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本发明涉及包括可变频驱动装置的泵和用于操作这种泵的方法。本发明的用于操作泵(1)的方法包括步骤：获得指示泵状态的泵(1)的工作参数值，将所述工作参数值从可变频驱动装置(2)传输到控制设备(11)，确定是否符合预定条件，并基于所述预定条件的符合从该控制设备(11)向可变频驱动装置(2)传输指令。此外，描述了一种包括用于执行本发明的方法的软件代码部分的可加载到数字计算机设备的存储器中的计算机程序产品，一种泵(1)，一种泵系统，和一种控制设备(11)。

权利要求书
1.  一种用于操作包括电机(9)和可变频驱动装置(2)的泵(1)的方法，该可变频驱动装置(2)通过连接到所述电机(9)和泵(1)的供电电缆而被设置成控制该电机(9)的工作，该可变频驱动装置(2)包括整流器(5)、反相器(7)和在其之间延伸的DC链接(10)，而且该泵(1)可操作地连接到一个控制设备(11)，该方法的特征在于包括步骤：
-通过传感装置(16)获得指示泵状态的泵(1)的工作参数值，该传感装置(16)被包含在所述可变频驱动装置(2)中并且可操作地连接到所述DC链接(10)，
-将所述工作参数值从可变频驱动装置(2)传输到该控制设备(11)，
-基于所述获得的工作参数值，通过该控制设备(11)确定是否符合预定条件(44，64，84)，和
-基于所述预定条件的符合，从该控制设备(11)向可变频驱动装置(2)发送指令，以根据所述泵状态控制该电机(9)的工作。

2.  如权利要求1所述的方法，其中该获得泵(1)的工作参数值的步骤包括步骤：
-获得以下工作参数中的至少一个的值：DC链接电压水平，DC链接电流水平，电机(9)的转矩，或者电机(9)的功率。

3.  如权利要求1或2所述的方法，还包括步骤：
-通过使用所述至少一个工作参数检测特定的泵状态(44，64，84)。

4.  如权利要求3所述的方法，其中所述泵状态与泵(1)入口处的液体存在相关。

5.  如权利要求4所述的方法，其中该判断是否符合预定条件的步骤包括步骤：
-在一个预定时间周期内以第一速度水平运转(42)泵(1)，
-在一个预定时间周期内以第二速度水平运转(42)泵(1)，和
-基于传感装置(16)分别对于该第一速度水平和第二速度水平所获得的工作参数值，判断电机(9)的功率是否与电机(9)的速度的三次方成比例。

6.  如权利要求4-5中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断符合预定条件，则以预期的速度水平运转(48)泵(1)；或
-如果判断不符合预定条件，则在一个预定时间周期内停止(46)泵(1)的工作。

7.  如权利要求6所述的方法，还包括步骤：如果该泵(1)是以该预期的速度水平运转，
-检验(50)在泵(1)入口处的液体存在，
-通过传感装置(16)获得该泵(1)的工作参数值，
-将所述工作参数值从该可变频驱动装置(2)传输到该控制设备(11)，
-通过该控制设备(11)基于所述获得的工作参数值判断是否符合第二预定条件，和
-基于所述第二预定条件的符合，从该控制设备(11)向该可变频驱动装置(2)传输指令以控制该电机(9)的工作。

8.  如权利要求7所述的方法，其中该判断是否符合第二预定条件的步骤包括步骤：
-将该获得的工作参数值与一个预定参考水平相比较。

9.  如权利要求7-8中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断符合该第二预定条件，则以该预期的速度水平运转(48)泵(1)；或
-如果判断不符合该第二预定条件，则在一个预定时间周期内停止(52)泵(1)的工作。

10.  如权利要求2所述的方法，还包括步骤：
-将至少一个工作参数值保持在基本恒定的水平。

11.  如权利要求10所述的方法，其中判断是否符合预定条件的步骤包括：
-以预期的速度水平运转(62)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否低于该电机(9)的功率的预定参考水平。

12.  如权利要求10-11中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(62)泵(1)；或
-如果判断符合预定条件，则计算(66)到达该电机(9)的功率的预定参考水平所需的电机(9)速度，
-以所述计算的速度运转该泵(1)。

13.  如权利要求12所述的方法，还包括步骤：如果该泵(1)是以该计算的速度运转，则：
-将该计算的泵(1)速度与该泵(1)的预设最大速度比较(68)，和
-如果该计算的速度低于该预设最大速度，则以所述计算的速度运转(70)该泵(1)，或
-如果该计算的速度高于该预设最大速度，则以所述预设最大速度运转(72)该泵(1)。

14.  如权利要求3所述的方法，其中所述泵状态与该泵(1)的阻塞相关。

15.  如权利要求14所述的方法，其中判断是否符合预定条件的步骤包括：
-以预期的速度水平运转(82)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否高于该电机(9)的功率的预定参考水平。

16.  如权利要求14-15中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(82)泵(1)；或
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转(86)泵(1)；和
-如果判断符合预定条件，则在所述反向工作的预定时间周期之后，以该预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。

17.  如权利要求16所述的方法，还包括步骤：
-如果该电机(9)的功率高于该电机(9)的功率的预定参考水平，则重复所述判断步骤，和
-重复如权利要求16所述的步骤。

18.  如权利要求14所述的方法，其中在该泵(1)的工作期间定期执行以下步骤：
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转泵(1)；和
-在所述反向工作的预定时间周期之后，以预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。

19.  可加载到数字计算机设备的存储器(13)中的计算机程序产品(14)，包括当所述计算机程序产品(14)在所述数字计算机设备上运行时执行权利要求1-18中之一的方法的软件代码部分。

