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用于对工厂或其它设施中的至少一个泵的实时效率/性能进行测量的系统包括多个监控装置，所述多个监控装置关于所述至少一个泵被布置，以测量至少一个泵的电量使用，泵速和流量特性。处理系统被配置成从传感器接收输入信号，其中，基于实时的传感器输入可以计算至少一个泵的效率。处理系统还可以将计算的泵效率值与用户定义的设定值或阈值进行比较，或与期望的泵性能进行比较。

权利要求书
1.  一种对被配置在泵送设施中的至少一个泵的效率进行确定的方 法，所述方法包括以下步骤：
测量所述至少一个泵的各个运行参数；
将测量的运行参数传输到处理系统；以及
基于测量的运行参数计算所述至少一个泵的实际效率。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步 骤：在相同运行条件下，将计算的所述泵的效率与期望的所述泵的效率 进行比较，如果比较后的实际效率偏离期望的效率预定的量，则提供警 告。

3.  根据权利要求1至2任一项所述的方法，包括以下步骤：布置多 个传感器，所述多个传感器用于测量所述至少一个泵的电量使用和流量 特性，其中，所述传感器包括用于将收集的信号传输至所述处理系统的 构件。

4.  根据权利要求3所述的方法，包括以下步骤：布置多个传感器， 所述多个传感器用于测量所述至少一个泵的泵速，其中，所述传感器包 括用于将收集的信号传输至所述处理系统的构件。

5.  根据权利要求3至4任一项所述的方法，其中，所述多个传感器 被配置成定期地或连续地测量并传输所述运行参数。

6.  根据权利要求3至5任一项所述的方法，其中，所述处理系统包 括至少一个控制器，所述至少一个控制器从监控装置接收读数，所述方 法包括以下步骤：将值传输到所述至少一个控制器，用于计算效率。

7.  根据权利要求3至6任一项所述的方法，其中，所述处理系统包 括至少一个控制器，所述至少一个控制器从监控装置接收读数，所述方 法包括以下步骤：将值从所述至少一个控制器传输到设施操作系统，用 于计算效率。

8.  根据权利要求1至7任一项所述的方法，包括以下步骤：对与所 述至少一个泵相关的至少一个测量的或计算的值进行显示。

9.  根据权利要求6至8任一项所述的方法，包括以下额外的步骤： 在显示步骤之前，对测量的所述传感器的读数和计算的值进行解释。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中，解释步骤进一步包括以下步 骤：确定所述传感器收集的读数和计算的值中的至少一个中是否存在潜 在错误。

11.  根据权利要求10所述的方法，包括以下额外的步骤：向用户或 操作员指示所述潜在错误的可能原因。

12.  根据权利要求1至11任一项所述的方法，其中，泵送系统是多 泵的系统，所述方法包括以下额外的步骤：确定多个泵的至少一个泵中 效率的改变，并基于所述改变指示修改的顺序，用于使用所述多个泵。

13.  根据权利要求1至12任一项所述的方法，包括以下额外的步骤： 确定实际泵效、识别期望泵效、并计算所述实际泵效和所述期望泵效之 间的差。

14.  根据权利要求13所述的方法，其中，用下面的关系式确定所述 实际泵效，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，Q代表流速，H(压头)代表所述至少一个泵的排出侧和吸入 侧之间的压力差，SpGr代表流过所述泵的不可压缩的流体的比重，kW(e)代表泵使用的功率，Motereff代表公布的马达效率的值，c代表所述系统 储存的单位转换系数。

15.  根据权利要求13至14任一项所述的方法，包括以下步骤：在控 制器的存储器中储存专用应用程序和制造商特定的数据，连同收集的与 泵相关的数据用于计算步骤。

16.  一种对泵送设施中至少一个泵的效率进行测量的系统，所述系统 包括：
多个传感器，所述多个传感器关于所述至少一个泵被布置，以对所 述至少一个泵的特性进行测量；以及
至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置成定期地从所述传感 器接收输入，并使用液压方法基于测量的特性计算所述至少一个泵的实 际性能，其中，实际性能被与和所述至少一个泵相关的至少一个储存的 阈值进行比较。

17.  根据权利要求16所述的系统，包括用于将与所述至少一个泵相 关的至少一个测量的值或计算的值进行显示的构件。

18.  根据权利要求17所述的系统，其中，在进行显示之前，对来自 所述传感器的输入和产生的计算的值进行验证。

19.  根据权利要求16至18任一项所述的系统，其中，如果至少一个 泵的性能偏离所述期望的性能预定的量，则触发警告。

20.  根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被配置成储存 所述至少一个泵的公布的性能曲线。

21.  根据权利要求19至20任一项所述的系统，其中，向用户呈现偏 离期望的性能的可能原因。

22.  根据权利要求16至21任一项所述的系统，其中，所述控制器无 线连接到所述传感器，所述传感器中的每个通过无线连接将与泵相关的 数据传输到所述控制器。

23.  根据权利要求16所述的系统，其中，所述多个传感器包括流量 测量装置、电量使用测量装置以及至少一个压力测量装置。

24.  根据权利要求23所述的系统，其中，所述多个传感器包括泵速 测量装置。

25.  一种对泵送设施中至少一个泵的运行效率进行确定的处理系统， 所述系统包括：
至少一个控制器，所述至少一个控制器对所述至少一个泵的特性进 行收集并具有处理逻辑，所述处理逻辑基于收集的特性计算所述至少一 个泵的性能，计算的性能被与至少一个储存的阈值进行比较。

26.  根据权利要求25所述的处理系统，其中，测量的特性包括流速、 功率消耗、吸入和排出压力、以及泵马达速度。

27.  根据权利要求26所述的处理系统，其中，由下面的关系式确定 所述至少一个泵的实时效率，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，Q代表流速，H(压头)代表所述至少一个泵的排出侧和吸入 侧之间压力差，SpGr代表流过所述泵的不可压缩的流体的比重，kW(a)代 表泵使用的功率，Motereff代表公布的马达效率的值，c代表所述处理系 统储存的单位转换系数。

28.  根据权利要求25至27任一项所述的处理系统，其中，在周期性 的间隔收集特性，所述至少一个控制器包括连接到泵送设施的监测控制 和数据采集(SCADA)系统的可编程逻辑控制器。

