DE2627883C2

DE2627883C2 - Steuervorrichtung für eine Verdichteranlage

Info

Publication number: DE2627883C2
Application number: DE2627883A
Authority: DE
Inventors: Ludovicus Jacobus van Buggenhout Nederkassel
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1983-02-10
Also published as: SE7507141L; GB1515204A; FR2315719A1; JPS521712A; BE843162A; DE2627883A1; FR2315719B1; US4135860A; SE396445B

Description

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Die Frfiiidung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Verdichteranlage, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches angegeben isL

Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art (KSB-Sonderdruck aus der Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Band 84,1940, Nr. 24, Seiten 413 bis 419) ist das Verzögerungsglied so geschaltet, daß der Ein/Aus-Schalter für eine mit jeder Umschaltung des J5 Verdichters auf Last beginnende vorgegebene Zeitspanne an einem Ausschalten des Antriebsmotors bei Erreichen des Arbeitsmediumhöchstdruckes gehindert ist Das Verzögerungsglied führt hierbei also eine Messung der Förderperiode durch. Überschreitet die «o Förderperiode infolge hohen Arbeitsmediumverbrauches den durch das Verzögerungsglied vorgegebenen Wert, wird bei Erreichen des Arbeitsmediumhöchstdruckes im Windkessel nur der Verdichter entlastet und läuft der Antriebsmotor weiter. Unterschreitet dagegen <5 die Förderperiode infolge niedrigen Arbeitsmediumverbrauches den durch das Verzögerungsglied vorgegebenen Wert, wird bei Erreichen des Arbeitsmediumhöchstdruckes im Windkessel nicht nur der Verdichter entlastet, sondern zugleich auch der Antriebsmotor ausgeschaltet. Der Nachteil dieser Steuervorrichtung ist darin zu sehen, daß dann, wenn langen Förderperioden lange Leerlaufperioden folgen, unnötig Energie verbraucht wird, weil der Antriebsmotor in solchen Fällen ständig weiterläuft, und daß dann, wenn kurzen Förderperioden kurze Entlastungsperioden folgen, der Afrtriebsmolor durch häufiges Ein- und Ausschalten Schaden nehmen kann.

Bei einer anderen Steuervorrichtung für eine Verdichteranlage ist es zwar auch schon bekannt W (DE-PS 7 64 179), ein Verzögerungsglied so zu schalten, daß der Fin/Aus-Schalter an einem nächsten Ausschalten des Antriebsmotors nach dessen zwischenzeitlichem Wiederanschalten gehindert ist. Das Verzögerungsglied dieser Steuervorrichtung miBt bei Aussetzersteuerung der Verdichteranlage ebenfalls die Förderperiode; ist letztere zu lang, wird bei der nächsten Entlastung des Verdichters nur auf Leerlaiifsteueriing unigeschaltet, d h. läuft der Antriebsmotor weiter. Bei Leerlaufsteuerung wird dann mit Hilfe eines weiteren Verzögerungsgliedes die Leerlaufzeit gemessen; ist letztere zu lang, erfolgt bei der nächsten Entlastung des Verdichters wieder Umschaltung auf Aussetzerbetrieb. Sind bei eingeschalteter Aussetzersteuerung sowohl die Förderperioden als auch die Stillsetzerperioden kurz, schaltet die Steuervorrichtung also nicht auf Leerlaufsteuerung um und kann es somit auch hier zu Schäden am Antriebsmotor in^rolge zu hoher Schalthäufi&keit kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringst möglichem Energiebedarf der Verdichteranlage eine zu hohe Schalthäufigkeit des Antriebsmotors unterbunden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird bei Erreichen des abgabeseitigen Arbeitsmediumhöchstdruckes in der Regel sowohl der Verdichter auf Leerlauf umgeschaltet als auch der Antriebsmotor ausgeschaltet Bei Abfallen des Arbeitsmediumdruckes auf den vorgegebenen Mindestdruck wird dann der Antriebsmotor wieder angeschaltet und der Verdichter wieder auf Last geschaltet Der Antriebsmotor kann danach jedoch eppt wieder nach Ablauf der durch das Verzögerungsglied vorgegebenen Zeitspanne abgestellt werden, die beim vorhergehenden Abschalten des Antriebsmotors begonnen hat Der Antriebsmotor wird also für Energieersparnis so früh wie möglich ausgeschaltet und am Ausschalten nur dann gehindert, wenn die Abschaltvorgänge zu schnell aufeinander folgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild einer Verdichteranlage,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung der Verdichteranlage nach F i g. 1 und

Fig.3 ein Schaubild zum Vergleich des Energiebedarfs der Verdichteranlage gemäß F i g. 1 und 2 mit dem bekannter Verdichteranlagen.