20.  一种包括电机(9)和可变频驱动装置(2)的泵(1)，该可变频驱动装置(2)通过连接到所述电机(9)和泵(1)的供电电缆而被设置成控制该电机(9)的工作，该可变频驱动装置(2)包括整流器(5)、反相器(7)和在其之间延伸的DC链接(10)，而且该泵(1)可操作地连接到控制设备(11)，其特征在于，所述可变频驱动装置(2)包括传感装置(16)，其可操作地连接到所述DC链接(10)并且被设置成获得指示泵状态的泵(1)的工作参数值，该可变频驱动装置(2)被设置成将所述工作参数值传输到该控制设备(11)，并且该控制设备(11)被设置成基于所述获得的工作参数值判断是否符合预定条件，并且基于所述预定条件的符合向该可变频驱动装置(2)传输指令，以根据所述泵状态控制该电机(9)的工作。

21.  如权利要求20所述的泵，其中所述控制设备(11)适于获得以下工作参数中至少一个的值：DC链接电压水平，DC链接电流水平，电机(9)的转矩，或者电机(9)的功率。

22.  如权利要求21所述的泵，其中所述控制设备(11)适于：
-在一个预定时间周期内以第一速度水平运转泵(1)，
-在一个预定时间周期内以第二速度水平运转泵(1)，和
-基于传感装置(16)分别对于该第一速度水平和第二速度水平所获得的工作参数值，判断电机(9)的功率是否与电机(9)的速度的三次方成比例。

23.  如权利要求22所述的泵，其中所述控制设备(11)适于：
-如果判断符合预定条件，则以预期的速度水平运转泵(1)；或
-如果判断不符合预定条件，则在一个预定时间周期内停止泵(1)的工作。

24.  如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-将至少一个工作参数值保持在基本恒定的水平。

25.  如权利要求24所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-以预期的速度水平运转泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否低于该电机(9)的功率的预定参考水平。

26.  如权利要求24或25所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(62)泵(1)；或
-如果判断符合预定条件，则计算(66)到达该电机(9)的功率的预定参考水平所需的电机(9)速度，
-以所述计算的速度运转该泵(1)。

27.  如权利要求26所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-将该计算的泵(1)速度与该泵(1)的预设最大速度比较(68)，和
-如果该计算的速度低于该预设最大速度，则以所述计算的速度运转(70)该泵(1)，
-如果该计算的速度高于该预设最大速度，则以所述预设最大速度运转(72)该泵(1)。

28.  如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-以预期的速度水平运转(82)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断(84)该电机(9)的功率是否高于该电机(9)的功率的预定参考水平。

29.  如权利要求28所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转泵(1)；或
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转(86)泵(1)；和
-如果判断符合预定条件，则在所述反向工作的预定时间周期之后，以该预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。

30.  如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于在该泵(1)工作期间定期执行：
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转泵(1)；和
-在所述反向工作的预定时间周期之后，以预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。

31.  包含如权利要求20-30中任一个所述的泵的泵系统。

32.  如权利要求31所述的泵系统，还包括含有输入装置(24)和显示装置(26)的操作员单元(22)，其适于提供与该泵(1)的工作相关的信息。

33.  一种用于包括电机(9)和可变频驱动装置(2)的泵(1)的控制设备(11)，该可变频驱动装置(2)通过连接到所述电机(9)和泵(1)的供电电缆而被设置成控制该电机(9)的工作，该可变频驱动装置(2)包括整流器(5)、反相器(7)和在其之间延伸的DC链接(10)，而且该泵(1)可操作地连接到所述控制设备(11)，其特征在于，所述控制设备(11)被设置成从该包括传感装置(16)的可变频驱动装置(2)接收指示泵状态的泵(1)的工作参数值，该传感装置(16)可操作地连接到所述DC链接(10)并且被设置成获得所述工作参数值，而且该控制设备(11)被设置成基于所述获得的工作参数值判断是否符合预定条件，并且基于所述预定条件的符合向该可变频驱动装置(2)传输指令，以根据所述泵状态控制该电机(9)的工作。

