DE3918294A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen einer abwasser-pumpstation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Überwachen einer Abwasser-Pumpstation gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Dieses Ver­ fahren und diese Vorrichtung sollen in der Lage sein, Funktionsstörungen der Station zu erkennen, beispiels­ weise eine Verstopfung oder Leckage innerhalb der Pumpe, des Leitungssystems oder den Ventilen. Außerdem soll eine Durchsatzverminderung aufgrund Pumpenverschleißes ermittelt werden können.

Funktionsstörungen dieser Art von Abwasser-Pumpstationen werden bisher nur dann erfaßt, wenn die Pumpstation nicht mehr dazu in der Lage ist, dafür zu sorgen, daß das Flüssigkeitsniveau einen Grenzwert erreicht, der ein Alarmsignal auslöst. Hierbei muß an der Pumpstation unverzüglich eine Korrekturmaßnahme ergriffen werden. Ein teilweises Verstopfen oder eine Verringerung des Pumpen­ durchsatzes aufgrund Verschleißes erzeugt eine Funktions­ störung, die nur über eine langfristige Überwachung der Pumpe erfaßt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welchen Funktionsstörungen von Abwasser-Pumpstationen sowie verringerter Durchsatz solcher Stationen in einem Früh­ stadium erfaßt werden können, so daß der korrigierende Eingriff vorgenommen werden kann, bevor die Funktions­ störung schwere Schäden bei nachgeschalteten Prozessen hervorrufen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich ein sofortiges Alarm­ signal dann erzeugen, wenn sich der Durchsatz an der Abwasser-Pumpstation aus irgendeinem Grunde ändert, so daß Präventivmaßnahmen eingeleitet werden können.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpendurchsatz durch Messungen ermittelt wird, die im Druckleitungssystem vorgenommen werden.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Flüssigkeitsspiegel- Ansteigens aufgrund des Zustromes, die Flüssigkeits­ spiegelhöhe sowie die Pumpzeitdauer erfaßt werden, um die Pumpenausgangswerte zu ermitteln.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenausgangswerte aus den gemessenen Flüssigkeitsspiegel-Anstiegswerten ermittelt werden sowie die Pumpzeitdauer, die erforderlich ist, um den Flüssigkeitsspiegel von einem gegebenen Niveau auf ein anderes gegebenes Niveau zu ändern. Falls im Zustrom zur Pumpstation große Veränderungen auftreten und damit die Pumpzeitdauer beeinflußt wird, wird dies dadurch berücksichtigt, daß man die Vergleichsmessung nur an solchen Stellen vornimmt, bei welchen der Zustrom auf demselben Niveau liegt, wie jener, der zum Definieren der vorbestimmten Referenzwerte benutzt wurde.

Die Erfindung betrifft auch ein Überwachungsgerät, das geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzu­ führen. Das Überwachungsgerät gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Einbeziehung herkömmlicher Strömungsmeßgeräte sowie Grenzwertsensoren, die mit einer Alarmeinheit ausgerüstet sind, die ihrerseits dann ein Alarmsignal abgibt, wenn vorgegebene Grenzwerte über­ schritten werden. Diese Anordnung bildet ein vollauto­ matisches Alarmsystem, das auf einer kontinuierlichen Überwachungsmessung gegenüber Bezugswerten aufgebaut ist und das auf Abwasser-Pumpstationen-Störungen anspricht; es läßt sich mit Hilfe ganz einfacher Vorrichtungen und einer programmierbaren logischen Regeleinheit mit Speicher verwirklichen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Pump­ station im Längsschnitt.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Volumenstrom in Abhängigkeit von der Zeit.

