DE4243118A1 - Maintaining constant press. in hydraulic system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Konstant haltung des Druckes in einem hydraulischen System, welches neben unter Druck stehenden Schlauch- und/oder Rohrleitungen eine hydrodynamisch wirkende Pumpe zum Druckaufbau und ggf. zur Volumenförderung aufweist und aus dem über der Zeit schwankende Volumenströme an Verbrauchstellen abgenommen werden, wobei hinter dem Pumpenausgang eine Zustandsgröße der zu den Verbrauchsstellen führenden Leitungen gemessen wird, und hiervon ausgehend eine einen Regler und ein Stellglied, z. B. einen Leistungs-Thyristor, umfassender Signalpfad auf die Pumpendrehzahl (n) rückwirkt. Dieses bekannte Verfahren und die zugehörige bekannte regeltechnische Vorrichtung bezwecken eine möglichst konstante Regelung des Druckes über der Zeit unabhängig von den entnommenen Volumenströmen. Die Konstanz des Druckes wird insbesondere gestört durch die schwankenden Volumenströme.The invention relates to a method for constant attitude of pressure in a hydraulic system, which in addition to pressurized hose and / or piping a hydrodynamically acting pump for pressure build-up and if necessary for volume promotion and out of the over time fluctuating volume flows at points of consumption decreased be behind the pump output a state variable of measured to the points of consumption, and starting from this, a regulator and an actuator, for. B. a power thyristor, comprehensive signal path on the Pump speed (n) reacts. This known method and the associated known control technical device purpose a constant as possible control of the pressure over time independent of the extracted volume flows. The constancy The pressure is particularly disturbed by the fluctuating Volume flows.
Wie bei jedem geregelten System, so gibt es auch hier Regel abweichungen, also Differenzen zwischen einem Soll-Wert einer Größe - hier der Druck - und ihrem Ist-Wert. Der Bereich zwischen dem kleinsten Ist-Wert der geregelten Größe und dem größten Ist-Wert heiße Regelintervall. Egal welche Maschinen (auch Verbrauchsstellen genannt) ein hydraulisches Netz antreibt, der beabsichtigte Betrieb setzt einen bestimmten Mindestdruck im hydraulischen Netz voraus; das hydraulische Netz muß so geregelt werden, daß die Untergrenze des Regel intervalles, also der tatsächlich kleinste Wert, auf oder über dem Mindestdruck der Verbrauchsstellen liegt. As with any regulated system, there is also a rule here Deviations, ie differences between a target value of a Size - here the pressure - and its actual value. The area between the smallest actual value of the controlled variable and the largest actual value is the hot rule interval. No matter what machines (also called consumption points) a hydraulic network drives, the intended operation sets a certain Minimum pressure in the hydraulic network ahead; the hydraulic Network must be regulated so that the lower limit of the rule interval, ie the actually smallest value, up or over the minimum pressure of the consumption points.
Desto größer das Regelintervall ist, desto mehr muß der über der Zeit gemittelte tatsächliche Druck über dem Mindestdruck liegen. Die Druckregelung erfolgt nach dem Stand der Technik in der Weise, daß - so genau wie möglich - der tatsächliche Druck gemessen und mit einem Solldruck, der umso mehr über dem Mindestdruck festgelegt muß, desto schlechter die Qualität der Messung und Regelung ist, verglichen wird, die so ermittelte Regelabweichung in einen Regler, üblicherweise einen PI- oder einen PID-Regler, gegeben wird und das so ermittelte Ausgangs signal des Reglers auf ein Stellglied, z. B. eine Thyristor schaltung oder einen Transformator geschaltet wird, welches auf die Pumpendrehzahl n einwirkt.The larger the control interval is, the more must the over the time averaged actual pressure above the minimum pressure lie. The pressure control takes place according to the prior art in such a way that - as accurately as possible - the actual Pressure measured and with a set pressure, the more over the Set the minimum pressure, the worse the quality of the Measurement and regulation is compared, the thus determined Control deviation in a controller, usually a PI or a PID controller, is given and the thus determined output signal of the controller to an actuator, z. B. a thyristor circuit or a transformer is switched, which acting on the pump speed n.