说明书泵控制系统
技术领域
[0001]本发明一般涉及泵领域，更特别地，本发明涉及包括可变频驱动装置的泵。此外，本发明还涉及一种操作这种泵的方法。
发明背景和现有技术
[0002]包括可变频驱动装置的泵，例如污水泵、排泄泵和脱水泵以及潜水泵，通常是用于在采矿应用例如矿井、油井中，在建筑工地，或者在其他应用中抽吸流体。通常，当潜水泵工作时和断开时，在较长的时间期间都被整体或部分浸在水中。
[0003]泵一般会遇到特别是潜水泵会遇到的一个问题是所谓打鼾操作，意思是泵吸取的一部分是液体一部分是空气。这是由于液面降到了泵所需要的水平面以下，导致泵开始吸取部分空气。从这时起，泵不再有生产能力，并且多余地消耗能量。积水遗留在矿井或油井中，并且颗粒开始沉淀和累积在泵的水管中。只要泵处于这种打鼾状态，那些颗粒就会逗留在水管中并且导致叶轮、抽吸盖、密封垫等的额外磨损。这种低效率的泵吸导致该泵的整体工作成本显著增加。此外，这种打鼾操作还会导致该泵电动机由于过热而受损。在某些应用中，为了克服该打鼾问题，使用传感器例如液面切换器来探测井内的流体液面。然而，这些液面传感器例如会由于与流体中的物体例如树枝相撞而被妨碍或发生液面变化，从而在这种情况下发送一个错误信号。
[0004]授予Struthers的US 6481973公开了一种针对上述问题的一部分的泵系统。即使这种泵系统包括可变频驱动装置，它利用了另一种控制方法来检测液面是否降到预定水平以下，从而作为对于液面切换器的补充。更准确地，这种泵系统检测是否发生电动机速度的突然增加或者电动机转矩的突然减小。所述电动机的操作由一个传感器监视，该传感器连接到从该可变频驱动装置延伸到电动机的AC输出连接。然而，这种泵系统具有许多缺点。在电动机速度增加较慢的情况下，该系统不会将该变化识别为泵空运行的指示。在另一情况下，该泵系统不能检测到在泵启动时的液面是否足够高以进行泵操作，因为在这种状态下不会存在电动机速度的突然增加或者电动机转矩的突然减小。因而，该泵将会运行相当长的时间直到它由于过热而断电，并且该泵还存在严重受损的风险。
[0005]在许多应用中，例如上述应用中，泵在一个动态环境中工作，从而泵应当能够在一个较大的落差/压力范围内高效工作。泵的落差(head)对应于泵的高度，使用给定的功率，能够提升给定量的液体例如水，参见图3，其中用线30表示一条典型的泵曲线。在低流动(Q)时，泵功率的利用度会减小。因而，泵能够具有较高的(增加的)泵功率利用度同时具有更低的流动将是一个优点。
[0006]另一个经常发生的问题是进风口和/或叶轮堵塞，特别是当泵已经在一个很长时间周期内处于断电状态时，这主要是由于流体中的颗粒引起的，该颗粒沉积在进风口和叶轮中并且形成具有相对较厚或紧密黏稠度的淤泥。这样就相应地使得需要较大的泵电机起动转矩以便起动泵叶轮的旋转。常常需要最大的起动转矩以启动该旋转，并且电机必须在一个很长的时间周期内以最大转矩工作。这就消耗了大量的能量并且磨损了泵叶轮和电机。当泵已经处于断电状态很长时间时，即使是最大起动转矩也不够用，在这种情况下必须对泵进行人工清洁。此外，泵在运转期间也会被例如吸入到叶轮中的颗粒堵塞。从而，在这种环境中工作的泵的可靠性较低。
[0007]上述根据授予Struthers的US 6481973的泵系统也是针对这个问题的。然而，这种方法错误地致力于即使在判断泵被堵塞时仍然保持电机运转。更准确地，如果对于给定的电机速度，检测到了一个不可接受的高电机转矩，该泵系统将降低电机速度，同时增加可接受电机转矩的水平。其目的是得到一种能够克服固体物质的强度的更有力的泵，但是具有严重污染物的更有力的泵将会导致对于叶轮、叶轮座、叶轮外壳等的破坏。
[0008]包括常规可变频驱动装置的泵的另一个已知问题是，该可变频驱动装置通常被安装在远离泵的地上的干燥地点。更准确地，这就需要一条从可变频驱动装置延伸到泵电机的较长的功率电缆，这对于常规的可变频驱动装置来说会导致电磁干扰的严重问题。在上述授予Struthers的US 6481973中，该可变频驱动装置被安装在泵壳体内，更准确地是在连接到电极的板上。然而，在这种情况下，可变频驱动装置的工作会受到电机所发出的热的不利影响，它会导致可变频驱动装置的错误操作。
[0009]因此需要一种改进的泵和相对于能量消耗和泵耐用性以高效方式控制这种泵的改进的控制方法。
发明概述
[0010]因此，本发明的一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种相对于在变化泵落差情况下的泵性能的高效方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0011]本发明的另一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种相对于能量消耗的高效方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0012]本发明的另一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种相对于泵耐用性的高效方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0013]本发明的另一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种减少泵磨损和延长泵寿命的方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0014]本发明的另一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种环境高效方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0015]本发明的另一个目的是提供一种改进的泵，一种包括这种泵的泵系统，计算机程序，用于这种泵的控制设备，以及以一种相对于起动可靠性和工作期间可靠性的高效方式控制这种泵和泵系统的方法。