Das Überwachungssystem zum Erfassen von Störungen von Abwasser-Pumpstationen vermag Störungen zu erfassen wie ein Verstopfen oder eine Leckage innerhalb der Pumpe, des Leitungssystems oder den Ventilen, sowie einer Ausgangs­ verringerung aufgrund Pumpenverschleißes. Ein Über­ wachungsgerät, das in der Abwasser-Pumpstation angeordnet ist, führt eine kontinuierliche Überwachung der Pumpen­ ausgangswerte aus und vergleicht die Werte zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt mit gemessenen Bezugswerten. Ein Höhendifferential h - siehe Fig. 1 - veranschaulicht den oberen (A) und den unteren (B) Grenzwert. Grenzwert A kann beispielsweise die Startgrenze sein, während Grenz­ wert B eine geeignete Stop-Grenze für die Pumpe ist. Alternativ könnten eine oder beide Grenzwerte willkürliche Niveauhöhen-Grenzen darstellen, vorausge­ setzt jedoch, daß diese beiden Grenzwerte während des Betriebes der Pumpe aktiviert werden. Der Pumpenausgang wird annähernd erfaßt durch Erfassen der Zeitspanne, die die Pumpe braucht, bis der Flüssigkeitsspiegel vom Grenz­ wert A auf den Grenzwert B fällt, während die Wirkung des Zustromes dadurch berücksichtigt wird, daß die zum Anstieg des Niveauwertes von Wert B auf Wert A während einer Stillstandszeit der Pumpe erfaßt wird. Bei dieser Lösung wird unterstellt, daß der Zustrom während der Stillstandszeit der Pumpe annähernd konstant ist. Das gepumpte Volumen A → B wird genügend klein bemessen, so daß es beispielsweise einer Betriebsperiode von 20 s bis 6 min der Pumpe bei den genannten Bedingungen entspricht.

Um den Einfluß der Zustromveränderung weitgehend zu minimieren, wird die Bezugsmessung durchgeführt, nachdem die Stillstandszeit eine minimale Zustromrate erreicht hat, die maximal 20% des Ausgangs einer neuen Pumpe bei den genannten Bedingungen nicht übersteigt. Dies bedeutet, daß die genannte Messung nur bei solchen Betriebszuständen durchgeführt wird, bei welchen die Stillstandsperiode der Pumpe wenigstens das Fünffache beträgt, verglichen mit der Zeitspanne, die eine neue Pumpe benötigt, um das Volumen A auf das Volumen B zu bringen. Im folgenden gilt:

₂ = Zustrom;
_1pu = der Durchsatz einer neuen Pumpe wird bei den genannten Bedingungen (bei gegebener Druckhöhe) erfaßt;
V = Volumenänderung von A → B;
t₁ = erforderliche Zeitspanne, die eine ausgedehnte Pumpe benötigt, um den Flüssigkeitsspiegel von A auf B abzusenken;
_1p = Durchsatz einer ausgedehnten Pumpe;

es ergibt sich

_1p * t₁ = V + ₂ * t₁.

Ferner

Hierbei ist V aus den geometrischen Volumendaten der Pumpstation bekannt; t₁ wird gemessen; V₂ wird annähernd dadurch gemessen, daß man die Zeitspanne t ₂ erfaßt, die notwendig ist, um den Flüssigkeitsspiegel von dem Niveau B auf das Niveau A während der vorausgegangenen Stillstandszeit der Pumpe anzuheben.

Hieraus folgt

₂ = V/t₂.

Die Begutachtung des Zustandes einer verschlissenen Pumpe wird jetzt vorgenommen durch Vergleichen des berechneten Durchsatzes V _1p der verschlissenen Pumpe mit dem Durch­ satz V _1pu′ aufgezeichnet bei Testläufen der Pumpe beim Hersteller aus veröffentlichten Daten oder aus Test­ läufen der Pumpe an der Station in neuem Zustand der Pumpe.

Übersteigt die Abweichung der Durchsätze zwischen dem Neuzustand und dem verschlissenen Zustand der Pumpe einen vorgegebenen Maximalwert, so zeigt dies einen ver­ schlechterten Zustand der Pumpenarbeit an. Aufgrund der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, dieses Meßver­ fahren bei der Verwirklichung einer automatisierten Meßfolge anzuwenden, und zwar mit Hilfe von im Handel erhältlicher, verhältnismäßig billiger und unkompli­ zierter programmierbarer logischer Regler oder ähnlicher Ausrüstungen. Das Messen und das nachfolgende Vergleichen der Leistungsdaten einer neuen Pumpe läßt sich in den Programmspeicher des logischen Reglers einspeisen, um die Messungen in einer Folge zu wiederholen, und zwar in vorgegebenen Zeitabständen. Diese können jedoch unregel­ mäßig sein (aufgrund von Änderungen des Zustromes). In der Praxis wird man in Intervallen wiederholen, die nicht größer als ein paar Tage sind.

