CN106489106B - 用于节能泵送应用的***和流自适应无传感器泵送控制装置 - Google Patents

用于节能泵送应用的***和流自适应无传感器泵送控制装置 Download PDF

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Abstract

信号处理器接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***的通过加热/冷却区域请求的流率和流量控制曲线方程，该流率来自由在液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，该信令包含关于由区域循环器请求的总流率的信息；确定用于区域循环器的期望泵速，以满足加热区域中的温度要求；提供包含关于期望泵速的信息的相应信令；和/或基于自适应***曲线来确定自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率，所述移动最大***流率取决于在自适应压力设置点、通过温度负载、无流量时的最小压力、控制曲线设置参数以及自适应移动最大流量和压力所请求的***流率之间的关系。

Description

用于节能泵送应用的***和流自适应无传感器泵送控制装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月4日提交的、标题为“System and Flow Adaptive PumpingControl Apparatus-A Minimum Pumping Energy Operation Control Systemvs.Sensorless Application”的美国临时申请号62/007,474(代理人案号911-019.015-1//F-B&G-X0013US)的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本申请还涉及本文的一个或多个发明人所开发的技术族，并且在以下申请中公开：
[1]2010年12月30日提交的标题为“Method and apparatus for pump controlusing varying equivalent system characteristic curve,AKA an adaptive controlcurve”的美国申请序列号12/982,286(代理人案号911-019.001-1//F-B&G-1001)，2014年4月15日公布作为美国专利号8,700,221；
[2]2012年12月17日提交的标题为“Dynamic linear control methods andapparatus for variable speed pump control”的美国申请序列号13/717,086(代理人案号911-019.004-2//F-B&G-X0001)，其要求现在已经放弃的2011年12月16日提交的美国临时申请号61/576,737的权益；
[3]2013年11月27日提交的标题为“3D sensorless conversion method andapparatus”的美国申请序列号14/091,795(代理人案号No.911-019.009-2//F-B&G-X0005)，其要求现在已经放弃的2013年3月1日提交的美国临时申请号61/771,375的权益；
[4]2014年2月24日提交的标题为“A Mixed Theoretical And DiscreteSensorless Converter For Pump Differential Pressure And Flow Monitoring”的美国专利申请号14/187,817(代理人案号911-019.010-2//F-B&G-X0008)的权益，其要求现在已经放弃的2013年3月19日提交的美国临时申请号61/803,258的权益；
[5]2014年7月24日提交的标题为“Sensorless Adaptive Pump Control withSelf-Calibration Apparatus for Hydronic Pumping System”的美国专利申请号14/339,594(代理人案号911-019.012-2//F-B&G-X0010US01)的权益，其要求2014年7月24日提交的美国临时申请序列号14/339,594(代理人案号911-019.012-1//F-B&G-X0010US01)的权益；以及
[6]2015年4月7日提交的标题为“A Best-fit affinity sensorless conversionmeans for pump differential pressure and flow monitoring”的美国专利申请号14/680,667(代理人案号911-019.014-2//F-B&G-X0012US01)的权益，其要求2014年4月8日提交的临时专利申请序列号61/976,749(代理人案号号911-019.014-1//F-B&G-X0012US01)的权益；
