DE102020210922A1 - Verfahren und Anordnung zur Durchflussmessung - Google Patents

Abstract

Der Durchfluss (V') eines mittels einer Pumpe (3) durch eine technische Anlage (1) geförderten Fluids (2) wird aus den vor und hinter einem Ventil (6) gemessenen Drücken (P1, P1) und der Ventilstellung (h) ermittelt.Um eine einfache und kostengünstige Durchflussmessung und Anlagenüberwachung auch bei unterschiedlichen Anlagenzuständen zu ermöglichen, wird in der Anlage (1) mit dem eingebauten Ventil (6) vor ihrem Betrieb unter Verwendung eines Durchflussmessers (16) die Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses (V), des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) ermittelt und in einem Kennfeld (15) hinterlegt. Während des Betriebs der Anlage (1) wird der Durchfluss (V') anhand des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) unmittelbar aus dem Kennfeld (15) ermittelt.

Description

• Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Durchflusses eines mittels einer Pumpe durch eine technische Anlage geförderten Fluids und zur Überwachung der Anlage während ihres Betriebs, mit einem in einer Fluidleitung der Anlage eingebauten Ventil zur Drosselung des Durchflusses, mit einem das Ventil betätigenden und die Ventilstellung erfassenden Stellantrieb, mit einem den Zulaufdruck des Fluids vor dem Ventil messenden ersten Drucksensor und einem den Auslaufdruck hinter dem Ventil messenden zweiten Drucksensor und mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Durchfluss aus den vor und hinter dem Ventil gemessenen Drücken und der Ventilstellung zu ermitteln.
• In prozesstechnischen Anlagen werden Ventile eingesetzt, um physikalische Messgrößen, wie z. B. Temperatur, Füllstand, Prozessdruck, mit Hilfe oder in Anhängigkeit von Fluidströmen zu regeln. Die Regelung erfolgt durch einen übergeordneten Regler, der die entsprechende Messgröße über einen separaten Sensor erfasst und entsprechend der Regelaufgabe einen Sollwert für die Ventilstellung vorgibt. Die Ventilstellung wird wiederum durch einen pneumatischen oder elektrischen Stellantrieb mit einem Stellungsregler geregelt.
• In prozesstechnischen Anlagen werden ferner Pumpen eingesetzt, um Medien (Fluide) zu fördern. Pumpen, Rohrleitungen und Ventile bilden dabei ein hydraulisches/pneumatisches System. Die Summe aus den Druckabfällen in dem Leitungsnetz und über den Ventilen wird dabei durch den Pumpendruck ausgeglichen. Die Pumpen sind im einfachsten Fall nicht geregelt. Der bereitgestellte Druck ist daher nicht konstant und nimmt mit zunehmenden Durchfluss ab (z. B. Kreiselpumpe).
• Die häufigste Regelaufgabe besteht in der Regelung der Prozesstemperatur, wobei ein Heiz-/Kühlmedium durch einen Wärmetauscher geleitet wird, der die Temperatur eines Prozessmediums beeinflusst. Das Heiz-/Kühlmedium wird in einem separaten Aggregat auf eine bestimmte Vorlauftemperatur gebracht. Die Regelung erfolgt durch Veränderung des dem Wärmetauscher zugeführten Volumenstroms des Heiz-/Kühlmediums.
• In der einfachsten Ausführungsform wird lediglich die Prozesstemperatur erfasst und durch Beeinflussung der Ventilstellung eines Ventils im Heiz-/Kühlkreislauf geregelt. Häufig wäre es jedoch interessant, auch den Volumenstrom im Kreislauf zu kennen, um beispielsweise, die dem Wärmetauscher zugeführte Leistung zu bestimmen.
• Eine andere Regelaufgabe besteht in der Konstanthaltung eines Prozessdruckes oder eines Füllstandes durch ein Ventil. Auch hier wäre es hilfreich, die dem System über das Ventil zugeführte Menge des Prozessmediums zu bestimmen.
• Wenn der Durchfluss durch ein Ventil bereits bekannt ist, wäre es weiterhin interessant, Veränderungen im Leitungsnetz, am Ventil oder der zugeführten Pumpenleistung zu erkennen.
• Die gewünschten Informationen können durch Einsatz zusätzlicher Sensorik wie Durchflussmesser zur Messung und Überwachung von Fluidströmen, Temperatursensoren zur Messung der Vor- und Rücklauftemperatur von Wärmetauschern, Sensoren zur Korrosionsmessung in Rohrleitungen, Druck- und Drehzahlsensoren zur Messung von Pumpendruck und -drehzahl usw. gewonnen werden. Da solche zusätzliche Sensorik teuer und platzintensive ist, wird in realen Anlagen häufig darauf verzichtet.
• Aus der JP 2010-107419 A , JP 2015-166720 A und US 2017/0090485 A1 ist es bekannt, die Differenz ΔP zwischen dem Zulaufdruck P1 eines Fluids vor einem Ventil und dem Auslaufdruck P2 hinter dem Ventil sowie die Ventilstellung zu erfassen, anhand der erfassten Werte aus einer Durchflusskoeffizienten-Tabelle einen Durchflusskoeffizienten (Kv-Wert, Durchflussfaktor) Cv zu lesen und den Durchfluss Q des Fluids nach der Formel $$\text{Q}=\text{A}\cdot \text{Cv}\cdot {\left(\Delta \text{P}\right)}^{1/2}$$

  

  zu berechnen, wobei A eine Konstante ist. Um die Genauigkeit der Durchflussmessung zu erhöhen, können unterschiedliche Durchflusskoeffizienten-Tabellen für normale, niedrige und hohe Wertebereiche der Druckdifferenz ΔP vorgesehen werden sowie anhand von weiteren Tabellen Korrekturwerte zur Berücksichtigung der Viskosität des Fluids oder von Torsionen des Ventilantriebs ermittelt werden.
• Aus der US 2013/0240045 A1 ist es ebenfalls bekannt, die Differenz ΔP zwischen dem Zulaufdruck P1 eines Fluids vor einem Ventil und dem Auslaufdruck P2 hinter dem Ventil sowie die Ventilstellung zu erfassen und den Durchfluss Q des Fluids nach der Formel $$\text{Q}={\text{F}}_{\text{i}}\cdot \text{Cv}\cdot {\left(\Delta \text{P}\right)}^{1/2}$$

  

  zu berechnen. F_i ist dabei eine momentane Ventilcharakteristik, die unter Verwendung einer Durchflusskennliniengleichung des Ventils und eines Stellverhältnisses aus der momentanen Ventilstellung (Ventilöffnung) berechnet wird. Bei dem Durchflusskoeffizienten Cv, der Durchflusskennliniengleichung und dem Stellverhältnis handelt es sich um konstruktionsabhängige Kenngrößen, die von dem Hersteller des Ventils bereitgestellt werden, wobei die Durchflusskennliniengleichung den Durchfluss relativ zum Nenndurchfluss als Funktion der Ventilöffnung relativ zur maximalen Ventilöffnung angibt und das Stellverhältnis dem Quotienten aus dem maximalen und minimalen Durchfluss, für den die Ventilkennlinie gültig ist, entspricht.
• Die bekannten Verfahren und Anordnungen gehen davon aus, dass sich der Durchfluss anhand einfacher Formeln oder Tabellen über den Durchflusskoeffizienten (Kv-Wert) berechnen lässt, was aber nur unter ganz bestimmten Bedingungen gilt. So ist der jeweils benutzte Kv-Wert sehr ungenau, weil er nur zu einer groben Ventilcharakterisierung unter vorgegebenen Bedingungen dient; unter realen Bedingungen ist der Kv-Wert selbst umgekehrt proportional zu (ΔP)^1/2. Normbedingungen kommen in realen hydraulischen Systemen aus, z. B., einer Reihenfolge von Pumpe, Rohrleitung, Ventil, Rohrleitung und Wärmetauscher nicht vor, da der Druckabfall an dem Ventil den Durchfluss beeinflusst. Der Durchfluss beeinflusst wiederum den Pumpendruck einer ungeregelten Pumpe sowie den Druckabfall in den Rohrleitungen vor und hinter dem Ventil. Bei den bekannten Verfahren und Anordnungen bleiben dagegen die hydraulischen Bedingungen in der Anlage, in der das Ventil verbaut ist, unberücksichtigt, so dass bei kleinsten Abweichungen in dem hydraulischen System nicht mehr präzise gemessen werden kann. Schließlich beruhen die bekannten Verfahren zur Druckmessung maßgeblich auf Informationen (Tabellen, Kv-Wert, Ventilkennliniengleichung usw.) des Ventilherstellers und sind daher ventilspezifisch und nicht universell bei unterschiedlichen Ventile anwendbar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Anlagen, in denen Fluide mittels Pumpen gefördert werden, eine einfache und kostengünstige Durchflussmessung und Anlagenüberwachung auch bei unterschiedlichen Anlagenzuständen zu ermöglichen.
• Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren oder das in Anspruch 6 definierte Anordnung gelöst, von denen vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.
• Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Messung des Durchflusses eines mittels einer Pumpe durch eine technische Anlage geförderten Fluids und zur Überwachung der Anlage während ihres Betriebs, wobei die Ventilstellung eines in einer Fluidleitung der Anlage eingebauten Ventil erfasst und der Zulaufdruck des Fluids vor dem Ventil und der Auslaufdruck hinter dem Ventil gemessen werden und der Durchfluss aus den vor und hinter dem Ventil gemessenen Drücken und der Ventilstellung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlage mit dem eingebauten Ventil vor ihrem Betrieb unter Verwendung eines Durchflussmessers die Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses, des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks und der Ventilstellung ermittelt und in einem Kennfeld hinterlegt wird, und dass während des Betriebs der Anlage der Durchfluss anhand des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks und der Ventilstellung unmittelbar aus dem Kennfeld ermittelt wird.
• Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung zur Messung des Durchflusses eines mittels einer Pumpe durch eine technische Anlage geförderten Fluids und zur Überwachung der Anlage während ihres Betriebs, mit einem in einer Fluidleitung der Anlage eingebauten Ventil zur Drosselung des Durchflusses, mit einem das Ventil betätigenden und die Ventilstellung erfassenden Stellantrieb, mit einem den Zulaufdruck des Fluids vor dem Ventil messenden ersten Drucksensor und einem den Auslaufdruck hinter dem Ventil messenden zweiten Drucksensor und mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Durchfluss aus den vor und hinter dem Ventil gemessenen Drücken und der Ventilstellung zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung in einem Speicher ein Kennfeld enthält, in dem eine in der Anlage mit dem eingebauten Ventil vor ihrem Betrieb unter Verwendung eines Durchflussmessers ermittelte Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses, des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks und der Ventilstellung hinterlegt ist, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, während des Betriebs der Anlage den Durchfluss anhand des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks und der Ventilstellung unmittelbar aus dem Kennfeld zu ermitteln.
• Im Ausgangszustand der Anlage wird in einer Anlernphase bei laufender Pumpe das Ventil mittels des Stellantriebs, beispielsweise in Rahmen von Partial- oder Fullstroke-Tests, über einen Teilhub oder seinen Gesamthub bewegt, wobei der Zulaufdruck und Auslaufdruck vor bzw. hinter dem Ventil und die Ventilstellung gemessen werden. Gleichzeitig wird mittels eines Durchflussmessers der Durchfluss (Volumenstrom) gemessen. Die erhaltenen Messwerte stellen eine Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses, des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks und der Ventilstellung dar, die als mehrdimensionales Kennfeld in einem Speicher hinterlegt wird. Wenn in der Fluidleitung vor oder hinter dem Ventil bereits ein Durchflussmesser verbaut und damit Bestandteil des hydraulischen/pneumatischen Systems ist, kann dieser für die Durchflussmessung in der Anlernphase verwendet werden. Anderenfalls wird vorzugsweise ein Clamp-on-Durchflussmesser verwendet, um das pneumatische/ hydraulische System nicht zu beeinflussen.
• Wenn die Pumpe bei gleichem Durchfluss unterschiedliche Drücke bereitstellen kann, wie dies z. B. bei geregelten Pumpen der Fall ist, wird das Kennfeld bei jedem dieser Drücke aufgenommen.
• Wenn im späteren regulären Betrieb der Anlage mit nennenswerten Querschnittsverringerung aufgrund von Korrosion oder Ablagerung (Fouling) zu rechnen ist, kann dies durch eine zuschaltbare Drossel vor und/oder hinter dem Ventil während der Anlernphase simuliert werden, so dass auch die daraus resultierenden Werte in das Kennfeld aufgenommen werden können.
• Das erhaltene Kennfeld beinhaltet also folgende Abbildungsvorschrift: $$\text{V}=\text{V}\left(\text{h},\text{P}\mathrm{1,}\text{P}2\right),$$

  

  wobei V der Durchfluss, h die Ventilstellung, P1 der Zulaufdruck und P2 der Auslaufdruck ist.
• Wenn in der Anlage mit unterschiedlichen Mediendichten zu rechnen ist, so können auch diese Informationen mit eintrainiert werden, wobei in diesem Fall zusätzlich noch die Temperatur gemessen werden kann. Letzteres gilt insbesondere auch dann, wenn es sich bei dem geförderten Fluid um ein Gas bzw. Gasgemisch handelt. Die in dem Kennfeld abgelegte Abhängigkeitsbeziehung wird dann um die Dichte p bzw. Temperatur T erweitert: $$\text{V}=\text{V}\left(\text{h},\text{P}\mathrm{1,}\text{P}\mathrm{2,}\mathrm{\rho },\text{T}\right).$$

  
• Das Kennfeld kann auch Teil-Kennfeldern bestehen, die z. B. bei unterschiedlich gedrosselten Fluidleitungen oder Pumpen aufgenommen werden. Im normalen Betrieb der Anlage kann dann der Durchfluss durch Interpolation zwischen denjenigen Teil-Kennfeldern ermittelt wird, deren Messwerte aus der Anlernphase den aktuellen Messwerten des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2, der Ventilstellung h und ggf. der Dichte p des Fluids und der Temperatur T am nächsten kommen. Das Kennfeld kann in vorteilhafter Weise auch durch ein neuronales Netz beschrieben werden.
• Das Erlernen neuer Betriebszustände kann bei der Inbetriebnahme der Anlage oder im Verlauf des Lebenszyklus erfolgen.
• Nach der Anlernphase kann der dafür verwendete Clamp-on-Durchflussmesser entfernt werden, so dass im regulären Betrieb der Anlage der Durchfluss anhand des gemessenen Zulaufdrucks, des gemessenen Auslaufdrucks und der gemessenen Ventilstellung unmittelbar und ohne weitere Berechnung aus dem Kennfeld ermittelt werden. Ohne weitere Berechnung bedeutet hier, dass keine Gleichungen in Verbindung mit konstruktionsabhängigen Kenngrößen verwendet werden, die, wie oben bereits erläutert, zum einen ungenau sind und für die zum anderen ventilspezifische Informationen des Herstellers benötigt werden. Es ist aber nicht ausgeschlossen und kann sogar erforderlich sein, dass der Durchfluss rechnerisch durch Interpolation aus den gespeicherten Stützwerten des gelernten Kennfeldes ermittelt wird.
• Um die Vertrauenswürdigkeit des aus dem Kennfeld ermittelten Durchflusses abschätzen zu können, können die in der Anlernphase gemessenen Werte des Durchflusses, des Zulaufdrucks, des Auslaufdrucks, der Ventilstellung und ggf. der Dichte und/oder Temperatur des Fluids gespeichert werden. Neben der reinen Bestimmung des Volumenstroms lassen sich in der Anlage auftretende Fehlerzustände durch Änderungen vom angelernten Zustand des Systems erkennen, wie z. B. verringerte Pumpenleistung, veränderte Rohrquerschnitte (Fouling, Korrosion), defekte Ventilkörper. Wenn nicht der Ersatz eines Durchflussmessers, sondern vielmehr die detailliertere Überwachung der Anlage (Pumpleistung, Fouling, Korrosion) im Vordergrund stehen, kann eine permanente, direkte Messung des Durchflusses durch einen fest verbauten Durchflussmesser oder ein Clamp-on-Durchflussmesser vorgesehen werden. Durch diese zusätzliche Messgröße lassen sich jetzt geänderte Druckverhältnisse in der Anlage, die bei unbekanntem Durchfluss die gleiche Ursache haben können, gut voneinander unterscheiden.
• Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; im Einzelnen zeigen
• 1 ein Beispiel für eine Anordnung zur Durchflussmessung in einer Anlage auf der Grundlage einer in einem Kennfeld hinterlegten Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses, des Zulaufdrucks und Auslaufdrucks vor bzw. hinter einem Ventil und der Ventilstellung und
• 2 ein Beispiel für das Kennfeld in Form eines neuronalen Netzes.
• Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.
• 1 zeigt einen Teil einer technischen Anlage 1, in der ein Fluid 2 mittels einer Pumpe 3 durch einen Wärmetauscher 4 gefördert wird. In einer Fluidleitung 5 zwischen der Pumpe 3 und dem Wärmetauscher 4 ist ein Ventil 6 eingebaut, mit dem der Durchfluss (Volumenstrom) des Fluids 2 gedrosselt werden kann. Dazu wird das Ventil 6 von einem Stellantrieb 7 betätigt, der mittels eines Positionssensor 8 die Ventilstellung (Ventilhub) h und damit die Ventilöffnung erfasst. Der Stellantrieb 7 umfasst bei dem gezeigten Beispiel einen pneumatischen Membranantrieb 9 mit einem elektropneumatischen Stellungsregler 10, die erfasste Ventilstellung h mit einem von, z. B., einem hier nicht gezeigten übergeordneten Regler der Anlagenautomatisierung erzeugten Sollwert h* vergleicht und den pneumatischen Membranantrieb 9 im Sinne einer Ausregelung der Regeldifferenz steuert.
• Ein erster Drucksensor 11 misst den Zulaufdruck P1 des Fluids 2 vor dem Ventil 6 und ein zweiter Drucksensor 12 den Auslaufdruck P2 hinter dem Ventil 6. Beide Drucksensoren 11, 12 sind vorzugsweise an in dem Ventilgehäuse integrierten Druckmessstutzen angeschlossen, so dass außer zwei Drucksensoren keine teuren Durchflussmessgeräte benötigt werden, die in oder an die Fluidleitung 5 ein- oder angebaut werden müssten.
• Die Messwerte des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und der Ventilstellung h werden einer Auswerteeinrichtung 13 zugeführt, die in einem Speicher 14 ein Kennfeld 15 enthält, in dem eine Abhängigkeitsbeziehung V = V(h, P1, P2) des Durchflusses V des Fluids 2, des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und der Ventilstellung h hinterlegt ist und die während des Betriebs der Anlage 1 einen Schätzwert V' für den Durchfluss anhand der Messwerte des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und der Ventilstellung h unmittelbar aus dem Kennfeld 15 ermittelt.
• Um das Kennfeld 15 zu erstellen, wird im Ausgangszustand der Anlage 1 in einer Anlernphase bei laufender Pumpe 3 das Ventil 6 mittels des Stellantriebs 7 betätigt, wobei der Zulaufdruck P1 und Auslaufdruck P2 sowie die Ventilstellung h gemessen werden. Dieses geschieht bei unterschiedlichen Pumpleistungen und/oder unterschiedlichen Drosselungen der vor und hinter dem Ventil 6 liegenden Abschnitte der Fluidleitung 5. Letzteres kann durch temporäres Einfügen von Drosseln oder Betätigung von ohnehin vorhandenen Drosseln in der Fluidleitung 5 geschehen. Zusammen mit dem Zulaufdruck P1, dem Auslaufdruck P2 und der Ventilstellung h wird mittels eines Durchflussmessers 16 der Durchfluss V des Fluids 2 gemessen. Wenn in der Fluidleitung 5 bereits ein Durchflussmesser verbaut und damit Bestandteil des betrachteten Teils der technischen Anlage 1 ist, kann dieser für die Durchflussmessung in der Anlernphase verwendet werden. Anderenfalls kann für die Anlernphase ein Clamp-on-Durchflussmesser verwendet werden, um das pneumatische/hydraulische System nicht zu beeinflussen. Die erhaltenen Messwerte stellen die Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses V, des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und der Ventilstellung h dar, die für unterschiedliche simulierte Anlagenzustände gelernt und in Form des mehrdimensionalen Kennfelds 15 in dem Speicher 14 hinterlegt wird. Die in dem Kennfeld 15 enthaltene Abhängigkeitsbeziehung kann ggf. um die Dichte p des Fluids 2 und/oder die Temperatur T erweitert werden: $$\text{V}=\text{V}\left(\text{h},\text{P}\mathrm{1,}\text{P}\mathrm{2,}\text{T},\mathrm{\rho }\right),$$

  

  wobei die Temperatur T vorzugsweise direkt an dem Ventil 6 mittels eines Temperatursensors 17 erfasst wird.
• Wie 1 angedeutet ist, kann das Kennfeld 15 aus mehreren Teil-Kennfeldern bestehen, die z. B. bei unterschiedlichen Drosselungsstufen der Fluidleitung 5 oder Pumpe 3 aufgenommen werden, wobei dann im normalen Betrieb der Anlage 1 der Schätzwert V' den Durchfluss durch Interpolation zwischen denjenigen Teil-Kennfeldern ermittelt wird, die den aktuellen Messwerten des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und ggf. der Dichte p des Fluids 2 und der Temperatur T am nächsten kommen.
• Die hier separat dargestellte Auswerteeinrichtung 13 bzw. ihre Funktion oder Teilfunktionen können z. B. auch in dem Stellungsregler 10, in einer Cloud 18 oder einer sonstigen entfernten Stelle realisiert sein. So können in der Anlernphase die Messwerte des Durchflusses V, des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und ggf. der Dichte p des Fluids 2 und der Temperatur T mittels einer Funkschnittstelle 19 drahtlos über ein mobiles Kommunikationsendgerät (z. B. Smartphone) 20 in die Cloud 18 oder mittels eines Gateways direkt in die Cloud 18 übertragen werden, um dort das Kennfeld 15 anzulegen. Im Betrieb der Anlage 1 können dann z. B. mittels des Kommunikationsendgeräts 20 die aktuellen Messwerte des Zulaufdrucks P1, des Auslaufdrucks P2 und der Ventilstellung h abgefragt und anhand des Kennfeldes 15 in der Cloud 18 der Schätzwert V' des Durchflusses ermittelt und dem Benutzer angezeigt werden.
• 2 zeigt ein Beispiel für das Kennfeld 15 in Form eines neuronalen Netzwerks 21, das den gemessenen Zulaufdruck P1, Auslaufdruck P2 und die Ventilstellung h sowie ggf. die Dichte p des Fluids 2 und/oder die Temperatur T (hier nicht gezeigt) als Eingangsgrößen erhält und einen Schätzwert V' des Durchflusses als Ausgangsgröße erzeugt.
• Bei dem gezeigten neuronalen Netzwerk 21 handelt es sich um ein Feed-Forward Regressionsnetz, das eine Eingangsschicht mit jeweils einem Eingangselement 22 für jede der Eingangsgrößen P1, P2, h (und ggf. p und/oder T) aufweist. Der Eingangsschicht sind zwei verdeckte Schichten bestehend aus jeweils mehreren Neuronen 23 bzw. 24 nachgeordnet. Die Eingangsgrößen P1, P2, h werden in jedem Neuron 23 der ersten versteckten Schicht mit individuellen Gewichtsfaktoren w_ij versehen und zu einer Antwort des betreffenden Neurons 23 aufsummiert. Die Antworten der Neuronen 23 der ersten verdeckten Schicht werden in jedem Neuron 24 der zweiten versteckten Schicht mit individuellen Gewichtsfaktoren w_jk versehen und zu einer Antwort des betreffenden Neurons 24 aufsummiert. Der zweiten verdeckten Schicht ist ein Ausgangselement 25 nachgeordnet, das die Antworten der Neuronen 24 jeweils mit einem individuellen Gewichtsfaktor w_k zu dem Schätzwert V' für den Durchfluss aufsummiert. Um das neuronale Netz 21 in der Anlernphase zu trainieren und den nachzubildenden Zusammenhang zwischen dem Zulaufdruck P1, Auslaufdruck P2, der Ventilstellung h und dem Durchfluss V zu lernen, werden die Gewichtsfaktoren w = w_ij, w_jk, w_k des neuronalen Netzes 21 mit Hilfe von Adaptionsalgorithmen 26 im Sinne einer Verringerung des Fehlers ΔV = V - V' zwischen den von dem neuronalen Netz 21 gelieferten Schätzwerten V' und dem von dem Durchflussmesser 16 erhaltenen Messwerten V des Durchflusses V verändert. Die individuellen Änderungsbeträge für die Gewichtsfaktoren w sind der Einfachheit halber hier pauschal mit Δw bezeichnet.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2010107419 A [0009]
• JP 2015166720 A [0009]
• US 2017/0090485 A1 [0009]
• US 2013/0240045 A1 [0010]