[0016]根据本发明，这些和其他目的是通过提供一种具有在独立权利要求中限定的特征的改进的泵、包括这种泵的泵系统、计算机程序、用于这种泵的控制设备、以及用于控制这种泵和泵系统的方法来实现的。在从属权利要求中限定了优选的实施方式。
[0017]在本发明的上下文中，术语“泵速”被定义为泵在每个时间单元内的转数。
[0018]根据本发明的第一方面，提供一种用于操作包括电机和可变频驱动装置的泵的方法，该可变频驱动装置通过连接到所述电机和泵的供电电缆而被设置成控制该电机的工作，该可变频驱动装置包括整流器、反相器和在其之间延伸的DC链接，而且该泵可操作地连接到一个控制设备。该方法包括步骤：
-通过传感装置获得指示泵状态的泵工作参数的值，该传感装置被包含在所述可变频驱动装置中并且可操作地连接到所述DC链接，
-将所述工作参数值从可变频驱动装置传输到该控制设备，
-基于所述获得的工作参数值，通过该控制设备确定是否符合预定条件，和
-基于所述预定条件的符合，从该控制设备向可变频驱动装置发送指令，以根据所述泵状态控制该电机的工作。
[0019]根据本发明的第二方面，提供一种被设置成根据上述方法工作的泵。
[0020]根据本发明的第三方面，提供一种可以加载到数字计算机设备的存储器中的计算机程序产品，包括用于当该计算机程序产品在计算机设备商运行时执行根据本发明的第一方面的方法的软件代码部分。
[0021]根据本发明的第四方面，提供一种包括根据本发明的第二方面的泵的泵系统。
[0022]根据本发明的另一方面，提供一种用于根据本发明的第二方面的泵的控制设备。
[0023]因此，本发明是基于从可变频驱动装置基本上连续获得泵的工作参数值的想法，该工作参数指示泵状态，并且是以一种容易、廉价同时具有较高准确性的方式测量；以及基于该获得的工作参数值而控制该可变频驱动装置，其中根据所述泵状态调节电机的工作。从而，该泵以一种相对于变化流动时的输出量、能量消耗和泵耐用性的高效方式工作。而且，由于减少了对于泵部件例如叶轮和密封垫的磨损，所以能够延长泵的寿命。由于控制该泵和泵系统以及可变频驱动装置所需的所有信息都是从可变频驱动装置获得的，所以不需要任何外部传感器。
[0024]根据本发明的一个优选实施例，该工作参数可以是：可变频驱动装置的DC链接电压，可变频驱动装置的DC链接电流，电机速度，等等。通过这些工作参数可以确定电机功率、电机转矩或者其他适当的量。
[0025]在本发明的一个优选实施例中，基于该获得的工作参数值确定泵的空运行事件，例如将不同电机速度时的电机功率与预定的参考值比较。如果已经确定电机功率低于该预定的参考水平，那么就在预定长度的时间周期内停止该泵电机的工作。而且，当已经经过该预定的时间周期并且再次执行相同的检查直到符合预定条件时，重新启动电机。因此，解决了如上所述导致泵特别是叶轮额外磨损、导致泵电机过热并且导致不必要的能量消耗的打鼾操作问题，从而得到一种针对能量消耗和耐用性的操作包括可变频驱动装置的泵的高效方式。此外，由于显著减少了对于泵部件例如叶轮、密封垫和抽吸盖的磨损，从而可以延长泵的寿命。
[0026]在本发明的一个替代实施例中，电机功率被保持在基本不变的水平。将该获得的工作参数值与该工作参数的预定参考水平相比较，如果该工作参数值低于该预定参考水平，那么计算获得该预定功率水平所需的电机速度；使该泵以该计算的速度运转。优选地，将该计算的速度与该泵的预定最大允许速度相比较，如果该计算的速度高于该泵的预定最大速度，那么使该泵以该预定最大速度运转。从而解决了在较大范围的流动中保持泵功率的较高利用度的问题。如图3中的线32所示，可以利用根据所述第二方面的方法使泵落差/压力增加20％到30％。因而，通过增加泵电机速度将获得与常规泵相比更低的流动和更高的泵落差。因此，获得了一种相对于在变化泵落差时的泵性能的操作包括可变频驱动装置的泵的高效方式。
[0027]根据本发明的另一实施例，执行泵是否堵塞的检测；如果检测到泵被堵塞，那么在预定长度的时间周期内以预定速度反向运转泵。然后停止泵并且以正常方向启动。而且，重复该反向运转泵叶轮、停止以及改变工作方向的步骤直到检测到堵塞状态已消除。因此，解决了可能由流体中的颗粒沉积在进风口和叶轮中并形成具有相对较厚或坚固稠度的淤泥而导致进风口和/或泵外壳堵塞或阻塞的问题。由于该泵以重复方式反复向后和向前运转，所以可以有效地消除堵塞。从而增加了起动可靠性。此外，这个实施例提供了一种相对于能量消耗和耐用性的操作包括可变频驱动装置的泵的高效方式，因为减少了特别是该泵叶轮的磨损。此外，可以以一种高效的方式消除该堵塞状态，也可以减少该泵的能量消耗。
[0028]如本领域技术人员可以认识到的，根据本发明的方法及其优选实施例适于实现或实施为一种计算机程序或计算机可读介质，优选地在一个控制设备或泵或泵系统的处理装置的结构内。
[0029]根据阅读以下说明并结合附图，将会更好地理解限定本发明的特征，不论是结构上的还是操作方法上的，以及其他目的和优点。可以清楚地认识到，附图是用于示例和说明的目的，并不是要作为对于本发明的限制性定义。随着以下阅读说明并结合附图，本发明所实现的这些和其他目的以及所提供的优点将变得更加完全清楚。
附图说明
[0030]根据以下仅仅示例性的对于优选实施例的详细说明并结合附图，本发明的上述和其他特征和优点将变得清楚。其中：
图1示意性示出了根据本发明的泵的一个实施例；
图2示意性示出了根据本发明的泵系统的一个实施例；
图3示出了常规泵和根据本发明工作的泵的泵曲线；
图4示出了根据本发明的一个实施例的方法的原理；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的方法的原理；
图6示出了根据本发明的另一个实施例的方法的原理；
图7示意性示出了根据本发明的泵和用于这种泵的控制设备的另一实施例；
图8示意性示出了根据本发明的泵和用于这种泵的控制设备的另一实施例；
图9示意性示出了根据本发明的泵和泵系统的另一实施例。
本发明的优选实施例详细说明
[0031]以下将描述用于操作泵和泵系统的方法的优选实施例。
