DE202005001746U1 - Fluidic machine controller, has governor module which from actual value and reference value produces set value supplied to both control module and to control unit - Google Patents

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    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers

Abstract

The device for the controlling of a fluidic machine (6) has a processor unit (12) to control a motor/fluidic machine system, and a memory module (14) in which a mathematical model of the motor and fluidic machine is stored, and a governor module (16) which from an actual value (20) and a reference value produces a set value (23) which is supplied to both a control module (18) and to a control unit (10). The control module creates from the set value a control variable (22A) fed to the memory module, and the control unit creates from the set value a control variable fed (22B) to the motor/fluidic machine unit. The control module is especially a frequency converter, the fluidic machine is especially a side channel compressor, and the motor is especially an asynchronous electric motor.

Description

Die Erfindung betrifft auf eine Vorrichtung zum Steuern einer motorisch angetriebenen Strömungsarbeitsmaschine, wie beispielsweise einer Pumpe oder eines Verdichters, insbesondere eines Seitenkanalverdichters.The The invention relates to a device for controlling a motor driven turbomachine, such as a pump or a compressor, in particular a side channel compressor.

Zur Druck- und Volumenstromregelung eines von der Strömungsarbeitsmaschine geförderten Mediums dient häufig ein an die Strömungsarbeitsmaschine gekoppelter Elektromotor mit verstellbarer Motordrehzahl. Dazu weist die im folgenden als Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit bezeichnete Kopplung von Elektromotor und Strömungsarbeitsmaschine eine Prozessregelung auf, mittels der der gewünschte Druck- und/oder Volumenstrom über die Drehzahl am Elektromotor eingestellt wird.to Pressure and volume flow control of one of the flow working machine funded Medium often serves on to the flow machine coupled electric motor with adjustable engine speed. For this purpose points hereafter referred to as a Motor Turbomachine Unit referred coupling of electric motor and fluid flow machine a process control on, by means of which the desired Pressure and / or flow over the speed is set on the electric motor.

In klassischer Ausführung umfasst die Prozessregelung eine Sensorik mit einzelnen Messsensoren, die in bestimmten Zeitabständen an der Strömungsarbeitsmaschine und/oder an dem an die Strömungsarbeitsmaschine angeschlossenen System unterschiedliche Regelgrößen, wie beispielsweise Druck, Volumenstrom oder Strömungsgeschwindigkeit, messen. Die jeweilige Regelgröße wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und einem Regler zum Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert zugeführt. Der Regler stellt einem Stellglied zur Regulierung der Drehzahl des Motors eine Stellgröße zur Verfügung. Diese Art der Prozessregelung ist jedoch insbesondere in Bezug auf die Messgenauigkeit der durch die einzelnen Sensoren ermittelten Messwerte besonders aufwendig.In classic version the process control comprises a sensor system with individual measuring sensors, at certain intervals at the flow machine and / or at the on the turbomachine connected system different control variables, such as pressure, Volume flow or flow velocity, measure up. The respective control variable is converted into an electrical signal and a regulator for comparison supplied with a predetermined setpoint. The controller adjusts one Actuator for regulating the speed of the motor, a manipulated variable available. These However, the nature of the process is particularly relevant to the Measuring accuracy of the measured values determined by the individual sensors especially consuming.

In der DE 196 30 384 A1 ist eine weitere Möglichkeit zur Druck- und Volumenstromregelung an einer Anlage mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Strömungsarbeitsmaschine vorgeschlagen. Darin ist die Ansteuerung einer Strömungsarbeitsmaschine, beispielsweise eines Verdichters oder einer Pumpe, beschrieben, die nach Art einer Kennlinienfeld-Regelung arbeitet. Dazu ist in einem in der Anlage vorgesehenen Speicherelement eine charakteristische Kurve mit einem Zusammenhang zweier einen Frequenzumrichter zur Einstellung einer Motordrehzahl betreffenden Parameter gespeichert. Wenn die charakteristische Kurve den Zusammenhang zwischen Strom und Frequenz für den Frequenzumrichter darstellt, ist es erforderlich, den Strom innerhalb des Frequenzumrichters oder hinter dessen Wechselrichter zu messen.In the DE 196 30 384 A1 Another possibility for pressure and volume flow control on a system with a driven by an electric motor fluid flow machine is proposed. Therein, the control of a flow machine, such as a compressor or a pump is described, which operates in the manner of a characteristic curve control. For this purpose, in a memory element provided in the system, a characteristic curve is stored with a relationship between two parameters relating to a frequency converter for setting an engine speed. If the characteristic curve represents the relationship between current and frequency for the frequency converter, it is necessary to measure the current inside the frequency converter or behind its inverter.

