泵-电机组件的故障保护的制作方法

相关申请的交叉引用

该国际申请根据u.s.c.第35条第119(e)款要求于2018年2月5日提交的标题为verticalboosterpumpandsubmersiblemotorassembly的序列号为62/626,555的美国临时专利申请、于2018年8月30日提交的标题为verticalboosterpumpandsubmersiblemotorassembly的序列号为62/725,217的美国临时专利申请以及于2018年8月31日提交的标题为faultprotectionforapump-motorassembly的序列号为62/725,618的美国临时专利申请的权益；所述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及电机和泵的故障保护，并且更具体地涉及用于保护泵-电机组件免受监测的故障影响的设备和方法。

背景技术：

除其它原因外，泵系统已用于填充储罐、维持管道中的水压或将液体泵出深井。这样的系统包括泵-电机组件(pma)，其中，电机驱动泵以将液体从一个容器转移到另一容器。电机控制器或电机驱动器通常控制电机的工作。增压泵是被配置成增加被泵送的液体(诸如，水)的压力的一种pma。例如，高层建筑物可以在间隔开的位置使用增压泵，诸如，每隔几个楼层，以为建筑物的所有楼层提供足够的水压。因此，这些高层建筑增压泵安装在生活空间附近以及顶部间隙有限的区域。与传统露天式增压泵相关联的噪音可能会引起附近居民的投诉，而有限的顶部间隙可能会限制潜水式泵构造的选择。与露天式泵相比，在使用潜水式泵的情况下维护成本可能更高。

电机驱动器通常是被配置成将流体压力维持在期望设定点的变速驱动器。变速驱动器由本领域的技术人员安装，并且随着技术的发展，变速驱动器变得越来越可配置。诸如，冷却不足、流量阻塞、机械未对准等的各种故障都可能导致pma发生故障。另外，变速驱动器可能被不正确地配置，因此会导致pma在生成低流量的速度范围内运行，并且如果低流量不足以冷却或润滑电机或泵，则可能损坏电机或泵。

需要一种可靠且具有成本效益的方法来保护泵系统免受故障影响。

技术实现要素：

本公开的实施方式提供了一种故障控制设备和方法，以通过监测来自与泵-电机组件相关联的各种换能器的信号来检测故障状况的存在来保护泵-电机组件免受故障影响。泵-电机组件包括联接到泵的电机，以及用于检测泵-电机组件的特性的换能器或传感器。特性可以包括温度、电流、振动和由感测到的参数得出的其它特性(诸如，频率)。如果检测到一个或更多个这种状况，则故障控制设备生成信号，以影响泵-电机组件的工作并向用户警告所检测到的故障状况。在一些实施方式中，故障控制设备安装在泵-电机组件上。在一些变型中，故障控制设备被电连接以将警报信号和停止/运行信号传送到电机驱动器。在其它变型中，故障控制设备被电连接以将警报信号传送到电机驱动器并将停止/运行信号传送到断路器以停止电机。故障控制设备也可以与pma分开定位，同时电联接至安装在pma上的换能器或传感器。

有利地，潜水式电机使得增压泵能够更安静地工作。此外，因为液体比空气更有效地传递热量，所以使用潜水式电机使得能够以足够及时的方式检测低流量状况或无流量状况，以防止损坏电机或泵。

在本发明的一个形式中，本公开提供了一种用于泵-电机组件的故障控制设备，该泵-电机组件包括机械地联接到泵的电机，该故障控制设备包括：电流互感器，该电流互感器被适配成感测流过为电机供电的电力线的电流；以及控制器，该控制器被构造成基于所感测的电流确定电机的速度，并且如果该速度小于大于零的最小速度，则生成故障信号。

在本发明的另一形式中，本公开提供了一种用于泵-电机组件的故障控制设备，该泵-电机组件包括机械地联接至泵并由电机驱动器供电的电机，该电机驱动器向电机供应包括三个相的功率，该故障控制设备包括：振动换能器，该振动换能器安装到泵-电机组件上；以及控制器，该控制器被构造成确定由振动换能器生成的振动信号的特性，并基于该特性来检测是否缺失三个相中的至少一相。