Die in F i g. I dargestellte Verdichteranlage besitzt einen Verdichter 1, welcher von einem Antriebsmotor 2 angetrieben wird. Das verdichtete Arbeitsmedium wird über eine Leitung 3 in einen Windkessel 4 eingespeist, von welchem aus es über eine Entriahmeleitung 5 abgenommen werden kann. Der Verdichter 1 ist mit einer Last/Leerlüuf-Schalteinrichlung 9 ausgestattet, um diesen auf Leerlauf bzw. auf Last schalten zu können. Zum Anlassen und zum Ausschalten des Antriebsmotors 2 ist ein Ein/Aus-Schalter 8 vorgesehen. Die Last/Leerlauf-Schalteinrichtung 9 und der Ein/Aus-Schalter 8 werden durch eine Steuervorrichtung 6 betätigt, welche von einer Stromleitung 7 gespeist wird und ihre Eingangssignale über Schalter 11 und 12 erhalt. Der Schalter 12 wird von Hand betätigt und während des Betriebes der Verdichteranlage geschlossen. Weiterhin ist ein Druckmeßfühler 10 vorgesehen, um den Druck im Windkessel 4 zu messen und den Schalter 11 zu betätigen. Dabei wird dieser Schalter Il vom Druckmeßfühlcr 10 geöffnet, wenn der Druck im Windkessel 4 einen vorgegebenen oberen Grenzwert erreicht.

Die Steuervorrichtung 6 ist in fig. 2 als logisches Blockschaltbild dargestellt. Sie besitzt zwei Verstärkerglieder 13 und 14 zum Ansteuern der Last/Leerlauf-Schalteinrichtung 9 bzw. des Ein/Aus-Schalters 8. In der

nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die logischen Schaltungen positive Logik haben. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Schaltung durch logische 1-Pegel-Eingangsbedingungen eingeschaltet wird, der Ausgang einen logischen 1-Pegel erhält, oder mit anderen Worten, daß dann, wenn die Eingangsbedingungen HOCH sind bzw. einen hohen Wert haben, der Ausgang dann ebenfalls HOCH wird. Dies gilt naturgemäß nicht für die Inverter 21,22, 23, 24 und 25, für welche der Ausgang niedrig ist, wenn der Eingang HOCH ist und umgekehrt. Ferner sind vier Verzögerungsglieder 15,16,17 und 18 eingebaut, für deren jede der Ausgang HOCH wird, wenn der Eingang für eine vorgegebene Zeitspanne HOCH war. Zu jeder anderen Zeit ist der Ausgang NIEDRIG, d.h. hat er einen niedrigen Wert Vorgesehen sind zwei Rückstell-Impulsgeneratoren 19 und 20, deren jeder einen logischen 1-Pegel-Impuls überträgt, wenn sein Eingang HOCH wird. Zu jeder anderen Zeit ist der Ausgang NIEDRIG. Der Regler besitzt außerdem sieben UND-Glieder 26, 27,28,30,31,33 und 36 und vier ODER-Glieder 29,32, 34 und 35. Der Ausgang eines UND-Gliedes ist HOCH, wenn und nur wenn alle hingänge HOCH sind. Der Ausgang eines ODER-Gliedes ist NIEDRIG, wenn und nur wenn alle Eingänge NIEDRIG sind.

