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Dieu erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur selbsttätigen kontinuierlichen Mehrbereichsregelung eines
Regelparameters bei Anlagen mit kontinuierlichem Prozessablauf mit mehreren gleichen Aggregaten, z. B. für automatische Pumpenstationen, welche Wasser in ein Druckrohrnetz fördern, mit Aggregatstellern und einem
Mess-Programmwerk zur Vorgabe des jeweiligen Arbeitsbereiches des Regelparameters.
Bei einer solchen aus der österr. Patentschrift Nr. 255576 bekannten Anlage werden zwei
Hauptsteuersignale, nämlich die Flussmenge und der Druck, benutzt, wodurch die Anlage kompliziert und teuer ist. Bei dieser Regelungsart ist es nicht möglich, dass z. B. parallelgeschaltete Aggregate eine andere Druckzone aufweisen, als dies beim Einsatz von einem oder drei Aggregaten der Fall ist. Dies setzt den Nutzwirkungsgrad der Anlage herab.
Bei einer andern derartigen aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 401. 215 bekannten Anlage ist eine beliebige
Wahl der Einschalt- und Ausschaltstufen der Aggregate bei verschiedener Anzahl der gleichzeitig arbeitenden Aggregate nicht möglich.
Es sind auch automatische Pumpstationen für Druck-Wasserleitungen mit Gruppen aus gleichen Aggregaten bekannt, die mit Einrichtungen zur Abstimmung ihrer Fördermenge an den veränderlichen Verbrauch ausgerüstet sind, wobei als zusätzliche Bedingung auch die Sicherstellung eines vorgegebenen Mindest-Druckes bei den Verbrauchern beachtet wird.
In den Schaltbildern mit Regelung nach dem Druck ist es erforderlich, dass die Schwellen der Geber, welche die Arbeitsbereiche für die Arbeit einer verschiedenen Anzahl von Aggregaten bestimmen, in der Höhe versetzt angeordnet sein müssen, u. zw. abfallend mit der Erhöhung der Fördermenge. Bei sehr nahe liegenden oder zusammenfallenden oberen oder unteren Schwellen der Arbeitsbereiche schalten sie mehr als eine Pumpe ein oder aus, so dass die normale Arbeit gestört oder sogar unmöglich wird. Anderseits ist die abfallende Anordnung der Schwellen eine Bedingung zur Gewährleistung einer richtigen Abstimmung zwischen den einzelnen Arbeitsbereichen und der Anzahl der arbeitenden Pumpen, die ihnen entspticht.
Dies führt, besonders bei kleinem Verbrauch, infolge eines Entfernens von der charakteristischen Kurve des Netzes, zum Anwachsen der unproduktiven Förderhöhenverluste und zur beträchtlichen Verschlechterung des gesamten Wirkungsgrades der Anlage. Dieser Nachteil wird teilweise durch Verwendung von komplizierten speziellen Manostat-Konstruktionen ausgeglichen, die auch die Fördermenge berücksichtigen und krummlinige Kennlinien aufweisen. In den Schaltungen mit Regelung nach der Fördermenge ist die Empfangsapparatur sehr kompliziert und anfällig ; es wird ein überlappen der Arbeitsbereiche von einer, zwei und drei usw. arbeitenden Pumpen empfohlen, um eine unterbrochene pulsierende Arbeit bei vorhandenem Wasser-Luft-Druckbehälter oder eine unstabile Arbeit zu vermeiden, falls ein solcher nicht vorhanden ist.
