DE10017861A1 - Störungsüberwachung - Google Patents
StörungsüberwachungInfo
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- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
- H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Arbeitsmaschine, wobei bei Auftreten einer Störung eine Abschaltung des Motors erfolgt. Eine auf den Motor einwirkende Regeleinrichtung erfaßt in einer Lernfunktion dessen Betriebswerte, die dann für die Störungsüberwachung verwendet werden. Hierauf gerichtete Vefahrensschritte sehen vor Aktivierung der Störungsüberwachung eine Lernfunktion der Regeleinrichtung vor. Dabei durchfährt die Arbeitsmaschine und/oder eine von der Arbeitsmaschine versorgte Anlage alle möglichen Betriebzustände, in welchen die während der Lernfunktion erfaßten Betriebswerte des Motors in ihrer Zuordnung zu der durch den Motor angetriebenen Arbeitsmaschine und/oder die Anlage gespeichert, vorgehalten und für die Störungsüberwachung genutzt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch
einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Arbeitsmaschine,
wobei bei Auftreten einer Störung eine Abschaltung des Motors erfolgt, sowie ein
Verfahren zur Störungsüberwachung.
Bei Antriebsmotoren mit veränderbarer Drehzahl muß sichergestellt werden, daß
bei Störungen eine Abschaltung des Antriebes erfolgt. Die Drehzahlveränderung
erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Frequenzumrichtern, die durch
Veränderung der Frequenz des vom Frequenzumrichters zur Verfügung gestellten
Spannungssystems eine nahezu stufenlose Drehzahlregelung der Arbeits
maschine ermöglichen.
In Anlagen, in denen mit einem solchen drehzahlgeregelten Motor ausgerüstete
Arbeitsmaschinen, beispielsweise in Form von Pumpen oder Lüfter integriert sind,
können durch Anlagenstörungen unzulässige Betriebszustände auftreten. Dies
kann beispielsweise durch einen Rohrleitungsbruch, durch eine Fehlbedienung
von Armaturen, durch eine zu geringe Fördermenge oder ähnliches zu einer
Störung der Anlage führen. Unter anderem können dies Leerlauf, Trockenlauf
oder Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestfördermenge sein.
Bei mit einem Fördermedium gefüllten Anlagen ist es zum Beispiel bekannt,
Sensoren zu integrieren, mit deren Hilfe die Durchflussmenge oder das
Vorhandensein eines Fluides registriert wird. Bei Unterschreitung vorgegebener
Werte wird dann mit Hilfe eines vom Sensor gelieferten Signals eine Abschaltung
des Antriebsmotors bewirkt. Die Verwendung solcher Sensoren stellt jedoch einen
erheblichen zusätzlichen Aufwand dar, verbunden mit aufwendigen analytischen
Maßnahmen zur Ermittlung der Anlagenbedingungen sowie den Einsatz
zusätzlicher Bauteile zur Gewährleistung der Abschaltfunktion. Derartige Bauteile
bilden jedoch ein Gefährdungspotential für die Betriebssicherheit eines solchen
Motors.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für durch drehzahlvariable Motoren
angetriebene Arbeitsmaschinen und durch diese versorgte Anlagen oder Systeme
eine zuverlässige Störungsüberwachung sicherzustellen.
Die Lösung dieses Problems sieht eine Einrichtung nach den Merkmalen von
Anspruch 1 und ein Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 4 vor.
