Модуль мониторинга и способ определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод

Изобретение относится к системам мониторинга насосных станций. Модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью обработки зависимой от нагрузки насоса переменной для каждого работающего насоса из насосов (9а, 9b), свидетельствующей о том, как работает, по меньшей мере, один соответствующий работающий насос (9а, 9b), и, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, свидетельствующего о том, как сточные воды протекают по трубопроводу (11) и/или насосам (9a, 9b). Модуль мониторинга выполнен с возможностью определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия для каждого работающего насоса из насосов (9a, 9b), который основан на соответствующих, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на указанном, по меньшей мере, одном основанном на модели трубопровода параметре. Техническим результатом является повышение надежности обнаружения проблем на насосной станции с по меньшей мере двумя насосами. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в целом, к модулям мониторинга и способам определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод. В частности, такой рабочий сценарий может представлять собой неполадки в работе, например, неисправность или засорение насоса, засорение или нарушение герметичности трубопровода.

Уровень техники

Системы сбора сточных вод станций водоочистки обычно включают один или более резервуаров, прудов, колодцев или отстойников для накопления и временного хранения сточных вод. Обычно, сточные воды поступают в резервуар пассивно под действием силы тяжести и/или активно, нагнетаемые по напорному трубопроводу. В каждом резервуару или около него обычно устанавливают один, два или более насосов для подачи сточных вод в резервуар или из него. Если в течении некоторого периода времени приток сточных вод больше, чем отток, резервуар или отстойник в конце концов переполнится. Переполнение следует по мере возможности предотвращать, чтобы исключить воздействие на окружающую среду. Следовательно, какая-либо неисправность или засорение насоса, засорение или разгерметизация трубопровода или другой тип рабочего сценария с неполадками необходимо выявлять как можно скорее, чтобы обслуживающий персонал мог предпринять соответствующие действия, такие как прочистка, ремонт или замена, в наиболее короткие сроки.

В документе US 8594851 В1 описана система обработки сточных вод и способ снижения энергопотребления в процессе работы системы обработки сточных вод.

Одной из сложных задач для современных систем управления насосными станциями сточных вод является надежное выявление возникновения определенной проблемы с целью получения оператором или обслуживающим персоналом точного указания в отношении надлежащих действий, например, где и что нуждается в прочистке, ремонте или замене.

Сущность изобретения

В отличие от известных систем, вариантами осуществления настоящего изобретения обеспечивается модуль мониторинга и способ определения рабочего сценария, дающий более конкретную и более надежную информацию.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, им обеспечивается модуль мониторинга для определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод, имеющей, по меньшей мере, один насос, выполненный с возможностью подачи сточных вод из резервуара сточных вод в трубопровод, при этом модуль мониторинга выполнен с возможностью обработки, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса и указывающей на то, как работает указанный, по меньшей мере, один насос, и по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода и указывающего на то, как сточные воды протекают через трубопровод и/или указанный, по меньшей мере, один насос, причем модуль мониторинга выполнен с возможностью определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия, который основан на указанной, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на указанном, по меньшей мере, одном параметре, основанном на модели трубопровода.

Группа заданных рабочих сценариев может включать рабочие сценарии с неполадками и/или без неполадок. Например, рабочие сценарии с неполадками могут представлять собой засорение трубопровода по потоку ниже насоса(насосов), засорение одного или нескольких из, по меньшей мере, одного насоса, разгерметизацию обратного клапана одного или нескольких из, по меньшей мере, одного насоса и/или разгерметизацию соединения между одним или более из, по меньшей мере, одного насоса и трубопроводом. Сочетание, по меньшей мере, двух критериев, первый из которых основан на, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, а второй основан на, по меньшей мере, одном параметре, основанном на модели трубопровода, может интерпретироваться модулем мониторинга как «характерный признак сценария».

Необязательно, группа рабочих сценариев может быть задана как матрица выбора, однозначно соотносящая каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием, по меньшей мере, одного первого критерия и, по меньшей мере, одного второго критерия. Например, в случае насосной станции сточных вод, включающей единственный насос, на основе сочетания двух критериев могут быть выявлены три различных рабочих сценария:

	Первый критерий	Второй критерий
1 сценарий: засорение трубопровода	Увеличение переменной насоса	Параметр трубопровода отрицателен или не равен нулю
2 сценарий: засорение насоса	Увеличение переменной насоса	Параметр трубопровода положителен или равен нулю
3 сценарий: разгерметизация соединения с насосом	Уменьшение переменной насоса	Параметр трубопровода отрицателен или не равен нулю

В случае насосной станции сточных вод, включающей два или более насосов, для проведения более точного различия между рабочими сценариями, в которых засорен определенный насос, или разгерметизировалось соединение с насосом, может быть использован, например, первый критерий для каждого насоса. На основе сочетания двух критериев могут быть выявлены три различных рабочих сценария:

	Первый критерий для 1 насоса	Первый критерий для 2 насоса	Второй критерий
1 сценарий: засорение трубопровода	Увеличение переменной 1 насоса	Увеличение переменной 2 насоса	Параметр трубопровода отрицателен или не равен нулю
2 сценарий: засорение 1 насоса	Увеличение переменной 1 насоса	Нет увеличения переменной 2 насоса	Параметр трубопровода положителен или равен нулю
3 сценарий: засорение 2 насоса	Нет увеличения переменной 1 насоса	Увеличение переменной 2 насоса	Параметр трубопровода положителен или равен нулю
4 сценарий: разгерметизация соединения с 1 насосом	Уменьшение переменной 1 насоса	Нет уменьшения переменной 2 насоса	Параметр трубопровода отрицателен или не равен нулю
5 сценарий: разгерметизация соединения со 2 насосом	Нет уменьшения переменной 1 насоса	Уменьшение переменной 2 насоса	Параметр трубопровода отрицателен или не равен нулю

В случае насосной станции сточных вод, включающей два или более насосов, обычно, пока одного насоса достаточно для перекачивания сточных вод из резервуара в трубопровод, работает только один насос. Для равномерного распределения продолжительности работы и износа, насосы могут работать по очереди. При этом, в отличие от случая работы всех или нескольких насосов одновременно, может быть уменьшена общая продолжительность работы и, следовательно, износ. Только в том случае, когда при большом притоке, например, вследствие сильного дождя, требуется более мощное перекачивание, для предотвращения переполнения одновременно могут работать все или несколько насосов. При чередовании насосов в случае нормальной работы единственного насоса, может быть предусмотрено наличие обратных клапанов, предотвращающих перекачивание сточных вод активным насосом через неактивный(ые) насос(ы) обратно в резервуар сточных вод. Разгерметизация обратного клапана неактивного насоса может иметь особый характерный признак, нежели разгерметизация соединения с активным насосом, если, например, используется дополнительный второй критерий, который основан на другом параметре, основанном на модели трубопровода:

	Первый критерий для 1 насоса	Первый критерий для 2 насоса	Второй критерий 1	Второй критерий 2
1 сценарий: засорение трубопровода	Увеличение переменной 1 насоса	Увеличение переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. отрицат.	2 параметр трубопров. не равен нулю
2 сценарий: засорение 1 насоса	Увеличение переменной 1 насоса	Нет увеличения переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. положит.	2 параметр трубопров. равен нулю
3 сценарий: засорение 2 насоса	Нет увеличения переменной 1 насоса	Увеличение переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. положит.	2 параметр трубопров. равен нулю
4 сценарий: разгерметизация соединения с 1 насосом	Уменьшение переменной 1 насоса	Нет уменьшения переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. отрицат.	2 параметр трубопров. не равен нулю
5 сценарий: разгерметизация соединения со 2 насосом	Нет уменьшения переменной 1 насоса	Уменьшение переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. отрицат.	2 параметр трубопров. не равен нулю
6 сценарий: разгерметизация обратного клапана 1 насоса	Нет увеличения переменной 1 насоса	Уменьшение переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. отрицат.	2 параметр трубопров. не равен нулю
7 сценарий: разгерметизация обратного клапана 2 насоса	Уменьшение переменной 1 насоса	Нет увеличения переменной 2 насоса	1 параметр трубопров. отрицат.	2 параметр трубопров. не равен нулю

Необязательно, по меньшей мере, одна переменная, зависимая от нагрузки насоса, может включать удельное энергопотребление E_sp, по меньшей мере, одного насоса. Существует несколько способов определения удельного энергопотребления E_sp, по меньшей мере, одного насоса. Например, удельное энергопотребление E_sp может быть определено как E_sp=E/V, где Е означает среднюю величину энергии, потребляемой, по меньшей мере, одним насосом за определенный период времени, а V означает объем сточных вод, перекачиваемых за указанный период времени, по меньшей мере, одним насосом. Среднее энергопотребление может быть определено путем интеграции или суммирования текущего энергопотребления Р(t) за время t между окончанием интервала задержки после пуска насоса и остановкой насоса: . Точно также, объем перекачиваемых сточных вод может быть определен путем интеграции или суммирования текущего расхода q(t) за тот же период времени: . Интервал задержки может быть полезен для исключения начального периода сильной флуктуации после пуска насоса(насосов). Модуль мониторинга может быть соединен беспроводной связью или кабелем с наосом(насосами) с целью приема сигнала, указывающего на энергопотребление. Кроме этого, модуль мониторинга может быть соединен беспроводной связью или кабелем с датчиком расхода с целью приема сигнала, указывающего на расход сточных вод в трубопроводе.

Текущее удельное энергопотребление E_sp(t), по меньшей мере, одного насоса может быть определено как E_sp(t)=P(t)/q(t), где P(t) означает текущее энергопотребление, по меньшей мере, одного насоса, а q(t) означает текущий расход сточных вод, перекачиваемых, по меньшей мере, одним насосом. Текущее удельное энергопотребление E_sp(t) может подлежать мониторингу в качестве, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, вместо удельного энергопотребления E_sp, определенного выше. Если текущее удельное энергопотребление E_sp(t) слишком сильно колеблется для того, чтобы быть, по меньшей мере, первым критерием, может быть применена низкочастотная фильтрация, как пояснено далее. Даже в случае, когда удельное энергопотребление E_sp насоса усредняется для каждого цикла, величина может изменяться от одного цикла к другому настолько, что применение низкочастотной фильтрации может быть эффективным.

Поскольку расходомер может быть дорогим и нуждаться в регулярном техническом обслуживании, может оказаться предпочтительным выполнение оценки величины оттока q сточных вод чрез насос(ы) на основании измеренного перепада давления Δр и энергопотребления Р. Например, отток q сточных вод чрез насос(ы) может быть оценен как , где s означает количество работающих насосов, ω означает скорость насоса (например, постоянная), Δр означает измеренный перепад давления, Р означает энергопотребление работающего насоса(насосов), λ₀, λ₁, λ₂ и λ₃ означают параметры насоса, которые могут быть получены от производителя насоса или определены путем калибровки. Соответственно, модуль мониторинга может быть соединен беспроводной связью или кабелем с датчиком давления, расположенным вблизи или по потоку ниже насоса(насосов), с целью получения сигнала, указывающего на перепад давления Δр. Так, необязательно, модуль мониторинга может быть пригоден для получения величины измеренного давления р_m вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса. В качестве альтернативы или дополнительно, модуль мониторинга может быть пригоден для получения величины измеренного расхода q_m в трубопроводе или для обработки расчетного расхода q_е сточных вод через насос.

Важно отметить, что «характерный признак сценария» может зависеть от того, измеряется ли расход q в трубопроводе, или рассчитывается расход q через насос(насосы). Например, разгерметизация соединения с насосом или разгерметизация обратного клапана может привести к увеличению удельного энергопотребления E_sp при измерении расхода q в трубопроводе. Однако, если рассчитывается расход q через насос(насосы), удельное энергопотребление E_sp может оказаться уменьшающимся. Следовательно, модуль мониторинга может быть пригоден для применения одной из, по меньшей мере, двух заранее заданных матриц выбора в зависимости от того, измеряется ли расход q в трубопроводе, или рассчитывается расход q через насос(насосы). Каждая из, по меньшей мере, двух матриц выбора однозначно соотносит каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием, по меньшей мере, одного первого критерия и, по меньшей мере, одного второго критерия.

Необязательно, один из, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, может представлять собой параметр А засорения трубопровода в многочлене модели трубопровода p=Aq²+B, где р означает давление вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, В означает параметр коррекции нулевого расхода. Параметр В коррекции нулевого расхода может представлять собой второй из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, при этом, параметр А засорения трубопровода может являться первым из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода.

В качестве альтернативы или дополнительно, один из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, может представлять собой разность r=p_m-p_e=p_m-Aq²-B между измеренным давлением p_m вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса и давлением p_e, рассчитываемым в соответствии с многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А означает параметр засорения трубопровода, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, В означает параметр коррекции нулевого расхода. Эту разность можно рассматривать как диагностический параметр модели трубопровода. Если разность r отклоняется от нуля более, чем на определенную пороговую величину, например, 100 Па, может удовлетворяться один из, по меньшей мере, одного второго критерия, в противном случае - нет. Удовлетворение второго критерия может означать «несоответствие модели», указывающее на засорение трубопровода, тогда как неудовлетворение второго критерия может означать «соответствие модели», указывающее скорее на неполадки насоса, чем на засорение трубопровода. Как описано выше, разгерметизация соединения с насосом или разгерметизация обратного клапана может выражаться как несоответствие модели, если производится расчет расхода через насос(насосы), но как соответствие модели, если измеряется расход q в трубопроводе.

Необязательно, модуль мониторинга может быть пригоден для применения низкочастотной фильтрации, по меньшей мере, к одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, и/или, по меньшей мере, одному параметру, основанному на модели трубопровода, перед выбором рабочего сценария, зависящего от, по меньшей мере, одного первого критерия и/или второго критерия, соответственно. Это может быть очень полезно для преодоления колебаний переменной, зависимой от нагрузки насоса, например, удельного энергопотребления E_sp, и/или параметра трубопровода, например, параметра А засорения трубопровода или разности r.

Например, модуль мониторинга может быть пригоден для последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, при этом, по меньшей мере, один первый критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, заданный максимум или составляет менее заданного минимума. Низкочастотная фильтрация может быть выполнена в соответствии с, так называемым, итерационным алгоритмом CUSUM (cumulative sum, общая сумма), таким как:

,

где S_up и S_down являются переменными решения, соответствующими суммированию отклонений с использованием тестовой переменной х. Тестовая переменная х может быть, например, определена как отклонение удельного энергопотребления i-го цикла работы насоса от среднего удельного энергопотребления _sp, т.е., . Среднее удельное энергопотребление _sp может представлять собой заранее заданную величину или величину, определенную статистически за несколько предшествующих циклов работы насоса при нормальной работе без неполадок. Например, для выявления рабочих сценариев без неполадок может оказаться полезным статистически определять среднее удельное энергопотребление _sp. В зависимости от изменчивости х, переменные решения могут быть отрегулированы при помощи параметров прироста G_up и G_down. Колебания ниже определенного числа n, например, n=1, 2 или 3, стандартного отклонения σ для переменных решения могут быть исключены. Подобно среднему удельному энергопотреблению _sp, стандартное отклонение σ может быть определено статистически за несколько предшествующих циклов работы насоса при нормальной работе без неполадок.

Первый из, по меньшей мере, одного первого критерия, основанного на удельном энергопотреблении E_sp, может состоять в определении, является ли переменная решения S_up больше или меньше порога сигнала тревоги, указывающем на то, что удельное энергопотребление E_sp увеличивается. Второй из, по меньшей мере, одного первого критерия, основанного на удельном энергопотреблении E_sp, может состоять в определении, является ли переменная решения S_down больше или меньше порога сигнала тревоги, указывающем на то, что удельное энергопотребление E_sp уменьшается. Оценка расхода через насос на основании давления и энергопотребления насоса(насосов), по сравнению с измерением расхода при помощи расходомера, не только имеет преимущество, состоящее в возможности отказаться от расходомера, но и позволяет получить характерный признак сценария, отличный для случаев разгерметизации соединения с насосом и разгерметизации обратного клапана. В этих случаях при расчете расхода через насос удельное энергопотребление E_sp будет уменьшаться. При измерении расхода в трубопроводе удельное энергопотребление E_sp будет расти в случае засорения трубопровода, неполадок/засорения насоса и разгерметизации соединения с насосом или разгерметизации обратного клапана. Для насосной станции сточных вод, включающей m≥2 насосов, это может означать два первых критерия для каждого насоса, т.е., 2m первых критерия для определения рабочего сценария.

Аналогичная низкочастотная фильтрация может быть применена, по меньшей мере, к одному параметру, основанному на модели трубопровода, перед выбором рабочего сценария в зависимости от, по меньшей мере, одного второго критерия, так, необязательно, модуль мониторинга может быть пригоден для последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, при этом, по меньшей мере, один второй критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

Например, эволюция параметра А засорения трубопровода может контролироваться при помощи переменных решения S_up и S_down с использованием тестовой переменной х, определяемой как отклонение параметра А засорения трубопровода в i-м цикле работы насоса от среднего параметра засорения трубопровода, т.е., . Для расчета среднего и изменчивости параметра засорения трубопровода может быть применен фильтр Калмана. В качестве альтернативы или дополнительно, для проверки того, соответствует ли модель трубопровода реальности, в качестве тестовой переменной х может быть использована разность r, т.е., x=r. В этом случае сочетание величин решения S=S_up+S_down может быть использовано для выявления несоответствия модели, так как нет необходимости проводить различие между отклонениями вверх и вниз.

Необязательно, модуль мониторинга может быть пригоден для обработки первого из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, и параметра коррекции нулевого расхода в качестве второго из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, при этом, параметр отрицательного расхода указывает на то, как сточные воды протекают по трубопроводу и/или через, по меньшей мере, один насос, когда, по меньшей мере, один насос остановлен, при этом, модуль мониторинга может быть пригоден для определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев, дополнительно зависящих от, по меньшей мере, одного третьего критерия, который основан на параметре отрицательного расхода. Необязательно, параметр отрицательного расхода может выражаться как уменьшение параметра В коррекции нулевого расхода в многочлене модели трубопровода p=Aq²+B, где p означает давление вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, А означает параметр засорения трубопровода.

В качестве альтернативы или дополнительно, параметр отрицательного расхода может представлять собой расход утечки через один из обратных клапанов или соединение с насосом, что, например, приводит к постепенному уменьшению давления при остановке, по меньшей мере, одного насоса. Это может быть выражено как , где D означает площадь поперечного сечения трубопровода, означает изменение давление на выходе насоса во времени, q означает расход утечки. В соответствии с законом Торичелли, расход утечки может быть вычислен по уравнению , где К является константой, ρ означает плотность сточных вод, р означает измеренное давление на выходе насоса, h означает высоту столба сточных вод над датчиком гидростатического давления при измерении на уровне дна резервуара, Δр₀ означает гидростатическое давление разности геодезического подъема между выпуском насоса и дном резервуара. Следовательно, получаем следующее дифференциальное уравнение: , которое может быть аппроксимировано для дискретных значений i следующим образом: , так что переменная решения может быть использована в качестве третьего критерия для допущений H₀ и H₁, при этом, H₀: γ = 0 и H₁: γ ≠ 0. Если допущение H₀ нельзя отклонить, вероятно, имеется течь в обратном клапане. Если переменная решения γ больше пороговой величины, например, 0,1, допущение H₀ может быть отклонено. Пороговая величина для третьего критерия может быть скорректирована с учетом приемлемого компромисса между чувствительностью к разгерметизации и частотой ложных сигналов тревоги.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения и по аналогии с описанным выше модулем мониторинга, изобретением обеспечивается способ определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод, где, по меньшей мере, один насос предназначен для подачи сточных вод из резервуара в трубопровод, при этом, способ включает:

- обработку, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, указывающей на то, как работает, по меньшей мере, один насос, и по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, указывающего на то, как сточные воды протекают по трубопроводу и/или, по меньшей мере, через один насос, и

- выбор рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия, который основан на, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на, по меньшей мере, одном параметре, основанном на модели трубопровода.

Необязательно, группа рабочих сценариев может быть задана как матрица выбора, однозначно соотносящая каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием, по меньшей мере, одного первого критерия и, по меньшей мере, одного второго критерия.

Необязательно, по меньшей мере, одна переменная, зависимая от нагрузки насоса, может представлять собой удельное энергопотребление E_sp, по меньшей мере, одного насоса.

Необязательно, удельное энергопотребление E_sp, по меньшей мере, одного насоса может быть определено как E_sp=E/V, где Е означает среднюю величину энергии, потребляемой за определенный период времени, а V означает объем сточных вод, перекачиваемых за указанный период времени, по меньшей мере, одним насосом.

Необязательно, удельное энергопотребление E_sp, по меньшей мере, одного насоса может быть определено как E_sp=P/q, где P означает энергопотребление, а q означает расход сточных вод, перекачиваемых, по меньшей мере, одним насосом.

Необязательно, по меньшей мере, один параметр, основанный на модели трубопровода, может представлять собой параметр А засорения трубопровода в многочлене модели трубопровода p=Aq²+B, где p означает давление вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, В означает параметр коррекции нулевого расхода.

Необязательно, по меньшей мере, один параметр, основанный на модели трубопровода, может представлять собой разность r=p_m-p_e=p_m-Aq²-B между измеренным давлением p_m вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса и давлением p_e, рассчитываемым в соответствии с многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А означает параметр засорения трубопровода, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, В означает параметр коррекции нулевого расхода.

Необязательно, способ может дополнительно включать стадию получения величины измеренного давления р_m вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса.

Необязательно, способ может дополнительно включать стадию получения величины измеренного расхода q_m или обработки расчетного расхода q_е сточных вод через, по меньшей мере, один насос.

Необязательно, способ может дополнительно включать стадию применения низкочастотной фильтрации, по меньшей мере, к одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, и/или, по меньшей мере, одному параметру, основанному на модели трубопровода, перед выбором рабочего сценария, зависящего от, по меньшей мере, одного первого критерия и/или второго критерия, соответственно.

Необязательно, способ может дополнительно включать стадию последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, при этом, по меньшей мере, один первый критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

Необязательно, способ может дополнительно включать стадию последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, при этом, по меньшей мере, один второй критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

Необязательно, способ может дополнительно включать следующие стадии:

- обработки первого из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода,

- обработки параметра отрицательного расхода в качестве второго из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, при этом, параметр отрицательного расхода указывает на то, как сточные воды протекают по трубопроводу и/или через, по меньшей мере, один насос, когда, по меньшей мере, один насос остановлен, и

- выбора рабочего сценария из группы заранее заданных рабочих сценариев, дополнительно зависящих от, по меньшей мере, одного третьего критерия, который основан на параметре отрицательного расхода.

Модуль мониторинга, описанный выше, и/или некоторые или все стадии способа, описанного выше, могут быть реализованы в форме скомпилированной или нескомпилированной машинной программы, хранящейся на машиночитаемом носителе и содержащей команды по выполнению данного способа. В качестве альтернативы или дополнительно, некоторые или все стадии способа могут быть выполнены посредством программных средств облачной системы, в частности, модуль мониторинга может быть частично или полностью реализован на компьютере и/или в облачной системе.

Краткое описание чертежей

Далее варианты осуществления настоящего изобретения описаны в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематичный вид в поперечном сечении резервуара сточных вод насосной станции сточных вод с двумя насосами, при этом, насосная станция сточных вод соединена с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 2 - схематичный вид последовательности насосных станций сточных вод, при этом, каждая насосная станция сточных вод соединена с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 3 - упрощенный график зависимости удельного энергопотребления Е_sp от времени для каждого из двух насосов насосной станции сточных вод, соединенной с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 4 - упрощенные графики зависимости удельного энергопотребления Е_sp и соответствующей переменной решения S_up от времени для каждого из двух насосов насосной станции сточных вод, соединенной с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 5 - упрощенный график зависимости рq для каждого из двух насосов насосной станции сточных вод, соединенной с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 6 - упрощенные графики зависимости разности r и соответствующей переменной решения S от времени для трубопровода насосной станции сточных вод, соединенной с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 7 - упрощенные графики зависимости давления и соответствующей переменной решения γ от времени для каждого из двух насосов насосной станции сточных вод, соединенной с примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 8 - первый пример матрицы выбора, применяемой примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению; и

фиг. 9 - второй пример матрицы выбора, применяемой примерным модулем мониторинга, соответствующим настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан резервуар 1 сточных вод насосной станции сточных вод. Резервуар 1 сточных вод имеет некоторую высоту Н и может быть заполнен через впуск 3. Текущий уровень сточных вод обозначен h, он может непрерывно или регулярно контролироваться при помощи датчика 5 уровня, например, датчика гидростатического давления, расположенного у дна резервуара 1 сточных вод, и/или ультразвукового измерителя расстояния, предназначенного для определения положения поверхности сточных вод в резервуару 1 путем регистрации ультразвуковых волн, отражаемых поверхностью сточных вод. В качестве альтернативы или дополнительно, резервуар 1 сточных вод может быть оборудован одним или несколькими фотоэлектрическими датчиками или датчиками другого типа, расположенными на одном или нескольких заданных уровнях и предназначенными для определения того, достиг ли уровень сточных вод соответствующего заданного уровня, или нет.

Кроме этого, насосная станция сточных вод включает выпуск 7, расположенный у дна резервуара 1 сточных вод, при этом, выпуск 7 соединен жидкостной связью с двумя насосами 9а, 9b, предназначенными для перекачивания сточных вод из резервуара сточных вод в трубопровод 11. Насосы 9а, 9b могут быть расположены, как показано на фиг. 1, вне резервуара 1 сточных вод или представлять собой погружные насосы, расположенные на дне резервуара 1 сточных вод. Обратные клапаны 10а, 10b, установленные вблизи или после каждого из насосов 9а, 9b, предотвращают обратный поток, когда один из насосов 9а, 9b простаивает, а другой насос 9а, 9b работает. Модуль 13 мониторинга предназначен для определения рабочих сценариев и предоставления соответствующей информации и/или подачи сигнала тревоги на устройство 27 вывода. Устройство 27 вывода может представлять собой дисплей и/или громкоговоритель мобильного или стационарного устройства, предназначенный для получения оператором визуального и/или звукового сигнала в качестве информации и/или сигнала тревоги.

На фиг. 2 представлена последовательность насосных станций сточных вод, соединенных соответствующим трубопроводом 11, по которому нижняя насосная станция сточных вод может перекачивать сточные воды на следующую, находящуюся на более высоком уровне, насосную станцию сточных вод против силы тяжести. Каждая из насосных станций сточных вод может контролироваться модулем 13 мониторинга с целью определения рабочих сценариев.