Hydrodynamisch wirkende Pumpen, insbesondere Kreiselpumpen, haben gegenüber Kolbenpumpen den Vorteil, keine hin- und hergehende Teile zu haben, sondern nur ein oder mehrere sich kontinuierlich drehende Schaufelkränze. Im Zusammenwirken damit, daß keine Kräfte zwischen der Peripherie eines Schaufelkranzes und der Innenwandung des Pumpengehäuses übertragen zu werden brauchen, die dortige Dichtung also berührungsfrei sein kann, erreichen solche Pumpen eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit bei großer Lebensdauer.Hydrodynamically acting pumps, in particular centrifugal pumps, have the advantage over piston pumps, no back and forth to have her parts, but only one or more continuously rotating blade rings. In cooperation with no forces between the periphery of a Blade ring and the inner wall of the pump housing to be transferred, so the seal there can be non-contact, such pumps reach one Extremely high reliability with a long service life.
Nachteiligerweise verbrauchen hydrodynamisch wirkende Pumpen bereits zur Aufrechterhaltung eines Druckes, also nicht erst bei eintretendem Volumenstrom, Energie. Besonders in solchen Hydrauliknetzen, die nur über kurze Zeiträume wesentlichen Volumenstrom bereitstellen müssen und während langer Phasen keinen oder nur einen geringen Volumenstrom liefern müssen, dies aber bei ständiger Bereitschaft zum maximalen Volumen strom und bei Aufrechterhaltung des Druckes, ist der nur zur Druckaufrechterhaltung verbrauchte Energieanteil gegenüber dem Anteil, der während der Volumenstrom-Phasen verbraucht wird, beträchtlich. Disadvantageously, hydrodynamically acting pumps consume already to maintain a pressure, so not only at entering volume flow, energy. Especially in such Hydraulic networks, which are essential only for short periods Must provide volume flow and during long phases have to deliver no or only a small volume flow, but with constant readiness for maximum volume current and while maintaining the pressure, that is only for Pressure maintenance consumed energy share over that Proportion that is consumed during the volume flow phases, considerably.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch von Hydrauliknetzen zu senken. Dazu wollen die Erfinder das Regelintervall verkleinern, so daß ein geringerer mittlerer Druck ausreicht, um den Mindestdruck zu garantieren. Zur Aufrechterhaltung eines geringeren Druckes reicht nämlich eine geringere Pumpenleistung aus.The invention is based on the object of energy consumption from hydraulic networks. The inventors want that Decrease the rule interval, so that a lower average Pressure is sufficient to guarantee the minimum pressure. to Maintaining a lower pressure is sufficient lower pump capacity.
In der Regel kriegt der Käufer einer Pumpe deren Kennfeld in der Darstellungstechnik gemäß Fig. 1a mitgeliefert; in den Fällen, wo dies nicht der Fall sein sollte, muß der Kunde das Kennfeld durch Messungen selbst ermitteln, was dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bereitet.As a rule, the purchaser of a pump gets its characteristic diagram in the illustration technique according to FIG. 1a; in cases where this should not be the case, the customer must determine the map itself by measurements, which does not cause any difficulties for the expert.
Um das erste erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, wird zunächst aus dem zur verwendeten Pumpe gehörenden Pumpenkennfeld (p, dV/dt, n) die Funktion der Pumpendrehzahl (n) in Abhängigkeit vom Druck (p) und dem Volumenstrom (dV/dt) ermittelt. Vorzugsweise geschieht dies in Form einer stetig differenzierbaren Funktion von den beiden Variablen Druck und Volumenstrom. Es ist aber auch möglich, Tabellen einzugeben.In order to be able to carry out the first method according to the invention, is first from belonging to the pump used Pump map (p, dV / dt, n) the function of the pump speed (n) depending on the pressure (p) and the volume flow (dV / dt) determined. This is preferably done in the form of a steady differentiable function of the two variables pressure and Volume flow. It is also possible to enter tables.