[0032]首先参照图1，将描述根据本发明的泵的第一实施例。为了示例的目的，下文中所述的本发明的实施例是用于现有的包括可变频驱动装置的潜水泵中。但是，如本领域技术人员很容易认识到的，本发明还可以用于其它类型的泵中，例如污水泵，排泄泵，脱水泵等。
[0033]图1的潜水泵1包括可变速单元2，优选为通过连接电缆3连接到提供例如单相电压或三相电压的电源(未示出)的可变频驱动装置(VFD单元)。现有技术中包括VFD单元的泵仅被设计成接收大约200V到大约250V的范围内的功率供给，与此不同，根据本发明的泵1能够接收大约90V到大约250V的范围内的功率供给。因而，本发明的泵1可以用于具有大约110V标准功率供给的国家/地区和具有大约230V标准功率供给的国家/地区。另外，现有技术中的泵设计成被供给具有50Hz或60Hz频率的电流，这是用于不同国家和/或一个国家中的不同地区的已知标准。然而，本发明的泵被设计成用于许多不同的国家，即输入频率可以至少在50-60Hz的范围内，但是实际上，本发明的泵可以处理任何可用频率。因此，一个给定的泵可以被用于连接到许多不同的电源，即给定的泵是一个将要投入工作的全球可用的泵。
[0034]VFD单元2包括被设置在连接电缆3上以滤除输入中的电磁干扰的电磁干扰滤波器4(EMI滤波器)。连接电缆3连接到泵1的供电电缆。EMI滤波器4连接到整流器5，其相应地通过包括电容器6的DC链接10连接到变频器或反相器7。反相器7将DC电流转换为三相电流并通过连接8供给到泵电机9。VFD单元2的功能和组件和部件是本领域技术人员公知的，因此这里不再更详细地对它们进行描述。
[0035]很重要的是，VFD单元2被设置成与电机9热屏蔽，同时设置在一个与所抽吸的流体热传导的装置中，从而使得VFD单元2的温度在工作期间保持在较低水平，这就消除了错误来源。
[0036]控制设备11被设置成可操作地连接到泵1，并且通过传输总线(未示出)与VFD单元2通信连接，并且控制或驱动泵1以便例如增加或减少电机9的速度从而抽吸更多或更少量的液体例如水。另外，VFD单元2包括传感装置16，其可操作地连接到所述DC链接10，并且被设置成获得表示泵状态的泵1的工作参数值。
[0037]VFD单元2被设置成将所述工作参数值传输到控制设备11，根据本发明的一个优选实施例，该工作参数可以是：DC链接电压，DC链接电流，电机速度，等等。通过这些工作参数，可以确定泵1或电机9的功率，电机9的转矩，或者其他适当的量。控制设备11被设置成基于所述获得的工作参数值判断是否符合预定条件，并且基于所述预定条件的符合而向VFD单元2传输指令，从而根据所述泵状态来控制电机9的工作。
[0038]控制设备11相应地由包括存储装置13的处理装置12控制。存储装置13可以包括随机存取存储器(RAM)和/或非易失性存储器例如只读存储器(ROM)。在这个实施例中，存储装置13包括计算机程序14，其含有用于使得计算机或微处理器例如处理装置12触发根据本发明的方法步骤的指令。如本领域技术人员将会认识到的，存储装置可以包括用于临时和/或永久存储数据的各种物理设备，包括固态、磁、光合组合设备。例如，存储设备可以使用一个或多个物理设备来实施，例如DRAM、PROMS、EPROMS、EEPROMS、闪存等。
[0039]现在参照图2，将描述本发明的一个替代实施例。在这个实施例中，控制设备11被设置成通过接口单元(未示出)与操作员单元22连接，操作员单元22包括键盘24形式的输入装置，其允许操作员输入例如控制命令，以及显示装置或屏幕26，用于给出与泵操作相关的信息，例如工作参数的时间历史、或者泵的状态信息。在一个实施例中，操作员单元22是个人计算机。泵1和操作员单元22之间的通信链接可以是无线链接或硬线链接。此外，操作员单元22可以相应地连接到通信网络例如因特网。通过操作员单元22，操作员能够通过显示器26监视泵的操作以及与操作相关的不同工作参数。根据另一实施例，显示器是触摸敏感屏，在这种情况下，可以在屏幕上设置多个软键(soft-keys)以便在显示器26上给出的不同界面上提供不同的命令。另外，操作员单元可以包括存储装置(未示出)，该存储装置相应地包括随机存取存储器(RAM)和/或非易失性存储器例如只读存储器(ROM)。如本领域技术人员将会认识到的，存储装置可以包括用于临时和/或永久存储数据的各种物理设备，包括固态、磁、光合组合设备。例如，存储设备可以使用一个或多个物理设备来实施，例如DRAM、PROMS、EPROMS、EEPROMS、闪存等。
[0040]泵1的运行数据例如工作参数，如运行时间、开始次数、能量消耗和警报数据以及服务记录，可以被获得并存储在存储装置13中的记录文件中。该记录文件可以通过操作员单元22提供给操作员。而且，该记录文件可以被下载到操作员单元22中用于例如存储。
[0041]当然，控制设备11有多个可以想到的设计，例如该控制设备可以通过处理器实现，该处理器中包括用于执行根据本发明的方法的可编程指令。根据另一实施例，该控制设备是以微芯片等数据载体的形式实施，其中包括适于执行上面和下文中所述功能的软件。此外，在图7-9中示出了本发明的替代实施例。使用相同的参考数字来表示图1、2和7-9中的相似部件和/或设备。在图7中，控制设备11被密封在一个气密外壳中，并且被设置在泵外壳的外表面上。控制设备11可以以多种方式粘附或固定在该外壳上。例如，设备11可以通过螺钉固定。在图8中，控制设备11是采用了适于插入在控制设备接收单元15中的插件单元的形式。在图9中，控制设备11被设置在控制面板22上。
[0042]现在参照图4，将描述根据本发明的第一方面用于操作泵的方法的一般原理。根据本发明的第一方面处理了打鼾操作问题或空运行操作问题，如上所述其导致泵部件例如叶轮和密封垫的磨损增加，会导致泵电机过热并且导致不必要的能量消耗。此外，泵电机被设计成当它们在液体中抽吸和工作时提供最优性能，从而延长的空运行操作会破坏泵电机。因此，本发明的第一方面提供了一种高效操作包括VFD单元2的泵1的方式，如参照图1-2和7-9中任一个相对于能量消耗、泵寿命和耐用性所描述的。
