CN115523126A - 用于监测计量泵的操作的监测方法和计量泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测计量泵的操作的监测方法以及一种计量泵系统，计量泵具有计量室和电驱动器，该计量室具有至少一个位移元件，根据该监测方法，检测位移元件的位置和计量室内的压力并将位移元件的位置和计量室内的压力连续地记录为压力‑冲程图中的曲线，其包括以下步骤：通过检测所述压力‑冲程图中的所述曲线的至少一个特征部分随若干冲程的可能偏移来监测该至少一个特征部分，以及基于检测到的偏移采取以下步骤中的一个或两个：基于检测到的至少一个特征部分的偏移来调整对电驱动器的控制；确定特征部分的偏移随位移元件的若干冲程的趋势，并且基于该趋势确定特征部分的偏移在未来是否将达到预定的极限和/或何时将达到预定的极限。

Description

用于监测计量泵的操作的监测方法和计量泵系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测计量泵(dosing pump)的操作的监测方法，并且涉及一种包括计量泵的对应的计量泵系统。

背景技术

计量泵是正排量泵(positive displacement pump)。本发明涉及一种计量泵，该计量泵具有位移元件和用于移动位移元件的驱动器。位移元件交替地增大和减小泵送室的容积以吸入和输送液体。所输送的液体的体积由通过位移体的移动实现的泵送室的尺寸变化来限定。

为了实现输送速率的更高的准确度，已知的是使定量泵的驱动器具有电子控制，并且特别地，已知的是监测位移元件的位置和泵室或计量室内的压力。例如，EP3591226A1公开了监测压力并创建在冲程线上绘制压力的示功图(indicator diagram)。可以在该示功图中检测到某些故障或失灵，如空化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于监测计量泵的操作的监测方法和一种对应的计量泵系统，其允许在早期阶段检测未来的故障或失灵并允许作出反应。

该目的通过具有权利要求1中限定的特征的监测方法并通过具有权利要求12中限定的特征的计量泵系统来实现。在从属权利要求中限定了优选实施例，并且在下文中参考附图描述了优选实施例。

根据本发明的监测方法可以由计量泵的控制装置来执行，该控制装置包括合适的电子组件，例如，CPU和存储装置并且优选地为用于提供监测方法的软件。

监测方法用于监测定量泵或计量泵的操作，该计量泵具有计量室或泵室和电驱动器，该计量室或泵室具有至少一个位移元件。电驱动器优选地以往复方式使位移元件移动，使得位移元件通过其移动增大和减小计量室的容积。计量室的容积变化限定输送的液体体积。

根据该方法，位移元件的位置和计量室内的压力或相关指标(如相关力或扭矩)被分别连续地检测并记录为压力-冲程图或示功图中的曲线。曲线可以是随时间检测到的测量点的累积，优选地可以是连续地或以预定的间隔周期性地检测到的测量点的累积。相关力或扭矩可以是作用在位移元件的驱动器(例如驱动马达)上的力。作用在驱动器上的力或扭矩基本上与计量室内的压力成比例。因此，对于本发明，考虑力或扭矩而不是实际压力可以是足够的。在以下描述中，计量室内的压力或相关力或扭矩可以被认为是可互换的。为了检测位移元件的位置，泵可以包括位置传感器，或者电驱动器可以是步进马达，使得可以通过对电驱动马达的旋转角度进行计数来确定位置。为了检测压力，可以设置检测计量室内的压力的压力传感器。在替代的解决方案中，可以在知道电驱动器与位移体之间的机械连接的情况下，基于由驱动马达提供的驱动扭矩或力来计算压力。驱动扭矩可以例如由相应的扭矩或力传感器测量，或者可以从电驱动器的电值导出。