在本发明的又一形式中，本公开提供了一种监测泵-电机组件的故障的方法，该泵-电机组件包括机械地联接至泵的电机。该方法通过机械地安装到泵-电机组件上并包括控制器和振动传感器的故障控制设备来实现。两个热电偶和电流互感器也安装到泵-电机组件上，该电流互感器磁联接到为电机供电的电力线。控制器通过感测来自电流互感器的信号来确定电机的速度，并基于其确定在速度低于最小速度时的故障。如果由热电偶感测到的温度超过最大温度阈值，或者如果温度之间的差超过阈值，或者如果温度中的至少一个温度的变化速率超过阈值，则控制器可以确定温度故障。如果振动传感器指示过度振动，则控制器可以通过比较来自三个轴的信号并确定一个信号的幅度比其它信号的幅度平均值至少大50％或者如果一个信号的幅度至少是其它信号中的一个信号的幅度的两倍来确定缺相故障。如果确定故障，则控制器将警报信号发送到向电机供电的电机驱动器，或者将停止信号发送到电机驱动器或断路器以停止电机的工作。

附图说明

在附图中，贯穿几个视图，对应的附图标记指示对应部分。除非另有说明，否则附图不成比例。

图1是包括泵-电机组件的泵控制系统的实施方式的图；

图2和图3是图1的泵-电机组件的实施方式的立体图和剖视图；

图4是示出了根据图1的泵-电机组件的实施方式的壳体适配器的图1的泵-电机组件的分解剖视图；

图5是图4所示的壳体适配器的立体图；

图6a是图5的壳体适配器和故障控制设备的视图；

图6b和图6c是图6a的故障控制设备的视图；

图7和图8是图1的泵控制系统的框图；

图9和图10是图1的泵控制系统的另选变型的框图；

图11是示出了来自振动传感器的振动信号的幅度的图；

图12是包括多个单独控制的泵-电机组件的增压系统的框图；

图13是包括由共用电机驱动器驱动的多个泵-电机组件的增压系统的框图；

图14是图6a的故障控制设备的主视图；

图15是图14的故障控制设备的框图；

图16是通过图14的故障控制设备实现的故障保护方法的实施方式的流程图；以及

图17和图18是壳体适配器的另选图示。

具体实施方式

本公开的实施方式提供了一种故障控制设备和方法，以通过监测来自与泵-电机组件相关联的各种换能器的信号来检测故障状况的存在来保护泵-电机组件免受故障影响。如果检测到一个或更多个这种状况，则故障控制设备生成信号，以影响泵-电机组件的工作并向用户警告所检测到的故障状况。在一些实施方式中，故障控制设备安装在泵-电机组件上，并电连接至电机驱动器，以传送警报信号和停止/运行信号。在一些实施方式中，故障控制设备安装在泵-电机组件上，并通过断路器电连接至电机驱动器，以将警报信号传送至电机驱动器并将停止/运行信号传送至断路器。

图1是泵控制系统20的实施方式的图，该泵控制系统20包括也在图2和图3中示出的pma22、电机驱动器90和故障控制系统100。pma22包括具有电机32(图3所示)的电机部分30和具有泵52(图3所示)的泵部分50。连接到电机部分30的入口适配器24具有入口端口26，并且连接到泵部分50的排放适配器60具有排放端口62。电机部分30在入口端口26和泵部分50的中间，而泵部分50在电机部分30和排放端口62的中间。在电机部分30和泵部分50之间设置了壳体适配器40，以为接线盒80和故障控制设备102提供安装位置。泵52由电机32驱动，电机32由电机驱动器90经由包括电力导线110a至110c(图8所示)的电力线110供电。可以使用两个或更多个电力导线向电机32提供单相、两相或三相电力。电力导线在接线盒80中连接至电机。pma22可以流体地联接以呈现竖直或水平取向。

故障控制系统100包括故障控制设备102、换能器(在下面讨论)、警报信号线104和停止/运行控制线106。在工作中，故障控制设备102评估来自换能器的信号并确定是否发生故障以及该故障是否需要(merit)关闭电机。如果发生故障，则故障控制设备102将警报信号发送到电机驱动器90。如果故障需要关闭电机，则故障控制设备102通过停止/运行控制线106向电机驱动器90(如图所示)或在电机驱动器90和pma22中间的断路器(在图13中最佳看)传输紧急信号或停止信号。参照图15和图16更详细地讨论需要关闭或仅指示警报的状况。