29.  根据权利要求25至28任一项所述的处理系统，包括用于对与泵 相关的特性进行实时测量的多个传感器，所述传感器具有用于将收集的 值传输到所述至少一个控制器的构件。

30.  一种在电子处理装置中对效率指标进行确定的方法，所述效率指 标指示至少一个泵的泵运行效率，所述方法包括：
a)确定至少一个泵的压头；
b)确定至少一个泵的流速；
c)确定至少一个泵的功率消耗；以及
d)使用所述压头、所述流速和所述功率消耗确定效率指标，所述效 率指标指示至少一个泵的泵运行效率。

31.  根据权利要求30所述的方法，在所述电子处理装置中，所述方 法包括：
a)确定至少一个泵的入口压力值；
b)确定至少一个泵的出口压力值；以及
c)使用所述入口压力值和所述出口压力值确定所述压头。

32.  根据权利要求30至31任一项所述的方法，在所述电子处理装置 中，所述方法包括：
a)确定至少一个泵泵送的流体的比重；以及
b)使用所述比重确定所述效率指标。

33.  根据权利要求30至32任一项所述的方法，在所述电子处理装置 中，所述方法包括：
a)确定至少一个泵的泵马达效率；以及
b)使用所述泵马达效率确定所述效率指标。

34.  一种确定效率指标的设备，所述效率指标指示至少一个泵的泵运 行效率，所述设备包括电子处理装置，所述电子处理装置用于：
a)确定至少一个泵的压头；
b)确定至少一个泵的流速；
c)确定至少一个泵的功率消耗；以及
d)使用所述压头、所述流速和所述功率消耗确定效率指标，所述效 率指标指示至少一个泵的泵运行效率。

35.  根据权利要求34所述的设备，所述电子处理装置用于：
a)确定至少一个泵的入口压力值；
b)确定至少一个泵的出口压力值；以及
c)使用所述入口压力值和所述出口压力值确定所述压头。

36.  根据权利要求34至35任一项所述的设备，所述设备包括用于感 测至少一个泵的特性的至少一个传感器，其中，所述特性包括以下特性 中的至少一个：
a)入口压力；
b)出口压力；
c)流量；以及
d)功率。

37.  根据权利要求36所述的设备，其中，所述电子处理装置适于对 来自至少一个传感器的信号进行监控，并使用这些信号至少部分地产生 以下的任一个或多个：
a)至少一个泵的入口压力值；
b)至少一个泵的出口压力值；
c)至少一个泵的压头；
d)至少一个泵的流速；以及
e)至少一个泵的功率消耗。