[0043]首先，在步骤40，初始化泵的操作，即起动泵1。然后在步骤42和44，判断是否符合预定条件。例如，在步骤42，泵在一个预定时间周期内以第一速度水平工作，并且在一个预定时间周期内以第二速度水平工作。优选地，所述第一速度水平和所述第二速度水平是低速水平。对于每个速度水平，确定电机9的功率，然后在步骤44，使用该两个速度水平和由其中每个得到的功率来验证电机9的速度和电机功率之间的关系是否近似为三次函数(如果该电机功率与电机速度的三次方成比例)。如果该关系是三次函数，那么该泵1可以在正常操作中运转，如果该关系不是三次关系，那么就表示泵1抽吸空气，并且判断液面太低，泵不能以预期的速度水平运行。该判断在控制设备11中例如处理装置12中执行。应当指出的是，该速度水平和所得功率之间的关系不必须是三次方，对于其他流体混合物例如液体和气体，其他指数也是适合的。
[0044]在步骤44，如果判断液面不足够，该算法继续到步骤46，这里，控制设备11向VFD单元2发送指令以在一个预定时间周期内停止/暂停泵的工作，例如几分钟，也许是大约2分钟。当该时间周期结束时，该算法返回步骤42。
[0045]另一方面，如果在步骤44判断液面足够，该算法继续到步骤48，这里将泵1的速度增加到预期速度。从而，现在泵可以以正常方式工作。
[0046]为了避免打鼾操作，基本上连续地验证泵1在工作期间不抽吸空气。因此，在步骤50，通过判断是否符合第二预定条件来检验液面是否仍然足够，即泵1是否部分或主要吸取空气或者是抽吸液体。这是在基本连续的基础上进行的。为了执行该检验，通过VFD单元2的传感装置16获得适当的工作参数值，该值被传输到控制设备11。例如，可以直接使用DC链接电压、DC链接电流等，或者可以使用其来确定例如电机9的转矩或优选地是电机9的功率。电机9在工作期间的功率突然下降表示泵1抽吸空气而不是液体。
[0047]例如，第二个条件是例如电机9的功率和存储在存储装置13中的预定参考水平之间的比较，如果该电机的功率低于该预定参考水平，就判定液面太低。优选地，该预定水平可以是用于电机9当前速度的电机最大功率的大约70％。替代地，可以定期地在步骤48和步骤50之间执行与步骤42可比较的步骤，以判断液体当前是否在泵1的入口处。
[0048]如果判定在泵入口处的液面足够，即电机9的功率高于该预定水平，那么算法返回步骤48。另一方面，如果判定在泵入口处的液面太低，即该电机的功率低于该预定水平，那么代替地，算法继续到步骤52，停止该泵的工作。然后，算法继续到步骤46，在一个预定的时间周期内持续停止泵的工作。当该暂停周期结束后，算法继续到步骤42。
[0049]现在参照图5，将描述根据本发明第二方面的操作泵的方法的一般原理。根据本发明的方法的第二方面解决了在较大的流动范围上将泵功率维持在基本恒定的水平上的问题。如图3中的线32所示，可以通过根据本发明的方法使得泵落差/压力增加20％到30％。通过调节电机速度而相对于变化的泵落差将该泵功率维持在基本恒定的水平。由于泵在低流动时的工作更高效，可以使用更小的泵来抽吸给定量的液体，并且还可以减少泵的磨损。本发明的泵是一个被设计成用于具有变化要求的许多不同应用的普遍适用的泵。对于给定的泵和变化的泵落差，通过调节电机速度可以获得较高的泵性能。从而，本发明的第二方面提供了一种相对于能量消耗和耐用性而高效地操作如参照图1-2和7-9中任一个所述的包括VFD单元2的泵的方式。
[0050]首先，在步骤60，初始化泵的操作，即起动泵1。然后在步骤62，以预定速度水平运转泵。基本连续地监视泵的工作参数并且通过VFD单元2的传感装置16获得对应于该工作参数的值，将该值传输到控制设备11。例如，可以直接使用DC链接电压、DC链接电流等，或者可以使用其来确定例如电机9的转矩或优选地是电机9的功率。在步骤64，在控制设备11中，将例如电机9的功率和存储在例如处理装置12的存储装置13中的预定参考水平例如电机9的额定功率进行比较。如果在步骤64，该电机的功率低于该预定参考水平，算法返回步骤62，并且将泵的工作保持在所述预定的速度水平。另一方面，如果判定电机功率水平低于该预定水平，算法继续到步骤66，其中在处理装置12中计算到达电机预定功率水平所需的速度。
[0051]然后，在步骤68，将该计算的速度与预设最大速度想比较。如果发现该计算的速度高于该预设最大速度，算法继续到步骤70，这时控制设备11向VFD单元2传输指令从而以该预设最大速度运转电机9，并且算法返回步骤64。如果发现该计算的速度低于预设最大速度，则算法继续到步骤72，控制设备11向VFD单元2传输指令从而以该计算的速度运转电机9。然后，算法继续到步骤64继续该过程。通过将电机功率保持在基本恒定的水平，可以如图3中的线32所示在低流动时增加落差/压力。
[0052]现在转到图6，将描述根据本发明第三方面的操作泵的方法的一般原理。根据本发明的方法的第三方面解决了泵1的进风口和/或叶轮阻塞或堵塞的问题，这是由于该流体中的颗粒沉积在进风口和叶轮中并且形成了具有相对厚度或固体稠度的淤泥而导致的。因此，需要泵电机具有较大的起动转矩以启动泵叶轮的旋转。这就消耗了大量的能量，并且对泵叶轮和电机造成磨损。当泵处于断电状态较长周期时，即使是最大起动转矩也不足够，在这种情况下，需要人工清洁泵，因此在这种环境中工作的泵的起动可靠性较低。因此，本发明的第三方面提供了一种相对于能量消耗、耐用性和起动可靠性而高效操作如参照图1-2和7-9中任一所述的包括VFD单元2的泵的方式。
[0053]首先，在步骤80，初始化泵的操作，即起动泵1。然后在步骤82，以预定速度水平运转泵。然后，在步骤84，检验泵是否阻塞/堵塞。这可以是以以下两种方式执行的例子。一种方式是例如测量泵的工作参数并且将其与例如预定参考水平相比较，例如确定电机9的功率并将其与电机9的功率的预定参考水平例如电机9的额定功率相比较。如果该测量的电机功率高于该预定参考水平，那么它就是一个阻塞/堵塞状态的指示。第二种方式是监视可变频驱动装置2的警报功能，并且将指示DC链接过载电流的警报用作阻塞/堵塞状态的指示。