其全部被转让给本专利申请的受让人，并且其全部内容通过引用合并于此。
本发明基于上述相关申请中公开的技术族。
本发明的背景
技术领域
本发明涉及一种用于控制泵和泵送***的操作的技术；并且更具体地，本发明涉及用于控制和/或监视例如包括用于家用和商用加热或冷却水***的泵的方法和装置。
背景技术
图1示意性地示出了传统恒定泵送液体循环加热***，其中通过主泵将从锅炉供应的热水通过次级泵传送到加热区域，并且分别通过循环器在区域中循环。由温度传感器控制的三通阀将进入的水部分地绕行进入加热区域，以保持在该区域处的温度设置所要求的流率，并且相应地将进入的水的其余部分旁路到旁通管线中。遵循该配置，在***中存在显著的能量浪费，包括由于通过旁路管道和阀的流动态摩擦而导致的能量损失、以及旁路管线中的水热能损失。
最近，公开了用于液体循环泵送控制应用的具有节能控制装置或技术的变速泵控制，诸如线性曲线控制或二次曲线控制。然而，这些节能控制装置或技术可能节省的能量的量主要取决于所设置的控制参数，例如，由于运行中的液体循环***的复杂性而对于操作者而言通常未知的关于压力和流率的***设计值。另外，***中的流率可以根据温度设置以及外部的天气条件而随时间变化。
鉴于此，在工业中需要节能控制装置或技术，例如，其不仅适应于***曲线，而且也适应于与之相关联的流率，使得可以最佳地节省泵送能量。
发明内容
总之，本发明提供了新的和独特的***，并且本文公开了用于液体循环泵送加热或冷却***的流量自适应控制装置或技术。总之，***和流量自适应控制装置或技术中的控制曲线可以关于***特性曲线以及移动最大流率被自适应地设置。在操作中，用于泵速PID(即，比例/积分/微分)控制的***和流量自适应控制曲线的压力设置点被理解为更接近提供***中请求的流率所需的***压力。还基于该***和流量自适应控制装置或技术以及无传感器应用公开了一种最小泵送能量操作控制***。
本申请提供了一种技术，该技术是上述的前述技术族的进一步发展并在此之上构建。具体实施例
根据一些实施例，本发明可以包括或采取下述形式：一种装置，特征在于信号处理器或处理模块，该信号处理器或处理模块被配置为至少：
接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程通过加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自由在液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息；以及
基于所接收的信令，确定用于区域循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求。
根据一些实施例，本发明可以包括以下特征中的一个或多个：
信号处理器或处理模块可以被配置为提供包含关于所述期望泵速的信息的相应信令。
相应信令可以包含用于控制泵送液体循环***的信息。
信号处理器或处理模块可以被配置在中央泵控制面板中或形成中央泵控制面板的一部分。
区域循环器可以包括用于提供流率的传感器，并且该装置还可以包括传感器。
信号处理器或处理模块可以被配置为基于自适应***曲线来确定自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率，例如，所述移动最大***流率取决于在自适应压力设置点、通过温度负载所请求的***流率的***流率、无流量时的最小压力、控制曲线设置参数以及自适应移动最大流量和压力之间的关系。
在操作中并且通过示例的方式，信号处理器或处理模块可以被配置为：
1)使用如下方程(2.1)基于自适应***曲线确定自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率：
Figure GDA0002362358910000041
其中P*(t)表示自适应压力设置点，Q*(t)是温度负载所请求的***流率，b0是无流量时的最小压力，α是控制曲线设置参数，其按照在线性曲线和二次曲线之间定义的1≤α≤2而变化，并且
Figure GDA0002362358910000042
和
Figure GDA0002362358910000043
是自适应移动最大流量和压力；或者
2)使用如下方程(2.2)基于控制函数中的流量设置点来确定用于在流量PID控制技术中使用的流量信号：
Figure GDA0002362358910000051
包括其中，所述信号处理器或处理模块被配置为从压力传感器接收瞬时压力信号P*(t)。
信号处理器或处理模块可以被配置为分别从流量计或压力传感器或者无传感器转换器接收包含关于***流率Q*(t)或压力P*(t)的信息的关联信令。
对于多区域应用，信号处理器或处理模块被配置为，使用如下方程(2.3)来分别确定***流率Q*(t)作为区域流率的总和：
Figure GDA0002362358910000052
其中
Figure GDA0002362358910000053
是区域i处的流率，并且n是区域的总数，包括其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，分别从区域i中的流量计或所述压力传感器或者无传感器转换器接收包含关于***流率
Figure GDA0002362358910000054
或压力P*(t)的信息的所述关联信令。
信号处理器或处理模块可以被配置为在***流量Q时使用如下方程(2.4)，通过移动平均或移动峰值检测器来确定与自适应移动最大流量
Figure GDA0002362358910000055
相关的关联信令：
Figure GDA0002362358910000056
其中，分别地，函数MA(Q(t))表示移动平均检测器，并且函数MP(Q(t))表示移动峰值检测器。
信号处理器或处理模块可以被配置为通过使用如下流量方程来确定包含关于
Figure GDA0002362358910000057
的信息的关联信令：
Figure GDA0002362358910000058
包括其中，信号处理器或处理模块被配置为，通过使用方程(2.4)中定义的移动平均或最大检测器，来相应地确定所述关联信令，所述关联信令包含关于使用等效***特性系数Cv的自适应***特性系数
Figure GDA0002362358910000061
的信息。
参数
Figure GDA0002362358910000062
和
Figure GDA0002362358910000063
可以在
Figure GDA0002362358910000064
和
Figure GDA0002362358910000065
的范围内变化，包括其中，例如，如果***流量通过循环器来调节，则自适应***特性系数
Figure GDA0002362358910000066
是Cv的常数值。
信号处理器或处理模块可以被配置为使用如下方程(2.5)来确定包含关于所述***流量以及压力
Figure GDA0002362358910000067
和
Figure GDA0002362358910000068
的设计点或工作点的信息的关联信令，其中所述***曲线可以通过泵曲线以设计的速度运行：
Figure GDA0002362358910000069
其中a、b和c是二阶最佳拟合泵曲线函数的系数，nd和nmax分别是设计点和关联最大值处的泵速。
信号处理器或处理模块可以被配置为使用如下方程(3.1)来确定包含关于瞬时***压力和自适应压力设置点的电机速度n的PID函数的信息的关联信令：
n(t)＝pid(P*(t),P(t)) (3.1)
其中P*(t)是由方程(2.1)定义的自适应压力设置点，P(t)是瞬时***压力，并且pid表示PID控制函数。
信号处理器或处理模块可以被配置为使用如下方程(3.2)来确定针对流跟随器PID控制的关联信令以实现最小泵送能量操作：
n(t)＝pid(Q*(t),Q(t)) (3.2)
其中Q*(t)相应地是使用具有瞬时***压力信号的方程(2.2)确定的***流量设置点或者使用方程(2.3)针对多区域流量信号直接确定的***流量设置点，Q(t)是电机速度n时的瞬时***流率。
该装置可以包括或采取下述形式：***和流量自适应无传感器泵送控制装置。
该装置可以包括或采取下述形式：泵控制器或控制器，包括PID控制，具有信号处理器或信号处理器模块，例如包括用于液体循环加热***。
通过示例的方式，信号处理器或处理模块可以包括或采取下述形式：至少一个信号处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，并且至少一个存储器和计算机程序代码被配置为，通过至少一个信号处理器使得信号处理器至少接收信令(或例如关联信令)并且确定用于区域循环器的期望泵速。信号处理器或处理模块可以被配置有适当的计算机程序代码，以便于实现符合本文所阐述的适当的信号处理算法和/或功能。
根据一些实施例，本发明还可以采取方法的形式，该方法包括下述步骤：
在信号处理器或处理模块中接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程的通过加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自通过液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息；以及
基于所接收的信令，在信号处理器或处理模块中确定用于所述加热循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求。
该方法还可以包括本文阐述的特征中的一个或多个，包括从所述信号处理器或处理模块提供包含关于所述期望泵速的信息的相应信令，例如，其可以用于控制液体循环泵***。
本发明还可以例如采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品具有嵌入有计算机可执行代码的计算机可读介质的，用于例如当在形成这样的泵控制器的一部分的信号处理设备上运行时实现该方法。通过示例的方式，计算机程序产品可以例如采取下述形式：CD、软盘、存储棒、存储卡以及其他类型或种类的存储器设备，其可以在现在已经或稍后开发的这样的计算机可读介质上存储这种计算机可执行代码。