Fig. 2 veranschaulicht in graphischer Darstellung die Pumpenfolgen, wobei die Zeitspanne der Betriebsdauer mit t ₁ bezeichnet sind, und die Fülldauer der Pumpenstation mit t ₂. Während des Zustromes kann die Fülldauer t ₂ sich verändern.

Die obige Beschreibung hat sich lediglich mit jenem Fall befaßt, bei welcher die Stillstandszeit definiert war als

Will man außerdem noch die Messung definieren, die dann durchzuführen ist, wenn die Stillstandsperiode die folgende Gleichung erfüllt:

so findet die Messung automatisch immer dann statt, wenn die Stillstandsperiode zwischen diesen Grenzwerten liegt, wobei X und Y Koeffizienten sind, deren Werte entsprechend dem Aufbau des Pumpensystemes definiert sind.

Der Koeffizient Y wird beispielsweise mit 7 gewählt, falls X=5 ist. Gibt man einen unteren und einen oberen Grenzwert für die Stillstandsperiode t ₂ vor, der die Messung auslöst, so läßt sich eine weitere Verringerung der Meßungenauigkeit erzielen.

Um sicherzustellen, daß das Intervall zwischen den Messungen nicht unzulässig groß wird, läßt sich ein Zähler in der logischen Kontrolleinheit programmieren, um die Anzahl der ausgeführten Messungen aufzuzeichnen. Am Ende eines gewünschten Intervalles, beispielsweise eines jeden Monats, können die Zählerwerte abgelesen werden, um die Anzahl der Messungen zu erfassen. Ist die erfaßte Anzahl unzulässig niedrig, so lassen sich die Koeffizienten X und Y entsprechend justieren. Die logische Kontrolleinheit kann dahingehend programmiert werden, daß sie dann ein visuelles oder akustisches oder elektrisches Signal, das letztere an ein Fernkontroll­ netz, abgibt, wenn die Pumpenarbeit unterhalb einen vorgegebenen Minimalwert fällt. Ist ein Alarmsignal nicht erwünscht, so kann man die Meßdaten im Regelspeicher speichern, um sie später durch eine Kontrollperson in Verbindung mit einer allgemeinen Betriebskontrolle ablesen zu lassen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Überwachen der Arbeitsweise und des Ausganges einer Abwasser-Pumpstation, wobei eine Betriebsstörung der Abwasser-Pumpstation wie ein Ver­ stopfen oder eine Leckage innerhalb der Pumpe, des Rohr­ leitungssystems oder Ventilen erfaßt wird, oder eine Verringerung der abgegebenen Menge aufgrund eines Pumpenverschleißes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überwachungsgerät, das in der Abwasser-Pumpstation ange­ ordnet ist, eine ständige Überwachung der Pumpenausgangswerte ausführt und zu einem bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkt die Werte mit gemessenen Bezugs­ werten vergleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs-Volumenstrom der Pumpe durch Strömungs­ messungen im Druckleitungsnetz ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anstieg des Flüssigkeitsniveaus zufolge des Zustromes und das Flüssigkeitsniveau sowie die Pumpzeit­ dauer ermittelt werden, um die Pumpenausgangswerte zu bestimmen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenausgangswerte ermittelt werden aus Anstiegswerten des Flüssigkeitsniveaus zufolge des Zulaufes aus den Flüssigkeits-Niveauhöhen, und aus der Pumpenzeitdauer, die notwendig ist, um den Flüssig­ keitsspiegel von einem vorgegebenen Wert auf einen weiteren vorgegebenen Wert anzuheben.

5. Überwachungsgerät für eine Abwasser-Pumpstation gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus herkömmlichen Strömungsmeßgeräten und Grenzwert-Sensoren besteht, verbunden mit einer Alarmeinheit, die dann ein Alarmsignal abgibt, wenn vorgegebene Grenzwerte über­ bzw. unterschritten werden.