用于监测消防系统内消防泵电机的电源的方法及系统的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  1

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用于监测消防系统内消防泵电机的电源的方法及系统的制作方法
【专利摘要】提供了用于操作消防泵控制器的方法及系统。示例方法包括:促使经由消防系统中的消防泵控制器耦接至电动电机驱动的水泵的电源为该水泵提供动力,并通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流来监测电机起动时间段期间电源的性能。该方法还可以包括提供可视化指示,例如电机起动时间段期间电机电源电压和/或电流的轨迹或起动特征,以用于观察目的或者对电机电源和传动系(power?train)性能问题进行故障检修的目的。
【专利说明】用于监测消防系统内消防泵电机的电源的方法及系统
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种用于监测消防系统内消防泵电机的电源的方法和系统。
【背景技术】
[0002]洒水系统安装在建筑物中以减少由于火灾造成的毁坏。消防系统可以包括洒水系统和/或竖管系统。洒水系统是向连接有多个喷洒灭火器的配水管道系统提供足够压力和流量的主动(active)消防措施。一旦洒水器周围的环境温度达到单个洒水喷头的设计激活温度,则能够触发每一个喷头闭合的洒水器。在标准的湿管洒水系统中,当达到预定热等级(heat level)时,独立地激活每一个洒水器。为此,运行的洒水器的数目仅限于火灾附近的那些,进而使得起火点上方的可用水压最大化。竖管系统是另一种类型的消防措施,其由安装在多层建筑内认真规划的位置处的竖向管道网组成。例如,该竖向管道可以将大量的水传送至该建筑的任何一层以供给消防员的水带线(hose Iine)。
[0003]图1示出了现有技术消防泵装置100的框图。消防泵装置100包括由电动电机驱动的电动电机驱动消防泵102。该电动电机驱动消防泵102进一步连接至水源104。水源104在一压力下向消防系统106提供水流。通常,当水源不能提供足够的压力来满足消防系统的液压设计要求时,就需要消防泵。这经常在高的建筑物中(例如在高层建筑中)发生,或在需要消防系统106中相对高的末端压力(terminal pressure)以提供大量水的建筑物中(例如,在储藏仓库中)发生。因而,可以安装消防泵102来增强水源供水线压力并维持系统压力以满足消防系统106的压力和流量要求。
[0004]当消防系统106中的压力降低至低于某一预定起动压力时,电动电机驱动消防泵102在电动电机的运行下起动。提供了压力感测线118,该压力感测线118允许消防泵控制器110监测系统压力。例如,当一个或多个喷洒灭火器暴露于高于它们设计温度的热量中并打开从而释放水时,消防系统106中的压力可能显著降低。或者,可以由消防员打开至竖管系统的消防水带线连接,这使得消防系统106中的压力降低。在一个示例中,该消防泵的额定值可以是在3到3500马力(HP)之间。
[0005]消防泵装置100还包括电动电机驱动稳压泵,该稳压泵也被称作补给泵或管道补压泵(jockey pump) 108。可操作地耦接至电动电机的管道补压泵108旨在维持消防系统106内的压力,使得电动电机不需要一直运转,进而消防泵102也不需要一直运转。提供了压力感测线120,该压力感测线120允许管道补压泵控制器108监测系统压力。例如,管道补压泵108人为地将压力维持在高的水平,使得单个喷洒灭火器的运行将促使压力降低,而该压力降低将被消防泵控制器110感测到,这会促使消防泵102起动。在一些示例中,管道补压泵108的额定值可以是在1/4到100HP之间。
[0006]在一个示例中,管道补压泵108对于系统内的正常泄露(例如阀门上的填充物、接头处的渗漏、消防栓处的泄露等)以及水源104的水的无意使用而提供补给水压。当消防泵102起动时,可以向建筑物的报警系统发送信号以触发火警。消防泵102的有害运行(以及电动电机操作消防泵102)可能最终导致消防队介入并可能增加消防泵102的磨损。因而,通常希望减少和/或避免消防泵102进行任何有害的或非计划中的运行。
[0007]管道补压泵108还可以包括管道补压泵控制器112。消防泵控制器110和管道补压泵控制器112中每一个均可以包括用于调节起动(start)和停止(stop)设定点的基于微处理器的控制器。例如,当水压低于压力设定点时,该消防泵控制器110可以自动促使消防泵102起动,或者管道补压泵控制器112可以自动促使管道补压泵108起动。管道补压泵控制器112的起动压力设定点可以比消防泵控制器110的起动压力设定点大大约每平方英寸5到10磅(psi)。依照这种方式,管道补压泵控制器112使管道补压泵循环,以将消防系统106维持在远高于消防泵102的起动设定的预定压力,使得仅当火灾发生时或者当管道补压泵108无法抑制比系统压力的正常损耗更大的损耗时,消防泵102运转。
[0008]消防装置系统100还包括止回阀114和闸阀116。为了在消防系统106中建立压力,在消防泵安装100中使用止回阀114,以便只允许一个方向的水流。止回阀114安装在消防泵102和管道补压泵108中每一个的出口与消防系统106之间。闸阀116安装在消防泵102和管道补压泵108中每一个的入口与出口处,并用来将消防泵102或管道补压泵108与消防系统106和水源104隔离以实现维持目的或其他目的。