Auch diese Prozessregelung ist eine Regelung mit Sensorik, für die eine Strommessung zur Ermittlung anlagenspezifischer Parameter über hinterlegte Kenn- oder Kennlinienfelder erforderlich ist. Bezüglich der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit ist diese Kennfeld-Regelung zudem nur anlagen- und typspezifisch anwendbar. Bei Einsatz verschiedener Bautypen der Strömungsarbeitsmaschine mit elektrischer Antriebstechnik, beispielsweise ein mittels Frequenzumrichter drehzahlgesteuerter Drehstromasynchronmotor, ist daher die Verwendung einer solchen Kennfeld-Regelung äußerst aufwendig.Also This process control is a control system with sensors for which a Current measurement to determine plant-specific parameters via stored Kenn- or characteristic fields is required. In terms of the engine turbomachine unit This map control is also only system and type specific applicable. When using different types of turbomachinery with electrical drive technology, for example by means of a frequency converter speed-controlled three-phase asynchronous motor, is therefore the use such a map control extremely expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders vielseitig einsetzbare und insbesondere einfache Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung einer Strömungsarbeitsmaschine anzugeben.Of the Invention is based on the object, a particularly versatile usable and in particular simple device for control or regulation of a fluid flow machine specify.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.The said object is achieved by the features of the claim 1. Expedient refinements are the subject of this reference Dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Druck- und Volumenstromregelung oder -steuerung eines Anlagenprozesses mit prozessorgestützen Software-Modellen einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Strömungsarbeitsmaschine, insbesondere eines Kompressors oder einer Vakuumpumpe. Dazu umfasst die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung zur Ansteuerung einer Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Anlage oder -Einheit sowie zusätzlich zu einem Speicherbaustein auch einen Reglerbaustein und einen Steuerbaustein. In dem Speicherbaustein ist ein mathematisches Modell des Motors und der Strö mungsarbeitsmaschine und hinterlegt. Mittels des mathematischen Modells bzw. der mathematischen Modelle wird anhand von vorgegebenen typspezifischen Betriebsparametern der jeweils in der Anlage eingesetzten Strömungsarbeitsmaschine und des Motors ein Istwert errechnet. Dieser Istwert wird als Istwertsignal dem Reglerbaustein zugeführt. Der Reglerbaustein vergleicht den Istwert mit einem Referenzwert, der entweder fest vorgegeben ist oder während des Betriebes der Strömungsarbeitsmaschine dem gewünschten Prozessablauf angepasst ermittelt wird. Anhand des Vergleichs zwischen dem Istwert und dem Referenzwert ermittelt der Reglerbaustein einen Stellwert und führt diesen sowohl einem Steuerbaustein als auch einer Steuereinrichtung zu. Der mit dem Speicherbaustein gekoppelte Steuerbaustein erzeugt anhand des Stellwertes vom Reglerbaustein eine dem Speicherbaustein zugeführte Steuergröße.The inventive device allows a pressure and volume flow control or control of a plant process with processor supports Software models powered by an electric motor Flow machine, in particular a compressor or a vacuum pump. Includes the device is a processor device for controlling a Motor-turbomachines plant or unit and in addition to a memory block also a controller block and a control block. In the memory chip is a mathematical model of the engine and the flow machine and deposited. By means of the mathematical model or the mathematical Models are based on given type-specific operating parameters each used in the system flow machine and the Motors calculated an actual value. This actual value is called the actual value signal supplied to the controller block. The controller block compares the actual value with a reference value, which is either fixed or during operation of the fluid flow machine the desired one Process flow is determined adjusted. Based on the comparison between The controller block determines the actual value and the reference value Control value and leads this both a control module and a control device to. The coupled with the memory block control module generates Based on the manipulated variable from the controller block, the memory block supplied Control variable.

Zum Steuern der Strömungsarbeitsmaschine wird mittels eines diese und eines die Strömungsarbeitsmaschine betreibenden Motors beschreibenden mathematischen Modells anhand einer Anzahl von typspezifischen Betriebsparameten der Strömungsarbeitsmaschine und des Motors ein Istwert errechnet wird, der mit einem Referenzwert zur Erzeugung eines Stellwertes verglichen wird. Dieser wird der Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes des Motors, insbesondere eines Stromrichters, z. B. eines Frequenzumrichters, und/oder der Strömungsarbeitsmaschine, insbesondere eines saug- oder druckseitigen Stellventils, einer saug- bzw. druckseitigen Drosselklappe und/oder eines Lüfter, zugeführt.For controlling the fluid flow machine, an actual value is calculated by means of a mathematical model describing these and a motor operating the turbomachine, based on a number of type-specific operating parameters of the turbomachine and the motor, which is compared with a reference value for generating a control value. This is the control device for controlling an actuator of the motor, in particular a power converter, z. B. a frequency converter, and / or the Strömungsarbeitsmaschine, in particular a suction or pressure-side control valve, a suction or pressure-side throttle and / or a fan supplied.

Der Speicherbaustein umfasst dabei – oder ist unterteilt in – ein Speichermodul mit dem mathematischen Modell des Motors und zweckmäßigerweise ein weiteres Speichermodul mit dem mathematischen Modell der Strömungsarbeitsmaschine. Zwischen den Speichermodulen ist eine Schnittstelle zur Übergabe mindestens einer motorspezifischen Größe, insbesondere der Drehzahl und/oder des Drehmomentes, vom mathematische Modell des Motors an das mathematische Modell der Strömungsarbeitsmaschine vorgesehen.Of the Memory module includes - or is divided into - one Memory module with the mathematical model of the engine and expediently another memory module with the mathematical model of the fluid flow machine. Between the memory modules is an interface for transfer at least one engine-specific size, in particular the speed and / or torque, from the mathematical model of the engine the mathematical model of the fluid flow machine intended.