图2至图5和6a至图6c是pma22和故障控制设备的视图。电机部分30和泵部分50连接到入口适配器24和出口适配器60。在电机部分30与泵部分50之间是壳体适配器40。入口适配器24具有连接到电机部分30的凸缘34的凸缘28。电机部分30具有通过螺栓38固定至泵部分50的凸缘54的凸缘36，将壳体适配器40保持在它们之间。泵部分50的凸缘56固定到排放适配器60的凸缘64，从而将泵部分50连接到排放适配器60。壳体适配器40包括多个带螺纹的孔42，这些带螺纹的孔42被设置成能够将接线盒80和/或故障控制设备102固定到pma22。在工作中，pma22由从入口端口26到排放端口62泵送通过的液体冷却。电机可能是潜水式的，并且液体可以润滑电机轴承并冷却电机。

壳体适配器40包括圆柱形壁48，该圆柱形壁中具有适合于附接接线盒联接器46的布线孔44(如图3和图4所示)。电力导线从电机部分30和/或泵部分50的内部穿过布线孔44和接线盒联接器46到达接线盒80，在此电机导线与来自电机驱动器90的电力导线接合在一起。在本实施方式中，换能器位于pma、接线盒80或故障控制设备102的外表面上，因此信号导线不需要穿过pma壳体。在壳体适配器40的实施方式的变型中，一个或更多个换能器可以被定位在pma壳体内，并且可以设置单独的信号导线孔以及用于电联接故障控制设备102的单独的故障控制联接器。在其它变型中，穿过入口适配器、排放适配器、电机部分或泵部分设置一个或更多个布线孔。例如，电机部分和泵部分包括圆柱形壳体，并且布线孔可以被定位在各个圆柱形壳体中或一个圆柱形壳体中。在另一示例中，圆柱形壳体在各个端处均联接至包括凸缘的凸缘适配器，并且布线孔被定位在凸缘适配器中。也参见图16和图17。在其它实施方式中，例如在图17和图18中所示的那些实施方式中，壳体适配器可以包括被定位在圆柱形pma壳体之上的套环，如图17所示，或者可以与排放适配器合并成pma22的一件式部件，如图18所示。

参照图6a至图6c，故障控制设备102包括具有壳体主体122和壳体盖124的壳体120、电路板128以及在电路板128与壳体盖124中间的屏蔽件130。屏蔽件130通过间隔件131与电路板128间隔开。间隔件131可以由任何合适的材料制成，包括聚合物和金属。壳体主体122可选地具有弯曲的后壁126，该弯曲的后壁126被配置成利用螺栓132将壳体120牢固地安装到适配器40，该螺栓132固定到位于适配器40中的螺纹孔42。可以设置垫圈133以防止由于振动而使螺栓132松动。如图所示，壳体盖124可以利用螺钉127固定到壳体主体122，螺钉127穿过壳体盖124中的孔并固定到壳体主体122中的螺纹开口。可选地，带内螺纹的金属衬套142(图6c)可以固定至壳体主体122中的孔，以用更牢固的方式提供螺纹开口。衬套142可包括远侧(或面向外部)肩部，以提供将壳体盖124附接到壳体主体122的甚至更牢固的装置。衬套142可以以多种方式固定到壳体主体122，包括超声焊接、压装、热沉(heatsinking)、粘合剂粘结等。衬套142的边缘可以进行滚花以增加粘结强度。在壳体盖124上可见一对led134。如图所示，突出的截头圆锥形突耳从壳体主体122的表面延伸以支撑电路板129。突耳可以由更长的金属衬套142代替以进一步增加振动传递。

将故障控制设备102定位在pma22上的优点是减少了将换能器连接到故障控制设备102所需的导线长度。另一优点是振动传感器136可以安装在电路板128上，如图6b所示。如图6c所示，可以设置一对刚性支座140以减少壳体主体122对振动的衰减，从而获得更强的振动信号。在一个示例中，支座140是金属(例如，铁、黄铜、铝、铜或钢)并且具有远侧肩部(如图所示)。因此，螺栓132穿过支座140并与适配器40直接接触，并且支座140在它们之间。支座140防止壳体主体122与适配器40直接接触。将螺栓132拧紧到适配器40上会增加在支座140两端上的接触，从而将振动从适配器40传递到振动传感器136。可选地，支座140可以以多种方式固定到壳体主体122中的孔，包括超声焊接、压装、热沉、粘合剂粘结等。各个支座140的边缘和/或圆柱形表面可以进行滚花以增加粘结强度。

