大马力)来进一步限定。在替换实施例中，操作范围202的边界也可依赖于泵速曲线234(以Hz为单位来示出)而非严格最大马达功率曲线236。如图2所示，一个或多个控制曲线208(示出了其中的一个)可针对智能可变速度设备来定义和编程，如控制泵102。取决于检测到的参数的变化(例如，对流量/负载的内部或推断检测)，泵设备106的操作可基于来自控制设备108的指令被维持在控制曲线208上操作(例如，在更高或更低的流量点)。这一控制模式也可被称为二次压力控制(QPC)，因为控制曲线208是两个操作点(例如，点A(210)：最大压头以及点C(214)：最小压头)之间的二次曲线。取决于特定所需或检测到的负载，本文对“智能”设备的引用包括控制泵102能够沿控制曲线208自调整泵设备106的操作。与二次曲线不同的其他示例控制曲线包括恒压控制和比例压力控制(有时称为直线控制)。取决于特定应用，还可选择另一指定控制曲线(未示出)，它可被预定或实时计算得到。现在参考图3，它示出了根据示例实施例的解说操作范围202内的控制泵102内部感测控制(有时称为“无传感器”控制)的图示300。例如，在这样的示例实施例中，将不需要外部或接近的传感器。内部检测器304或传感器可被用来自检测泵设备106的相关联马达的设备属性，如功率和速度(P，S)的量。存储在控制设备108的存储器中的程序映射302被控制设备108用来将检测到的功率和速度(P，S)映射或相关到特定系统或建筑物104的所得的输出属性，如设备102的压头和流量(H，F)。在操作期间，控制设备108使用内部检测器304监视泵设备106的功率和速度并建立相对于系统需求的压头-流量条件。设备102的相关联的压头-流量(H，F)条件可被用来计算设备102对负载处的总输出属性114(图1)的单独贡献。程序映射302可被用来将功率和速度映射到泵设备106在控制曲线208上的控制操作，其中控制曲线上的点被用作所需设备设定点。例如，参考图1，在控制阀112a、112b、112c、112d打开或关闭以调节到冷却线圈(例如，负载110a、110b、110c、110d)的流时，控制设备108自动调整泵速来匹配当前流处的所需系统压力需求。注意，用于自检测设备属性的内部检测器304与某些常规现有系统形成对比，这些常规现有系统可能使用仅直接测量跨控制泵102的压力和流量的本地压力传感器和流量计。在各示例实施例中，这样的变量(本地压力传感器和流量计)可不被认为是设备属性。可变速无传感器设备的另一示例实施例是根据电可变速驱动器提供的电变量来估计制冷剂流量和升力(lift)的压缩机。在一示例实施例中，“无传感器”控制系统可被用于受控制系统中的一个或多个冷却设备，例如作为“冷却器装置”或其他冷却系统的一部分。例如，可变速设备可以是包括可控可变速压缩机的冷却设备。在一些示例实施例中，自检测冷却设备的设备属性可包括例如压缩机的功率和/或速度。所得的输出属性可包括例如诸如温度、湿度、流量、升力、和/或压力等变量。可变速无传感器设备的另一示例实施例是根据电可变速驱动器提供的电变量来估计它所产生的气流和压力的风扇。无传感器设备的又一示例实施例是根据电可变速驱动器提供的电变量来估计它的速度和它所携带的质量的传送带。图4解说诸如建筑物104等系统的示例负载概图400，例如针对计划的或测量的“设计日”。负载概图400解说操作小时百分比对加热/冷却负载百分比。例如，如图所示，许多示例系统可能需要在90％或更多时间内只在0％到60％负载容量下操作。在一些示例中，控制泵102可被选择用于部分负载处的最佳效率操作，例如在或约50％峰值...