通过遵循和利用上述参考文献[1]和[2]中公开的方法，本发明人提供了用于本文的液体循环泵送加热或冷却***的新的和独特的***以及流量自适应控制装置或技术。本文提供的控制曲线可以不仅适应于***曲线，而且适应于移动最大流率。***和流量自适应控制曲线情况下的压力设置点有效地更接近于提供***中所请求的流率所需要的***压力。在本文中还可以基于***和流量自适应控制装置以及上述参考文献[3]、[4]、[5]和[6]中公开的无传感器应用一起来提供最小泵送能量操作控制***设置。用于液体循环泵送加热或冷却***的新的和独特的***和流量自适应控制装置或技术提供了一种节能控制装置或技术，其不仅适应于***曲线，而且还适应于与其相关联的流率，使得可以最佳地节省泵送能量，从而解决工业中的问题并且对本领域的总体状态提供重要贡献，特别是当在这种液体循环泵送加热或冷却***中实现时。
附图说明
附图包括以下附图，其不一定按比例绘制：
图1是本领域中已知的液体循环无传感器泵送控制***的示意图，其可以例如基于本发明的一些实施例被适当地适配和重新配置。
图2是根据本发明的一些实施例的实现的压力(Tf)相对于流量(GPM)的曲线图，其示出了泵、***和功率特性曲线以及处于稳定状态的压力平衡点。
图3是根据本发明的一些实施例的实现的节能无传感器泵送控制配置的示意图。
图4是根据本发明的一些实施例的例如具有配置用于实现信号处理功能的信号处理器或处理模块的装置的框图。
具体实施方式
图2：***和流量自适应泵送控制功能
图2示出了包括泵曲线、推定控制曲线、自适应控制曲线、自适应***曲线和分布曲线的曲线图，例如用于实现根据本发明的一些实施例的用于液体循环泵送***的***和流量自适应泵送控制方案。通过示例的方式，对于其中瞬时***流率和压力可用的泵送控制应用，可以例如基于自适应***曲线以及移动最大***流量速率以下述形式或者通过使用如下方程(2.1)来得到***和流量自适应泵控制曲线方程
Figure GDA0002362358910000091
其中P*(t)表示自适应压力设置点，Q*(t)是温度负载所具体请求的***流率，b0是无流动时的最小压力，α是控制曲线设置参数，其按照在线性曲线和二次曲线之间定义的1≤α≤2而变化，并且
Figure GDA0002362358910000092
和
Figure GDA0002362358910000093
分别是自适应移动最大流量和压力，如图2所示。通过示例的方式，方程(2.1)可以适当地称为***和流量自适应控制函数。
通过另一示例，在流量信号可以用于流量PID控制的情况下，控制函数中的流量设置点然后可以以下述形式或通过使用方程(2.2)来重写：
Figure GDA0002362358910000094
这里，可以使用压力传感器来获得瞬时压力信号P*。
在方程(2.1)或(2.2)中，所请求***流率Q*或压力P*可以分别由流量计或压力传感器或者无传感器转换器来提供。
通过示例的方式，对于多区域应用，所请求的***流率Q*可以相应地被表达为区域流率的总和或者通过使用如下方程(2.2)来表达：
Figure GDA0002362358910000095
其中
Figure GDA0002362358910000096
是区域i处的流率，并且n是区域的总数，其再次可以分别由区域i中的流量计或压力传感器或者无传感器转换器来提供。
一般来说并且通过示例，可以通过移动平均或移动峰值检测器来获得在***流量Q时的自适应移动最大流量
Figure GDA0002362358910000097
如下：
Figure GDA0002362358910000098
其中，分别地，MA表示移动平均检测器，并且MP表示移动峰值检测器。
Figure GDA0002362358910000101
可以通过流量方程
Figure GDA0002362358910000102
获得。自适应***特性系数
Figure GDA0002362358910000103
可以相应地通过使用方程2.4中定义的移动平均值或最大值检测器来从等效***特性系数Cv类似地获得。
Figure GDA0002362358910000104
和
Figure GDA0002362358910000105
可以在图2中示出的
Figure GDA0002362358910000106
和
Figure GDA0002362358910000107
内变化。注意，自适应***特性系数
Figure GDA0002362358910000108
可以是例如如果***流量通过循环器调节时的恒定值Cv。
通过示例的方式，可以通过遵循上述参考文献第[06]号中的方法或通过使用以下方程(2.5)来获得***流量和***压力
Figure GDA0002362358910000109
和
Figure GDA00023623589100001010
的设计点或工作点，其中***曲线可以以设计的速度通过泵曲线：
Figure GDA00023623589100001011
其中a、b和c是二阶最佳拟合泵曲线函数的系数，并且nd和nmax分别是设计点处泵速及其最大值。注意，当b0被设置为0并且控制曲线系数α被设置为2的二次曲线时，控制曲线然后与***曲线重叠。
与具有由(b0,0)和(Pd,Qd)定义的固定控制曲线的装置或技术的其他压力控制设置点算法相比，方程2.1或2.2中的控制方程不仅适应于***特性变化，而且还适应于与之相关的移动最大流率。因此，具有用于PID电动机速度控制的***和流量自适应控制曲线的压力设置点值可以更接近***特性曲线。据此，可以显著地节省用于液体循环加热或冷却泵送***的泵操作能量和成本。
图3：节能无传感器泵送控制配置
遵循上面公开的自适应***以及流量控制原理念和方法，可以针对图3中示意性示出的无传感器泵送控制配置提供节能无传感器泵送控制配置，如图3中示意性所示。如图所示并且通过示例，无传感器泵送控制配置可以包括与第二泵送配置相结合的第一泵送配置，第一泵送配置具有热水箱(HW箱或锅炉)、EAS设备和泵(例如，NRF-36泵)以及关联阀(例如，隔离阀)的第一泵送配置，并且第二泵送配置具有泵、其他关联阀(例如，其他隔离阀)、流量计、循环器和经由AFD连接到泵的泵控制器合。
例如，与图1中的常规恒定泵送液体循环加热***中的其旁通管道相关联的三通阀可以完全从该区域移除。在区域中通过循环器生成的总流量然后可以直接与由次级回路泵供应的流量相关。在区域中将基本上没有不必要的能量浪费，即，没有由于通过旁路管道和三通阀的流动态摩擦导致的能量损失。旁路管路中也没有热水热能损失。此外，本文公开的自适应***和流量控制装置或技术可以利用这里提出的最小泵送能量操作配置被最佳地并入。
根据本发明，控制***操作可以如下实现。首先，用于满足区域中的温度要求的期望流率可以分别由通过温度传感器控制的区域循环器生成。然后，来自循环器的无传感器转换器的流率信号可以通过有线、无线或通信协议装置相应地被传输到中央泵控制面板。然后，可以利用在方程2.1中定义的自适应***和流量控制曲线方程来建立自适应压力设置点以满足由区域所请求的流量。然后，可以通过关于瞬时***压力和所得到的自适应压力设置点的PID控制来相应地获得次级回路中的总流量所需的泵速。
关于上述瞬时***压力和自适应压力设置点的电机速度n的PID函数可以被表示为
n(t)＝pid(P*(t),P(t)), (3.1)
其中P*是由方程2.1定义的自适应压力设置点，P是瞬时***压力，并且pid表示PID控制。如前所述，由方程2.1定义的自适应***和流量控制曲线实际上完全符合***曲线，如果b0被设置为零并且控制曲线系数α被设置为2的二次曲线。然后自适应压力设置点设置与满足区域的流率要求所需要的***压力相同的***压力。因此，可以实现最小泵送能量操作。
具体地，还可以引入流量跟随器PID控制，以实现与上述自适应压力设置点PID控制相同的最小泵送能量操作。这里公开的流量跟随器PID控制可以例如使用如下方程(3.2)被表达：
n(t)＝pid(Q*(t),Q(t)), (3.2)
其中Q*相应地是使用具有瞬时***压力信号的方程2.2确定的***流量设置点或者使用方程2.3针对多区域流量信号直接得到的***流量设置点，Q是电机速度n时的瞬时***流率。方程3.2定义了流量跟随器PID泵速控制，其中***流率相应地遵循满足区域的加热或冷却要求所要求的总流量。然后，可以使用在上述描述中定义的方程2.1至2.5来以泵送***的稳定状态以及设计压力值提供瞬时压力和流量。
对于如图3所示的循环器调节的流量，等式3.1或等式3.2可以用于基于自适应设置点来实现期望的泵速以满足区域中的温度要求，只要提供循环器所要求的总流率。然后，可以相应地实现最小泵送能量操作。必须注意，***和流量自适应泵送控制装置可以再次相应地还由流量计或压力传感器或者无传感器转换器实现。
图4：
通过示例，图4示出根据本发明的一些实施例的装置10，例如特征在于，信号处理器或处理模块10a被配置为至少：
接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程的通过加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自通过液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息；以及
基于所接收的信令，确定用于区域循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求。
在操作中，信号处理器或处理模块可以被配置为提供包含关于所述期望泵速的信息的相应信令。相应信令可以包含用于控制泵送液体循环***的信息。
信号处理器或处理模块可以被配置在中央泵控制面板中或形成中央泵控制面板的一部分，例如，其可以包括或者结合图3所示的控制或控制器来实现。
图3中的区域循环器可以包括用于提供流率的传感器。
如本领域技术人员将理解和理解的，本发明可以使用例如符合本文阐述的泵以及***特性方程和经验功率方程来实现，并且通过使用其他类型或种类的泵和***特性方程和现在已知的或未来以后开发的经验功率方程来实现。
