使用入口压力的系统状态检测的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月10日提交的序号为62/743,723的临时专利申请，其全部内容通过引用合并于此。

本发明涉及一种泵送系统；更具体地涉及检测泵系统中的状态。

背景技术：

大多数水压控制系统包括例如如图1所示的泵/电机、电机控制器、单向(止回)阀、蓄能器罐(膨胀罐)和压力换能器/开关。来自压力传感器/开关的信令被传输到电机控制器，以控制过程变量、压力。在这些水压控制系统中，压力换能器安装在排水管上，以控制系统压力。

典型系统的设计方面是在系统流量达到0或达到低流量值时关闭泵/电机。这可以通过多种方式来实现，包括但不限于测量电机的功耗或系统中压力的扰动。在前面的方法中，当系统中的流量达到0或较低的流量值时，电机的功耗将降低。可以在控制器中设置或预设此功率限制，以允许低流量/零流量时关闭。在后面的方法中，调节控制器以调节引起压力变化的电机速度。监控最终的压力变化，以确定系统流量条件。

典型系统配置的一些缺点在下面列出。

1)当典型系统达到低流量/无流量条件并且泵/电机关闭时，由于止回阀的位置，而不知道入口/吸入压力。

2)仅使用电机功耗来确定系统流量状态可能会导致不希望的跳闸或在低流量/0流量时不关闭。正确使用此功能需要用户调节或调整每个泵/电机和系统的设置。这增加了安装时间和调试的复杂性。

3)仅使用系统压力扰动来确定系统流量也可能导致不希望的跳闸或在低流量/0流量时不关闭。在膨胀罐很大的情况下尤其如此。在这些情况下，系统压力变化缓慢，因此不希望地，无法检测到任何流量状态。

4)在任一情况下，无法直接测量系统中的流量。可以尝试使用速度、功率和压力来表征系统以确定流量，但是这种方法仅在系统中只有单个泵或流量源的情况下才是准确的。

鉴于上述情况，工业上需要更好的泵控制系统。

技术实现要素：

根据本发明的泵控制系统可以克服与本领域中已知的传统系统相关的问题。例如，可以通过测量跨泵壳和管道的吸入和排放压力之间的压力差来直接测量系统流量。与现有解决方案相比，这具有许多优势。低/0流量状态可以直接测量。不需要功率测量、调谐或压力扰动方法来检测低/0流量。因为流量是直接得出的，所以该方法将不需要像上述方法中那样进行调整。

在根据本发明的泵控制系统中，即使在止回阀关闭时，控制器也总是具有系统吸入/入口压力状态的直接测量。这为其他诊断和系统状态信息提供了很多机会。

这种配置还可用于调节泵的输出，以避免泵送超出可用净正吸入头(npsha)。离心泵具有所需的净正吸入头界限(npshr)，以满足给定的流量和压力设计点。如果npsha低于npshr，则泵将无法达到设计点。如果npsha远远低于npshr，则可能由于气蚀而导致损坏。使用此配置，可以通过减少基于npsha的泵的输出来避免泵损坏。例如，可以使用给定泵的npshr界限对控制器进行编程。如果npsha低于这些界限，则可以调整泵速以避免气蚀。

在市政增压和其他具有埋地管道的饮用水应用中，泵的吸入管线必须始终保持正压，以避免由于污染物进入而造成健康问题。根据本发明的这种配置可以用于防止泵将吸入管线压力吸入低压界限之下。例如，可以用低吸入压力界限来编程控制器。如果吸入压力低于此界限，则可以降低或停止泵的输出，以避免将吸入管线压力降低到安全界限之下。

同样，在市政应用中，公共设施可以使用来自吸入管线传感器的数据来监视其基础设施的状态。这样做可以使公共设施以更有效的方式解决管道泄漏、断裂、低压区域和维护的问题。

在从低于泵的液位泵送流体的系统中，根据本发明的这种配置可用于检测灌注(prime)损失。这样的系统在吸入管线上具有单向阀(止回阀或底阀)，以防止灌注损失。该底阀可能会泄漏，然后泵可能会失去灌注功能。吸入侧传感器可用于检测这种状态。当流体通过底阀泄漏回去时，结果将是吸入管线上的负压(假设底阀在液位之下)。可以检测到这种状态，并提供通知，以帮助进行故障排除。