Im Gegensatz zum Steuerbaustein steuert die Steuereinrichtung eine reell aufgebaute Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit an. Die Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Stromrichter oder ein Stellglied, insbesondere ein elektromechanisches Stellglied, z. B. ein saug- und/oder druckseitiges Stellventil, eine saug- bzw. druckseitige Drosselklappe und/oder ein Lüfter der Strömungsarbeitsmaschine. Ist die Einheit als Zusammenschaltung beispielsweise eines Drehstromasynchronmotors mit einem Seitenkanalverdichter als Strömungsarbeitsmaschine in einer Anlage mit gesteuertem oder geregeltem Anlagenprozess realisiert, so ist die Steuereinrichtung zweckmäßigerweise als Frequenzumrichter ausgeführt. Diesem Frequenzumrichter wird von der Prozessoreinrichtung, d. h. von dem Reglerbaustein der Stellwert zugeführt. Darauffolgend erzeugt der Frequenzumrichter eine Steuergröße in Abhängigkeit des Stellwertes. Mit dieser Steuergröße steuert die Steuereinrichtung den Motor an, der wiederum die Strömungsarbeitsmaschine antreibt.in the Contrary to the control module, the control device controls a Really built motor-flow working machine unit at. The control device is expediently a power converter or an actuator, in particular an electromechanical actuator, z. B. a suction and / or pressure-side control valve, a suction or pressure-side throttle and / or a fan of the fluid flow machine. Is the unit as interconnection, for example, a three-phase asynchronous motor with a side channel compressor as a fluid flow machine in one Plant realized with controlled or regulated plant process, so the control device is expediently as a frequency converter executed. This frequency converter is controlled by the processor device, i. H. fed from the controller block of the control value. Subsequently generated the frequency converter a control variable depending on the control value. With controls this tax quantity the controller to the engine, in turn, the flow machine drives.

Diese Steuergröße beinhaltet zweckmäßigerweise eine Änderung sowohl einer Ständerfrequenz als auch einer Ständerspannung des Drehstromasynchronmotors zur Veränderung der Motordrehzahl, z. B. nach dem Verfahren der U/f-Steuerung, mittels des Stromrichters bzw. Frequenzumrichters. Durch die Veränderung der Motordrehzahl wird der Druck und/oder der Volumenstrom des mittels der Strömungsarbeitsmaschine transportierten Mediums eingestellt.These Tax size includes expediently a change both a stator frequency as well as a stator voltage the three-phase asynchronous motor to change the engine speed, z. B. by the method of U / f control, by means of the power converter or frequency converter. By the change the engine speed is the pressure and / or the flow rate of means the flow machine set transported medium.

In zweckmäßiger Weiterbildung beinhaltet der Reglerbaustein in der Prozessoreinrichtung einen reglerspezifischen Algorithmus, mit dem der Stellwert aus dem Vergleich des Referenzwertes mit dem Istwert ermittelt wird. Der Einsatz eines durch Software realisierten und den Regelalgorithmus anwendenden Programmes ist einem mittels Hardware realisierten Regler vorzuziehen, da durch Abänderung des Regelalgorithmus auf Softwarebasis besonders einfach und kostengünstig unterschiedliche Typen von Reglern einsetzbar sind.In appropriate training the controller module in the processor device includes a controller-specific algorithm with which the manipulated variable from the comparison of the reference value with the actual value is determined. The use of a realized by software and applying the control algorithm Program is preferable to a hardware-based controller, there by modification of the software-based control algorithm is particularly simple and cost-effective Types of controllers are used.

Zum Steuern der Strömungsarbeitsmaschine erfolgt die Errechnung des Istwertes mittels des mathematischen Modells der Strömungsarbeitsmaschine und des die se betreibenden Motors anhand einer Anzahl von typspezifischen Betriebsparameten der Strömungsarbeitsmaschine und des Motors. Durch Vergleich des Istwertes mit dem Referenzwert wird ein Stellwert erzeugt, der der Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Motors zugeführt wird.To the Controlling the turbomachine the calculation of the actual value takes place by means of the mathematical Model of the turbomachine and of the se driving engine based on a number of type-specific Operating parameters of the turbomachine and the engine. By comparing the actual value with the reference value generates a control value, the control device for driving supplied to the motor becomes.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Regulierung des Druckes und/oder des Volumenstromes des von einer Strömungsarbeitsmaschine geförderten Mediums sowohl ohne Sensorik als auch ohne Kennfeld-Regelung anhand lediglich einer Anzahl von ein Verhalten eines spezifischen Typs einer Strömungsarbeitsmaschine beschreibenden Kenngrößen oder Betriebsparametern erfolgt. Das mathematische Modell für die Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit beschreibt vorteilhafterweise Istwerte, die den Zusammenhang zwischen Eingangsgrößen des Motors und Ausgangsgrößen der Strömungsarbeitsmaschine kennzeichnen. Eingangsgrößen des Motors sind beispielsweise die Ständerfrequenz oder der Ständerspannung Motors, während Ausgangsgrößen der Strömungsarbeitsmaschine beispielsweise eine Gastemperatur, ein Differenzdruck oder ein Volumenstrom sind.The particular advantages of the invention are that the regulation of the pressure and / or the flow rate of the from a turbomachine funded Medium without sensors as well as without map control only a number of a behavior of a specific type a flow machine descriptive parameters or operating parameters he follows. The mathematical model for the Motor Turbine Working Unit advantageously describes actual values that determine the relationship between Input variables of the Motors and output variables of Turbomachine mark. Input variables of the Motors are, for example, the stator frequency or the stator voltage Motors while Output variables of Turbomachine For example, a gas temperature, a differential pressure or a flow rate are.

Das mathematische Modell ist unabhängig von den in einem System oder in einer Anlage vorgesehenen Typen des Motors und der Strömungsarbeitsmaschine, also typunabhängig. Erst durch die dem mathematischen Modell zugeführten Betriebsparameter, die kennzeichnend für die Typen des Motors und der Strömungsarbeitsmaschine sind, wird das mathematische Modell typspezifisch.The mathematical model is independent of the types of equipment provided in a system or installation Motors and the flow machine, thus type-independent. Only by the mathematical model supplied operating parameters, the characterizing for the types of engine and fluid flow machine are, the mathematical model becomes type specific.

