DE10014602A1 - Monitor für eine kleine Pumpe - Google Patents

Abstract

Von einem Elektromotor betriebene Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, zum Betrieb eines Heiz- und/oder Kühlkreislaufes, wobei der Elektromotor eine von einem Mikroprozessor geführte Steuerelektronik aufweist, die von einem Gehäuse umgeben ist, wobei mindestens eine Signalleitung der Steuerelektronik mit einem Kontaktelement, wie einem Stecker, verbunden ist, das einen direkten Anschluß an die Signalleitung und einen Zugriff auf die von der Signalleitung übermittelten Signale ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine von einem Elektromotor betriebene Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe zum Betrieb eines Heiz- und/oder Kühlkreislaufes, wobei der Elektromotor eine von einem Mikroprozessor geführte Steuerelektronik aufweist, die von einem Gehäuse umgeben ist.

Derartige elektronisch geregelte Pumpen sind in vielfältigen Ausführungsformen und Baugrößen bekannt. Dabei ist es auch bekannt, vor allem größere Pumpen über eine Datenleitung (Bus) mit einem Computer zu verbinden, um über den Computer in die Regelung einzugreifen oder um Betriebsdaten der Pumpen auszulesen. Zur Gewährleistung der Kommunikation werden die Pumpen mit genormten Schnittstellen ausgerüstet, auf die die Datenleitung aufsteckbar ist. Derartig aufwendige Systeme werden vor allem im industriellen Bereich eingesetzt, wo eine vergleichsweise große Anzahl von Pumpen gleichzeitig kontrollierbar sein muß. Für den Einsatz in Heizungssystemen von Gebäuden sind die bekannten Pumpen zu aufwendig und zu teuer. Insbesondere geht die Entwicklung von Heizungspumpen hin zu immer stärkerer Miniaturisierung, um Herstellungs- und Betriebskosten zu sparen.

Es sind auch Pumpen kleiner Leistung und Bauart bekannt, die in Verbindung mit aktiven Wärmeübertragern wie Heizkesseln oder Wandthermen eingesetzt werden und die von der Elektronik des Wärmeübertragers gesteuert werden. Dabei wird der Pumpe die Leistungsstufe nicht wie gewöhnlich manuell, sondern über ein Steuersignal vorgegeben, wobei das einfache Steuersignal von der Elektronik des Wärmeübertragers generiert und über eine Kommunikationsleitung der Pumpe zugeführt wird. Eine Rückübertragung von Information und damit eine Kontrolle der Pumpe ist mit den bekannten Systemen nicht möglich und wäre aufwendig zu realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, auch für Pumpen kleiner Leistung durch einfache bauliche Mittel eine kostengünstige Möglichkeit zur Ausgabe von Betriebsdaten an externe Geräte wie Computer zu schaffen. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung ein System aufweisend eine solche Pumpe und einen Wärmeübertrager zu schaffen.

Diese Aufgaben werden durch die Pumpe nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 13 gelöst.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist, daß die ehedem bei derartigen Pumpen vorhandenen Hardwareressourcen genutzt werden, um eine Möglichkeit der Datenausgabe über eine einfache Art der Schnittstelle zu schaffen. Dabei wird eine Signalleitung der Steuerelektronik mit einem Kontaktelement versehen, über das die auf der Leitung befindlichen Daten auskoppelbar sind. Das Kontaktelement ermöglicht somit einen Anschluß eines externen Gerätes an die interne Signalleitung der Elektronik und erlaubt damit einen direkten Zugriff auf die internen Signale. Dabei erfüllt die erfindungsgemäße Pumpe weiterhin die Anforderungen an eine marktgerechte und einfache Lösung. Als Daten können beispielsweise Regelsignale für die Leistungssteuerung, Spannungen oder Stromstärken über die erfindungsgemäße Schnittstelle ausgegeben werden.