根据该监测方法，分析和监测所述压力-冲程图中的所述曲线的至少一个特征部分。所述曲线的特征部分可以是特定问题或故障的特征部分，即，在发生特定问题或故障的情况下偏移或改变的曲线部分。这意味着曲线的该部分可以示出计量泵或定量泵的特定行为，特别是由问题或故障导致的特定行为。因此，考虑图的特征部分的变化。特别地，分别考虑所述曲线的特征部分是否随时间或随若干冲程在某个方向上改变或偏移或移动。在识别出特征部分随时间或随若干冲程的偏移的情况下，根据该方法，在下一步骤中，启动措施或动作以延迟、防止和/或预测未来的故障。第一种可能的动作将是响应于检测到的至少一个特征部分的偏移来调整对电驱动器的控制，以补偿偏移或者防止或减小未来的进一步偏移。由此，可以补偿偏移的原因以防止未来的故障，或者延长直到将发生系统的某种故障为止的时间，特别是直到必须停止计量泵为止的时间。在确定出曲线的特征部分的偏移之后可以采取的另外的、附加的或替代的动作将是预测偏移在未来是否将达到预定的极限和/或偏移何时将达到预定的极限，这例如将需要关闭泵。对于该预测，确定特征部分的偏移的趋势，即，特征部分的移动或偏移的速度。基于该趋势，确定特征部分的偏移或移动在未来是否将达到预定的极限和/或何时将达到预定的极限。例如，可以计算或预测直到特征部分的偏移或移动在未来将达到预定的极限为止的时间段。因此，检测偏移的速度，并且针对未来进行外推以确定偏移是否将达到预定的极限和/或计算偏移何时将达到预定的极限。例如，这可以是必须修理或关闭泵时的极限，因为无法再确保期望的计量性能，例如，准确度或所需的背压。利用根据本发明的该方法，可以防止计量过程的突然意外停止，可以预测和/或补偿故障，以确保有足够的时间采取必要的步骤来修理或维护计量泵，从而避免生产的意外中断。如前所述，通过调整控制来对故障进行补偿和进行预测可以组合使用或作为替代使用。

根据优选选项，计算出的时间段作为直到发生故障为止的预测时间被输出到通信装置、显示装置和/或控制装置。附加地或替代地，警告可以优选地被输出到通信装置、显示装置和/或控制装置。警告可以是关于即将到来的故障的信息以及关于故障的预计时间的信息，或者警告可以是关于即将到来的故障的信息而没有关于故障的预计时间的信息。通过这种输出，可以在早期阶段通知操作者或例如连接的设施控制系统，以给出足够的时间来计划计量泵的修理或维护，从而确保最小化计量泵的关闭时间并避免计量不准确。

为了分别确定曲线或曲线的至少一个特征部分的偏移的趋势，采用特征部分的偏移的平均速度。例如，考虑位移元件的限定数量的最近的冲程，平均速度可以被计算为移动平均值。通过考虑平均趋势或平均速度，保持不考虑短趋势波动或峰值，或者这种峰值的影响被减小。在结果中，短趋势波动或峰值被滤除。

为了计算直到特征部分的偏移在未来将达到预定的极限值为止的时间段，优选地，执行基于趋势的外推。这意味着基于所确定的偏移的速率将过去确定的移动或偏移预测到未来。

优选地，将特征部分的最后记录值或最近的记录值的平均值与所述预定的极限之间的剩余间隔作为直到将达到极限为止的时间段的计算或外推的基础。一个或多个记录值可以是表示曲线的特征点或特征部分的点。例如，在考虑若干点的情况下，当计算或预测直到达到预定的极限为止的时间段时，可以考虑点的偏移或趋势的平均值。预定的极限可以由若干极限值组成，例如表示曲线的特征部分的不同点的不同极限值。

优选地，曲线的所述特征部分由至少一个特征点限定，优选地由曲线的至少一组特征点限定。这可以例如是曲线表示吸入冲程或压力冲程的部分，或者曲线表示阀在计量室的入口侧和出口侧上的打开或关闭的点，或者曲线表示阀的打开时间(即，吸入或排出阶段)的点。

此外，曲线的特征点或部分可以是曲线中位移元件的移动的不同阶段之间的过渡区段或区域，例如吸入冲程与排出或压力冲程之间的过渡区域和/或曲线表示压力积聚的部分之间的过渡区域。

进一步优选地，曲线的一个或多个特征部分可以是曲线的至少一个区段、曲线的转向点或转向部分、曲线的拐点或拐点部分和/或曲线的鞍点或鞍部分。如前所述，这些特征部分可以表示位移元件的移动或计量泵的操作的特定阶段，并且可以在曲线中被标识出，特别是由执行所述监测方法的控制系统或计算机系统标识出。

所考虑或监测的曲线的至少一个特征部分例如是针对空化、泵送腔体内的空气、过压、泄漏、阀泄漏(例如吸入阀、压力阀和/或压力加载阀的阀泄漏)、流动路径的堵塞(例如吸入管线的堵塞)、脉动阻尼器的故障和/或管线爆裂的指示符(indicator)。例如，分别在计量室或泵送腔体内的空气将导致更慢或更平坦的压力积聚，使得曲线表示压力积聚的部分更平坦。随着空气的增加，曲线将移动到更平坦的进程。在曲线表示排出阶段的特征部分中随时间增加的压力可以是针对压力管线的堵塞或出口阀的故障的指标。在压力冲程期间或在曲线表示冲程的排出阶段的部分中增加的压力尖峰或峰值可以指示脉动阻尼器或阻尼元件的故障。如果曲线表示吸入冲程的特征部分在吸入冲程期间达到零压力、大气压力或稍后的压力平衡，则可以识别出例如空化。例如，在示功图中，与表示零压力或大气压力的坐标轴相交的点随时间或随若干冲程移动。