【发明内容】

[0009]在一个示例方案中,提供了一种方法,该方法包括:促使耦接至消防系统中的电动电机驱动水泵的电源为所述水泵提供动力(power),以及通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流来监测电机起动时间段期间电源的性能。该方法还包括:通过计算设备提供至少一种可视化指示,例如电机起动时间段期间电源电压和/或电流输出的轨迹。这些轨迹还可以被称作电机起动特征。
[0010]在另一个示例中,提供了一种非瞬态计算机可读介质,该非瞬态计算机可读介质内存储有指令,当被计算设备执行时,所述指令促使所述计算设备控制消防泵系统中消防泵的运行。所述指令用于促使所述计算设备执行如下功能,包括:促使耦接至消防系统中的电动电机驱动水泵的电源为所述水泵提供动力;通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流来监测电机起动时间段期间电源的性能;以及提供可视化指示,例如电机起动时间段期间电源电压和/或电流输出的轨迹。
[0011]在又一示例中,提供了一种配置为在消防系统中运行的消防泵控制器。所述消防泵控制器包括处理器,所述处理器配置为:通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流来监测电机起动时间段期间电源的性能,所述电源耦接至消防系统中的电动电机驱动水泵。所述电源配置为为所述水泵提供动力。所述处理器还配置为提供可视化指示,例如在电机起动时间段期间电源电压和/或电流输出的轨迹。
[0012]在另一示例中,提供了一种消防系统,该系统包括:电动电机驱动水泵和经由泵控制器耦接至该电机的电源。所述水泵配置为增强和维持消防系统中的水压;电源配置为为所述水泵提供动力。该泵控制器配置为促使所述电源为所述水泵提供动力并提供可视化指示,例如所述电机起动时间段期间所述电源电压和/或电流输出的轨迹。
[0013]前述
【发明内容】
只是示意性的,并不意欲以任何方式构成限制。除了以上描述的示意性方案、实施例和特征之外,通过参照附图和以下的详细描述,其他方案、实施例和特征将变得明显。【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1示出现有技术消防泵装置的框图。
[0015]图2是示出示例泵控制器系统的框图,该系统配置为控制泵以增强和/或维持水系统内的水压。
[0016]图3示出了示例消防泵系统的框图。
[0017]图4是用于通过测量电机负载情况下消防泵电源输出的电压和/或电流来监测电机起动时间段期间消防泵电源的性能的示例方法的流程图。
[0018]图5A到图5B是泵控制器操作者接口的示例,该接口以轨迹或起动特征(signature)的形式示出了电机电压和/或电流的可视化指示。
[0019]图6是示例全电压起动控制器示图以及用于全电压电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0020]图7是示例部分绕组起动控制器示图以及用于部分绕组电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0021]图8是示例Y形-三角形开路转换起动控制器示图和用于Y形-三角形开路转换电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0022]图9是示例Y形-三角形闭路转换起动控制器示图和用于Y形-三角形闭路转换电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0023]图10是示例主电阻起动控制器示图和用于主电阻电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0024]图11是示例自耦变压器起动控制器示图和用于自耦变压器电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
[0025]图12是示例固态软起动起动控制器示图和用于固态软起动电机起动方法的相关联的电流轨迹或特征。
【具体实施方式】
[0026]在以下的详细描述中,参照构成其一部分的附图。在附图中,除非文中另有说明,相似的标号典型地指代相似的部件。在详细描述中描述的示例性实施例、附图以及权利要求书并不是为了限制。在不脱离本文列出主题的构思或范围的情况下,也可以采用其他实施例,并且可以进行其他变化。应当容易理解,可以对本文大致描述以及在图中示出的本公开内容的方案以多种不同配置来进行布置、替换、组合、分离以及设计,所有的这些均是本文清楚预期的。
[0027]本文公开的示例设备、系统和方法涉及用于操作消防泵控制器的方法和系统,而且提供了该方法和系统。示例方法包括:促使耦接至消防系统中的水泵电机和水泵的电源向该水泵提供动力,以及通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流来测量水泵电机起动时间段期间电源的性能。该方法还可以包括:提供可视化指示,例如在水泵电机起动时间段期间电源电压和/或电流输出的轨迹。
