DE2946858C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Steuern des Motors einer intermittierend arbeitenden Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3.

Beim Betrieb von Pumpen, insbesondere Tauchpumpen, soll ein Trockenlauf soweit wie möglich vermieden werden. Deshalb wird die Pumpe mit Hilfe einer den Flüssigkeitsstand oder die Belastung fühlenden Vorrichtung stillgesetzt. Die Pumpe soll dann bei neuem Wasserzulauf wieder in Betrieb gesetzt werden. Zu diesem Zweck hat man bis jetzt verschiedene Arten von flüssigkeitsstandfühlenden Vorrichtungen benutzt, welche jedoch mit dem Nachteil behaftet sind, daß sie gegen Schmutz empfindlich sind und leicht rosten, so daß sie nicht zuverlässig arbeiten. Ferner sind die bekannten Vorrichtungen bis jetzt nicht explosionsgeschützt gewesen.

Aus der US-PS 36 10 779 ist nun bereits ein Verfahren zum Steuern einer intermittierend arbeitenden Pumpe, insbesondere zum Steuern von Ölförderpumpen, bekannt, bei dem zunächst das Produktionsprofil einer Ölquelle ermittelt wird. Hierzu wird die Ölquelle zunächst völlig leergepumpt. Anschließend wird die Pumpe für eine kurze, fest vorgegebene Zeit angehalten, so daß Öl in die Quelle nachströmen kann. Danach wird die Ölquelle ein zweites Mal leergepumpt, wobei die Laufzeit der Pumpe gemessen wird. Nun wird die Pumpe für eine lange, eben­ falls fest vorgegebene Stillstandszeit angehalten, so daß er­ neut Öl in die Quelle nachfließen kann. Anschließend wird die Öl­ quelle ein drittes Mal leergepumpt wobei wieder die Pumpdauer bestimmt wird.

Aus den gemessenen Laufzeiten der Pumpe und den fest vorgegebenen Stillstandszeiten wird nun das Produktionsprofil der jeweiligen Ölquelle ermittelt.

In Abhängigkeit von dem so ermittelten Produktionsprofil wird nun die Stillstandszeit für die Pumpe festgelegt. Im normalen Förderbetrieb wird dann die Pumpe jeweils gestoppt, wenn die Ölquelle leergepumpt ist, und nach der vorbestimmten Stillstands­ zeit, die mit dem Stillsetzen der Pumpe beginnt, wieder in Be­ trieb genommen.

Dabei kann zusätzlich die jeweilige Laufzeit der Pumpe gemessen werden, um das jeweilige tatsächliche Produktionsprofil der Öl­ quelle mit dem vorher ermittelten Produktionsprofil zu ver­ gleichen.

Dieses bekannte Verfahren zum Steuern von Ölförderpumpen ist relativ aufwendig und für Pumpen, insbesondere Tauch­ pumpen, die Flüssigkeitsreservoire leerpumpen sollen, bei denen der Flüssigkeitsanfall innerhalb kurzer Zeit relativ stark schwanken kann, nicht geeignet, da sich der neu vor­ liegende Flüssigkeitsanfall nach dessen Ermittlung bereits wieder geändert haben kann, was dann sofort eine erneute Ermittlung des Flüssigkeitsanfalls nötig machen würde.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber darin, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer inter­ mittierend arbeitenden Pumpe, insbesondere einer Tauchpumpe, zu schaffen, das eine selbsttätige Anpassung der Stillstands­ zeiten der Pumpe an den Flüssigkeitsanfall ermöglicht, ohne daß Flüssigkeitsstandfühler vorgesehen werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Steuerung der Stillstands­ zeit der Pumpe in Abhängigkeit von der Dauer der unmittelbar vorhergehenden Laufzeit wird erreicht, daß während des Be­ triebs der Pumpe, d. h. nachdem die Pumpe anfänglich einmal eingeschaltet wurde, die Stillstandszeiten automatisch an den jeweils vorliegenden Flüssigkeitsanfall angepaßt werden.

Dabei paßt sich die Pumpe auch bei großen und schnellen Schwank­ ungen des Flüssigkeitsanfalls stets an diesen an, so daß ein optimales Verhältnis von Lauf- zu Stillstandszeiten für den jeweiligen Flüssigkeitsanfall erreicht wird, woraus sich ein wirtschaftlicher und energiesparender Betrieb der Pumpe ergibt.

Um sicherzustellen, daß vor dem erneuten Starten des Pumpenmotors genügend Flüssigkeit nachgeströmt ist, um ein Leerlaufen der Pumpe zu vermeiden, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung vorgesehen, daß für Laufzeiten, die länger sind als eine weitere vorbestimmte Laufzeit, eine kleinste Stillstandszeit vorgesehen ist.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Schaltung zum Steuern des Motors einer intermittierend arbeitenden Pumpe ausführen, wie sie im Patentanspruch 3 beschrieben ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Schaltung zum Steuern des Motors einer Pumpe,

Fig. 2 eine bevorzugte, abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, und

Fig. 3 einen Schaltkreis zur Ermittlung zweier in der Schal­ tung benutzter Signale.

