-
Beschreibung zu der Pat entanmeldung betreffend Wählschaltung zur
Mehrberiechregelung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wählschaltung zur Mehrbereichregelung
mit diskreter Schwellenfunktion für Druck-Wasserleitungen speisende automatische
Pumpstationen, durch die die Iji-'zahl der arbeitenden Aggregate un.d der für diese
Anzahl abgestimmte Arbeitsbereich in Übereinstimmung gebracht werden, wobei der
Einfluß der restlichen Arbeitsbereiche ausgeschlossen wird.
-
Es sind automatische Pumpstationen für Druck-Wasserleitungen mit
Gruppen aus untereinander gleichen Aggregaten bekannt, die mit Einrichtungen zur
Anpassung ihrer Fördermenge an den veränderlichen Verbrauch ausgerüstet sind, wobei
zusätzlich ein vOrgegebener minimaler Druck bei den Verbrauchern eingehalten wird.
-
Bei den Schaltungen zur Regelung nach dem Druck müssen die Schwellenwerte
der Geber, die die Arbeitsbereiche für die Arbeit einer verschiedenen Anzahl von
Aggregaten vorgeben, in der Höhe versetzt angeordnet sein, und zwar abfallend mit
der Erhöhung der Fördermenge. Bei sehr nahe liegenden oder zusammenfallenden oberen
oder unteren Schwellenwerten der Arbeitsbereiche schalten sie mehr als eine Pumpe
ein oder aus, so daß der normale Betricb gestört oder sogar umeöglich wird. Andererseits
ist die abfallende Anordnung der Schwellenwerte eine Bedingung für die richtige
Abstimmung zwischen den einzelnen Arbeitsbereichen und der Anzahl der arbeitenden
Pumpen, die ihnen entspricht. Dies führt, besonders bei geringem Verbrauch infolge
einer Abweichung von der charakteristischen Kurve des Netzes, zu einem Ansteigen
der unproduktiven Förderhöhenverluste und zu einer beträchtlichen Verschlechterung
des gesamten Wirkungsgrades der Anlage. Dieser Nachteil wird teilweise durch Verwendung
von komplizierten speziellen Manostat-Konstruktionen ausgeglichen,die auch der Fördermenge
untergeordnet sind und gekriunetc Kennlinien aufweisen.
-
Bei den Schaltungen zur Regelung nach der Fördermenge ist die Empfangsapparatur
sehr kompliziert und anfällig. Zur Vermeidung eines unterbrochenen pulsierenden
Betriebs bei einem Wasseriuft-Druckbehälter oder eines unstabilen Betriebs, falls
ein solcher nicht vorhanden ist, wird eine Überlappung der Arbeitsbereiche von em,
zwei, drei usw. arbeitenden Pumpen empfohlen. Aus den gleichen Gründen wird, in
Anbetracht des Unempfindlichkeitsbereichs des Wassermessers und der verwendeten
Relais die Anzahl der von der
Fördermenge gesteuerten Pumpen praktisch
auf vier begrenzt, mit Ausnahme der ersten, die unbedingt über den Druck gesteuert
werden muß. Falls die Anzahl der Aggregate größer ist, so muß auf eine Kombination
der vorgenannten zwei Schaltungen übergegangen werden, ihre Nachteile bleiben jedoch
bestehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zu schaffen,
durch die die obigen Nachteile vermieden werden. Dies wird durch eine zusätzliche
Wählschaltung erreicht, die funktionell aus einem Additionsblock, der die Anzahl
der im Augenblick arbeitenden Aggregate anzeigt, einem Vergleichsblock,der den Arbeitsbereich
wählt, welcher der Anzeige des hdditionsbloclçs entspricht, und einem Stell-Steuerblock
besteht, der die Übereinstimmung'zwischen den eingeschalteten Aggregaten mit dem
ihnen entsprechenden Arbeitsbereich gewährleistet und Zrfeideutigkeits- und Behlermöglichkeiten
ausschließt. Ein Speiseblock befindet sich vor dem Additionsblock und ist mit ihm
und den arbeitenden Aggregaten verbundes, während der Stell-Steuerblock über einen
Meß-Programmblock mit den Aggregaten verbunden ist. Eine Verbindung kann auch zwischen
den Aggregaten und dem Additionsblock realisiert werden. Der Additionsblock ist
aufgebaut aus gleichdeutigen Elementen zur Anzeige des Zustands eines jeden Aggregats
mLt stufenweise addierendem Signal. Die Elemente zur Anzeige des Zustands eines
jeden Aggregats können Spannungswandler sein, deren Primärwicklungen mit den Aggsgaten
verbunden sind, die den einzelnen Elementen entsprechen, während ihre SekundärwiclAungen
in Reihe geschaltet sind; ferner sind Stromwandler oder regelbare Widerstände in
den Schaltkreis der parallel verbundenen Widerstände und Kontakte der Anlaßeinrichtung
der
Aggregate eingefügt. Der Vergleichsblock enthält parallele Schaltkreise mit Schwellenelementen
und jedes Schwellenelement besitzt einen Ruhekontakt in der Verbindung mit dem Kreis
des Elements mit niedrigerer Ansprechschwelle. Im primären Strom-Kreis der Spanniigstransformatoren
des Additionsblocks befindet sich ein Arbeitskontakt der Anlaß einrichtung des entsprechenden
Aggregats. In jedem JÜeis der einzelnen Arbeitsbereiche des Meß-Programmblocks liegt
ein Arbeitskontakt des ilmm entsprechenden Schwellenelements. Der Krebs des Arbeitsbereichs
des Hilfsaggregats enthält in Reihe ver'oundene Ruhekontakte aller Schwellenelemente.
