DE102011119299A1 - Method for operating a variable-speed variable-displacement pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein verstellbares Förderwerk von einem drehzahlvariablen Antrieb angetrieben wird, wobei ein Ist-Volumenstrom auf einen Soll-Volumenstrom (Qsoll) und/oder ein Ist-Förderdruck (pist) auf einen Soll-Förderdruck (psoll) geregelt wird, indem ein Soll-Fördervolumen des Förderwerks eingestellt und eine Soll-Drehzahl (nsoll) des Antriebs vorgegeben wird, wobei die Soll-Drehzahl (nsoll) bei Eintritt wenigstens einer vorbestimmten Auslösebedingung im Rahmen einer Vorsteuerung erhöht wird.The invention relates to a method for operating a variable-speed variable displacement pump, in which an adjustable conveyor is driven by a variable-speed drive, wherein an actual volume flow to a desired volume flow (Qsoll) and / or an actual discharge pressure (pist) to a target Pumping pressure (psoll) is controlled by a desired delivery volume of the conveyor set and a target speed (nsetpoint) of the drive is specified, the target speed (nsetpoint) is increased upon entry of at least one predetermined triggering condition in the context of a pilot control.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie eine drehzahlvariable Verstellpumpe mit einer solchen Recheneinheit.The present invention relates to a method for operating a variable speed variable displacement pump according to the preamble of claim 1, a computing unit for its implementation and a variable speed variable displacement pump with such a computing unit.
Stand der TechnikState of the art
Der Erfindung zugrunde liegende Pumpen bestehen aus einem Förderwerk mit variablem Fördervolumen (pro Hub bzw. Umdrehung), welches von einem Antrieb mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Beim Betrieb solcher Pumpen werden üblicherweise der Volumenstrom und/oder der Förderdruck (d. h. Druckdifferenz zwischen Zulauf und Ablauf) durch entsprechende Anpassung des Fördervolumens des Förderwerks und der Drehzahl geregelt, d. h. solche Pumpen besitzen zwei Freiheitsgrade bei der Regelung.The pumps on which the invention is based consist of a conveyor with variable displacement (per stroke or revolution), which is driven by a drive with variable speed. In the operation of such pumps usually the volume flow and / or the delivery pressure (i.e., pressure difference between inlet and outlet) are controlled by appropriate adjustment of the delivery volume of the conveyor and the speed, d. H. Such pumps have two degrees of freedom in the control.
In der
Es stellt sich die Aufgabe, den Betrieb solcher Pumpen in nicht zyklisch arbeitenden Maschinen zu verbessern.The object is to improve the operation of such pumps in non-cyclical machines.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie eine drehzahlvariable Verstellpumpe aufweisend eine solche Recheneinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a variable-speed variable-displacement pump, a computing unit for its implementation, and a variable-speed variable displacement pump having such a computing unit with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, die Dynamik einer Drehzahländerung bei drehzahlvariablen Verstellpumpen deutlich zu erhöhen und so einem Förderdruckabfall bei großen Mengenänderungen entgegenzuwirken. Dies ermöglicht den einschränkungsfreien Einsatz solcher Pumpen auch in nicht zyklisch arbeitenden Maschinen. Die Erfindung bedient sich dazu der Anhebung der Soll-Drehzahl im Rahmen einer Vorsteuerung bei Eintritt wenigstens einer vorbestimmten Auslösebedingung. Dies erfolgt beispielsweise durch Auslösen einer Rampenfunktion und/oder durch Beaufschlagen der Soll-Drehzahl mit einem Vorsteuerwert.The invention provides a way to significantly increase the dynamics of a speed change in variable-speed variable displacement pumps and thus counteract a delivery pressure drop with large changes in quantity. This allows the restriction-free use of such pumps even in non-cyclical machines. The invention uses to increase the target speed in the context of a feedforward control upon entry of at least one predetermined triggering condition. This is done, for example, by triggering a ramp function and / or by applying the setpoint speed with a precontrol value.