Der Verdichter wird durch Schließen des Schalters 12 betriebsbereit Dies bedeutet, daß die Speisespannung, bei welcher davon ausgegangen ist daß sie einen logischen 1-Pegel hat von der Stromquelle 7 einem der Eingänge eines jeden der UND-Glieder 26,28,31,30,33 und 36 eingespeist wird. Diese Eingänge sind für die gesamte Beschreibung HOCH. Dabei sei der Druck im Windkessel 4 NIEDRIG und infolgedessen der Schalter 11 geschlossen. Daher wird die Speisespannung ebenfalls an den anderen Eingang des Gliedes 36 durch das Glied 35 angelegt Da beide Eingänge des Gliedes 36 HOCH sind, wird der Ein/Aus-Schalter 8 betätigt und der Antriebsmotor 2 angelassen. In diesem Augenblick ist der Verdichter 1 auf Leerlauf geschaltet Nach einer vorgegebenen Zeitspanne, welche ausreicht, damit der Antriebsmotor 2 die nötige Drehzahl erreicht, nachdem der Ausgang des Gliedes 36 HOCH wurde, wird der Ausgang des Verzögerungsgliedes 15 HOCH und infolgedessen einer der Eingänge des Gliedes 27 HOCH. Da der andere Eingang bereits HOCH ist, da die Speisespannung an beide Eingänge des Gliedes 26 eingespeist wird, wird die Last/Leerlauf-Schalteinrichtung 9 betätigt, so daß der Verdichter 1 auf Leistung geschaltet wird und nunmehr durch den Verdichter 1 das Arbeitsmedium in den Windkessel 4 gedrückt wird. Wenn durch die Abgabeleitung 5 weniger Arbeitsmedium abgenommen wird, als durch die Leitung 3 in den Windkessel 4 eingespeist wird, steigt der Druck im Windkessel 4. Sobald dieser Druck im Windkessel 4 einen oberen Grenzwert erreicht, wird der Schalter 11 durch den Druckmeßfühler 10 geöffnet. Es wird davon ausgegangen, daß die Ausgänge der Glieder 30 und 33 NIEDRIG sind, wenn der Schalter 11 erstmals öffnet Dies bedeutet, daß die Speisespannung von einem der Eingänge des Gliedes 36 abgenommen wird und infolgedessen der Antriebsmotor 2 abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird die Speisespannung von einem der Eingänge des Gliedes 26 abgenommen, so daß der Verdichter 1 auf Leerlauf geschaltet wird. Wenn der Schalter 11 öffnet, wird der Ausgang des Inverters 22 HOCH und infolgedessen einer der Eingänge des Gliedes 31 HOCH. Der Tiittlcre Eingang des Gliedes 31 ist HOCH, da Speisespannung an diesen Eingang angelegt wird. Der dritte Eingang des Gliedes 31 ist HOCH, wie dies stets der Fall ist, mit Ausnahme der Zeitspanne, während welcher der Ausgang des Inverters 25 NIEDRIG ist, da vom Rückstellimpulsgenerator 19 ein Rückstellimpuls abgegeben wurde. Der Ausgang des Gliedes 31 ist somit HOCH und bleibt infolge der Verknüpfung der Glieder 31 und 32 HOCH, so lange der Ausgang des Inverters 25 HOCH bleibt Wenn der Ausgang des Gliedes 31 HOCH wird, beginnt das

ίο Verzögerungsglied 16 mit der Messung einer vorgegebenen Zeitspanne, während welcher der Antriebsmotor 2 an einem erneuten Abschalten gehindert werden soll. Wenn der Druck im Windkessel 4 auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist wird der Schalter 11 durch

is den Druckmeßfühler 10 geschlossen. Der Antriebsmotor 2 wird angelassen und nach einiger Verzögerung wird der Verdichter 1 wie oben erwähnt auf Last geschaltet Die Speisespannung wird an einen der Eingänge des Gliedes 34 durch den Schalter 11 angelegt Infolgedessen wird der unterste Eingang des Gliedes 33 HOCH. Da die anderen Eingänge des Gliedes 33 HOCH sind, wird auch der Ausgang des Gl^r~ües 33 HOCH. Solange der Ausgang des Gliedes 33 HCCH ist was infolge der Verknüpfung der Glieder 33 und 34 der Fall ist, bleibt der Ein/Aus-Schalter 8 in seiner Ein-Stellung. Auf diese Weise wird der Antriebsmotor 2 daran gehindert, stillzustehen, wenn der Schalter 11 sich öffnet, bevor das Verzögerungsglied 16 seine vorgegebene Zeitspanne gemessen fiat Am Ende der vorgegebenen Zeitspanne wird der Ausgang des Verzögerungsgliedes 16 HOCH, und infolgedessen liefert der Rückstellimpulsgenerator 19 einen logischen 1-Pegel-Impuls an den Inverter 25, dessen Ausgang kurzzeitig NIEDRIG wird. Als Folge dieses logischen 0-Pegel-Impulses werden die Ausgänge der Glieder 31 und 33 NIEDRIG. Dies kann geschehen, ob nun der Schalter 11 geöffnet oder geschlossen ist Wenn der Schalter 11 offen ist, läuft der Antriebsmotor 2 und ist der Verdichter 1 auf Leerlauf geschaltet In diesem Fall steht der Antriebsmotor 2 sofort still, da alle Eingänge des Gliedes 35 NIEDRIG sind. Da der Ausgang des Inverters 22 HOCH ist beginnt das Verzögerungsglied 16 mil der Messung seiner vorgegebenen Zeitspanne sofort nach Beendigung des Rückstellimpulses. Wenn andererseits der Schalter 11 geschlossen ist, läuft der Antriebsmotor 2 weiter, wobei der Verdichter 1 auf Last geschaltet ist, und der Ausgang des Gliedes 31 ist NIEDRIG, bis der Schalter 11 sich öffnet und den Antriebsmotor 2 stillsetzt, der Verdichter 1 keine

so Leistung mehr abgibt, und das Verzögerungsglied 16 wiederum mit der Messung der vorgegebenen Zeitspanne beginnt

Wenn der Bedarf an Arbeitsmedium sich der Leistung des Verdichters 1 nähert ir-l; die produktive Arbeitszeit lang und die Leerlaufzeit kurz. In einem derartigen Fall wäre es möglich, den Antriebsmotor 2 jedesmal zu stoppen, wenn der Verdichter 1 auf Leerlauf geschaltet wird. Da der Verdichter 1 fast fortlaufend auf Leistung geschaltet ist, ergibt sich dadurch nur ein geringer Gewinn und, da er eine gewisse Zeit dauert, bis der Verdichter 1 nach dem Anlassen des Antriebsmotors 2 wieder produktiv arbeitet, ist es besser, den Antriebsmotor 2 ständig laufen zu lassen, wenn die produktive Arbeitszeit einen gewissen Wert überschreket. um auf

hi diese Weise einen starken Druckabfall zu vermeiden. Um zu verhindern, daß der Antriebsmotor 2 stillsteht, wenn die produktive Arbeitszeit einen vorgcgeberu-n Wert überschreitet, besitzt die Steuervorrichtung 6 das

Verzögerungsglied 18. Der Verdichter I wird jedesmal dann auf Leistung geschaltet, wenn der Ausgang des Gliedes 27 HOCH wird. Wenn dies eintritt, überträgt der Rückstellimpulsgencrator 20 einen logischen I-Impuls, um den Ausgang des Inverters 23 und damit das Glied 30 NIEDRIG zu machen. Gleichzeitig beginnt das Verzögerungsglied 18 mit der Messung einer vorgegebenen Zeitspanne. Wenn der Verdichter I auf Last bleibt, wird der Ausgang des Vcrzögerungsglicdes 18 am Ende dieser Zeitspanne HOCH. Dadurch wird einer der Eingänge des Gliedes 30 durch das Glied 29 HOCH. Da die anderen Eingänge des Gliedes 30 HOCH sind, wird sein Ausgang HOCH. Durch die Glieder 35 und 36 wird der Antriebsmotor 2 infolgedessen daran gehindert, stillzustehen. Infolge der Verknüpfung der Glieder 29 und 30 bleibt der Ausgang des Gliedes 30 so lange HOCH, wie die beiden Mitteleingänge des Gliedes 30 HOCH bleiben. Wenn der Verdichter 1 leerläuft, wird der Ausgang des Inverters 21 HOCH und infoldedessen der Ausgang des Gliedes 28 ebenfalls HOCH. Wenn dies eintritt, beginnt das Verzögerungsglied 17 mit der Messung einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne, welche eine Maximal-Leerlaufzeit bedeutet, während welcher der Antriebsmotor 2 daran gehindert werden kann, stillzustehen. Am Ende der maximalen Leerlaufzeit wird der Ausgang des Verzögerungsgliedcs 17 HOCH und damit de,· Ausgang des Inverters 24 NIEDRIG. Der Ausgang des Gliedes 30 wird daher NIEDRIG und der Antriebsmotor 2 wird nicht mehr daran gehindert, durch das Glied 30 stillgesetzt /u werden. Das Verzögerungsglied 17 wurde eingebaut, um zu vermeiden, daß der Antriebsmotor 2 daran gehindert wird, zu lange stillzustehen, falls der Bedarf an Arbeitsmedium nach einer langen produktiven Arbeitszeit plötzlich beträchtlich absinken sollte.

Im Schaubild gemäß Fig.3 sind der Energiebedarf der Verdichteranlage geteilt durch die Menge ,in abgegebenem Arbeitsmedium längs der Ordinate und

die Menge an abgegebenem Medium geleilt durch die Verdichterleistung längs der Abszisse für einige Steuerverfahren dargestellt. Dabei soll dieses Schaubild lediglich einen qualitativen Vergleich ermöglichen und bezieht sich dieser keineswegs auf irgendeine spezielle Verdichteranlage, wenn auch die gleiche Anlage für alle Berechnungen eingesetzt wurde. Die waagerechte Linie 41 betrifft den Fall, bei welchem der Antriebsmotor 2 jeweils dann ausgeschaltet wird, wenn der Verdichter 1 leerläuft, und jeweils dann angelassen wirJ. wenn der Verdichter 1 Leistung abgibt. Die Kurve 42 betrifft das Steuerungsverfahren, bei welchem der Motor ständig eingeschaltet ist. Die Kosten bei dem Steuerverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sind als volle Linie dargestellt. Unier einem gewissen Bedarf an Arbeitsmedium, der durch die Linie 44 angegeben ist. fällt die Energiebedarfskurvc bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung mit der Linie 41 zusammen. Oberhalb dieses Bedarfes und unterhalb eines weiteren höher liegenden Bedarfs, der durch die Linie 45 angegeben ist. arbeitet die erfindungsgemaüe Steuervorrichtung entsprechend der Kurve 40. Wenn der Bedarf an Arbeitsmedium sich der Verdichterleistung nähert, erfolgt der Betrieb entsprechend der Kurve 42, um starken Druckabfall zu vermeiden. Bei den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen das Anhalten des Antriebsmotors für eine gewisse Zeitspanne nach dem Leerlauf des Verdichters verzögert wird, weicht die Kostenkurve von der durchgehenden Kurve 42 gemäß der Kurve 43 ab. wenn der Bedarf an Arbeitsmedium niedrig ist. Bei anderen bekannten Verfahren, welche keine Garantie dafür geben, daß der Antriebsmotor nicht zu häufig angelassen wird, wenn der Bedarf an Arbeitsmedium beträchtlich schwankt, folgt die Energiekurve der Linie 41 für einen Bedarf unter dem der Kurve 44 und der Linie 42 für einen darüberliegenden Bedarf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuervorrichtung für eine Verdichteranlage aus Antriebsmotor mit Ein/Aus-Schalter, Verdichter mit Last/Leerlauf-Schalteinrichtung und Windkessel mit Druckfühler, wobei der den im Windkessel herrschenden Arbeitsmediumdruck messende Druckfühler als Eingabegljed und der Ein/Aus-Schalter sowie die Last/Leerlauf-Schalteinrichtung als Stellglieder eingesetzt sind, mit Hilfe dieser Glieder bei ic Erreichen eines Arbeitsmediumhöchstdruckes der Verdichter auf Leerlauf geschaltet wird sowie der Antriebsmotor ausschaltbar ist und ein Verzögerungsglied vorgesehen ist, durch das der Ein/Aus-Schalter für eine vorgegebene Zeitspanne an einem '5 Ausschalten des Antriebsmotors beim Arbeitsmediumhöchstdruck gehindert ist, gekennzeichnet durch eine derartige Schaltung des Verzögerungsgliedes (16), daß der Ein/Aus-Schalter (8) für eine mit jedem Ausschalten des Antriebsmotors (2) begin- ^M nende vorgegebene Zeitspanne an einem nächsten Ausschalten des Antriebsmotors (2) nach dessen zwischenzeitlichem Wiederanschalten gehindert isL