Der Einsatz einer Prozessoreinrichtung mit einem mathematischen Modell der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit ist durch die vielseitige und typunabhängige Anwendungsmöglichkeit des mathematischen Modells besonders kostengünstig. Zudem ist die Prozessoreinrichung, in deren Speicherbaustein das mathematische Modell hinterlegt ist, schon aufgrund der Vermeidung des Einsatzes einer komplexen und reparaturanfälligen Sensorik vergleichsweise wartungsarm.Of the Use of a processor device with a mathematical model the engine turbomachine unit is due to the versatile and type-independent application of the mathematical model particularly cost-effective. In addition, the processor device, in whose memory module the mathematical model is stored, already due to the avoidance of the use of a complex and repair-prone Sensor system comparatively low maintenance.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 schematisch eine Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit und eine diese ansteuernde Prozessoreinrichtung, 1 1 schematically shows a motor-flow-processing-machine unit and a processor device that drives it;

2 ein schematische Darstellung der Prozessoreinrichtung nach 1 zur Erzeugung eines Stellwertes zur Ansteuerung der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit, 2 a schematic representation of the processor device according to 1 for generating a control value for controlling the motorized turbomachine unit,

3 ein Funktionsschema eines Frequenzumrichters, dem der Stellwert der Prozessoreinrichtung gemäß 2 zur Einstellung einer Motordrehzahl zugeführt ist. 3 a functional diagram of a frequency converter, the manipulated variable of the processor device according to 2 is supplied to adjust an engine speed.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Strömungsarbeitsmaschine 6, die von einem Motor 8 angetrieben wird. Die Strömungsarbeitsmaschine 6 stellt beispielsweise einen Kompressor oder eine Vakuumpumpe dar, die in eine Anlage 4 integriert ist und beispielsweise zur Förderung eines Mediums dient, das mittels durch Rohrleitungen mit druck- und saugseitigen Stellgliedern 3, 5 gefördert werden. Die erforderliche Leistung der Strömungsarbeitsmaschine 6 ist nicht nur von der Kompressibilität des Mediums, z. b. Luft, sondern auch vom Druckverlust und vom Luftvolumenstrom innerhalb der Anlage 4 abhängig. Die steuerbaren Stellglieder oder Stelleinrichtungen 3, 5 können Stellventile oder Drosselklappen sein. Der Strömungsarbeitsmaschine 6 ist ein ansteuerbarer Lüfter 7 zugeordnet. 1 shows a schematic representation of a fluid flow machine 6 that of a motor 8th is driven. The flow working machine 6 For example, represents a compressor or a vacuum pump, which in a plant 4 is integrated and, for example, serves to promote a medium by means of piping with pressure and suction actuators 3 . 5 be encouraged. The required performance of the fluid flow machine 6 is not only about the compressibility of the medium, eg air, but also about the pressure loss and the air volume flow within the system 4 dependent. The controllable actuators or actuators 3 . 5 can be control valves or throttle valves. The flow working machine 6 is a controllable fan 7 assigned.

Zur Regulierung der Leistung der Strömungsarbeitsmaschine 6 und um einen besonders Material schonenden Förderprozess zu erreichen, ist es zweckmäßig, den mit Wechsel- oder Drehstrom betriebenen Motor 8 mit einer Drehzahlregulierung auszustatten, durch die der Volumenstrom der Strömungsarbeitsmaschine 6 geregelt ist. Für den Betrieb der Strömungsarbeitsmaschine 6, beispielsweise eines Verdichters, wird in der Regel für den Motor 8 ein Drehstromasynchronmotor verwendet. Dieser Motor 8 entnimmt über einen Frequenzumrichter 10 aus einem Stromnetz elektrische Energie und wandelt diese in mechanische Energie um. Über den Frequenzumrichter 10 wird die Drehzahl am Motor 8 derart eingestellt, dass an der Strömungsarbeitsmaschine 6 der gewünschte Druck und/oder Volumenstrom des geförderten Mediums erzeugt wird. Dadurch, dass am Motor 8 die Drehzahl mittels des Frequenzumrichters 10 besonders einfach verstellbar ist, ist zur Regulierung des Druckes und/oder des Volumenstromes des von der Strömungsarbeitsmaschine 6 geförderten Mediums ein besonders geringer Energieaufwand im Vergleich zu einem mit konstanter Drehzahl betriebenen Motor erforderlich.To regulate the performance of the fluid flow machine 6 and in order to achieve a particularly gentle material handling process, it is expedient to use the alternating current or three-phase motor 8th equipped with a speed regulation, by the volume flow of the fluid flow machine 6 is regulated. For the operation of the flow working machine 6 For example, a compressor is usually used for the engine 8th used a three-phase asynchronous motor. This engine 8th removed via a frequency converter 10 from a power grid electrical energy and converts it into mechanical energy. About the frequency converter 10 is the speed at the engine 8th set so that on the flow machine 6 the desired pressure and / or flow rate of the pumped medium is generated. Because of that on the engine 8th the speed by means of the frequency converter 10 is particularly easy to adjust, is to regulate the pressure and / or the flow of the flow from the machine 6 subsidized medium requires a particularly low energy consumption compared to a motor operated at constant speed.