Die Verbindung zwischen dem Additions- und dem Vergleichsblock erfolgt über parallel
verbundene Arbeitskontakte, die von dem Anlaß- bzw. Stop-Steuersignal für das Aggregat
gesteuert werden, während in den Stell-Steuerblock ein zusätzliches Glied zur selbsttätigen
Speisung des Stell-Steuerblocks und zur Umschaltung der angeschlossenen Kreise in
die Ausgangsstellung im Augenblick der Aufgabe eines neuen Steuersignals eingefügt
ist.
-
Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Wählschaltung;
Fig. 2 das elektrische Schaltbild einer Wählschaltung zur Nehrbereichregelung, bei
der der Additionsblock aus Spannungswandlern ausgeführt ist; Fig. 3 das elektrische
Schalbild einer Wählschaltung, bei der der Additionsblock aus Stromwandlern ausgeführt
ist;
Fig. 4 das elektrische Schaltbild einer Wählschaltung,bei der
der Additionsblock mit Widerständen ausgeführt ist; und Fig. 5 das elektrische Schaltbild
einer Wählschaltung, bei der der Stell-Steuerblock ein zusätzliches Glied enthält.
-
Die Wählschaltung zur Mehrbereichregelung (Fig. 1) besteht aus folgenden,
in Reihe geschalteten Bestandteilen: Speiseblock 1, Additionsblock 2, Vergleichsblock
3 und Stell-Steuerblock 4. Der Speiseblock 1 liegt vor dem Additionsblock. Ein an
den Stell-Steuerblock 4 angeschlossener Meß-Programmblock 5 verbindet den Stell-Steuerblock
4 mit den Aggregaten 6. Der Aggregateblock 6 kann seinerseits mit den Speiseblock
1 oder mit dem Additionsblock 2 verbunden sein.
-
Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung für ein automatisches System
mit Regelung nach dem Druck, besteht der Additionsblock 2 aus Spannungswandlern
T1, T2.....Tn, deren Primärwicklungen parallel zur Speisung eines jeden Aggregats
6, und deren Sekundärwicklungen in Reihe in einen Kreis geschaltet sind, der über
Xlernmen h und B mit den Vergleichsblock 3 verbunden ist. In den Reisen der Prinzarwicklungen
der Spannungswandler T1, T2.....Tn befinden sich Arbeitskontakte 1K1, 1K2........1Kn,
der nicht gezeigten Anlaßeinrichtungen der entsprechenden Aggregate 6. Der Vergleichsblock
3 besteht aus n parallel an die Klemmen A und B angeschlossenen Kreisen, von denen
jeder ein Schwellenwert-Spannungsrelais C1, C2 , Cn, einen aktiven Ausgleichswiderstand
R1', R2', Rn' und einen Widerstand Ri, R2 Rn enthält, der zur Erhöhung des Rückstellfaktors
der Relais dient. Je zwei Kreise mit benachbarten Schwellenwerten
sind
über einen Ruhekontakt 1C2,..,.1Cn des Elements mit höherer Ansprechschwelle verbunden.