说明书泵效确定系统和确定泵效的相关方法
技术领域
在此公开的主题大体上涉及泵送系统，更具体地，涉及提供至少一 个泵(例如往复泵或离心泵)的性能的现场确定的系统和相关方法，提 供所述至少一个泵以在泵送设施中使用。可以将现场的性能确定与所期 望的泵的特性进行比较，从而针对至少一个泵的下降的性能能够主动地 警告系统操作员。
背景技术
由于损坏和磨损的叶轮、有凹痕的蜗壳、无法正常工作的马达线圈、 欠佳的耦合以及服役状态不理想的泵的控制器(以及其它因素)，在诸多 行业(包含水利部门、电力部门以及石油部门)中使用的泵送系统无法 以最大效率运行。
在大部分上述情况中，无法明显地检测出运行的问题，实际上，为 了对泵进行安排好的维护而停止使用它之后或者直到问题恶化到发生了 严重的或灾难性的故障时才发现这些运行问题。
泵代表了泵送设施能量和生命周期成本的重要部分，并且经常是一 个过程(制造或其它方面)的关键部件。为此，当基于连续的或定期的 状态监控对泵进行维护时，设施的可靠性是最佳的。研究表明通过设备 或控制变化可以节省泵系统消耗的20％或更多的能量，并且基于性能的维 护成本显著低于基于日历的成本。
针对上述原因，最低限度地，明显需要提供用于确定设施泵送系统 内单个泵是否有效运行的实时技术。
之前已尝试了使用对热传递进行测量的“热力学方法”对泵效进行 监控。然而，在泵以可变速度运行的情况下，对使用这种系统的泵(例 如往复泵和离心泵)的效率进行计算是不切实际的，并且现有的使用这 种方法的市场产品没有被配置用于可变速度运行。此外，基于热力学的 系统不能在非流体介质(例如轴承和泵的铸件)中估计热传递。因此， 泵越大，这种类型的系统越可能不准确。
发明内容
因此，根据一个方面，提供了一种对泵送设施中至少一个泵的运行 效率进行确定的处理系统，所述系统包括：
至少一个控制器，所述至少一个控制器对所述至少一个泵的特性进 行收集并具有处理逻辑，所述处理逻辑基于所述收集的特性计算所述至 少一个泵的性能，所述计算的性能被与至少一个储存的阈值进行比较。
在一个版本中，至少一个阈值是预定的效率值。根据另一个版本， 在相同条件下，将至少一个泵的计算的实时性能与储存的性能曲线进行 比较。
如果比较后的性能小于期望的阈值，则警告操作员并实施纠正的行 动。根据一个版本，如果性能降到另一个确立的阈值以下，则可以使至 少一个泵下线和/或自动产生维护警告。
根据一个版本，上述处理系统被并入泵送设施的现有的监测控制和 数据采集(SCADA)系统。
在另一个版本中，对经收集的实时性能特性值进行解释，以在对性 能进行计算之前并且在向操作员显示或指示任何计算的值之前弄清接收 到的信号是否有效。
在一个版本中，处理系统使用下面的关系式计算实际泵效，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，Q代表不可压缩的流体穿过泵的流速，H代表压头(例如至少 一个泵的排出侧和吸入侧之间测量的压力差)，SpGr是泵送的不可压缩的 流体的比重，kW(a)代表测量的至少一个泵消耗的功率，Motereff代表公布 的马达效率，c代表单位转换系数。
根据另一个方面，提供一种对泵送设施中至少一个泵的效率进行测 量的系统，所述系统包括：
多个传感器，所述多个传感器关于所述至少一个泵被布置以测量所 述至少一个泵的特性；以及
处理系统，所述处理系统被编程，以从所述传感器接收输入并使用 液压方法基于测量的特性计算所述至少一个泵的实际性能，其中，将实 际性能与和与所述至少一个泵相关的至少一个储存的阈值进行比较。
在一个示例性版本中，从传感器收集各个输入，所述传感器连续地 对与至少一个泵相关的电量使用(power usage)、瞬时泵速、以及流量 特性进行监控。上述装置中的每个可操作地连接，以实时或定期地对这 些与泵相关的参数进行测量，来自每个装置的输入被收集并被传输到处 理系统。在一个版本中，所述处理系统包括可编程逻辑控制器(PLC)， 所述可编程逻辑控制器被编程以从上述传感器接收独立的输入中的每个 并将信号传输到设施现有的SCADA系统。然后，对收集的数据进行分析 和处理，以确定至少一个泵的效率。根据该系统的一个示例性版本，将 泵的运行点与泵制造商的公布的泵曲线进行比较。在预定的间隔，基于 之前收集的、储存的以及处理的历史数据使泵效进一步具有趋势。
在一个示例性版本中，收集的输入首先被解释，以在对性能进行计 算之前以及在向设备的用户或操作员显示或指示任何计算的值或要求之 前确认从每个装置接收的信号是有效的并且所有的输入已被接收。
根据一个版本，分层次地并且如果泵的效率降至预定的百分比以下， 自动产生预警警报和维护工作命令以及与效率低下相关的成本估计。可 替换地，SCADA系统产生代替工作命令的警告消息。如果效率降至第二预 定的百分比以下，则自动使泵停止工作并且使用备用的或滞后的泵。
根据另一个方面，提供一种对被配置在泵送设施中的至少一个泵的 效率进行确定的方法，所述方法包括以下步骤：
测量所述至少一个泵的各个运行参数；
将测量的运行参数传输到处理系统；以及
使用测量的运行参数计算所述至少一个泵的实际效率。
现有的系统中有多个装置，这些装置关于所述至少一个泵被布置并 测量所述至少一个泵的具体特性。在这些现有的系统中，有必要将多个 现有的装置部分地或全部地替换成新的装置，所述新的装置具有为了传 输、收集并计算而测量并传输具体特性的观测数据的能力。
