DE102010026087A1 - Method for operating submerged pump arrangement in lifting system, involves deactivating switching function after pumping pump arrangement, and activating switching function after recognizing of reduction of filling level - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer Pumpenanordnung, z. B. eine Tauchpumpenanordnung einer Hebeanlage mit einer Sensorik zur Füllstandsüberwachung sowie einer Auswerte- und Steuerungsschaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 6, einen Füllstandssensor mit Elektroden- und Schaltungsmodul zur Durchführung eines derartigen Verfahrens sowie eine Verwendung eines kapazitiven Füllstandssensors in einer Pumpenanlage mit einer oder mehreren elektromotorischen Saugpumpen, insbesondere einer Hebeanlage.The invention relates to a method for operating at least one pump arrangement, for. B. a submersible pump assembly of a lifting system with a sensor for level monitoring and an evaluation and control circuit according to the preamble of
Aus der
Gemäß der dortigen Aufgabe soll ein einfaches Verfahren zur Detektion eines Füllstands einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in einem Behälter mit einer Füllstandsmesselektrode und einer zweiten Elektrode angegeben werden.According to the object there, a simple method for detecting a filling level of an electrically conductive liquid in a container with a filling level measuring electrode and a second electrode is to be specified.
Bei dem vorbekannten Verfahren wird in einem ersten Schritt an einen Kondensator, dessen erstes Ende mit der Füllstandsmesselektrode und dessen zweites Ende mit der zweiten Elektrode verbunden ist, für eine erste Zeitspanne eine vorbestimmte Spannung angelegt. Danach wird in einem zweiten Schritt eine zweite Zeitspanne abgewartet und in einem dritten Schritt die Spannung am Kondensator detektiert. Ein aus dem ersten, zweiten und dritten Schritt bestehender Messzyklus wird erst dann wiederholt, wenn nach dem dritten Schritt eine bestimmte Zeitspanne vergangen ist. Hieraus soll sich der Vorteil ergeben, dass die Flüssigkeit, deren Füllstand gemessen werden soll, praktisch nicht elektrolysiert wird, da die zur Messung verwendete Zeitspanne aus einem kurzen Spannungsimpuls besteht.In the previously known method, in a first step, a predetermined voltage is applied to a capacitor whose first end is connected to the level measuring electrode and whose second end is connected to the second electrode for a first time period. Thereafter, in a second step, a second time period is waited for and in a third step the voltage on the capacitor is detected. A measuring cycle consisting of the first, second and third step is only repeated if a certain period of time has elapsed after the third step. This should have the advantage that the liquid whose level is to be measured, practically is not electrolyzed, since the time span used for the measurement consists of a short voltage pulse.
Bei dem Sensorelement der Kapazitätsmessung sowie der Einrichtung zum Ermitteln des Füllstands eines Mediums mit einem derartigen Sensorelement nach
Weiterhin ist nach
Bekannt sind darüber hinaus Hebeanlagen mit Tauchpumpen. An oder in der diesbezüglichen Pumpenanordnung sind Füllstandssensoren befindlich, um den Pumpvorgang auslösen. Nach erfolgtem Abpumpen der Flüssigkeit wird die Pumpe außer Betrieb gesetzt.In addition, lifting systems with submersible pumps are known. On or in the related pump assembly level sensors are located to trigger the pumping operation. After the pumping out of the liquid, the pump is put out of operation.
Sollen aus Sicherheitsgründen mehrere Pumpen vorgesehen werden, ergeben sich Probleme bei der Koordination des Betriebs der Pumpen. Entweder werden hier beide Pumpen parallel betrieben, was an sich nicht notwendig ist, oder eine Reservepumpe ist quasi ständig außer Betrieb und wird nur dann aktiviert, wenn ein bestimmter, kritischer Füllstand überschritten wurde, was ein Signal für ein nicht ausreichendes Pumpvermögen der Primärpumpe ist. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass die zugeschaltete Reservepumpe aufgrund ihrer langen Nichtinbetriebnahme versagt.If, for safety reasons, several pumps are to be provided, problems arise in coordinating the operation of the pumps. Either both pumps are operated in parallel, which is not necessary in itself, or a reserve pump is quasi constantly out of service and is only activated when a certain critical level has been exceeded, which is a signal for insufficient pumping capacity of the primary pump. However, there is a risk that the switched reserve pump fails because of their long non-commissioning.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Pumpenanordnung, z. B. einer Tauchpumpenanordnung einer Hebeanlage mit einer Sensorik zur Füllstandsüberwachung sowie eine Auswerte- und Steuerungsschaltung anzugeben, das einen quasi alternierenden Betrieb der Pumpenanordnung, insbesondere bei mehreren Pumpen ermöglicht, ohne dass eine aufwendige übergeordnete Steuerungseinheit zur Koordination der Betriebsweise der einzelnen Pumpen erforderlich ist. Hierdurch soll auch die Möglichkeit einer Nachrüstung bereits bestehender Hebeanlagen mit einer zweiten Pumpe geschaffen werden.From the foregoing, it is therefore an object of the invention, a developed method for operating at least one pump assembly, for. B. a submersible pump assembly of a lifting system with a sensor for level monitoring and an evaluation and control circuit indicate that allows a quasi-alternating operation of the pump assembly, especially in multiple pumps without a complex higher-level control unit for coordinating the operation of the individual pumps is required. This should also create the possibility of retrofitting existing lifting systems with a second pump.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, einen Füllstandssensor mit Elektroden- und Schaltungsmodul zur Durchführung eines derartigen Verfahrens anzugeben, wobei dieser Füllstandssensor Bestandteil der Sensorik zur Füllstandsüberwachung ist und auf der Basis einer kapazitiven Arbeitsweise eine sehr hohe Betriebssicherheit bei geringen Kosten ermöglichen soll.In addition, it is an object of the invention to provide a level sensor with electrode and circuit module for performing such a method, said level sensor is part of the sensor for level monitoring and based on a capacitive mode of operation should allow a very high reliability at low cost.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig mit einer Lehre gemäß Definition nach Patentanspruch 1 oder 6 sowie mit einem Elektrodenmodul für einen Füllstandssensor, einem entsprechenden Schaltungsmodul, Grundkörpern für das Elektrodenmodul und das Schaltungsmodul sowie einen derartig realisierten kapazitiven Füllstandssensor mit mindestens einem Elektrodenmodul und mindestens einem Schaltungsmodul. The object of the invention is achieved on the method side with a gauge as defined in
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus die Verwendung des vorgeschlagenen kapazitiven Füllstandssensors in einer Pumpenanlage mit einer oder mehreren elektromotorischen Saugpumpen, insbesondere einer Hebeanlage, wobei für jede Pumpenanordnung der Pumpenanlage eine Auswerte- und Steuerungsschaltung mit einer Arbeitsweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist, und zwar ohne dass es notwendig ist, diskrete Auswerte- und Steuerungsschaltungen in einer übergeordneten schaltungstechnischen Einheit zusammenzufassen.According to the invention, moreover, the use of the proposed capacitive level sensor in a pump system with one or more electromotive suction pumps, in particular a lifting system, with an evaluation and control circuit is provided with an operation according to the inventive method for each pump assembly of the pump system, without it it is necessary to combine discrete evaluation and control circuits in a higher-level circuit unit.
Es wird demnach von einem Verfahren zum Betreiben mindestens einer Pumpenanordnung mit einer Sensorik zur Füllstandsüberwachung sowie einer Auswerte- und Steuerungsschaltung ausgegangen.It is therefore assumed that a method for operating at least one pump arrangement with a sensor for level monitoring and an evaluation and control circuit.
Erfindungsgemäß wird nach einem ersten Aspekt das Erreichen einer ersten h1 und einer zweiten h2 oberen Füllstandsschwelle zur Ableitung von Signalen für die Steuerung der Pumpenanordnung überwacht, wobei die erste obere Füllstandsschwelle h1 unter der zweiten oberen Füllstandsschwelle h2 liegt derart, dass beim Erreichen der zweiten oberen Füllstandsschwelle h2 immer ein Abpumpen eingeleitet wird. Hingegen wird beim Erreichen der ersten oberen Füllstandsschwelle h1 das Abpumpen nur dann eingeleitet, wenn die Schaltfunktion der ersten oberen Füllstandsschwelle aktiv ist. Nach dem Einleiten des Abpumpens wird die Schaltfunktion der ersten oberen Füllstandsschwelle h1 deaktiviert und nach dem Erkennen einer Reduzierung des Füllstandes ohne Betrieb der Pumpenanordnung aktiviert. Ausgestaltend überwacht die Sensorik das Erreichen der ersten h1 und der zweiten h2 Füllstandsschwelle zur Ableitung eines Einschaltsignals und zwar eines ersten Einschaltsignals Sh1 und eines zweiten Einschaltsignals Sh2 für die Pumpe, wobei mit dem Einschalten der Pumpe durch das erste oder zweite Einschaltsignal Sh1, Sh2 die Pumpe in Selbsthaltung bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abbruchkriteriums versetzt wird. Das Abbruchkriterium kann ein Überschreiten einer bestimmten Zeitdauer oder aber auch ein Ausschaltsignal Sh0 sein.According to the invention, according to a first aspect, the achievement of a first h1 and a second h2 upper level threshold for deriving signals for the control of the pump assembly is monitored, wherein the first upper level threshold h1 is below the second upper level threshold h2 such that upon reaching the second upper level threshold h2 always a pumping is initiated. On the other hand, when the first upper level threshold h1 is reached, pumping is only initiated when the switching function of the first upper level threshold is active. After initiating the pump down, the switching function of the first upper level threshold h1 is deactivated and activated after detecting a reduction in the level without operation of the pump assembly. The sensor system monitors the achievement of the first h1 and the second h2 fill level threshold for deriving a switch-on signal, namely a first switch-on signal Sh1 and a second switch-on signal Sh2 for the pump, with the pump being switched on by the first or second switch-on signal Sh1, Sh2 is latched until it reaches a predetermined termination criterion. The termination criterion may be an exceeding of a certain period of time or else a switch-off signal Sh0.
Das Ausschaltsignal Sh0 kann durch Erreichen einer dritten Füllstandsschwelle h0 erzeugt werden, die unterhalb der ersten Füllstandsschwelle h1 liegt oder durch das Überschreiten eines Mindestwertes Sdmin eine Differenz eines Füllstandssignals, welches ein Sinken des Füllstandes repräsentiert.The switch-off signal Sh0 can be generated by reaching a third fill level threshold h0, which lies below the first fill level threshold h1, or by exceeding a minimum value Sdmin, a difference of a fill level signal, which represents a decrease in the fill level.
Mit dem Erreichen der ersten Füllstandsschwelle h1 schaltet das dadurch erzeugte Einschaltsignal Sh1 die Pumpe P1 ein. Mit oder nach diesem Einschalten, spätestens bis zum Ausschalten dieser Pumpe P1 wird selbige für ein erneutes Einschaltsignal Sh1 gesperrt und zwar solange, bis durch Feststellung des Mindestwertes der Abpumprate und Sinken des Flüssigkeitspegels bei ausgeschalteter Pumpe auf das Vorhandensein einer weiteren aktiven Pumpe P2 geschlossen werden kann derart, dass wechselweise beide Pumpen einschalten.Upon reaching the first level threshold h1, the turn-on signal Sh1 generated thereby switches on the pump P1. With or after this switching on, at the latest until this pump P1 is switched off, the same is blocked for a renewed switch-on signal Sh1, until the presence of a further active pump P2 can be concluded by determining the minimum value of the pumping rate and the sinking of the liquid level with the pump switched off such that alternately turn on both pumps.
Solange der vorgenannte Mindestwert nicht festgestellt wird, wird entweder die Pumpe für ein Einschalten durch das erste Einschaltsignal Sh1 periodisch oder alternierend gesperrt, oder es wird die Sperrung dauerhaft ausgeführt zuminderst solange, bis der Mindestwert Sdmin nicht erreicht wurde.As long as the aforesaid minimum value is not determined, either the pump is periodically or alternately blocked for being switched on by the first switch-on signal Sh1, or the blocking is carried out permanently at least until the minimum value Sdmin has not been reached.
Erfindungsgemäß wird nach einem zweiten Aspekt, z. B. zu Kalibrierungszwecken das Erreichen einer ersten und einer zweiten oberen Füllstandsschwelle überwacht, wobei die erste obere Füllstandsschwelle unter der zweiten oberen Füllstandsschwelle liegt.According to the invention, according to a second aspect, for. B. for calibration purposes, the achievement of a first and a second upper level threshold monitored, wherein the first upper level threshold is below the second upper level threshold.
Für die Überwachung der Füllstandsschwellen kommen kapazitive Füllstandssensoren zum Einsatz, die nachstehend ausführlich erläutert sind.Capacitive level sensors are used for monitoring the level thresholds, which are explained in detail below.
Bei Inbetriebnahme oder auch in vorgegebenen zeitlichen Abständen wird beim Erreichen der ersten oberen Füllstandsschwelle die Pumpenanordnung aktiviert und es erfolgt ein Abpumpen bis zum Erreichen einer unteren, üblicherweise minimalen Füllstandsschwelle.At start-up or at predetermined intervals, the pump assembly is activated upon reaching the first upper level threshold and it is pumped out until it reaches a lower, usually minimal level threshold.
Hiernach wird ein Deaktivieren der Erkennung der ersten und ein dauerhaftes Aktivieren der Erkennung der zweiten Füllstandsschwelle eingeleitet.After that, a deactivation of the detection of the first level and a permanent activation of the detection of the second level threshold is initiated.
Weiterhin kann nach dem Erkennen des Wiedererreichens der unteren, minimalen Füllstandsgrenze ohne Betrieb der quasi primären Pumpenanordnung ein Rückschluss auf einen Fremdabpumpvorgang erfolgen. Im Ergebnis dessen erfolgt ein erneutes Aktivieren der ersten, oberen Füllstandsschwelle analog der Inbetriebnahme.Furthermore, after the recognition of the re-reaching of the lower, minimum fill level limit without operation of the quasi-primary pump arrangement, a conclusion can be drawn on a foreign pumping process. As a result, a renewed activation of the first, upper fill level threshold occurs analogously to the startup.
Wenn eine weitere Pumpenanordnung mit einer eigenen Sensorik zur Füllstandsüberwachung sowie Auswerte- und Steuerungsschaltung vorgesehen ist, welche unabhängig von derjenigen der ersten Pumpenanordnung arbeitet, wird für eine Einstellung oder Vorgabe der ersten oberen Füllstandsschwelle dieser weiteren Pumpenanordnung Sorge getragen, die vom Niveau derjenigen ersten oberen Füllstandsschwelle der ersten Pumpenanordnung abweicht. Es kann die erste obere Füllstandsschwelle der zweiten Pumpenanordnung größer als die erste obere Füllstandsschwelle der ersten Pumpenanordnung gewählt werden.If a further pump arrangement is provided with its own sensor for level monitoring and evaluation and control circuit, which operates independently of that of the first pump arrangement, is for a setting or specification of the first upper level threshold this further pump arrangement care taken, which differs from the level of those first upper level threshold of the first pump assembly. The first upper fill level threshold of the second pump arrangement may be selected larger than the first upper fill level threshold of the first pump arrangement.
Bei deaktivierter Erkennung der ersten oberen Füllstandsschwelle der ersten Pumpenanordnung und erneutem Ansteigen des Füllstands wird die zweite Pumpenanordnung mit Erreichen der ersten oberen Füllstandsschwelle in Betrieb genommen und es erfolgt mit durchgeführtem Abpumpvorgang ein Deaktivieren der ersten oberen Füllstandsschwelle der zweiten Pumpenanordnung, so dass ein alternierender Betrieb der ansonsten unabhängigen Pumpenanordnungen möglich wird.When the detection of the first upper fill level threshold of the first pump arrangement is deactivated and the fill level rises again, the second pump arrangement is put into operation upon reaching the first upper fill level threshold and deactivation of the first upper fill level threshold of the second pump arrangement is carried out with the pumpdown process performed, such that an alternating operation of the second pumping arrangement occurs otherwise independent pump arrangements becomes possible.
Ein erfindungsgemäßes Elektrodenmodul für einen Füllstandssensor insbesondere für den Einsatz bei einem Verfahren voranstehender Schilderung geht von einem Trägerkörper und mindestens einer auf diesem angeordneten Flächenelektrode sowie einer elektrisch isolierenden Umhüllung aus.An electrode module according to the invention for a filling level sensor, in particular for use in a method of the preceding description, is based on a carrier body and at least one surface electrode disposed thereon and an electrically insulating sheath.
Erfindungsgemäß ist der Trägerkörper als Profilhohlkörper ausgebildet und nimmt im Hohlraum elektrische Anschlussmittel, insbesondere elektrische Anschlussdrähte oder Anschlussleiter auf.According to the invention, the carrier body is designed as a hollow profile body and receives in the cavity electrical connection means, in particular electrical connection wires or connection conductors.
Im Profilhohlkörper ist mindestens ein, einen Anschlussdraht aufnehmender Verbindungskanal angeordnet, welcher ausgehend vom Hohlraum und der Modullängsachse vom rechten Winkel abweichend, bevorzugt spitzwinklig, zur Außenoberfläche des Profilhohlkörpers verläuft.In the hollow profile body at least one, a connecting wire receiving connecting channel is arranged, which, starting from the cavity and the module longitudinal axis deviates from the right angle, preferably acute angle, to the outer surface of the hollow profile body.
Ein leitendes Ende des Anschlussdrahts tritt aus dem Verbindungskanal an der Außenoberfläche aus und ist dort mit der eigentlichen Flächenelektrode kontaktiert.A conductive end of the connection wire exits from the connection channel on the outer surface and is contacted there with the actual surface electrode.
Zur Kontaktierung kann die Flächenelektrode auf dem Profilhohlkörper aufgewickelt werden.For contacting the surface electrode can be wound on the hollow profile body.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Flächenelektrode aus einer selbstklebenden, metallischen Folie.In a preferred embodiment, the surface electrode consists of a self-adhesive, metallic foil.
Ausgestaltend sind auf dem Profilhohlkörper in dessen Längsrichtung beabstandete Flächenelektroden angeordnet. Der Profilhohlkörper kann einen zylindrischen Querschnitt aufweisen und insbesondere die Umhüllung als Schrumpfschlauch ausgebildet werden.Ausgestalt are arranged on the hollow profile body in the longitudinal direction spaced surface electrodes. The hollow profile body may have a cylindrical cross section and in particular the sheath may be formed as a shrink tube.
Bei einer Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, am Profilhohlkörper eine nach außen elektrisch nicht isolierende Bezugspotentialelektrode vorzusehen.In one embodiment, it is possible to provide the profile hollow body with a reference electrode that is not electrically insulated from the outside.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der das Bezugspotential der Füllstandsmessung nur an die Schutzerde der Pumpe angekoppelt wird. In diesem Fall kann eine Bezugspotentialelektrode am unteren Füllstandssensor, auch als Bodenelektrode bezeichenbar, entfallen.However, an embodiment in which the reference potential of the level measurement is coupled only to the protective earth of the pump is particularly preferred. In this case, a reference potential electrode at the lower level sensor, also denominated as a bottom electrode omitted.
Der Profilhohlkörper besitzt bei einer wiederum ausgestaltenden Weiterbildung an einem Längsende eine Öffnung für die Anschlussmittelzuführung, wobei im Bereich der Öffnung ein Verbindungsabschnitt ausgebildet ist. Dieser Verbindungsabschnitt kann als Schraubgewinde ausgeführt werden.The profile hollow body has an opening for the connection means feed, in turn, at a further development at a longitudinal end, wherein a connecting section is formed in the region of the opening. This connecting portion can be designed as a screw thread.
Ein Grundkörper für das vorstehend erläuterte Elektrodenmodul ist als Profilhohlkörper mit mindestens einseitigem Zugang zur Aufnahme von elektrischen Anschlussmitteln ausgebildet, wobei zwischen dem Hohlraum und der Außenoberfläche mindestens ein Verbindungskanal vorhanden ist, dessen Verlauf von der zur Längsachse des Profilhohlkörpers orientierten Senkrechten abweicht.A main body for the above-described electrode module is formed as a hollow profile body with at least one-sided access for receiving electrical connection means, wherein between the cavity and the outer surface at least one connecting channel is present, the course of which differs from the oriented to the longitudinal axis of the profile hollow body perpendicular.
Der Grundkörper kann einen vergrößerten Hohlraum zur Aufnahme eines Verdrahtungsträgers einer elektronischen Schaltung umfassen. Diese elektronische Schaltung kann als Oszillatorschaltung ausgebildet sein, aber auch Elemente der Auswerte- und Steuerungsschaltung umfassen.The main body may include an enlarged cavity for receiving a wiring substrate of an electronic circuit. This electronic circuit may be formed as an oscillator circuit, but also include elements of the evaluation and control circuit.
Das erfindungsgemäße Schaltungsmodul für einen Füllstandssensor mit einem Trägerkörper, insbesondere für ein Verfahren wie eingangs erläutert, besitzt einen Trägerkörper, ausgebildet als Profilhohlkörper, wobei im Hohlraum ein Verdrahtungsträger mit elektrischer Schaltung aufgenommen und über den Hohlraum elektrische Schaltungsmittel, insbesondere elektrische Drähte oder Leiter geführt werden.The circuit module according to the invention for a level sensor with a carrier body, in particular for a method as explained above, has a carrier body, designed as a hollow profile body, wherein received in the cavity a wiring substrate with electrical circuit and the cavity electrical circuit means, in particular electrical wires or conductors are performed.
Im Profilhohlkörper ist mindestens ein, einen Anschlussdraht aufnehmender Verbindungskanal ausgebildet, welcher ausgehend vom Hohlraum und der Modullängsachse vom rechten Winkel abweichend zur Außenoberfläche verläuft. Ein leitendes Ende des Anschlussdrahts tritt aus dem Verbindungskanal an der Außenoberfläche aus und ist dort mit einer auf dem Profilhohlkörper anzubringenden Flächenelektrode kontaktiert. Auch diese Flächenelektrode kann als Wickelelektrode ausgebildet werden.In the hollow profile body at least one, a connecting wire receiving connection channel is formed, which, starting from the cavity and the module longitudinal axis deviates from the right angle to the outer surface. A conductive end of the lead wire exits the connection channel on the outer surface and is contacted there with a surface electrode to be mounted on the profile hollow body. This surface electrode can also be formed as a winding electrode.
An einem Ende des Profilhohlkörpers ist ein Verbindungsabschnitt ausbildbar, der ein Gewindeabschnitt sein kann.At one end of the hollow profile body, a connecting portion can be formed, which may be a threaded portion.
An dem dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegenden Ende des Profilhohlkörpers sind Mittel zur feuchtigkeitsgeschützten Führung elektrischer Anschlüsse vorgesehen. At the opposite end of the connecting portion of the hollow profile body means for moisture-proof management of electrical connections are provided.