Diese Kontakte sind in den Stell-Steuerblock 4 eingefügt, der ferner je einen Arbeitskontakt
2C1, 2C2,....2Cn in jedem der Kreise der einzelnen Arbeitsbereiche Mi - Mi des Meß-Programmblocks
5 enthält. Der Meß-Programmblock 5 enthält Kontaktmanometer DO, D1, 1)2 Dn, wobei
die Indices der Bereiche und der Schwellenwertelemente die gleichen sind. Bei Vorhandensein
eines Hilfsaggregats, das zur Übernahme von sehr kleinen Lasten bestimmt ist, (Pilot-Pumpe)
und beim Anlassen eines Grundaggregats ausgeschaltet wird, sind in den Programmkreis
des Hilfsaggregats, das durch das Kontaktmanometer DO des Meß-Programmblocks 5 eingeschaltet
wird, Ruhekontakte 3C1, 3C2,......3Cn der Schwellenwertelemente des Blocks 3 in
Reihe verbunden eingefügt.
-
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung der Fig. 2. Der Additionsblock
2 besteht aus Stromwandlern TS1, TS2,.....TSn mit Primärwicklungen, die in Reihe
in den Kreis geschaltet sind, der verbunden is-t mit dem Vergleichsblock 3, der
aus in Reihe geschalteten Schwellenwertelementen (Stromrelais C1, C2 on) und einem
aktiven Abstimmwiderstand RT besteht. Der übrige Teil des Schaltbildes bleibt unverandert.
-
Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Wählschaltung mit unabhängiger Speisung, die kombiniert ist mit einem automatischen
System zur Regelung der Fördermenge, jedoch ebenso bei Regelung nach dem Druck angewendet
werden kann. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig. 1. Hier besteht der
Additionsblock 2 aus parallelen Kreisen mit gleichen Widerständen R und einem in
Reihe mit jedem Widerstand
geschalteten Arbeitskontakt 1K1, 2,
1Kn der Anlaßeinrichtung des entsprechenden Aggregats. Die Anzahl der parallelen
Kreise ist gleich der Anzahl der vorhandenen Aggregate; in Reihe zu diesen Kreisen
ist ein lastregelbarer Widerstand Rp geschaltet. Der Vergleichsblock 5 unterscheidet
sich nicht von dem in Fig. 2 gezeigten. Infolge des Charakters der Meßeinrichtung
(Meßumformer) in Block 5, besitzt in diesem Fall der Stell-Steuerblock 4 je zwei
Arbeitskontakte 2C1, 2C1",.....2Cn, 2Cnt für den Kreis der oberen Schwellenwerte
lii in und für den Kreis des unteren Schwellenwertes m1....mn des entsprechenden
Arbeitsbereichs.
-
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung der Fig. 2.
-
Hier sind der Additionsblock 2 und der Vergleichsblock 3 mittels parallel
geschalteter Arbeitskontakte Yl und Y2 verbunden, während in den Stell-Steuerblock
4 ein zusätzliches Glied Z zur selbsttätigen Speisung eingefügt ist, das aus drei
Kreisen besteht. Der eine enthält folgende, in Reihe geschaltete Bestandteile: Zeitrelais
G, Impuls-Stufenrelais F und die parallel angeschlossen Arbeitskontakte 1Y1 und
1Y2; der zweite enthält ein Hilfsrelais H, seinen Arbeitskontakt 1H und einen Kontakt
des Impuls-Stufenrelais 1F und den parallel zu den zwei letztgenannten geschalteten
Arbeitskontakt des Zeitrelais 1G; der dritte Kreis umfaßt, miteinander in Reihe
geschaltet, einen Arbeitskontakt des Hilfsrelais 2H, einen Kontakt des Impuls-Stufenrelais
2F und die parallelen Kreise von Zwischenrelais I1, I20....,In, wobei sich hinter
jedem einzelnen parallel verbunden die entsprechenden Arbeitskontakte der Zwischenrelais
111, 1I2,......1In und die Kontakte 2C1, 2C2,.....2Cn des
entsprechenden
Schwellenwertelements C1 , C2, C5n des Blocks 3 befinden. Der übrige Teil des Schaltbilds
bleibt unverändert.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Der Additionsblock
2 erhält Energie von dem Speiseblock 1, wobei der let-ztgenannte unabhängig sein
kann und verbunden ist mit der gemeinsamen Speisung der Anlage oder funktionell
teilnimmt an der Arbeit des Additionsblocks 2. Da der Vergleichsblock 3 die Schwellenwertelemente
C1, C2....Cn enthält, wovon jedes einer entsprechenden Anzahl von arbeitenden Aggregaten
6 entspricht, wird gejnäß dem Signal, das voi Additionsblock 2 über den Stell-Steucrblock
4 an diese Schwellenwertelemente gegeben wird, folglich auch der Anzahl der arbeitenden
Aggregate, unabhangig davon, welche von ihnen eingeschaltet sind, der im voraus
bestimmte Arbeitsbereich des geregelten Parameters eindeutig gegenübergestellt.