Im Stand der Technik wird beim Betrieb der Pumpe zur Druckregelung die Soll-Drehzahl üblicherweise in Abhängigkeit vom Ist-Fördervolumen bestimmt. Die Drehzahl unterliegt jedoch einer begrenzten Dynamik, so dass sie Änderungen nicht beliebig schnell folgen kann. Es kommt zum Druckeinbruch. Im Rahmen der Erfindung wird nun durch die Vorsteuerung ein ggf. energieoptimaler Arbeitspunkt zugunsten einer besseren Dynamik verlassen, die Druckeinbrüche werden zumindest reduziert. Das zusätzliche Vorsteuersignal für Drehzahl führt ebenfalls zu einer verbesserten Dynamik der Pumpe.In the prior art, during operation of the pump for pressure control, the setpoint speed is usually determined as a function of the actual delivery volume. However, the speed is subject to a limited dynamics, so that they can not follow changes arbitrarily fast. It comes to the pressure drop. In the context of the invention, an optionally energy-optimal operating point in favor of better dynamics is now left by the precontrol, the pressure drops are at least reduced. The additional pilot signal for speed also leads to improved dynamics of the pump.
Vorzugsweise wird die Soll-Drehzahl dabei so erhöht, dass sich ein maximal möglicher Drehzahlgradient ergibt. Bei der Ansteuerung wird die Soll-Drehzahl üblicherweise über eine Rampenfunktion geführt, so dass am Antrieb eine kontinuierliche Drehzahlerhöhung anliegt. Der Gradient der Rampe bestimmt sich im Wesentlichen aus dem Unterschied zwischen der Ausgangsdrehzahl und der erhöhten Soll-Drehzahl, wobei ein Maximalgradient (meist konstruktiv bedingt) berücksichtigt werden muss. Eine Vorgabe der Soll-Drehzahl so, dass sich der maximal mögliche Drehzahlgradient ergibt, führt zu einer schnellst möglichen Drehzahlanhebung, um Druckeinbrüche möglichst kurz zu halten.Preferably, the target speed is thereby increased so that there is a maximum possible speed gradient. When driving the setpoint speed is usually performed via a ramp function, so that the drive is applied to a continuous increase in speed. The gradient of the ramp is essentially determined by the difference between the output speed and the increased set speed, wherein a maximum gradient (usually constructive condition) must be taken into account. A specification of the target speed so that the maximum possible speed gradient results in the fastest possible speed increase to keep pressure drops as short as possible.
Zusätzlich wird durch die Erfindung der Zeitverzug zwischen Schaltvorgang in der von der Pumpe angetriebenen Maschine (was zu einer Mengenänderung führt) und Start der Drehzahlrampe verringert.In addition, the invention reduces the time delay between the switching operation in the pump-driven machine (which leads to a change in quantity) and the start of the speed ramp.
Liegt wenigstens eine Auslösebedingung vor, wird in die Drehzahlregelung eingegriffen und die Soll-Drehzahl erhöht, so dass eine höhere Soll-Drehzahl an den Antrieb vorgegeben wird, als sich aus der Regelung alleine ergäbe.If at least one trigger condition exists, the speed control is intervened and the setpoint speed is increased, so that a higher setpoint speed is specified for the drive than would result from the control alone.
Als Auslösebedingung für die Drehzahlanhebung eignet sich insbesondere eine Schwellwertüberwachung des Unterschieds zwischen Soll-Förderdruck psoll und Ist-Förderdruck pist. Übersteigt der Unterschied einen vorgebbaren Schwellwert, zeigt dies einen beginnenden Druckeinbruch an, dem entgegengewirkt werden soll.In particular, a threshold value monitoring of the difference between nominal delivery pressure p soll and actual delivery pressure p is suitable as the triggering condition for the speed increase. If the difference exceeds a predefinable threshold value, this indicates an incipient pressure drop, which is to be counteracted.
Als Auslösebedingung für die Drehzahlanhebung eignet sich ebenso eine Schwellwertüberwachung eines zeitlichen Gradienten des (Ist- oder Soll-)Fördervolumens. Steigt bspw. das (Ist- oder Soll-)Fördervolumen in kurzer Zeit stark an, kann dies, wie beschrieben, ebenfalls zu einem Druckeinbruch führen, dem entgegengewirkt werden soll.As a trigger condition for the speed increase is also suitable Threshold value monitoring of a temporal gradient of the (actual or target) delivery volume. If, for example, the (actual or target) delivery volume rises sharply in a short time, this can, as described, likewise lead to a pressure drop, which is to be counteracted.