如上面已经描述的，所考虑的曲线的至少一个特征部分可以在曲线表示位移元件的吸入冲程的区段中、在表示排出阶段的区段中、在曲线表示位移元件的压力冲程的区段中、在曲线表示膨胀阶段的区段中、在曲线表示压力积聚阶段的区段中和/或在曲线的那些区段之间的至少一个过渡区段中。优选地，在压力和冲程的图中，冲程被示出在x坐标或横坐标轴上，而压力被绘制在y坐标或纵坐标轴上。如上所述，可以在y坐标上绘制与压力相关的力或扭矩(即，与该压力成比例的力或扭矩)而不是压力。在这种图中，曲线存在表示吸入冲程的下区段，在图的左侧存在表示压力积聚的增大区段，曲线存在表示排出阶段的基本上水平的上区段，并且在右侧存在表示压力冲程与吸入冲程之间的过渡(即，膨胀阶段)的减小区段。

根据优选选项，周期性地(例如，在每次冲程或一定数量的冲程之后)更新时间段的计算。如上所述，这可以基于移动平均值来完成。

根据另一可能的实施例，可以通过改变冲程模式来调整对电驱动器的控制，以补偿检测到的故障，优选地以至少部分地减小该特征部分的偏移或使该特征部分的未来偏移减速，该检测到的故障导致检测到的至少一个特征部分的偏移。例如，在检测到脉动阻尼器的故障的情况下，这可以通过在压力冲程开始时减小冲程的速度并且在压力冲程的后续部分期间增大速度来补偿。这可以通过控制电驱动器(特别是驱动马达，例如步进马达)的速度来完成。为了补偿空化，可以例如在吸入冲程开始时减小吸入冲程的速度。

根据本发明的计量泵系统优选地被配置为执行如上所述的监测方法。鉴于此，上述方法的不同选项也可以被认为是计量泵系统的优选实施例，反之亦然。根据本发明的计量泵系统包括：计量泵，分别具有计量室或泵送腔体；以及至少一个可移动的位移元件。位移元件通过其移动增大和减小计量室的容积。优选地，可移动的位移元件(例如膜或柱塞)能以往复方式移动。驱动器(优选地，电驱动器)被连接到所述位移元件以移动位移元件，优选地如前所述。驱动器可以是电驱动马达(例如步进马达)或磁驱动器。在使用旋转驱动马达的情况下，可以布置有齿轮机构以将驱动马达的旋转移动转换成位移元件的往复移动。例如，齿轮机构可以包括偏心或曲柄元件。

根据本发明的计量泵系统还包括控制装置，特别是电子控制装置。电子控制装置可以包括通常的电子组件，例如CPU、存储装置和特别是用于提供期望的控制功能的软件。控制装置被配置为使得其将位移元件的位置和计量室内的压力或相关指标分别连续地记录为压力-冲程图或示功图中的曲线。为了检测位移元件的位置，可以设置位置传感器或检测驱动器的角位置的传感器。替代地，如果驱动器具体是步进马达，则可以经由驱动器直接检测位置。此外，当知道速度并从冲程位置的参考开始时，可以基于时间来计算位置。该参考可以例如由合适的传感器(如霍尔传感器)检测。可以通过从以合适的方式(例如通过用于检测初始位置的位置传感器)检测到的初始位置开始对驱动马达的步数进行计数来接收位置。

此外，控制装置被配置为使得其监测压力-冲程图内的所述曲线的至少一个特征部分。至少一个特征部分在控制装置中被预限定，特别是在控制装置的监测模块或软件中被预限定。控制装置可以被配置为检测图中的至少一个特征部分。通过监测至少一个特征部分，控制装置分别检测特征部分随所述位移元件的若干冲程或随时间的可能偏移。该偏移是特征部分在特定方向上的移动。特征部分的该偏移或移动可以是针对计量泵系统或计量泵内例如由于磨损而导致的变化的指示符。例如，密封件或阀可能磨损，包含液体的腔体或通道可能堵塞或者可能发生泄漏。此外，阻尼元件(如脉动阻尼器)可能受到损坏。另一可能的问题可能是待泵送的液体内部的气泡或在吸入冲程期间发生的空化。这些是发生的问题的示例，这些发生的问题可能导致曲线的特征部分的偏移或移动，该偏移或移动可以由控制装置检测或监测，然而，这不是可检测问题的完整列表。当检测到特征部分的偏移(即，预定程度的移动或偏移)时，根据本发明的控制装置在早期阶段启动进一步的动作以补偿潜在的问题和/或向操作者或连接的控制装置发出即将到来的问题或故障的信号。根据第一选项的控制装置可以被配置为基于检测到的偏移(即，响应于检测到的至少一个特征部分的偏移)来调整对电驱动器的控制。通过以预定的方式调整控制，控制装置可以补偿或至少部分地补偿导致曲线的某个特征部分的偏移的问题。如以上所提及的，例如在压力冲程开始时的特征部分的偏移表示可能由于脉动阻尼器的故障而发生的压力尖峰或峰值的情况下，可以减小压力冲程开始时的速度。通过在开始时减小速度，可以减少这些压力峰值。为了进一步的补偿，可以增大(特别地，缓慢增大)后续压力冲程中的速度。另一方面，在曲线表示吸入冲程的特征部分的移动或偏移表示发生空化的情况下，可以在吸入冲程开始时减小速度。在曲线的某个特征部分表示例如泄漏的情况下，可以缩短或延长吸入冲程和/或压力冲程的时间，或者可以增加单位时间(per time)冲程的数量，以补偿待输送的液体的损失。

存在对检测到的曲线的特征部分的偏移作出反应的附加或替代选项。为此，控制装置优选地被配置为使得其确定偏移的趋势(即，偏移的速度)，并且基于该趋势来确定特征部分的偏移在未来是否将达到预定的极限和/或何时将达到预定的极限。特别地，控制装置可以被配置为计算直到偏移将达到该极限为止的时间段。因此，控制装置优选地被配置为基于过去检测到的趋势进行到未来的外推。控制装置优选地被配置为确定偏移在一定的时间段内或在一定数量的冲程期间的速度。然后，控制装置可以获取检测到的速度，并且基于该速度计算直到偏移在未来将达到预定的极限为止花费多长时间。该计算出的时间段可以以合适的方式被输出给操作者或另一控制装置。

优选地，控制装置被连接到显示装置和/或包括通信装置，使得计算出的时间段作为直到发生故障为止的预测时间被输出到显示装置或连接的控制装置，或者由显示装置或连接的控制装置输出。显示器(例如，用于另外的控制功能的泵控制器上的显示器)可以是计量泵系统的一部分。直到发生故障(即，直到偏移将达到预定的极限)为止的预测时间的输出提供足够的时间来安排计量泵的修理或维护，使得可以避免或最小化生产的中断。

根据另一可能的实施例，控制装置和计量泵被集成到计量泵单元中，即，控制装置和计量泵是计量泵单元的部件。替代地，控制装置可以被布置成远离计量泵并且经由数据连接(优选地网络连接)被连接到计量泵。例如，控制装置或控制装置的至少一部分可以经由网络连接(如互联网)被连接到计量泵。因此，若干控制选项(特别是压力-冲程图的监测)可以由云计算装置(即，在经由网络连接而连接到计量泵的计算机系统上执行的软件应用程序)执行。另外，计量泵可以具有内部控制器，特别是操作与外部控制装置的通信的内部控制器。执行压力-冲程图的监测的监测模块可以被集成到内部控制器或外部控制器中。

根据另一可能的实施例，计量泵具有连接到控制装置的至少一个力传感器和/或至少一个压力传感器，使得控制装置从那些传感器接收表示计量室内的压力的力和/或压力值。替代地，控制装置可以被连接到电驱动马达以接收表示计量室内的压力或与计量室内的压力成比例的马达数据。特别地，作用在驱动马达上的力或作用在驱动马达上的扭矩可以从驱动马达的电参数导出。压力传感器可以被布置在计量室内或计量室处，以检测室内的液体压力。这允许直接检测压力。然而，间接的检测或计算也是可能的。可以使用用于检测作用在位移元件上的力的传感器，并且在知道位移元件的尺寸的情况下基于该力来计算压力。此外，可以通过至少一个合适的传感器和/或基于驱动马达的电参数来检测作用在驱动器上的扭矩。在知道连接位移元件和驱动马达的齿轮机构的情况下，可以计算计量室内的压力。