In Fig. 1 hat ein Binärzähler 1 einen Takteingang A, einen Rückstelleingang R und mehrere Ausgänge U 1, U 2, . . . Un, von denen der Ausgang Un das signifikanteste Bit darstellt und an den Setzeingang S eines RS-Flipflops (bistabiler Multivibrator) 2 angeschlossen ist. Die Ausgänge U 1, . . . Un - 1 vom Zähler 1 und der Ausgang U vom Flipflop 2 sind über je eine Diode D 1, D 2, . . . Dn in Reihenschaltung mit je einem Widerstand R 1, R 2, . . . Rn an den Eingang eines stromgesteuerten Oszillators 3 angeschlossen, dessen Ausgang an den Eingang eines Teilers 4 angeschlossen ist, um diesem eine Impulsfolge zuzuführen, deren Frequenz vom Pegel des dem Eingang des Oszillators 3 zugeführten Stroms abhängig ist und mit zunehmender Stromstärke zunimmt. Der Ausgang des Teilers 4 ist über ein ODER-Gatter 5 an den Setzeingang S eines Flipflops 6 angeschlossen. Dem anderen Eingang B des ODER-Gatters 5 wird bei eingeschalteter Spannung ein logisch "1" darstellender Impuls aufgedrückt. Der Ausgang des ODER-Gatters 5 ist auch an den Rückstell­ eingang R des Flipflops 2 und an den Rückstelleingang R des Zählers 1 über ein ODER-Gatter 7 angeschlossen, das außerdem einen an den Ausgang U des Flipflops 2 ange­ schlossenen Eingang aufweist. Der Teiler 4 hat einen Rück­ stelleingang R, der an einen Eingang C angeschlossen ist, dem von in Fig. 1 nicht gezeigten Kreisen ein logisch "1" darstellendes Signal aufgedrückt wird, wenn dem nicht ge­ zeigten Pumpenmotor Strom zugeführt wird. Der Eingang C und ein Eingang D sind über ein UND-Gatter 8 an den Rückstelleingang R des Flipflops 6 angeschlossen. Dem Eingang D wird ein logisch "1" darstellendes Signal aufgedrückt, wenn ein in Fig. 1 nicht gezeigter Belastungsfühler ermittelt, daß der Pumpenmotor 1 niedrig belastet ist. Dieser einem Trocken­ lauf gleichbedeutende Zustand kann selbstverständlich auch in anderer Weise ermittelt werden. Der Ausgang E des Flip­ flops 6 steuert das Ein- und Ausschalten des Pumpenmotors.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt. Wenn die Vorrichtung durch Einschalten der Spannung in Betrieb gesetzt wird, wird die am einen Eingang des ODER-Gatters 5 auftretende logische "1" den Zähler 1 nullstellen, das Flipflop 2 rückstellen und das Flipflop 6 setzen, wodurch das Signal am Ausgang des Flipflops 6 den Pumpenmotor startet. Damit wird der Teiler 4 rückgestellt und solange rückgestellt gehalten, wie der Pumpenmotor mit Strom versorgt wird. Während der Laufzeit der Pumpe zählt der Zähler 1 in einem Takt aufwärts der von der Frequenz der Impulse am Eingang A (beispielsweise 50 Hz) bestimmt wird. Wenn der Zähler 1 einen Zustand er­ reicht, in dem der Ausgang Un ein logisch "1" entsprechendes Niveau aufweist, wird das Flipflop 2 gesetzt, wobei dessen Ausgangssignal den Zähler 1 nullstellt und ihn null­ gestellt hält. Wenn am Eingang D eine niedrige Belastung auftritt, wird das Flipflop 6 rückgestellt. Dies führt dazu, daß die Stromversorgung des Pumpenmotors und somit die Rückstellung des Teilers 4 aufhört. Die Frequenz der vom Oszillator 3 erzeugten Impulsfolge ist davon abhängig, über welche von den Dioden D 1, . . . Dn und den Widerständen R 1, . . . Rn die Stromversorgung erfolgt. Dadurch, daß bei­ spielsweise der Wert des Widerstandes R ν + 1 halb so groß wie der Wert des Widerstandes R ν (ν = 1, 2, . . . n - 1) gewählt ist, nimmt die Frequenz des Oszillators 3 am Ende der Laufzeit mit der Dauer der Laufzeit bis zu einem Höchstwert zu, der also durch den Wert des Widerstandes Rn bestimmt ist. Wenn der Teiler 4 nach beendeter Rück­ stellung eine vorbestimmte Anzahl Impulse vom Oszillator 3 empfangen hat, erzeugt er an seinem Ausgang ein Signal zum Setzen des Flipflops 6. Dies führt dazu, daß der Pumpenmotor wieder gestartet wird, gleichzeitig wie der Zähler 1 nullgestellt und der Flipflop 2 rückgestellt wird. Der beschriebene Verlauf wird dann wiederholt.

Es leuchtet somit ein, daß die Dauer der am Ende der Laufzeit begonnenen Stillstandszeit in Abhängigkeit von der mittels des Zählers 1 gemessenen Dauer der vorhergehenden Laufzeit gesteuert wird, derart, daß eine lange Laufzeit eine kurze Stillstandszeit und, umgekehrt, eine kurze Laufzeit eine lange Stillstandszeit ergibt. Ferner leuchtet es ein, daß die Stillstandszeit länger oder gleich einer kleinsten Stillstandszeit ist, die vom Wert des Widerstandes Rn bestimmt ist, und kürzer oder gleich einer größten Stillstandszeit, die vom Wert eines zwischen dem Eingang des Oszillators 3 und einer Spannungsquelle eingeschalteten Widerstandes R 0 bestimmt ist. Die Relation R 0 : Rn bestimmt in erster Linie die Charakteristik des Oszillators 3. Eine Laufzeit, welche länger oder kürzer ist als eine größte bzw. kleinste vorbestimmte Laufzeit hat also keinen weiteren Einfluß auf die Dauer der Stillstandszeit.

Die in Fig. 2 gezeigte, gegenwärtig bevorzugte Ausführungs­ form der Schaltung stimmt im großen mit der in Fig. 1 ge­ zeigten Schaltung überein. Somit können derselbe Zähler 1, Oszillator 3, Teiler 4, Flipflop 6, ODER-Gatter 5 und UND-Gatter 8 benutzt werden, während das Flipflop 2 und das ODER-Gatter 7 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fehlen. Ein aus einem Schmitt-Trigger, einem Widerstand und einem Kondensator be­ stehender, zweiter Oszillator 9 hat einen Ausgang, der an den Takteingang A des Zählers 1 angeschlossen ist, sowie einen Steuereingang, der über Dioden teils an den Aus­ gang höchster Signifikanz des Zählers 1 und teils an den Ausgang eines Schmitt-Triggers angeschlossen ist, dessen Eingang derselbe wie der Eingang C in Fig. 1 ist. Es leuchtet ein, daß der Oszillator 9 nur dann schwingt, wenn der Pumpenmotor mit Strom versorgt wird und der Zähler 1 nicht bis zu dem Bit höchster Signifikanz gezählt hat. Damit konnte der Flipflop 2 in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 weggelassen werden, so daß die Stromsteuerung des Oszillators 3 ohne Hilfe dieses Flipflops erfolgt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann ein Wahlschalter 10 einen von drei Ausgängen verschiedener Signifikanz des Teilers 4 an den einen Eingang des ODER-Gatters 5 anschließen, wodurch die höchste Stillstandszeit auf drei verschiedene Werte einstellbar ist. Der zweite Eingang des ODER-Gatters 5, welches in Fig. 2 als ein Diodengatter gezeigt ist, ist an den Ausgang eines Schmitt-Triggers angeschlossen, dessen Eingang an ein RC -Glied angeschlossen ist, dem eine Spannung (+15 V) aufgedrückt wird, wenn die Schaltung mit Strom versorgt wird. Der Ausgang des ODER-Gatters 5 ist direkt an den Setzeingang des Flip­ flops 6 und den Rückstelleingang des Zählers 1 ange­ schlossen.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung arbeitet im wesentlichen in derselben Weise wie die Schaltung gemäß Fig. 1. Wenn die Schaltung an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen wird, wird über den Eingang B ein Impuls zum Zähler 1 ge­ speist, um diesen rückzustellen, und ein weiterer Impuls an das Flipflop 6, um dieses zu setzen. Hierdurch tritt am Ausgang E des Flipflops 6 ein Signal auf, das über ein Relais den Pumpenmotor startet. In dem Augenblick, wo Strom zum Pumpenmotor gespeist wird, wird das Signal am Eingang C den Teiler 4 rückstellen und den Oszillator 9 freikuppeln, welcher zu schwingen beginnt und seine Impulse an den Zähler 1 abgibt. Dieser wird die Schwingung des Oszillators 9 stillsetzen, falls und wenn der Zähler 1 denjenigen Zustand erreicht, in dem der Ausgang U 5 der höchsten Signifikanz ein logisch "1" entsprechendes Niveau aufweist. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung in Fig. 2 in derselben Weise wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.

Zur Ermittlung der den Eingängen C und D in Fig. 1 und 2 zugeführten Signale kann ein Schaltkreis gemäß Fig. 3 ausgenutzt werden. Dieser Schaltkreis hat einen die Stromversorgung zum Pumpenmotor fühlenden Stromtransformator 11, dessen Aus­ gangssignal verstärkt und mittels eines Differentialver­ stärkers F 1 halbwellengleichgerichtet wird. Das pulsierende Gleichstromsignal am Ausgang des Verstärkers 1 wird von einem aus drei RC-Gliedern bestehenden Filter 12 in ein geglättetes Gleichstromsignal umgewandelt. In einem zweiten Differentialverstärker F 2 wird das Ausgangssignal des Filters 12 mit einer ersten Referenzspannung nahe 0 V verglichen, so daß der Verstärker F 2 an den Eingang C in Fig. 1 und 2 ein die Stromversorgung des Pumpenmotors kennzeichnendes Signal abgibt. In einem dritten Differentialverstärker F 3 wird das Ausgangssignal des Filters 12 mit einer zweiten Referenz­ spannung Vref verglichen, welche derart voreinstellbar ist, daß der Verstärker F 3 an seinem Ausgang ein Signal abgibt, wenn die Belastung des Pumpenmotors einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

Der Zähler 1 und das Flipflop 2 können durch jeden zweckdienlichen Laufzeitmesser zum Messen der Laufzeit der Pumpe ersetzt werden. Der Oszillator 3 und der Teiler 4 können ebenfalls durch jeden beliebigen Anlaufver­ zögerungsschaltkreis ersetzt werden, der nach beendeter Laufzeit eine neue Inbetriebsetzung der Pumpe während einer Zeitspanne verzögern kann, die in der geschilderten Weise von der vom Laufzeitmesser gemessenen Laufzeit abhängig ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern des Motors einer intermittierend arbeitenden Pumpe, insbesondere einer Tauchpumpe,
bei dem die Pumpe abgeschaltet wird, wenn ein auszu­ pumpendes Flüssigkeitsreservoir leergepumpt ist,
bei dem die Pumpe nach einer Stillstandszeit erneut eingeschaltet wird und
bei dem die Dauer der Laufzeiten der Pumpe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stillstandszeiten der Pumpe gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauer jeder Stillstandszeit der Pumpe in Ab­ hängigkeit von der Dauer der unmittelbar vorhergehenden Laufzeit der Pumpe gesteuert wird,
wobei eine kurze Laufzeit eine lange Stillstandszeit und eine lange Laufzeit eine kurze Stillstandszeit er­ gibt und wobei für Laufzeiten, die kürzer als eine vorbe­ stimmte Laufzeit sind, eine größte Stillstandszeit vorge­ sehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Laufzeiten, die länger sind als eine weitere vorbestimmte Laufzeit, eine kleinste Stillstandszeit vorgesehen ist.

3. Schaltung zum Steuern des Motors einer intermittierend arbeitenden Pumpe gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Laufzeitmesser zum Erfassen der Laufzeit des Pumpen­ motors und mit einem Anlaufverzögerungsschaltkreis zum er­ neuten Starten des Pumpenmotors, dadurch gekennzeichnet,
daß der erfaßten Laufzeit entsprechende Ausgänge (U 1; U 2; . . . Un) des Laufzeitmessers (1, 2) an entsprechende Eingänge eines Widerstandsnetzwerks (R 0, R 1, . . . Rn) angelegt sind, welches eine Vielzahl von parallel zu­ einander mit seinem Ausgang verbundenen Widerstände (R 1; R 2; . . . Rn) aufweist, wobei ein weiterer Widerstand (R 0) des Wider­ standsnetzwerks (R 0, R 1, . . . Rn) dessen Ausgang mit einer Spannungsquelle verbindet, und
daß der Ausgang des Widerstandsnetzwerks (R 0, R 1, . . . Rn) an einen Eingang des Anlaufverzögerungsschaltkreises (3, 4) ange­ legt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert jedes Wider­ standes (R (ν + 1)) halb so groß wie der Wert eines benachbarten Widerstandes (R ν) (ν = 1, 2, . . . (n - 1)) gewählt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaufverzögerungs­ schaltkreis einen Oszillator (3) umfaßt, dessen Ausgang an einen Teiler (4) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitmesser einen Zähler (1) umfaßt, dessen Ausgang (Un) höchster Signifikanz an den Setzeingang (S) eines Flip-Flops (2) angelegt ist, dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang (R) des Zählers (1) verbunden ist (Fig. 1).

7. Schaltung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitmesser einen Zähler (1) umfaßt, dessen Ausgang (Un) höchster Signifikanz an einen Steuereingang eines weiteren Oszillators (9) angelegt ist, dessen Ausgang mit dem Takteingang (A) des Zählers (1) verbunden ist (Fig. 2).