In die Auslösebedingungen gehen in bevorzugter Ausgestaltung im Wesentlichen nur in der Recheneinheit (”Regler”) ohnehin bekannte bzw. daraus abgeleiteten Größen ein, insbesondere Soll-Förderdruck psoll, Ist-Förderdruck pist, Soll-Volumenstrom Qsoll, Ist-Volumenstrom Qist, Soll-Fördervolumen Vsoll, Ist-Fördervolumen Vist, Zeiten, Stellgrößen des Förderwerks, wie z. B. Schwenkwinkel bei Axialkolbenpumpen, Soll-Drehzahl und Ist-Drehzahl. Die Erfindung kann daher besonders vorteilhaft auch nachträglich in existierende Systeme implementiert werden, insbesondere im Wege eines Softwareupdates.In the triggering conditions are in a preferred embodiment essentially only in the arithmetic unit ("controller") known or derived variables, in particular target delivery pressure p soll , actual delivery pressure p is , target volume flow Q soll , actual volume flow Q is , target delivery volume V soll , actual delivery volume V is , times, manipulated variables of the conveyor, such. B. swivel angle for axial piston pumps, target speed and actual speed. The invention can therefore be implemented particularly advantageously also in existing systems, in particular by means of a software update.
Die Vorsteuerung kann beispielsweise ein Proportionalglied mit passender Proportionalverstärkung KP beinhalten, in das bspw. der Unterschied zwischen Soll-Förderdruck psoll und Ist-Förderdruck pist, eingeht. Eine geeignete Proportionalverstärkung KP kann anlagenabhängig bestimmt werden.The feedforward control may, for example, include a proportional element with a matching proportional gain K P into which, for example, the difference between the desired delivery pressure p soll and the actual delivery pressure p is received. A suitable proportional gain K P can be determined as a function of the system.
Die Erfindung entfaltet besondere Vorteile im Bereich von Spritzgießmaschinen, Pressen, Maschinen für Holzbearbeitung, Prüfstände, usw., da hier ein Druckeinbruch besonders nachteilig ist. Der Einsatz bzw. die Verwendung der Erfindung in diesen Gebieten ist daher besonders zweckmäßig.The invention develops particular advantages in the field of injection molding machines, presses, woodworking machines, test benches, etc., since here a pressure drop is particularly disadvantageous. The use or the use of the invention in these areas is therefore particularly useful.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Recheneinheit ist beispielsweise eine integrierte Elektronik (z. B. ASIC) auf der Pumpe bzw. im Umrichter oder eine externe Steuerung.An arithmetic unit according to the invention, for. B. a control unit of a variable-speed variable, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention. The arithmetic unit is, for example, integrated electronics (eg ASIC) on the pump or in the converter or an external controller.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the invention in the form of software is advantageous because this allows very low cost, especially if an executing processing unit is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for the provision of the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. a. m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibungfigure description
In
Das Förderwerk
Der Antrieb ist hier als sog. Normmotor ausgebildet, der einen Asynchronmotor
Für die Regelung der Pumpe
Im unteren Bereich des Regelschemas ist eine übliche Pumpenregelung dargestellt. Die Pumpenregelung erzeugt Sollwerte für die Drehzahl nsoll und ein Stellsignal βsoll (es handelt sich dabei üblicherweise nicht um einen Winkel-Sollwert, sondern um ein Stellsignal für ein Pilotventil) auf Grundlage des gewünschten Arbeitspunktes psoll, Qsoll. Dazu ist ein Pumpenregler inkl. Logikglied
Im Rahmen der Erfindung wird diese grundsätzliche Pumpenregelung um eine Funktionalität zur Anpassung der Soll-Drehzahl erweitert, um die Dynamik der Pumpe zu erhöhen und um Druckeinbrüchen vorzubeugen. Diese Vorsteuerung ist im oberen Bereich der
Die Funktionalität ist im vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass eine Aufwärtsrampenfunktion
Alternativ oder zusätzlich kann die Drehzahlerhöhung auch ein Beaufschlagen des Drehzahlsollwerts nsoll mit einem Vorsteuerwert n+ umfassen. Zur Bestimmung des Vorsteuerwerts n+ kann das Logikglied
Als Auslösebedingung wird vorliegend überwacht, ob zum Beispiel die Differenz zwischen Solldruck psoll und Istdruck pist einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert kann absolut oder prozentual gewählt werden. Für die Überwachung ist ein Logikglied
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |