DE2756916C2 - Vorrichtung zur Einrichtung der Fördermenge einer Wasserwerk-Pumpenanordnung - Google Patents

Description

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sehen Anlage geschaffen. In F i g. 1 ist eine von einem Regier beeinflußte Pum-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- penanordnung 1 veranschaulicht, die eine Regelpumpe richtung zur Einstellung der Fördennenge einer Was- 2 und vier Zusatzpumpen 3,4,5 und 6 aufweist, die alle serwerk-Pumpenanordnung der eingangs beschriebe- zueinander parallel in ein Leitungssystem 7 geschaltet nen Art anzugeben, mit der ein erwünschter Druck im 5 sind und Flüssigkeit über einen gemeinsamen Ausgang 8 System auch bei stark unterschiedlicher Flüssigkeitsent- an das Leitungsnetz 9 eines Wasserwerks mit einer sehr nähme aufrechterhalten wird. großen Zahl von Verbrauchern fördert Die Regelpum-Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden pe 2 ist mit Hilfe eines Steuerwerks 10 derart regelbar, Merkmale des Anspruchs 1 gelöst daß die Fördermenge in einem vorgegebenen Regelbe-Bei diesem Vorgehen kann auf Druckspeicher, wie io reich stetig von einem Minimalwert auf einen Maximal-Wassertürme oder Druckwasserkessel, verzichtet wer- wert geändert werden kann. Die Zusatzpumpen 3 bis 6 den. Der Druck im System wird vielmehr durch die steti- sind über eine Schaltvorrichtung 11 einzeln oder in bege Regelung der Regelpumpe und das Zuschalten einer liebiger Kombination ein- und ausschaltbar; sie liefern oder mehrerer Zusatzpumpen aufrechterhalten. Mit dann je eine konstante Fördermenge. Die Zusatzpum-Hilfe des Reglers lassen sich Druckschwankungen im 15 pen sind untereinander gleich groß. Ihre Fördermenge System weitgehend vermeiden. Darüber hinaus ist es entspricht etwa der Differenz zwischen maximaler und möglich, bestimmte Abhängigkeiten zwischen dem Be- minimaler Fördermenge der Regelpumpe Z
darf und dem zu erzeugenden Druck herbeizuführen. Am Ausgang 8 der Pumpenanordnung 1 ist ein Hierbei braucht lediglich die Regelpumpe stetig gere- Druckfühler 12 vorgesehen, der ein analoges Drucksigelt zu werden, während für das Zuschalten einer oder 20 gnal p\ abgibt Das Drucksignal kann durch einen Strom mehrerer Zusatzpumpen ein digitaler Schaltbefehl aus- zwischen 0 und 20 mA dargestellt sein, der einen Spanreicht Der Mikrorechner kann aufgrund seiner Pro- nungsabfall an einem Widerstand R_x erzeugt Demzufolgrammierung nicht nur als Regler aus der Regelgröße ge steht das Drucksignal p\ als Spannung an einem Eindie entsprechende Stellgröße berechnen, sondern auch gang eines Analogsignal-Umschalters 13 an, der über die Stellgröße in das Steuer-Stellsignal für die Regel- 25 eine Steuerleitung 14 derart angesteuert wird, daß er bei pumpe und das Schalt-Stellsignal für die Zusatzpumpen jedem Arbeitszyklus seine Eingänge einmal abfragt Die aufteilen, die Reihenfolge der Zusatzpumpe festlegen, anderen Eingänge dieses Analogsignal-Umschalters 13 zusätzliche Rechenoperationen zur Korrektur und sind mit Einstellvorrichtungen 15a bis 15/verbunden, Kompensation ausführen und dergleichen mehr. Da der die je aus einem Potentiometer P bestehen, das zwi-Mikrorechner nur digital arbeitet, sind eingangsseitig 30 sehen einer festen Spannung Ui und Masse geschaltet und ausgangsseitig Analog-Digital- bzw. Digital Ana- ist und dessen Abgriff mit dem genannten Eingang des log-Umsetzvorrichtungen vorgesehen. Die Schaltvor- Umschalters 13 verbunden ist Lediglich beispielsweise richtung für die Zusatzpumpen wird jedoch unmittelbar ist angegeben, daß mit der Einstellvorrichtung 15a die über einen digitalen Ausgang des Mikrorechners ange- Druckreferenz H₀, mit der Einstellvorrichtung 156 die steuert 35 Proportionalitätskonstante Kp, mit der Einstellvorrich-Eine weitere Vereinfachung ergibt sich bei der Aus- tung 15c die Integralzeit Ti, mit der Einstellvorrichtung pi führungsform nach Anspruch 2. Da sich ein Digital-Ana- 15t/ die Differentialzeit Ta mit der Einstellvorrichtung H log-Wandler sehr viel einfacher und billiger herstellen 15e eine für den Druckabfall im Leitungsnetz maßgep läßt als ein Analog-Digital-Wandler, läßt sich die er- bende Konstante C₂ und mit der Einstellvorrichtung 15/ strebte Analog-Digital-Umsetzvorrichtung mit einem 40 die Ruhelage T_m einstellbar ist.

ft solchen Digital-Analog-Wandler, einem Vergleicher Kernstück des Reglers ist ein Mikrorechner Af, dem ψ, und entsprechenden Speichern des Mikrorechners ver- die über die Leitung 16 abgegebenen analogen Aus-K hältnismäßig preiswert aufbauen. gangssignale des Umschalters 13 über eine Analog-Di-H Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 kann gital-Umsetzvorrichtung 17 zuführbar sind. Zu diesem p: wahlweise eine normale P-, gegebenenfalls auch /- und 45 Zweck ist ein Vergleicher 18 vorgesehen, dessen einer D-Behandlung der Regelabweichung oder zusätzlich zu Eingang 19 mit der Leitung 16 verbunden ist, während dieser die genannte Wurzelzieh-Operation angewendet sein anderer Eingang 20 mit dem Ausgang eines Digitally werden, mit der das Ausgangssignal linearisiert werden Analog-Wandlers 21 in Verbindung steht, der seiner- f- kann, wenn Kreiselpumpen verwendet werden. seits über eine Datenleitung 22 mit Digitalsignalspei- i;'; Gemäß Anspruch 4 ist der Regler auch wahlweise auf 50 ehern 23, die im Mikrorechner M lediglich angedeutet '■'': ein Programm umschaltbar, mit dem eine von der For- sind, verbunden ist Wenn der Vergleicher 18 über seine dermenge abhängige Führungsgröße berücksichtigt Ausgangsleitung 24 ein von Null verschiedenes Signal in wird. Auf diese Weise können von der Fördermenge den Mikrorechner M eingibt wird der Inhalt des jeweils abhängige Druckabfälle im Leitungssystem berücksich- maßgebenden Digitalsignalspeichers 23 solange veräntigt werden, so daß der Druck an den Verbrauchsstellen 55 dert, bis das Nullsignal erreicht ist. Auf diese Weise annähernd konstant gehalten wird. Die Führungsgröße werden die Digitalwerte in den Speichern 23 den Anakann beispielsweise von der Summe der Drehzahlen logwerten des Druckfühlers 12 bzw. der Einstellvorrichaller Pumpen bzw. einer entsprechenden Größe abge- tungen 15a bis 15/nachgeführt

leitet sein, weil diese Drehzahlsumme bei Verdränger- Der Mikrorechner M berechnet zwei Ausgangssigna-[' pumpen mit konstantem Hub der Fördermenge ent- 60 Ie, nämlich ein digitales Steuer-Stellsignal Si und ein digi- : ; spricht. tales Schalt-Stellsignal 52. Ersteres wird über eine Da-Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der tenleistung 25 an eine Digital-Analog-Umsetzvorrich-Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er- tung 26 gegeben. Diese liefert über die analoge Signalläutert Es zeigt leitung 27 ein analoges Steuer-Stellsignal an die Steuer-F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vor- 65 vorrichtung 10, die ihrerseits die Drehzahl und damit die richtung mit zugehöriger Pumpenanordnung und Fördermenge der Regelpumpe 2 bestimmt. Über eine F i g. 2 ein vereinfachte* Blockdiagramm für den Si- Datenleitung 28 geht das digitale Schalt-Stellsignal 52, gnalflußder Vorrichtung der Fig. 1. gegebenenfalls über eine übliche Eingangs/Ausgangs-

