用于將多泵系統(tǒng)中的泵分級和去分級的優(yōu)化技術的制作方法
【專利說明】用于將多泵系統(tǒng)中的泵分級和去分級的優(yōu)化技術
[0001]相關專利申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求提交于2012年12月17日的臨時專利申請序列號61/738，129的權益，該臨時專利申請據(jù)此全文以引用方式并入。
【背景技術】
[0003]1.摶術領域
[0004]本發(fā)明涉及用于對多泵系統(tǒng)中的泵進行控制的技術；并且更具體地講，涉及用于確定是將多泵系統(tǒng)中的一個或多個泵分級還是去分級的技術。
_5] 2.相關領域的簡要說明
[0006]已知的具有多個泵的變頻驅動系統(tǒng)將基于達到的特定驅動值及這些值與當前過程值的關系而打開(分級)或關閉(去分級)。所用的典型驅動值是速度或轉矩，但如果泵是相同的，則也可以是電流或功率的值。該方法利用了實際過程變量和過程變量設定值與在確定泵應當分級還是去分級之前必須滿足的指定驅動值之間的關系。多泵系統(tǒng)中的每個泵針對分級和去分級閾值具有其自身的參數(shù)設置。
[0007]轉讓給本專利申請的受讓人的名稱為“Synchronous Torque Balance inMultiple Pump Systems” (多泵系統(tǒng)中的同步轉矩平衡)的美國專利N0.8，328，523公開了一種使用同步轉矩來一起操作和運行系統(tǒng)中的多個泵以實現(xiàn)所需設定值的方法和設備，該專利據(jù)此全文以引用方式并入。
[0008]舉例來講，上述裝置的缺點可包括以下方面:
[0009]如上文所引用的技術中所述，具有多個泵的變頻驅動系統(tǒng)的設置可能既繁瑣又耗時。在不進行試錯的情況下，還可能難以確定適當?shù)娜シ旨壷?，特別是在負載平衡(同步轉矩控制)很重要或泵不具有匹配的性能的系統(tǒng)中。這可導致泵不根據(jù)需要打開或關閉，還可能導致反復循環(huán)，由此泵會因為不正確的閾值而頻繁關閉然后又再次打開。另外，該方法并未解決能量效率問題。如果操作的泵數(shù)不是最佳的，則將導致較高的操作成本。
[0010]另外，各種類型的多泵控制器諸如變速驅動器(VFD)、可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)和SCADA系統(tǒng)的應用在離心泵工藝中大大增加。在這些布置中，多個泵以協(xié)調的方式操作以滿足設定值。通常，這些系統(tǒng)將通過變速驅動器以同步方式操作，其中所有泵以相同的速度操作以實現(xiàn)所需設定值。同步速度控制的目標是通過使所有泵以相同的速度運行而均等地平衡所有泵中的流量。然而，在實踐中，這可能并不一定得到平衡的流量。通常，多個泵不是相同的并且它們的揚程曲線可能并非高度匹配。這可導致每個泵的流量貢獻不均勻，繼而可導致對泵的過度磨損。該問題可通過以下方式解決:使多泵系統(tǒng)在同步轉矩控制下操作，由此所有泵以相同的轉矩但以略微不同的速度操作以滿足設定值。通過平衡轉矩，在操作的泵之間共享總負載，并且泵之間的流量平衡得到大大改善。
[0011]再次舉例來講，這些所述裝置的缺點還可以包括以下方面:
[0012]雖然已成功采用了這兩種系統(tǒng)；但是這兩種布置具有類似的缺點。這些系統(tǒng)的設置繁瑣而又耗時。很多時候，去分級值通過在系統(tǒng)試運行期間的試錯來確定。必須具有正確的閾值來將泵分級或去分級，以防止引起泵過早打開和關閉的過早分級和去分級或反復循環(huán)。極端情況可能會導致系統(tǒng)可靠性的降低以及設備的非計劃性維護。與非計劃性維護相關的成本包括設備的維修、生產的中斷以及與環(huán)境清理相關的成本。不正確的閾值還會增加在系統(tǒng)壽命期間的操作成本。
[0013]典型的多泵系統(tǒng)具有針對每個泵的分級值參數(shù)。分級值規(guī)定了在第一滯后泵允許多泵操作之前先導泵必須達到的所需速度。多泵系統(tǒng)將在不能通過當前正在操作的泵來維持過程設定值時自動啟動滯后泵，從而提供達到或高于分級設置的速度或轉矩值。
[0014]當系統(tǒng)要求降低時，對額外的泵的需求也將降低。多泵系統(tǒng)中的每個泵具有去分級值參數(shù)。去分級參數(shù)識別在正常的多泵控制中何時關閉泵。主要的考慮是確保當關閉滯后泵時，其余的泵能夠滿足過程要求。去分級設置限定在泵可以去分級之前可以發(fā)生多少的速度降低或轉矩降低。
[0015]針對上述所有原因，本行業(yè)需要一種更好的方式來將多泵系統(tǒng)中的一個或多個泵分級或去分級。

【發(fā)明內容】

[0016]操作可提高總體系統(tǒng)可靠性、易于設置并且以可能最低的成本操作的多泵系統(tǒng)是非常有利的。本發(fā)明所提供的方法通過以下方式實現(xiàn)此目標:利用具有嵌入式控制邏輯或算法的變速驅動器來優(yōu)化多泵系統(tǒng)中泵的分級和去分級，而無需使用額外的外部輸入。
[0017]概括地說并舉例來講，本發(fā)明通過根據(jù)對多泵組合的比能量以及必須滿足的某些其他標準諸如當前PV值、泵流量和泵功率的評估，來決定泵應當分級還是去分級，從而克服了現(xiàn)有技術系統(tǒng)的上述缺點。比能量是對每單位質量所用的能量的量度。分級方法確定當前正在運行的泵的比能量以及在為滿足過程要求而添加另一個泵時對總系統(tǒng)比能量的影響。在計算泵組合的比能量貢獻之前，必須滿足過程變量。然后可在系統(tǒng)比能量的兩個計算值之間進行比較；選擇具有較小值的泵組合來進行分級。不考慮選擇各個泵流量大于預選值的泵組合。此外，也不會考慮選擇組合中被評估為功率值超過銘牌電機額定功率乘以預選運轉系數(shù)的任何泵。如果發(fā)生這些情況中的任一種，則額外的泵將在計算系統(tǒng)比能量之前自動分級。去分級方法的工作方式與此類似，但去分級方法是應用相同的基本規(guī)則反向地進行。該方法或技術的有益效果在于系統(tǒng)設置更簡單、更快捷、更可靠且在能量效率方面進行了優(yōu)化。能量優(yōu)化是高度準確的，并且泵不需要具有高度匹配的性能。雖然流量是衡量比能量的標準，但是該方法在無法獲得流量值(實際值或計算值)時仍可使用。
具體實施例
[0018]根據(jù)一些實施例，本發(fā)明可包括一種設備或采用設備的形式，該設備具有信號處理器或處理模塊，所述信號處理器或處理模塊至少被配置成:
[0019]接收含有關于系統(tǒng)能耗的信息的信號，該系統(tǒng)能耗與多泵系統(tǒng)中正在運行的多泵組合相關；以及
[0020]至少部分地基于所接收的信號確定將多泵系統(tǒng)中的泵分級還是去分級。
[0021]本發(fā)明還可以包括下列一個或多個特征:
[0022]信號處理器或處理模塊可被配置成提供相應的信號，該信號含有關于將多泵系統(tǒng)中的泵分級還是去分級的信息。
[0023]可從多泵系統(tǒng)中的一個或多個泵接收信號。
[0024]該設備可包括多泵系統(tǒng)中的所述一個或多個泵。
[0025]信號處理器或處理模塊可被配置成至少部分地基于采用比能量形式的系統(tǒng)能耗來執(zhí)行控制邏輯或控制邏輯算法，比能量是對多泵系統(tǒng)中正在運行的多泵組合每單位質量所用的能量的量度。
[0026]信號處理器或處理模塊可被配置成確定當前正在運行的泵的比能量以及在為滿足與多泵系統(tǒng)相關的過程要求而添加另一個泵時對總系統(tǒng)比能量的影響。