Aus den gleichen Gründen und mit Rücksicht auf den Unempfindlichkeitsbereich des Wassermessers und der verwendeten Relais wird die Anzahl der von der Fördermenge gesteuerten Aggregate praktisch auf vier begrenzt, zu denen das erste hinzutritt, das unbedingt von dem Druck gesteuert wird. Falls die Anzahl der Aggregate grösser ist, ist es erforderlich, auf eine Kombination der vorgenannten zwei Schaltungen überzugehen, wobei jedoch deren Nachteile erhalten bleiben.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden. Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Reihenschaltung eines Addierers zum Erfassen der betätigten Aggregate, eines Vergleichers mit Schnellwertrelais, deren Ansprechwert jeweils einer festgelegten Anzahl der betätigten Aggregate entspricht, und einer Überwachungseinrichtung zur Sicherung der eindeutigen Übereinstimmung zwischen den betätigten Aggregaten und des zugehörigen Arbeitsbereiches vorgesehen ist, wobei Aggregatsensoren dem Addierer vorgeschaltet sind und der Ausgang der überwachungseinrichtung in Vielfachschaltung an den Eingang des Mess-Programmwerkes angeschlossen ist, das mit den Aggregaten verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Mehrbereichregelung mehrerer Aggregate, die eine
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in der Rohrleitung) und die einzelnen Arbeitsbereiche können beliebig gewählt werden, derart, dass für jede beliebige Anzahl arbeitender Aggregate der entsprechende optimale Arbeitsbereich und somit der maximale Wirkungsgrad gewährleistet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen und den Zeichnungen näher
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elektrische Schaltbild einer solchen Vorrichtung, bei welcher ein Addierer aus Spannungstransformatoren aufgebaut ist, Fig. 3 das elektrische Schaltbild einer andern Ausführungsform mit dem Addierer, Fig. 4 das elektrische Schaltbild einer Variante mit dem Addierer, der mit Widerständen ausgerüstet ist und schliesslich Fig. 5 das elektrische Schaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung, deren Steuerstufe ein zusätzliches Glied enthält.
Die Vorrichtung zur Mehrbereichregelung (Fig. l) besteht aus einer Speisestufe --1--, einem Addierer - -2--, einem Vergleicher--3--und einer überwachungseinrichtung --4--, die in Serie geschaltet sind.
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letztgenannten Stromkreise enthalten ferner Kontaktmanometer-Do, Dl, D2,.... Dn--, wobei die Indices der Bereiche und der Schwellenrelais übereinstimmen.
Beim Vorhandensein eines Hilfsaggregats, das zur übernahme von sehr kleinen Lasten bestimmt ist (Pilot-Pumpe) und das beim Anlassen eines Grundaggregats ausgeschaltet wird, weist der Steuerkreis des Hilfsaggregats, das von dem Kontaktmanometer-Do--des Mess-Programmwerkes --5-- gesteuert wird, Ruhekontakte--3C1, 3C2,.... 3Cn--der Schwellenrelais des Vergleiches--3--auf, die in Reihe geschaltet sind.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, die eine Variante des Schaltbildes nach Fig. 2 darstellt. Der Addierer--2--besteht aus Stromtransformatoren --TS1,TS2,....TSn-- mit Primärwicklungen, die in Reihe in einen Kreis verlegt sind, der mit dem Vergleicher --3-- verbunden ist, der seinerseits in Reihe geschaltete Schwellenelemente, nämlich Stromrelais-Cl', C2',.... Cn'-sowie einen aktiven Abstimmwiderstand--RT--aufweist. Der übrige Teil der Schaltung ist gegenüber Fig. 2 unverändert.
In Fig. 4 ist das Schaltbild einer andern Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die mit einer Regelung der Fördermenge kombiniert aber auch bei einer Regelung des Druckes verwendbar ist. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig. l. Hier besteht der Addierer--2--aus parallelen Stromkreisen, von denen jeder einen Widerstand-die Widerstände sämtlicher Kreise sind untereinander gleich gross-und einen in Serie mit diesem liegenden Arbeitskontakt --1K1,1K2,....1Kn-- der Anlasseinrichtung des entsprechenden Aggregats enthält. Die Anzahl der parallelen Stromkreise ist gleich der Anzahl der vorhandenen Aggregate.
In Reihe mit der Parallelschaltung dieser Kreise ist ein als Istwertgeber dienender Widerstand--Rpgeschaltet. Der Vergleicher--3--unterscheidet sich nicht von dem in Fig. 2 gezeigten. Infolge der Kennlinie
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(Messumformer-des Mess-Programmwerkes--5--,Fig. 5 zeigt eine weitere Variante einer Vorrichtung nach der Erfindung, die eine Abwandlung des Schaltbildes nach Fig. 2 darstellt. Hier wird die Verbindung zwischen dem Addierer--2--und dem Vergleicher
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das aus drei Schaltstufen besteht. Die eine enthält in Serienschaltung ein Zeitrelais--G--, ein Impuls-Stufenrelais-F--, zwei parallele Arbeitskontakte-1Y1 und lY2--. In der zweiten Schaltstufe ist ein Hilfsrelais--H--, ein Selbsthaltekontakt--1H--, ein Kontakt--1F--eines Impuls-Stufenrelais und der normal geöffnete Kontakt--IG-des Zeitrelais angeordnet, mit dem die zwei letztgenannten überbrückt sind.