Mit einer solchen Einrichtung ist eine Störungsüberwachung dadurch gegeben,
daß auf den elektrischen Motor mit variabler Drehzahl eine Regeleinrichtung
einwirkt, welche mit Hilfe einer vorherigen Lernfunktion Betriebswerte erfaßt, die
für die Störungsüberwachung verwendet werden und bei einer durch Vergleich
registrierten Störung eine Abschaltung des Motors erfolgt. Hierbei kann als Antrieb
ein durch einen Frequenzumrichter gespeister Motor verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Störungsüberwachung wird vorzugsweise für eine durch einen
elektrischen Motor angetriebene Fördereinrichtung für ein Fluid und/oder eine durch die
Fördereinrichtung versorgte Anlage verwendet.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß vor
Aktivierung der Störungsüberwachung die Regeleinrichtung eine Lernfunktion
durchläuft, in welchem alle für den Motor, die Arbeitsmaschine und/oder für eine
von der Arbeitsmaschine versorgten Anlage möglichen Betriebszustände
durchfahren werden, wobei die während der Lernfunktion erfaßten Betriebswerte
des Motors in ihrer Zuordnung zu der durch den Motor angetriebenen
Arbeitsmaschine und/oder die Anlage gespeichert, vorgehalten und für die
Störungsüberwachung genutzt werden. Die Lernfunktion kann innerhalb einer für
den Einsatz der Fördereinrichtung spezifischen Anlage erfolgen.
Nach Speicherung der in der Lernfunktion erfaßten Betriebswerte wird die
Einrichtung zur Störungsüberwachung aktiviert. Diese führt entweder einen
ständigen oder periodischen Vergleich des Betriebszustandes mit den während
der Lernfunktion erfaßten Betriebswerten durch.
Beim einem Betrieb mit einem aktiviertem Leerlauf-, Trockenlauf- und/oder
Mindestmengenschutz erfolgt ein Vergleich der aktuellen Betriebsdaten des
Motors mit den beim Lernprozeß gespeicherten Werten. Bei Erreichen und/oder
Unterschreiten dieser gespeicherten Werte schaltet der Motor ab.
Die Daten der Betriebszustände können in verschiedener Form erfaßt und
gespeichert werden: sie können als analoge oder digitale Werte, als eine oder
mehrere Kurven, Diagramme oder in Form von Tabellen erfaßt und gespeichert
werden.
Empfehlenswert bei der Verwendung eines solchen Motors für Förderein
richtungen ist es, daß die Lernfunktion bei einem Betrieb mit Nullfördermenge
erfolgt. Dadurch kann in einfacher Weise bei einem Vergleich solcher gespei
cherter Werte mit den aktuellen Werten der Betriebszustände ein Fehler in einer
Fördereinrichtung ohne zusätzliche Bauteile erkannt werden.
Schließlich wird empfohlen, bei Fördereinrichtungen die Einrichtung zur
Störungsüberwachung für den Trockenlaufschutz und zur Sicherung gegen die
Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestfördermenge zu nutzen.
Das Verfahren kann auch bei anderen Arbeitsmaschinen als Schutz gegen
unzulässige Betriebszustände genutzt werden. So kann beispielsweise die
Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestlast verhindert werden.
Beispielsweise bei einem Lernprozess in einem abgesperrten Fördersystem, also
bei einer Nullfördermenge, auch als ein Betrieb gegen geschlossenen Schieber
bekannt, wird von einer Arbeitsmaschine in Form einer Pumpe keine Menge
gefördert. Es wird bei diesem Lernprozeß jedoch registriert, welche Leistung vom
Antriebsmotor an die Arbeitsmaschine abgegeben wird. Die beim Lernprozess
durchlaufenen Drehzahlbereiche werden mit den entsprechenden Leistungs
abgaben erfasst und gespeichert.
Der in seiner Drehzahl regelbare Motor fährt mit der angeschlossenen
Arbeitsmaschine einen Drehzahlbereich ab, der zwischen der Drehzahl Null bzw.
der Last Null und/oder bis zu einer vorgegebenen Maximaldrehzahl bzw. einer
vorgegebenen Lastgrenze des Motors reicht. Bei einem solchen Durchfahren
eines Drehzahlbandes ermittelt die Regeleinrichtung die Drehzahlwerte sowie die
an die angeschlossene Arbeitsmaschine abgegebenen Leistungswerte. Diese
Werte werden erfasst, zugeordnet und gespeichert. Die Regeleinrichtung, die ein
selbständiges Bauteil, Bestandteil eines Motors oder Bestandteil eines
elektrischen Frequenzumformers sein kann, vergleicht im laufenden Betrieb
ständig die Werte des Motors. Die nach dem Lernprozeß aktivierte Störungs
überwachung verwendet die ständig erfaßten Motorwerte und vergleicht diese mit
den während des Lernprozesses gespeicherten Werten. Bei Erreichen oder
Unterschreiten der im Lernprozeß ermittelten Werte reagiert dann die
Störungsüberwachung.