[0054]如果在步骤84，判定泵1未阻塞，该算法返回步骤82，其中维持泵1的工作。另一方面，如果判定泵1被阻塞，则算法继续到步骤86，这时控制设备11向VFD单元2传输指令以便在一个预定时间周期内以第一速度反向驱动叶轮。在该预定时间周期之后，停止泵1，然后再次以前向旋转方向运转。优选地，这个循环持续大约1-10秒。然后，在步骤88，检验该阻塞状态是否消除，如上述在步骤84所执行的。如果没有，则该过程返回步骤86。重复该循环直到消除该阻塞状态。如果已经消除该阻塞状态，那么算法返回步骤82。
[0055]为了防止泵1在正常工作期间阻塞，可以定期执行以下过程：在具有预定长度的时间周期内以预定速度反向运转泵1，在所述周期之后停止泵1并在其正常旋转方向上运转泵1。从而可以可以进一步改善泵的工作可靠性。
[0056]现在参照图3。参考数字30和32所示线是一特定泵1的液体流动和落差比率的示例，该泵1被提供一来自VFD单元2的具有60Hz频率的3相电压。60Hz是某些国家的标准电源频率，但是通过VFD单元2也可以相应地增加该水平，例如达到150Hz，这样使得所述线30、32更多或更少地向上偏离图3的曲线图，并且可以将一个特定泵用于非常变动的应用和条件。
本发明的可能修改
[0057]虽然这里为了说明和示例的目的而显示和描述了特定的实施例，但是本领域普通技术人员可以理解，可以用大量的替代和/或等效实施方式来替换所示和所述的特定实施例而不脱离本发明的范围。本领域技术人员很容易认识到，本发明能够以大量的实施方式实施，包括硬件和软件实施方式或其组合。例如，可以通过包含在微芯片或相似的数据载体上的适当软件来获得和执行上述的许多功能。这种应用将覆盖这里所述优选实施例的任何修改和改变。因此，本发明是由所附权利要求及其等效物的表述来限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1. 一种用于操作包括电机(9)和可变频驱动装置(2)的泵(1)的方法，该可变频驱动装置(2)通过连接到所述电机(9)和泵(1)的供电电缆而被设置成控制该电机(9)的工作，该可变频驱动装置(2)包括整流器(5)、反相器(7)和在其之间延伸的DC链接(10)，而且该泵(1)可操作地连接到一个控制设备(11)，该方法的特征在于包括步骤：
-通过传感装置(16)获得指示泵状态的泵(1)的工作参数值，该传感装置(16)被作为一个部件包含在所述可变频驱动装置(2)中并且可操作地连接到所述DC链接(10)，
-将所述工作参数值从可变频驱动装置(2)传输到该控制设备(11)，
-基于所述获得的工作参数值，通过该控制设备(11)确定是否符合预定条件(44，64，84)，和
-基于所述预定条件的符合，从该控制设备(11)向可变频驱动装置(2)发送指令，以根据所述泵状态控制该电机(9)的工作。
2. 如权利要求1所述的方法，其中该获得泵(1)的工作参数值的步骤包括步骤：
-获得以下工作参数中的至少一个的值：DC链接电压水平，DC链接电流水平，电机(9)的转矩，或者电机(9)的功率。
3. 如权利要求1或2所述的方法，还包括步骤：
-通过使用所述至少一个工作参数检测特定的泵状态(44，64，84)。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述泵状态与泵(1)入口处的液体存在相关。
5. 如权利要求4所述的方法，其中该判断是否符合预定条件的步骤包括步骤：
-在一个预定时间周期内以第一速度水平运转(42)泵(1)，
-在一个预定时间周期内以第二速度水平运转(42)泵(1)，和
-基于传感装置(16)分别对于该第一速度水平和第二速度水平所获得的工作参数值，判断电机(9)的功率是否与电机(9)的速度的三次方成比例。
6. 如权利要求4-5中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断符合预定条件，则以预期的速度水平运转(48)泵(1)；或
-如果判断不符合预定条件，则在一个预定时间周期内停止(46)泵(1)的工作。
7. 如权利要求6所述的方法，还包括步骤：如果该泵(1)是以该预期的速度水平运转，
-检验(50)在泵(1)入口处的液体存在，
-通过传感装置(16)获得该泵(1)的工作参数值，
-将所述工作参数值从该可变频驱动装置(2)传输到该控制设备(11)，
-通过该控制设备(11)基于所述获得的工作参数值判断是否符合第二预定条件，和
-基于所述第二预定条件的符合，从该控制设备(11)向该可变频驱动装置(2)传输指令以控制该电机(9)的工作。
8. 如权利要求7所述的方法，其中该判断是否符合第二预定条件的步骤包括步骤：
-将该获得的工作参数值与一个预定参考水平相比较。
9. 如权利要求7-8中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断符合该第二预定条件，则以该预期的速度水平运转(48)泵(1)；或
-如果判断不符合该第二预定条件，则在一个预定时间周期内停止(52)泵(1)的工作。
10. 如权利要求2所述的方法，还包括步骤：
-将至少一个工作参数值保持在基本恒定的水平。
11. 如权利要求10所述的方法，其中判断是否符合预定条件的步骤包括：
-以预期的速度水平运转(62)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否低于该电机(9)的功率的预定参考水平。
12. 如权利要求10-11中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(62)泵(1)；或
-如果判断符合预定条件，则计算(66)到达该电机(9)的功率的预定参考水平所需的电机(9)速度，
-以所述计算的速度运转该泵(1)。
13. 如权利要求12所述的方法，还包括步骤：如果该泵(1)是以该计算的速度运转，则：
-将该计算的泵(1)速度与该泵(1)的预设最大速度比较(68)，和
-如果该计算的速度低于该预设最大速度，则以所述计算的速度运转(70)该泵(1)，或
-如果该计算的速度高于该预设最大速度，则以所述预设最大速度运转(72)该泵(1)。