当然，故障控制设备102可以与pma22分开地安装，例如，安装在与pma22相邻的建筑物壁上。随着导线长度的增加，信号衰减和噪声也会增加。在另一实施方式中，为了减轻导线长度的负面影响，可以在pma22上安装中继器盒。中继器盒可以包括被配置成接收信号导线上的信号并将其数字化的电路，例如，电压调节器和包括模数转换器和可选地已知通信控制器(其将与数字化的信号对应的数据传输到远程定位的故障控制设备102)的集成电路。通信控制器可以包括modbus控制器、rs-485控制器或被配置成传输数据的任何其它已知控制器。在本实施方式的变型中，故障控制设备102的功能结合在电机驱动器90中，电机驱动器90包括对应的通信控制器以接收数据并对其作用。在一个示例中，保护功能是工厂设置的，而不是现场可编程的。

图7和图8是泵控制系统20的框图。电机驱动器90从电源148接收恒定频率的功率，电源148可以是发电机、来自电力公司的电网或任何其它交流(ac)电源。电机驱动器90包括常规逆变器、功率模块和驱动控制器，该常规逆变器、功率模块和驱动控制器被配置成共同地以本领域中公知的适合于控制机械地与其联接的电机32和泵52的速度的方式将恒定频率的ac功率转换成可变频率。电机电力经由电力线110从电机驱动器90通过接线盒80供应到电机32。故障控制设备102通过监测来自与pma22相关联的各种换能器的信号(包括但不限于温度和振动信号)来检测故障。信号导线150将换能器信号提供给故障控制设备102。故障控制设备102还通过监测来自位于接线盒80中的多个电流互感器(ct)160a至160c(图8中所示)的信号来检测故障。信号导线152将ct信号提供给故障控制设备102。故障控制设备102响应于检测到故障而生成警报信号，并通过警报信号线104将警报信号传输至电机驱动器90。发送到电机驱动器90的警报信号可以触发电机驱动器90上的警报以警告操作员。如果检测到的故障更为严重(例如，需要关闭电机部分30)，则故障控制102还通过停止/运行控制线106传输紧急或停止信号以影响电机32的工作。例如，停止信号可以被适配成停止电机驱动器90向电机部分30供电。当所检测到的故障的原因已解决或排除(fixed)时，故障控制102可以通过停止/运行控制线106传输运行信号以恢复电机驱动器90的运行以向电机32供电。

故障控制设备102可以经由指示器154显示检测到的故障。在本实施方式的一些变型中，指示器154可以包括发光二极管(led)，该led以不同的颜色闪烁以指示不同的故障类型。在其它变型中，指示器154可以包括扬声器或蜂鸣器，该扬声器或蜂鸣器发出不同的可听声音以指示不同的故障类型。另外，故障控制设备102可以经由人机接口(hmi)156显示检测到的故障。hmi156允许技术人员或用户查看和诊断检测到的故障。hmi156的示例包括布线连接到故障控制设备102的数字显示器，或使用已知的无线通信协议(诸如，蓝牙、zigbee和wifi)无线地联接到故障控制设备102的移动设备，或被配置成经由标准modbus协议进行通信的组合显示器/控制器。

故障控制102可以由电力源(powersupply)166(图12所示)供电，电力源166被从电力线l1至l3馈送并且包括变压器以降低线电压，例如，从460vac到24vac，在这种情况下，故障控制设备102包括合适的整流和调节电路，以将ac功率转换成具有例如在5dc至30dc伏范围内的低电压的直流(dc)功率。在本实施方式的变型中，电力源166包括整流电路。低压导线将源电压(例如24vac或24vdc)输送至故障控制设备102。在本实施方式的另一变型中，故障控制设备102可以由被从电力线110馈送的功率转换器(未示出)供电，在这种情况下，故障控制设备102包括合适的电路以将ac功率转换成具有例如5dc至30dc伏范围内的低电压的直流(dc)功率。将ac功率转换成dc功率的合适电路包括整流电路、电压调节器和其它已知电路。

参照图8，电力线l1、l2和l3从电源148向电机驱动器90提供三相ac电。位于接线盒80中的ct160a至160c分别生成与导线110a至110c中的电流对应的信号，并经由信号导线152将ct信号提供给故障控制设备102。故障控制设备102基于ct信号确定电机部分30的速度，并且如果该速度小于大于零的最小速度，则生成故障信号。示例性的最小速度是20赫兹。另一示例性的最小速度是15赫兹。