[0027]信號處理器或處理模塊可在第一情況中被配置成在系統(tǒng)比能量的兩個計算值之間進行比較；以及選擇針對分級具有較小值或針對去分級具有較大值的泵組合。
[0028]信號處理器或處理模塊可在第二情況中被配置成評估并且不考慮選擇泵組合中功率值超過銘牌電機額定功率乘以預選運轉系數(shù)和/或流量值超過預定BEP限值比的任何栗O
[0029]信號處理器或處理模塊可被配置成如果在計算系統(tǒng)比能量之前發(fā)生任一種情況，則自動將額外的泵分級。
[0030]信號處理器或處理模塊可被配置為至少一個具有嵌入式控制邏輯的變速驅動器或形成其一部分，以優(yōu)化多泵系統(tǒng)中泵的分級或去分級，包括使用額外的外部輸入來優(yōu)化。
[0031]信號處理器或處理模塊可用這樣的控制邏輯或控制邏輯算法進行配置:該控制邏輯或控制邏輯算法利用通過各個泵和電機參數(shù)(包括速度、轉矩或功率)或通過存儲在評估裝置中的經校準的流量曲線在數(shù)學上確定的計算流量數(shù)據(jù)。
[0032]信號處理器或處理模塊可用這樣的控制邏輯或控制邏輯算法進行配置:該控制邏輯或控制邏輯算法使用與泵流量具有直接關系的任何驅動參數(shù)。
[0033]信號處理器或處理模塊可被配置成如果無法獲得流量值，則至少部分地基于采用泵送效率的相對量度的形式的系統(tǒng)能耗來執(zhí)行控制邏輯或控制邏輯算法，泵送效率的相對量度包括基本上等于流量/線-水功率(wire-water power)或總系統(tǒng)線-水功率的流量經濟性。
[0034]優(yōu)化分級的例子
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例并舉例來講，可與本文所述的一致并如下進行操作，將信號處理器或處理模塊用控制邏輯或控制邏輯算法進行配置，以便執(zhí)行多泵系統(tǒng)中一個或多個泵的優(yōu)化分級:
[0036]信號處理器或處理模塊可被配置成至少部分地基于至少以下三種狀態(tài)確定多泵系統(tǒng)是否在正常操作:
[0037]PVact =設定值，
[0038]Q/ (Qbep X Nact/Netd)〈BEP 限值比，以及
[0039]Pact〈PktdXSF，
[0040]其中PVact是實際過程變量；Q = Q QUX；或Q ATC，其中Qqux:是泵η的計算流量，Q Ave是平均泵流量并且Qatc等于Q FM/n，而Qfm是流量計讀數(shù)并且η是正在運行的泵的數(shù)量山_是額定泵速下的最佳效率流量；NAcr是實際泵速；NRTD是額定泵速；PACT是實際泵功率；PRTD是電機額定功率；而SF表示電機運轉系數(shù)。
[0041]信號處理器或處理模塊可被配置成確定多泵系統(tǒng)何時在正常狀態(tài)下操作，以及至少部分地基于以下公式計算并保存先導泵的比能量值:
[0042]SE = kWw_w/(QX60) = kffHr/G,以及
[0043]SEtotal I — SE PMP1，
[0044]其中SE是泵的計算比能量，kWw_w是實際線-水功率，SE T0TAL ι是單泵系統(tǒng)的計算系統(tǒng)比能量，而SEpmpi是泵I的計算比能量。
[0045]信號處理器或處理模塊可被配置成確定將第一滯后泵分級，并在達到正常狀態(tài)后，至少部分地如下計算先導泵和第一滯后泵的系統(tǒng)比能量SE:
[0046]SEtotal 2 — SE PiPi+SEpmp2
[0047]其中SEram 2是雙泵系統(tǒng)的計算系統(tǒng)比能量，SE PMP1是對應于先導泵的泵I的計算比能量，而SEpmp2是對應于第一滯后泵的泵2的計算比能量。
[0048]信號處理器或處理模塊可被配置成確定針對操作狀態(tài)應當運行的泵的最佳數(shù)量，以及至少部分地基于以下公式在先導泵和第