通过示例，装置10的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现。在典型软件实现中，装置10将包括一个或多个基于微处理器的架构，具有例如至少一个信号处理器或微处理器，如元件10a。本领域技术人员将能够对这样的基于微控制器或基于微处理器的实现进行编程，以在不进行过度实验的情况下执行本文描述的功能。例如，信号处理器或处理模块10a可以由例如本领域技术人员无需过多实验而配置成接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程的通过加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自通过液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息，这与本文公开的一致。
此外，信号处理器或处理模块10a可以例如由本领域技术人员无需过度实验地配置为基于所接收的信令，确定用于区域循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求，这与本文公开的一致。
本发明的范围不意在限于使用现在已知的或未来将来开发的技术的任何具体实现。本发明的范围意在包括将处理器10a的功能实现为独立的处理器、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及其一些组合。
装置10还可以包括例如其他信号处理器电路或组件10b，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/输出设备和控制以及与之连接的数据和地址总线、和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器，例如，本领域技术人员将理解的。
各种新颖点
本发明还可以包括或采取下述各种实施例中的一个或多个的形式：
例如，根据一些实施例，本发明可以采取下述形式或可以实现为：用于液体循环泵送***的***和流量自适应泵控制装置或技术可以包括基于从区域请求的移动最大值***流率以及移动平行等效液体循环***特性曲线的自适应泵送控制曲线。在操作中，来自***和用于泵速PID控制的流量自适应控制曲线方程的压力设置点更接近于提供***中请求的流率所需要的***压力，使得可以节省泵送操作能量。
根据一些实施例，本发明可以使用***的一个优选版本来实现，并且用于液体循环泵送***的流量自适应泵控制装置或技术可以包括***和流量自适应泵控制方程装置，其被定义为方程2.1或方程2.2，通过其可以基于由方程2.3-2.4定义的区域所要求的移动最大***流率以及移动平均***特性曲线来得到自适应压力或流量设置点，并且如图2所示。
根据一些实施例，本发明可以使用***的一个优选版本来实现，并且用于液体循环泵送***的流量自适应泵控制装置可以包括与传感器或无传感器转换器装置集成的最小泵送能量操作***配置，如图3所示。最小泵送能量操作***可以在最小压力b0被设置为零并且控制曲线参数α被设置为方程2.1中的二次方的情况下实现。然后，可以通过方程3.1的PID函数来确定泵速。
根据一些实施例，本发明可以使用与传感器或无传感器转换器装置集成的最小泵送能量操作***配置的一个优选版本来实现，如图2中示意性所示，例如，其还可以包括通过方程3.2进行的流量跟随器PID控制，其中Q*是由方程2.2定义的***流量设置点，方程2.2具有相应地通过方程2.3和2.4针对多区域流量信号监视或直接得到的瞬时***压力信号，Q是电机速度n时的瞬时***流率。方程3.2可以定义流量跟随器PID泵速控制，其中***流率相应地遵循所要求的总流量以满足区域处的加热或冷却需求。
根据一些实施例，本发明可以使用用于液体循环泵送***的一个优选版本的无传感器转换器装置或技术来实现，例如，其可以包括基于泵电动机操作读数的无传感器转换器，这产生***压力和流率，其可以用于***和流量自适应泵控制曲线装置。无传感器转换器装置或技术能够是离散校准建模装置或在前述参考文献[3]至[6]中阐述的理论建模装置。
根据一些实施例，本发明可以使用最小泵送能量操作***来实现，最小泵送操作***可以包括闭环液体循环***或开环液体循环***，如在初级泵送、次级泵送、水循环或增压器中。这里提到的***可以由单个区域或多个区域组成。
根据一些实施例，本发明可以使用控制和信号生成和监视来实现，传输和布线技术可以包括当前使用的所有常规的感测和传输装置。优选地，可以提供无线信号传输技术或通信协议作为最佳和有利的解决方案。
根据一些实施例，本发明可以使用本文提及的泵来实现，其中用于液体循环泵送***可以包括单个泵、循环器、一组并联成组的泵或循环器、一组串联泵或循环器或其组合。
根据一些实施例，本发明可以使用***流量调节来实现，例如，其可以包括手动或自动控制阀、手动或自动控制循环器或其组合。
通过示例，提供前述实施方式，并且本发明的范围意在包括在本发明的精神内与本文公开一致的其他类型或种类的实现。
方程