14. 如权利要求3所述的方法，其中所述泵状态与该泵(1)的阻塞相关。
15. 如权利要求14所述的方法，其中判断是否符合预定条件的步骤包括：
-以预期的速度水平运转(82)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否高于该电机(9)的功率的预定参考水平。
16. 如权利要求14-15中任一个所述的方法，其中从控制设备(11)传输到可变频驱动装置(2)的指令是：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(82)泵(1)；或
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转(86)泵(1)；和
-如果判断符合预定条件，则在所述反向工作的预定时间周期之后，以该预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括步骤：
-如果该电机(9)的功率高于该电机(9)的功率的预定参考水平，则重复所述判断步骤，和
-重复如权利要求16所述的步骤。
18. 如权利要求14所述的方法，其中在该泵(1)的工作期间定期执行以下步骤：
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转泵(1)；和
-在所述反向工作的预定时间周期之后，以预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。
19. 可加载到数字计算机设备的存储器(13)中的计算机程序产品(14)，包括当所述计算机程序产品(14)在所述数字计算机设备上运行时执行权利要求1-18中之一的方法的软件代码部分。
20. 一种包括电机(9)和可变频驱动装置(2)的泵(1)，该可变频驱动装置(2)通过连接到所述电机(9)和泵(1)的供电电缆而被设置成控制该电机(9)的工作，该可变频驱动装置(2)包括整流器(5)、反相器(7)和在其之间延伸的DC链接(10)，而且该泵(1)可操作地连接到控制设备(11)，其特征在于，传感装置(16)被作为一个部件包含在所述可变频驱动装置(2)中，该传感装置(16)可操作地连接到所述DC链接(10)并且被设置成获得指示泵状态的泵(1)的工作参数值，该可变频驱动装置(2)被设置成将所述工作参数值传输到该控制设备(11)，并且该控制设备(11)被设置成基于所述获得的工作参数值判断是否符合预定条件，并且基于所述预定条件的符合向该可变频驱动装置(2)传输指令，以根据所述泵状态控制该电机(9)的工作。
21. 如权利要求20所述的泵，其中所述控制设备(11)适于获得以下工作参数中至少一个的值：DC链接电压水平，DC链接电流水平，电机(9)的转矩，或者电机(9)的功率。
22. 如权利要求21所述的泵，其中所述控制设备(11)适于：
-在一个预定时间周期内以第一速度水平运转泵(1)，
-在一个预定时间周期内以第二速度水平运转泵(1)，和
-基于传感装置(16)分别对于该第一速度水平和第二速度水平所获得的工作参数值，判断电机(9)的功率是否与电机(9)的速度的三次方成比例。
23. 如权利要求22所述的泵，其中所述控制设备(11)适于：
-如果判断符合预定条件，则以预期的速度水平运转泵(1)；或
-如果判断不符合预定条件，则在一个预定时间周期内停止泵(1)的工作。
24. 如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-将至少一个工作参数值保持在基本恒定的水平。
25. 如权利要求24所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-以预期的速度水平运转泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断该电机(9)的功率是否低于该电机(9)的功率的预定参考水平。
26. 如权利要求24或25所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转(62)泵(1)；或
-如果判断符合预定条件，则计算(66)到达该电机(9)的功率的预定参考水平所需的电机(9)速度，
-以所述计算的速度运转该泵(1)。
27. 如权利要求26所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-将该计算的泵(1)速度与该泵(1)的预设最大速度比较(68)，和
-如果该计算的速度低于该预设最大速度，则以所述计算的速度运转(70)该泵(1)，
-如果该计算的速度高于该预设最大速度，则以所述预设最大速度运转(72)该泵(1)。
28. 如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-以预期的速度水平运转(82)泵(1)，
-基于该传感装置(16)在该预期速度水平获得的该电机(9)的功率值，判断(84)该电机(9)的功率是否高于该电机(9)的功率的预定参考水平。
29. 如权利要求28所述的泵，其中该控制设备(11)适于：
-如果判断不符合预定条件，则以预期的速度水平运转泵(1)；或
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转(86)泵(1)；和
-如果判断符合预定条件，则在所述反向工作的预定时间周期之后，以该预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。
30. 如权利要求21所述的泵，其中该控制设备(11)适于在该泵(1)工作期间定期执行：
-以预定的速度在一个预定的时间周期内反向运转泵(1)；和
-在所述反向工作的预定时间周期之后，以预期的速度水平在正常工作方向上运转泵(1)。
31. 一种包含如权利要求20-30中任一个所述的泵的泵站，还包括含有输入装置(24)和显示装置(26)的操作员单元(22)，其适于提供与该泵(1)的工作相关的信息。