Der Profilhohlkörper kann als Hohlzylinder oder ähnlicher langgestreckter Hohlkörper ausgebildet sein.The hollow profile body may be formed as a hollow cylinder or similar elongated hollow body.
Bei dem Grundkörper für das vorstehend erläuterte Schaltungsmodul ist dieser auch als Profilhohlkörper mit Längsdurchgangsöffnungen zur Aufnahme eines Verdrahtungsträgers einer elektronischen Schaltung sowie mit einem Verbindungsabschnitt ausgebildet, wobei zwischen der Längsdurchgangsöffnung und der Außenoberfläche ein Verbindungskanal für einen elektrischen Leiter verläuft.In the base body for the above-described circuit module, this is also designed as a hollow profile body with longitudinal passage openings for receiving a wiring substrate of an electronic circuit and with a connecting portion, wherein between the longitudinal passage opening and the outer surface extends a connecting channel for an electrical conductor.
Die vorstehend beschriebenen Elemente, nämlich Schaltungsmodul und Elektrodenmodul, stellen einen kapazitiven Füllstandssensor dar, wobei die elektrische Verbindung zwischen Elektrodenmodul und Schaltungsmodul über eine in die Anordnung integrierte Stecker-Buchsen-Lösung möglich ist.The elements described above, namely the circuit module and the electrode module, represent a capacitive level sensor, wherein the electrical connection between the electrode module and the circuit module is possible via an integrated plug-socket solution in the arrangement.
Die montierte Gesamtanordnung des kapazitiven Füllstandssensors ist von einem gemeinsamen, dünnwandigen, elektrisch isolierenden Umhüllungsmaterial, insbesondere dem bereits erwähnten Schrumpfschlauchmaterial umgeben und abgedichtet.The assembled overall arrangement of the capacitive level sensor is surrounded and sealed by a common, thin-walled, electrically insulating wrapping material, in particular the already mentioned shrink tubing.
Mit einer einzigen der Flächenelektroden können sowohl unterschiedliche Füllstandsschwellen als auch zeitliche Verläufe ermittelt werden, was zur Durchführung des Verfahrens von Vorteil ist.With a single of the surface electrodes, both different fill level thresholds as well as time courses can be determined, which is advantageous for carrying out the method.
Das Verfahren kann aber auch mit zwei, in Längsrichtung bezogen auf das Modul beabstandete Elektrodenflächen realisiert werden.The method can also be realized with two, in the longitudinal direction with respect to the module spaced electrode surfaces.
Bei zwei Sensoren mit jeweils einer Elektrodenfläche kann ein Sensor als Sensor zur Überwachung der oberen Füllstandsschwelle bzw. -schwellen und der, untere Sensor als Bodensensor bzw. Sensor zur Überwachung der minimalen Füllstandgrenze vorgesehen sein.With two sensors each having an electrode surface, a sensor may be provided as a sensor for monitoring the upper fill level threshold or thresholds, and the lower sensor may be provided as a ground sensor or sensor for monitoring the minimum fill level limit.
Ein Doppelsensor kann als Variante gebildet werden, die mit kleinem Abstand zwischen den Elektroden die Verwendung als oberer Füllstandssensor gestattet und bei einem großen Abstand eine Einheit ist, die sowohl als oberer und unterer Füllstandssensor auf einem stabähnlichen Gebilde befindlich ist.A double sensor may be formed as a variant that allows use as a top level sensor with a small gap between the electrodes and at a large distance is a unit located on top of a bar-like structure as both top and bottom level sensors.
Erfindungsgemäß darüber hinaus ist die Verwendung des vorgeschlagenen kapazitiven Füllstandssensors in einer Pumpenanlage mit insbesondere mehreren elektromotorischen Saugpumpen, insbesondere einer Hebeanlage, wobei für jede Pumpenanordnung der Pumpenanlage eine Auswerte- und Steuerungsschaltung mit einer Arbeitsweise nach dem eingangs geschilderten Verfahren vorgesehen ist.According to the invention, moreover, the use of the proposed capacitive level sensor in a pump system with in particular a plurality of electromotive suction pumps, in particular a lifting system, wherein for each pump arrangement of the pump system an evaluation and control circuit is provided with an operation according to the above-described method.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Hereby show:
Bei den Darstellungen nach den
Im Gefäß sind darüber hinaus Füllstandssensoren vorhanden.In addition, level sensors are available in the vessel.
Ein unterer Füllstandssensor FSU bestimmt ein minimales Füllstandsniveau h0.A lower level sensor FSU determines a minimum level h0 level.
Ein oberer Füllstandssensor FSO ist in der Lage, zwei Füllstandsschwellen zu bestimmen.An upper level sensor FSO is able to determine two level thresholds.
Konkret kann der obere Füllstandssensor FSO eine erste obere Füllstandsschwelle h1 und eine zweite obere Füllstandsschwelle h2 ermitteln.Specifically, the upper level sensor FSO can determine a first upper level threshold h1 and a second upper level threshold h2.
Das Gehäuse der Füllstandssensoren FSU und FSO besteht vorzugsweise aus einem Rundstab, auf den eine umlaufende metallische Fläche aufgebracht ist. Die metallische Fläche ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt.The housing of the level sensors FSU and FSO preferably consists of a round rod, on which a circumferential metallic surface is applied. The metallic surface is covered with an electrically insulating layer.
Die elektrisch leitende Schicht steht mit einer Auswerteelektronik über angedeutete Kabel in Verbindung.The electrically conductive layer communicates with evaluation electronics via indicated cables.
In an sich bekannter Weise findet über die Verbindungsleitung eine Stromversorgung und Signalübertragung statt.In known manner takes place via the connecting line, a power supply and signal transmission.
Im dargestellten Beispiel nach den
Der von der entsprechenden Elektrode in die geerdete Flüssigkeit fließende Strom wird von einer nicht gezeigten Auswerteelektronik überwacht und als Füllstandssignal S ausgegeben. Die Höhe des Stroms ist hierbei im Wesentlichen proportional abhängig von der benetzten Elektrodenfläche, angedeutet mit der schräg schraffierten Darstellung der Sensoren FSU und FSO.The current flowing from the corresponding electrode into the grounded liquid is monitored by evaluation electronics, not shown, and output as a filling level signal S. The magnitude of the current here is essentially proportional to the wetted electrode area, indicated by the diagonally hatched representation of the sensors FSU and FSO.
Einzelheiten des Aufbaus der bevorzugt eingesetzten kapazitiven Füllstandssensoren sind unter Rückgriff auf die
Die
Steigt der Flüssigkeitspegel, wird je nach Nivellierung der oberen Füllstandssensoren FSO und FSO' entweder die erste Pumpe P1 oder die zweite Pumpe P2 eingeschaltet.If the liquid level rises, either the first pump P1 or the second pump P2 is switched on, depending on the leveling of the upper level sensors FSO and FSO '.
Im in der
Nach dem Abpumpen durch die erste Pumpe P1 ist die erste Schaltschwelle h1 der ersten Pumpe P1 deaktiviert, während die erste Schwelle h'1 der zweiten Pumpe P2 nach wie vor aktiv ist.After pumping through the first pump P1, the first switching threshold h1 of the first pump P1 is deactivated, while the first threshold h'1 of the second pump P2 is still active.
Bei einem erneuten Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels wird nach Erreichen der ersten Schaltschwelle h'1 der zweiten Pumpe P2 die zweite Pumpe P2 eingeschaltet und die erste Schaltschwelle h'1 der zweiten Pumpe P2 deaktiviert.When the liquid level rises again, after the first switching threshold h'1 of the second pump P2 has been reached, the second pump P2 is switched on and the first switching threshold h'1 of the second pump P2 is deactivated.
Über die unteren Sensoren FSU und FSU' der Pumpen P1 und P2 wird der Abpumpvorgang überwacht und gegebenenfalls auch ein Abschalten der jeweiligen Pumpe P1 oder P2 ausgelöst.The pumping process is monitored via the lower sensors FSU and FSU 'of the pumps P1 and P2 and, if appropriate, a shutdown of the respective pump P1 or P2 is triggered.
Beim Abpumpen der Flüssigkeit durch die zweite Pumpe P2 wird auch am unteren Sensor FSU der ersten Pumpe P1 eine Absinkrate registriert. Da jedoch die erste Pumpe P1 nicht in Betrieb war, wird diese Absinkrate als ein fremder Abpumpvorgang erkannt. When the liquid is pumped out by the second pump P2, a sinking rate is also registered at the lower sensor FSU of the first pump P1. However, since the first pump P1 was not in operation, this Absinkrate is recognized as a foreign Abpumpvorgang.
Erfindungsgemäß ist es nach einem erkannten fremden Abpumpvorgang nun vorgesehen, die erste Schaltschwelle h1 der ersten Pumpe P1 wieder zu aktivieren.According to the invention, it is now provided after a recognized foreign Abpumpvorgang to activate the first switching threshold h1 of the first pump P1 again.
Durch dieses Vorgeben wird erreicht, dass ohne zusätzliche externe Verschaltung der beiden Pumpen P1 und P2 ein alternierender Betrieb eintritt.This predefinition ensures that an alternating operation occurs without additional external connection of the two pumps P1 and P2.
Sollte bei einem übermäßigen Flüssigkeitsaufkommen die Leistung einer der Pumpen P1 oder P2 nicht ausreichen und der Flüssigkeitsspiegel weiter ansteigen, so wird nach einiger Zeit die zweite Schaltquelle h2 bzw. h'2 der jeweils anderen Pumpe erreicht, die sich dann zuschaltet.If the power of one of the pumps P1 or P2 is insufficient and the fluid level continues to increase in the event of an excessive amount of fluid, the second switching source h2 or h'2 of the respective other pump is reached after some time, which then switches on.
Es ist demnach eine zentrale Grundidee der Erfindung, vorzugsweise für bestehende Pumpenanlagen eine Sensorik zur Verfügung zu stellen, die einen sicheren und zuverlässigen Betrieb ermöglicht.It is accordingly a central basic idea of the invention to provide preferably for existing pump systems a sensor system which enables safe and reliable operation.
Einen Schwerpunkt bildet hierbei die Erkennung eines Zwei- oder Mehrpumpensystems anhand von Füllstandssignalen und ein darauf abgestelltes Verfahren zur gleichmäßigen Auslastung der jeweiligen Pumpen anhand der erfassten Füllstandssignale.One of the focal points is the detection of a two-pump or multi-pump system based on level signals and a method for uniform utilization of the respective pumps on the basis of the detected level signals.
Zur Realisierung des Verfahrens sind vorrichtungsseitig ein Steuergerät bzw. ein Vorschaltgerät und eine entsprechende Füllstandssensoranordnung, wie bereits oben erläutert, vorgesehen.To implement the method, a control device or a ballast and a corresponding fill level sensor arrangement, as already explained above, are provided on the device side.
Zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Pumpen P1 und P2 bzw. P ist ein in den
Mit dem oberen Füllstandssensor FSO bzw. FSO' wird eine erste und eine zweite Füllstandsschaltschwelle h1, h2 bzw. h'1 und h'2 überwacht, während der jeweilige untere Füllstandssensor FSU bzw. FSU' vornehmlich zur Erfassung der Abpumprate dient. Selbstverständlich kann am unteren Sensor FSU oder FSU' auch ein Ausschaltniveau h0 überwacht werden.The upper level sensor FSO or FSO 'monitors a first and a second level switching threshold h1, h2 or h'1 and h'2, while the respective lower level sensor FSU or FSU' primarily serves for detecting the pumping rate. Of course, at the lower sensor FSU or FSU 'and a shutdown h0 be monitored.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Füllstandsschwelle h1 nur temporär bzw. alternierend aktiviert wird, während die obere zweite Füllstandsschaltschwelle h2 dauerhaft aktiv ist.It is inventively provided that the first level threshold h1 is activated only temporarily or alternately, while the upper second level switching threshold h2 is permanently active.
Erreicht bei einer ersten Inbetriebnahme des Systems der Flüssigkeitsspiegel das erste Füllstandsniveau h1 gemäß
Das Abpumpen erfolgt nun zeitgesteuert und/oder bis zu einem Erreichen eines unteren Füllstands h0.The pumping is now time-controlled and / or until reaching a lower level h0.
Bei einem erneuten Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels schalten die jeweiligen Pumpen aufgrund der deaktivierten ersten Schaltschwelle h1 bzw. h'1 dann erst bei der zweiten Schaltschwelle h2 bzw. h'2 ein. Ohne erneute Aktivierung der ersten Schaltschwelle h1 bzw. h'1 wird die jeweilige Pumpe P1 bzw. P2 nun regelmäßig erst bei der zweiten Schaltschwelle h2 bzw. h'2 eingeschaltet.When the liquid level rises again, due to the deactivated first switching threshold h1 or h'1, the respective pumps then only switch on at the second switching threshold h2 or h'2. Without renewed activation of the first switching threshold h1 or h'1, the respective pump P1 or P2 is now regularly switched on only at the second switching threshold h2 or h'2.
Der prinzipielle Aufbau der bevorzugt einzusetzenden Sensorik zur Füllstandsüberwachung ist in den
Wie bereits angedeutet, weist das Sensorgehäuse einen Rundstab
Diese Flächenelektrode
Die elektrisch leitende Schicht
Über die Verbindungsleitungen V+ und V– wird entsprechendes Potential zugeführt.Via the connecting lines V + and V- corresponding potential is supplied.
Das Ausgangssignal S wird über eine weitere Leitung nach außen geführt.The output signal S is passed through a further line to the outside.
Im dargestellten Beispiel nach
Der von der Flächenelektrode
Die
Ein Schaltungsmodul
Die Spannungsversorgung erfolgt über gemeinsame Leitungen V+ und V–.Power is supplied via common lines V + and V-.
Die Füllstandssignale können hier beispielsweise in einem Spannungsbereich von 0 bis 10 V ausgegeben werden.The level signals can be output here, for example, in a voltage range of 0 to 10 V.
Vorzugsweise wird bei einer nicht anliegenden Flüssigkeit kein 0-Volt-Signal ausgegeben, sondern ein geringerer, definierter Spannungswert, z. B. 0,1 V.Preferably, in a non-applied liquid no 0-volt signal is output, but a lower, defined voltage value, for. B. 0.1 V.
Steigt die Flüssigkeit vom Niveau h1 bis zum zweiten Niveau h2, nimmt auch die von der ersten Elektronik ausgegebene Signalspannung proportional dem Füllstand zu und erreicht mit dem Füllstand h2 ein Maximum und bleibt dort konstant.If the liquid rises from the level h1 to the second level h2, the signal voltage output by the first electronics also increases proportionally to the fill level and reaches a maximum with the fill level h2 and remains constant there.
Wird der dritte Füllstand h3 überschritten, steigt auch das Füllstandssignal der zweiten Flächenelektrode
Die Aufteilung der zu vermessenden Füllstandshöhen auf zwei Sensor-Flächenelektroden hat den Vorteil, dass sich die Füllstandsauflösung, die sich mit einer Elektrode auf die Niveaus zwischen h1 bis h4 aufteilt, zweifach in die Niveaus h1 bis h2 und h3 bis h4 nutzen lässt und damit einer Verbesserung unterliegt.The distribution of the fill levels to be measured on two sensor surface electrodes has the advantage that the fill level resolution, which is divided with an electrode to the levels between h1 to h4, can be used twice in the levels h1 to h2 and h3 to h4 and thus one Improvement is subject.
Details eines Elektrodenmoduls ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung, insbesondere der
Das Elektrodenmodul
Im Profilhohlkörper
Ein leitendes Ende
Zur Kontaktierung ist die Flächenelektrode
Wie in der
Der Profilhohlkörper
Die Dicke des Schrumpfschlauchs
Der Abstand A zwischen den beiden Flächenelektroden
Die Stegausbildung des Verbindungskanals
Die leitenden Enden
Die Flächenelektroden sind hier ebenfalls als metallische Klebefolien um einen Grundkörper gewickelt.The surface electrodes are also wound here as metallic adhesive films around a base body.
Die Flächenelektroden werden über Litzenkabel kontaktiert und als Buchsenteil
Die offene Seite der zentralen Bohrung im Profilhohlkörper
Das Schaltungsmodul
Im Hohlraum dieses Hohlzylinders
Über den Hohlraum werden elektrische Anschlussmittel geführt. Insbesondere steht der Verdrahtungsträger
Die Ausgangssignalleitungen
Ein endseitiger Abschnitt des Profilhohlkörpers
Das zur Abdichtungsverschraubung
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, anstelle einer Ausgangskabelanschlussführung
Hier weist im Unterscheid zur Darstellung nach
Die nächste Darstellung nach
Diese Bezugspotentialelektrode
Die
Über die Lösung eines Befestigungselements nach
Beispielsweise kommt als Verbindungs- und Arretierungskörper
Die im Schnitt schematisch dargestellte. Hebeanlage nach
Eine Schraubkappe
Wenn gemäß der Darstellung nach
Die Oszillatorschaltung gemäß
Die Schaltanordnung nach
Die Frequenz des Oszillators wird in an sich bekannter Weise durch ein erstes RC-Glied R1/C1 und ein zweites RC-Glied R2 und C2 bestimmt, wobei die Amplitude durch die antiparallel geschalteten Dioden D1 und D2 und den Widerständen R3 und R5 definiert ist.The frequency of the oscillator is determined in a manner known per se by a first RC element R1 / C1 and a second RC element R2 and C2, the amplitude being defined by the anti-parallel connected diodes D1 and D2 and the resistors R3 and R5.
Die Betriebsspannungen für den Operationsverstärker OPV und der eigentliche Oszillator werden über einen mit den Zenerdioden Z1 und Z2 in Reihe geschalteten Widerstand R5 und entsprechendem Spannungsabgriff zur Verfügung gestellt.The operating voltages for the operational amplifier OPV and the actual oscillator are provided via a connected in series with the Zener diodes Z1 and Z2 resistor R5 and corresponding voltage tap.
Die Versorgungsspannung UV liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 30 V.The supply voltage U V is preferably in the range between 10 and 30 V.
Der Kondensator C3 dient zur Unterdrückung parasitärer Schwingungen im nachfolgenden Operationsverstärker. An den Ausgangsklemmen liegt die Oszillatorwechselspannung Uosz an.The capacitor C3 serves to suppress parasitic oscillations in the following operational amplifier. At the output terminals is the oscillator AC voltage U osz .
Die
Die Schaltung basiert auf dem Prinzip, wonach der zur Elektrode EL fließende Strom als Spannungsabfall über einen Messwiderstand RM von einem als Differenzverstärker geschalteten Operationsverstärker OP2 erfasst und über einen Zweiweggleichrichter D3, D4 als Gleichspannungssignal einem Gleichspannungsverstärker OP3 zur Verfügung gestellt wird.The circuit is based on the principle according to which the current flowing to the electrode EL is detected as a voltage drop across a measuring resistor RM from an operational amplifier OP2 connected as a differential amplifier and provided as a DC voltage signal via a full-wave rectifier D3, D4 to a DC voltage amplifier OP3.
Der Gleichspannungsverstärker OP3 liefert an seinem Ausgang die Signalspannung US, vorzugsweise in einem Spannungsbereich zwischen 0 und 10 V.The DC amplifier OP3 supplies at its output the signal voltage U S , preferably in a voltage range between 0 and 10 V.
Um den Stromfluss C2 zur Elektrode EL nicht zu belasten, erfolgt der Spannungsabgriff am Messwiderstand RM über den als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker OP1.In order not to burden the current flow C2 to the electrode EL, the voltage tap on the measuring resistor RM via the switched as an impedance converter operational amplifier OP1.
Der als Differenzverstärker geschaltete Operationsverstärker OP2 ist eingangsseitig über dimensionsmäßig angepasste, bevorzugt wertemäßig gleiche Widerstände R10, R11 sowie R20 und R21 geschaltet.The operational amplifier OP2, which is connected as a differential amplifier, is connected on the input side via dimensionally matched resistors R10, R11 and R20 and R21 which are preferably of the same value in terms of value.
Die Betriebsspannung wird über den Vorwiderstand RV der Versorgungsspannung UV entnommen und über eine Kaskade von Zenerdioden Z3 und Z4 auf vorzugsweise 5,4 V stabilisiert.The operating voltage is taken via the series resistor RV of the supply voltage U V and stabilized via a cascade of Zener diodes Z3 and Z4 to preferably 5.4 V.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- P, P1, P2P, P1, P2
- Pumpepump
- AA
- Abstanddistance
- FSUFSU
- untere Füllstandsschwellelower level threshold
- FSOFSO
- obere Füllstandsschwelleupper level threshold
- 11
- Rundstabround bar
- 22
- Flächenelektrodesurface electrode
- 33
- isolierende Schichtinsulating layer
- 44
- Flüssigkeitliquid
- 55
- Gefäßvessel
- 66
- Elektrodenmodulelectrode module
- 77
- Schaltungsmodulcircuit module
- 8,8th,
-
9 Auswerteelektronik9 evaluation - 1010
- ProfilhohlkörperHollow profile
- 1111
- Hohlraumcavity
- 1212
- AnschlussdrahtLead wire
- 1313
- Verbindungskanalconnecting channel
- 1414
- leitendes Endeleading end
- 1515
- Schrumpfschlauchshrinkable tubing
- 1616
- Buchsenteilfemale connector
- 1717
- Hohlkörperhollow body
- 1818
- Verdrahtungsträgerwiring support
- 1919
- Steckerteilplug part
- 2020
- AusgangssignalleitungOutput signal line
- 2121
- AbdichtungsverschraubungAbdichtungsverschraubung
- 2222
- Außengewindeexternal thread
- 2323
- Innengewindeinner thread
- 2424
- Außengewinde der AbdichtungsverschraubungExternal thread of the sealing screw connection
- 2525
- AusgangskabelanschlussführungOutput cable guide
- 2626
- BezugspotentialelektrodeReference potential electrode
- 2727
- Tauchpumpesubmersible pump
- 2828
- Schlauchtube
- 29, 30, 3329, 30, 33
- Füllstandssensorlevel sensor
- 3131
- Vorschaltgerätballast
- 3232
- Steckdosesocket
- 3434
- Koppelabschnittcoupling section
- 3535
- Verbindungskörperconnecting body
- 3636
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 3737
- Kabelbindercable ties
- 4040
- HebeanlagegefäßLifting installation vessel
- 4141
- Schraubkappescrew cap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1629257 B1 [0002] EP 1629257 B1 [0002]
- DE 102004038253 B4 [0005, 0005] DE 102004038253 B4 [0005, 0005]
- DE 102004028253 B4 [0006] DE 102004028253 B4 [0006]
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
EP1629257B1 (en) | 2003-05-31 | 2008-11-12 | Braun GmbH | Method and circuit arrangement for detecting the level of a liquid |
DE102004038253B4 (en) | 2004-08-06 | 2009-04-02 | Hydac Electronic Gmbh | Sensor element for capacitance measurement and device for determining the level of a medium with such a sensor element |
-
2010
- 2010-07-05 DE DE201010026087 patent/DE102010026087A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Legal Events
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