通过示例提供用于实现本发明的上述方程。本发明的范围意在包括使用现在已知的或将来稍后开发的其他类型或种类的方程以及上述方程的变体，所有这些都在本发明的精神内。
发明范围
应当理解，除非本文另有说明，关于本文的具体实施例描述的任何特征、特性、替代或修改也可以应用、使用或与本文描述的任何其他实施例结合。而且，本文的附图没有按比例绘制。
虽然本发明通过与离心泵相关的示例来描述，但是本发明的范围意在包括关于现在已知的或未来将来开发的其他类型或种类的泵使用本发明。
虽然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，可以在其中进行前述和各种其他添加和省略。

Claims (20)

1.一种流自适应无传感器泵送控制装置，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块被配置为至少：
接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程由加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自于通过液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息；以及
基于所接收的信令，确定包含关于用于所述区域循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求的信息的相应信令；
其中所述信号处理器或处理模块还被配置为：基于自适应***曲线来确定自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率，所述移动最大***流率取决于自适应压力设置点、由温度负载请求的***流率、无流量时的最小压力、控制曲线设置参数以及自适应移动最大流量和压力之间的关系。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为提供包含关于所述期望泵速的信息的所述相应信令作为控制信令。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述相应信令包含用于控制泵送液体循环***的信息。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置在中央泵控制面板中或形成其一部分。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述区域循环器包括用于提供所述流率的传感器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为：
1)使用如下方程(2.1)基于所述自适应***曲线确定所述自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率：
Figure FDA0002362358900000021
其中P*(t)表示所述自适应压力设置点，Q*(t)是所述温度负载所请求的***流量设置点，b0是无流量时的所述最小压力，α是所述控制曲线设置参数，其按照在线性曲线和二次曲线之间定义的1≤α≤2而变化，并且
Figure FDA0002362358900000022
和
Figure FDA0002362358900000023
是所述自适应移动最大流量和压力；或者
2)使用如下方程(2.2)基于控制函数中的所述***流量设置点来确定用于在流量PID控制技术中使用的流量信号：
Figure FDA0002362358900000024
包括其中，所述信号处理器或处理模块被配置为从压力传感器接收P*(t)的瞬时压力信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，分别从流量计或所述压力传感器或者无传感器转换器接收包含关于Q*(t)的***流率或P*(t)的压力的信息的关联信令。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，对于多区域应用，所述信号处理器或处理模块被配置为，使用如下方程(2.3)来分别确定Q*(t)的所述***流率作为区域流率的总和：
Figure FDA0002362358900000025
其中
Figure FDA0002362358900000026
是区域i处的流率，并且n是区域的总数，包括其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，分别从区域i中的流量计或所述压力传感器或者无传感器转换器接收包含关于
Figure FDA0002362358900000027
的所述流率或P*(t)的压力的信息的所述关联信令。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，在***流量Q时使用如下方程(2.4)，通过移动平均或移动峰值检测器来确定与所述自适应移动最大流量
Figure FDA0002362358900000028
相关的关联信令：
