特許 7453484 ポンプシステムの現在の動作状態を１つ以上の故障シナリオと関連付けるポンプ監視システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】ポンプシステムの現在の動作状態を１つ以上の故障シナリオと関連付けるポンプ監視システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20240312BHJP

   F04D 15/02 20060101ALI20240312BHJP

   F04B 51/00 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

F04D15/00 L

F04D15/00 B

F04D15/02

F04B51/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2023563150

(86)(22)【出願日】2021-11-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-11

(86)【国際出願番号】 EP2021083346

(87)【国際公開番号】W WO2022135840

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-06-23

(31)【優先権主張番号】20216862.1

(32)【優先日】2020-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】523240833

【氏名又は名称】グルンドフォス・ホールディングス・アクティーゼルスカブ

【氏名又は名称原語表記】ＧＲＵＮＤＦＯＳ ＨＯＬＤＩＮＧ Ａ／Ｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【氏名又は名称】池本 理絵

(72)【発明者】

【氏名】カレソ，カーステン・スコヴモーセ

(72)【発明者】

【氏名】ハッサン，アブドゥル・サッタール

(72)【発明者】

【氏名】アーレストラップ，ヤン・カロエ

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１０６２６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８２００６５１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１９５５２０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １５／００

Ｆ０４Ｄ １５／０２

Ｆ０４Ｂ ５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ≧１個のポンプ（３）を備えるポンプシステム（１）の現在の動作状態をｋ≧１個の故障シナリオのうちの１つ以上と関連付けるポンプ監視システムであって、
前記ポンプシステムからｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットを受け取るインタフェースモジュールであって、前記ｍ個の操作値は、ｍ次元動作空間における現在の操作点を規定する、インタフェースモジュールと、
前記インタフェースモジュールによって受け取られた前記操作値を処理する処理モジュール（１１）と、
を備え、
前記処理モジュール（１１）は、前記ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性を記述する所与の又は決定されたモデルパラメータを参照するように構成され、
前記処理モジュール（１１）は、
前記ｍ個の操作値と前記非故障モデルのポンプ特性との間の距離に基づく前記ｍ次元動作空間における実際の差分体積と、
それぞれの前記故障シナリオに対する前記ｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積と、
の間の偏差を示しているｋ個の決定ベクトル成分を有するｋ次元決定ベクトルを決定するように更に構成される、ポンプ監視システム。

【請求項2】

前記ポンプシステム（１）は、１つ以上の水中ポンプ及び／又は廃水ポンプ及び／又はブースタポンプを備える、請求項１に記載のポンプ監視システム。

【請求項3】

各決定ベクトル成分は、正規化されたスケールでのスカラであって、前記正規化されたスケールは、全ての決定ベクトル成分に対して同じである、請求項１又は２に記載のポンプ監視システム。

【請求項4】

前記処理モジュール（１１）は、１つ又は２つの変動パラメータを含むモデル関数によって前記モデル化された差分体積をモデル化するように構成され、前記処理モジュールは、前記モデル化された差分体積を前記実際の差分体積に適合させるために前記１つ又は２つの変動パラメータを変化させるように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のポンプ監視システム。

【請求項5】

前記処理モジュール（１１）は、例えば最小二乗法を適用することによって、前記モデル化された差分体積と前記実際の差分体積との間の前記偏差を最小化するように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のポンプ監視システム。

【請求項6】

前記ｋ個の決定ベクトル成分は、前記モデル化された差分体積と前記実際の差分体積との間の前記偏差を最小化した後の残留偏差を示している、請求項５に記載のポンプ監視システム。

【請求項7】

前記処理モジュール（１１）は、前記現在の動作状態を、前記ｋ個の故障シナリオのうちのそれぞれの前記決定ベクトル成分が所定の閾値を超えたもののみと関連付けるように構成される、請求項１～６のいずれか一項に記載のポンプ監視システム。

【請求項8】

前記処理モジュール（１１）は、ｋ≧２個の故障シナリオのうちのちょうど１つに対するそれぞれの前記決定ベクトル成分が他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異なる場合、前記現在の動作状態を前記故障シナリオと関連付けるように構成される、請求項１～７のいずれか一項に記載のポンプ監視システム。

【請求項9】

前記処理モジュール（１１）は、ｋ≧２個の決定ベクトル成分がいずれも他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異ならない場合、前記ｍ次元動作空間における別の操作点において運転するよう前記ポンプシステム（１）に命令するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のポンプ監視システム。

【請求項10】

ｎ≧１個のポンプ（３）を備えるポンプシステム（１）の現在の動作状態をｋ≧１個の故障シナリオのうちの１つ以上と関連付ける方法であって、
前記ポンプシステムからｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットを受け取ることであって、前記ｍ個の操作値は、ｍ次元動作空間における現在の操作点を規定することと、
前記操作値を処理することと、
前記ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性を記述する所与の又は決定されたモデルパラメータを参照することと、
前記ｍ個の操作値と前記非故障モデルのポンプ特性との間の距離に基づく前記ｍ次元動作空間における実際の差分体積と、
それぞれの前記故障シナリオに対する前記ｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積と、
の間の偏差を示しているｋ個の決定ベクトル成分を有するｋ次元決定ベクトルを決定することと、
それぞれの前記故障シナリオに対して前記ｋ個の決定ベクトル成分のうちの少なくとも１つを表示することと、
を含む、方法。

【請求項11】

前記ポンプシステムは、１つ以上の水中ポンプ及び／又は廃水ポンプ及び／又はブースタポンプを備える、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

各決定ベクトル成分は、正規化されたスケールでのスカラであって、前記正規化されたスケールは、全ての決定ベクトル成分に対して同じである、請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項13】

前記モデル化された差分体積は、１つ又は２つの変動パラメータを含むモデル関数によってモデル化され、前記モデル化された差分体積を前記実際の差分体積に適合させるために前記１つ又は２つの変動パラメータを変化させる、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

例えば最小二乗法を適用することによって、前記モデル化された差分体積と前記実際の差分体積との間の前記偏差を最小化する、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記ｋ個の決定ベクトル成分は、前記モデル化された差分体積と前記実際の差分体積との間の前記偏差を最小化した後の残留偏差を示している、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記現在の動作状態を、前記ｋ個の故障シナリオのうちのそれぞれの前記決定ベクトル成分が所定の閾値を超えたもののみと関連付けることを更に含む、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

ｋ≧２個の故障シナリオのうちのちょうど１つに対するそれぞれの前記決定ベクトル成分が他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異なる場合、前記現在の動作状態を前記故障シナリオと関連付けることを更に含む、請求項１０～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

ｋ≧２個の決定ベクトル成分がいずれも他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異ならない場合、前記ｍ次元動作空間における別の操作点において運転するよう前記ポンプシステムに命令することを更に含む、請求項１０～１７のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、包括的には、ポンプシステムの現在の動作状態を１つ以上の故障シナリオと関連付ける、特に水中ポンプ、廃水ポンプ及び／又はブースタポンプを備えるポンプシステムのポンプ監視システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