根据另一优选实施例，对应于上述方法的第一选项，控制装置被配置为使得可以改变位移元件的冲程模式以补偿导致所检测到的至少一个特征部分的偏移的故障，并且优选地以至少部分地减小检测到的偏移。特别地，可以减慢未来的偏移以延长直到将达到预定的极限为止的时间段。冲程模式的变化可以例如是在压力冲程或吸入冲程开始时减小速度，以减少发生的压力峰值或避免空化。冲程模式的另外的变化可以是增大速度以增大进给速率来补偿泄漏。控制装置可以被配置为对冲程模式进行任何合适的改变以补偿故障，并且优选地以延长操作，直到将达到将需要维护或操作的停止的预定的极限为止。

根据另一优选实施例，计量泵系统的控制装置被配置为使得其执行如上所述的监测方法。特别地，控制装置包含监测模块，优选地作为执行如所描述的监测方法的软件应用程序。控制装置可以具有集成到泵单元中的控制器。替代地或附加地，外部计算装置(特别是云计算装置)可以充当控制装置的一部分并执行控制功能，并且优选地执行如上所述的监测方法。

附图说明

在下文中，将参考附图描述本发明。在附图中：

图1是根据本发明的计量泵的示意图，

图2是压力-冲程图，

图3示出了在泄漏的情况下的压力-冲程图，

图4示出了在压力管线的不同直径或阻力的情况下的压力-冲程图，

图5示出了在压力加载阀(pressure loading valve)故障情况下的压力-冲程图，

图6示出了在压力峰值的情况下的压力-冲程图，

图7示出了在发生空化的情况下的压力-冲程图，以及

图8示出了在计量室中存在气泡的情况下的压力-冲程图。

具体实施方式

作为计量泵或定量泵的示例的图1示出了膜泵。必须理解的是，本发明可以用其他类型的计量泵(例如，使用活塞而不是膜的定量泵或计量泵)以类似的方式实施。如图1所示的泵具有侧壁由膜4形成的泵室或计量室2。该膜4是位移元件。通过膜4的位移，计量室2内的容积可以增大以填充计量室2并且可以减小以从计量室2排出液体。计量室2的下侧处布置有吸入阀6，而在相对侧布置有压力阀8。这两个阀均被设计为止回阀。在这种情况下，球形阀元件通过重力关闭阀。然而，可以附加地设置作为弹簧的偏置元件。在操作期间，液体经由吸入管线5通过吸入阀6从液体容器3被吸入计量室2中，并且通过压力阀8从计量室2排出。液体从压力阀8经由压力管线9和压力加载阀7排出到例如设施的管道11中。压力管线9中的压力加载阀7限定压力管线9中的压力，即，将压力阀8的出口侧上的压力维持在预定压力处。该压力由压力加载阀7设定。脉动阻尼器13被连接到供应管线9，用于均衡在出口或压力管线9中发生的压力脉动。

膜4经由连杆10以往复方式移动。为了以往复方式驱动连杆10，设置了电驱动马达(motor)12(例如，步进马达)形式的电驱动器。旋转驱动马达12经由偏心驱动器14使连杆10移动，该偏心驱动器14将旋转移动转换成线性往复移动。偏心驱动器14经由齿轮传动器16被耦接到电驱动马达12。连杆10在连接点18处被连接到偏心驱动器14，该连接点18与偏心驱动器14的旋转轴x相距偏心距e。如果偏心驱动器14在旋转方向R上旋转，则这引起连杆10在方向S上的线性移动。此外，在该示例中，弹簧20被布置在驱动器中。弹簧20是连接到连杆10的压缩弹簧，使得当连杆10在方向S₁上向后移动时，弹簧20被压缩，从而使膜4移动到缩回位置中。弹簧20可以在吸入冲程期间积累能量。当连杆10与膜4一起在方向S₂上移动到前向(即，前进)位置中时，该能量在压力冲程期间被释放。由此，弹簧20在整个冲程期间使由电驱动马达12施加的扭矩平滑。必须理解的是，还可以布置在压力冲程期间被压缩并用作复位弹簧的弹簧。此外，本发明也可以在没有弹簧20的情况下实现。

计量泵具有控制电驱动马达12的控制装置22。控制装置22包括用于监测计量泵的操作的监测模块24。控制装置22可以包括通常的电子组件，例如具体是CPU、存储装置和用于控制计量泵的软件应用程序。优选地，监测模块24可以被实现为软件模块。在该示例中，监测模块24被集成到控制装置22中。然而，可以将信息传送到外部计算或监测装置，特别是充当监测模块24的云装置。为此，控制装置22可以包括通信接口26。