(Als Symbol für den Volumenstrom ist ein großes V mit darüber gestelltem Punkt gängig; leider kann dieses Schreibsystem das aber nicht schreiben. Deshalb wird behelfsweise das Zeichen dV/dt oder auch Q als Synonym zum nicht darstellbaren V-Punkt benutzt, während in den Figuren das üblichere Symbol V-Punkt verwendet wird.)(As a symbol for the volume flow is a large V with it above common point; Unfortunately, this writing system can do that but do not write. Therefore, the sign becomes makeshift dV / dt or Q synonymous with the non-representable V-point used, while in the figures the more common symbol V-point is used.)
Anhand der Fig. 1 soll dieser erste Schritt erläutert werden: Die verwendete Pumpe habe ein Kennfeld wie in Fig. 1a oder 1b angegeben. Beide Figuren unterscheiden sich nur in ihrer Dar stellungstechnik voneinander.With reference to FIG. 1, this first step is to be explained: The pump used have a map as shown in Fig. 1a or 1b. Both figures differ only in their Dar positioning technology from each other.
Das hier beispielhaft angegebene Feld läßt sich sehr gut durch
folgende Gleichung beschreiben:
p = 5 bar/9 000 000 × (n/[U/min])2 - 5 bar/10 000 × (Q/[m3/h])2
äquivalent zu:
p = 0,5555 bar × (n/1000)2 - 0,000.5 bar × Q2, wobei
n die Pumpen-Drehzahl pro Minute ist, die dimensionslos
einzusetzen ist und
Q der Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde ist, der
ebenfalls dimensionslos einzusetzen ist.The field given here by way of example can be described very well by the following equation:
p = 5 bar / 9,000,000 × (n / [rpm]) 2 - 5 bar / 10,000 × (Q / [m 3 / h]) 2
equivalent to:
p = 0.5555 bar × (n / 1000) 2 - 0.000.5 bar × Q 2 , where
n is the pump speed per minute, which is dimensionless to use and
Q is the volume flow in cubic meters per hour, which is also dimensionless to use.
Diese Gleichung wird nun nach n aufgelöst (Hätte man es nur
mit einer Datentabelle zu tun, was auch möglich ist, so wäre
die Tabelle nun nach n umzuordnen.):
n = f(p, Q) = (1 800 000 p + 900 Q2)0,5.This equation is now resolved to n (If only one data table had to be used, which is possible, the table would now have to be redirected to n.):
n = f (p, Q) = (1 800 000 p + 900 Q 2 ) 0.5 .
Dabei ist der Druck p in bar dimensionslos einzusetzen; bezüglich der Symbole Q und n siehe die Erläuterungen zur Gleichung zuvor.The pressure p is to be used dimensionless in bar; For the symbols Q and n, see the explanatory notes to Equation before.
Es ist der Fall besonders wichtig, wo der Solldruck pSoll fest vorgegeben werden kann, also nicht verstellbar zu sein braucht und wo die Druckschwankungen gering sind im Verhältnis zum zeitlichen Mittelwert des Druckes, weil eben dies das Ziel der Druckregelung ist. In diesem Fall kann statt der Variablen Druck p auch die Konstante Solldruck pSoll eingesetzt werden. Dies sei an einem Beispiel erläutert:It is the case particularly important where the target pressure p target can be fixed, so it does not need to be adjustable and where the pressure fluctuations are small in relation to the time average of the pressure, because this is precisely the aim of the pressure control. In this case, instead of the variable pressure p, the constant setpoint pressure p setpoint can also be used. This is explained by an example:
Aufbauend auf den in Fig. 1 dargestellten Fall betrage der
Solldruck 3,0 bar. Als erforderliche Pumpendrehzahl n für
einen Volumenstrom Q ergibt sich dann:
n = (5 400 000 + 900 Q2)0,5.
Based on the case shown in Fig. 1, the target pressure is 3.0 bar. The required pump speed n for a volume flow Q is then:
n = (5 400 000 + 900 Q 2 ) 0.5 .
Als Tabelle dargestellt lautet diese Funktion:As a table, this function is:
In der dreidimensionalen Fig. 1b erscheint diese Funktion gestrichelt als Schnittlinie der 3,0-bar-Ebene mit der doppeltparabolisch gewölbten Fläche; zur Verdeutlichung sind einige Punkte mit ihren Koordinaten markiert. Als Fig. 1c ist diese zweidimensionale Funktion selbst dargestellt.In the three-dimensional Fig. 1b, this function appears in dashed lines as a section line of the 3.0 bar plane with the double parabolic curved surface; for clarity, some points are marked with their coordinates. As Fig. 1c, this two-dimensional function itself is shown.