Der Lernprozess kann in einfachster Weise, z. B. bei der Installation einer solchen
mit dem Motor verbundenen Arbeitsmaschine in einer Anlage oder auch bereits
vor der Auslieferung bei einem Hersteller, kurzfristig durchfahren werden. Die
dabei aufgenommenen Drehzahl- und Leistungswerte, die in Form von Kurven,
Diagrammen, Tabellen oder dergleichen gespeichert werden, stehen dann bei
einem späteren Betrieb für eine Störungsüberwachung zur Verfügung.
Aufwendige Sensoren und deren entsprechende Verkabelungen sind daher nicht
mehr erforderlich.
In der Figur ist die Funktion einer Lernfunktion nach Art eines Ablaufdiagrammes
dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der
datenverarbeitenden Elemente verzichtet.
Eine den Motor beeinflussende Regeleinrichtung erfasst die Betriebswerte der
Maschine. In der Lernfunktion registriert die Regeleinrichtung, ob sich die Anlage
in einem, einem Grenzzustand entsprechenden Betriebszustand befindet. Die für
die jeweilige Anlage notwendigen Regelwerte werden vom Hersteller vorgegeben
oder bei einer Inbetriebnahme in die Regeleinrichtung eingegeben. Dabei wird
auch der Grenzzustand eingegeben oder vorgegeben, den es später in einer
Anlage zu erfassen gilt. In Fluidtransportsystemen, in denen eine geregelte
Pumpe eingesetzt ist, stellt ein Pumpenbetrieb gegen einen auf der Druckseite
befindlichen, geschlossenen Schieber einen solchen Grenzzustand dar.
Erkennt die Regeleinrichtung, daß sich die Anlage nicht in einem Grenzzustand
befindet, dann wird die Lernfunktion abgebrochen. Dagegen wird beim
Vorhandensein eines Grenzzustandes automatisch die Lernfunktion aktiviert.
Dazu erfolgt eine Nullstellung eines internen Zählers und es wird festgestellt, ob
die Drehzahl des Motors gleich oder kleiner einer vorgegebenen Maximaldrehzahl
ist. Oder ob derjenige Betriebswert, den es zu überwachen gilt, gleich oder kleiner
eines maximalen Betriebswertes ist. Der Betriebswert kann beispielsweise eine zu
überwachende Leistung sein. Um eine Zerstörung einer zu überwachenden
Maschine auszuschließen, darf auch bei der Lernfunktion ein maximaler
Leistungswert nicht überschritten werden.
Befinden sich die zu überwachenden Werte oberhalb der Maximaldrehzahl oder
oberhalb eines maximalen Betriebswertes, so wird die Lernfunktion beendet.
