用于将多泵系统中的泵分级和去分级的优化技术的制作方法
【专利说明】用于将多泵系统中的泵分级和去分级的优化技术
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求提交于2012年12月17日的临时专利申请序列号61/738，129的权益，该临时专利申请据此全文以引用方式并入。
【背景技术】
[0003]1.抟术领域
[0004]本发明涉及用于对多泵系统中的泵进行控制的技术；并且更具体地讲，涉及用于确定是将多泵系统中的一个或多个泵分级还是去分级的技术。
_5] 2.相关领域的简要说明
[0006]已知的具有多个泵的变频驱动系统将基于达到的特定驱动值及这些值与当前过程值的关系而打开(分级)或关闭(去分级)。所用的典型驱动值是速度或转矩，但如果泵是相同的，则也可以是电流或功率的值。该方法利用了实际过程变量和过程变量设定值与在确定泵应当分级还是去分级之前必须满足的指定驱动值之间的关系。多泵系统中的每个泵针对分级和去分级阈值具有其自身的参数设置。
[0007]转让给本专利申请的受让人的名称为“Synchronous Torque Balance inMultiple Pump Systems” (多泵系统中的同步转矩平衡)的美国专利N0.8，328，523公开了一种使用同步转矩来一起操作和运行系统中的多个泵以实现所需设定值的方法和设备，该专利据此全文以引用方式并入。
[0008]举例来讲，上述装置的缺点可包括以下方面:
[0009]如上文所引用的技术中所述，具有多个泵的变频驱动系统的设置可能既繁琐又耗时。在不进行试错的情况下，还可能难以确定适当的去分级值，特别是在负载平衡(同步转矩控制)很重要或泵不具有匹配的性能的系统中。这可导致泵不根据需要打开或关闭，还可能导致反复循环，由此泵会因为不正确的阈值而频繁关闭然后又再次打开。另外，该方法并未解决能量效率问题。如果操作的泵数不是最佳的，则将导致较高的操作成本。
[0010]另外，各种类型的多泵控制器诸如变速驱动器(VFD)、可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和SCADA系统的应用在离心泵工艺中大大增加。在这些布置中，多个泵以协调的方式操作以满足设定值。通常，这些系统将通过变速驱动器以同步方式操作，其中所有泵以相同的速度操作以实现所需设定值。同步速度控制的目标是通过使所有泵以相同的速度运行而均等地平衡所有泵中的流量。然而，在实践中，这可能并不一定得到平衡的流量。通常，多个泵不是相同的并且它们的扬程曲线可能并非高度匹配。这可导致每个泵的流量贡献不均匀，继而可导致对泵的过度磨损。该问题可通过以下方式解决:使多泵系统在同步转矩控制下操作，由此所有泵以相同的转矩但以略微不同的速度操作以满足设定值。通过平衡转矩，在操作的泵之间共享总负载，并且泵之间的流量平衡得到大大改善。
[0011]再次举例来讲，这些所述装置的缺点还可以包括以下方面:
[0012]虽然已成功采用了这两种系统；但是这两种布置具有类似的缺点。这些系统的设置繁琐而又耗时。很多时候，去分级值通过在系统试运行期间的试错来确定。必须具有正确的阈值来将泵分级或去分级，以防止引起泵过早打开和关闭的过早分级和去分级或反复循环。极端情况可能会导致系统可靠性的降低以及设备的非计划性维护。与非计划性维护相关的成本包括设备的维修、生产的中断以及与环境清理相关的成本。不正确的阈值还会增加在系统寿命期间的操作成本。
[0013]典型的多泵系统具有针对每个泵的分级值参数。分级值规定了在第一滞后泵允许多泵操作之前先导泵必须达到的所需速度。多泵系统将在不能通过当前正在操作的泵来维持过程设定值时自动启动滞后泵，从而提供达到或高于分级设置的速度或转矩值。
[0014]当系统要求降低时，对额外的泵的需求也将降低。多泵系统中的每个泵具有去分级值参数。去分级参数识别在正常的多泵控制中何时关闭泵。主要的考虑是确保当关闭滞后泵时，其余的泵能够满足过程要求。去分级设置限定在泵可以去分级之前可以发生多少的速度降低或转矩降低。
[0015]针对上述所有原因，本行业需要一种更好的方式来将多泵系统中的一个或多个泵分级或去分级。
【发明内容】
[0016]操作可提高总体系统可靠性、易于设置并且以可能最低的成本操作的多泵系统是非常有利的。本发明所提供的方法通过以下方式实现此目标:利用具有嵌入式控制逻辑或算法的变速驱动器来优化多泵系统中泵的分级和去分级，而无需使用额外的外部输入。
[0017]概括地说并举例来讲，本发明通过根据对多泵组合的比能量以及必须满足的某些其他标准诸如当前PV值、泵流量和泵功率的评估，来决定泵应当分级还是去分级，从而克服了现有技术系统的上述缺点。比能量是对每单位质量所用的能量的量度。分级方法确定当前正在运行的泵的比能量以及在为满足过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。在计算泵组合的比能量贡献之前，必须满足过程变量。然后可在系统比能量的两个计算值之间进行比较；选择具有较小值的泵组合来进行分级。不考虑选择各个泵流量大于预选值的泵组合。此外，也不会考虑选择组合中被评估为功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数的任何泵。如果发生这些情况中的任一种，则额外的泵将在计算系统比能量之前自动分级。去分级方法的工作方式与此类似，但去分级方法是应用相同的基本规则反向地进行。该方法或技术的有益效果在于系统设置更简单、更快捷、更可靠且在能量效率方面进行了优化。能量优化是高度准确的，并且泵不需要具有高度匹配的性能。虽然流量是衡量比能量的标准，但是该方法在无法获得流量值(实际值或计算值)时仍可使用。
具体实施例
[0018]根据一些实施例，本发明可包括一种设备或采用设备的形式，该设备具有信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置成:
[0019]接收含有关于系统能耗的信息的信号，该系统能耗与多泵系统中正在运行的多泵组合相关；以及
[0020]至少部分地基于所接收的信号确定将多泵系统中的泵分级还是去分级。
[0021]本发明还可以包括下列一个或多个特征:
[0022]信号处理器或处理模块可被配置成提供相应的信号，该信号含有关于将多泵系统中的泵分级还是去分级的信息。
[0023]可从多泵系统中的一个或多个泵接收信号。
[0024]该设备可包括多泵系统中的所述一个或多个泵。
[0025]信号处理器或处理模块可被配置成至少部分地基于采用比能量形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，比能量是对多泵系统中正在运行的多泵组合每单位质量所用的能量的量度。
[0026]信号处理器或处理模块可被配置成确定当前正在运行的泵的比能量以及在为满足与多泵系统相关的过程要求而添加另一个泵时对总系统比能量的影响。
[0027]信号处理器或处理模块可在第一情况中被配置成在系统比能量的两个计算值之间进行比较；以及选择针对分级具有较小值或针对去分级具有较大值的泵组合。
[0028]信号处理器或处理模块可在第二情况中被配置成评估并且不考虑选择泵组合中功率值超过铭牌电机额定功率乘以预选运转系数和/或流量值超过预定BEP限值比的任何栗O
[0029]信号处理器或处理模块可被配置成如果在计算系统比能量之前发生任一种情况，则自动将额外的泵分级。
[0030]信号处理器或处理模块可被配置为至少一个具有嵌入式控制逻辑的变速驱动器或形成其一部分，以优化多泵系统中泵的分级或去分级，包括使用额外的外部输入来优化。
[0031]信号处理器或处理模块可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置:该控制逻辑或控制逻辑算法利用通过各个泵和电机参数(包括速度、转矩或功率)或通过存储在评估装置中的经校准的流量曲线在数学上确定的计算流量数据。
[0032]信号处理器或处理模块可用这样的控制逻辑或控制逻辑算法进行配置:该控制逻辑或控制逻辑算法使用与泵流量具有直接关系的任何驱动参数。
[0033]信号处理器或处理模块可被配置成如果无法获得流量值，则至少部分地基于采用泵送效率的相对量度的形式的系统能耗来执行控制逻辑或控制逻辑算法，泵送效率的相对量度包括基本上等于流量/线-水功率(wire-water power)或总系统线-水功率的流量经济性。
[0034]优化分级的例子
[0035]根据本发明的一些实施例并举例来讲，可与本文所述的一致并如下进行操作，将信号处理器或处理模块用控制逻辑或控制逻辑算法进行配置，以便执行多泵系统中一个或多个泵的优化分级:
[0036]信号处理器或处理模块可被配置成至少部分地基于至少以下三种状态确定多泵系统是否在正常操作:
[0037]PVact =设定值，
[0038]Q/ (Qbep X Nact/Netd)〈BEP 限值比，以及
[0039]Pact〈PktdXSF，
[0040]其中PVact是实际过程变量；Q = Q QUX；或Q ATC，其中Qqux:是泵η的计算流量，Q Ave是平均泵流量并且Qatc等于Q FM/n，而Qfm是流量计读数并且η是正在运行的泵的数量山_是额定泵速下的最佳效率流量；NAcr是实际泵速；NRTD是额定泵速；PACT是实际泵功率；PRTD是电机额定功率；而SF表示电机运转系数。
[0041]信号处理器或处理模块可被配置成确定多泵系统何时在正常状态下操作，以及至少部分地基于以下公式计算并保存先导泵的比能量值:
[0042]SE = kWw_w/(QX60) = kffHr/G,以及
[0043]SEtotal I — SE PMP1，
[0044]其中SE是泵的计算比能量，kWw_w是实际线-水功率，SE T0TAL ι是单泵系统的计算系统比能量，而SEpmpi是泵I的计算比能量。
[0045]信号处理器或处理模块可被配置成确定将第一滞后泵分级，并在达到正常状态后，至少部分地如下计算先导泵和第一滞后泵的系统比能量SE:
[0046]SEtotal 2 — SE PiPi+SEpmp2
[0047]其中SEram 2是双泵系统的计算系统比能量，SE PMP1是对应于先导泵的泵I的计算比能量，而SEpmp2是对应于第一滞后泵的泵2的计算比能量。
[0048]信号处理器或处理模块可被配置成确定针对操作状态应当运行的泵的最佳数量，以及至少部分地基于以下公式在先导泵和第