故障控制设备102可以包括故障控制器230(图15中所示)，该故障控制器230具有嵌入有编程指令的存储器232，以使故障控制器230确定ct信号中的一个ct信号上的脉冲之间的时间t，并基于该时间确定频率(f＝1/t)，从而确定电机的速度。故障控制器230可以包括模数转换器(adc)或者可以与共用电路一起提供adc以对ct信号进行整形，例如，削减(clip)、平方、放大和/或电隔离。共用电路可以包括在ct信号接口240(图15所示)中。设定最小速度以确保足够的泵送以提供充分的冷却和对电机轴承的润滑等，以防止损坏。如果速度接近最小速度，则故障信号可能是警报信号，并且如果速度低于最小速度，则故障信号可能是停止信号。另选地，如果速度下降到最小速度以下，则故障信号可以是警报信号，并且如果速度在预定时间段内保持在最小速度以下，则故障信号可以是停止信号。基于ct信号，故障控制设备102还可以确定向电机部分30供电的三相ac功率是否缺相。故障控制设备102可以通过确定ct信号中的一个ct信号的电压丢失或低于低电压阈值来检测缺相。

温度换能器161设置在电机部分30中或邻近电机部分30定位以测量电机部分30的温度。类似地，温度换能器162设置在泵部分50中或邻近泵部分50定位以测量泵部分50的温度。故障控制设备102基于来自温度换能器161、162的温度信号确定温度差。在一个示例中，故障控制设备102基于温度差来识别流量损失，其中，正的温度差指示输入流损失，而负的温度差指示输出流损失。当温度差的绝对幅度超过温度差阈值时，故障控制设备102识别到流量损失。当然，温度信号可以被颠倒，使得正的温度差指示输出流损失，而负的温度差指示输入流损失。流量损失是需要关闭电机32以保护电机轴承的故障。

图9和图10是泵控制系统20的变型的框图，在故障控制系统100a中表示成100a，在故障控制系统100b中表示成100b。泵控制系统100a和100b与泵控制系统20的不同之处在于它们在接线盒80中不包括ct160a至160c。替代地，泵控制系统100a和100b使用振动换能器136来确定电机部分30的速度和/或是否缺相。振动换能器136设置在pma22中或pma22上，以测量pma22的振动幅度。在一个示例中，振动换能器136是三轴加速度计，其中，振动被感测为加速度。故障控制设备102基于来自振动换能器136的振动信号的幅度(例如，信号的rms值，其与速度成比例地增加)来确定电机32的速度。由于电机部分30和泵部分50的未对准可能影响幅度，所以可以实现校准例程以将幅度与pma22安装后的速度相关。故障控制设备102还确定振动信号的特性。基于该特性，故障控制设备102可以确定向电机部分30供电的三相ac功率是否缺相。使用振动换能器136进行这种确定可能比使用ct更节省成本。在图9中，像在泵控制系统20中一样，泵控制系统20a在pma22中或pma22上具有温度换能器161、162和振动换能器136。

参照图10，在一个实施方式中，泵控制系统20b包括故障控制系统100b，该故障控制系统100b包括位于故障控制设备102中的振动换能器136，如参照图6b所述的。温度换能器161、162安装在pma22的外表面上，信号导线被引线到故障控制设备102而没有穿过壳体。单个电流互感器160被定位在接线盒80中并电联接至故障控制设备102。故障控制设备102由适配器40支撑并由控制器电力源166供电。故障控制设备102被配置成通过分析来自ct160的信号来检测电机(和泵)的速度，并通过分析来自振动传感器136和温度换能器161、162的信号来检测缺相或其它故障，如下所述。图11例示了来自振动换能器136(例如，安装在故障控制设备102中的3轴加速度计)的振动信号x、y和z。如图所示，信号x和z的幅度大约相同，而信号y的幅度显著更大，指示缺相。在本示例中，来自一个轴的振动信号是来自其它两个轴的幅度平均值的两倍以上，指示缺相。当幅度差超过差阈值时，例如，当差大于最小幅度的50％时，可以指示相位差。在一个示例中，联接至泵部分52的温度传感器被定位在泵部分52的顶部下方至少2英寸处，与如果传感器被更高地定位的情况相比，这提供了响应更灵敏的温度信号，因此更适合于指示故障。

