CN107429686B - 用于无传感器泵送控制应用的无流量检测装置 - Google Patents

用于无传感器泵送控制应用的无流量检测装置 Download PDF

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Abstract

提供一种装置，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以当泵以泵空转速度运行时，接收信令，该信令包含关于泵无流量空转(NFI)状态的信息；并且基于接收到的信令，确定对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在无流量关闭(NFSD)状态还是泵NFI状态的信息。信号处理器或处理模块被配置以提供对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在NFSD状态还是NFI状态的信息。

Description

用于无传感器泵送控制应用的无流量检测装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月13日提交的、标题为“No flow detection means forsensorless pumping control applications”的美国临时申请号62/116,031(代理人案号911-019.019-1/FB&GX0016US)的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本发明以下述其他相关应用中公开的技术族为基础。
技术领域
本发明涉及一种用于控制泵送应用的技术；并且更具体地，本发明涉及一种用于使用诸如功率电流和转矩的电动机运行参数来确定泵送***中何时无流量请求以及基于该确定来控制该控制泵送应用的方法和装置。
背景技术
近来，用于液体循环泵送控制应用的具有节能和无传感器控制装置的变速泵控制是已知的，例如如本文的下文中作为参考文献[1]至[7]所阐述的专利申请中所公开的。如图1示意性所示，无传感器转换器产生***压力(ft)和流率值(GPM)来提供电动机功率(电流或转矩)和速度值，例如如本文的下文中作为参考文献[3-7]所阐述的专利申请中所公开的。如本领域技术人员将理解的，在不运行电动机且不获得作为输入信号(准备从其他方式转换)的电动机值(例如RPM和hp)的情况下，无传感器转换器实际上将是“无意义的”。如果电动机关闭，没有其他压力或流量值而仅有零可以被转换。因此，假如不引入附加的无流量条件或泵运行状态，那么通过传统的无流量关闭(NFSD)检测方案无法实现基于泵最小压力的***压降的流量检测。
在泵行业中需要一种更好的方式来确定用于无传感器泵送控制应用的无流量检测。
发明内容
总之，本发明提供了一种新的且独特的使用检测条件和泵运行方案的无流量检测装置或技术，特别地用于无传感器泵送控制应用，以当泵送***中不存在流量请求时节省泵运行能量。利用传统的NFSD原理，例如，与前面阐述的相一致，无流量空转速度检测方案的引入有助于无流量泵送运行，该无流量泵送运行包括无流量关闭以及无流量空转速度检测，对于无传感器泵送控制应用是可行的。根据本发明，用于无流量检测条件的主要控制参数不仅可以包括诸如流量、压力或***位置(或系数)的泵液体循环参数，还可以包括诸如功率、电流、或转矩的电动机运行参数。此外，根据本发明，还引入了具有无传感器和外部流量或压力信号的组合的几种备选方案，例如通过使用如本文所阐述的流量开关、区流量信号或压力传感器。
具体实施例
通过示例，本发明提供了一种用于无传感器泵送控制应用的新的且独特的技术。
根据一些实施例，本发明可以包括或采取以下形式，一种例如在液体循环泵送控制应用或***中的方法或装置，特征在于信号处理器或信号处理模块，该信号处理器或信号处理模块被配置为：
当泵以泵空转速度运行时，接收信令，该信令包含关于泵无流量空转(NFI)状态的信息；以及
基于接收到的信令，确定对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在无流量关闭(NFSD)状态还是NFI状态的信息。
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特征：
信号处理器或处理模块可以被配置为提供对应的信令，该对应的信令包含关于泵应该保持在NFSD状态还是NFI状态的信息。
信号处理器或处理模块可以被配置为：通过将以泵空转速度nidle的***流量Q*作为在无流量条件下的无流量检测主要参数，来使用以下方程确定对应的信令：
0≤Q*≤Qthr,t≥Tp， (3.1)
其中在检验时间段Tp内的流量阈值被定义为Qthr。
信号处理器或处理模块可以被配置为确定以泵空转速度请求的***流量Q*在检验时间段Tp内是否小于流量阈值Qthr，并且通过遵循NFSD/NSI方案和持续产生的NFSD标志，来确定NFSD条件是否得到满足以及控件可以保持在NFSD状态还是NFI状态；或者相反，如果基于以下方程：Qthr≤Q*，其中t≥Tp，而在***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
信号处理器或处理模块可以被配置为：通过将以泵空转速度nidle的***压力P*作为在无流量条件下的无流量检测主要参数，来使用以下方程来确定对应的信令：
(H0-db)≤P*≤H0,t≥Tp， (3.2)
其中H0是空转压力，(H0-db)是空转压力的压降，以及Tp是检验时间段。
信号处理器或处理模块可以被配置为确定以空转速度的***压力P*在检验时间段Tp内是否小于空转压力H0并且大于空转压力的压降(H0-db)，并且通过遵循NFSD/NSI方案和持续产生的NFSD标志，来确定NFSD条件是否得到满足以及控件可以保持在NFSD状态还是NFI状态；或者相反，如果基于以下方程：P*≤(H0-db)，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