监测模块24被被配置为连续地记录计量室2内的压力P和位移元件的位置。计量室2内的压力和位移元件(即，膜4)的位置被记录为压力-冲程图中的曲线。在该示例中，为了检测膜4沿着方向S的位置，使用检测驱动马达12的转子的角位置的编码器28。此外，可以例如通过单个传感器检测驱动器或位移元件的某些位置，并且可以基于位移元件的已知速度和过去的时间来计算另外的位置。此外，可以使用步进马达而不是特殊编码器。在知道齿轮传动器16的传动比和偏心驱动器14基于角位置的几何设计的情况下，可以计算在方向S上的位置。计量室2内的压力P可以由压力传感器30检测，或者间接地通过以下方式来检测：检测驱动马达12的扭矩或作用在驱动器中的力并基于作用在膜4上的力F计算压力P。在该示例中，压力传感器30被布置在计量室2处并且连接到控制装置22。在检测到力或扭矩的情况下，可以随着位移元件的位置连续地记录该扭矩或力，而不是记录压力。所鉴于的是该压力和比例力或扭矩可以被认为是等效的。

图2大体上示出了由监测模块24检测到的压力-冲程图。横坐标以百分比示出了冲程长度S，即，膜4在其表示计量室2的最小容积的位置与限定计量室2的最大容积的位置之间的线性移动。纵坐标示出了由压力传感器30检测到的压力P。百分之零的冲程对应于下止点32，而百分之百的冲程长度对应于上止点34。图中的曲线包括四个主要部分，形成表示膜移动的四个基本阶段的特征部分。曲线的下部表示吸入阶段36，左侧具有快速增大的压力的部分表示压缩阶段38，上部表示排出阶段40，具有快速减小的压力的右侧部分表示膨胀阶段42。膨胀阶段42与吸入阶段36一起对应于膜4在方向S₁上的移动，而压缩阶段38和排出阶段40形成在方向S₂上的压力冲程。

控制装置22的监测模块24连续地记录或监测压力-冲程图，使得监测装置可以检测到压力-冲程图随时间或随若干冲程的变化。计量泵中可能发生的不同问题或故障对压力-冲程图中的曲线的进程(course)具有不同的影响。参考图3至图8更详细地讨论这些影响。

在图3中，示出了异常曲线44，该异常曲线44在吸入阀6或计量室2存在泄漏的情况下将发生。在这种情况下，由于液体流回到吸入管线中或从计量室2流出，所以存在较少的压力积聚或没有压力积聚。在突然发生泄漏的情况下，曲线可以直接改变为如图3所示的曲线44的进程。然而，在大多数情况下，泄漏将缓慢增加，使得曲线将随时间从进程38和40朝向进程44偏移。这由虚线形式的曲线46指示，该曲线46示出了中间状态。特征部分38的偏移A由监测模块24随时间检测，使得可以计算偏移A的趋势(即，速度)。点划线表示极限曲线48。这是偏移A的预定的可接受极限48。例如，当达到该极限时，必须修理计量泵，并且必须停止生产。基于偏移A的趋势，可以预测在未来是否将达到该时间极限以及何时将达到该极限。在知道特征部分38的当前位置46与极限曲线48之间剩余的距离D的情况下，可以计算将达到极限48的时间。这可以由控制装置22例如在显示器50上输出，或者输出到经由通信接口26连接的外部控制装置。

作为该预测的替代或补充，控制装置22可以启动补偿，该补偿至少部分地消除曲线的偏移A或减小偏移A的速度以延长直到将达到极限48为止的时间。这可以通过改变对电驱动马达12的控制来完成，使得实现不同的冲程模式。例如，可以增大速度以补偿由于泄漏而导致的待输送液体的损失。

图4示出了可以检测到的另一种可能的故障。图4示出了在连接到压力阀8的压力管线9例如由于堵塞而具有减小的横截面的情况下曲线的特征部分40的进程。在这种情况下，偏移A是在向更高压力的方向上，即，排出阶段40中的压力将随时间增大。通过随若干冲程检测偏移A的趋势(即，速度)，可以进行外推以预测剩余偏移A直到将达到极限值48a为止的时间。

图5示出了在压力加载阀7例如由于污垢或磨损而未完全关闭的情况下曲线的进程。在这种情况下，作为压缩阶段38与排出阶段40之间的过渡点的特征点B将在偏移A朝向较低压力的方向上移动，并且将在冲程中较早地达到最大压力P。因此，点B基本上沿着表示压缩阶段38的曲线朝向较低压力移动。发生这种情况是因为无法再达到最大压力P。然而，与图3所示的曲线不同，因为吸入阀6仍然紧固地关闭，因此仍然存在具有基本不变的倾斜度(inclination)的压力积聚。此外，在这种情况下，可以检测偏移A的趋势，以预测在未来直到将达到极限值48b为止将花费多长时间。