同样，在从低于泵的水平面泵送流体的系统中，吸入管线传感器还可以指示吸入管线中流体的深度和/或水的深度。当吸入管线中的水排空并且泵启动时，其开始从吸入管线中排放空气，并将流体吸入吸入管线。随着泵继续操作，随着更多的流体被吸入到吸入管线中，吸入压力下降。吸入管线压力将与水的深度成正比。例如，如果吸入管线压力对应于水的-20ft，则水的深度为20ft，或吸入管线的20ft内充满水。吸入管线传感器可以将此信息传输到控制器，以进行其他处理和诊断。在用于液位感测的实现方式中，本身不需要吸入管线上的单向阀(止回阀或底阀)来检测液位。其目的是使泵保持灌注状态。

具体实施方式

市政供水系统的控制器

根据一些实施例，并且通过示例的方式，本发明可以包括市政供水系统的控制器或采用市政供水系统的控制器的形式，市政供水系统具有连接到吸入管线的泵，控制器的特征在于：

信号处理器和存储器模块，信号处理器和存储器模块被配置为：

接收由被布置在吸入管线上的吸入管线压力传感器感测到的吸入管线压力传感器信令，吸入管线压力传感器信令包含关于在吸入管线中流动的水的吸入管线压力的信息；

接收被编程在存储器模块中的低吸入压力界限信令，低吸入压力界限信令包含关于在吸入管线中流动的水的低吸入压力界限的信息；

基于接收到的吸入管线压力传感器信令和低吸入压力界限信令，根据吸入管线压力与低吸入压力界限之间的关系，提供包含用以控制泵的操作的信息的控制信令。

根据一些实施例，并且通过示例的方式，本发明可以包括具有连接到吸入管线的城市用水市政供水系统或采用具有连接到吸入管线的城市用水市政供水系统的形式，城市用水市政供水系统的特征在于：吸入管线压力传感器，被布置在吸入管线上，并且被配置为感测在吸入管线中流动的水的吸入管线压力，并提供包含关于所感测的吸入管线压力的信息的吸入管线压力传感器信号信令；控制器，控制器具有信号信号处理器和存储模块存储器模块，信号信号处理器和存储模块存储器模块被配置为：接收吸入管线压力传感器信号信令；接收被编程在存储模块存储器模块中的低吸入压力界限信号信令，低吸入压力界限信号信令包含关于在吸入管线中流动的水的低吸入压力界限的信息；基于接收到的吸入管线压力传感器信号信令和低吸入压力界限信号信令，根据吸入管线压力与低吸入压力界限之间的关系，提供包含用以控制泵的操作的信息的控制信号信令。

控制信令可以包含在吸入管线压力下降至低于低吸入压力界限的情况下使泵减少或停止泵送在吸入管线中流动的水的信息。

灌注损失和/或液位感测

根据一些实施例，并且通过示例的方式，本发明可以包括供水系统或采用供水系统的形式，在供水系统中，流体从具有单向止回阀或底阀并被布置在较低水平或高度且在泵之下的吸入管线中被泵送，供水系统的特征在于具有信号处理器的控制器，信号处理器被配置为：接收由被布置在吸入管线上的吸入管线压力传感器感测到的吸入管线压力传感器信令，吸入管线压力传感器信令包含有关吸入管线负压力的信息，吸入管线负压力例如在感测到灌注损失的情况下由于单向止回阀或底阀cvi漏水而导致，或在液位感测的情况下由于水深而导致；基于接收到的吸入管线压力传感器信令，提供相应的信令，信令包含用以防止泵p中的灌注损失的信息。

对应的信令可以包含例如用以提供通知以帮助对流体泄漏进行故障排除的信息。

相应的信令可以包括控制信令，控制信令包含用以控制泵的操作的信息，操作包括周期性地打开泵以防止灌注损失。

供水系统可以包括吸入管线压力传感器。

吸入管线压力传感器可以配置在单向止回阀或底阀和泵之间的吸入管线上。

npsha/npshr

根据一些实施例，并且通过示例的方式，本发明可以包括供水系统的控制器或者采取供水系统的控制器的形式，供水系统具有连接到吸入管线的泵，控制器的特征在于具有信号处理器和存储器模块，信号处理器和存储器模块被配置为：接收由被布置在吸入管线上的吸入管线压力传感器感测到的npsha信令，npsha信令包含有关泵的可用净正吸入头(npsha)的信息；接收被编程在存储器模块中的npshr界限信令，npshr界限信令包含有关泵所需的净正吸入头(npshr)界限的信息；提供包含控制信息的控制信令，信息用于基于接收到的npsha信令和npshr界限信令，根据npsha和npshr界限之间的关系控制泵的操作。