根据一个示例性实施例，处理系统使用下面的关系式可以确定实际 泵效，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，Q代表不可压缩的流体穿过泵的流速，H代表压头(例如至少 一个泵的排出侧和吸入侧之间测量的压力差)，SpGr是泵送的不可压缩的 流体的比重，kW(a)代表测量的至少一个泵消耗的功率，Motereff代表公布 的马达效率，c代表所述系统储存的单位转换系数。
在一个版本中，期望的泵的性能由处理系统储存，然后，被用来与 计算的实际效率进行比较。
在此描述的系统和方法获得的一个优点是：在故障发生之前，尽早 地并且主动地对被布置在制造设施或其它处理设施或泵送站中的至少一 个泵进行确定，从而增大了对性能进行优化的机会。
本系统通过将现有的且非所有权的技术与广泛采用的系统(硬件和 软件)独特地结合在一起以对在公布的性能水平以下运行的泵进行识别， 开创了捕捉数据然后对数据进行分析的无缝的且自动的方法，所述数据 用来识别设施内的泵运行效率。
另一个优点是：本系统很容易对现有的设施和泵送系统进行改进， 能实时捕捉各种泵变量，用以使用液压方法对系统内的泵效进行计算和 分析，其中，可以对已经处于工作状态的不同品牌和样式的泵的整个系 统进行适当地分析。
在此描述的系统实现的另一个优点是：对泵性能降低的确定允许以 主动的方式进行调整或替换，从而在灾难事件发生之前维持整个系统的 效率和性能，并对操作这些设施时的成本和劳动力进行相关改进。
在另一个广泛的形式下，本发明力图提供一种对被配置在泵送设施 中的至少一个泵的效率进行确定的方法，所述方法包括以下步骤：
测量所述至少一个泵的各个运行参数；
将测量的运行参数传输到处理系统；以及
基于测量的运行参数计算所述至少一个泵的实际效率。
通常，所述方法进一步包括以下步骤：在相同运行条件下，将计算 的所述泵的效率与期望的所述泵的效率进行比较，如果比较后的实际效 率偏离期望的效率预定的量，则提供警告。
通常，所述方法包括以下步骤：布置多个传感器，所述多个传感器 用于测量所述至少一个泵的电量使用和流量特性，其中，所述传感器包 括用于将收集的信号传输至所述处理系统的构件。
通常，所述方法包括以下步骤：布置多个传感器，所述多个传感器 用于测量所述至少一个泵的泵速，其中，所述传感器包括用于将收集的 信号传输至所述处理系统的构件。
通常，所述多个传感器被配置成定期地或连续地测量并传输所述运 行参数。
通常，处理系统包括至少一个控制器，所述至少一个控制器从所述 监控装置接收读数，所述方法包括以下步骤：将所述值传输到所述至少 一个控制器，用于计算所述效率。
通常，处理系统包括至少一个控制器，所述至少一个控制器从所述 监控装置接收读数，所述方法包括以下步骤：将所述值从所述至少一个 控制器传输到设施操作系统，用于计算所述效率。
通常，所述方法包括以下步骤：对与所述至少一个泵相关的至少一 个测量的或计算的值进行显示。
通常，所述方法包括以下额外的步骤：在所述显示步骤之前，对测 量的所述传感器的读数和计算的值进行解释。
通常，解释步骤进一步包括以下步骤：确定所述传感器收集的读数 和计算的值中的至少一个中是否存在潜在错误。
通常，所述方法包括以下额外的步骤：向用户或操作员指示所述潜 在的错误的可能原因。
通常，泵送系统是多泵的系统，所述方法包括以下额外的步骤：确 定多个泵的至少一个泵中效率的改变，并基于所述改变指示修改的顺序， 用于使用所述多个泵。
通常，所述方法包括以下额外的步骤：确定实际泵效、识别期望泵 效、并计算实际泵效和期望泵效之间的差。
通常，用下面的关系式确定实际泵效，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，Q代表流速，H(压头)代表至少一个泵的排出侧和吸入侧之 间的压力差，SpGr代表流过所述泵的不可压缩的流体的比重，kW(a)代表 泵使用的功率，Motereff代表公布的马达效率的值，c代表所述系统储存 的单位转换系数。
通常，所述方法包括以下步骤：在控制器的存储器中储存专用应用 程序和制造商特定的数据，连同收集的与泵相关的数据用于所述计算步 骤。
在另一个广泛的形式下，本发明力图提供一种对泵送设施中至少一 个泵的效率进行测量的系统，所述系统包括：
多个传感器，所述多个传感器关于所述至少一个泵被布置，以对所 述至少一个泵的特性进行测量；以及
至少一个控制，所述至少一个控制器被配置成定期地从所述传感器 接收输入，并使用液压方法基于所述测量的特性计算所述至少一个泵的 实际性能，其中，将实际性能与和所述至少一个泵相关的至少一个储存 的阈值进行比较。
通常，所述系统包括用于将与所述至少一个泵相关的至少一个测量 的值或计算的值进行显示的构件。
通常，在进行显示之前，对来自所述传感器的输入和产生的计算值 进行验证。
通常，如果至少一个泵的性能偏离所述期望的性能预定的量，则触 发警告。
通常，控制器被配置成储存所述至少一个泵的公布的性能曲线。
通常，向用户呈现偏离期望的性能的可能原因。
通常，控制器无线连接到所述传感器，所述传感器中的每个通过无 线连接将与泵相关的数据传输到所述控制器。
通常，多个传感器包括流量测量装置、电量使用测量装置以及至少 一个压力测量装置。
通常，多个传感器包括泵速测量装置。
在又一个广泛的形式下，本发明力图提供一种对泵送设施中至少一 个泵的运行效率进行确定的处理系统，所述系统包括：
至少一个控制器，所述至少一个控制器对所述至少一个泵的特性进 行收集并具有处理逻辑，所述处理逻辑基于所述收集的特性计算所述至 少一个泵的性能，所述计算的性能被与至少一个储存的阈值进行比较。
通常，测量的特性包括流速、功率消耗、吸入和排出压力、以及泵 马达速度。
通常，由下面的关系式确定所述至少一个泵的实时效率，