Dieser wird im Neß-Programmblock 5 aufgegeben und besitzt ebenfalls einen oberen
und unteren Schwellenwert, die bestimmt und abgestimmt sind entsprechend den Forderungen
des technologischen Prozesses und den Schaltbild. Falls einer dieser Schwellenwerte
erreicht wird, wird ein Steuersignal zur Änderung der Anzahl der arbeitenden Aggregate
abgegeben. Nach Ausführung dieses Konamandos und Überführung des Übergangsprozesses
in der Anlage zählt nun der Additionsblock 2 die eventuell eingetretenen Veränderungen
in der Zahl der arbeitenden Aggregate und es wird, entsprechend der beschriebenen
Folge, der neue Arbeitsbereich festgesetzt, der ihnen entspricht. In Fig. 2 ergibt
sich an den Klemmen A und B eine Spannung U2, die proporonal ist der Anzahl der
arbeitenden Aggregate; diese Spannung wird
den parallelen Kreisen
der Schwellenwerteleinente (Spannungsrelais C1, C2,....Cn) des vergleichenden Blocks
3 zugeführt. Jedes Relais spricht bei einer entsprechendnen Anzahl von arbeitenden
Aggregaten 6 an; z. B. spricht das Relais C2 an, wenn zwei beliebige Aggregate,
das Relais 03, welm drei beliebige Aggregate engeschaltet sind, usw. Zur Gewährsteilung
einer eindeutigen Übereinstimmung, d. h. , daß nur ein einziges Relais anspricht,
schalten die Ruhekontakte 1C1,.......1Cn die Kreise der Schwellenwertrelais mit
tieferen Schwellenwerten aus, während die Relais mit höheren Schwellenwerten noch
nicht angesprochen haben. Der Stell-Steuerblock 4 schaltet auch noch die Arbeitskontakte
201, 2C2, 2Cn ein, über die die Wahl des entsprechenden Programms erfolgt, das im
Meß-Programmblock 5 enthalten ist. Im Betrieb einer bestiinniten Anzahl von Aggregaten
entspricht die Spannung U2 einem bestimmten Bereich, wobei ein entsprechendes Relais
anspricht und den erforderlichen Arbeitsbereich einschaltet. Alle übrigen Relais
haben entweder noch nicht angesprochen5 oder sie sind durch das angesprochene Schwellenwertrelais
ausgeschaltet. Das Hilfsaggregat arbeitet bei einer Spannung U2 = 0. Diese Bedingung
bestimmt ebenfalls das Einschalten seines Arbeitsbereichs NO-mO, In Fig. 3 durchfließt
ein Strom den Vergleichsblock 3, der proportional der Anzahl der arbeitenden Aggregate
ist. In diesem Fall können auch Vorrichtungen verwendet werden, die den in Fig.
2 gezeigten entsprechen, um eine eindeutige Übereinstimmung zu erreichen und zur
Erhöhung des Rückstellfaktors der Schwellenwertrelais Cl, C2,....Cn. Zur Neutralisierung
des Einflusses der Anlaßströme können Elemente angewendet werden, die die Weitergabe
des Steuersignals verzögern.
-
In Fig. 4 hängt die Speisespannung U der verschiedenen Blöcke nicht
von der Arbeit der Aggregate ab und hat einen konstanten Wert. Die Spannung U2 an
Rp verändert sich jedoch stufenweise in Abhängigkeit von der Anzahl der arbeitenden
Aggregate.
-
In Fig. 5 wird den parallelen Kreisen mit den Schwellenwertelementen
C1, C2,....Cn, von dem Vergleichsblock 3 die Spannung U2 zugeführt und zwar nur
dann, wen sich der eine der Arbeitskontakte Yl oder Y2 schließt. Dies geschieht.