如果npsha降至低于npshr界限，则控制信令可以包含降低泵的速度和输出的信息，以避免损坏泵。

低/无流量检测

根据一些实施例，并且通过示例的方式，本发明可以包括泵系统的控制器或采用泵系统的控制器的形式，控制器的特征在于具有信号处理器，信号处理器被配置为：接收包含关于在泵的入口处感测到的吸入压力和在泵的出口处感测到的排放压力的信息的信令；基于接收到的信令确定低/无流量状态；提供包含用以根据确定的低流量/无流量状态控制泵的操作的信息的控制信令。

如果低/无流量状态被确定，则控制信令可以包含用于关闭泵的信息。

附图说明

附图不一定按比例绘制，其包括以下图：

图1示出了本领域中已知的水压控制系统。

图2示出了根据本发明的一些实施例的水压控制系统。

图3是根据本发明的一些实施例的图2所示的系统的框图，系统例如具有带有信号处理器的控制器和用于实现控制器功能的存储器模块。

图4示出了与图2所示的系统类似的系统，但是，其中根据本发明的实施例，流体从吸入管线泵送，吸入管线具有止回单向阀或底阀并且布置在较低的水平或高度上，并位于泵的下方。

图5是根据本发明的一些实施例的图4所示的系统的框图，系统例如具有带有信号处理器的控制器，信号处理器用于实现控制器功能。

图6是根据本发明的一些实施例的与图2所示的系统类似的系统的框图，系统例如具有带有信号处理器的控制器，信号处理器用于实现控制器功能。

图7是根据本发明的一些实施例的与图2所示的系统类似的系统的框图，系统例如具有带有信号处理器的控制器，信号处理器用于实现控制器功能。

为了一致性，图中相似的部分用相似的附图标号和标记来标记。附图的每个图中未包含每个元件的每个引线和相关的附图标记，以减少附图整体上的混乱。

具体实施方式

总体上，本发明提供一种使用入口压力作为输入变量来检测各种系统状态的方法。系统被配置有安装在系统入口/吸入口上的压力换能器。入口/吸入口压力换能器感测的信令单独或与在系统出口/排放口上感测的出口/排放口压力换能器信令结合可以用于得出各种系统状态。这些状态可以用于正确控制系统和/或保护泵。

图2：系统10

通过示例的方式，图2示出了总体上表示为10的系统，该系统可以采用具有连接至吸入管线sl的泵p的市政供水系统的形式。系统10包括控制器或泵/电机控制器c、入口压力换能器/传感器pti、排放管线dl、排放压力换能器/传感器ptd、止回阀和蓄能罐。电机控制器c接收输入电力、来自输入压力换能器/传感器pti的入口压力反馈(例如，以吸入管线压力传感器信令的形式)以及来自排放压力换能器/传感器ptd的排放压力反馈(例如，以排放管线压力传感器发送的形式)，并提供控制信令，以控制泵p的操作，例如以向泵p的电机提供电力的形式。泵p包括泵入口，泵入口联接到吸入管线sl，以接收入口流动，并且如所示地，还包括联接到排放管线dl的泵排放，以向系统提供出口流动。止回阀布置在排放管线dl上，以允许从泵p到系统的一个方向上的流动，并防止在相反方向上流回到泵p。

图3：市政供水系统的控制器

通过示例的方式，图3示出了系统10的框图，系统具有带有信号处理器10a和存储器模块10b的控制器c。与图2-图3中所示的一致，并且根据一些实施例，本发明可以采用具有信号处理器10a和存储器模块10b的控制器c的形式，信号处理器和存储器模块至少被配置为：