Die abgegriffenen Signale werden vorteilhafterweise mittels eines externen, an die erfindungsgemäße Schnittstelle anschließbaren Computers verarbeitet und dargestellt. Der Computer ist vermittels einer Datenleitung, beispielsweise eines Kabels, an das Kontaktelement anschließbar. Die Verarbeitung der Signale nimmt ein Programm zur Diagnose der Pumpe vor, das vom Hersteller der Pumpe erstellt und angeboten wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind mit dem Computer auch Daten generierbar und über die Datenleitung zur Steuerelektronik transferierbar sind. So können vom Techniker beispielsweise Störmeldungen erzeugt oder Parameter für die Steuerung verändert werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Schaffung einer solchen Schnittstelle sich auf den Herstellungspreis einer Pumpe praktisch nicht auswirkt, da außer den Kontaktelementen keine weiteren Bauelemente benötigt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Kontaktelemente als Steck- oder Klemmelemente, insbesondere als Laschen, Pins oder Buchsen auszubilden, die an die vorhandenen Leiterbahnen angebracht beispielsweise angelötet sind. Dabei wird die Kontaktelemente ein Zugang zur Steuerelektronik geschaffen, wie er sonst nur im Laborbetrieb beim direkten Anklemmen von Meßgeräten an die Leiterbahnen durch Techniker herstellbar ist. Es wird somit durch die Erfindung eine Möglichkeit zum einfachen und komfortablen Abgriff von pumpeninternen Signalen eröffnet. Kosten für eine separate Schnittstelle, wie sie bei bekannten kommunikationsfähigen Pumpen eingesetzt wird, entfallen.

Mit der Erfindung wird die Überwachung der Pumpen ermöglicht und dem Techniker eine komfortable Schnittstelle für den Service zur Verfügung gestellt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erlaubt diese Schnittstelle nicht nur den Abgriff der Signale, sondern ermöglicht auch in begrenztem Umfang die Vorgabe bestimmter Werte. Die Steuerung läßt sich somit einerseits überwachen und andererseits auch beeinflussen. Dabei ist die erfindungsgemäße Funktion weniger für den normalen Betrieb der Pumpe, sondern eher für die Wartung, die Fehlerdiagnose und die Konfiguration von Pumpen durch den Fachmann gedacht. Es stehen somit zusätzliche Möglichkeiten zum Monitoring zur Verfügung, die vorteilhaft bei der Entwicklung, der Produktion, der Feldbeobachtung oder der Fehleranalyse eingesetzt werden können. Dabei kann die erfindungsgemäße "rudimentäre" Schnittstelle auch zusätzlich zu einer aufwendigen Bus-Schnittstelle vorgesehen werden.

In einer einfachen Ausführungsform kann das Kontaktelement auf eine Leiterplatte der Steuerelektronik aufgebracht sein. So ist es beispielsweise möglich, einen Stecker auf die Leiterbahn zu löten oder die Leiterbahn mit einer Bohrung zu versehen, in die ein Stecker einsteckbar ist. Dar Zugang zu derartigen Kontaktelementen ist dabei erst nach Abnahme eines Gehäusedeckels möglich. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn das Kontaktelement ein Kontaktmittel aufweist, das am Gehäuse angebracht und ohne Entfernen eines Deckels von außen zugänglich ist. Dabei kann beispielsweise ein einfacher Draht vom Kontaktelement zum Kontaktmittel, das seinerseits ein Steckkontakt sein kann, geführt werden. Es bietet zudem Vorteile, wenn die Leiterplatte der Steuerelektronik mit Kontaktelementen, beispielsweise mit Stiften, versehen ist, auf die ein entsprechender Adapter aufsetzbar ist. Statt der Stifte kann auch ein Pad auf der Platine angebracht werden. Ein solcher Adapter, der wie ein individueller Schlüssel in das von der Anordnung der Kontaktelemente gebildete Schloß paßt, steht dem Servicetechniker zur Verfügung.

Das Kontaktelement kann auf eine beliebige Signalleitung innerhalb der Steuerelektronik aufgebracht werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn es in unmittelbarem Kontakt zu einer Signalleitung insbesondere einer Input/Output- Leitung des Mikroprozessors steht. So können die Signale des Mikroprozessors unverfälscht beobachtet und eventuelle beeinflußt werden. Es ist vorteilhaft, die vorhandenen Schnittstellen, wie die UART's (Serielle Input/Outputs), die RAM oder die ROM Bausteine zum Anschluß zu nutzen.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Erfindung bei Pumpen, denen verschiedene Leistungsstufen, insbesondere vermittels von außen zugeführter Signale, vorgebbar sind. Derartige Pumpen werden häufig in Verbindung mit Heizkesseln eingesetzt und von deren intelligenten Elektronik vermittels eines in seiner Pulsweite modulierten (PWM) Signals angesteuert. Durch die Kopplung von Heizkessel und Pumpe kann eine besonders gute Energienutzung gewährleistet werden. Mit Hilfe der Erfindung können der Betrieb des Kessels und der der Pumpe aufeinander abgestimmt werden. Eine Optimierung der Kommunikation wird durch den vor Ort anwesenden Fachmann vorgenommen, der die Pumpenparameter über die Schnittstelle beobachten und eine kontrollierte Feinabstimmung vornehmen kann.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Schnittstelle bei Pumpen integrieren, deren Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist. Diese Motoren werden vermehrt zum Antrieb kleiner Pumpen verwendet und weisen einen für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten Mikroprozessor auf.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.