dann, wenn ein Steuersignal zur Änderung der Anzahl der Aggregate abgegeben wird,
und zwar bis zum Durchlaufen des Übcrgangsprozesses in der Anlage, der hervorgerufen
wird durch das Ein- oder Ausschalten eines Aggregats. Die Kontakte Y1 und Y2 werden
von Elementen gesteuert, die im Bild nicht gezeigt sind. Hier ist ein zusätzliches
Glied Z mit selbständiger Speisung in den Stell-Steuerblock 4 erforderlich, Im Augenblick
der Abgabe eines Steuersignals zum Urilschalten des einen Kontakts 1Y1 oder 1Y2
wird das Relais F geschlossen und spricht an, und es unterbricht mittels seiner
Uinschalt-Stufenkontfte 1F und 2F für einen Moment alle übrigen Kreise des Glieds
Z und entriegelt sie; das Zeitrelais G spricht ebenfalls an und verzögert das Steuersignal,
bis im Vergleichsblock 3 alle Relais C1....Cn ausgeschaltet werden, deren Schwellenwert
tiefer liegt als der im Moment durch die Spannung U2 abgegebene. Danach schaltet
der Kontakt 1G des Zeitrelais G das Hilfsrelais H, welches sich durch einen seiner
Arbeitskontakte selbst hält, und mittels eines anderen den Kreis zu den Zwischen-Steuerrelais
I1, I2,......In schließt.
-
Da nur ein Schwellenwertrelais des Vergleichsblocks 3 angesprochen
hat, schaltet einer seiner Kontakte sein entsprechendes Zwischenrelais
I1,
I2,.....In ein, welches sich seinerseits mittels eines seiner Ruhekontakte 1I1,
1I2, 1In selbst hält und mittels eines anderen den entsprechenden Arbeitsbereich
im Meßprogrammblock 5 einschaltet. Die beschriebene Wirkungsweise wiederholt sich
bei der Abgabe eines jeden neuen Steuersignals. Bei Unterbrechung des Steuersignals
- Öffnung der Kontakte 1Y1 bzw. 1Y2 - ändert das Stufenrelais F die Lage seiner
Kontakte nichte Die Änderungen in den Arbeitsbedingungen der Anlage erfolgen folgendermaßen:
Bei kleinem Verbrauch U = 0 wird das Hilfsaggregat eingeschaltet und arbeitet ,
wobei der Kreis des Kontaktmanometers DO geschlossen ist und der Arbeitsbereich
durch die maximalen Schwellenwerte No und die minimalen Schwellenwerte mö des Bereichs
bestimmt wird, d. h., die entsprechenden Grenzwerte des steuernden Parameters, in
diesem Fall des Drucks. Bei Erreichen des minimalen Schwellenwerts mO wird ein Signal
zum Anlassen eines neuen Aggregats abgegeben. Sein Einschalten verändert den Zustand
des Additionsblocks 2 und die Spannung U2 erreicht einen Wert, der dem Betrieb eines
Grundaggregats entspricht. Im Vergleichsblock 3 spricht ein Relais C1 für ein Aggregat
6 an, welches mit seinen Kontakten direkt oder über das Zwischenrelais 11 den Kreis
des Kontaktmanometers D1 für den neuen Arbeitsbereich M1 - ml einschaltet und den
Kreis des Kontaktmanometers DO für das Hilfsaggregat ausschaltet. In ähnlicher Weise
wird bei Erreichen der minimalen Schwelle des Bereichs ml ein Signal zum Anlassen
eines zweiten Grundaggregats abgegeben. Hierdurch spricht das Relais C2 an, -welches
seinerseits den nächstfolgenden Arbeitsbereich einschaltet,
der
dem parallelen Betrieb von zwei Grundaggregaten entspricht, und schaltet den Bereich
M1 - m1 aus. Bei Erreichen der maximalen Schwelle, zum Beispiel M2, wird umgekehrt
ein Signal zum Stoppen eines Grundaggregats abgegeben. Nach seiner Ausschaltung
fällt die Spannung IJ2 um eine Stufe ab, das Relais G2 wird geöffnet, es schaltet
den Bereich M2 - m2 aus, entriegelt das Relais 01, welches anspricht. IEun erfolgt
ein Übergang im Arbeitsbereich M1 - m1. Die Wirkungsweise beim Erreichen der übrigen
Schwellenwerte ist dd e gJ eiche Durch eine zweckmäßige Wahl der Parameter der Bestandteile
der Wählschaltung wird es möglich, sie für verschiedenartige Fälle mit spezifischen
Bedingungen und Forderungen zu verwenden, wobei sie auch aus Elementen aufgebaut
sein kann, einschließlich kontaktlosem, die eine andere Energieart erfordern. Die
Schaltung ist vorwiegend für automatische Pumpstationen für Drucknetze vorgesehen;
sie kann aber auch dann angewendet werden, wenn eine Übereinstimmung der Anzahl
von gleichzeitig parallel arbeitenden Aggregaten und den ihnen entsprechenden Arbeitsbereichen
bei Mehrbereich-Regelung automatisen erreicht werden muß.
-
Patentansprüche