給水システムは、井戸又は掘削孔から水を回収する１つ以上の水中ポンプを備えることができる。ブースタシステムは、大規模な建物において水を高所へ又は上向きに汲み出すために用いることができる。廃水処理プラントの汚水又は廃水収集システムは、典型的には、一時的に廃水を収集及び貯留（buffer）する１つ以上の廃水ピット、井戸又は水溜めを備える。典型的には、廃水は、重力流の下で受動的に及び／又は圧送管を通って能動的にそのようなピットに流入する。１つ、又は２つ以上のポンプが各ピットの中に又は各ピットに通常は設置され、ピットから廃水を汲み出す。或る特定の期間において廃水の流入量が流出量よりも多い場合、廃水ピット又は水溜めは最終的にオーバーフローする。そのようなオーバーフローは、環境への影響を避けるために可能な限り防ぐべきである。したがって、任意のポンプ故障若しくは詰まり、パイプ詰まり、漏れ、又は他のタイプの故障動作シナリオを可能な限り早く同定し、メンテナンススタッフが清掃、修理又は交換等のそれに応じた行動を可能な限り早く取れるようにすべきである。

【0003】

特許文献１は、可能な限り少ないセンサ機器を用いてポンプユニットの作動中の故障を決定する方法について記載している。

【0004】

特許文献２は、ポンプアセンブリを監視する方法について記載しており、複数の性能依存変数を経時的に監視することに基づいて、効率降下を示すために信号が生成される。しかしながら、実際には、特許文献２に記載の方法によれば、複数の性能依存変数を経時的に監視するためには、多くのパラメータを同定しなければならない。これは、２つ以上のポンプを有するポンプシステムを監視するには特に困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００５／０７８２８７号

【文献】国際公開第２００９／０３９９３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本開示の目的は、現在の動作状態を１つ以上の故障シナリオと確実に関連付けるために、必要となるパラメータ同定がより少ないポンプ監視システム及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様によれば、ｎ≧１個のポンプを備えるポンプシステムの現在の動作状態をｋ≧１個の故障シナリオのうちの１つ以上と関連付けるポンプ監視システムが提供され、ポンプ監視システムは、
－ポンプシステムからｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットを受け取るインタフェースモジュールであって、ｍ個の操作値は、ｍ次元動作空間における現在の操作点を規定する、インタフェースモジュールと、
－インタフェースモジュールによって受け取られた操作値を処理する処理モジュールと、
を備え、
処理モジュールは、ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性を記述する所与の又は決定されたモデルパラメータを参照するように構成され、
処理モジュールは、
－ｍ個の操作値と非故障モデルのポンプ特性との間の距離に基づくｍ次元動作空間における実際の差分体積と、
－それぞれの故障シナリオに対するｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積と、
の間の偏差を示しているｋ個の決定ベクトル成分を有するｋ次元決定ベクトルを決定するように更に構成される。

【0008】

インタフェースモジュールは、処理モジュールに統合することができる、又は処理モジュールに信号接続されている別個のモジュールに統合することができる。ｋ＝１の場合、決定ベクトルはスカラであることに留意すべきである。この場合、現在の動作状態が単一の故障シナリオと関連付けられるならば、単一の決定ベクトル成分は、どの程度それが信頼されるべきかを示している絶対信頼値として解釈することができる。ｋ＞１の場合、オペレータは、現在の動作状態が故障シナリオのうちのいずれと最も関連するかを決定するために、決定ベクトル成分を互いに比較することができる。ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性は、ポンプ製造業者が与えることができる、記憶することができる、又は提供することができる。代替的又は付加的に、ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性は、ポンプシステムを最初に設置した後の初期構成におけるセットアップ運転において決定することができる。いずれの場合においても、非故障モデルのポンプ特性は、そのままの動作とあるべき動作との間の実際の差分体積を決定するための基準となる。この実際の差分体積は、各故障シナリオに対してモデル化された差分体積と比較され、その結果、偏差、すなわち決定ベクトル成分は、現在の動作状態がそれぞれの故障モデルにどの程度適合するかの目安となる。

【0009】

従来技術において知られている方法及びシステムと比較して、同定すべきパラメータの数は、それぞれの故障シナリオに対してｍ次元動作空間における差分体積をモデル化することによって１つ又は２つに減らすことができるので、同定しなければならないパラメータが著しく少なくなる。したがって、ｍ次元動作空間における各故障シナリオに対して、完全にモデル化された表面を決定する必要がない。

【0010】

任意選択で、ポンプシステムは、任意の操作点において固定された速度を有することができ、ｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットは、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ及びポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータと、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ及びポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ及びポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータと、
を含むセットの群のうちのいずれかを含む。
これは、ポンプシステムにおける１つ以上のポンプが単一速度ポンプである、及び／又は、他の理由のためそれらの速度が固定される、例外的な状況である。この例外的な状況において、動作空間は、例えばｑ，Ｐ又はｑ，Δｐ又はΔｐ，Ｐによって規定される２次元である。これは、２次元動作空間における差分「体積」が実際には面積であることを意味する。

【0011】

任意選択で、ポンプシステムは可変速度を有することができ、ｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットは、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ、ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータと、
を含むセットの群のうちのいずれかを含む。
これは、ポンプシステムにおける１つ以上のポンプが制御された速度を有する可変速度ポンプである可能性が最も高い状況である。ここで、動作空間は、例えばｑ，Ｐ，ω又はｑ，Δｐ，ω又はΔｐ，Ｐ，ω又はｑ，Ｐ，Δｐによって規定される３次元である。

【0012】

任意選択で、Ｐインジケータは、
－ポンプシステムの測定又は設定された電力消費と、
－測定又は設定されたポンプモータシャフトトルクと、
－測定若しくは設定されたポンプモータ電流及び電圧、又は電圧が一定である場合には測定若しくは設定されたポンプモータ電流のみと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0013】

任意選択で、ｑインジケータは、
－ポンプシステムを通る測定又は設定された流量と、
－ポンプシステムの入口ポートよりも上の測定又は設定された液面レベルと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0014】

任意選択で、Δｐインジケータは、
－ポンプシステムの入口ポートにおける測定又は設定された圧力と、
－ポンプシステム全体の測定又は設定された差圧と、
－ポンプシステムの出口ポートにおける測定又は設定された圧力と、
－ポンプシステムの入口ポートよりも上の測定又は設定された液面レベルと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0015】

任意選択で、ｋ≧１個の故障シナリオは、
－パイプ詰まりと、
－漏れ流と、
－機械的又は電気的故障と、
－センサ故障と、
－キャビテーションと、
－空気吸込と、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。
したがって、各故障シナリオに対して、それぞれの決定ベクトル成分は、現在の動作状態を上記故障シナリオと関連付ける際の信頼に対する目安である。

【0016】

任意選択で、ポンプシステムは、１つ以上の水中ポンプ及び／又は廃水ポンプ及び／又はブースタポンプを備えることができる。本ポンプ監視システムは、これらの適用に特に有利である。

【0017】

任意選択で、各決定ベクトル成分は、正規化されたスケールでのスカラとすることができ、正規化されたスケールは、全ての決定ベクトル成分に対して同じである。これにより、決定ベクトル成分の比較が非常に容易となる。例えば、各決定ベクトル成分は０～１の範囲にわたるものとすることができ、０に近い小さな値はそれぞれの故障シナリオとの関連性がほとんどないことを意味し、１に近い大きな値はそれぞれの故障シナリオとの関連性が強いことを意味する。

【0018】

任意選択で、ポンプシステムは、それぞれの故障シナリオに対して決定ベクトル成分のうちの少なくとも１つを表示するように構成されている表示モジュールを更に備えることができる。これにより、オペレータには、表示された決定ベクトル成分が現在の動作状態をそれぞれの故障シナリオと関連付けるのに十分に高いか否かを自身で決定する機会が与えられる。これにより、故障シナリオの関連付けの信頼が増加する。決定ベクトル成分の或る特定の色分け又は他の可視化は、最も重要な決定ベクトル成分を強調することができる。

【0019】

任意選択で、表示モジュールは、非故障モデルのポンプ特性に従って選択される操作値の１つ以上のグラフを表示し、かつ上記１つ以上のグラフにおいて現在の操作点を示すように更に構成することができる。これにより、決定ベクトル成分の抽象的な数値に対する根拠をオペレータがより良く理解できるので、意思決定プロセスにおける信頼が更に増加する。これはまた、サニティチェック、すなわち、グラフにおける表示される現在の操作点の観点から、決定ベクトル成分が「意味をなす」か否かを提供する。

【0020】

任意選択で、表示モジュールは、最も重要な決定ベクトル成分への操作値の寄与に従ってグラフを表示するために、それらを選択するように構成することができる。これは、最も重要な決定ベクトル成分の主な理由として、非故障モデルのポンプ特性からの関連のある偏差をオペレータに直ちに示すのに有用である。したがって、関連のあるグラフを検索する必要がない。

【0021】

任意選択で、処理モジュールは、１つ又は２つの変動パラメータを含むモデル関数によってモデル化された差分体積をモデル化するように構成することができ、処理モジュールは、モデル化された差分体積を実際の差分体積に適合させるために１つ又は２つの変動パラメータを変化させるように構成される。これは、常に１つの操作点のみ又は少数の操作点のみで動作するポンプシステムを監視するのに特に有利である。これは、利用可能な情報が少なすぎて、ｍ次元動作空間における完全なモデル、例えば３次元動作空間における完全なモデル表面を確立することができないことを意味する。この状況においてさえも、モデル化された差分体積を実際の差分体積に適合させるために１つ又は２つの変動パラメータを変動させることによって、いずれが現在最も可能性の高い故障シナリオであるかを決定するための有用な決定ベクトル成分がもたらされる。さらに、決定ベクトル成分は、より多くの動作点が利用可能になるほど、より明確かつ有用になる。したがって、オペレータは、決定ベクトル成分の示差性を検証又は改善するために、操作点を故意に切り替えることができる。代替的又は付加的に、本ポンプ監視システムは、より多くの情報が必要又は有用である場合に操作点を切り替えるようポンプシステムに自動的に命令するように構成することができる。これは「能動的な故障分離」と称することができる。

【0022】

任意選択で、処理モジュールは、例えば最小二乗法を適用することによって、モデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を最小化するように構成することができる。任意選択で、ｋ個の決定ベクトル成分は、モデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を最小化した後の残留偏差を示すことができる。

【0023】

任意選択で、処理モジュールは、現在の動作状態を、ｋ個の故障シナリオのうちのそれぞれの決定ベクトル成分が、所定の閾値、例えば０．５を超えたもののみと関連付けるように構成することができる。これは、乏しいデータに基づく意思決定プロセスを除外するのに有用である。所定の閾値は、決定ベクトル成分の示差性に対する下限とすることができる。

【0024】

任意選択で、処理モジュールは、ｋ≧２個の故障シナリオのうちのちょうど１つに対するそれぞれの決定ベクトル成分が他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異なる場合、現在の動作状態を上記故障シナリオと関連付けるように構成することができる。

【0025】

任意選択で、処理モジュールは、ｋ≧２個の決定ベクトル成分がいずれも他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異ならない場合、ｍ次元動作空間における別の操作点において運転するようポンプシステムに命令するように構成することができる。この場合、決定ベクトル成分の示差性は、何が最も可能性の高い故障シナリオであるかを呼び出すのに十分ではない。別の操作点における運転からの情報がより多ければ、決定ベクトル成分の示差性が増加する。これは「能動的な故障分離」と称することができる。

【0026】

本開示の第２の態様によれば、ｎ≧１個のポンプを備えるポンプシステムの現在の動作状態をｋ≧１個の故障シナリオのうちの１つ以上と関連付ける方法が提供され、本方法は、
－ポンプシステムからｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットを受け取ることであって、ｍ個の操作値は、ｍ次元動作空間における現在の操作点を規定することと、
－操作値を処理することと、
－ｍ次元動作空間における非故障モデルのポンプ特性を記述する所与の又は決定されたモデルパラメータを参照することと、
○ｍ個の操作値と非故障モデルのポンプ特性との間の距離に基づくｍ次元動作空間における実際の差分体積と、
○それぞれの故障シナリオに対するｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積と、
の間の偏差を示しているｋ個の決定ベクトル成分を有するｋ次元決定ベクトルを決定することと、
－それぞれの故障シナリオに対してｋ個の決定ベクトル成分のうちの少なくとも１つを表示することと、
を含む。

【0027】

任意選択で、ポンプシステムは、任意の操作点において固定された速度で動作することができ、ｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットは、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ及びポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータと、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ及びポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ及びポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータと、
を含むセットの群のうちのいずれかを含む。

【0028】

任意選択で、ポンプシステムは、異なる速度で動作することができ、ｍ≧２個の操作値の少なくとも１つのセットは、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータ、ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムの現在の速度を示すωインジケータと、
－ポンプシステム全体の差圧を示すΔｐインジケータ、ポンプシステムの電力消費を示すＰインジケータ、及びポンプシステムを通る流量を示すｑインジケータと、
を含むセットの群のうちのいずれかを含む。

【0029】

任意選択で、Ｐインジケータは、
－ポンプシステムの測定又は設定された電力消費と、
－測定又は設定されたポンプモータシャフトトルクと、
－測定若しくは設定されたポンプモータ電流及び電圧、又は電圧が一定である場合には測定若しくは設定されたポンプモータ電流のみと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0030】

任意選択で、ｑインジケータは、
－ポンプシステムを通る測定又は設定された流量と、
－ポンプシステムの入口ポートよりも上の測定又は設定された液面レベルと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0031】

任意選択で、Δｐインジケータは、
－ポンプシステムの入口ポートにおける測定又は設定された圧力と、
－ポンプシステム全体の測定又は設定された差圧と、
－ポンプシステムの出口ポートにおける測定又は設定された圧力と、
－ポンプシステムの入口ポートよりも上の測定又は設定された液面レベルと、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0032】

任意選択で、ｋ≧１個の故障シナリオは、
－パイプ詰まりと、
－漏れ流と、
－機械的又は電気的故障と、
－センサ故障と、
－キャビテーションと、
－空気吸込と、
を含む群のうちのいずれかを含むことができる。

【0033】

任意選択で、ポンプシステムは、１つ以上の水中ポンプ及び／又は廃水ポンプ及び／又はブースタポンプを備えることができる。

【0034】

任意選択で、各決定ベクトル成分は、正規化されたスケールでのスカラとすることができ、正規化されたスケールは、全ての決定ベクトル成分に対して同じである。

【0035】

任意選択で、本方法は、非故障モデルのポンプ特性に従って選択された操作値の１つ以上のグラフを表示することと、上記１つ以上のグラフにおいて現在の操作点を示すこととを更に含むことができる。

【0036】

任意選択で、本方法は、最も重要な決定ベクトル成分への操作値の寄与に従ってグラフを表示するために、それらを選択することを更に含むことができる。

【0037】

任意選択で、モデル化された差分体積は、１つ又は２つの変動パラメータを含むモデル関数によってモデル化することができ、モデル化された差分体積を実際の差分体積に適合させるために１つ又は２つの変動パラメータを変化させる。

【0038】

任意選択で、例えば最小二乗法を適用することによって、モデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を最小化することができる。

【0039】

任意選択で、ｋ個の決定ベクトル成分は、モデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を最小化した後の残留偏差を示すことができる。

【0040】

任意選択で、本方法は、現在の動作状態を、ｋ個の故障シナリオのうちのそれぞれの決定ベクトル成分が所定の閾値を超えたもののみと関連付けることを更に含むことができる。

【0041】

任意選択で、本方法は、ｋ≧２個の故障シナリオのうちのちょうど１つに対するそれぞれの決定ベクトル成分が他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異なる場合、現在の動作状態を上記故障シナリオと関連付けることを更に含むことができる。

【0042】

任意選択で、本方法は、ｋ≧２個の決定ベクトル成分がいずれも他の決定ベクトル成分のうちの最も近い１つと少なくとも所定の差だけ異ならない場合、ｍ次元動作空間における別の操作点において運転するようポンプシステムに命令することを更に含むことができる。

【0043】

次に、以下の図面を参照して、本開示の実施形態を例として記述する。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1a】本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法を適用可能なポンプシステムの例を概略的に示すもので、単一のポンプを有するポンプシステムを示す図である。

【図1b】本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法を適用可能なポンプシステムの例を概略的に示すもので、３つのポンプを有するポンプシステムを示す図である。

【図2】本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法の可能な適用としての水中ポンプを示す図である。

【図3】本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法の可能な適用としての廃水ポンプステーションを示す図である。

【図4】本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法を適用可能なポンプシステムの一例の３次元動作空間における４つの表面の形式での非故障モデルのポンプ特性を示す図である。

【図5a】最大のポンプ速度において、２つの異なる故障シナリオに対するｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積を説明する図である。

【図5b】最大のポンプ速度において、２つの異なる故障シナリオに対するｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積を説明する図である。

【図6a】２ポンプシステムにおける各ポンプのポンプ速度と、２つの故障タイプを有するシナリオにおいてモデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を経時的に最小化した後の複数の残留偏差とを示す図である。

【図6b】図６ａに示されるシナリオに対して表における行の形式で２つの決定ベクトルを示す図である。

【図7a】２ポンプシステムにおける各ポンプのポンプ速度と、２つ以上の故障タイプを有するシナリオにおいてモデル化された差分体積と実際の差分体積との間の偏差を経時的に最小化した後の複数の残留偏差とを示す図である。

【図7b】図７ａに示されるシナリオに対して表における行の形式で２つの決定ベクトルを示す図である。

【図8】ポンプシステムのオペレータへの表示の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図１ａは、可変速度を有する単一のポンプユニット３を備えるポンプシステム１を示す。示される例において、ポンプ速度は、ポンプユニット３の電子部品、及び／又はポンプユニット３と信号接続された外部制御モジュールに統合することができる可変周波数コントローラ（ＶＦＣ：variable frequency controller）５によって制御される。ポンプユニット３によって生成される差圧Δｐは、圧力センサ７によって測定されるか、又は、一方がポンプユニット３の上流に配置されており、他方がポンプユニット３の下流に配置されている２つの圧力センサの差によって決定される。ポンプユニット３によって生成される流量ｑは、流量センサ９によって測定されるか、又はポンプユニット３の性能値から推定される。本明細書において記載される処理モジュール１１を有するポンプ監視システムは、現在のポンプ速度ω、電力消費Ｐ、差圧Δｐ及び流量ｑによって規定されているポンプユニット３の現在の動作状態を、１つ以上の故障シナリオと関連付けるために用いられる。現在のポンプ速度ω及び電力消費Ｐに関する情報は、ＶＦＣ５から容易に利用可能である。本明細書において記載される任意の実施形態において、処理モジュール１１は、ＶＦＣ５において、又は、図１ａに示されるように、リモートコンピュータ又はクラウド型システム１３上に実装することができる。ポンプ監視システムは、無線又は有線の信号接続１５を介してＶＦＣ５に信号接続されているインタフェースモジュール（明示的には図示せず）を更に備える。本明細書において記載される任意の実施形態において、インタフェースモジュールは、処理モジュール１１に統合することができる、又は処理モジュール１１に信号接続されている別個のモジュールに統合することができる。インタフェースモジュールは、圧力センサ７及び／又は流量センサ９への無線又は有線の信号接続１５を更に備えることができる。代替的な一実施形態において、ＶＦＣ５は、圧力センサ７及び／又は流量センサ９への無線又は有線の信号接続１５を更に備えることができる。この場合、インタフェースモジュールと圧力センサ７及び／又は流量センサ９との間に直接的な信号接続１５の必要はない。ＶＦＣ５は、インタフェースモジュールに測定値を渡すことができ、その結果、インタフェースモジュールと圧力センサ７及び／又は流量センサ９との間に間接的な信号接続が存在する。

【0046】

図１ｂは、互いに並列に設置された３つのポンプユニット３を備える、マルチポンプシステム１、例えばブースタステーションを示す。ポンプユニット３のそれぞれは、図１ａに示されるポンプユニット３と同じものとすることができる。各ポンプユニット３の速度は、専用の可変周波数コントローラ５、すなわちＶＦＣ_１、ＶＦＣ_２及びＶＦＣ_３によって制御される。専用の可変周波数コントローラ５は、ポンプユニット３のそれぞれの制御電子部品において、又はポンプユニット３と信号接続された１つ以上の外部制御モジュールにおいて実装することができる。図１ａにおけるように、インタフェースモジュールは、ＶＦＣ５の全てに、又は例えばバス接続を介してＶＦＣ５が互いに信号接続される場合にはＶＦＣ５のうちの少なくとも１つに信号接続することができる。圧力センサ７及び／又は流量センサ９は、マルチポンプシステム１によって生成される全体の差圧Δｐ及び／又は全体の流量Ｑをそれぞれ測定するために用いることができる。全体の流量Ｑは、各運転しているポンプユニット３の流量ｑの総和である。マルチポンプシステム１は、１つ、２つ、又は３つのポンプユニット３が運転している状態で動作することができる。非運転の又は低速運転のポンプユニット３を通る逆流を防ぐために、各ポンプユニット３の下流には逆止弁１７が設置されることに留意すべきである。典型的な故障シナリオは、１つ以上のポンプユニット３における詰まり、１つ以上のポンプユニット３の漏れ、１つ以上の逆止弁１７の漏れ、１つ以上のポンプユニット３における機械的／電気的問題、キャビテーション、又は空気とすることができる。

【0047】

図２は、掘削孔１９における水中ポンプ３を備えるポンプシステム１に対する本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法の関連のある適用を示す。水中ポンプ３は容易にアクセスできないため、水中ポンプ３の手動監視は困難又は不可能である。さらに、水中ポンプは、ポンプを摩耗させ、かつ詰まりを引き起こす砂又は黄土によって悪影響を受ける可能性がある。したがって、本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法は、この適用に対して特に有用である。セットアップは、原則として図１ａにおけるものと同じとすることができる。１つ以上のレベルセンサ（図示せず）は、

【数1】

によって差圧Δｐを決定するために、圧力センサ２１に対する水中ポンプ３の入口における静水圧を示す水位ｈを決定するのに用いることができ、ｐ_ｏｕｔは圧力センサ２１における測定された出口圧力であり、ｃは一定のスケーリング係数である。

【0048】

図３は、廃水ピット２２における１つ以上の廃水ポンプ３を備えるポンプシステム１に対する本明細書において開示されるポンプ監視システム及び方法の更なる適用を示す。セットアップは、原則として図１ｂに示されるようなマルチポンプシステムを有する図２におけるものと同じとすることができる。出口圧力センサ２１に対する水位ｈを決定するのに１つ以上のレベルセンサ（図示せず）を用いることができ、ｈは、差圧Δｐを決定するために、廃水ポンプ３の出口における静水圧差を示す。より大規模な廃水ポンプステーションにおいては、全体の流量Ｑが測定されることがよくある。代替的に、廃水ポンプ３の性能値に基づいて全体の流量Ｑを推定することができる。

【0049】

次の操作値は、原則として、全ての適用に対して現在の操作点を記述することができる。
ｑ：ポンプ又はポンプステーションを通る流量
Δｐ：ポンプ又はポンプステーション全体の圧力
ω：運転しているポンプの速度
Ｐ：個々のポンプの電力消費
これらの操作値のうちの３つが現在の操作点を完全に記述するのに十分である。４つの可能なセット［ｑ，ω，Ｐ］、［ｑ，ω，Δｐ］、［ω，Δｐ，Ｐ］、及び［ｑ，Ｐ，Δｐ］間の関係が、可変速度ポンプシステム１に対する３次元動作空間を説明している図４における４つの表面プロットに示される。固定された速度を有するポンプシステムは、３つの可能なセット［ｑ，Ｐ］、［ｑ，Δｐ］、又は［Δｐ，Ｐ］によって記述される２次元動作空間を有することができることに留意すべきである。しかしながら、例えば以下の、上述した値のうちの１つ以上を直接的又は間接的に示す他の値を測定することもできる。
τ：シャフトトルクτは、電力消費Ｐの代替として用いることができる。Ｐ＝τωという関係を用いることができる。
Ｉ：モータ電流Ｉは、電力消費Ｐの代替として用いることができる。永久磁石モータに対しては、Ｐ～Ｉωという関係を用いることができる。電流測定は、更なる電力損失を考慮することができる。これにより、故障分離の精度を高めることができる。
Ｖ：一定でない場合は、モータ電流Ｉに加えてモータ電圧Ｖを用いることができる。Ｐ＝ＶＩｃｏｓφという関係を用いることができ、Ｖ及びＩは二乗平均平方根値であり、φはＶとＩとの間の位相角である。電圧測定は、更なる電力損失を考慮することができる。これにより、故障分離の精度を高めることができる。
ｈ：水中ポンプ又は廃水ポンプに対しては、流量ｑを測定することの代替として、圧力センサに対するタンク又は掘削孔における充填レベルｈを１つ以上のレベルセンサが測定することができる。

【数2】

という関係を用いることができ、ｔは時間であり、Δｔはレベル測定間の時間ステップであり、Ａ（ｈ）は各測定レベルｈにおけるタンク又は掘削孔の既知の断面積であり、ｄ（ｔ）は既知の負荷流量である。充填レベルｈはポンプ入口における静水圧差を提供するので、

【数3】

によって差圧を決定することができ、ｐ_ｏｕｔは測定された出口圧力であり、ｃは一定のスケーリング係数である。

【0050】

図４において示される表面は、ポンプ監視システムの処理モジュール１１に容易に利用可能である非故障モデルのポンプ特性を表す。それらは、処理モジュール１１によって、記憶することができるか、事前に決定することができるか、ダウンロードすることができるか、又はそうでなければ読み出すことができるかのいずれかである。ポンプ監視システム１１が、各故障シナリオに従って故障モデルのポンプ特性に対してそのような表面を決定する必要がないことに留意することが重要である。これはまさに、各故障シナリオに従って完全な故障モデルのポンプ特性を確立するのに十分な情報が利用可能ではないことがよくあるので、本明細書において記載されるポンプ監視システム及び方法が回避するために達成するものである。

【0051】

数学的には、非故障モデルのポンプ特性は、

【数4】

【数5】

のように記述することができ、ｑはポンプユニット３毎に提供される流量であり、ωはポンプ速度であり、Δｐはポンプユニット３によって提供される差圧又はヘッドであり、Ｐは電力消費である。最も単純な形式において、ｈ及びｇは、

【数6】

【数7】

の形式での２次多項式及び３次多項式である。

【0052】

これらの多項式は、遠心ポンプの予想される又は非故障動作がａ_ｈ、ｂ_ｈ、ｃ_ｈ及びａ_ｐ、ｂ_ｐ、ｃ_ｐのパラメータによってパラメータ化できることを意味する。ここで、これらのパラメータは、ポンプ製造業者によって提供されるか、又は、例えば特許文献２に記載されているような手法を用いて非故障動作条件下で同定されると仮定される。

【0053】

Ｎ個の並列接続された等しいサイズのポンプを有するポンプシステムであって、ｎ個（０＜ｎ≦Ｎ）のポンプが同じ速度で運転している場合において、ｈ及びｇは

【数8】

【数9】

によって与えることができ、Ｑはポンプステーションの全体の流量であり、

【数10】

はポンプｉの電力消費であり、すなわち全ての稼働中のポンプが同じ電力を用いており、かつＱ＝ｎｑであると仮定される。

【0054】

２つ以上のポンプを並列に有するブースタシステム１は、典型的には、ブースタシステムの負荷に応じて運転しているポンプの数ｎを設定することによって制御され、例えばより高い全体の流量が必要とされる場合にはより多くのポンプが稼働中であり、より少ない全体の流量に対してはより少ないポンプが稼働中である。稼働中のポンプの電力消費の総和のみが利用可能である場合には、ｎ個の稼働中のポンプに対して、電力消費は、

【数11】

と等しくできる。

【0055】

図５ａ、図５ｂは、最大速度において、２つの異なる故障シナリオ、すなわち図５ａにおけるポンプ詰まり及び図５ｂにおける漏れ流に対して、ｍ次元動作空間におけるモデル化された差分体積を説明する。ここでは、最大速度に対して、差分体積の「スライス」のみが斜線領域として表示されることに留意されたい。斜線領域は、速度が変化した時点での、図４において示されるような３次元動作空間における差分体積である。差分体積は、予想される非故障の動作条件と現在の動作条件との差を記述する。最大速度における表面ｑ，ω，Δｐ（圧力曲線）及び表面ｑ，ω，Ｐ（電力曲線）が、非故障の場合と詰まり（図５ａ）及び漏れ故障（図５ｂ）の場合とでそれぞれ示される。差分体積（斜線領域）は、故障シナリオを特徴付ける。しかしながら、故障曲線、すなわち詰まり及び漏れ流に対する曲線は、差分体積を推定するように決定されないことに留意すべきである。実際、差分体積は、１つ又は２つのパラメータを用いたようなものとしてモデル化される。

【0056】

差分体積のパラメータ数が少ないモデルの利点は、故障の関連付けを行うために必要とされる情報量が大幅に低減されることである。実際、多くの場合、差分体積のモデル化には１つのパラメータで十分であり、その結果、妥当な推定を提供するには１つの動作点で十分である。これは、ポンプが常に同じ動作点で運転しているポンプシステムにおいて特に重要である。しかしながら、動作点が多いほど、故障の関連付けを改善するためのより多くの情報が提供されることに留意すべきである。本明細書において記載される監視システム及び方法は、決定ベクトルの形式で各故障に対する信頼又は尤もらしさの目安を提供する。この信頼又は尤もらしさの目安は、より多くの動作点が考慮されるほど、より正確かつ明確になる。

【0057】

非故障表面までの現在の動作点の距離は、ｉ番目のポンプ、ただし０＜ｉ≦Ｎに対して、時間ｔにおいて、以下の４つの残差ｒによって測定することができる：
表面ｑ，ω，Δｐまでの距離を測定するｒ_１（ｔ）、
表面ｑ，ω，Ｐ_ｉまでの距離を測定するｒ_２，ｉ（ｔ）、
表面ω，Δｐ，Ｐ_ｉまでの距離を測定するｒ_３，ｉ（ｔ）、
表面ｑ，Ｐ_ｉ，Δｐまでの距離を測定するｒ_４，ｉ（ｔ）。
これらの残差ｒを１つの時間ｔのみにおいて見て、この「スナップショット」に基づいて故障シナリオを関連付けることは最適ではない。体積モデルを改善し、異なる故障シナリオをより良く比較して、故障の関連付けにおけるオペレータの信頼を促進するために、残差を経時的に測定することが好ましい。全てのポンプに対する残差は、

【数12】

のように残差ベクトルに集約することができる。

【0058】

非故障のポンプ特性ｈ（ｑ，ω，ｎ）によって記述される圧力曲線の場合、時間ｔにおける残差ｒ_１（ｔ）は、

【数13】

によって与えることができ、Δｐ（ｔ）は現在測定された差圧である。

【0059】

同様に、ポンプの電力消費Ｐに基づく残差は

【数14】

によって与えることができ、Ｐ_ｉ（ｔ）は、ポンプＩの現在決定された電力消費であり、ｇ（ｑ，ω，ｎ）は非故障のポンプ特性である。

【0060】

測定された全体の流量Ｑというよりも、推定された全体の流量Ｑに基づく残差を計算することも可能である。推定された流量が

【数15】

である場合、残差は、

【数16】

によって与えることができ、α、βは一定の重み係数であり、ｒ_３，ｉは決定された電力消費Ｐ_ｉ及び差圧Δｐを用いて得られる残差である。

【数17】

は電力測定Ｐ_ｉに基づいて推定された流量である。推定された流量である

【数18】

は、時間ｔにおける、

【数19】

の陰関数表示された式の解である。

【0061】

全体の流量Ｑに対しても同様に、決定された電力消費Ｐ_ｉ並びに非故障のポンプ特性ｈ及びｇを用いて速度ωを推定することが可能である。推定された速度に基づく残差は、

【数20】

によって与えることができ、推定された速度

【数21】

は、時間ｔにおける、

【数22】

の陰関数表示された式の解であり、

【数23】

に対して一意解を有する。

【0062】

一例として、２つ（Ｎ＝２）のポンプを有するブースタステーションを考慮することができ、すなわち時間ｔにおける残差ベクトルは、

【数24】

によって与えることができる。残差は関数

【数25】

につながる利用可能な測定に基づいて計算され、ｊは所与の故障タイプのインデックスであり、θ_ｊは故障タイプｊを特徴付ける変動パラメータである。例えば、以下の故障タイプ又はシナリオが発生する場合がある。
－ポンプにおける詰まり、
－ポンプにおける漏れ、
－ポンプの分岐における戻し弁の漏れ、
－１つのポンプにおける機械的／電気的な故障。

【0063】

詰まりの場合、ポンプの内側の詰まりに伴ってポンプの抵抗項が増加する。したがって、ポンプモデルａ_ｈにおける抵抗項は、詰まりの場合には増加する。これは抵抗項に値を追加することによって行われる。したがって、詰まりしているポンプの圧力及び電力は、