Die bei höherer Drehzahl des Motors 8 ansteigenden Drossel- und Reibungsverluste in der Strömungsarbeitsmaschine 6 werden insbesondere bei einem als Strömungsarbeitsmaschine eingesetzten Seitenkanalverdichter vermieden. Ein Seitenkanalverdichter wirkt als Strömungsarbeitsmaschine derart, dass dieser ein Gas ansaugt und den Druck durch eine Reihe von Verwirbelungen erhöht, die durch die Zentrifugalkraft im Seitenkanal des Seitenkanalverdichters erzeugt werden. Ein Seitenkanalverdichter ist sowohl als Druckerzeuger als auch für den Saugbetrieb geeignet. Dabei treten bei der Rotation des Laufrades im Seitenkanal, wodurch das Gas einen Über- und/oder Unterdruck erfährt, keine Reibungen auf. Deshalb ist die dem Seitenkanalverdichter zugeführte Energie im Gegensatz zu anderen Strömungsarbeitsmaschinen bei vergleichbarer Leistung besonders gering.The at higher speed of the engine 8th increasing throttling and friction losses in the fluid power machine 6 are avoided in particular in a side channel compressor used as a fluid flow machine. A side channel compressor acts as a fluid flow machine to draw in a gas and increase the pressure through a series of swirls created by the centrifugal force in the side channel of the side channel compressor. A side channel blower is suitable both as a pressure generator and for suction operation. In this case, occur during the rotation of the impeller in the side channel, whereby the gas undergoes an over- and / or negative pressure, no friction. Therefore, unlike other turbomachines, the power supplied to the side channel compressor is particularly low with comparable performance.

Zur Einstellung der Drehzahl am Motor 8 wird dem Frequenzumrichter 10 von einer Prozessoreinrichtung 12 ein Stellwert 23a zur Verfügung gestellt. Dazu umfasst die Prozessoreinrichtung 12 einen Speicherbaustein 14, einen Reglerbaustein 16 und einen Steuerbaustein 18, die miteinander einen Regelkreis bilden. Dabei ist in dem Speicherbaustein 12 ein mathematisches Modell der aus dem Motor 8 und der Strömungsarbeitsmaschine Motor 6 gebildeten Einheit hinterlegt. Dieses mathematische Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen des Motors 8, beispielsweise der Ständerspannung Ust oder der Ständerfrequenz fst des Drehstromasynchronmotors 8, und den Ausgangsgrößen der Strömungsarbeitsmaschine 6, beispielsweise dem Volumenstrom V oder der Gastemperatur T.For setting the speed on the motor 8th becomes the frequency converter 10 from a processor device 12 a control value 23a made available. This includes the processor device 12 a memory chip 14 , a controller block 16 and a control block 18 that form a closed loop with each other. It is in the memory module 12 a mathematical model of the engine 8th and the flow machine engine 6 formed unit formed. This mathematical model describes the relationship between the input quantities of the motor 8th , For example, the stator voltage U st or the stator frequency f st of the three-phase asynchronous motor 8th , and the output variables of the fluid flow machine 6 , For example, the flow rate V or the gas temperature T.

Zur Einstellung des über die Rohrleitungen der Anlage 4 geförderten Volumenstroms kann den Stellgliedern 3 und/oder 5 von der Prozessoreinrichtung 12 ein Stellwert 23b bzw. 23c zur Verfügung gestellt werden. Auch kann dem Lüfter 5 von der Prozessoreinrichtung 12 ein Stellwert 23d zur Verfügung gestellt werden. Durch kann die Strömungsarbeitsmaschine 6 gesteuert gekühlt und eine Überhitzung vermieden werden.To adjust the over the piping of the plant 4 promoted volume flow can the actuators 3 and or 5 from the processor device 12 a control value 23b respectively. 23c to provide. Also can the fan 5 from the processor device 12 a control value 23d to provide. Through the flow machine can 6 controlled cooled and overheating be avoided.

Das mathematische Modell für die Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 6, 8 ist einerseits unabhängig vom Typ der eingesetzten Strömungsarbeitsmaschine 6 und des Motors 8, andererseits aber wirkspezifisch. Dies bedeutet, dass beispielsweise für die pneumatische Förderung von Kunststoffgranulat mit einer Vakuumpumpe als Strömungsarbeitsmaschine 6 lediglich ein einziges mathematisches Modell unabhängig vom Typ und damit der Größe und der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Vakuumpumpe erforderlich ist.The mathematical model for the Motor Turbine Working Unit 6 . 8th On the one hand, it is independent of the type of turbomachine used 6 and the engine 8th but on the other hand effective. This means that, for example, for the pneumatic conveying of plastic granules with a vacuum pump as a fluid flow machine 6 only a single mathematical model is required regardless of the type and thus the size and performance of the vacuum pump used.

Der das mathematische Modell enthaltenden Prozessoreinrichtung 12 sind eingangsseitig Betriebsparameter 19 der Strömungsarbeitsmaschine 6 und des Motors 8 zugeführt. Diese dienen dazu, das mathematische Modell an den jeweiligen Typ der Strömungsarbeitsmaschine 6 und des Motors 8 anzupassen. Diese Betriebsparameter 19 umfassen Werte aus den technischen Daten, wie beispielsweise Abmessungen der Strömungsarbeitsmaschine 6.The processor device containing the mathematical model 12 are input side operating parameters 19 the flow machine 6 and the engine 8th fed. These serve the mathematical model to the respective type of fluid flow machine 6 and the engine 8th anzupas sen. These operating parameters 19 include values from the technical data, such as dimensions of the fluid flow machine 6 ,