其中，Q代表流速，H(压头)代表所述至少一个泵的排出侧和吸入 侧之间的压力差，SpGr代表流过所述泵的不可压缩的流体的比重，kW(a)代表泵使用的功率，Motereff代表公布的马达效率的值，c代表所述处理 系统储存的单位转换系数。
通常，在周期性的间隔收集特性，所述至少一个控制器包括连接到 泵送设施的监测控制和数据采集(SCADA)系统的可编程逻辑控制器。
通常，处理系统包括用于对所述与泵相关的特性进行实时测量的多 个传感器，所述传感器具有用于将收集的值传输到所述至少一个控制器 的构件。
在另一个广泛的形式下，本发明力图提供一种在电子处理装置中对 效率指标进行确定的方法，所述效率指标指示至少一个泵的泵运行效率， 所述方法包括：
a)确定至少一个泵的压头；
b)确定至少一个泵的流速；
c)确定至少一个泵的功率消耗；以及
d)使用压头、流速和功率消耗确定效率指标，所述效率指标指示至 少一个泵的泵运行效率。
通常，在电子处理装置中，所述方法包括：
a)确定至少一个泵的入口压力值；
b)确定至少一个泵的出口压力值；以及
c)使用入口压力值和出口压力值确定压头。
通常，在电子处理装置中，所述方法包括：
a)确定至少一个泵泵送的流体的比重；以及
b)使用比重确定效率指标。
通常，在电子处理装置中，所述方法包括：
a)确定至少一个泵的泵马达效率；以及
b)使用泵马达效率确定效率指标。
在另一个广泛的形式下，本发明力图提供一种确定效率指标的设备， 所述效率指标指示至少一个泵的泵运行效率，所述设备包括电子处理装 置，所述电子处理装置用于：
a)确定至少一个泵的压头；
b)确定至少一个泵的流速；
c)确定至少一个泵的功率消耗；以及
d)使用压头、流速和功率消耗确定效率指标，所述效率指标指示至 少一个泵的泵运行效率。
通常，电子处理装置用于：
a)确定至少一个泵的入口压力值；
b)确定至少一个泵的出口压力值；以及
c)使用入口压力值和出口压力值确定压头。
通常，所述设备包括用于感测至少一个泵的特性的至少一个传感器， 其中，所述特性包括以下特性中的至少一个：
a)入口压力；
b)出口压力；
c)流量；以及
d)功率。
通常，电子处理装置适于对来自至少一个传感器的信号进行监控， 并使用这些信号至少部分地产生以下的任一个或多个：
a)至少一个泵的入口压力值；
b)至少一个泵的出口压力值；
c)至少一个泵的压头；
d)至少一个泵的流速；以及
e)至少一个泵的功率消耗。
这些特征和优点以及其它特征和优点从下文详细的描述中将变得更 加明显，下文详细的描述应与附图结合起来阅读。
附图说明
图1示出了根据现有技术的泵送系统的示意图；
图2描绘了根据示例性实施例的现场泵性能测量系统的示意图；
图3是图2的现场泵性能测量系统以及根据一个版本的处理系统用来 确定实际泵效的各个处理逻辑运算的图解流程图；
图4是确定效率指标的方法示例的流程图，所述效率指标指示一个或 多个泵的泵的运行效率；以及
图5是确定效率指标的处理系统示例的示意图，所述效率指标指示一 个或多个泵的泵的运行效率。
具体实施方式
下文的描述涉及用来实时确定泵的效率/性能的系统和相关方法的 示例性实施例。为了该示例性实施例，对一个通用的泵送系统/应用进行 描述，容易理解的是，该系统和相关方法实际可应用于任何形式的泵送 系统，在所述任何形式的泵送系统中，可以在现场对泵送不可压缩流体 的单个或多个泵的系统的各个特性进行测量，并且可以实时地或定期地 确定设施的至少一个泵的总体效率。然而，此处的相关系统和方法显然 不限于使用的具体应用或领域。为此，此处描述的系统最低限度地实现 了一些应用，例如水利部门的便携式水和污水处理厂、电力部门的核气 体电厂、以及石油开采及炼油部门。
论述过程中，为了提供关于附图的便捷的参照架构，使用了不同的 术语。然而，除非明确指出，这些术语不应关于在此所描述的新的方面 被限制性地解释。此外，本申请提供的附图并非旨在代表本系统或方法 的按比例的描绘，而是在此强调重点在于相关部件以及从这些部件中获 得的数据的使用的连通性。
参考图1，为了示出背景技术，部分地示出了泵送系统的现有技术表 示(在此标记为10)。泵送系统10包括泵20(例如往复泵或离心泵)， 泵20包含通过分别的吸入和排出管线24、28液压连接的泵马达(图未 示出)。泵马达由通过电力线26连接的交流电源(图未示出)提供动力。 在该系统中，沿着排出管线28提供流速测量装置30，在所述流速测量装 置30中确定流速，用户在附接的显示装置32上可以读取流速。
参考图2，示出了被配置于在设施或工厂(例如泵送站或处理站)可 操作的使用的泵的示意图，其中，根据泵效率/性能系统的示例性版本对 所述泵进行配置。在此部分地示出的设施通过附图标记100自始至终完 全相同，并且包括泵120，所述泵120通过分别的吸入和排出管线124、 128液压地连结在设施中。泵120是往复类型的泵或离心泵，由保持多个 部件的壳体所限定，所述多个部件包括泵马达(示意图中未示出)。为了 论述，泵马达可以是定速马达或变速马达。简言之，具有预定比重的不 可压缩的流体(例如水、液压流体)等由吸入管线124提供给泵120，然 后通过设置在泵壳体/马达内的腔室被引导，然后，流体在压力之下通过 排出管线128被分配。
不同于当前的泵送系统并且根据在此描述的系统，可操作地提供多 个传感器以对泵120的具体特性连续进行监控和测量。根据该示例性实 施例，在泵120的有源电路内共设置了5个传感器或测量装置，这些装 置包括关于泵120的电气连接线133设置并连接的功率计(power meter) 136、设置在排出线路128上的流量测量装置138、连接到泵马达的输出 的泵马达速度测量装置142、和用来分别对相对于泵120的吸入和排出压 力进行监控的一对压力换能器(pressure transducer)146、148。后者 装置代替传统压力计(pressure gauge)被设置，传统压力计通常用来 提供相同参数的视觉指示的。在泵120采用定速马达的情况下，泵动力 速度装置142是可选的。
关于用于测量特性的装置，装置的选择可以基于泵马达的类型。例 如，如果泵马达是皮带传动的，则泵速测量装置142可以是转速计、变 频器(VFD)、或能测量瞬时泵马达速度(例如传动比装置)并且能传输 电子信号的其它装置。如果马达是轴传动的或紧凑耦合(closed coupled) 的，则可以使用转速计或VFD。关于压力测量装置146、148，可以使用 多种装置，例如独立的压力传感器、液位传感器或单个差压传感器。可 替换地，能提供电子信号的压力表(manometer)或其它相似装置也是可 用的。
根据该实施例的上述测量装置136、138、142、146、148的每个进 一步连接到包括控制器152(例如可编程逻辑控制器PLC，例如艾伦-布 拉德利生产的)的处理系统。监控装置136、138、142、146、148可以 硬连线到控制器152，或者可替换地，可以借助于合适的无线连接(例如 通过在设施100中提供的接入点(图未示出)使用IEEE 802.11标准、 蓝牙、Zigbee或其它合适的链接)连结。控制器152被配置有用于储存 收集的数据的充足的易失性和非易失性存储器以及包含的微处理器(图 未示出)。如在此所描述的，控制器152被编程，以定期从装置136、138、 142、146和148中的每个接收输入，用于传输到设施的监测控制和数据 采集(SCADA)系统180，后者具有根据本系统被编程有充足的逻辑以对 泵的效率/性能进行计算的微处理器。尽管仅示出了一个泵120用于描述， 但是很显然可以按照相似于在此描述的方式装备多个泵，以测量相关特 性中的每个并将测量的特性传送给公共的或多个控制器。
参考流程图图3并且根据该示例性实施例，装置136、138、142、146 和148产生的与泵相关的信号由处理系统的控制器152定期或连续地(例 如，15-30分钟)传输或收集，以对泵120的运行性能(效率)进行计算。
根据该示例性系统版本连续监控的与泵相关的参数有：流量测量装 置138测量的Q(流量)、压力测量装置146、148测量的H(压头(head) 或ΔP)、泵速测量装置142测量的泵马达速度(N)、以及功率计136测 量的功率消耗。根据该版本，信息连续地或周期地由每个所设置的装置 收集，并由控制器152或SCADA系统180定期或在需要时传输。如在此 所描述的，前文测量的数据与制造商自定义的数据和SCADA系统180储 存的专用数据结合起来使用，以允许对泵的效率/性能进行确定并与期望 的泵的性能进行比较。
对于本实施例的目的，被手动输入SCADA系统180微处理器的与泵 120相关的制造商自定义数据包括：公布的泵效(Pumpeff(P))(其被测量 为泵的速度的函数)、泵的性能曲线(压头vs.流量，被输入为表格数据 或多项式函数)、以及泵马达效率(Mortoreff)，用于具体的应用。如注意 到的，专用数据(包括被泵送的流体的比重SpGr)也被手动输入进 SCADA180的非易失性存储器。可选地，取决于应用，其它专用数据(例 如发电成本($/kWh以及各种系统曲线数据)也可以被储存，用于与从监 控装置136、138、142、146、148获得的测量的与泵相关的参数数据结 合起来使用。
下文给出了一套用于确定泵的效率/性能及其派生物的关系式的示 例。该示例指示了使用美制单位或公制单位的关系式。以此类推显然可 以使用其它数学模型和单位。在此首先识别具体的参数，每个参数都列 在下面的表I中：