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Vorrichtung, zur Schaltvorrichtung 11, in der durch die- tung 40 eine Führungsgröße C₂ -JPn überlagert, die

ses Signal eines oder mehrere Relais zum Schalten der einem zusätzlichen Druckabfall JH entspricht, wie or <

Zusatzpumpen 3 bis 6 betätigt werden. bei höheren Fördermengen im Leitungsnetz auftritt ■ ·■'.

An den Mikrorechner Ai ist über eine Datenleitung 29 Dieser Ausdruck wird in einem Block 41 gebildet und f eine Anzeigevorrichtung 30 angeschlossen, die mit Hilfe 5 zwar unmittelbar aus der Stellgröße s, die ja bei Veir- , eines Umschalters 31 mit einem der Digitalsignalspei- drängerpumpen mit konstantem Hub proportional der eher 23 für Eingangswerte oder daraus berechnete Wer- Drehzahlsumme ist Die Summe von Sollwert und Füh- \;,_: te verbindbar ist so daß diese ziffernmäßig angezeigt rungsgröße wird in einem Tiefpaßfilter 42 behandelt werden. Beispielsweise kann auf diese Weise der einge- der höhere Frequenzen und damit kurzzeitige Druckstellte Druck-Sollwert //ader gemessene Druckp\ oder io spitzen herausfiltert Damit ergibt sich ein vergleichsein beliebiger anderer Wert angezeigt werden, weise ruhiger kompensierter Sollwert setpo. Die Re-

Eine Umschaltvorrichtung 32 erlaubt es, den Bereich chenregel ergibt sich aus der Beschriftung des Blocks 4Z

der Integralzeit 7} zu wählen, innerhalb dessen die Ein- Als neue Größe tritt lediglich eine feste Zeit r von etwa

Stellvorrichtung 15c wirksam sein solL Beispielsweise 600 Sekunden auf. Mit dieser Maßnahme kann man er- |

kann in einer Einstellung die Integralzeit unendlich, in 15 reichen, daß der Druck beim Verbraucher annähernd |

einer zweiten Einstellung eine !ntsgraizeit von 1 bis konstant bleibt, auch wenn die Fördermenge wegen un- |

300 Sekunden und in einer dritten Einstellung eine Inte· terschiedlichen Verbrauchs stark geändert werden muß. %

gralzeit von 0,5 bis 20 Minuten eingestellt werden. Die Aufteilung des Stellsignals s in der Aufteilungs- §

Des weiteren ist eine Zahleneingabevorrichtung 33 stufe erfolgt derart, daß bei kleinen Werten (- untere #

vorgesehen, mit der die Zahl der vorhandenen Zusatz- 20 Fördermengenzone) nur die Regelpumpe 2 arbeitet '

pumpen dem Mikrorechner M mitgeteilt werden kann. Beim weiteren Anwachsen von s werden nacheinander

Diese Eingabe kann digital erfolgen. Es genügt, Schalter die Zusatzpumpen 3 bis 6 eingeschaltet, wobei die Re- j

mit einer konstanten Spannung zu verbinden. gelpumpe gleichzeitig vom Ende zum Anfang ihres Re- Γ/

Außerdem ist mit einem Eingang des Mikrorechners gelbereichs umgeschaltet wird. Die Abschnitte zwischen :

ein Block 34 mit mehreren Programmschaltern verbun- 25 dem Einschalten der einen und dem Einschalten der

den. Beispielsweise kann ein erster Programmschalter nächsten Zusatzpumpe werden als obere Fördermen- -