图6示出了考虑到冲程频率的在排出阶段40中具有压力峰值或尖峰52的曲线。在脉动阻尼器或阻尼元件发生故障或者没有以正确的方式被安装的情况下，可能出现那些压力峰值或尖峰52。在缓慢发生故障的情况下，这些尖峰或峰值52将随时间增加。因此，在这种情况下，也可以检测偏移A，并且可以计算该偏移A的趋势以进行外推或预测，直到将达到某个极限值48c为止。此外，同样在这种情况下，控制装置22优选地进行补偿以减少或避免这些压力峰值52。这可以例如通过在排出阶段40开始时减小驱动马达12的速度来完成。

图7示出了在发生空化的情况下的曲线。在这种情况下，将存在曲线表示吸入阶段36的特征部分的偏移A。随着吸入冲程36中的空化增加，压力均衡将在稍后达到。因此，存在曲线的特征部分36朝向较低压力的偏移A。同时，根据图4，特征部分38在图中具有向右侧的偏移A，即，因为首先必须达到压力均衡，所以压力积聚在压力冲程期间将稍后发生。另外，在这种情况下，可以记录随着若干冲程缓慢发生或增加的空化，并且可以计算偏移A的趋势并将其用于外推以预测何时将达到极限48d。

图8示出了在计量室2中的液体内出现气泡或计量室2仅填充有空气的情况下的曲线。在这种情况下，由于空气的压缩，压力积聚需要更长的冲程长度(即，需要更长的时间)，其效果是排出减少。另外，在这种情况下，表示压缩阶段的特征部分38存在朝向更长的冲程长度(即，向图8中的右侧)的偏移A。然而，与发生空化相比，存在另外的差异。特征部分38愈发弯曲，并且曲线的特征部分36没有偏移，特别是表示吸入阶段与压缩阶段之间的过渡点的特征点C没有偏移。如果随着若干冲程系统内的空气量增加，则在这种情况下，也可以采用偏移A的趋势来预测何时将达到预定的极限。

必须理解，参考图3至图8解释的问题仅是示例。还会发生可以通过监测压力-冲程图中的曲线来检测的问题或故障。在所有情况下，曲线中的特征部分或点或若干特征部分和/或点的偏移A由监测模块24检测。此外，可以计算偏移随时间或随若干冲程的趋势(即，速度)，并且可以利用检测到的偏移的趋势或速度，对未来何时将达到预定的极限进行预测。由此，考虑特征点或特征部分的检测到的位置与极限的剩余距离。对于当前点或位置，可以考虑一定数量的冲程间的平均值。

此外，控制装置22可以通过改变对驱动马达12的控制来改变驱动模式以补偿某些问题，从而消除偏移A或延长直到将达到极限的时间。

附图标记列表

2 计量室、泵送腔体

3 液体容器

4 膜、位移元件

5 吸入管线

6 吸入阀

7 压力加载阀

8 压力阀

9 压力管线

10 连杆

11 管道

12 电驱动马达

13 脉动阻尼器

14 偏心驱动器

16 齿轮传动器

18 连接点

20 弹簧

22 控制装置

24 监测模块

26 通信接口

28 编码器

30 压力传感器

32 下止点

34 上止点

36 吸入阶段

38 压缩阶段

40 排出阶段

42 膨胀阶段

44、46 曲线

48、48a、48b、48c、48d 极限

50 显示器

52 峰值

R 旋转方向

S、S₁、S₂ 线性方向

e 偏心距

x 旋转轴

A 偏移

P 压力

D 距离

B、C 特征点

Claims (17)

1.一种用于监测计量泵的操作的监测方法，所述计量泵具有计量室(2)和电驱动器(12)，所述计量室(2)具有至少一个位移元件(4)，根据所述监测方法，

检测所述位移元件(4)的位置(S)和所述计量室(2)内的压力(P)或相关指标，并将所述位移元件(4)的位置(S)和所述计量室(2)内的压力(P)或相关指标连续地记录为压力-冲程图中的曲线，

其特征在于

监测所述压力-冲程图中的所述曲线的至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)，并且检测所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)随若干冲程的可能偏移(A)，以及