根据该示例性实施例，下面导出采用上文列出的参数确定泵的效率/ 性能的相关等式：
美制单位
取决于给定系统中使用的装置，压头既可以是测量值又可以是计算 值。当压力测量装置用来测量吸入和排出压力时，通过下式使用这些值 之间的差来计算压头(H)：
(1)     H＝k×ΔP
其中，k是常数，用来将ΔP转换成水高度的单位，例如英尺。
通过下面的关系式计算液压马力，即：
( 2 ) - - - Hy d HP = Q × H × SpGr 3.960 ]]>
其中，如上文所述，H是压头。泵效被确定为：
( 3 ) - - - Pump eff = Hyd HP BHP ]]>
重新整理，
( 4 ) - - - Pump eff = Q × H × SpGr 3.960 × BHP ]]>
功率消耗被确定为：
( 5 ) - - - kW = BHP Motor eff × 0.75 ]]>
重新整理前文的等式，
( 6 ) - - - BHP = kW × Motor eff 0.75 ]]>
因此，用等式(6)替换等式(4)中的BHP，
( 7 ) - - - Pump eff = Q × H × SpGr 5.280 × kW × Motor eff ]]>
因此，使用上文的关系式，使用用于Q、H和kW的测量值可以确定实 际的泵效：
( 8 ) - - - Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr 5.280 × kW ( a ) × Motor eff ]]>
泵的相似定律(affinity law)被定义为：
( 9 ) - - - BHP 1 BHP 2 = ( Q 1 Q 2 ) 3 = ( N 1 N 2 ) 3 ]]>
( 10 ) - - - H 1 H 2 = ( N 1 N 2 ) 2 ]]>
使用上文的关系式，通过参考公布的泵的性能曲线可以确定公布的 泵效，所述公布的泵的性能曲线定义Pumpeff(P)和N之间在不同的流量和 压头情况下的关系。
此外，使用Q和H的测量值以及公布的实际泵速N下Pumpeff(P)的值 还可以确定期望的泵马达消耗：
( 11 ) - - - kW ( p ) = Q × H × SpGr 5.280 × Pump eff ( p ) × Motor eff ]]>
上文的公式(2)到公式(11)中，值3960、0.75、以及5280分别 代表单位转换系数c1、c2、和c3。
公制单位
取决于给定系统中使用的装置，压头既可以是测量值又可以是计算 值。当压力测量装置用来测量吸入和排出压力时，通过下式使用这些值 之间的差来计算压头：
(12)        H＝k×ΔP
其中，k是常数，用来将ΔP转换成水高度的单位，例如米。
通过下面的关系式计算液压马力，即：
( 13 ) - - - Hy d HP = Q × H × SpGr 76.1 ]]>
其中，如上文所述，H是压头。泵效被确定为：
( 14 ) - - - Pump eff = Hyd HP BHP ]]>
重新整理，
( 15 ) - - - Pump eff = Q × H × SpGr 76.1 × BHP ]]>
上文的等式(5)可以确定功率消耗，此处再次给出该等式，
( 5 ) - - - kW = BHP Motor eff × 0.75 ]]>
重新整理前文的等式，如等式(6)所示并再次给出该等式，
( 6 ) - - - BHP = kW × Motor eff 0.75 ]]>
因此，用等式(6)替换等式(15)中的BHP，
( 16 ) - - - Pump eff = Q × H × SpGr 101.5 × kW × Motor eff ]]>
因此，使用上文的关系式，使用用于Q、H和kW(a)的测量值可以确 定实际的泵效：
上文在等式(9)和(10)中定义了泵的相似定律，此处再次给出这 两个等式，
( 9 ) - - - BHP 1 BHP 2 = ( Q 1 Q 2 ) 3 = ( N 1 N 2 ) 3 ]]>
( 10 ) - - - H 1 H 2 = ( N 1 N 2 ) 2 ]]>
使用上文的关系式，通过参考公布的泵的性能曲线可以确定公布的 泵效，所述公布的泵的性能曲线定义Pumpeff(P)和N之间在不同的流量和 压头情况下的关系。
此外，使用Q和H的测量值以及公布的实际泵速N下Pumpeff(P)的值还 可以确定期望的泵马达消耗：
( 18 ) - - - kW ( p ) = Q × H × SpGr 101.5 × Pump eff ( p ) × Motor eff ]]>
上文的公式(12)到公式(18)中，值76.1、0.75、以及101.5分 别代表单位转换系数c4、c5、和c6。
根据本实施例，SCADA系统180被配置成定期(例如每15-30分钟) 计算并显示或提供等式(8)和(11)或者等式(17)和(18)的结果的 指示。很显然，可以根据应用轻易地改变显示结果的周期。而且，如果 可以收集测量的值用以定期或在需要时向控制器152传输，那么监控装 置不必对每个与泵相关的参数连续地进行监控。更具体地并且在当前的 系统中，输入信号结果(在图3中统一示为155)被从控制器152传输到 SCADA系统180。该传输可以发生在有线连接或无线连接上，其中，可以 每15-30分钟或按照其它预定的时间表传输数据。
然而，在显示之前并且可能与任何计算同时，根据该示例性实施例， SCADA系统180的微处理器被额外地编程为首先解释或检查各个传感器 136、138、142、148收集的各个信号以及使用前文论述的数学关系式计 算的值(尤其是实际的泵效、公布的泵效、以及实际的效率值与公布的 效率值之间产生的差值)的有效性。因此，在此描述的系统的解释元件 在传输并显示(或者指示)产生的效率/性能之前提供了过滤器。在此描 述的系统的这个部件的目的在于在信号或计算结果中识别错误，以向操 作员显示或通知操作员。