34a zum Wirksammachen einer Operation »ziehe die genzonen bezeichnet Beim Abnehmen von s erfolgt das ■ ■

Quadratwurzel« (vgl. F i g. 2) vorgesehen sein. Ein wei- Schalten in umgekehrter Reihenfolge,

terer Programmschalter 346 kann zur Berücksichtigung Die Anzeigevorrichtung ist so ausgelegt daß eine An- ;

einer von der Fördermenge abhängigen Führungsgröße 30 zeigenänderung in Abständen von etwa 1 Sekunde ί

bei der Berechnung des Stellsignals dienen. möglich ist Die Schalter der Zahleneingabevorrichtung .

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei auf Fig. 2 33 und des Programmschalterblocks 34 können in einem

verwiesen. einzigen Modul angeordnet sein, der auf einer gedruck- :

In der veranschaulichten Betriebsstellung werden ei- ten Schaltung im Gerät angeordnet wird. Die analogen

ner Vergleichsschaltung 35 einerseits der Druck-Soll- 35 Signale können durchwegs durch einen Strom von 0 bis

wert H₀ und der gemessene Druckwert p\ zugeführt Die 2OmA oder eine entsprechende Spannung dargestellt ξ_:.

Regelabweichung E(K) wird einer PID-Behandlung un- werden. . (■

terworfen, wie es im Block 36 veranschaulicht ist Die Es empfiehlt sich, aus der Führungsgröße höhere Fre- ,;

darin zusätzlich erwähnte Probenzeit Γ, kann beispiels- quenzen herauszufiltern. Damit bleiben kurzfristige C

weise 100 Sekunden betragen. Die übrigen Werte sind 40 Druckspitzen im System unberücksichtigt während bei _;;

bereits weiter oben beschrieben worden. Der so gebil- reellen Änderungen des Verbrauchs das Druckgefälle .,^:

dete Wert U(K) bildet direkt das Steiisignal s, das in zur Verbrauchsstelle kompensiert wird. |

einer Aufteilungsstufe 37 in das Steuer-Stellsignal s\ und Wenn die jeweils einzuschaltende Zusatzpumpe mit K

in das Schalt-Stellsignal S₂ aufgeteilt wird derart daß Hilfe des Mikrorechners nach einer vorgegebenen Rei- '/

beide zusammen ein Maß für die gesamte abzugebende 45 henfolge gewählt werden, sind die Zusatzpumpen nicht ^;

Fördermenge darstellen. Das Schalt-Stellsignal S₂ wird bestimmten Fördermengenzonen zugeordnet Es ergibt '':

noch über eine Reihenfolge-Wahlstufe 38 geleitet wel- sich daher eine gleichmäßige Abnutzung. ; i

ehe ein modifiziertes Schalt-Stellsignal S₂' abgibt Auf ¥

diese Weise wird sichergestellt, daß die Zusatzpumpen 3 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen |;

bis 6 immer in derselben Reihenfolge nacheinander in 50 S*

Betrieb gesetzt werden. Da sich das Schalt-Stellsignal s₂ |

nur spninghaft ändern kann, läßt sieh der Schaltvorgang g

der Zusatzpumpen 3 bis 6 bzw. der Umschaltvorgang |-

der Regelpumpe 2 genau feststellen, worauf in nicht i[i

veranschaulichter Weise der Regelvorgang im Mikro- 55 ψ

computer M für eine vorgegebene Ruhezeit Tm unter- &

brachen wird. H

Bisher wurde angenommen, daß die Pumpen 2 bis 6 JH Verdrängerpumpen sind. Es können aber auch Kreisel- ||

pumpen benutzt werden. Hierzu wird der Programm- 60 §

schalter 34a in die andere Stellung umgelegt Es ergibt f

sich dann nicht mehr der Wert U(K), sondern dessen ^ Quadratwurzel, behaftet mit einem Faktor Ci, als Stellsigna] s. Hierdurch läßt sich der Ausgangswert also die

Fördermenge, mit Bezug auf den gemessenen Druck 65
linearisieren.