如上所述，多个pma可以连接到共用系统。多个pma可以各自由电机驱动器驱动，或者另选地，电机驱动器可以驱动多个pma。参照图12，示出了包括多个单独控制的pma22a至22c的增压系统。该增压系统被配置成增加被泵送通过系统的液体(例如，水)的压力。各个pma22a至22c包括相应的接线盒(即，接线盒80a至80c)和相应的故障控制设备(即，故障控制设备102a至102c)。各个pma22a至22c由相应的电机驱动器(即，电机驱动器90a至90c)驱动。电机驱动器90a至90c从线电压(例如，电源148)汲取功率。故障控制设备102a至102c由控制器电力源166供电，该控制器电力源166也从线电压汲取功率。这样，控制器电力源166可以包括合适的电路，该电路被配置成将来自线电压的ac功率转换成用于故障控制设备102a至102c的dc功率。各个故障控制设备102a至102c安装在其相应的pma22a至22c上，以监测故障。如果检测到故障，则警报信号通过警报信号线104传输到对应的电机驱动器90a至90c。如果检测到的故障需要关闭电机，则紧急停止信号也通过停止/运行控制线106传输到对应的电机驱动器90a至90c。控制器电力源166也可以被从电机驱动器中的一个电机驱动器供应功率，并且被配置成例如在将ac电压转换成24vdc的同时接收100vac至460vac范围内的电压。

参照图13，提供了一种包括由共用电机驱动器90驱动的多个pma22a至22c的增压系统。各个pma22a至22c包括相应的接线盒(即，接线盒80a至80c)和相应的故障控制设备(即，故障控制设备102a至102c)。共用电机驱动器90从线电压(例如，电源148)汲取功率，而故障控制设备102a至102c由控制器电力源166供电。故障控制设备102a至102c通过位于共用电机驱动器90和pma22a至22c中间的相应断路器(即，断路器168a至168c)电连接至共用电机驱动器90。各个故障控制设备102a至102c安装在其相应的pma22a至22c上，以监测故障。如果检测到故障，则通过相应的警报信号线(即，警报信号线104a至104c)将警报信号传输到共用电机驱动器90。如果检测到的故障需要关闭电机，则紧急停止信号也通过停止/运行控制线106传输到对应的断路器168a至168c。

首先参照图14，故障控制设备102的主视图示出了面板200，该面板200包括拨码开关202、电源连接器204、modbus连接器206、警报信号连接器208、停止/运行信号连接器210、温度信号连接器212、214、ct信号连接器216、辅助信号连接器218、复位开关220、通用串行总线(usb)端口222和led134。

拨码开关202允许用户手动配置故障控制设备102以选择例如启用还是禁用特定故障。在一个示例中，用户可以禁用基于振动的故障。电源连接器204允许故障控制设备102连接到功率转换器(例如，图12和图13中的控制器电力源166)以接收ac功率或dc功率。modbus连接器206允许故障控制设备102连接到外围设备(例如，图1中的hmi156)。警报信号连接器208允许故障控制设备102经由警报信号线104连接至电机驱动器90，以在检测到故障时传输警报信号，或将警报信号传输至远程警报指示器(未示出)。同样，停止/运行信号连接器210允许故障控制设备102经由停止/运行控制线106连接到电机驱动器90，以便在检测到的故障需要关闭电机时传输紧急停止信号。温度信号连接器212、214允许故障控制设备102连接到温度换能器161、162以接收温度信号。设置辅助信号连接器218以连接流量换能器、压力换能器或其它换能器。复位开关220(在图14中示出为按钮)允许用户手动复位某些故障，称为“硬”复位。usb端口222允许故障控制设备102连接到外部usb设备，以指定功能和配置，实现软件(软)故障复位，并显示诸如固件版本和历史数据之类的信息。led134允许故障控制设备102在视觉上指示检测到的故障。

接下来参照图15，故障控制设备102的框图包括故障控制器230、存储器232以及具有温度信号接口236、cs信号接口240和辅助信号接口242的信号输入接口234。如图14所示和图15所示，这些接口联接到各种连接器，并且包括被配置成使信号(例如，来自换能器的电压值以及故障控制器230的输入要求)兼容的众所周知的电路部件。兼容电路部件可以包括具有电容器和电阻器的滤波器。部件还可以被布置成对信号进行积分或平滑并阻止电压尖峰。故障控制器230可以包括联接到其输入的adc，以将从接口获得的信号数字化。在本实施方式中，振动传感器安装在故障控制设备102上并连接至故障控制器230(连接未示出)。