In einem modernen Gas- oder Ölheizgerät dient eine über PWM Signale in ihrer Leistung einstellbare Kreiselpumpe als hydraulisches Stellorgan und ist mit ihrer Steuerelektronik in das Regelsystem des Heizgerätes einbezogen. Die Förderleistung der Pumpe kann direkt vorn Heizgerät als Master vermittels eines PWM-Signales eingestellt, werden. Die Pumpe kann jedoch keine Information an das Heizgerät übertragen, da die PWM Schnittstelle als besonders einfache Schnittstelle unidirektional konzipiert ist.

Bei dieser Pumpe wird in den vorhandenen Mikroprozessor eine zusätzliche Kommunikationssoftware geladen. Für diese Software stehen etwa 4 kB als ungenutzte Ressource zur Verfügung. Außerdem enthält der Prozessor einen UART, der für den Betrieb der Pumpe nicht benötigt wird und der zur Kommunikation eingesetzt werden kann. Außerdem werden auf der Platine drei Pads erstellt, von denen zwei mit der UART und einer mit der Masse der Elektronik verbunden werden. Die beiden Leitungen der UART erfüllen eine Schreib- und eine Lesefunktion. Auf die Pads kann ein Stecker aufgesetzt werden, über den eine Kommunikation ermöglicht wird.

Über diese Kommunikationsschnittstelle ist eine Analyse verschiedener Betriebszustände der Pumpe möglich. So kann die aktuelle Leistungsstufe der Pumpe angezeigt werden, wobei ein Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert angestellt werden kann. Es kann auch das PWM Signal angezeigt werden, das der Pumpe zugeführt wird. Dabei kann wiederum ein Vergleich zwischen dem Vorgabewert und dem Wert, den die Pumpe erkennt, angestellt werden. Über die Schnittstelle können Diagnosemeldungen wie Blockierung oder Lufteintritt sowie der Zustand der Hardware ausgegeben werden. Es können auch jedoch auch Leistungsstufen vorgegeben werden.

Claims (13)

1. Von einem Elektromotor betriebene Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe zum Betrieb eines Heiz- und/oder Kühlkreislaufes, wobei der Elektromotor eine von einem Mikroprozessor geführte Steuerelektronik aufweist, die von einem Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Signalleitung der Steuerelektronik mit einem Kontaktelement verbunden ist, das einen direkten Anschluß an die Signalleitung und einen Zugriff auf die von der Signalleitung übermittelten Signale ermöglicht.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement ein Steck- oder Klemmelement, insbesondere eine Lasche, ein Pin oder eine Buchse, ist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement auf eine Leiterplatte der Steuerelektronik aufgebracht ist.

4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement ein Kontaktmittel aufweist, das am Gehäuse angebracht und von außen zugänglich ist.

5. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement in unmittelbarer Verbindung zu einer Signalleitung des Mikroprozessors steht.

6. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektronik verschiedene Leistungsstufen vorgebbar sind.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe vermittels eines der Steuerelektronik von außen zugeführten Signales, insbesondere vermittels eines in seiner Pulsweite modulierbaren (PWM) Signales, geschieht.

8. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterplatte der Steuerelektronik mit Kontaktelementen versehen ist, auf die ein Adapter aufsetzbar ist.

9. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Input/Output-Leitung des Mikroprozessors mit einem Kontaktelement verbunden ist.

10. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein externer Computer vermittels einer Datenleitung an das Kontaktelement anschließbar ist, wobei auf dem Computer ein Programm zur Diagnose der Pumpe läuft.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Computer Daten generierbar und über die Datenleitung zur Steuerelektronik transferierbar sind.

12. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist.

13. System mit einem aktiven Wärmeübertrager, insbesondere einem Heizkessel, und einer elektrisch betriebenen Pumpe, bei dem der Wärmeübertrager und die Pumpe über eine Kommunikationsleitung anhand gepulster Signale Information austauschen, wobei die Information in der Pulsweite kodiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Steuerelektronik aufweist, wobei mindestens eine Signalleitung der Steuerelektronik mit einem Kontaktelement verbunden ist, das einen direkten Zugriff auf die Signalleitung ermöglicht.