Wenn der Programmschalter 346 umgeschaltet wird,
wird dem Druck-Sollwert H₀ in einer Summationsschal-

Claims (4)

Beim Betrieb eines Wasserwerks ist darauf zu achten, ö " Patentansprüche: daß der Druck im System innerhalb bestimmter Gren zen gehalten wird, und zwar unabhängig von der jeweils

1. Vorrichtung zur Einstellung der Fördermenge entnommenen Wassermenge. Es ist daher eine Vorricheiner Wasserwerk-Pumpenanordnung mit minde- 5 iung der eingangs beschriebenen Art bekannt (Zeitstenszwel Pumpen die durch eine Steuereinrichtung schiift»Pumps—Pompes—Pumpen« 8,1966, Seiten 436 in Abhängigkeit vom Druck geschaltet werden, da- bis 443), bei der mehrere Pumpen mit konstanter Fördurch gekennzeichnet, daß eine mit einer dermenge vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von ei-Steuervorrichtung (10) versehene Regelpumpe (2) nem an den Luftteil eines Druckwasserkessels angevorgesehen ist, wobei in einer unteren Fördermen- io schlossenen Kontaktmanometer derart gesteuert wergenzone die Regelpumpe allein und in mindestens den, daß jede Pumpe jeweils beim Unterschreiten eines einer anschließenden oberen Fördermengenzone unteren Grenzwerts eingeschaltet und beim Übermindestens eine Pumpe konstanter Fördermenge als schreiten eines oberen Grenzwerts ausgeschaltet wird. Zusatzpumpe (3 bis 6) betreibbar ist und die Regel- Bei diesem Vorgehen müssen gewisse Druckschwanpumpe bei Aufwirtsverstellung bei dem am Ende 15 kungen in Kauf genommen werden. Außerdem ist ein des Verstellbereichs erfolgenden Zuschalten einer Druckspeicher notwendig, der den Druck in denjenigen Zusatzpumpe auf den Anfang ihres Verstellbereichs Zeiten annähernd aufrecht erhält, in denen keine Pumpe und bei Abwärtsverstellung bei dem am Anfang des arbeitet Ähnliches gilt für solche Wasserwerke, bei de-Verstellbereichs erfolgenden Abschalten einer Zu- nen anstelle eines Druckwasserkessels ein Wasserturm satzpumpe auf das Ende des VersteUbereiches um- 20 vorgesehen ist, wobei die Pumpen in Abhängigkeit des geschaltet wird, daß ein Regler vorgesehen ist, der Wasserspiegels geschaltet werden.