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung des Durchflusses (V') eines mittels einer Pumpe (3) durch eine technische Anlage (1) geförderten Fluids (2) und zur Überwachung der Anlage (1) während ihres Betriebs, wobei die Ventilstellung (h) eines in einer Fluidleitung (5) der Anlage (1) eingebauten Ventil (6) erfasst und der Zulaufdruck (P1) des Fluids vor dem Ventil (6) und der Auslaufdruck (P2) hinter dem Ventil (6) gemessen werden und der Durchfluss (V') aus den vor und hinter dem Ventil (6) gemessenen Drücken (P1, P1) und der Ventilstellung (h) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlage (1) mit dem eingebauten Ventil (6) vor ihrem Betrieb unter Verwendung eines Durchflussmessers (16) die Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses (V), des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) ermittelt und in einem Kennfeld (15) hinterlegt wird, und dass während des Betriebs der Anlage (1) der Durchfluss (V') anhand des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) unmittelbar aus dem Kennfeld (15) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (15) bei unterschiedlichen Pumpleistungen und/ oder unterschiedlich gedrosselter Fluidleitung (5) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Temperatur (T) des Fluids (2) gemessen und die ermittelte und in dem Kennfeld (15) hinterlegte Abhängigkeitsbeziehung um die Temperatur (T) erweitert wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte und in dem Kennfeld (15) hinterlegte Abhängigkeitsbeziehung um die Dichte (p) des Fluids (2) erweitert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (15) durch ein neuronales Netz (21) beschrieben wird.
6. Anordnung zur Messung des Durchflusses (V') eines mittels einer Pumpe (3) durch eine technische Anlage (1) geförderten Fluids (2) und zur Überwachung der Anlage (1) während ihres Betriebs, mit einem in einer Fluidleitung (5) der Anlage (1) eingebauten Ventil (6) zur Drosselung des Durchflusses (V), mit einem das Ventil (6) betätigenden und die Ventilstellung (h) erfassenden Stellantrieb (7), mit einem den Zulaufdruck (P1) des Fluids (2) vor dem Ventil (6) messenden ersten Drucksensor (11) und einem den Auslaufdruck (P2) hinter dem Ventil (6) messenden zweiten Drucksensor (12) und mit einer Auswerteeinrichtung (13), die dazu ausgebildet ist, den Durchfluss (V') aus den vor und hinter dem Ventil (6) gemessenen Drücken (P1, P2) und der Ventilstellung (h) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (13) in einem Speicher (14) ein Kennfeld (15) enthält, in dem eine in der Anlage (1) mit dem eingebauten Ventil (6) vor ihrem Betrieb unter Verwendung eines Durchflussmessers (16) ermittelte Abhängigkeitsbeziehung des Durchflusses (V), des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) hinterlegt ist, und dass die Auswerteeinrichtung (13) dazu ausgebildet ist, während des Betriebs der Anlage (1) den Durchfluss (V') anhand des Zulaufdrucks (P1), des Auslaufdrucks (P2) und der Ventilstellung (h) unmittelbar aus dem Kennfeld (15) zu ermitteln.

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