[0028]再次参照附图,图2是示出示例泵控制器系统200的框图,该系统200配置为控制泵以增强和/或维持水系统内的水压。例如,该水系统可以是图1中的消防系统106,该泵控制器系统可以是该系统100的一个或多个部件。在一些示例中,该系统200可以包括一个或多个功能性或物理部件,例如电子电路板202和压力变换器接口 210。所描述的功能性或物理部件中的一个或多个可以被分成更多的功能性或物理部件,或者可以被组合成更少的功能性或物理部件。此外,该系统200可以包括更多或更少的功能性和/或物理部件。
[0029]在一些示例中,该系统的电子电路板202可选地可以包括输入/输出(I/O)扩展板204。例如,带状线缆可以将电子电路板202连接至I/O扩展板204,该I/O扩展板204可以配置为为电子电路板202提供其他处理能力。电子电路板202和/或I/O扩展板204可以是或者可以包括微处理器,或者电子电路板202和/或I/O扩展板204的功能可以由微处理器来执行。依赖于所需要的配置,可以包括任何类型的一个或多个微处理器,包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器或其任意组合。该电子电路板202和/或I/O扩展板204可以包括一级或多级高速缓存、处理器内核和寄存器。该处理器内核可以包括算术逻辑单元、浮点单元、数字信号处理内核或其任意组合。在一个示例中,该微处理器包括基于TMS470的微控制器。在一些示例中,微处理器的功能可以由多个微处理器来提供。
[0030]该电子电路板202还可以包括存储器206,例如,易失性存储器(例如,随机读取存储器)、非易失性存储器(例如,只读存储器、闪存等)或其任意组合。该存储器206可以包括存储的软件应用(software application,软件应用程序),且电子电路板202或电子电路板202的部件可以配置为访问存储器206并且执行其中存储的软件应用中的一个或多个。此夕卜,该电子电路板202可以包括图形显示驱动器208,该图形显示驱动器208被用来驱动系统的显示器212或者PC、笔记本电脑、视频监视器、电视或类似监视设备的外部显示器。这些显示器可以本地设置在系统200的位置,或者可以远程设置。
[0031]该电子电路板202可以从压力变换器接口 210接收指示压力值的电子信号,并将该压力值与用于起动泵电机或停止泵电机的设定点相比较。例如,系统200可以是用于控制消防泵电机的消防泵控制器或者是用于控制管道补压泵电机的管道补压泵控制器。在一个示例中,该电子电路板202可以输出泵运转信号以使得耦接至泵电机的电机接触器通电。
[0032]该压力变换器接口 210可以配置为从压力变换器接收信号。例如,该压力变换器可以是任何类型的压力变换器,该压力变换器可以根据所施加的压力而产生信号,并且经由压力变换器接口 210将输入提供至电子电路板202。这样,压力变换器可以位于水系统内以根据泵的入口处的抽吸压力、泵的出口处的释放压力、总的系统压力或其他水压而产生信号。该压力变换器可以是任何种类的压力传感器,其可以测量任何类型的压力,例如绝对压力、表压力(gauge pressure)、差动压力或密封压力。
[0033]在一个示例中,该压力变换器可以是使用耦接至弹簧管(bourdon tube)的线性可变差动变压器(LVDT)的电子压力传感器。在其他示例中,该压力变换器可以是固态压力感测设备、机电压力感测设备或二者的组合。例如,该固态压力感测设备可以包括半导体压力变换器,该半导体压力变换器包括具有布植在硅膜上的四电阻桥的集成电路。
[0034]在一些示例中,对于淡水服务、海水/泡沫服务或其他服务,该压力变换器可以包括0-300ps1、0-600psi或O-1OOOpsi的范围。也可以使用处于示例压力范围内或处于压力范围之外的其他示例压力范围。在一个示例中,该压力变换器接口可以提供大约1-5伏特的直流模拟电压,该电压可以被压力变换器接口 210或电子电路板202解释为指示0-600psi之间的对应水压。
[0035]在一些示例中,该压力变换器可以被包括在系统200的壳体内。在其他示例中,压力变换器可以安装在系统200的壳体外部并且可操作地耦合至系统200。
[0036]该系统200还可以包括三相监测接口 214,该三相监测接口 214可以为电子电路板202或电子电路板202的部件提供输入。例如,该三相监测接口 214可以监测三相输电线(power line),以检测断相(phase failure)或反相(phase reversal)。作为示例,该电子电路板202可以从三相监测接口 214接收一个或多个信号,且微处理器可以确定是否存在全部三个相位都具有、相位旋转正确而且频率适当的有效电源线。
[0037]该电子电路板202可以由开关电源216供电,该开关电源216配置为从电源314直接接收三相输入线电压(例如200-600Vac、50/60赫兹),或者该电子电路板202可以通过单向降压变压器变换线电压供电24Vac。此外,开关电源216可以为系统200的部件提供例如5伏特、3.3伏特或12伏特的电压。其他的电压也可以。
[0038]在一些示例中,该电子电路板202可以从系统200的部件接收信息(例如模拟和/或数字信号),或者向系统200的部件输出信息(例如模拟和/或数字信号)。例如,微处理器可以经由用户接口或输入设备接收输入或配置设定。在其他示例中,电子电路板202可以与闪存218通信以存储系统200的运行情况,或者使用Modbus驱动器220、控制器局域网络(CAN)总线驱动器222或其他通信部件中的一种或多种来通信。例如,可以与其他系统200或本地或远程计算设备发生串行网络通信。其他通信接口驱动器还可以使用Modbus以太网、CANOpen、有线或无线以太网、DeviceNet、ProfiBus、BACNet> ARCNet> ZigBee、蓝牙、W1-Fi和其他类似协议结构来提供通信。
[0039]例如,电子电路板202或电子电路板202的部件还可以向可听见的报警器224或显示器212输出信号,以提供关于系统200的运行的可听见的指示或可视化指示。
[0040]电子电路板202或电子电路板202的部件还可以向继电器驱动器226进行输出,以使驱动器运行从而触发继电器。例如,微处理器可以例如通过初始化三相输入线以向泵电机供电,从而在三相输入线上输出用于操作泵电机的泵运转信号。在一个不例中,该继电器驱动器226可以被指示以操作继电器,直到从电子电路板202接收到用来指示满足了压力值而且最小运转计时器到期的信号。例如,继电器可以包括任何类型的开关或电气操作开关。
[0041]在一些示例中,电子电路板202的微处理器可以通过基于软件的状态机来实施控制序列。在一种状态机布置中,该状态机包括至少三种状态:空闲、起动状态和运转状态。例如,在空闲状态中,泵电机将不通电,因而泵不运转。然而,在一种操作运行布置中,该状态机监测各种离散的测量的数据点以确定是否存在提前到后续状态(例如,起动状态)的条件。
[0042]在起动状态期间,微处理器的控制逻辑将对计时器和/或配置选项进行描述(account),上述计时器和/或配置选项可能旨在对状态转变进行延迟或禁止状态转变。起动状态包含与稳压泵的适当开启相关联的逻辑。成功检测激活泵可以促使状态转变至运转状态。同样地,起动一个泵或多个泵失败将被检测到,并且这可以导致特定报警指示。只是作为一个例子,如果在某个预定时段内(例如,通电I秒钟内)没有从辅助触头接收到24Vac信号,则可以发出(declare)起动失败报警。[0043]在运转状态中,泵将处于激活状态。在运转状态期间,状态机能够监测各种离散的、测量的数据点以确定是否存在用来停止泵的条件,从而将控制提前到空闲状态。在运转状态期间,基于微处理器的逻辑还将对于旨在延迟或禁止泵状态转变的任意计时器或配置选项进行描述。
[0044]该系统200还可以包括多个可编程计时器。在一个系统布置中,可以提供控制序列计时器。控制序列计时器可以与泵控制状态机交互,并且可以包括开启(ON)延迟计时器或最小运转计时器。该开启延时计时器可以用来防止由于例如水击现象(water hammer)等的压力偏离导致的泵的有害激活。最小运转计时器可以用来指定泵保持运转的最小时间长度。例如,系统200可被编程,从而它可以保持泵运转,直到最小运转计时器已经到期并且消防系统内的停止压力已经得以维持因而满足了该停止压力。
[0045]图3示出了示例消防泵系统300的框图。该消防泵系统300包括连接至水源304的电动电机驱动消防泵302。该水源304经由感测线318向消防泵302提供水流,该消防泵302增强并维持消防系统306中的系统压力以满足压力和流量要求。消防泵系统300还包括管道补压泵308。消防泵302和管道补压泵308中的每一个均具有经由感测线320感测系统压力的相关联的控制器(例如,消防泵控制器310和管道补压泵控制器312)。进一步而言,电源314经由消防泵控制器310连接至消防泵302,以为消防泵302提供动力。将消防泵302经由消防泵控制器310耦接至电源314,这允许消防泵控制器310控制消防泵电机并允许通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流而监测电机起动时间段期间电源的性能。类似地,电源316经由管道补压泵控制器312耦接至管道补压泵308,以为管道补压泵308提供动力。将管道补压泵308经由管道补压泵控制器312耦接至电源316,这允许管道补压泵控制器312控制管道补压泵电机并允许通过测量电机负载情况下电源输出的电压和电流而监测电机起动时间段期间电源的性能。
[0046]电源314和316是电气电源。例如,电源314和/或316可以例如是200伏特、400伏特、440伏特或600伏特的三相AC电源,或者可以是在200-208V、220-240V、380-415V、440-480V以及550-600V范围内的三相AC电源,并且电源314和/或316能够引出(draw)数千安培的电流。对于支持的电压范围,消防泵控制器310(和/或管道补压泵控制器312)可以在标称最低电压的大约85%到标称高电压的大约110%的电压范围(例如170-660Vac)上进行完全运行。
[0047]在这两个示例中,消防泵302和管道补压泵306可以被循环打开和关闭以增强和/或维持消防系统306中的合适系统压力。
[0048]此外,由于需要系统300在任何时刻都是准备好的,因而可能需要监测系统的状态并发出报警。例如,可以监测系统可操作性,并且可以使用抢先报警来确保系统300已经准备好随时使用。消防泵控制器310 (和/或管道补压泵控制器312)可以执行如下功能:监测洒水系统的压力,存储测得的压力,以及如果压力小于阈值量则促使消防泵302 (或管道补压泵308)打开。当该压力恢复或者压力过高时,该消防泵控制器310 (和/或管道补压泵控制器312)可以关闭消防泵302 (或管道补压泵308),并且可以触发报警以发出系统不在正常范围内的信号。
[0049]该消防泵控制器310 (和/或管道补压泵控制器312)还可以监测来自电源314(或电源316)的电压和/或电流,并且如果电压源是在给定范围之外运行,则触发报警。当泵运转时,可以监测关于电源的全部三个相的电流。
[0050]在一些示例中,消防泵控制器310 (和/或管道补压泵控制器312)可以监测相关联电源的电压和/或电流,并提供该电压和/或电流的可视化指示。例如,可以提供电机电源电压和电流轨迹的图形显示,该图形显示示出在该电源输出下的电机负载要求。在一些示例中,可以提供电机电源电压和电流轨迹的图形显示,该图形显示可以示出在起动电机的最初10秒内该电源输出下的电机负载要求。因而,该泵控制器可以监测、显示并记录消防泵系统信息。
[0051]图4是用于监测至消防泵电机的电源输出的示例方法400的流程图。例如,泵电机可以是图3中的用于驱动消防泵302的消防泵电机或者用于驱动管道补压泵308的管道补压泵电机。可以通过消防泵控制器来执行方法400,该消防泵控制器例如是主消防泵控制器(例如,图3中的消防泵控制器310)或者管道补压泵控制器(例如,图3中的管道补压泵控制器312)。例如,图4所示的方法400显示了可以被图2中的系统200或图3中的系统300或者系统200或系统300的部件使用的方法的实施例。应当理解,对于本文公开的这一和其他处理及方法,流程图示出本实施例的一种可能实施方式的功能和运行。就此而言,每个方框可以表示包括可以由处理器或计算设备执行以实施该处理中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个指令的程序代码的模块、片段或一部分。该程序代码可以存储在任意类型的计算机可读介质中,例如,包括磁盘或硬盘驱动器的存储介质。该计算机可读介质可以包括非瞬态计算机可读介质,例如,用来将数据短时间存储的计算机可读介质,比如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机读取存储器(RAM)。该计算机可读介质还可以包括非瞬态介质,例如辅助性或永久性存储器,比如,只读存储器(RAM)、光盘或磁盘或者紧凑型只读存储器(CD-ROM)。该计算机可读介质还可以是任何其他易失性或非易失性存储系统,或者其他制品。例如,该计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质或者有形的存储设备。
[0052]此外,对于本文公开的方法400和其他处理和方法,每个方框可以表示通过有线方式连接以执行处理中的特定逻辑功能的电路。在本公开内容的示例实施例的范围内也包括可替代的实施例方式,在可替代实施例方式中,可以以与所示出的或讨论的顺序不同的顺序来执行功能,如同本领域技术人员合理理解的那样,这些不同的顺序依赖于所涉及的功能而包括基本上同时或者相反的顺序。
[0053]一开始,如方框402所示,方法400包括促使经由消防系统中的泵控制器耦接至水泵的电源为水泵提供动力。例如,泵控制器可以将泵电机连接至电源或者在备用发电机的情况下促使电源开始运行。然后,该电源可以为泵提供动力,使得泵可以按照需要运行。
[0054]在方框404,该方法包括通过测量电机负载情况下电源输出的电压和/或电流而监测电机起动时间段期间电源的性能。在一个示例中,电动电机驱动泵经由泵控制器耦接至电源。将电机经由控制器耦接至电源,这允许控制器经由它的内部感测线来测量电源电压和/或电流。在一些示例中,泵控制器可以配置为通过测量电机负载情况下电源输出的电压和电流来监测电机起动时间段期间电源的性能。
[0055]在方框406,该方法包括通过计算设备提供可视化指示,例如电机起动时间段期间电机电源电压和电流的轨迹。在一个示例中,计算设备可以包括泵控制器,该泵控制器可以包括配置为显示该可视化指示的显示器。
[0056]图5A到图5B是示例泵控制器接口 500。在一些示例中,操作者可以使用接口 500来操作消防泵控制器和/或管道补压泵控制器。例如,该接口可以耦接至消防泵控制器或管道补压泵控制器,或者可以设置在远离消防泵系统的位置。该接口 500可以包括具有显示器504和按键506的电子控制板502以及报警面板508。
[0057]在一个不例中,显不器504可以是背光式液晶(IXD)显不器。例如,显不器504可以是128X64的单色或多色点阵LED显示器。其他的示例尺寸也是可行的。该显示器504可以配置为显示定制的图形和/或字符。例如,该显示器504可以提供与时间和日期、系统压力、泵运行计时器、三相电源线电压等相关联的信息。在一些示例中,显示器504可以针对如下内容中的一种或多种而提供用于统计或报警情况的文本消息:电机开启、最小运转时间、关闭延迟时间、起动失败、电压不足、转子运动锁定(locked rotor trip)、紧急起动、驱动器未安装、磁盘错误、磁盘快满、顺序起动时间、本地起动、远程起动、系统电池低、电压过高、频率过高、电机超载320%、电机过载、打印机错误、压力错误等。
[0058]接口 500可以配置为在显示器504上提供可视化指示。该可视化指示可以采取各种形式,并且可以包括或传送多种不同类型的信息。作为一个示例,该可视化指示可以指示在电机起动时间段期间泵电机定时加速到全速度是否超过大约10秒。在该示例中,该泵控制器可以配置为通过测量起动时间段期间的电机电源电压和电流来确定电机达到全速度所需的时间量。
[0059]基于该测量,该泵控制器可以配置为还确定其他信息,例如,在电机起动情况下电源提供的电压是否比标称运行电压的大约15%小。标称运行电压可以基于电源和水泵的尺寸而改变。然后,该泵控制器可以提供被确定的任意信息的可视化指示,例如,在电机起动期间没有能够维持在运行电压的15%以上的指示或者在电机起动期间测得的电机电源电压和电流的数字读取值。电机起动时间段可以包括最初大约10秒钟的运行,当然,也可以使用更短或更长的时间段来用于这种确定。
[0060]该泵控制器还可以配置为生成用于示出电机起动期间电机电源电压和电流大小的曲线图。因而,该可视化指示可以包括该曲线图。该曲线图可以基于消防系统的要求针对显示而进行修改,从而显示电机起动时间段期间的电机电源电压和电流的轨迹,并且可以在与该要求相关的特定部分中将该曲线图放大或者调整该曲线图的大小以显示该轨迹的相关部分。
[0061]图5A示出了显示器504上的示例电流轨迹(或起动特征)510。显示器504上的该曲线图配置为示出使用大约0-170安培的大小和大约10秒时间长度的电流轨迹510。因而,该电流轨迹或起动特征510为系统操作者提供对在电机起动时间段期间由电源引出的电机电流的观察。在该示例中,一开始需要大量的电流来起动电机。例如,在示出的布置中,起动或突入电机电流为大约170安培。例如,随着电机达到全速度,电机电流下降至大约85安培。
[0062]图5B示出了显示器504上的示例电压轨迹或起动特征512。显示器504中的曲线图配置为示出使用大约381-486伏特的大小和大约10秒时间长度的电压轨迹或起动特征512。因而,该电压轨迹或起动特征为操作者提供了对电机起动时间段期间在供电后由电流需量生成的电源电压以及与消防系统要求相关的等级的大小的观察。在该示例中,由于电机起动时间段期间电机引出的初始起动电流,因而一开始就有大的压降。该电机电压随着电机在达到全速度的过程中从电源引出的电流越来越少而减小。[0063]该泵控制器还可以配置为将该轨迹或起动特征(或曲线图)与所存储的电机起动特征库(library)相比较,该存储电机起动特征指示在标准消防系统中被核准使用的各种电机起动配置的预定阈值。
[0064]因而,该可视化指示可以包括关于测得的电源电机电压和电流轨迹或起动特征是否满足库中的电机起动特征的预定阈值的指示。
[0065]回过头来参照图4,在方框408,该方法400包括基于标准电机起动特征库来提供关于电机起动情况下电机电源电压和电流的预定阈值的第二可视化指示。作为一个示例,该第二指示可以是除了第一指示之外的指示(并且设置在相同的显示器上或者设置在单独的显示器上),或者第二指示可以取代第一指示。该第二指示(或来自该库的标准特征)可以针对消防系统中给定电机起动方法而指示预期的或希望的电机电源起动电压和电流,使得用户可以容易地将测得的电源输出与预期的或希望的起动特征相比较以确定是否存在问题。因而,在一些示例中,泵控制器可以配置为针对按照预期或按照希望的方式运行的消防系统中的给定电机起动方法显示标准特征的指示。
[0066]该泵控制器可以配置为基于库中存储的标准电机起动特征来确定测得的电机电源电压和电流轨迹是否超过预定阈值并提供该确定结果作为第二指示。
[0067]在方框410,该方法400包括基于测得的电机电源电压和电流特征提供报警。作为示例,泵控制器能够确定通过测量电机负载情况下电源输出的电压和电流来监测电机起动时间段期间电源的性能是否在可接受的等级范围内,并且当该测量在可接受等级范围之外时响应性地提供报警。
[0068]参见图5A,接口 500包括报警面板508,该报警面板508可以包括用来指示系统状态或报警情况的多个LED。在一些示例中,LED中的一个或多个能够基于泵控制器的微处理器确定的各种情况而显示红色、绿色或黄色光。例如,多个LED中的LED的颜色或照明可以指示如下内容中的一个或多个:电源可用、泵运转、远程起动、雨淋阀开启(deluge open)、断相、互锁开启、电机过载、自动关停禁用、电压过大、报警、系统压力低、转换开关正常、转换开关紧急情况、反相、起动失败、紧急隔离关闭、电压不足等。例如,该报警面板508可以包括专门用来指示处于可接受等级范围之外的电机起动电压和/或电流等级的报警。
[0069]在方框412,该方法400包括针对消防泵控制器的每次起动以电机起动时间段期间测得的电机电源电压和电流的轨迹或起动特征的形式来存储数据。该泵控制器可以包括用于存储数据的数据存储装置(例如,存储器),且这种数据可以随时间推移而被取出和分析,以确定消防系统是否在合适地运行。作为示例,可以按季度来测试该泵,如果泵在过去一个季度中被起动了十次,则可以取出该数据进行处理或故障检修,以确定是否存在问题。例如,可以对所存储的数据进行分析以识别在消防泵起动期间的趋势或其他问题。
[0070]方法400可以通过泵控制器作为诊断或故障检修工具来执行,从而验证各种消防系统或消防系统的部件或功能(例如电压减小电机起动方法)的合适性能,分析电源的压降以及估算备用电源(例如,用于为配备有转换开关的消防泵控制器供电的备用发电机)的大小。