die Fördermenge in Abhängigkeit vom Druck der Es ist ferner eine Pumpenanordnung bekannt (GB-PS Pumpenanordnung regelt und gebildet ist durch ei- 2 38 886), die in erster Linie für hydraulische Getriebe nen Mikrorechner (M), durch einen Druckfühler (23), vorgesehen ist. Hierbei wird die Einstellung der Förderder ein analoges Drucksignal (p\) abgibt, durch eine 25 menge von Hand vorgenommen. Es gibt eine Regel-Druck-Sollwert-Einstellvorrichtung (ViB), durch ei- pumpe mit stetig änderbarer Fördermenge und weitere ne Analog-Digital-Umsetzvorrichtung (17), über die Zusatzpumpen mit konstanter Fördermenge. In einer zumindest das Drucksignal dem Mikrorechner in di- unteren Fördermengenzone ist die Regelpumpe allein gitaler Form zuführbar ist, durch eine Digital-Ana- und in mindestens einer anderen anschließenden oberen log-Umsetzvorrichtung (26), über die ein vom Mi- 30 Fördermengenzone zusammen mit mindestens einer krorechner abgegebenes digitales Steuer-Stellsignal Zusatzpumpe betreibbar. Die Regelpumpe wird bei (s\) in analoger Form der Steuervorrichtung (10) für Aufwärtsverstellung bei dem am Ende des Verstellbedie Regelpumpe (2) zuführbar ist, und durch eine reichs erfolgenden Zuschalten einer Zusatzpumpe auf Datenleitung (28), über die der Schaltvorrichtung den Anfang ihres Verstellbereichs und bei Abwärtsver-(11) für jede Zusatzpumpe (3 bis 6) ein digitales 35 stellung bei dem am Anfang des Verstellbereichs erfol-Schalt-Stellsignal (s₂) vom Mikrorechner zuführbar genden Abschalten einer Zusatzpumpe auf das Ende des ist. Verstellbereichs umgeschaltet Hierbei kann eine me-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- chanische Verbindung zwischen der Steuervorrichtung zeichnet, daß die Analog-Digital-Umsetzvorrich- für die Regelpumpe und der Schaltvorrichtung für die tung (17) einen Vergleicher (18) aufweist, dessen er- 40 Zusatzpumpen vorgesehen sein. Beispielsweise ist die ster Eingang mit den umzusetzenden Analogsigna- von Hand verstellbare Welle der Steuervorrichtung für len versorgt wird, und dessen zweiter Eingang mit die Regelpumpe mit Kurvenscheiben versehen, die über dem Analogsignalausgang eines Digital-Analog- ein Gestänge Schaltventile zum Ein- und Ausschalten Wandlers (21) verbunden ist daß der Mikrorechner der Zusatzpumpen betätigen.

(M) Speicher (23) für Digitalsignale hat die nachein- 45 Es ist ferner eine Verdichteranlage bekannt (DE-Ausander mit dem Eingang des Digital-Analoij-Wand- legestück K 4835 vom 15. Mai 1952), bei der mehrere lers verbindbar sind, und daß das vom Vergleichser- parallelgeschaltete Verdichter vorgesehen sind, die in gebnis abhängige Ausgangssignal des Vergleichers Abhängigkeit von dem in einem nachgeschalteten den Inhalt der Digitalsignalspeicher nacheinander Windkessel gemessenen Druck geregelt werden. Alle den jeweils zugehörigen Analogsignalen nachführt. 50 Verdichter sind über ihren gesamten Verstellbereich re-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- gelbar und werden nacheinander eingeschaltet sobald zeichnet durch einen mit einem Eingang des Mikro- die bereits laufenden Verdichter das Ende des Verstellrechners (M) verbundenen Programmschalter (34a,) bereichs erreicht haben und weiterer Bedarf besteht Da zum Wirksammachen der Operation »ziehe die Qua- hierbei sämtliche Verdichter regelbar sein müssen, erdratwurzel«. 55 gibt sich gegenüber einer Anordnung mit einer Regel-

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, pumpe und mehreren Zusatzpumpen ein entsprechend gekennzeichnet durch einen mit einem Eingang des höherer Aufwand.

Mikrorechners (M) verbundenen Programmschalter Es ist auch eine Vorrichtung zur stetig änderbaren

(346,) zur Berücksichtigung einer von der Förder- Einstellung der Fördermenge einer einzelnen Regelmenge abhängigen Führungsgröße bei der Berech- 60 pumpe mit stetig änderbarer Fördermenge bekannt nung des Stellsignals (Si, S₂) (DE-OS 20 62 368), bei der ein Sollwert der Fördermen

ge vorgegeben und mit einem an der Steuervorrichtung

dieser Regelpumpe abgreifbaren Istwert verglichen

wird. Ein Rechenglied wandelt den von einem Druck-65 messer ermittelten Druck der Pumpenanordnung in ci-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nen Reziprokwert, der mittels einer Begrenzerstufe zur Einstellung der Fördermenge einer Wasserwerk-Pum- Begrenzung des Sollwerts herangezogen wird. Auf dicpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. se Weise wird eine Leistungsbegrenzung der hydrauli-