Um die Strömungsarbeitsmaschine 6 in optimalem Betrieb zu fahren, errechnet die Prozessoreinrichtung 12 in gewünschtem Zeitabstand mittels des mathematischen Modells und den vorgegebenen Betriebsparametern 19 bestimmte Istwerte 20. Der jeweilige Istwert, der einer Ausgangsgröße der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 8, 6 entspricht, beispielsweise einer Gastemperatur oder einem Volumenstrom an der Strömungsarbeitsmaschine 6, wird dem Regler baustein 16 als Istwertsignal 20 zugeführt. Der Reglerbaustein 16 vergleicht den jeweiligen Istwert mit einem vorgegebenen Referenzwert 21 (2), der beispielsweise als Parameterwert 19 der Prozessoreinrichtung 12 zugeführt wird. Aus dem Vergleich von Istwert 20 und Referenzwert 21 erzeugt der Reglerbaustein 16 einen Stellwert 23 und führt diesen einem Steuerbaustein 18 zu, der seinerseits anhand des Stellwertes 23 eine Steuergröße erzeugt. Die Steuergröße ist in der Prozessoreinrichtung 12 dem Speicherbaustein 14 als Steuersignal 22A eingangsseitig zugeführt. Des Weiteren wird der vom Reglerbaustein 16 in der Prozessoreinrichtung 12 erzeugte Stellwert 23 – wie in 1 gezeigt – zusätzlich dem Frequenzumrichter 10 zur Einstellung der Drehzahl des Motors 8, den Stellgliedern 3, 5 und/oder dem Lüfter 7 zugeführt. Der angesteuerte Frequenzumrichter 10 erzeugt eine Steuergröße 22B in Abhängigkeit des Stellwertes 23, die dem Motor 8 zugeführt wird.To the flow machine 6 operating in optimal mode calculates the processor device 12 at the desired interval by means of the mathematical model and the given operating parameters 19 certain actual values 20 , The respective actual value, that of an output of the motorized turbomachine unit 8th . 6 corresponds, for example, a gas temperature or a flow rate at the Strömungsarbeitsmaschine 6 , is the block of the controller 16 as actual value signal 20 fed. The controller block 16 compares the respective actual value with a predetermined reference value 21 ( 2 ), for example, as a parameter value 19 the processor device 12 is supplied. From the comparison of actual value 20 and reference value 21 generates the controller block 16 a control value 23 and leads this to a control module 18 to, in turn, based on the control value 23 generates a control variable. The control variable is in the processor device 12 the memory module 14 as a control signal 22A supplied on the input side. Furthermore, the one from the controller block 16 in the processor device 12 generated control value 23 - as in 1 shown - in addition to the frequency converter 10 for adjusting the speed of the motor 8th , the actuators 3 . 5 and / or the fan 7 fed. The controlled frequency converter 10 generates a control variable 22B depending on the control value 23 that the engine 8th is supplied.

Hierbei entspricht in der Prozessoreinrichtung 12 die Kopplung des Steuerbausteins 18 mit dem Speicherbaustein 14, in der das mathematische Modell der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 6, 8 hinterlegt ist, der Kopplung des Frequenzumrichters 10 mit der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 8, 6 des reell aufgebauten Systems 24.This corresponds in the processor device 12 the coupling of the control module 18 with the memory module 14 in which the mathematical model of the motor-fluid-working machine unit 6 . 8th is deposited, the coupling of the frequency converter 10 with the engine fluid working unit 8th . 6 of the real system 24 ,

Die Steuerung der im reell aufgebauten System 24 angeordneten Strömungsarbeitsmaschine 6 erfordert nach dem in 1 gezeigten Verfahren mit der Prozessoreinrichtung 12 lediglich die mathematische Simulation der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 8, 6 mit Vorgabe von Parametern 19.The control of the real system 24 arranged turbomachine 6 requires after in 1 shown method with the processor device 12 only the mathematical simulation of the motor-fluid-working machine unit 8th . 6 with specification of parameters 19 ,

2 zeigt vergleichsweise detailliert die in 1 schematisch dargestellte Prozessoreinrichtung 12 mit Parametervorgabe 19. Dazu ist der Speicherbaustein 14, in dem das mathematische Modell der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 6, 8 hinterlegt ist, in ein erstes, nachfolgend auch als erster Speicherbaustein bezeichnetes Speichermodul 14a und ein zweites, nachfolgend auch als zweiter Speicherbaustein bezeichnetes Speichermodul 14b unterteilt. Die Speichermodule 14a, 14b bilden wiederum mit dem Reglerbaustein 16 und dem Steuerbaustein 18 einen Regelkreis. Dabei ist dem zweiten Speicherbaustein oder -modul 14b, in dem das mathematische Modell der Strömungsarbeitsmaschine 6 hinterlegt ist, eingangsseitig eine Eingabevorrichtung 30 vorgeschaltet, über die Betriebsparameter 19, wie beispielsweise technische Daten für den Typ der Strömungsarbeitsmaschine 6 zugeführt werden. Dem ersten Speicherbaustein oder -modul 14a, in dem das mathematische Modell des Motors 8 hinterlegt, ist eingangsseitig eine Eingabevorrichtung 32 vorgeschaltet, über die dem Speicherbaustein 14a typspezifische Betriebsparameter 19 des Motors 8 zur Verfügung gestellt werden. 2 shows comparatively detailed in 1 schematically illustrated processor device 12 with parameter specification 19 , This is the memory module 14 in which is the mathematical model of the Motor Turbomachinery Unit 6 . 8th is stored in a first, hereinafter also referred to as the first memory module memory module 14a and a second, hereinafter also referred to as a second memory module memory module 14b divided. The memory modules 14a . 14b in turn form with the controller block 16 and the control module 18 a control loop. In this case, the second memory module or module 14b in which is the mathematical model of the fluid flow machine 6 is deposited, input side, an input device 30 upstream, via the operating parameters 19 , such as technical data for the type of turbomachine 6 be supplied. The first memory module or module 14a in which the mathematical model of the engine 8th deposited, the input side is an input device 32 upstream, via the memory module 14a Type-specific operating parameters 19 of the motor 8th to provide.

Eine weitere Eingabevorrichtung 34 ist sowohl eingangsseitig an den Reglerbaustein 16 als auch eingangsseitig an den Steuerbaustein 18 angeschlossen. Über die Eingabevorrichtung 34 ist dem Reglerbaustein 16 zum Vergleich mit dem jeweiligen Istwert 20 ein Referenzwert 21 vorgegeben. Der Reglerbaustein 16 beinhaltet einen Regleralgorithmus zur Erzeugung des Stellwertes 23. Da ein PID-Regler besonders vielseitig einsetzbar ist und in der Erzeugung des Stellwertes 23 eine besonders hohe Genauigkeit aufweist, entspricht der Regleralgorithmus zweckmäßigerweise dem des PID-Reglers.Another input device 34 is both the input side to the controller module 16 as well as on the input side to the control module 18 connected. About the input device 34 is the controller block 16 for comparison with the respective actual value 20 a reference value 21 specified. The controller block 16 includes a controller algorithm for generating the control value 23 , Since a PID controller is particularly versatile and in the generation of the control value 23 has a particularly high accuracy, the controller algorithm suitably corresponds to that of the PID controller.

Der in der Prozessoreinrichtung 12 angeordnete Steuerbaustein 18 entspricht dem im reellen Systems 24 angeordneten Stromrichter bzw. Frequenzumrichter 10. Demnach beinhaltet das von dem Steuerbaustein 18 an den Speicherbaustein 14a abgegebene Steuersignal 22B eine Information über die Ständerfrequenz fst und/oder Ständerspannung UNetz zur Einstellung der Drehzahl am Motor 8. Der Speicherbaustein 14a übergibt Informationen über die Drehzahl und/oder das Drehmoment bzw. die Drehfrequenz der Motorwelle des Motors 6 an den Speicherbaustein 14b.The one in the processor device 12 arranged control block 18 corresponds to that in the real system 24 arranged power converter or frequency converter 10 , Accordingly, this includes the control module 18 to the memory module 14a delivered control signal 22B an information about the stator frequency fst and / or stator voltage U network for adjusting the speed at the motor 8th , The memory chip 14a transfers information about the speed and / or the torque or the rotational frequency of the motor shaft of the motor 6 to the memory module 14b ,

Wie nachfolgend anhand von 3 näher beschrieben ist, umfasst der Frequenzumrichter 10 eine Steuereinrichtung 42 zur Steuerung einzelner im Frequenzumrichter 10 angeordneter Bausteine. Dadurch können ein Anlaufen und der Betrieb des Motors 8 vergleichsweise Energie sparend gestaltet werden.As follows from 3 is described in more detail, includes the frequency converter 10 a control device 42 for controlling individual in the frequency converter 10 arranged blocks. This can cause a startup and operation of the engine 8th be made comparatively energy-saving.

Die Veränderung der Drehzahl des Drehstromasynchronmotors 8 ist durch Veränderung einer Netzfrequenz mittels des Frequenzumrichters 10 durchführbar. Um dabei den Drehmomentenverlauf am Motor 8 nicht zu verändern, ist die Ständerspannung Ust zum Drehmomentenverlauf proportional verstellbar. Diese Art der Ansteuerung des Motors 8 durch den Frequenzumrichter 10 wird als U/f-Steuerung bezeichnet.The change in the speed of the three-phase asynchronous motor 8th is by changing a grid frequency using the frequency converter 10 feasible. To do this, the torque curve on the motor 8th not to change, the stator voltage U st is proportionally adjustable to the torque curve. This type of control of the engine 8th through the frequency converter 10 is called U / f control.

Ein in 3 schematisch dargestellter Frequenzumrichter 10 weist einen Gleichrichter 36, einen Spannungszwischenkreis 38 und einen Wechselrichter 40 auf. Des Weiteren umfasst der Frequenzumrichter 10 die Steuereinrichtung 42, die mittels eines Mikrokontrollers oder eines digitalen Signalprozessors realisiert ist. Weiterhin weist der Frequenzumrichter 10 unterschiedliche Schnittstellen 44 und eine Eingabevorrichtung 46 auf. Zur Eingabe von Steuerungsparametern für die U/f-Steuerung des Motors 8 durch den Frequenzumrichter 10 dient die Eingabevorrichtung 46, die in 2 als Eingabevorrichtung 34 abgebildet ist. Die Steuereinrichtung 42 dient der Überwachung und Steuerung aller Bausteine im Frequenzumrichter 10.An in 3 schematically represented Fre quency inverter 10 has a rectifier 36 , a voltage intermediate circuit 38 and an inverter 40 on. Furthermore, the frequency converter includes 10 the controller 42 which is realized by means of a microcontroller or a digital signal processor. Furthermore, the frequency inverter 10 different interfaces 44 and an input device 46 on. For entering control parameters for the V / f control of the motor 8th through the frequency converter 10 serves the input device 46 , in the 2 as an input device 34 is shown. The control device 42 is used to monitor and control all components in the frequency converter 10 ,

Der Frequenzumrichter 10 ist eingangsseitig an das Wechselstromnetz 48 mit der Spannung UNetz und der Netzfrequenz fNetz angeschlossen. Nach Gleichrichtung der Wechselspannung UNetz in eine Gleichspannung UZK wird diese dem Gleichspannungszwischenkreis 38 zugeführt. Der Gleichspannungs-Zwischenkreis 38 entkoppelt zum einen den Eingangsgleichrichter 36 vom Wechselgleichrichter 40 und dient zum anderen als Energiepuffer und Filter. Abhängig von dem durch den Reglerbaustein 16 erzeugten und dem Frequenzumrichter 10 zugeführten Stellwert 23 steuert die Steuereinrichtung 42 den Wechselrichter 40 derart an, dass der Wechselrichter 40 die Gleichspannung UZK zur Erzeugung der gewünschten Ständerfrequenz fst wechselrichtet und ausgangsseitig 50 dem Motor 8 zuführt.The frequency converter 10 is input side to the AC mains 48 connected to the voltage U mains and the mains frequency f mains . After rectification of the AC voltage U network in a DC voltage U ZK this is the DC voltage intermediate circuit 38 fed. The DC link 38 decoupled on the one hand, the input rectifier 36 from the AC rectifier 40 and serves as an energy buffer and filter. Depending on which through the controller block 16 generated and the frequency converter 10 supplied control value 23 controls the controller 42 the inverter 40 such that the inverter 40 the DC voltage U ZK for generating the desired stator frequency fst is reversed and the output side 50 the engine 8th supplies.