[0071]国家消防协会(NFPA)已经将关于消防泵的安装和运行的标准发布为“NFPA20:用于消防的固定式泵的安装标准”(NFPA20-2010),该标准的整个内容均并入本文中。该标准示出了消防系统运行所需要满足的数个要求。一个要求包括:在电机起动情况下,控制器线端处的电压不应当降低至比正常电压(控制器标称电压)低超过15%。另一个要求包括:当电机在电机全负荷额定电流的115%运行时,电机端子处的电压不应当降低至比电机的额定电压低超过5%。针对电机起动的其他要求(使得消防系统可以在确定发生火灾之后立即起动)包括:应当提供定时的自动电机加速,而且电机加速的时间长度不应当超过十秒。因而,需要该泵在接收到电力之后大约十秒钟内准备好运转,且如果电力被中断然后返回,则存在“要求起动”情况(例如,系统水压低),该控制器必须在从供电开始的十秒钟内识别该情况并开始运行序列。
[0072]其他标准也可以提供对消防系统的运行要求。例如,国家电工法规(NEC) 2011中规定,在电机起动情况下,消防泵控制器线端处的电压不应当降低至比正常电压(控制器标称电压)低超过15%,NEC2011的整个内容并入本文。国家电器制造商协会(NEMA)还公布了电动消防泵控制器的应用指导(NEMA ICS14-2010)和用于处理、安装、运行和维护电动消防泵控制器的说明(NEMA ICS15-2011),该应用指导和说明中每一个的整体内容均合并入本文。
[0073]这些要求提供了对消防系统的运行的限制。在本文的示例中,泵控制器可以监测消防系统并提供与这些要求相关的电机电源电压和电流输出的可视化指示。该方法400例如可以被执行以验证消防系统是否正在按照要求运行。
[0074]一个感兴趣的要求是电动电机驱动消防泵的起动时间。对于起动消防泵电机有许多起动方法或技术,包括全电压起动(DOL)以及电压减小起动方法,例如,部分绕组起动、Y形-三角形开路转换(Wye-Delta Open Transition)起动、Y形-三角形闭路转换(ffye-Delta Closed Transition)起动、主电阻(Primary Resistance)起动、自稱变压器起动以及固态软起动。
[0075]图6中示出了示例全电压起动控制器的示图。电源600经由开关和断路器耦接至消防泵602。当被要求起动时,控制器(未示出)将全电压施加到用于驱动消防泵602的电机604上。电机604引出最大起动电流,例如电机全负载电流的大约600%,并将最大设计扭矩传递至消防泵602。当电机起动电流不会促使控制器线端处的电源电压过度减小时,可以使用全电压起动。如果全电压起动电机电流促使线电压下降到低于额定电压的大约85%,则使用电压减小起动方法。图6示出了使用全电压起动方法将期望获得的示例电流轨迹或特征。
[0076]还可以使用电压减小起动方法,其中,减小起动电流(尽管被称作“电压减小起动方法”),因而使得对于电源的要求低,并且允许线电压维持在额定电压的85%到100%之间。示例的电压减小起动方法采用由转换计时器(或加速计时器)控制的起动和运转接触器的组合来使电机按照要求在起动后的大约十秒内达到全速度。
[0077]图7示出了示例部分绕组起动控制器示图以及用于部分绕组起动方法的相关联的电流特征。图8示出了示例Y形-三角形开路转换起动控制器示图和用于Y形-三角形开路转换起动方法的相关联的电流特征。图9示出了示例Y形-三角形闭路转换起动控制器示图和用于Y形-三角形闭路转换起动方法的相关联的电流特征。图10示出了示例主电阻起动控制器示图和用于主电阻起动方法的相关联的电流特征。图11示出了示例自耦变压器起动控制器示图和用于自耦变压器起动方法的相关联的电流特征。图12示出了示例固态软起动起动控制器示图和用于固态软起动起动方法的相关联的电流特征。在以上描述的并入标准(这些标准通过引用的方式整体并入本文)中提供了三种起动方法中每一种方法的详细内容的描述,而且读者可以参照这些标准以获取进一步的信息。
[0078]以下表1中示出了不同消防泵起动方法的示例比较表格。
[0079]
【权利要求】
1.一种方法,包括: 促使耦接至消防系统中的电动电机驱动的水泵的电源为所述水泵提供动力; 测量电机电源输出的电压和/或电流;以及 通过计算设备提供诸如电机起动时间段期间电机电源电压和/或电流输出的轨迹之类的可视化指示。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,促使耦接至所述消防系统中的水泵的电源为所述水泵提供动力包括促使所述电源开始运行。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,测量所述电机电源输出的电压和/或电流包括测量所述电源的起动时间段期间所述电机电源输出的电压和/或电流。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,提供诸如电机电源电压和/或电流输出的轨迹之类的可视化指示包括:提供关于起动情况下所述电源提供的电压是否比标称运行电压的大约15%小的指示。
5.根据权利要求1所述的方法,还包括:提供诸如与所述电源的起动时间段期间的电机电源电压和/或电流输出相对应的电机电源电压和/或电流输出的轨迹之类的可视化指/Jn ο