在图3的步骤160，根据该实施例考虑一些解释问题，这些解释问题 包括：i)在进行要求的性能计算之前，来自每个测量装置136、138、142、 146、148的所有输入信号是否已被接收(即是否丢失了信号或在接收到 的信号中是否存在明显错误)，ii)所有信号是否都在每个收集的值(读 取的)的预期的边界条件内，iii)信号之间比较的历史差异包括信号改 变的相对速率，iv)没有警报/错误信号的确认，以及v)泵的启动顺序 已完成。额外地，在多个泵系统使用于设施100的情况下，如果与单个 或共同的流量测量装置138一起使用，则还可以确认只有一个泵在运行。
如注意到的，在将计算的值传输到SCADA系统180用以向操作员/用 户显示或传送有用的数据之前，在此描述的系统的上述解释部件用作过 滤器。除了泵效和功率消耗以外，可以向用户/操作员显示的信息进一步 可以包括在此所描述的测量值或计算值。预料对用户有价值的信息在图3 的步骤164中的通信设备/显示设备中予以显示。
出于图示性的目的，关于图2之前所描绘的泵120和泵送设施100， 根据图3对根据该示例性实施例的实际泵效Pumoeff(a)的确定进行进一步 地描绘。
用于图3所描绘的该示例性系统的处理逻辑的第一步是：向系统输 入155以及图3的155中所描绘的其它要求的且可选的用户输入时，定 期或连续地对来自各个装置136、138、142、146以及148的各个与泵相 关的参数(更具体的，这些参数有功率kW(a)、流量(Q)、泵速(N)、 吸入和排放压力)进行监控。这些用户输入包括手动储存在SCADA系统 180的控制器152或微处理器中的被泵送的流体的比重的值(例如，水 ＝1.0)、公布的泵马达效率的值、以及公布的泵效的值。根据步骤155， 压头(H)被计算为压力测量装置146、148提供的读数之间的差。根据 步骤157，处理系统(更具体地，控制器152)定期收集上述监控装置136、 138、142、146、148中的每个的监控值。根据步骤160，在向SCADA系 统180的微处理器进行传输之前，在计算实际泵效之前，在控制器152 处对收集的值进行解释，或者可以在SCADA系统180处对这些值进行解 释。
根据步骤158，使用(8)列出的关系式可以计算实际泵效，
Pump eff ( a ) = Q × H × SpGr c × kW ( a ) × Motor eff ]]>
其中，针对流量(Q)、kW(a)和H的测量值(被转换成输入155)可 以随着针对SpGr、Motoreff、以及单位转换系数c的储存值被添加。然后， 如之前关于公布的泵效值或预定的设定值所描述的，该计算值被进行比 较，根据步骤160其由SCADA系统180储存。然后，可以按照下文论述 的方式提供警告和显示。
根据步骤164，对SCADA系统180中的在此描述的系统的解释部件在 图3的步骤158中计算的值以及在图3的步骤160中确认的值的进行显 示。在一个示例中，SCADA系统180被编程，用来根据步骤168、176的 结果传输各种警报/警告。例如，如果具体参数(即pumpeff或kW(a))的 值达到或超出预定的设定值，则可以自动触发警报功能。在至少一个泵 基于预定的设定值要求立即的或急迫的关注(例如，替换)的行动方面， 提供进一步的指示。图3的步骤172，响应于与性能相关的计算值，可以 产生各种其它行动功能。例如，在多泵的系统中，在此描述的系统产生 的行动可以包括提出的泵的重新排序，用于不同的泵运行顺序的优化。 例如，如果计算的实际泵效降至第一预定设定值以下，则除了警报/警告 以外，还会自动产生维护警告以及效率低下的成本估计。如果计算的效 率降至更低的第二预定设定值以下，则自动使泵120下线并引入备用的 或滞后的泵(图未示出)。
如注意到的，图3的步骤176中的警报和/或警告还可以基于预定的 阈值由在此描述的系统自动产生。例如，如果计算的实际泵效低于预定 的设定值，或者如果泵效高于第一具体的设定值，则可以产生警报。可 替换地和/或可以结合起来地，如果对于监控装置136、138、142、146 以及148测量的任何参数来说某些预定的边界条件被超出，则也可以触 发警报。在此描述的系统自动产生的警报或警告可以包括看得见的和/或 听得见的指示，使用SCADA系统180的显示器或通过其它方式(例如， 泵送设施中提供的警报灯、扬声器等)将所述指示提供给用户/操作员。
现在参考图4对确定效率指标的方法的进一步的示例进行描述，所 述效率指标指示一个或多个泵的泵的运行效率。如下文更加详细地描述 的，使用电子处理装置(例如被适当编程的计算机系统)至少部分地执 行这个过程。
在步骤400，可选地，对一个或多个泵确定入口压力的值和出口压力 的值。按照多种方式中的任一种方式确定入口压力的值和出口压力的值， 例如通过从一个或多个传感器(例如上文描述的压力测量装置)接收信 号或者通过计算入口压力的值和出口压力的值。可替代地，入口压力的 值和出口压力的值可以从其它设备预先确定，并被提供给电子处理装置， 例如，通过让处理装置从诸如存储器的储存设备得到入口压力的值和出 口压力的值、从远程监控设备接收指示入口压力的值和出口压力的值的 信号等等。
在步骤410，确定泵的压头。在一个示例中，使用入口压力的值和出 口压力的值之间的差确定压头，相应地，从确定的入口压力的值和出口 压力的值可以计算压头。然而，这并非必需的，在另一个示例中，如上 文所描述的，压头被计算、得到、接收等等。
在步骤420，如上文所论述的，按照任何合适的方式(例如，使用一 个或多个流量测量装置测量或监控的信号)确定泵的流速。可替换地，(例 如)取决于优选的实施方式，流速可以被计算、得到或从远程处理装置 接收。
在步骤430，确定泵的功率消耗，并且可以按照多种方式中的任一种 方式实现该步骤。例如，至少部分地使用从一个或多个传感器(例如功 率计)接收的信号可以确定功率消耗。然而，这并非必需的，可以使用 任何合适的技术来计算、得到、接收或确定功率消耗。
在步骤440，压头、流速、功率消耗用来确定效率指标，所述效率指 标指示泵的泵运行效率。在一个示例中，效率指标被确定为与压头和泵 的流速成比例，并且与功率消耗成反比。可以理解的是，为了确定效率 指标，可以使用一些不同的计算，但是在一个具体的示例中，使用上述 等式确定效率指标。