基于检测到的所述偏移采取以下步骤中的一个或两个：

-基于检测到的所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)来调整对所述电驱动器(12)的控制，

-确定所述特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)随所述位移元件(4)的若干冲程的趋势，并且基于所述趋势确定所述特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)在未来是否将达到预定的极限(48、48a、48b、48c、48d)和/或何时将达到所述预定的极限(48、48a、48b、48c、48d)。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，将作为直到发生故障为止的预测时间段计算出的时间段和/或基于计算出的时间段的警告输出到通信装置(26)、显示装置(50)和/或控制装置(22)。

3.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于，基于所述特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)的平均速度来确定所述趋势。

4.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，执行基于所述趋势的外推以计算所述时间段。

5.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，考虑所述特征部分(36、38、40、42、B、C)的最后记录值或最近的记录值的平均值与所述预定的极限(48、48a、48b、48c、48d)之间的剩余间隔(D)以计算所述时间段。

6.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，所述特征部分(36、38、40、42、B、C)由至少一个特征点限定，优选地由所述曲线的至少一组特征点限定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)是所述曲线的区段、所述曲线的转向点或转向部分、所述曲线的拐点或拐点部分和/或所述曲线的鞍点或鞍部分。

8.根据前述权利要求中的一项所述的监测方法，其特征在于，所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)是针对空化、泵送腔体内的空气、过压、泄漏、阀泄漏、流动路径的堵塞、脉动阻尼器的故障和/或管线爆裂的指示符。

9.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，所述曲线的所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)在所述曲线表示所述位移元件(4)的吸入冲程的区段中、在所述曲线表示所述位移元件(4)的压力冲程的区段中、在所述曲线表示膨胀阶段的区段中、在所述曲线表示压力积聚阶段的区段中和/或在曲线的所述区段之间的至少一个过渡区段中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，连续地或周期性地更新时间段的计算。

11.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，通过改变冲程模式来调整对所述电驱动器(12)的控制，以补偿导致检测到的所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)的故障，并且优选地以至少部分地减小检测到的偏移(A)或使未来的偏移减速。

12.一种计量泵系统，所述计量泵系统包括计量泵，所述计量泵具有带有至少一个可移动的位移元件(4)的计量室(2)、连接到所述位移元件(4)以移动所述位移元件(4)的驱动器(12)、控制装置(22)，所述控制装置(22)被配置为使得所述控制装置(22)将所述位移元件(4)的位置(S)和所述计量室内的压力(P)或相关指标连续地记录为压力-冲程图中的曲线，

其特征在于

所述控制装置(22)还被配置为使得：

-所述控制装置(22)监测所述压力-冲程图中的所述曲线的至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)，

-检测所述特征部分(36、38、40、42、B、C)随所述位移元件(4)的若干冲程的可能偏移(A)，以及

-基于检测到的所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)来调整对所述电驱动器(12)的控制，和/或

-确定所述偏移(A)的趋势，并且基于所述趋势确定所述特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)在未来是否将达到预定的极限(48、48a、48b、48c、48d)和/或何时将达到所述预定的极限(48、48a、48b、48c、48d)。

13.根据权利要求12所述的计量泵系统，其特征在于，所述控制装置(22)被连接到显示装置(50)和/或包括通信装置(26)，使得计算出的时间段作为直到发生故障为止的预测时间被输出到所述显示装置(50)或连接的控制装置，或者由所述显示装置或所述连接的控制装置输出。

14.根据权利要求12或13所述的计量泵系统，其特征在于，所述控制装置(22)和所述计量泵被集成到计量泵单元中，或者所述控制装置(22)被布置成远离所述计量泵并且经由数据连接被连接到所述计量泵，优选地，经由网络连接被连接到所述计量泵。

15.根据前述权利要求12至14中任一项所述的计量泵系统，其特征在于，所述计量泵具有连接到所述控制装置的至少一个力和/或压力传感器(30)，使得所述控制装置(22)从所述力和/或压力传感器(30)接收表示所述计量室(2)内的压力(P)的力和/或压力值，或者所述控制装置(22)被连接到电驱动马达(12)以从所述驱动马达(12)接收表示所述计量室(2)内的压力(P)的数据。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的计量泵系统，其特征在于，所述控制装置(22)被配置为使得所述位移元件(4)的冲程模式被改变以补偿导致检测到的所述至少一个特征部分(36、38、40、42、B、C)的偏移(A)的故障，并且优选地以至少部分地减小检测到的偏移(A)。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的计量泵系统，其特征在于，所述控制装置(22)被配置为使得所述控制装置(22)执行根据权利要求1至11中任一项所述的监测方法。

Images