接收由被布置在吸入管线sl上的吸入管线压力传感器pti感测到的吸入管线压力传感器信令，信令包含关于在吸入管线sl中流动的水的吸入管线压力的信息；

接收被编成在存储器模块10b中的低吸入压力界限信令，低吸入压力界限信令包含关于在吸入管线sl中流动的水的低吸入压力界限的信息；

基于接收到的吸入管线压力传感器信令和低吸入压力界限信令，根据吸入管线压力与低吸入压力界限之间的关系，提供包含用以控制泵p的操作的信息的控制信令。

通过示例的方式，根据本文中所示和的内容，如果吸入管线压力下降至低于低吸入压力界限，控制信令可以包含用以使电机和泵p减少或停止泵送在吸入管线sl中流动的水的信息。

在图3中，存储器模块10b可以形成其他信号处理器回路、电路或组件10b的一部分。低吸入压力界限信令可以例如通过系统10的制造商或用户例如根据特定应用等被编程或存储在存储器模块10b中。本发明的范围无意于限制低吸入压力界限信令如何被存储和/或编程到存储器模块10b中。

信令处理功能的实现

通过示例的方式，可以使用硬件、软件、固件或它们的组合来实现信号处理器或处理模块10a的功能。在典型的软件实现方式中，信号处理器10a将包括一个或多个基于微处理器的架构，该架构例如具有至少一个信号处理器或微处理器。本领域技术人员将能够使用合适的程序代码进行编程，例如基于微控制器的或基于微处理器的实现方式，以在不需要过多实验的情况下即可执行本文中公开的信令处理功能。例如，根据本文中公开的内容，信号处理器10a可以例如由本领域技术人员在不进行过多实验的情况下配置为接收吸入管线压力传感器信令、例如来自布置在吸入管线sl上的吸入管线压力传感器pti的信令，并且还接收低吸入压力界限信令、例如来自存储器模块10b的信令。

此外，根据本文中公开的内容，信号处理器10a还可以例如由本领域技术人员在没有过度实验的情况下配置为基于接收到的吸入管线压力传感器信令和低吸入压力界限信令，根据吸入管线压力与低吸入管线压力界限值之间的关系来确定并提供包含用以控制泵p的操作的信息的控制信令。

本发明的范围不意在限于使用现在已知或将来后面开发的技术的任何特定实现方式。本发明的范围意在包括将信号处理器10a的功能实现为独立处理器、信号处理器或信号处理器模块以及单独的处理器或处理器模块以及它们的某种组合。

通过示例的方式，系统10还可以包括总体上由10b表示的例如其他信号处理器电路或组件，信号处理器电路或组件包括随机存取存储器或存储器模块(ram)和/或只读存储器(rom)、输入/输出装置和控制以及连接其的数据和地址总线数据和/或例如本领域技术人员将理解的至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。

图4-图5：灌注损失和/或液位感测

通过示例的方式，图4示出了总体上表示为20的系统，例如，系统可以采用与图2所示的系统类似的具有将泵p连接至吸入管线sl的供水系统的形式。系统20包括图2所示的系统10的组件。此外，如所示，系统20还包括布置在吸入管线sl上的标记为cvi的单向止回阀或底阀。此外，与图2所示的相反，在图4中的系统20中，流体从布置在较低水平或较低高度并且在泵p之下的吸入管线被泵送。通过示例的方式，泵p可以布置在建筑物中的一楼层或高度上，吸入管线sl可以从建筑物中的较低楼层或高度上来。

根据图4-图5所示，并根据一些实施例，本发明可以采用具有信号处理器20a的控制器c’的形式，信号处理器至少配置为：

接收通过布置在吸入管线sl上的吸入管线压力传感器pti感测到的吸入管线压力传感器信令，信令包含有关吸入管线负压力的信息，吸入管线负压力例如在感测到灌注损失的情况下由于单向止回阀或底阀cvi漏水而导致，或在液位感测的情况下由于水深而导致；

基于接收到的吸入管线压力传感器信令，提供相应的信令，信令包含用于防止泵p中的灌注损失的信息。

对应的信令可以包含信息，例如，用于提供通知以帮助对流体泄漏进行故障排除或提供关于流体深度的信息。该信息还可以包括音频或视觉警告。本发明的范围不意在局限于所提供的通知和/或信息的类型或种类。