故障控制器230包括控制逻辑，该控制逻辑被构造成通过将数据与存储在存储器232中的预定阈值进行比较来评估从信号获得的换能器数据。如上文以及下文所述，通过故障控制器230检测故障。故障控制器230响应于检测到故障而将警报信号(经由连接器208)输出到电机驱动器90。如果检测到的故障严重到足以有必要关闭电机，则故障控制器230还(经由连接器210)向电机驱动器90输出紧急停止信号。

表1列出了可以由故障控制器230检测到的各种类型的故障。

表1

表1例示了控制器230的固件的一个实施方式的工作。在此实施方式中，对故障进行优先级排序，并经由led134示出发生的最高级别的故障。故障自行复位(软复位)或需要用户输入(硬复位)。绝对恢复指示当故障状况消失时，故障指示自动取消。在过温的情况下，控制器230关闭驱动器，这阻止水循环并因此减少冷却，其导致比空气冷却(在驱动器不运行的情况下进行)更快地恢复。因此，在本实施方式中，控制器230每10分钟重启驱动器以增加冷却。如果温度下降2℃，则控制器230确定故障原因不再存在并且继续运行。如果状况仍然存在，则控制器230关闭驱动器另一10分钟。

当pma22中的总体温度高于安全运行阈值时，会发生过温故障。导致过温的因素可能包括出口阻塞、入口阻塞、冷却不足、入口水温高等。为了检测过温故障，故障控制器230评估温度换能器161、162所测量的温度信号，以确定pma22中的总体温度是否已经超过预定阈值(存储在存储器232中)。在评估温度信号中，故障控制器230可以采用移动平均值作为积分器以防止任何有害跳闸。

当泵部分50运行但是由于排放端口62阻塞而无法使被泵送的液体移动时，发生无输出(deadhead)故障。当泵部分50运行但由于入口端口26关闭而无法使被泵送的液体移动时，发生入口阻塞故障。当电机部分30运行但无法移动足够的液体来冷却pma22时，发生冷却流故障。这些类型的故障可能会由于缺少去除多余热量的液体流而导致电机部分30和/或泵部分50中的温度升高。

当将电机部分30的最低速度设置得太低，这将迫使电机部分30和泵部分50以低于推荐速度的速度运行时，会发生低速故障。由于润滑不足，该故障可能导致温度迅速升高以及电机轴承内的磨损。在这种状况下运行电机会显著缩短电机的使用寿命。为了检测低速故障，故障控制器230评估由ct160a至160c测量的ct信号和/或由振动换能器136测量的振动信号，以确定电机部分30的速度是否小于预定的最小速度(存储在存储器232)。故障控制器230可以参考先前存储的速度值以防止任何有害跳闸。例如，一些故障参数基于移动平均值。其它故障参数基于在确定故障已经发生之前具有预定持续时间的故障状况。

当pma22由于轴承磨损、轴承故障、泵故障、电气失衡或机械未对准而过度振动时，会发生振动故障。为了检测振动故障，故障控制器230评估由振动换能器136测量的振动信号，以确定振动幅度是否超过预定阈值(存储在存储器232中)。故障控制器230可以参考先前存储的振动值以防止任何有害跳闸。当电机部分30在给定时段内启动太多时，发生高循环故障。电机部分30的过度循环可以指示另一问题(例如，系统问题)，并可能导致缩短电机使用寿命。为了检测高循环故障，故障控制器230评估由ct160a至160c测量的ct信号和/或由振动换能器136测量的振动信号，以确定电机的启动。在一个示例中，如果电机的速度超过低值(例如，零)，则确定启动。在另一示例中，如果振动超过了电机不工作时测量的基线，则确定启动。基于启动信息，故障控制器230设置计数器以跟踪各个电机启动。例如，故障控制器230可以存储多达十个电机启动值(例如，在存储器232中)，然后分析存储的值以确定平均循环时间是否短于推荐时间。作为另一示例，故障控制器230可以确定各个电机启动之间的持续时间(其可以是移动平均值)是否小于重启时间阈值。在一个示例中，启动之间的5分钟或更短的持续时间指示故障。在另一示例中，每天300次启动的速率指示故障。

再次参照图15，故障控制设备102还包括用于手动配置故障控制器230以选择…的拨码开关202，以及用于手动发起复位操作以清除现有紧急停止的复位开关220。此外，故障控制设备102包括：modbus控制器244，该modbus控制器244包括被构造成控制(经由连接器206)与hmi156的通信的控制逻辑；usb控制器246，该usb控制器246包括被构造成控制(经由端口222)与外部usb设备的通信的控制逻辑；led模块248，该led模块248包括合适的电路以激活/停用led134；以及功率模块250，该功率模块250包括可操作以(经由连接器204)接收ac功率或dc功率的合适的电路。