In der dritten Schaltstufe liegen in Reihe ein Arbeitskontakt eines Hilfsrelais--2H--, ein Kontakt --2F-- des Impuls-Stufenrelais, an die eine Parallelschaltung aus Stromzweigen angeschlossen ist, die aus je
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nachgeschaltet. Der übrige Teil des Schaltbildes ist gegenüber Fig. 2 unverändert.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt : Der Addierer-2--erhält Steuerspannungen von der Speisestufe --1--, wobei diese mit der gemeinsamen Speisung der Anlage verbunden ist oder funktionell mit dem Addierer --2-- in Verbindung steht. Da der Vergleicher--3-Schwellenrelais--C1, C2,.... Cn--
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gelangt, folglich auch der Anzahl der arbeitenden Aggregate, unabhängig davon, welche von ihnen eingeschaltet sind, der im voraus bestimmte Arbeitsbereich der geregelten Parameter eindeutig gegenübergestellt. Dieser wird im Mess-Programmwerk--5--festgelegt und besitzt ebenfalls eine obere und untere Schwelle, die über die
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Schaltung entsprechend den Forderungen des technologischen Prozesses bestimmt und abgestimmt sind.
Falls eine dieser Schwellen erreicht wird, wird ein Steuersignal zur Änderung der Anzahl der arbeitenden Aggregate abgegeben. Nach Ausführung dieses Kommandos und Ausführung des übergangsprozesses in der Anlage, zählt nun der Addierer--2--die eventuell eingetretenen Veränderungen in der Zahl der arbeitenden Aggregate ab und es wird, entsprechend der beschriebenen Folge, der neue Arbeitsbereich festgesetzt, der ihnen entspricht. Gemäss Fig. 2 tritt an den Klemmen--A und B-eine Spannung--U2-auf, die proportional der Anzahl der arbeitenden Aggregate ist. Diese Spannung wird den parallelen Stromkreisen der Schwellwertgeber, nämlich Spannungsrelais--Cl, C2,.... Cn--des Vergleichers--3--, zugeführt. Jedes Relais spricht bei einer entsprechenden Anzahl von arbeitenden Aggregaten--6--an, z.
B. spricht Relais--C2--bei dem Betrieb von zwei Aggregaten, Relais--C3--bei dem Betrieb von drei Aggregaten usw. an. Zur Gewährleistung einer eindeutigen Übereinstimmung, d. h., dass nur ein einziges Relais anspricht, schalten die Ruhekontakte
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erfolgt, das im Mess-Programmwerk--5--enthalten ist. Bei einer bestimmten Anzahl von Aggregaten entspricht die Spannung--U2--einem bestimmten Bereich, wobei ein entsprechendes Relais erregt wird und den erforderlichen Arbeitsbereich einschaltet. Alle übrigen Relais haben entweder noch nicht angesprochen, oder sie sind durch das eine Schwellenrelais ausgeschaltet, das angesprochen hat.
Das Hilfsaggregat arbeitet bei einer Spannung U2 = 0, und diese Bedingung bestimmt ebenfalls das Einschalten seines Arbeitsbereiches --Mo- mo--. Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 durchfliesst den Vergleicher--3--ein der Anzahl der arbeitenden Aggregate proportionaler Strom. In diesem Fall können ebenfalls Vorrichtungen verwendet werden, die den in Fig. 2 gezeigten entsprechen, und zur Erhöhung des Rückstellungsfaktors der Schwellenrelais --Cl, C2,.... Cn--dienen. Zur Kompensation der Anlassströme können Bauelemente angewendet werden, die die übergabe des Steuersignals verzögern. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann die Speisung-U--der Steuerstufen von der Leistung der Aggregate unabhängig sein und einen konstanten Wert haben.
Die Spannung--U2 an Ru--verandert sich jedoch stufenweise in Abhängigkeit von der Anzahl der arbeitenden Aggregate. Gemäss Fig. 5 wird den parallelen Kreisen mit Schwellenrelais--Cl, C2,.... Cn--von dem vergleicher --3-- eine Spannung --U2-- zugeführt, u. zw. nur dann, wenn sich einer der Arbeitskontakte--Y1 oder Y2-- schliesst, und dies erfolgt im Augenblick der Abgabe eines Steuersignals zur Änderung der Anzahl der Aggregate und dauert bis zur Durchführung des Übergangsprozesses in der Anlage, der beim Einschalten oder Ausschalten eines Aggregats auftritt. Die Kontakte--Yl--der Steuerrelais und--Y2--werden von Bauelementen gesteuert, die in Fig. 5 nicht gezeigt sind.