Die gewonnene Funktion n(Q)pSoll bzw. nach n geordnete Tabelle wird zumindest annähernd als Übertragungsfunktion in einem Regler gespeichert. Dieser Regler sollte möglichst kein Zeitverhalten haben, das heißt, möglichst keine Verzögerung, kein I- und kein D-Verhalten. Man könnte ihn also als nicht- linearen P-Regler bezeichnen oder auch als Rechenglied in Echtzeit. Als Eingangssignal wird an diesen Regler das Ausgangssignal des Volumenstrommessers - und, sofern nicht unverstellbar festgelegt, der Solldruck - angeschlossen. Danach ist die Regelvorrichtung betriebsbereit für das automatisch ablaufende Verfahren nach Anspruch 1.The obtained function n (Q) p set or n-order table is stored at least approximately as a transfer function in a controller. This controller should as far as possible have no time behavior, that is, as far as possible no delay, no I and no D behavior. One could therefore call it a nonlinear P-controller or a real-time computational element. As an input signal to this controller, the output signal of the volumetric flow meter - and, if not set unchangeable, the target pressure - connected. Thereafter, the control device is ready for the automatically running process according to claim 1.
Allen Varianten erfindungsgemäßer Regelverfahren ist gemein, daß der Volumenstrom gemessen wird. In der Variante nach Anspruch 1 wird allein hieraus die erforderliche Drehzahl errechnet, um den Solldruck zu erhalten. Bei der Weiter bildung nach Anspruch 2, die die Verstellung des Solldruckes erlaubt, ist im Regler als Übertragungsfunktion n(Q, p) zu speichern und es ist als Druck p der Solldruck einzugeben.All variants of control methods according to the invention are common, that the volume flow is measured. In the variant after Claim 1 alone becomes the required speed calculated to obtain the target pressure. At the next Education according to claim 2, which is the adjustment of the desired pressure allowed, is in the controller as a transfer function n (Q, p) too Save and it is as pressure p to enter the target pressure.
In welcher Weise die erforderliche Drehzahl realisiert wird, insbesondere ob durch direkte Einwirkung auf ein Stellglied, z. B. Thyristor-Schaltung oder Trafo oder Verstellung eines stufenlos schaltbaren Getriebes oder durch eine Unterregel schleife, ist unwesentlich, zumal dem Fachmann diesbezüglich zumindest die aufgezählten Varianten geläufig sind.In what way the required speed is realized, in particular whether by direct action on an actuator, z. B. thyristor circuit or transformer or adjustment of a continuously variable transmission or by a sub-rule loop, is immaterial, especially the expert in this regard at least the enumerated variants are common.
Wird beim Verfahren nach Anspruch 1 auf eine Druckmessung ganz verzichtet, genügt eine besonders einfache Vorrichtung. Der grundlegende Gedanke der Erfindung ist der, daß die Volumenstrommessung gegenüber der bislang für erforderlich gehaltenen Druckmessung den Vorteil hat, daß sie zumindest bei praktisch inkompressiblen Fluiden, also Flüssigkeiten, trägheitsärmer gemessen werden kann, als der Druck:Is in the method of claim 1 to a pressure measurement completely omitted, a particularly simple device is sufficient. The basic idea of the invention is that the Volume flow measurement compared to the previously considered necessary held pressure measurement has the advantage that they at least at practically incompressible fluids, ie liquids, can be measured as the pressure:
Während insbesondere bei langen Leitungswegen zwischen einem plötzlich Volumenstrom aufnehmendem Verbraucher einerseits und dem üblicherweise in der Nähe der Pumpe angeordnetem Meßorgan andererseits erhebliche Zeit verstreicht, bis die vom Verbraucher ausgelöste Druckabfallswelle das Meßorgan - nach dem Stand der Technik wäre es ein Druckmesser - erreicht, stimmen der Volumenstrom am Verbraucher - bzw. die Summe der Volumenströme aller Verbraucher - mit dem an der Meßstelle aufgrund der Inkompressibilität des Mediums nahezu verzögerungsfrei überein.Especially during long cable routes between a suddenly volume flow consuming consumer on the one hand and the usually arranged in the vicinity of the pump measuring element On the other hand, considerable time elapses before the Consumer triggered pressure drop wave the measuring device - after the state of the art it would be a pressure gauge - achieved vote the volume flow at the consumer - or the sum of Flow rates of all consumers - with the at the measuring point almost due to the incompressibility of the medium match without delay.
Die Übereinstimmung wird zwar durch die Elastizität der Schlauch- und/oder Rohrwandungen gestört, denn elastische Rohrweitungen bzw. -schrumpfungen wirken wie Füllung bzw. Leerung verteilter Speicher, aber die meisten Hydrauliknetze sind schon aus Sicherheitsgründen so stark bemessen, daß dieser Störeffekt hinreichend klein bleibt.The agreement is indeed by the elasticity of the Hose and / or pipe walls disturbed, because elastic Pipe widening or shrinking act like filling or Emptying distributed memory, but most hydraulic networks are already so heavily dimensioned for safety reasons that this disturbing effect remains sufficiently small.
Die Lösung nach Anspruch 1 ist ein Grenzfall zwischen Regelung und Steuerung: Für die Bezeichnung als "Regelung" spricht, daß eine Zustandgröße des zu regelnden Hydrauliknetzes, nämlich der Volumenstrom, gemessen wird und nicht etwa eine externe Störgröße, z. B. die Ventilstellung an den Verbrauchern. Für eine Bezeichnung als "Steuerung" spricht, daß nicht die auf einen bestimmten Sollwert einzustellende Größe, nämlich der Druck, gemessen wird, sondern eine andere, nämlich der Volumenstrom. Weiterhin spricht gegen die Bezeichnung als "Regelung", daß der Istdruck nicht mit dem Solldruck verglichen wird, also keine Regelabweichung ermittelt wird. The solution according to claim 1 is a limiting case between regulation and control: For the term as "regulation" speaks that a state size of the regulated hydraulic network, namely the volume flow is measured and not an external one Disturbance, z. B. the valve position on the consumers. For a designation as "control" speaks that not on a certain set value to be set, namely the Pressure is measured, but another, namely the Volume flow. Furthermore speaks against the designation as "Regulation" that the actual pressure does not match the target pressure is compared, so no deviation is determined.
Da der Kern der Erfindung in all ihren Varianten der ist, zumindest unter anderem eine Volumenstrommessung zur Einstellung eines Druckes (ggf. neben einer Druckmessung und/oder einer Temperaturmessung, um die über der Temperatur schwankende Dichte des Fluids erfassen zu können) heranzu ziehen, kann die wie auch immer definierte Grenze zwischen "Steuerung" und "Regelung" keine Grenze des Schutzumfanges sein. Vielmehr liegt ein Teil der Leistung der Erfinder darin, sich über die für das anstehende Problem unzweckmäßigen Begriffsgrenzen hinweggesetzt zu haben.Since the gist of the invention is in all its variants, at least among other things a volume flow measurement for Setting a pressure (if necessary next to a pressure measurement and / or a temperature measurement that is above the temperature to detect fluctuating density of the fluid) can draw, whatever the boundary between "Control" and "Control" no limit of the scope of protection his. Rather, part of the achievement of the inventors is about the inappropriate for the upcoming problem To have overstepped conceptual boundaries.
Während die Aufgabe an die Erfinder lautete, ein verbessertes Druckregelverfahren anzugeben, ist der Wortbestandteil "Regelung" im Titel und in den ersten Zeilen der unabhängigen Ansprüche vermieden, um wenigstens dort eine Kollision mit der üblichen Begriffswelt zu umgehen; daß dies nicht vollständig gelingt (wie im Begriff "Regler") ist nicht den Erfindern anzulasten, sondern liegt daran, daß der nächstliegende Stand der Technik eindeutig ein Druckregelverfahren ist, der bei einem zweiteiligen Anspruch im Oberbegriff anzugeben ist.While the task was to the inventors, an improved Specifying pressure control method is the word component "Regulation" in the title and in the first lines of the independent Claims avoided, at least there a collision with the to bypass the usual conceptual world; that this is not complete succeeds (as in the term "regulator") is not the inventors but is because the nearest stand The technique is clearly a pressure control method that is at a two-part claim in the preamble is to specify.
In der Lösung nach Anspruch 3 wird neben dem Volumenstrom auch die Drehzahl gemessen; vorzugsweise wird auch in diesem Fall von einer Messung des - zu "regelnden" - Druckes abgesehen. Diese Lösung erfüllt mehr Merkmale eines "Regelverfahrens" insofern, als der Ist-Druck bestimmt (allerdings nicht gemessen sondern aus den beiden genannten gemessenen Größen errechnet) und mit dem Solldruck über ein Differenzglied verglichen wird, also auch eine Regelabweichung ermittelt wird, welche - vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines an sich bekannten PI- oder PID-Reglers auf ein Stellglied oder eine Unterregelschleife zur Realisierung der passenden Drehzahl einwirkt. Ob das ausreicht, um diese Lösung als "Regelung" zu bezeichnen oder nicht, soll dahingestellt bleiben, nachdem ausführlich dargelegt ist, was gemeint ist. Die Neuerung liegt bei dieser Lösung in dem Teil, der den aktuellen Druck ermittelt. Ausgehend von dem in der Regel vorliegenden, ansonsten ausgehend von dem durch eine dem Fachmann geläufige Meßreihe zu ermittelnden Pumpenkennfeld wird vorzugsweise eine Gleichung ermittelt, die den Druck p als Funktion des Volumenstromes Q und der Pumpendrehzahl n darstellt; sofern eine ermittelte Wertetabelle hinreichend fein ist, kann aber auch die Ordnung einer solchen Tabelle nach dem Druck p ausreichen.In the solution according to claim 3, in addition to the volume flow also the speed measured; preferably also in this case apart from a measurement of the - to "regulating" - pressure. This solution fulfills more features of a "regulatory procedure" insofar as the actual pressure is determined (but not but measured from the two mentioned measured quantities calculated) and with the target pressure via a differential element is compared, so also determined a control deviation is, which - preferably with the interposition of a known PI or PID controller on an actuator or a sub-loop to realize the matching Speed acts. Whether that's enough for this solution To designate "regulation" or not, should be left open remain after having explained in detail what is meant. The novelty lies with this solution in the part, which the current pressure determined. Starting from that, as a rule present, otherwise starting from the by a Professional common measurement series to be determined pump map Preferably, an equation is determined which the pressure p as a function of the volume flow Q and the pump speed n represents; if a determined value table is sufficient fine, but can also be the order of such a table after the pressure p suffice.
Für den Beispielfall einer Pumpe mit Kennfeld gemäß der
(inhaltsgleichen) Fig. 1a oder 1b ist bereits eine solche
Gleichung auf Seite 4 ermittelt; sie lautet:
p = 0,5555 bar × (n/1000)2 - 0,000.5 bar × Q2, wobei
n die Pumpen-Drehzahl pro Minute ist, die dimensionslos
einzusetzen ist und
Q der Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde ist, der
ebenfalls dimensionslos einzusetzen ist.For the example of a pump with map according to the (same content) Fig. 1a or 1b, such an equation is already determined on page 4; it is:
p = 0.5555 bar × (n / 1000) 2 - 0.000.5 bar × Q 2 , where
n is the pump speed per minute, which is dimensionless to use and
Q is the volume flow in cubic meters per hour, which is also dimensionless to use.
Diese Gleichung wird nun als Übertragungsfunktion im Regler gespeichert und die Ausgänge der Drehzahl- und Volumenstrom messung werden an die entsprechenden Eingänge dieses Reglers angeschlossen, wonach dieser am Ausgang einen errechneten Druck abgibt. Der so errechnete Druckwert ist insbesondere bei raschen Volumenstromänderungen genauer, ermöglicht eine präzisere Einstellung der zum gewünschten Druck passenden Pumpendrehzahl und ermöglicht - auch ohne Druckmessung - eine genauere Druckregelung. Abgesehen von der originellen Ermittlung des Druckes erfolgt die weitere Druckregelung wie an sich im Stand der Technik bekannt, also durch Vergleich des (errechneten) Ist-Druckes mit dem Solldruck in einem Differenzglied und Eingabe der so ermittelten Regelabweichung auf einen Regler, vorzugsweise mit PI- oder PID-Verhalten. This equation is now used as a transfer function in the controller stored and the outputs of the speed and flow Measurement will be sent to the corresponding inputs of this controller connected, after which this one calculated at the output Gives off pressure. The thus calculated pressure value is especially at rapid volume flow changes more accurate, allows a more precise adjustment of the desired pressure Pump speed and allows - even without pressure measurement - a more accurate pressure control. Apart from the original Determining the pressure, the further pressure control takes place known in the art, ie by comparing the (calculated) actual pressure with the target pressure in one Differential element and input of the thus determined control deviation to a controller, preferably with PI or PID behavior.