当检测到故障时，led模块248被配置成使led134闪烁不同的颜色以指示检测到的故障类型。在一个实施方式中，led134可以包括两个led(例如，led1和led2)。表2基于检测到的故障类型列出了led1和led2的不同闪烁。

表2

在各种实施方式中，术语“控制逻辑”包括在一个或更多个可编程处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、硬接线逻辑或其组合上执行的软件和/或固件。因此，根据实施方式，各种控制逻辑可以以任何适当的方式来实现，并且将根据本文公开的实施方式保持。如本文所使用的，存储器(例如，存储器232)可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(例如，eprom、eeprom或闪速存储器)或能够存储信息的任何其它有形介质。

现在参照图16，提供了由故障控制设备102实现的故障保护方法300的流程图。该方法可以通过处理存储在存储器(例如，存储器232)中并由控制器(例如，故障控制器230)来实现的指令来实现。该方法在302处以加电(例如，通过经由控制器电力源166接收功率)开始。该方法在304处继续进行初始化和自测试例程，以确认控制器的正确工作。如果由于在305处检测到启动故障而导致工作不正确，则在322处指示故障。然后，该方法在306处通过从如上所述的各种换能器接收换能器信号而继续。

该方法评估接收到的换能器信号以确定是否发生故障。尤其是，该方法检索存储在存储器(例如，存储器232)中的预定阈值，并将接收到的换能器信号与所存储的阈值进行比较。在308至314处，该方法通过将接收到的温度信号(由温度换能器161、162测量的)与存储在存储器232中的温度阈值进行比较来分别检测过温故障、无输出故障、入口阻塞故障和冷却流故障。如果接收到的温度信号超过存储的温度阈值，则检测到故障。

在316处，该方法通过从接收到的ct信号和/或接收到的振动信号(由振动换能器136测量的)确定电机部分30的速度并将所确定的速度与存储在存储器232中的最小速度进行比较，来检测低速故障。如果确定的速度小于存储的最小速度，则检测到故障。

在318处，该方法通过从接收到的振动信号(由振动换能器136测量的)确定振动幅度并将所确定的振动幅度与存储在存储器232中的振动阈值进行比较，来检测振动故障。如果确定的振动幅度超过存储的振动阈值，则检测到故障。故障可能表示缺相或机械问题。

在320处，该方法通过从接收到的ct信号和/或接收到的振动信号(由振动换能器136测量的)确定并跟踪电机部分30的速度来检测高循环故障。将所跟踪的速度保存在存储器232中。如果根据所保存的速度计算出的平均循环时间短于预定的阈值时间(存储在存储器232中)，则检测到故障。

如果在308至320中的任何一个处检测到故障，则该方法在322处继续以生成故障信号。故障信号可以是发送到电机驱动器90或远程指示器或hmi以警告操作员的警报信号。如果检测到的故障需要关闭电机部分30，则该故障信号可以是发送到电机驱动器90以停止电机驱动器90向电机部分30供电的紧急停止信号。该方法还可通过使led(例如，led134)闪烁来指示检测到的故障。

图17和图18例示了pma22的另选实施方式。在图17中，壳体适配器可以包括没有凸缘的套环。在图18中，孔和接线盒联接器与排放适配器合并成pma22的一件式部件。

本发明的范围仅受所附权利要求书的限制，在所附权利要求书中，以单数形式提及的元件并非旨在表示“一个且仅一个”(除非明确地如此指出)，而是“一个或更多个”。此外，在权利要求书中使用类似于“a、b或c中的至少一者”的短语时，旨在将该短语解释为意味着在一实施方式中可以单独存在a、在一实施方式中可以单独存在b、在一实施方式中可以单独存在c、或者在单个实施方式中可以存在元素a、b或c的任何组合；例如a和b、a和c、b和c或者a和b和c。

在本文的详细描述中，对“一个实施方式”、“一实施方式”、“示例实施方式”等的引用指示所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施方式可以不必包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不必指同一实施方式。

如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性包括，使得包括一系列元素的处理、方法、制品或装置不仅包括那些元件，而是可以包括未明确列出或此类处理、方法、制品或装置所固有的其它元件。

在本公开的精神和范围内，可以进一步修改上述实施方式和示例。本申请涵盖在权利要求书范围内的本发明的任何变化、使用或修改。