【数26】

【数27】

によって記述することができ、ここでｆは詰まりしたポンプのインデックスであり、θ≧０は「詰まりパラメータ」であり、ｑ_ｆは詰まりしているポンプの流量である。
ポンプステーションにおける他の稼働中のポンプの流量及び圧力は、

【数28】

【数29】

によって与えることができる。これらの方程式はｑ_ｆについて解くことができ、残差に最も一致する故障パラメータθを見つけることができる。

【0064】

ポンプの内側の漏れの場合、ポンプシステムにおける全ての稼働中のポンプによって追加の流量が提供されなければならない。これは、漏れているポンプが稼働中のときの場合、ポンプの圧力及び電力は、

【数30】

及び

【数31】

によって与えることができることを意味し、

【数32】

は、全ての稼働中のポンプによって提供される差圧Δｐによって漏れを強制的に通過させられる、漏れているポンプの内側の漏れ流である。漏れているポンプが稼働していないときの場合、圧力及び電力は、

【数33】

【数34】

によって与えられ、結果としてゼロ残差となる。

【0065】

逆止弁における漏れの場合、漏れている逆止弁の分岐におけるポンプが稼働していないとき、ポンプステーションにおける全ての稼働中のポンプによって追加の流量が提供されなければならない。これは、漏れている弁の分岐のポンプが稼働していないときの場合、ポンプの圧力及び電力は、

【数35】

【数36】

によって与えられることを意味する。同様に、

【数37】

は、全ての稼働中のポンプによって提供される差圧Δｐによって漏れを強制的に通過させられる、今回は漏れている逆止弁における、漏れ流である。漏れている弁を有する分岐のポンプが稼働しているときの場合、圧力及び電力は、

【数38】

【数39】

によって与えられ、結果としてゼロ残差となる。

【0066】

故障したポンプの電力消費の増加につながる機械的及び／又は電気的な故障の場合、電力消費に追加の項を加える必要がある。これには様々な選択肢がある。例えば、速度ωの２乗に比例する項を

【数40】

【数41】

のように追加することができ、θω^２は増加した電力消費である。どのようなタイプの機械的又は電気的な故障が予測されるかに応じて、θ_１、θ_２ω、θ_３ω^３、．．．、又はこれらの組合せ等の他の項を用いることもできることに留意すべきである。

【0067】

故障によって影響を受けないポンプのモデルは、

【数42】

【数43】

によってモデル化することができ、ｆは故障したポンプのインデックスである。

【0068】

上述したように、各残差は、

【数44】

によってｊ番目の故障シナリオに対する関数ｆ_ｊによって記述することができる。

【0069】

これは、関数ｆ_ｊはｊ番目の故障タイプを記述し、「故障パラメータ」θ_ｊによってパラメータ化できることを意味する。典型的な故障タイプ又はシナリオは、次のとおりである。
・ポンプのうちの１つの内側における詰まりであって、典型的には、黄土が詰まりを引き起こすときに水中ポンプにおいて、又は毛髪及び他の繊維が詰まりを引き起こすときに廃水ポンプにおいて発生する、詰まり。
・ポンプのうちの１つの内側における漏れであって、典型的には、封止部に砂が摩耗を引き起こすときに水中ポンプ及び廃水ポンプにおいて発生する、漏れ。これは、キャビテーションがポンプ漏れにつながる場合があるときにボイラ給水の適用においても見られる。
・ブースタシステム又は廃水ポンプステーション等のマルチポンプシステムにおける逆止弁の１つにおける漏れであって、例えば汚れ又は他の妨害物に起因して逆止弁が完全には閉じることができないときの漏れ。
・電力消費の増加につながる機械的又は電気的な故障であって、全てのタイプのポンプシステムに対して起こり得る故障。

【0070】

体積モデル化において、

【数45】

の最小化問題を解くことによって故障モデルｆ_ｊのそれぞれに対して推定値Ｄ_ｊが計算され、故障パラメータθ_ｊは変動パラメータとして用いられる（十分な情報、すなわち異なる動作点が利用可能である場合、２つの変動パラメータを用いることができる）。変動パラメータθ_ｊは、ｊ番目の故障タイプを特徴付ける。上記の最小化によって、時間ｔ_１、．．．、ｔ_Ｍにおいて残差ベクトルに最も適合する変動パラメータθ_ｊが見つかり、θ_ｊは集合Θ_ｊにおいて与えられる値の中から選択される。集合Θ_ｊは、「テストされる」故障タイプに応じて正又は負のいずれかであるよう、変動パラメータθ_ｊを拘束することができる。

【0071】

推定値を正規化又はスケールするために、

【数46】

によって与えられる残差の平方和を計算することが有利である。
寸法尺度Ｒを用いて、推定値Ｄ_ｊは、

【数47】

又は

【数48】

のようにスケールすることができ、ｄ_ｊ又は

【数49】

は０～１の範囲にわたる正規化又はスケールされた決定ベクトル成分であり、現在の動作点が故障シナリオｊと関連付けられる可能性が高くなるほど、ｄ_ｊが１に近くなり、

【数50】

が０に近くなる。ｋ個の故障シナリオの場合、決定ベクトル成分ｄ_ｊ又は

【数51】

は、現在の動作状態をｋ個の故障シナリオのうちの１つ以上と関連付けるための異なる故障シナリオｊ間の比較を可能にする長さｋの決定ベクトルをもたらす。

【0072】

図６ａ、図６ｂは、ｋ＝７個の潜在的な故障シナリオを有する図３において示されるような２ポンプシステムの挙動の例を示す。非故障モデルのポンプ特性と比較した現在の動作点は、残差ベクトル

【数52】

の成分の観点から表示され、この場合、ポンプの数はＮ＝２である。初期において、故障は存在せず、２番目のポンプ（ポンプ２）がスイッチオン及びオフされるときの点を除いて、残差は経時的に安定している。図６ａの中期において、ポンプ１において詰まりが存在し、示差的な方法で残差に影響を及ぼす。図６ａの終期において、ポンプ２において詰まりが存在し、ポンプ１における詰まりとは示差的に異なる方法で残差に影響を与える。上述した体積のモデル化が行われるとき、結果として得られる決定ベクトル成分ｄ_ｊは図６ｂの表において示され、ポンプ１における実際の詰まりに対しては第１列において、ポンプ２における実際の詰まりに対しては第２列において示される。黒いセルにおける決定ベクトル成分ｄ_ｊは、当該列における全ての他のものとは区別され１に最も近い。これは、オペレータが現在の動作状態を特定の故障シナリオと関連付けるためのよい決定根拠を決定ベクトル成分ｄ_ｊが提供することを意味する。決定ベクトルは、故障の関連付けにおいて信頼及び尤もらしさを提供する。

【0073】

図７ａ、図７ｂは、同じｋ＝７個の潜在的な故障シナリオを有する２ポンプシステムの別の挙動の例を示す。図７ａは、ポンプ１が最初に漏れており、次にポンプ２が漏れているとき、残差ベクトル

【数53】

においてそれがどのように示されるかを説明する。上述した体積のモデル化が行われるとき、結果として得られる決定ベクトル成分ｄ_ｊは図７ｂの表において示され、ポンプ１における実際の漏れに対しては第１列に示され、ポンプ２における実際の漏れに対しては第２列に示される。黒いセルにおけるそれぞれの決定ベクトル成分ｄ_ｊは、当該列において１に最も近く、正しい故障の関連付けを示す。しかしながら、この場合、例えば０．５という所定の閾値を超えた他の決定ベクトル成分ｄ_ｊが存在する（斜線が施されたセルを参照）。したがって、決定ベクトルは、図６ａ、図６ｂにおいて示される例と比較してわずかに示差的ではない。示差性を向上させるために、例えば或る特定のポンプのオン／オフを切り替えること又は異なる速度において運転させること等によって、より多くの動作点を考慮することができる。これは、自動で又はオペレータによって手動で誘発させることができる。これは、「能動的な故障分離」と称することができる。

【0074】

ｄ_ｉ及びｄ_ｊが両方とも１に近い場合における能動的な故障分離の例として、現在の操作点を故障タイプｉ又はｊと関連付けるかが明らかではない。関数ｆ_ｉ及びｆ_ｊを評価することにより、これらの間の差を見つけるために動作条件をどのように変更すべきかについての情報を与えることができる。例えば、弁漏れの故障を同定することができるが、弁のうちの１つと関連付けることができず、所与の時間において個々のポンプを個別に始動させて、どの弁が故障しているかを同定することができる。単一のポンプシステム内での潜在的な詰まり又はポンプ漏れの故障の場合（ポンプの動作点がポンプの最大電力点に近い）、速度を変更して、ポンプ漏れが電力により著しく影響を与える領域に動作点を押し込むことができる（図５ａ、図５ｂを参照）。図５ａから、例えば、詰まりの故障が電力消費に影響しないことが更に明らかである。

【0075】

決定ベクトルにおける信頼及びその尤もらしさを促進するために、決定ベクトルを用いるには次の規則を適用して、現在の操作点を故障タイプと関連付けることができる。
１）故障の関連付けに対する妥当な候補として考慮され得る前に、決定ベクトルは、或る特定の閾値、例えば０．５よりも上の少なくとも１つの決定ベクトル成分を有しなければならない。
２）決定ベクトルの最大成分は、決定ベクトル成分の２番目に大きな成分までの、最小距離、例えば０．２を有しなければならない。

【0076】

図８は、ポンプ監視システムの表示モジュール２３上でオペレータに表示することができるような、（図２におけるように）単一の水中ポンプに対して適用された監視方法の結果を示す。表示されるユーザインタフェースは、設定部２５と、故障検出部２７と、故障検出曲線部２９と、決定信号部３１とを備える。故障検出曲線部２９は、非故障のポンプ特性に対する線（目標線）と現在の操作点に対する点とを用いて３次元動作空間を説明するための３つのプロットを示す。右側の上のプロットにおいて見られるように、電流効率は目標線を著しく下回っている。さらに、ヘッド、すなわち圧力は、左側の上のプロットからわかるように、目標線を下回っている。ヘッド及び効率の降下は一番下のグラフにも表示されており、現在の時間は縦の点線で示される。ヘッド降下が２１％において存在する、すなわち１５％における最大許容ヘッド降下閾値よりも上であるので、効率及びヘッド降下は、当該降下が発生したときのタイムスタンプと共に故障検出部２７に登録される。

【0077】

この降下を故障シナリオと関連付けるための良好な推定をオペレータに与えるために、可能性のある故障シナリオに対する決定ベクトル成分を有する決定ベクトルが決定信号部３１に表示される。最も重要な決定ベクトル成分が強調表示され、発生した効率及びヘッド降下の原因となる最も可能性の高い故障シナリオを強調する。この場合、ポンプ漏れである可能性が最も高いが、詰まりに対する決定ベクトル成分もかなり高い。この場合、詰まりよりもポンプ漏れが電力消費に影響を与える動作点へポンプ速度を変更することによって、能動的な故障分離を行うことが得策であり得る。それによって、現在の操作点を正しい故障シナリオと適切に関連付けるために、決定ベクトル成分をより示差的とすることができる。

【0078】

前述の説明において、既知の、自明な、又は予見可能な均等物を有する完全体又は要素が言及されている場合、そのような均等物は、個々に規定されるかのように本明細書の一部をなすものとする。本開示の真の範囲を決定するには特許請求の範囲への参照がなされるべきであり、任意のそのような均等物を包含するように解釈されるべきである。任意選択の、好ましい、有利な、又は簡便な等として記述されている本開示の完全体又は特徴は、任意選択であり、独立請求項の範囲を限定しないことも読者によって理解される。

【0079】

上記の実施形態は、本開示の説明に役立つ例として理解されるべきである。任意の１つの実施形態に関連して記述された任意の特徴は、単独で、又は記述された他の特徴と組み合わせて用いることができ、任意の他の実施形態の１つ以上の特徴、又は任意の他の実施形態の任意の組合せと組み合わせて用いることもできることが理解されるべきである。少なくとも１つの例示的な実施形態が示され記述されてきたが、他の変更、置換及び代替が当業者には明白であり、本明細書において記載された主題の範囲から逸脱することなく変更することができ、本出願は、本明細書において議論された特定の実施形態の任意の適応又は変形を取り扱うことを意図することが理解されるべきである。

【0080】

加えて、「備える、含む（comprising）」は他の要素又はステップを排除するものではなく、「一（a）」又は「１つ（one）」は複数を排除するものではない。さらに、上記の例示的な実施形態のうちの１つを参照して記述された特徴又はステップは、上述された他の例示的な実施形態の他の特徴又はステップと組み合わせて用いることもできる。方法のステップは、任意の順序にて若しくは並行して適用することができ、又は別の方法のステップの一部若しくはより詳細な変形を構成することができる。本明細書において保証される特許の範囲内において、当該技術分野への寄与の範囲内において合理的かつ適切に至るような全てのそのような変更が具現化されるべきであることが理解されるべきである。そのような変更、置換及び代替は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができ、本開示の精神及び範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的な均等物から決定されるべきである。

【符号の説明】

【0081】

１ ポンプシステム
３ ポンプユニット
５ ＶＦＣ
７ 差圧センサ
９ 流量センサ
１１ 処理モジュール
１３ クラウド型コンピュータシステム
１５ 信号接続
１７ 逆止弁
１９ 掘削孔
２１ 出口圧力センサ
２２ 廃水ピット
２３ 表示モジュール
２５ 設定部
２７ 故障検出部
２９ 故障検出曲線部
３１ 決定信号部

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8】