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述起动时间段是所述电源运行的大约最初的十秒。
7.根据权利要求1所述的方 法,还包括:基于用来指示所述电机电源电压和/或电流输出的信息来提供报警。
8.根据权利要求1所述的方法,还包括:生成用于示出在所述电机的起动时间段期间所述电机电源电压和/或电流输出的大小的曲线图。
9.根据权利要求8所述的方法,还包括在显示器上显示所述曲线图。
10.根据权利要求9所述的方法,还包括: 将所述曲线图与所存储的曲线图或起动特征相比较,其中,所存储的曲线图指示给定消防系统中给定电机电源的电压和/或电流输出的预定阈值;以及 提供关于所述电机电源电压和/或电流输出是否满足所述预定阈值的指示。
11.根据权利要求1所述的方法,还包括:提供关于给定消防系统中电机电源电压和/或电流输出的预定阈值的第二可视化指示。
12.根据权利要求1所述的方法,还包括: 确定所述电机电源电压和/或电流输出是否超过了给定消防系统中电机电源电压和/或电流输出的预定阈值;以及 提供确定结果的第二可视化指示或起动特征。
13.根据权利要求1所述的方法,还包括:提供给定消防系统中给定电源的标准模型起动特征的第二可视化指示。
14.根据权利要求1所述的方法,还包括:提供在所述电机的起动时间段期间泵电机达到全速度的定时加速是否超过大约十秒的指示,其中,所述电机的定时加速指示促使所述电源使得所述电机提速并为所述水泵提供动力所需的时间量。
15.根据权利要求1所述的方法,还包括:针对所述消防系统的每次起动以在所述电机起动期间电机电源电压和/或电流的轨迹或特征的形式存储数据。
16.根据权利要求1所述的方法,还包括: 从多种起动方法中接收起动方法的选择; 使用所选择的起动方法促使所述电源为所述水泵提供动力; 使用所选择的起动方法测量所述电机电源输出的电压和/或电流; 将来自所选择的起动方法的起动特征的、指示所述电机电源输出的电压和/或电流的信息与所测得的所述电机电源输出的电压和/或电流相比较;以及提供关于比较结果的可视化指示。
17.一种非瞬态计算机可读介质,其内存储有指令,当被计算设备执行时,所述指令促使所述计算设备控制消防泵系统中消防泵的运行,其中,所述指令用于促使所述计算设备执行如下功能,包括: 促使耦接至消防系统中的水泵的电源为所述水泵提供动力; 测量电机电源输出的电压和/或电流;以及 提供关于所述电机电源输出的电压和/或电流的可视化指示。
18.根据权利要求17所述的非瞬态计算机可读介质,其中,所述功能还包括: 生成用于示出在所述电源的起动时间段期间所述电机电源电压和/或电流输出的大小的曲线图。
19.根据权利要求18所述的非瞬态计算机可读介质,其中,所述起动时间段是所述电源运行的大约最初的十秒,其中,所述功能还包括:` 将所述曲线图与所存储的曲线图或起动特征相比较,其中,所述特征指示给定消防系统中电机电源电压和/或电流输出的预定阈值;以及 提供关于所述电机电源输出的电压和/或电流满足所述预定阈值的指示。
20.一种消防泵控制器,配置为在消防系统中运行,所述消防泵控制器包括: 处理器,配置为: 测量耦接至所述消防系统中的水泵的电机电源输出的电压和/或电流,其中,所述电源配置为为所述水泵提供动力;以及 提供关于所述电机电源输出的电压和电流的可视化指示。
21.根据权利要求20所述的消防泵控制器,其中,所述处理器还配置为促使耦接至所述消防系统中的水泵的电源为所述水泵提供动力。
22.根据权利要求20所述的消防泵控制器,其中,所述处理器还配置为: 测量所述电机电源输出的电压和/或电流;以及 生成用于示出在所述电源的起动时间段期间所述电机电源输出的电压和/或电流的大小的曲线图。
23.根据权利要求20所述的消防泵控制器,其中,所述处理器还配置为: 将所述曲线图与所存储的曲线图或起动特征相比较,其中,所述特征指示给定消防系统中电机电源电压和电流输出的预定阈值;以及 提供关于所述电机电源输出的电压和/或电流是否满足所述预定阈值的指示。
24.—种消防系统,包括: 消防系统中的水泵,其中,所述水泵配置为提供所述消防系统中的水压; 电源,耦接至电动电机驱动的所述水泵,其中,所述电源配置为为所述水泵提供动力;以及 泵控制器,耦接至所述电源,其中,所述泵控制器配置为促使所述电源为所述水泵提供动力并提供关于所述电机电源输出的电压和电流的可视化指示。
25.根据权利要求24所述的消防系统,其中,所述泵控制器包括具有显示器的管道补压泵控制器,所述显示器配置为显示关于管道补压泵电机电源输出的电压和/或电流的可视化指示。
26.根据权利要求24所述的消防系统,其中,所述泵控制器配置为提供关于起动情况下所述电源提供的电压是否比标称运行电压的大约15%小的指示。
27.根据权利要求24所述的消防系统,其中,所述泵控制器还配置为生成用于示出所述电源的起动时间段期间电机电源输出的电压和/或电流的大小的曲线图,其中,所述起动时间段是所述电源运行的大约最初的十秒。
【文档编号】F04B49/06GK103487766SQ201310225131
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】道格拉斯·A·斯蒂芬斯, 哈兰·A·罗森塔尔 申请人:阿斯科动力科技公司

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