Figure FDA0002362358900000031
其中，分别地，函数MA(Q(t))表示移动平均检测器，并且函数MP(Q(t))表示移动峰值检测器。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，通过使用如下流量方程来确定包含关于
Figure FDA00023623589000000312
的信息的关联信令：
Figure FDA0002362358900000032
包括其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，通过使用所述方程(2.4)中定义的所述移动平均或最大检测器，来相应地确定所述关联信令，所述关联信令包含关于使用等效***特性系数Cv的自适应***特性系数
Figure FDA0002362358900000033
的信息。
11.根据权利要求6所述的装置，其中，所述参数
Figure FDA0002362358900000034
和
Figure FDA0002362358900000035
在
Figure FDA0002362358900000036
和
Figure FDA0002362358900000037
的范围内变化，包括其中，如果所述***流量通过循环器来调节，则所述自适应***特性系数
Figure FDA0002362358900000038
是Cv的常数值。
12.根据权利要求6所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，使用如下方程(2.5)来确定包含关于所述***流量以及压力
Figure FDA0002362358900000039
和
Figure FDA00023623589000000310
的设计点或工作点的信息的关联信令，其中所述***曲线能够通过泵曲线以设计的速度运行：
Figure FDA00023623589000000311
其中a、b和c是二阶最佳拟合泵曲线函数的系数，nd和nmax分别是在设计点处的泵速和关联的最大值。
13.根据权利要求6所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，使用如下方程(3.1)来确定包含关于瞬时***压力和自适应压力设置点的电机速度n的PID函数的信息的关联信令：
n(t)＝pid(P*(t),P(t)) (3.1)
其中P*(t)是由方程(2.1)定义的自适应压力设置点，P(t)是瞬时***压力，并且pid表示PID控制函数。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置为，使用如下方程(3.2)来确定用于流跟随器PID控制的关联信令以实现最小泵送能量操作：
n(t)＝pid(Q*(t),Q(t)) (3.2)
其中Q*(t)相应地是使用具有瞬时***压力信号的方程(2.2)确定的所述***流量设置点或者使用方程(2.3)针对多区域流量信号直接确定的所述***流量设置点，Q(t)是电机速度n时的瞬时***流率。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括***和流量自适应无传感器泵送控制装置。
16.一种流自适应无传感器泵送控制方法，包括：
通过信号处理器或处理模块接收包含关于流率的信息的信令，以便于得到自适应压力设置点，以满足使用自适应***和流量控制曲线方程由加热/冷却区域请求的流率，所述流率来自于通过液体循环加热***中的温度传感器控制的加热/冷却区域中的区域循环器中的无传感器转换器，所接收的信令还包含关于由所述区域循环器请求的总流率的信息；以及
通过所述信号处理器或处理模块基于所接收的信令，确定包含关于用于所述区域循环器的期望泵速以满足加热区域中的温度要求的信息的相应信令；
其中所述方法还包括通过所述信号处理器或处理模块基于自适应***曲线来确定自适应泵控制曲线方程，并且确定为移动最大***流率，所述移动最大***流率取决于在自适应压力设置点、由温度负载请求的***流率、无流量时的最小压力、控制曲线设置参数以及自适应移动最大流量和压力之间的关系。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括从所述信号处理器或处理模块提供包含关于所述期望泵速的信息的所述相应信令。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述相应信令包含用于控制泵送液体循环***的信息。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括将所述信号处理器或处理模块配置在中央泵控制面板中或使所述信号处理器或处理模块形成为所述中央泵控制面板的一部分。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括将所述区域循环器配置有用于提供所述流率的传感器。
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