相应的信令可以包括控制信令，控制信令包含用以控制泵的操作的信息，信息包括周期性地打开泵以防止灌注损失。

通过另外的示例的方式，负吸入管线压力可以由吸入管线sl或连接至吸入管线的管线的破损引起。本发明的范围不意在局限于在吸入管线sl中引起负吸入管线压力的事件的类型或种类。

根据一些实施例，供水系统20可以包括吸入管线压力传感器。通过示例的方式，根据图4所示，吸入管线压力传感器pti可以配置在单向止回阀或底阀cvi与泵p之间的吸入管线sl上。

信号处理器20a的功能可以使用例如与根据关于图3示出和描述的功能一致的硬件、软件、固件或其组合来实现。通过另外的示例的方式，系统20还可以包括例如总体上用20b表示的其他信号处理器电路或组件，信号处理器电路或组件包括随机存取存储器或存储器模块(ram)和/或只读存储器(rom)、输入/输出装置和控制以及连接其的数据和地址总线数据和/或例如本领域技术人员将理解的至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。

图6：npsha/npshr

通过示例的方式，图6示出了系统30的框图，系统具有带有信号处理器30a和存储器模块30b的控制器c。根据图2和图6所示的，并且根据一些实施例，本发明可以采用具有信号处理器30a和存储器模块30b的控制器c的形式，信号处理器和存储器模块至少配置为：

接收由布置在吸入管线上的吸入管线压力传感器(例如，类似pti(图2或图3))感测到的npsha信令，信令包含有关泵的可用净正吸入头(npsha)的信息；

接收被编程在存储器模块30b中的npshr界限信令，信令包含有关泵的所要求的净正吸入头的信息(npshr)的界限；

基于接收到的npsha信令和npshr界限信令，根据npsha和npshr界限之间的关系，提供包含控制信息的控制信令，该信息用以控制泵的操作。

如果npsha降至低于npshr界限，则控制信令可以包含降低泵p的速度和输出的信息(图2)，以避免损坏泵。

信号处理器30a的功能可以使用例如与根据关于图2和图5示出和描述的功能一致的硬件、软件、固件或其组合来实现。通过另外的示例的方式，系统30还可以包括例如总体上用30b表示的其他信号处理器电路或组件，信号处理器电路或组件包括随机存取存储器或存储器模块(ram)和/或只读存储器(rom)、输入/输出装置和控制以及连接其的数据和地址总线数据和/或例如本领域技术人员将理解的至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。

图7：低/无流量检测

通过示例的方式，图7示出了系统40的框图，系统具有带有信号处理器40a的控制器c。根据图2和图7所示，并且根据一些实施例，本发明可以采用具有带有信号处理器40a的控制器c的形式，信号处理器至少配置为：

接收包含关于在泵的入口处感测到的吸入压力和在泵的出口处感测到的排放压力的信息的信令；

基于接收到的信令确定低/无流量状态；

根据确定的低流量/无流量状态，提供包含信息的控制信令，该信息用于控制泵的操作。

如果确定低/无流量状态，则控制信令可以包含用于关闭泵p的信息。

信号处理器40a的功能可以使用例如与根据关于图3、图5和图6示出和描述的功能一致的硬件、软件、固件或其组合来实现。通过另外的示例的方式，系统40还可以包括例如总体上用40b表示的其他信号处理器电路或组件，信号处理器电路或组件包括随机存取存储器或存储器模块(ram)和/或只读存储器(rom)、输入/输出装置和控制以及连接其的数据和地址总线数据和/或例如本领域技术人员将理解的至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。

压力换能器/传感器

例如pti、ptd的压力换能器或传感器在本领域中是已知的，并且本发明的范围不意在局限于例如现在已知或将来后面开发的其任何特定类型或种类。

本发明的范围

此外，仅以示例的方式提供了在本文中详细示出和描述的实施例；本发明的范围并不意在局限于本文中包括的这些部件或元件的特定构造、尺寸和/或设计细节。换句话说，本领域技术人员将理解的是，可以对这些实施例进行设计改变，并且使得所得的实施例将不同于本文公开的实施例，但是仍将在本发明的整体精神之内。

应当理解，除非本文另有说明，否则关于本文的特定实施例描述的任何特征、特性、替代物或修改也可以被应用、使用或与本文中描述的任何其他实施例结合。

尽管已经关于本发明的示例性实施例描述和示出了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中以及对其做出前述和各种其他添加和省略。