信号处理器或处理模块可以被配置为：通过将以泵空转速度nidle的即时***系数Cv作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用以下方程确定对应的信令：
0≤Cv *≤Cv-thr,t≥Tp， (3.3)
其中Cv-thr是***系数阈值，以及Tp是检验时间段。
信号处理器或处理模块可以被配置为确定以最小速度的即时***系数Cv在检验时间段Tp内是成为零还是小于统系数阈值Cv-thr，并且确定NFSD条件是否得到满足以及NFSD标志是否继而相应地产生；或者相反，如果基于以下方程：Cv-thr≤Cv *，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
信号处理器或处理模块可以被配置为通过将以泵空转速度nidle的电动机功率w*作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用以下方程确定对应的信令：
0≤w*≤wthr,t≥Tp (3.4)，
其中w*是电动机功率，wthr是wthr的功率阈值，以及Tp是检验时间段。
信号处理器或处理模块可以被配置为确定以空转速度的电动机功率w*在检验时间段Tp内是否小于功率阈值wthr，并且确定NFSD条件是否得到满足以及NFSD标志是否继而相应地产生；或者相反，如果基于以下方程：Wthr≤w*，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
对应的信号可以用作动态液体循环泵***中的泵送液体循环控制***中的控制信令。
通过示例，信号处理器或处理模块可以包括或采取以下形式：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)并且基于接收到的信令来确定对应的信令。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，以便于实现与本文所阐述的相一致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，该方法包括以下步骤：
当泵以泵空转速度运行时，在信号处理器或处理模块中接收信令，该信令包含关于泵无流量空转状态(NFI)的信息；以及
在信号处理器或处理模块中，基于接收到的信令来确定对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在无流量关闭(NFSD)状态还是NFI状态的信息。
该方法还可以包括本文所阐述的特征中的一个或多个特征，包括从信号处理器或处理模块提供对应的信令，该信令包含关于泵应当保持在NFSD状态还是NFI状态的信息，例如，该信令可以用于控制动态液体循环泵送***中的阀。
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其中的计算机可执行代码的计算机可读介质，以用于例如当在形成这样的泵控制器或阀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，其可以在现在已知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。
即时应用程序提供了一种新技术，该技术是本文所阐述的上述技术族的进一步发展并且以上述技术族为基础。
附图说明
附图包括以下附图，其不一定按比例绘制：
图1是根据本发明的一些实施例的基于运行的电动机功率和速度值来提供即时泵差压和流率的已知无传感器转换器的示意图。
图2是根据本发明的一些实施例的例如具有被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。
图3是根据本发明的一些实施例的实现方式的示出用于无传感器泵送控制的无流量检测标准和方案的术语和曲线的曲线图。
图4包括分别以15、20、25和30Hz的泵空转速度测量的泵差压和功率对流率的曲线图，其中图4B是泵压差(ft)对流率(GPM)的曲线图，并且其中图4B是泵功率(hp)对流率(GPM)的曲线图。
具体实施方式
图2：信号处理功能的实现
作为示例，图2示出了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，该信号处理器或处理模块10a至少被配置为：
当泵以泵空转速度运行时，接收信令，该信令包含关于泵无流量空转状态(NFI)的信息；以及
基于接收到的信令，确定对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在无流量关闭(NFSD)状态还是NFI状态的信息。
在运行时，信号处理器或处理模块可以被配置为提供对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在NFSD状态还是NFI状态的信息。该对应的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10a可以被配置在泵和/或泵控件中，或者形成泵和/或泵控件的一部分，例如该信号处理器或处理模块10a可以包括被配置在其中的泵控件或者控制器，或者可以结合被配置在其中的泵控件或者控制器来实现该信号处理器或处理模块10a。通过示例，设想其中装置是具有信号处理器或处理模块10a的泵的实施例，以及设想装置是具有信号处理器或处理模块10a的泵控件或控制器的实施例。
如本领域技术人员将明白和理解的，本发明可以使用例如与本文所阐述的相一致的***特性和相关联的方程来实现，并且通过使用现在已知的或以后在将来开发的其他类型或种类的***特性和相关联的方程来实现。