Der Einsatz einer Strömungsarbeitsmaschinen 6, insbesondere eines Verdichters, eines Kompressors oder einer Pumpe, in besonders viele Bereichen der Antriebstechnik zur Förderung von beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, erfor dert ein besonders vielseitig einsetzbares Steuersystem zur Ansteuerung der Strömungsarbeitsmaschine 6. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern einer Strömungsarbeitsmaschine 6 mit einem mathematischen Modell, mit welchem eine Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit 6, 8 in einer Prozessoreinrichtung 12 simuliert ist, ist ein aufgrund der vielseitigen Anwendbarkeit des Verfahrens besonders kostengünstiges, vom Typ der Strömungsarbeitsmaschine 6 und des Motors 8 unabhängiges System bereitgestellt.The use of a flow working machine 6 , In particular, a compressor, a compressor or a pump, in many areas of drive technology for the promotion of, for example, gases or liquids, neces a particularly versatile control system for controlling the fluid flow machine 6 , With the method according to the invention for controlling a fluid flow machine 6 with a mathematical model, with which a motor-flow machine unit 6 . 8th in a processor device 12 is simulated, is a particularly cost-effective, due to the versatility of the method, the type of fluid flow machine 6 and the engine 8th independent system provided.

Claims (7)

Vorrichtung zum Steuern einer Strömungsarbeitsmaschine (6), – mit einer Prozessoreinrichtung (12) zur Ansteuerung einer Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Anlage (4), – mit einem Speicherbaustein (14), in dem ein mathematisches Modell (14a, 14b) des Motors (8) und der Strömungsarbeitsmaschinen (6) hinterlegt ist, das anhand typspezifischer Betriebsparameter (19) des Motors (8) und der Strömungsarbeitsmaschine (6) einen Istwert (20) erzeugt, und – mit einem Reglerbaustein (16), der anhand des Istwertes (20) und eines Referenzwertes (21) einen Stellwert (23) erzeugt, der sowohl einem Steuerbaustein (18) als auch einer Steuereinrichtung (10) zugeführt ist, wobei der Steuerbaustein (18) anhand des Stellwertes (23) eine dem Speicherbaustein (14) zugeführte Steuergröße (22A) erzeugt, und wobei die Steuereinrichtung (10) anhand des Stellwertes (23) eine der Motor-Strömungsarbeitsmaschinen-Einheit (8, 6) zugeführte Steuergröße (22B) erzeugt.Device for controlling a turbomachine ( 6 ), - with a processor device ( 12 ) for controlling a motorized turbomachine plant ( 4 ), - with a memory module ( 14 ), in which a mathematical model ( 14a . 14b ) of the motor ( 8th ) and the flow working machines ( 6 ) based on type-specific operating parameters ( 19 ) of the motor ( 8th ) and the flow machine ( 6 ) an actual value ( 20 ), and - with a controller module ( 16 ) based on the actual value ( 20 ) and a reference value ( 21 ) a control value ( 23 ) generated by both a control module ( 18 ) as well as a control device ( 10 ), the control module ( 18 ) based on the control value ( 23 ) a the memory module ( 14 ) supplied control variable ( 22A ), and wherein the control device ( 10 ) based on the control value ( 23 ) one of the engine flow working machine unit ( 8th . 6 ) supplied control variable ( 22B ) generated. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Schnittstelle zur Übergabe mindestens einer motorspezifischen Größe zwischen einem das mathematische Modell des Motors (8) enthaltenden ersten Speichermodul (14a) und einem das mathematische Modell der Strömungsarbeitsmaschine (6) enthaltenden zweiten Speichermodul (14b).Apparatus according to claim 1, having an interface for transferring at least one engine-specific variable between a mathematical model of the engine ( 8th ) containing first memory module ( 14a ) and the mathematical model of the fluid flow machine ( 6 ) containing second memory module ( 14b ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Reglerbaustein (16) zur Erzeugung des Stellwertes (23) einen Regleralgorithmus für einen PID-Regler umfasst.Device according to Claim 1 or 2, in which the controller module ( 16 ) for generating the control value ( 23 ) comprises a controller algorithm for a PID controller. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (10) zur Einstellung der Drehzahl des Motors (8) die Ständerspannung (Ust) und/oder die Ständerfrequenz (fst) des Motors (8) in Abhängigkeit vom Stellwert (23) einstellt.Device according to one of claims 1 to 3, wherein the control device ( 10 ) for adjusting the speed of the engine ( 8th ) the stator voltage (U st ) and / or the stator frequency (f st ) of the motor ( 8th ) depending on the manipulated variable ( 23 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Steuerbaustein (18) ein Stromrichter, insbesondere Frequenzumrichter, ist.Device according to one of Claims 1 to 4, in which the control module ( 18 ) is a power converter, in particular frequency converter is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der als Strömungsarbeitsmaschine (6) ein Seitenkanalverdichter vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 5, in which as a fluid flow machine ( 6 ) A side channel compressor is provided. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, bei der der Motor (8) ein Elektromotor, insbesondere ein Asynchronmotor, ist.Device according to one of Claims 1 to 6, in which the engine ( 8th ) is an electric motor, in particular an asynchronous motor.
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