接下来在步骤450，可以执行额外的控制操作。例如，可以向用户显 示能量效率指标，例如作为运行参数显示的一部分。额外地或者可替代 地，能量效率指标可以与代表泵的期望的最小运行效率的阈值进行比较。 在该示例中，在效率降至该阈值以下的情况下，电子处理装置可以适于 产生警告，例如听得见的或看得见的指示。
在进一步的示例中，电子处理装置根据确定的能量效率指标可以适 于采取行动。例如，在能量效率降至一个阈值以下的情况下，这可以指 示泵错误地运行，相应地，电子处理装置可以适于使泵停止工作或采取 其它行动，例如将泵送操作切换到备用泵等等。
可选地，该方法进一步可以包括以下步骤：确定由泵泵送的流体的 比重和/或确定泵的泵马达效率。按照任何合适的方式可以实现这些步 骤，例如，比重和/或泵马达效率可以由用户(例如)使用合适的输入命 令输入，或者可替代地，比重和/或马达效率可以由远程处理系统提供、 从储存设备(例如存储器)得到、被计算出来等等。
在使用比重的情况下，使用比重和泵马达效率可以确定效率指标。 然而可替换地，仅使用泵马达效率。在一个优选的示例中，使用上述等 式(8)和/或(17)中的任一个可以确定效率指标。
该方法可以手动执行，但是通常要求高级计算，因此通常要求使用 监控装置或其它电子处理装置(例如处理系统)。额外地，该方法上述步 骤(尤其是步骤400至步骤430)的顺序仅仅是解释性的，在实际中，可 以按照任何特定的顺序执行。
可选地，如上文所述的，用于感测一个或多个泵的特性的一个或多 个传感器可以连接到处理系统。就这一点而言，这些特性可以包括入口 压力、出口压力、流量、功率、比重等的一个或多个，使用本领域技术 人员已知的传感器可以确定所有这些特性。
相应地，处理系统适于对来自一个或多个传感器的信号进行监控， 并使用这些信号至少部分地产生针对一个或多个泵的入口压力的值、出 口压力的值、压头、流速以及功率消耗中的任何一个或多个。然而，这 并非必需的，如上文所描述的，压头、流速以及功率消耗可以按照任何 其它合适的方式确定。
处理系统适于确定指示一个或多个泵的泵运行效率的效率指标，并 且可选地，或者显示效率指标或者将效率指标或从其得到的数据传递给 独立的远程装置，用以进行额外的处理、分析或显示、或采取行动(例 如使泵送操作停止等)。相应地，处理系统可以包括能从传感器接收信号 并计算泵效的任何适当形式的电子处理系统或装置。现在参考图5对示 例性处理系统进行描述。
在该示例中，处理系统500包括处理器510、存储器511、输入/输 出(I/O)装置512(例如键盘和显示器)、以及通过总线514连接在一起 的外部接口513。可以理解的是，I/O装置进一步可以包括输入设备(例 如键盘、小型键盘、触摸屏、按钮、开关等)，从而允许用户输入数据。
外部接口513用于将处理系统500连接到外围装置，例如输出设备 520、(可选地)一个或多个传感器、以及诸如通信网络、数据库、其它 储存装置的装置等。出于示例性的目的仅示出了单个外部接口，实际中， 可以提供使用各种方法(例如，以太网，串口，USB，诸如无线电频率网络、移动网络等的无线方式)的多个接口。还应该理解的 是，取决于特定的实施，额外的硬件部件可以并入处理系统500。
还应该理解的是，电子处理装置500可以包括任何合适的电力供应 (图未示出)，例如电池、太阳能电池板等，但是，这并非必需的，可替 代地，电子处理装置500可以适于连接到主电源、电网等。
使用时，处理器510执行储存在存储器511中的应用软件形式的指 令，以确定指示一个或多个泵的泵运行效率的效率指标。相应地，出于 下文描述的目的，应当理解的是，处理系统500执行的行动通常由处理 器510在储存在存储器511中的指令的控制下执行，下文不再对其进行 详细描述。
相应地，应该理解的是，处理系统510可以由任何被适当编程的处 理系统构成，例如被适当编程的PC、内部终端、笔记本电脑、手持式PC、 平板PC、板型PC、iPadTM、移动电话、智能电话、PDA(个人数字助理)、 或其它通信装置。相应地，处理器510可以是任何形式的电子处理装置， 例如微处理器、微型芯片处理器、逻辑门配置、与实施逻辑(例如现场 可编程门阵列FPGA)可选地相关联的固件、控制器、PLC、或能确定效率 指标的任何其它电子装置、系统或布置。额外地，虽然示出了单个处理 系统，但是应该理解的是，功能性可以在一个或多个处理系统(例如互 联的或基于云计算的环境)之间进行分配。可替代地，如上文所述，使 用一个或多个控制器和SCADA系统可以实施处理系统的功能。
应当理解的是，处理系统500进一步可以包括用于向用户呈现指标 的输出设备。就这一点而言，输出设备可以包括任何合适的机制，包括 发光二极管(LED)、诸如扬声器等的发声元件、诸如显示器等的数字显 示设备、诸如USB或以太网端口的电子信号发射元件、无线发射器、或 相似装置。相应地，应当理解的是，输出设备可以产生光(包括彩色光)、 音调的声音、至少一个字母数字字符、图形、图像、无线的电子信号、 有线的电子信号等中的一个或多个。
贯穿说明书和权利要求书的全文，除非上下文要求，词语“包括” 被理解成意味着包含所陈述的整数或一组整数或步骤，但是还包含任何 其它整数或整数组。
本领域技术人员可以理解的是，许多变化和修改将变得很明显。对 本领域技术人员来说很明显的所有这些变化和修改都应被认为落入本发 明在描述之前广泛出现的精神和范围。因此，例如可以理解的是，上文 不同示例的特征可以在适当的情况下互换使用。
图1-图3的部件列表
10  设施
20  泵
24  吸入管线
26  电力线
28  排出管线
30  流量测量装置
32  计
100 设施
120 泵
124 吸入管线
128 排出管线
133 电力线路，泵
136 功率计
138 流量测量装置
142 泵马达速度测量装置
146 压力测量装置
148 压力测量装置
152 控制器
155 测量的参数
157 透射步骤
158 计算步骤
160 解释步骤
164 通信/显示步骤
168 警报步骤
172 行动步骤
176 警报/选择步骤
180 SCADA 系统