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。在通常的软件实现中，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利用适当的程序代码对这样的基于微处理器或基于微控制器的实现方式进行编程，以在不进行过度实验的情况下执行本文所描述的功能。例如，与本文所公开的相一致，信号处理器或处理模块10a可以例如由本领域技术人员在不进行过度实验的情况下配置为，当泵以泵空转速度运行时接收信令，该信令包含关于泵无流量空转状态(NFI)的信息。
此外，与本文所公开的相一致，信号处理器或处理模块10a可以例如由本领域技术人员在不进行过度实验的情况下配置为，确定对应的信令，该对应的信令包含关于泵应保持在NFSD状态还是NFI状态的信息。
本发明的范围并不意在限于使用现在已知的或以后在将来开发的技术的任何具体实现方式。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部件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/输出设备以及与之连接的控制、数据和地址总线，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3至图4：实现方式的细节介绍
用于无传感器泵送控制应用的无流量检测的一种可行方案可以通过以下方式来实现：在执行无流量检测时，使电动机先运行并以合理的低速运行。这种特别为无传感器控制应用的无流量检测引入的低速泵运行状态可以称为泵NFI状态。与泵NFI状态相关联的速度可以相应地命名或称为泵空转速度。本发明的用于无传感器泵送控制的无流量检测器装置可以包括无流量检测器，该无流量检测器具有如本文所公开的用于无传感器泵送控制应用的该无量检测器的无流量检测条件和泵运行方案，以当***中不存在流量请求时节省泵运行能量。连同在泵正常运行状态下以泵的最小速度的NFSD条件和运行一起，具有以泵空转速度的附加无流量检测条件的泵NFI的引入，使得特别地对于无传感器泵送控制，无流量关闭泵运行是可行的。
对于闭环加热和冷却应用，因为可能存在水温发生一定程度的变化的可跟踪时间段，则以下是可行的：限定泵停止休眠时间以将泵打开/关闭而进入NFI状态，并且相应地实施流量检测或无流量检测。然而，对于开环升压***，可能需要对***中的流量的立即响应。为此，根据一些实施例，对于实际的无传感器NFSD应用也可能需要外部流量或压力信号。相应地引入了几种备选方案，该几种备选方案通过使用流量开关、区流量信号或压力传感器而具有无传感器和外部流量或压力信号的组合。
用于无传感器控制的无流量关闭标准和方案
图3示出了被限定为泵压力控制的泵压力设定点曲线的控制曲线(Contr.curve)；示出了即时***曲线Cv，即时***曲线Cv基于由***流量方程限定的在任何时刻的等效***特性曲线绘制，该即时***曲线Cv包括以泵最大速度按惯例设计的***曲线；并且示出了泵曲线(Pump curve)，泵曲线作为泵压差对以速度的流率(即，分别以即时速度n、最大速度nmax、最小速度nmin)的特性曲线。通过示例，在该专利申请中，可以将以空转速度nidle的泵状态和约5Hz至15Hz的非常低的电动机速度引入作为泵空转运行状态，在该状态下，可实现无传感器控制的无流量检测。与泵曲线相关联的功率值对流率被调用并且被绘制为对应的功率曲线。
对于无流量检测，图3示出了已经限定的一些参数，例如压力和流率以及它们对应的阈值，其中参数Q*是由***请求的流率，参数P*是与为所请求的流率Q*的所请求的流率相对应的压力设定点。它们可以从无传感器转换器获得，或者也可以通过下面标记为[1]至[7]的参考文献公开的自适应方法作为所请求的流率来计算得到。因为流量信号可以直接从无传感器转换器获得，所以***流率Q*可以优选地被选择为主要无流量检测参数。然后对应的阈值Qthr可以为无流量检测条件而被引入。
如果选择压力作为主要控制参数并且与常规NFSD完全相同，则在泵正常运行状态下，可以使用最小压力b0的***压降db来检测***中以泵最小速度的无流量。在特别地用于无传感器应用的泵NFI状态的***中，也可以引入空转压力H0来用于无流量检测。再次，空转压力的压降可以用作无流量检测条件。
此外，电动机的功率、电流或转矩读数w*、A*和T*也可以用作无流量检测的一个或多个控制参数。基于本文限定的术语和参数，无流量检测标准和方案可以如下详细描述。
1)无流量关闭和/或无流量空转方案
在泵的正常运行状态下，无流量检测以电机的最小速度连续进行。如果在***条件下未检测到流量，则泵可以被强制进入NFSD状态或NFI状态。无论在无流量状态下的哪个状态，控件或控制器必须使泵回到其空转状态，并按照所指出的那样，以其空转速度进行流量或无流量检测。然后，如果在***中检测到流量，则可以使泵加速回到其正常运行。否则可以保持在NFI状态或返回NFSD状态。可以利用几个流量或无流量检测和泵运行方案，并且接下来相应地详细说明。
1.1)无流量关闭/空转检测方案
首先，在泵的正常运行状态下，可以以最小速度连续地实施或进行无流量检测。如果由检测器检测到在***条件下的无流量，则泵可以被强制进入NFSD状态。在关闭一段时间后，该时间段被限定为在NFSD状态下泵停止休眠的时间TS，控件或控制器可以使泵转换到或切换到NFI状态，并且相应地进行流量或无流量检测。如果检测到在***条件下的流量，则可以使泵加速回到其正常运行。否则，如果***中存在无流量，则泵将回到NFSD状态，以便再次休眠。
1.2)无流量空转检测方案
类似地，在泵的正常运行状态下，以最小速度连续进行无流量检测。如果检测到***条件中的无流量，则泵可能被强制进入NFI状态，在该状态下泵连续运行流量或无流量检测程序。如果检测到处于***条件的流量，则可以使泵加速回到其正常运行。否则，它将保持在其NFI状态，直到检测到***中的流量。
1.3)具有外部流量信号的无流量关闭/空转检测方案
初始的外部流量信号可以被引入，以对***中的流量进行初始检测，例如，来自用于闭环液体循环***的区无传感器转换器的流量信号(参见下面标记为[7]的参考文献)或来自用于闭环或者甚至开环液体循环升压***的流量信号。在接收到初始外部流量信号后，控件或控制器可以将泵转换或切换到NFI状态，并进行流量或无流量检测以用于进一步确认(如果设定的话)。然后，在NFI状态下确认***中的流量之后，可以使泵加速回到其正常运行。否则，它将被转换或切换到其NFSD状态以便休眠。
根据一些实施例，本发明可以用具有磁性开关或光敏电阻器的流量开关来实施，以检测泵轴旋转运动来预测***中的流量。
1.4)具有外部压力信号的无流量关闭/空转检测方案
初始的外部压力信号也可以被引入，以便通过利用常规压力检测标准来对***中的流量进行初步检测，例如，来自用于闭环或开环液体循环***的泵抽吸处的压力传感器的压力信号。在初始检测到***条件下的流量之后，控件或控制器可以使泵转换或切换到NFI状态，并进行流量或无流量检测以用于进一步确认(如果请求的话)。然后，在NFI状态下，***条件下的流量被确认之后，使泵加速回到其正常运行。否则，泵将回到其NFSD状态以便休眠。产生泵差压的泵无传感器转换器和外部抽吸压力传感器的组合可以实现节能控制，例如参见在开环液体循环***中是可行的标记为[3]至[7]的参考文献。
2)以泵最小速度的无流量检测标准
在泵正常运行状态下，以电动机最小速度的无流量检测标准是无流量条件，在该无流量条件下，控件可以使泵转换到NFSD状态或NFI状态，例如，通过遵循本文公开的两个NFSD/NSI方案中的一个方案来节省泵的运行能量。本文公开了用于无传感器泵送控制的以泵最小速度的几个无流量检测标准，包括以下内容：
2.1)***流量
基于以下方程2.1以泵最小速度的***流量可以被认为是在无流量条件下的无流量检测主要参数：
0≤Q*≤Qthr,t≥Tp. (2.1)
方程2.1陈述了如果以泵最小速度请求的***流率Q*小于被定义为在检验时间段内的流量阈值Qthr，则满足NFSD条件，并且然后相应地产生NFSD标志。这里，***流量Q*可以直接从无传感器转换器获得，或者通过自适应方法作为所请求的流率而被计算得到。
2.2)***压力
基于以下方程2.2，以泵最小速度nmin的***压力也可以被认为是无流量检测参数，该无流量检测参数是在与用于无流量条件的常规NFSD压力标准完全相同的条件下：
(b0-db)≤P*≤b0,t≥Tp (2.2)
方程2.2陈述了如果以最小速度的***压力P*小于最小压力b0并且大于在检验时间段TP内的最小压力的压降(b0-db)，则满足NFSD条件，并且然后相应地产生NFSD标志。这里，***压力信号P*可以直接从无传感器转换器获得或者通过自适应方法作为自适应压力而被计算得到。
2.3)***系数
类似地，基于以下方程2.3，以泵最小速度nmin的即时***系数也可以被认为是在无流量条件下的无流量检测参数：
方程2.3陈述了如果以最小速度的即时***系数成为零或小于在检验时间段TP内的***系数阈值Cv-thr，则满足NFSD条件并且然后相应地产生NFSD标志。这里，***系数可以直接从无传感器转换器获得或者通过使用流量方程计算得到。
2.4)电动机功率、电流或转矩
基于以下方程2.4，以泵最小速度nmin的电动机功率直接被认为是在无流量条件下的无流量检测参数：
0≤w*≤wthr,t≥Tp. (2.4)
方程2.4陈述了如果以最小速度的电动机功率w*小于在检验时间段TP内的功率阈值wthr，则满足NFSD条件，并且相应地产生NFSD标志。这里，电动机功率信号w*可以直接从电动机驱动读数器获得。
类似地，基于以下方程2.5或2.6，来自电动机驱动读数器的诸如电动机电流或转矩的其他电动机参数也可以被认为是无流量检测标准：
0≤A*≤Athr,t≥Tp (2.5)
或
0≤T*≤Tthr,t≥Tp (2.6)
这里，电动机电流和转矩信号A*和T*可以直接从电动机驱动读数器获得，并且Athr和Tthr是它们对应的给定阈值。
3)以泵空转速度的无流量检测标准
在泵空转状态中，以电动机空转速度的无流量检测标准是无流量条件，在该条件下，如果在***中检测到流量，则控件或控制器可以使泵转换回到其正常运行、或者相反，通过遵循本文公开的NFSD/NFI方案中的一个方案，使泵回到NFSD状态或NFI状态，以节省泵运行能量。本工作提出了泵空转状态的几个流量标准以用于具有无传感器泵送控制的泵控件，包括：
3.1)***流量
基于以下方程3.1，以泵空转速度nidle的***流量可以被认为是在无流量条件下的无流量检测主要参数：
0≤Q*≤Qthr,t≥Tp. (3.1)
方程3.1陈述了如果以泵空转速度请求的***流量Q*小于被定义为在检验时间段TP内的流量阈值Qthr，则满足NFSD条件，并且通过遵循本文公开的NFSD/NSI方案中的任一种方案，可以使控件保持在NFSD状态或NFI状态，并且保持产生NFSD标志。否则，如果在***中检测到流量，即Qthr≤Q*其中t≥Tp，则控件或控制器将使泵转换回到其正常运行。
再次，***流率信号Q*可以直接从无传感器转换器获得或者通过自适应方法作为所请求的流率被计算得到。
3.2)***压力
基于以下方程3.2，以泵空转速度nidle的***压力可以被认为是在无流量条件下的无流量检测参数：
(H0-db)≤P*≤H0,t≥Tp (3.2)
方程3.2陈述了如果以空转速度的***压力P*小于空转压力H0并且大于在检验时间段TP内的空转压力的压降(H0-db)，则满足NFSD条件，并且通过遵循本文公开的NFSD/NSI方案中的任一种方案，可以使控件保持在NFSD状态或NFI状态，并且保持产生NFSD标志。否则，如果在流量条件下的***中检测到流量，即P*≤(H0-db)其中t≥Tp，则控件或控制器将使泵转换或切换回到其正常运行。这里，***压力信号P*可以直接从无传感器转换器获得、或者通过自适应方法作为自适应压力设定点而被计算得到。
3.3)***系数
类似地，基于以下方程3.3，以泵空转速度nidle的即时***系数可以被认为是在无流量条件下的无流量检测参数：
方程3.3陈述了如果以最小速度的即时***参数成为零或小于在检验时间段TP内的***系数阈值Cv-thr，则满足NFSD条件并且然后相应地产生NFSD标志。否则，如果在流量条件下的***中检测到流量，即其中t≥Tp，则控件或控制器将使泵转换或切换回到其正常运行。这里，***系数可以直接从无传感器转换器获得或者使用流量方程计算得到。
3.4)电动机功率、电流或转矩
基于以下方程3.4，以泵空转速度nidle的电动机功率可以被认为是在无流量条件下的无流量检测参数：
0≤w*≤wthr,t≥Tp. (3.4)
方程3.4陈述了如果以空转速度的电动机功率w*小于在检验时间段TP内的功率阈值wthr，则满足NFSD条件并且然后相应地产生NFSD标志。否则，如果在流量条件下的***中检测到流量，即wthr≤w*其中t≥Tp，则控件或控制器将使泵转换或切换回到其正常运行。再次，电动机功率信号w*可以直接从电动机驱动读数器获得。
类似地，基于以下方程3.5或3.6，来自电动机驱动读数器的诸如电动机电流或转矩的其他电动机参数可以被认为是无流量检测标准：
0≤A*≤Athr,t≥Tp, (3.5)
或
0≤T*≤Tthr,t≥Tp, (3.6)
这里，电动机电流和转矩信号A*和T*可以直接从电动机驱动读数器获得。
方程2.4至方程2.6和方程3.4至方程3.6中的电动机参数无流量检测标准可以提供一种评估无流量条件的简单方式。因此，如果可从驱动器实现，则它们更优选地用于无传感器泵送控制应用。另一方面，来自无传感器转换器的流率信号显然可以产生更直接的关于在***中存在流量或无流量的指示。优选地，也可以使用方程2.1和方程3.1中的对应的标准。关于流率的相同论点可以被相应地扩展到方程2.3和方程3.3中的***系数标准。然而，方程2.2和方程3.2中的压力无流量条件可以不像用于常规NFSD无流量条件的那些压力无流量条件一样敏感，特别是对于具有轻微平坦泵曲线的泵，这是因为对于无传感器应用，压降只能沿着其中泵以其空转速度运行的泵曲线来评估。注意，本文公开的那些无流量检测标准在需要时可以用作用于在NFSD和NFI状态中的无流量检测的单独的条件或者用作组合条件。此外，考虑到具有与上述1.3部分相关的流量检测方案的开环应用，可以相应地将诸如流量、功率等控制参数认为是主要控制变量。为此，基于由无传感器转换器推导的流率，而不考虑流量贡献的部分，例如，由于市政府(如城镇、城市或州)的供水压力，可以有效地使用被标记为[3]至[7]的参考文献中公开的节能控制算法来节省由驱动电动机贡献的泵送能量或功率。然而，如果归因于市政供水压力的流量贡献可能也需要考虑进节能控制中，则可以相应地引入与1.4部分相关的流量检测方案。
从以下公开的最佳拟合亲和(Best Fit Affinity)无传感器转换器转换的泵差压、流率以及它们对应的电动机功率已经从已知的离心泵收集并且分别绘制在图4中，电动机功率是相对于15Hz、20Hz、25Hz和30Hz的泵空转速度测量。
对于图4所示的最佳拟合亲和无传感器模型数据，5GPM的流率或其对应的29瓦特的功率值可被选择为其以给定的空转速度(如15Hz)的无流量条件阈值。为此，可以通过使用针对流量的方程3.1、针对功率的方程3.4或其他方程来分别确定无流量条件。对于离散无传感器转换器，可能需要首先提供或计算以给定空转速度的数据，以便可以确定对应的阈值从而相应地实现NFI检测条件。
各种新颖点
本发明还可以包括以下各种实施例中的一个或多个实施例，或者采取以下各种实施例中的一个或多个实施例的形式：
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中用于无传感器泵送控制的无流量关闭或无流量空转检测器装置包括无流量检测器，该无流量检测器具有针对无传感器泵送控制应用提出的无流量检测条件和泵运行方案，以当***中不存在流量请求时节省泵运行能量。在泵正常运行状态中，连同以泵最小速度的无流量关闭(NFSD)条件和运行一起，具有以泵空转速度的附加无流量检测条件的泵无流量空转状态(NFI)的引入，使得特别地对于无传感器泵送控制而言，无流量关闭和无流量空转泵运行是可行的。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中上述无流量检测器装置包括无流量关闭和/或无流量空转方案，该方案具有如下如图3中示意性示出的功能。首先，在泵正常运行状态中，以最小速度连续进行无流量检测。如果检测器未检测到***中的流量，则泵可以进入NFSD状态。在关闭一段时间后，例如该一段时间被定义为在NFSD状态中的泵停止休眠时间Ts，则控件可以使泵转换到NFI状态，并且相应地进行无流量检测。如果检测到***中的流量，则可以使泵加速回到其正常运行。否则，它将回到其NFSD状态以再次休眠。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中上述无流量检测器装置可以包括如下如图3中示意性示出的无流量关闭和/或无流量空转方案。类似地，在泵正常运行状态中，以最小速度连续进行无流量检测。如果未检测到***中的流量，则泵可以进入NFI状态。在NFI状态中运行时，可以连续进行***中的无流量检测。如果检测到***中的流量，则可以使泵加速回到其正常运行。否则，它将保持在其NFI状态，直到检测到***中的流量。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中上述无流量检测器装置也包括用于无传感器NFSD应用的外部流量信号。通过使用外部流量信号，即来自用于闭环液体循环***的区无传感器转换器的流量信号或来自用于闭环或开环液体循环***的物理流量开关的流量信号，然后还可以评估以及检测次级***中的流量。在接收到外部流量信号后，控件可以使次级泵转换到NFI状态，并且相应地进行流量或无流量检测。然后在NFI状态确认***中的流量后，可以使泵加速回到其正常运行。否则，它将回到其NFSD状态进行休眠。通过其他示例，流量开关的优选形式可以使用磁性开关或光敏电阻开关来检测泵轴旋转运动以预测初始流量状态。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中上述无流量检测器装置也包括外部压力信号，该外部压力信号来自也用于无传感器NFSD应用的泵抽吸部分处的压力传感器。针对闭环或开环液体循环***，通过在泵抽吸处使用外部压力信号，可以引入常规压力检测标准来对***中的流量做初始检测。在***中检测到流量后，如果需要，控件可以使泵转换到NFI状态，并且进行流量或无流量检测以进一步确认(如果请求的话)。然后在NFI状态确认***中的流量后，将使泵加速回到其正常运行。否则，它将回到其NFSD状态以便休眠。产生泵差压的泵无传感器转换器和外部抽吸压力传感器的组合可以使节能控制[3-7]在开环液体循环***中是可行的。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中所提到的无流量检测器装置中的无流量检测条件和运行包括如上述方程2.1-2.6中提出的在泵的正常运行状态中以泵的最小速度的NFSD条件和运行的组合中的一个或多个组合，在满足条件后，进行或切换、或提供对应的信令来控制泵或使泵切换到NFSD状态或NFI状态。随后，本发明还可以包括如上述方程3.1至方程3.6中的NFI检测条件和运行的组合中的一个或多个组合，以在泵的NFI状态中以泵空转速度进行无流量检测。这里，对应的无流量检测参数可以是压力、流率、***位置(***系数)以及电动机操作读数器的诸如功率、电流或转矩等的参数。优选地，可以考虑电动机参数，因为它们可以从驱动器更直接地获得。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中上述无流量检测器装置与特别地用于无传感器泵控制应用的无传感器转换器集成。如果这样配置，它也可以用于具有传感器的液体循环泵送控制应用中。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中这里提到的具有无流量检测器装置的泵送液体循环***包括现在已知的或将来开发的所有闭环或开环液体循环泵送***，例如，诸如初级泵送***、次级泵送***、水循环***和升压***。这里提到的***还可以包括单个区或多个区或由单个区或多个区组成。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，该实现方式基于使用布线技术的传输控制信号或信令，该布线技术包括现在已知的和目前使用以及将来开发的所有常规感测和传输装置。可以想象，无线信号传输技术可能是最优的和最有利的。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，该实现方式基于使用上述用于液体循环泵送***的泵，例如包括单个泵、循环器、并联联动泵或循环器的组、串联联动泵或循环器的组、或它们的组合。
根据一些实施例，本发明可以包括以下实现方式或采取以下实现方式的形式，其中***流量调节可以包括手动或自动控制阀、手动或自动控制循环器、或者它们的组合。
液体循环特性和离散分布函数
用于确定液体循环特性的技术以及用于绘制这种液体循环特性分布的技术，例如如图3至图4所示的技术，在本领域中也是已知的；并且本发明的范围并不旨在限于现在已知的或以后在将来开发的任何特定类型或种类。
此外，本领域技术人员将能够基于本文所公开的内容在不进行过度实验的情况下实施基础发明，包括确定液体循环特性，以及绘制如本文所示的这种液体循环特性的分布。
其他相关申请
本申请涉及由一个或多个发明人在此开发的、形成整个技术族的一部分的其他专利申请，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日作为美国专利号8,700,221公布；以及
[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2011年12月 16日提交的现在已经放弃的美国临时申请号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2013年3月1日提交的现在已经放弃的美国临时申请号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)，其要求2013年3月19日提交的现在已经放弃的美国临时申请号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)，其要求2014年7月24日提交的现在已经放弃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；
[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)，其要求2014年4月8日提交的现在已经放弃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；
[7]2015年6月4日提交的标题为“System and flow adaptive sensorlesspumping control apparatus energy saving pumping applications”的美国专利申请号14/730,871(代理人案号911-019.015-2//F-B&G-X0013US01)，其要求2014年6月4日提交的现在已经放弃的临时专利申请序列号62/007,474(代理人案号号911-019.015-1//F-B&G-X0013US01)的权益；以及
[8]2014年12月15日提交的标题为“Discrete valves flow rate converter”的美国专利申请号 14/969,723(代理人案号911-019.017-2//F-B&G-X0015US01)，其要求2014年12月15日提交的临时专利申请序列号 62/091,965(代理人案号号911-019.017-1//F-B&G-X0015US01)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。
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。
虽然本发明通过涉及离心泵的示例来描述，但是本发明的范围意在包括使用涉及现在已知的或以后将来开发的其他类型或种类的泵的示例。
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 (10)

1.一种无流量检测装置，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置为：
当泵以泵空转速度运行时接收信令，所述信令包含关于所述泵的无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述信号处理器或处理模块被配置为：通过将以泵空转速度的***流量Q*作为在无流量条件下的无流量检测主要参数，来使用下式确定所述对应的信令：
0≤Q*<Qthr,t≥Tp(3.1)，
其中在检验时间段Tp内的流量阈值被定义为Qthr，
其中所述信号处理器或处理模块被配置为确定以所述泵空转速度请求的所述***流量Q*在所述检验时间段Tp内是否小于所述流量阈值，并且通过遵循无流量关闭/无流量空转方案和持续产生的无流量关闭标志，来确定无流量关闭条件是否得到满足以及控件能够保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态；或者相反，如果基于下式：Qthr≤Q*，其中t≥Tp，而在***中检测到流量，则使所述泵回到其正常运行。
2.根据权利要求1所述的无流量检测装置，其中所述信号处理器或处理模块被配置为提供所述对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息。
3.一种无流量检测装置，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置为：
当泵以泵空转速度运行时接收信令，所述信令包含关于所述泵的无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述信号处理器或处理模块被配置为：通过将以泵空转速度的***压力P*作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
(H0-db)<P*≤H0,t≥Tp(3.2)，
其中H0是空转压力，(H0-db)是所述空转压力的压降，以及Tp是检验时间段，其中所述信号处理器或处理模块被配置为：确定以所述泵空转速度的所述***压力P*在所述检验时间段内是否小于或等于所述空转压力并且大于所述空转压力的所述压降，并且通过遵循无流量关闭/无流量空转方案和持续产生的无流量关闭标志，确定无流量关闭条件是否得到满足以及控件能够保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态；或者相反，如果基于下式：P*≤(H0-db)，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
4.一种无流量检测装置，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置为：
当泵以泵空转速度运行时接收信令，所述信令包含关于所述泵的无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述信号处理器或处理模块被配置为：通过将以所述泵空转速度的即时***系数Cv也作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
其中Cv-thr是***系数阈值，以及Tp是检验时间段，其中所述信号处理器或处理模块被配置为：确定以所述泵空转速度的所述即时***系数在所述检验时间段内是成为零还是小于所述***系数阈值，并且确定无流量关闭条件是否得到满足以及无流量关闭标志是否继而相应地产生；或者相反，如果使用下式：Cv-thr≤Cv *，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使所述泵回到其正常运行。
5.一种无流量检测装置，包括：
信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块至少被配置为：
当泵以泵空转速度运行时接收信令，所述信令包含关于所述泵的无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；其中所述信号处理器或处理模块被配置为：通过将以所述泵空转速度的电动机功率作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
0≤w*<wthr,t≥Tp (3.4)，
其中w*是所述电动机功率，wthr是功率阈值，以及Tp是检验时间段，其中所述信号处理器或处理模块被配置为确定以所述泵空转速度的所述电动机功率在所述检验时间段内是否小于所述功率阈值，并且确定无流量关闭条件是否得到满足以及无流量关闭标志是否继而相应地产生；或者相反，如果基于下式：Wthr≤w*，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
6.一种无流量检测方法，包括：
当泵以泵空转速度运行时，通过信号处理器或处理模块接收信令，所述信令包含关于泵无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，通过所述信号处理器或处理模块来确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以通过将以泵空转速度的***流量Q*作为在无流量条件下的无流量检测主要参数，来使用下式确定所述对应的信令：
0≤Q*<Qthr,t≥Tp (3.1)，
其中在检验时间段Tp内的流量阈值被定义为Qthr，
其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以确定以所述泵空转速度请求的所述***流量Q*在所述检验时间段Tp内是否小于所述流量阈值，并且通过遵循无流量关闭/无流量空转方案和持续产生的无流量关闭标志，来确定无流量关闭条件是否得到满足以及控件能够保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态；或者相反，如果基于下式：Qthr≤Q*，其中t≥Tp，而在***中检测到流量，则使所述泵回到其正常运行。
7.根据权利要求6所述的无流量检测方法，其中所述方法包括：从所述信号处理器或处理模块提供所述对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息。
8.一种无流量检测方法，包括：
当泵以泵空转速度运行时，通过信号处理器或处理模块接收信令，所述信令包含关于泵无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，通过所述信号处理器或处理模块来确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以通过将以泵空转速度的***压力P*作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
(H0-db)<P*≤H0,t≥Tp (3.2)，
其中H0是空转压力，(H0-db)是所述空转压力的压降，以及Tp是检验时间段，其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以确定以所述泵空转速度的所述***压力P*在所述检验时间段内是否小于或等于所述空转压力并且大于所述空转压力的所述压降，并且通过遵循无流量关闭/无流量空转方案和持续产生的无流量关闭标志，确定无流量关闭条件是否得到满足以及控件能够保持在所述无流量关闭状态还是所述无流量空转状态；或者相反，如果基于下式：P*≤(H0-db)，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
9.一种无流量检测方法，包括：
当泵以泵空转速度运行时，通过信号处理器或处理模块接收信令，所述信令包含关于泵无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，通过所述信号处理器或处理模块来确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以通过将以所述泵空转速度的即时***系数Cv也作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
其中Cv-thr是***系数阈值，以及Tp是检验时间段，其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以确定以所述泵空转速度的所述即时***系数在所述检验时间段内成为零还是小于所述***系数阈值，并且确定无流量关闭条件是否得到满足以及无流量关闭标志是否继而相应地产生；或者相反，如果基于下式：Cv-thr≤Cv *，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使所述泵回到其正常运行。
10.一种无流量检测方法，包括：
当泵以泵空转速度运行时，通过信号处理器或处理模块接收信令，所述信令包含关于泵无流量空转状态的信息；以及
基于接收到的所述信令，通过所述信号处理器或处理模块来确定对应的信令，所述对应的信令包含关于所述泵应保持在无流量关闭状态还是所述无流量空转状态的信息；
其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以通过将以所述泵空转速度的电动机功率也作为在无流量条件下的无流量检测参数，来使用下式确定所述对应的信令：
0≤w*<wthr,t≥Tp (3.4)，
其中w*是所述电动机功率，wthr是功率阈值，以及Tp是检验时间段，其中所述方法包括：配置所述信号处理器或处理模块，以确定以所述泵空转速度的所述电动机功率在所述检验时间段内是否小于所述功率阈值，并且确定无流量关闭条件是否得到满足以及无流量关闭标志是否继而相应地产生；或者相反，如果基于下式：Wthr≤w*，其中t≥Tp，而在流量条件下的***中检测到流量，则使泵回到其正常运行。
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