Befinden sich dagegen die zu überwachenden Werte unterhalb eines
vorgegebenen Maximalwertes, so wird ein Sollwert gesetzt. Der Sollwert ergibt
sich aus einem Anfangswert, zu dem das Produkt addiert wird, welches sich aus
der Multiplikation von einem Intervallwert mit dem jeweiligen Zählerwert ergibt. Ein
so ermittelter Sollwert oder Betriebswert wird gespeichert. In der Zeichnung ist als
Beispiel für einen Sollwert die Drehzahl aufgeführt. Die im Ablaufdiagramm
beispielhaft verwendete gesetzte Drehzahl setzt sich zusammen aus einer
Anfangsdrehzahl, zu der das Produkt aus einem Drehzahlintervall multipliziert mit
einem Zählerwert addiert wird. Anstelle der Drehzahl kann auch ein Betriebswert
Verwendung finden. Solche Betriebswerte sind eine Funktion der Drehzahl. Nach
Ermittlung des Drehzahlwertes erfolgt die Abarbeitung einer Schleifenfunktion, bei
der der Zählerwert jeweils um einen Wert erhöht wird. Dieser Vorgang erfolgt so
lange, bis die ermittelten Werte dem jeweiligen Maximalwert entsprechen. Bei
dessen Erreichen endet die Lernfunktion. Mit Hilfe des in der Lernfunktion zuletzt
ermittelten Wertes existiert ein Drehsoll- oder Betriebswert für die jeweilige
Anlage, mit dessen Hilfe eine sichere Störungsüberwachung möglich ist.
In einer Anlage sind Betriebszustände möglich, bei denen aufgrund der
Drehzahlwerte oder der Betriebszustände unterschiedliche Resultate auftreten
können. Es ist daher im Einzelfall zu prüfen, ob eine Lernfunktion nur mit
Drehzahlwerten, nur mit Betriebswerten oder mit beiden Werten als Sollwerten
durchzuführen ist.
Claims (15)
1. Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor
mit variabler Drehzahl angetriebenen Arbeitsmaschine, wobei bei Auftreten
einer Störung eine Abschaltung des Motors erfolgt, gekennzeichnet durch
eine auf den Motor einwirkende Regeleinrichtung, welche in einer
Lernfunktion Betriebswerte erfaßt, welche für die Störungsüberwachung
verwendet werden.
2. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Frequenzumrichter den Motor speist.
3. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine durch einen elektrischen Motor angetriebene
Fördereinrichtung für ein Fluid und/oder eine durch die Fördereinrichtung versorgte
Anlage überwacht werden.
4. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß vor Aktivierung der Störungsüberwachung die
Regeleinrichtung eine Lernfunktion durchläuft, in welchem alle für den Motor,
die Arbeitsmaschine und/oder für eine von der Arbeitsmaschine versorgten
Anlage möglichen Betriebszustände durchfahren werden, wobei die während
der Lernfunktion erfaßten Betriebswerte des Motors in ihrer Zuordnung zu der
durch den Motor angetriebenen Arbeitsmaschine und/oder die Anlage
gespeichert, vorgehalten und für die Störungsüberwachung genutzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lernfunktion
innerhalb einer für den Einsatz der Fördereinrichtung spezifischen Anlage
erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der
Speicherung der in der Lernfunktion erfaßten Betriebswerte die Einrichtung
zur Störungsüberwachung aktiviert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen ständigen
Vergleich des Betriebszustandes mit den während der Lernfunktion erfaßten
Betriebswerten.
8. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen
periodischen Vergleich des Betriebszustandes mit den während der
Lernfunktion erfaßten Betriebswerten.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mit aktiviertem Leerlauf-,
Trockenlauf- und/oder Mindestmengenschutz die Regeleinrichtung die
aktuellen Betriebsdaten des Motors mit den beim Lernprozeß gespeicherten
Werten vergleicht und daß bei Erreichen und/oder Unterschreiten dieser
gespeicherten Werte eine Abschaltung des Motors erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Daten der Betriebszustände als eine Folge
von digitalen oder analogen Werten erfaßt und gespeichert werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Daten der Betriebszustände in Form einer
oder mehrerer Kurven, Diagramme oder Tabellen erfaßt und gespeichert
werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lernfunktion bei einem Betrieb mit Nullfördermenge erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Störungsüberwachung für
den Trockenlaufschutz der Fördereinrichtung genutzt wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Störungsüberwachung für
die Sicherung der Fördereinrichtung gegen die Unterschreitung einer
vorgegebenen Mindestfördermenge genutzt wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, daß
die Einrichtung zur Störungsüberwachung zur Sicherung der Arbeitsmaschine
gegen die Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestlast genutzt wird.
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