Hier ist die Anordnung eines zusätzlichen Steuergliedes-Z--mit selbständiger
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--4-- erforderlich.Arbeitskontakte--111, 112,.... lln--selbst hält und mittels eines andern Kontaktes den entsprechenden Arbeitsbereich im Mess-Programmwerk--5--einschaltet. Die beschriebene Wirkungsweise wiederholt sich bei der Abgabe eines jeden neuen Steuersignals. Bei Unterbrechung des Steuersignals, d. h. Öffnung der Kontakte --1Y1 und 1Y2--, ändert das Impulssteuerrelais--F--die Lage seiner Kontakte nicht.
Die Änderungen in den Arbeitsbedingungen der Anlage erfolgen folgenderweise : Bei kleinem Verbrauch U2 = 0, wird das Hilfsaggregat eingeschaltet und arbeitet, wobei der Kreis des Kontaktmanometers --Do-- geschlossen ist und der Arbeitsbereich von der maximalen bzw. minimalen Schwelle--Mo bzw. mo--bestimmt wird, d. h. von den entsprechenden Grenzwerten des steuernden Parameters, in diesem Fall, des Druckes. Bei Erreichen der minimalen Schwelle--mo--wird ein Signal zum Anlassen eines zusätzlichen Aggregats abgegeben. Sein Einschalten verändert den Zustand des Addierers--2--. Die Spannung--U2- erreicht einen Wert, welcher der Arbeit eines Grundaggregats entspricht.
Im Vergleicher --3-- spricht das Relais--Cl--für ein Aggregat--6--an, welches mit seinen Kontakten direkt oder über das Zwischenrelais
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Stoppen eines Grundaggregats abgegeben, und nach seinem Ausschalten fällt die Spannung--U2--um eine Stufe ab, das Relais--C2--wird geöffnet, es schaltet den Bereich-M2-m2--aus, entriegelt das Relais - Cl-, welches anspricht, und es erfolgt ein übergang auf den Arbeitsbereich-Ml-ml--. Die Wirkungsweise beim Erreichen der übrigen Schwellen ist die gleiche.
Durch eine zweckmässige Wahl der Kennwerte der Bauglieder der Vorrichtung ist es möglich, diese an verschiedenartige Fälle mit spezifischen Bedingungen und Forderungen anzupassen, wobei der konstruktive Aufbau auch aus Elementen einschliesslich kontaktloser erfolgen kann, die eine andere Energieart erfordern. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist mit Vorteil bei automatischen Pumpenstationen für Drucknetze benutzbar, aber nicht darauf beschränkt. Sie kann vielmehr in allen Fällen angewendet werden, in denen das automatische Erreichen einer Abstimmung zwischen einer Anzahl von gleichzeitig parallel arbeitenden Aggregaten und den ihnen entsprechenden Arbeitsbereichen bei Mehrbereich-Regelung erforderlich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuerschaltung zur selbsttätigen kontinuierlichen Mehrbereichsregelung eines Regelparameters bei Anlagen mit kontinuierlichem Prozessablauf mit mehreren gleichen Aggregaten, z. B. für automatische Pumpenstationen, welche Wasser in ein Druckrohrnetz fördern, mit Aggregatstellern und einem Mess-Programmwerk zur Vorgabe des jeweiligen Arbeitsbereiches des Regelparameters, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass eine Reihenschaltung eines Addierers (2) zum Erfassen der betätigten Aggregate (6), eines Vergleichers (3) mit Schwellwertrelais, deren Ansprechwert jeweils einer festgelegten Anzahl der betätigten Aggregate (6) entspricht, und einer überwachungseinrichtung (4) zur Sicherung der eindeutigen übereinstimmung zwischen den betätigten Aggregaten und des zugehörigen Arbeitsbereiches vorgesehen ist,
wobei Aggregatsensoren (1) dem Addierer (2) vorgeschaltet sind und der Ausgang der überwachungseinrichtung (4) in Vielfachschaltung an den Eingang des Mess-Programmwerkes (5) angeschlossen ist, das mit den Aggregaten (6) verbunden ist.
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