Модуль 13 мониторинга предназначен для выбора рабочего сценария насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия, который основан на, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на, по меньшей мере, одном параметре, основанном на модели трубопровода. Для этого, как показано на фиг. 1, модуль 13 мониторинга соединен с возможностью получения сигнала посредством проводного или беспроводного соединения 15 с силовой электроникой насосов 9а, 9b и/или датчиками мощности насосов 9а, 9b насосной(ых) станции(ий) сточных вод с целью получения сигнала, указывающего на энергопотребление каждого из насосов 9а, 9b. В зависимости от того, какие датчики установлены на насосной станции сточных вод, дополнительные соединения между модулем 13 мониторинга и имеющимися датчиками, показанные на фиг. 1 как возможные варианты, могут быть реализованы по отдельности или в сочетании с одним или несколькими другими вариантами. Первый вариант представляет собой проводное или беспроводное соединение 17 с датчиком 19 давления, установленным вблизи или по потоку ниже насоса 9а. Второй вариант представляет собой проводное или беспроводное соединение 21 с датчиком 5 уровня. Третий вариант представляет собой проводное или беспроводное соединение 23 с расходомером, установленным вблизи или по потоку ниже насоса 9а. Сигнальные соединения 15, 17, 21, 23 могут представлять собой отдельные каналы связи или могут быть объединены в общий канал связи или шину. Модуль 13 мониторинга пригоден для приема сигнала, соответствующего давлению, мощности и/или расходу, по сигнальным соединениям 15, 17, 21, 23 и для обработки, по меньшей мере, одной переменной, зависимой от нагрузки насоса, указывающей на то, как работают насосы 9а, 9b, и, по меньшей мере, одного параметра, основанного на модели трубопровода, указывающего на то, как сточные воды протекают по трубопроводу 11 и/или через насосы 9а, 9b.

По меньшей мере, одна переменная, зависимая от нагрузки насоса, может представлять собой удельное энергопотребление Е_sp каждого из насосов 9а, 9b. Существуют различные способы определения удельного энергопотребления Е_sp каждого из насосов 9а, 9b. Например, удельное энергопотребление Е_sp насоса может быть определено как E_sp=E/V, где Е означает среднюю величину энергии, потребляемой указанным насосом за определенный период времени, а V означает объем сточных вод, перекачиваемых за указанный период времени указанным насосом. Среднее энергопотребление может быть определено путем интеграции или суммирования текущего энергопотребления Р(t) за время t между окончанием интервала задержки после пуска насоса и остановкой насоса: . Точно так же, объем перекачиваемых сточных вод может быть определен путем интеграции или суммирования текущего расхода q(t) за тот же период времени: . В качестве альтернативы или дополнительно, текущее удельное энергопотребление Е_sp(t) каждого из двух насосов может быть определено как E_sp(t)=P(t)/q(t), где P(t) означает текущее энергопотребление указанного насоса, а q(t) означает текущий расход сточных вод, перекачиваемых указанным насосом. Если текущее удельное энергопотребление E_sp(t) слишком сильно колеблется для того, чтобы основать на нем, по меньшей мере, первый критерий, может быть применена низкочастотная фильтрация, как пояснено далее. Даже в случае, когда удельное энергопотребление E_sp насоса усредняется для каждого цикла работы насоса, величина может изменяться от одного цикла к другому настолько, что применение низкочастотной фильтрации может быть эффективным.

Для обработки величин удельного энергопотребления E_sp каждого насоса в качестве переменных, зависимых от нагрузки насоса, модуль 13 мониторинга принимает, во-первых, по сигнальному соединению 15 сигнал, указывающий на энергопотребление каждого из насосов 9а, 9b, во-вторых, по сигнальному соединению 17 сигнал о величине давления от датчика 19 давления и/или по сигнальному соединению 23 сигнал о расходе от расходомера 25. Поскольку расходомер может быть дорогостоящим и требовать регулярного технического обслуживания, может оказаться предпочтительным выполнение оценки величины расхода q сточных вод чрез насосы 9а, 9b на основании сигнала о величине давления и сигнала о потребляемой мощности. Например, отток q сточных вод через насосы 9а, 9b может быть оценен как , где s означает количество работающих насосов, ω означает скорость насоса (например, постоянная), Δр означает измеренный перепад давления, Р означает энергопотребление работающего насоса(насосов), λ₀, λ₁, λ₂ и λ₃ означают параметры насоса, которые могут быть получены от производителя насоса или определены путем калибровки.

На фиг. 3 представлены величины удельного энергопотребления Е_sp для каждого трехдневного цикла работы насоса. Каждая точка на графике отражает удельное энергопотребление Е_sp, усредненное для одного цикла работы насоса. Обычно, при нормальной работе без неполадок в течение рабочего цикла активен только один из насосов 9а, 9b, которые задействуют по очереди, например, попеременно для равномерного распределения продолжительности работы и износа между насосами 9а, 9b. На фиг. 3 показано, что первый насос 9а в среднем за эти три дня характеризуется большим удельным энергопотреблением Е_sp, чем второй насос 9b. Как можно видеть на графике, удельное энергопотребление Е_sp колеблется у обоих насосов 9а, 9b у некоторой средней величины удельного энергопотребления _sp, показанной горизонтальными линиями.

Колебания более заметны на графиках, представленных на фиг. 4, где на верхнем левом графике показано удельное энергопотребление Е_sp первого насоса 9а, а на верхнем правом графике показано удельное энергопотребление Е_sp второго насоса 9b. Для более точного определения рабочего сценария и снижения частоты ошибок модуль 13 мониторинга снабжен функцией применения низкочастотной фильтрации, по меньшей мере, к одной переменной, зависимой от нагрузки насоса. Это может быть очень полезно для преодоления наличия колебаний удельного энергопотребления Е_sp. Таким образом, модуль мониторинга пригоден для выполнения в отношении каждого из насосов 9а, 9b последовательной обработки множества величин удельного энергопотребления Е_sp и определения общей суммы отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин удельного энергопотребления Е_sp. Так, низкочастотная фильтрация может быть выполнена в соответствии с, так называемым, итерационным алгоритмом CUSUM (общая сумма), таким как:

,

где S_up и S_down являются переменными решения, соответствующими суммированию отклонений с использованием тестовой переменной х. Тестовая переменная х может быть, например, определена как отклонение удельного энергопотребления i-го цикла работы насоса от среднего удельного энергопотребления _sp, т.е., . Среднее удельное энергопотребление _sp может представлять собой заранее заданную величину или величину, определенную статистически за несколько предшествующих циклов работы насоса при нормальной работе без неполадок. Например, для выявления рабочих сценариев без неполадок может оказаться полезным статистически определять среднее удельное энергопотребление _sp. В зависимости от изменчивости х, переменные решения могут быть отрегулированы при помощи параметров прироста G_up и G_down. Колебания ниже определенного числа n, например, n=1, 2 или 3, стандартного отклонения σ для переменных решения могут быть исключены. Подобно среднему удельному энергопотреблению _sp, стандартное отклонение σ может быть определено статистически за несколько предшествующих циклов работы насоса при нормальной работе без неполадок. На нижнем левом графике фиг. 4 представлена переменная решения S_up первого насоса 9а, на нижнем правом графике фиг. 4 представлена переменная решения S_up второго насоса 9b. Как явствует из этих графиков, переменная решения S_up более устойчива к колебаниям. Первый из, по меньшей мере, одного критерия, который основан на удельном энергопотреблении E_sp, может состоять в определении, является ли переменная решения S_up больше или меньше порога сигнала тревоги, например, 0,8, указывающем на то, что удельное энергопотребление E_sp увеличивается. Второй из, по меньшей мере, одного первого критерия, который основан на удельном энергопотреблении E_sp, может состоять в определении, является ли переменная решения S_down больше или меньше порога сигнала тревоги, например, 0,8, указывающем на то, что удельное энергопотребление E_sp уменьшается. Хотя колебания иногда превышали n·σ, порог сигнала тревоги, равный 0,8, в примере, показанном на фиг. 4, достигнут не был, таким образом, первый критерий не выполнен. Когда порог сигнала тревоги, равный 0,8, достигнут, и выполнен первый критерий, применяют порог сброса сигнала тревоги, равный 0,2, для сброса первого критерия в состояние «не выполнен», когда переменная решения S_up снова снижается ниже порога сброса сигнала тревоги, равного 0,2. Таким образом, достигается эффект гистерезиса для уменьшения вероятности того, что будут пропущены короткие рабочие сценарии.

На фиг. 5 представлен упрощенный график зависимости рq для каждого из двух насосов 9а, 9b. Как и на фиг. 3, каждая точка графика отражает расход q и давление р для одного цикла работы насоса. Каждое из двух скоплений точек соответствует одному из насосов 9а, 9b, которые в данном случае имеют разные характеристики. Парабола, проходящая через эти точки, отражает модель трубопровода, описываемую многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А означает параметр засорения трубопровода, р означает давление, измеряемое вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса, q означает расход сточных вод в трубопроводе 11 и/или через насосы 9а, 9b, В означает параметр коррекции нулевого расхода. Параметр А засорения трубопровода и/или параметр В коррекции нулевого расхода могут быть использованы в качестве параметров, основанных на модели трубопровода, по меньшей мере, для одного второго критерия.

Однако, чтобы справиться с колебаниями, перед выбором рабочего сценария, зависимого от, по меньшей мере, одного второго критерия, к параметрам А, В, основанным на модели трубопровода, может быть применена низкочастотная фильтрация, подобная описанной выше в отношении удельного энергопотребления Е_sp. Например, эволюция параметра А засорения трубопровода может контролироваться при помощи переменных решения S_up и S_down с использованием тестовой переменной х, определяемой как отклонение параметра А засорения трубопровода в i-м цикле работы насоса от среднего параметра засорения трубопровода, т.е., . Для расчета среднего и изменчивости параметра засорения трубопровода может быть применен фильтр Калмана.

В качестве альтернативы или дополнительно, как показано на фиг. 6, один из, по меньшей мере, двух параметров, основанных на модели трубопровода, может представлять собой разность r=p_m-p_e=p_m-Aq²-B между измеренным давлением p_m вблизи или по потоку ниже выпуска, по меньшей мере, одного насоса и давлением p_e, рассчитываемым в соответствии с многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А означает параметр засорения трубопровода, q означает расход сточных вод в трубопроводе и/или через, по меньшей мере, один насос, В означает параметр коррекции нулевого расхода. Разность r можно рассматривать как диагностический параметр модели трубопровода. Если разность r отклоняется от нуля более, чем на определенную пороговую величину, например, 100 Па, может удовлетворяться один из, по меньшей мере, одного второго критерия, в противном случае - нет. Удовлетворение второго критерия может означать «несоответствие модели», тогда как неудовлетворение второго критерия может означать «соответствие модели». Поскольку разность r также значительно колеблется, перед выбором рабочего сценария, зависимого от, по меньшей мере, одного второго критерия, к разности r, может быть применена низкочастотная фильтрация, подобная описанной выше в отношении удельного энергопотребления Е_sp. Для проверки того, соответствует ли модель трубопровода реальности, разность r может быть использована в качестве тестовой переменной х, т.е., x=r, в алгоритме CUSUM, описанном выше. В этом случае сочетание величин решения S=S_up+S_down, как показано на нижнем графике фиг. 6, может быть использовано для выявления несоответствия модели, так как нет необходимости проводить различие между отклонениями вверх и вниз.

На фиг. 7 на верхнем графике показано давление р за два цикла работы насоса для третьего критерия, которой может быть использован для определения рабочего сценария. В качестве основы для третьего критерия, параметр отрицательного расхода может представлять собой расход утечки через один из обратных клапанов 10а, 10b, что приводит к постепенному уменьшению давления при остановке, по меньшей мере, одного насоса 9а, 9b. Это может быть выражено как , где D означает площадь поперечного сечения трубопровода, означает изменение давление на выходе насоса во времени, q означает расход утечки. В соответствии с законом Торичелли, расход утечки может быть вычислен по уравнению , где К является константой, ρ означает плотность сточных вод, р означает измеренное давление на выходе одного из насосов 9а, 9b, h означает высоту столба сточных вод над датчиком 5 уровня, Δр₀ означает гидростатическое давление разности геодезического подъема между выпуском насоса и датчиком 5 уровня. Следовательно, получаем следующее дифференциальное уравнение: , которое может быть аппроксимировано для дискретных значений i следующим образом: , так что переменная решения может быть тестовой для допущений H₀ и H₁, как показано на нижнем графике фиг. 7, при этом, H₀: γ = 0 и H₁: γ ≠ 0. Если допущение H₀ отклоняется, вероятно, в обратном клапане 10а, 10b течи нет, как показано на фиг. 7. Если переменная решения γ меньше пороговой величины, например, 0,1, допущение H₀ отклонить нельзя, это означает наличие течи в обратном клапане 10а, 10b. Пороговая величина может быть скорректирована с учетом приемлемого компромисса между чувствительностью к разгерметизации одного из обратных клапанов 10а, 10b и частотой ложных сигналов тревоги.

На фиг. 8 и 9 в форме матриц выбора показано определение рабочего сценария путем выбора рабочего сценария из семи заранее заданных рабочих сценариев (семь строк матрицы выбора), зависимых от четырех первых критериев (столбцы 1-4 матрицы выбора), которые основаны на удельном энергопотреблении Е_sp, одного второго критерия (столбец 5 матрицы выбора), который основан на разности r, и одного третьего критерия (столбец 6), который основан на переменной решения γ для параметра отрицательного расхода.

Каждая из матриц выбора, представленных на фиг. 8 и 9, однозначно соотносит каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием четырех первых критериев, второго критерия и третьего критерия. Знак «х» в матрице означает, что критерий этого столбца выполняется. Различие между матрицами фиг. 8 и 9 состоит в том, что матрицу выбора, представленную на фиг. 8, применяют, когда производят расчет расхода q через насос(насосы), а матрицу, представленную на фиг. 9, применяют, когда измеряют расход q в трубопроводе. То есть, «характерный признак сценария» зависит от того, измеряется ли расход q в трубопроводе, или рассчитывается расход q через насос(насосы). Например, разгерметизация соединения с насосом или разгерметизация обратного клапана 10а, 10b может приводить к увеличению удельного энергопотребления Е_sp при измерении расхода q в трубопроводе. Однако, если проводится расчет расхода q через насос(насосы), удельное энергопотребление Е_sp может снижаться. Следовательно, модуль мониторинга может предназначаться для применения одной из заранее заданных матриц выбора фиг. 8 и 9 в зависимости от того, измеряется ли расход q в трубопроводе, или рассчитывается расход q через насос(насосы). Оценка расхода через насосы 9а, 9b на основании давления р и энергопотребления Р насосов 9а, 9b, по с равнению с измерением расхода при помощи расходомера 25, не только имеет преимущество, состоящее в возможности отказаться от расходомера 25, но и позволяет получить характерный признак сценария, отличный для случаев разгерметизации соединения с насосом и разгерметизации обратного клапана 10а, 10b. В этих случаях при расчете расхода через насос удельное энергопотребление E_sp будет уменьшаться. При измерении расхода в трубопроводе 11 удельное энергопотребление E_sp будет расти в случае засорения трубопровода, неполадок/засорения насоса и разгерметизации соединения с насосом или разгерметизации обратного клапана. Число применяемых критериев может быть избыточным для одного или нескольких сценариев, и такая избыточность является благоприятной с точки зрения лучшей дифференциации между рабочими сценариями при сниженной частоте ошибок.

В приведенном выше описании, где бы не упоминались целые числа или элементы, которые имеют известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, такие эквиваленты включаются в описание, как если бы они были упомянуты индивидуально. Для определения истинного объема настоящего изобретения следует обращаться к формуле изобретения, которую нужно рассматривать как охватывающую все подобные эквиваленты. Читателю также будет понятно, что целые числа или отличительные особенности, приводимые в описании, которые описаны как необязательные, предпочтительные, преимущественные, пригодные и т.п., используются по выбору и не ограничивают объем независимых пунктов формулы изобретения.

Описанные выше варианты осуществления изобретения следует воспринимать как пояснительные примеры изобретения. Нужно понимать, что любая отличительная особенность, описанная в связи с любым одним из вариантов осуществления изобретения, может быть применена отдельно или в сочетании с другими описанными отличительными особенностями, а также может быть применена в сочетании с одной или несколькими отличительными особенностями любого другого варианта осуществления изобретения или в сочетании с любыми другими вариантами осуществления изобретения. Хотя в документе показан и описан, по меньшей мере, один примерный вариант осуществления изобретения, следует понимать, что для специалистов в данной области очевидны другие модификации, замены и альтернативы, которые могут быть введены без отступления от объема существа изобретения, описанного в данном документе, и что настоящая заявка подразумевает охват любых адаптаций и видоизменений конкретных описанных вариантов осуществления изобретения.

Кроме этого, термин «включающий» не исключает другие элементы или стадии, артикль «а» или слово «one» не исключают множественное число. Кроме этого, характеристики или стадии, которые описаны со ссылкой на один из приведенных выше примерных вариантов осуществления изобретения, также могут быть применены в сочетании с другими характеристиками или стадиями других описанных выше вариантов осуществления изобретения. Стадии способа могут быть осуществлены в любом порядке или параллельно или могут образовывать часть или более детальную версию другой стадии способа. Следует понимать, что в объем патента должны быть включены все подобные модификации, как обоснованно и надлежащим образом подпадающие под объем усовершенствования существующей техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть сделаны без отступления от существа и объема изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения и ее законными эквивалентами.

Перечень ссылочных позиций на чертежах

1 - резервуар сточных вод

3 - впуск

5 - датчик уровня

7 - выпуск

9а, 9b - насосы

10а, 10b - обратные клапаны

11 - трубопровод

13 - модуль мониторинга

15 - сигнальное соединение между датчиком давления и модулем мониторинга

17 - сигнальное соединение между датчиком давления и модулем мониторинга

19 - датчик давления

21 - сигнальное соединение между датчиком уровня и модулем мониторинга

23 - сигнальное соединение между датчиком расхода и модулем мониторинга

25 - датчик расхода.

1. Насосная станция для сточных вод, содержащая:

- два или более насосов (9a, 9b), предназначенных для перекачки сточных вод из канализационной ямы (1) в трубопровод (11), и

- модуль (13) мониторинга для определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод, отличающаяся тем, что

модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью обработки, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной для каждого работающего насоса из насосов (9а, 9b), свидетельствующей о том, как работает, по меньшей мере, один соответствующий работающий насос (9а, 9b), и, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, свидетельствующего о том, как сточные воды протекают по трубопроводу (11) и/или насосам (9a, 9b),

причем модуль мониторинга выполнен с возможностью определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия для каждого работающего насоса из насосов (9a, 9b), который основан на соответствующих, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на указанном, по меньшей мере, одном основанном на модели трубопровода параметре.

2. Насосная станция для сточных вод по п. 1, отличающаяся тем, что группа рабочих сценариев задана как матрица выбора, однозначно соотносящая каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием указанного, по меньшей мере, одного первого критерия и указанного, по меньшей мере, одного второго критерия.

3. Насосная станция для сточных вод по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна зависимая от нагрузки насоса переменная представляет собой удельное энергопотребление E_sp соответствующего работающего насоса (9а, 9b).

4. Насосная станция для сточных вод по п. 3, отличающаяся тем, что удельное энергопотребление E_sp соответствующего работающего насоса (9а, 9b) определено как E_sp=E/V, где Е - средняя величина энергии, потребляемой соответствующим работающим насосом за определенный период времени, а V - объем сточных вод, перекачиваемых за указанный определенный период времени соответствующим работающим насосом.

5. Насосная станция для сточных вод по п. 3, отличающаяся тем, что удельное энергопотребление E_sp соответствующего работающего насоса определено как E_sp=P/q, где P – энергопотребление соответствующего работающего насоса, а q - расход сточных вод, перекачиваемых соответствующим работающим насосом.

6. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что один из указанного, по меньшей мере, одного основанного на модели параметра трубопровода представляет собой параметр А засорения трубопровода в многочлене модели трубопровода p=Aq²+B, где р - давление вблизи или ниже по потоку от выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b), q - расход сточных вод в трубопроводе (11) и/или через насосы (9а, 9b), а В - параметр коррекции нулевого расхода.

7. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что один из указанного, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра представляет собой разность r=p_m-p_e=p_m-Aq²-B между измеренным давлением p_m вблизи или ниже по потоку от выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b) и давлением p_e, рассчитываемым в соответствии с многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А - параметр засорения трубопровода, q - расход сточных вод в трубопроводе (11) и/или через насосы (9а, 9b), а В - параметр коррекции нулевого расхода.

8. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью приема величины измеренного давления р_m вблизи или по потоку после выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b).

9. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью приема величины измеренного расхода q_m через насосы (9а, 9b) или обработки расчетного расхода сточных вод q_e через насосы.

10. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью применения низкочастотной фильтрации к указанной, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной и/или указанному, по меньшей мере, одному основанному на модели трубопровода параметру перед выбором рабочего сценария, зависящего от, по меньшей мере, одного первого критерия и, по меньшей мере, одного второго критерия.

11. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной, при этом, по меньшей мере, один первый критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

12. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью последовательной обработки множества величин, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, при этом, по меньшей мере, один второй критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

13. Насосная станция для сточных вод по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью обработки первого из, по меньшей мере, двух основанных на модели трубопровода параметров, и параметра коррекции нулевого расхода в качестве второго из, по меньшей мере, двух основанных на модели трубопровода параметров, при этом параметр отрицательного расхода указывает на то, как сточные воды протекают по трубопроводу и/или через неработающий насос (насосы) из насосов (9а, 9b), когда, по меньшей мере, один из насосов (9а, 9b) остановлен, причем модуль (13) мониторинга выполнен с возможностью определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод путем выбора рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев, дополнительно зависящих от, по меньшей мере, одного третьего критерия, который основан на параметре отрицательного расхода.

14. Способ определения рабочего сценария на насосной станции сточных вод, имеющей два или более насосов (9а, 9b), выполненных с возможностью подачи сточных вод из резервуара (1) сточных вод в трубопровод (11), отличающийся тем, что включает:

- обработку, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной для каждого работающего насоса из насосов (9а, 9b), указывающей на то, как работает соответствующий работающий насос (9а, 9b), и, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, указывающего на то, как сточные воды протекают по трубопроводу (11) и/или через насосы (9а, 9b), и

- выбор рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев в зависимости от, по меньшей мере, одного первого критерия, который основан на указанной, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной, и, по меньшей мере, одного второго критерия, который основан на указанном, по меньшей мере, одном основанном на модели трубопровода параметре.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что группу рабочих сценариев задают как матрицу выбора, однозначно соотносящую каждый рабочий сценарий с уникальным сочетанием указанного, по меньшей мере, одного первого критерия и указанного, по меньшей мере, одного второго критерия.

16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что указанная, по меньшей мере, одна зависимая от нагрузки насоса переменная представляет собой удельное энергопотребление E_sp соответствующего работающего насоса (9а, 9b).

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что удельное энергопотребление E_sp насосов (9а, 9b) определяют как E_sp=E/V, где Е - средняя величина энергии, потребляемой за определенный период времени, а V - объем сточных вод, перекачиваемых за указанный определенный период времени соответствующим работающим насосом (9а, 9b).

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что удельное энергопотребление E_sp соответствующего работающего насоса (9а, 9b) определяют как E_sp=P/q, где P - энергопотребление, а q - расход сточных вод, перекачиваемых соответствующим работающим насосом (9а, 9b).

19. Способ по любому из пп. 14-18, отличающийся тем, что один из указанного, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра представляет собой параметр А засорения трубопровода в многочлене модели трубопровода p=Aq²+B, где p - давление вблизи или по потоку после выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b), q - расход сточных вод в трубопроводе (11) и/или через насосы (9а, 9b), а В - параметр коррекции нулевого расхода.

20. Способ по любому из пп. 14-19, отличающийся тем, что один из указанного, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, представляет собой разность r=p_m-p_e=p_m-Aq²-B между измеренным давлением p_m вблизи или по потоку после выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b) и давлением p_e, рассчитываемым в соответствии с многочленом модели трубопровода p_e=Aq²+B, где А - параметр засорения трубопровода, q - расход сточных вод в трубопроводе (11) и/или через насосы (9а, 9b), а В - параметр коррекции нулевого расхода.

21. Способ по любому из пп. 14-20, отличающийся тем, что дополнительно получают величину измеренного давления р_m вблизи или ниже по потоку от выпуска, по меньшей мере, одного из насосов (9а, 9b).

22. Способ по любому из пп. 14-21, отличающийся тем, что дополнительно получают величину измеренного расхода q_m в трубопроводе или осуществляют обработку расчетного расхода q_е сточных вод через насосы (9а, 9b).

23. Способ по любому из пп. 14-22, отличающийся тем, что дополнительно применяют низкочастотную фильтрацию к указанной, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной и/или указанному, по меньшей мере, одному основанному на модели трубопровода параметру перед выбором рабочего сценария, зависящего от, по меньшей мере, одного первого критерия и второго критерия.

24. Способ по любому из пп. 14-22, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют последовательную обработку множества величин, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной, при этом, по меньшей мере, один первый критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одной зависимой от нагрузки насоса переменной заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

25. Способ по любому из пп. 14-23, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют последовательную обработку множества величин, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра, при этом, по меньшей мере, один второй критерий основан на том, превышает ли общая сумма отклонений реальной величины от среднего значения предыдущих величин, по меньшей мере, одного основанного на модели трубопровода параметра заданный максимум или составляет менее заданного минимума.

26. Способ по любому из пп. 14-24, отличающийся тем, что дополнительно:

- осуществляют обработку первого из, по меньшей мере, двух основанных на модели трубопровода параметров,

- осуществляют обработку параметра отрицательного расхода в качестве второго из, по меньшей мере, двух основанных на модели трубопровода параметров, причем параметр отрицательного расхода указывает на то, как сточные воды протекают по трубопроводу (11) и/или неработающий насос(насосы) из насосов (9a, 9b), когда, по меньшей мере, один из насосов (9a, 9b) остановлен, и

- осуществляют выбор рабочего сценария из группы заданных рабочих сценариев, дополнительно зависящих от, по меньшей мере, одного третьего критерия, который основан на параметре отрицательного расхода.