Eine Unterregelschleife um die Pumpe samt ihrem Antriebsmotor herum statt eines direkt wirkenden Stellgliedes ist möglich. An ihrem Anfang wird die Pumpendrehzahl (n(t)) gemessen und danach mit der gemäß vorheriger Beschreibung als erforderlich ermittelten Drehzahl als Sollwert (nSoll ) verglichen. Die so ermittelte Regelabweichung (dn(t)) des Unteregelkreises wirkt in an sich bekannter Weise über einen weiteren Regler - vorzugsweise zumindest mit PI- evtl. auch mit PID-Verhalten - und ein Stellglied auf die Pumpendrehzahl n korrigierend ein.A Unterregelschleife around the pump, including its drive motor around instead of a direct-acting actuator is possible. At its beginning, the pump speed (n (t)) is measured and then compared with the speed determined as required according to the previous description as a setpoint value (n set point ). The so determined deviation (dn (t)) of the lower control loop acts in a conventional manner via another controller - preferably at least with PI possibly also with PID behavior - and an actuator to the pump speed n corrective on.
Eine Unterregelschleife empfiehlt sich gegenüber einem direkt wirkenden Stellglied, wenn der Zusammenhang zwischen Stellung des Stellgliedes und tatsächlicher Pumpendrehzahl nicht oder nur zu ungenau angegeben werden kann, z. B. wegen Schwankungen in dem den Motor speisenden Stromnetz oder wegen Viskositäts schwankungen des Druckmediums, oder wegen schwankenden Schlupfes bei reibschlüssigen Getrieben. Weil die Gefahr des Aufschaukelns durch das Zeitverhalten der Unterregelschleife in Verbindung mit einer Lösung nach Anspruch 1, die besonders kleine Trägheiten erlaubt, kleiner ist als in Verbindung mit einer Lösung nach Anspruch 3, empfiehlt sich diese Kombination dort, wo bei zu erwartenden zufälligen Antriebsstörungen flinkes Regelverhalten gefordert wird. Ansonsten bereitet das direkt wirkende Stellglied weniger Aufwand und ermöglicht ein flinkeres Ansprechen, also eine besonders weitgehende Absenkung des Solldruckes bis kurz vor den Mindestdruck.A sub-loop is recommended to one directly acting actuator, if the relationship between position the actuator and actual pump speed is not or can only be given to inaccurate, z. B. due to fluctuations in the power supply network or due to viscosity fluctuations in the pressure medium, or because of fluctuating Slippage in frictional transmissions. Because the danger of Boosting by the timing of the sub-loop in connection with a solution according to claim 1, especially small inertias allowed, smaller than in conjunction with a solution according to claim 3, this combination is recommended where, where expected random drive disturbances nimble control behavior is required. Otherwise that prepares direct acting actuator less effort and allows one nimble response, so a particularly extensive Lowering the target pressure until just before the minimum pressure.
Nachdem bislang alle Fachleute davon ausgegangen sind, daß eine zu regelnde Größe, hier der Druck, zunächst gemessen werden muß, um einen aktuellen Ist-Wert mit einem Sollwert vergleichen zu können, sind die radikalsten Ausführungen dieses erfinderischen Gedankens dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Ist-Druck überhaupt nicht gemessen sondern aus anderen Größen errechnet wird. Diese Varianten sind Gegenstand des auf Anspruch 1 oder 3 rückbezogenen Anspruches 5. After all experts have assumed that a variable to be regulated, here the pressure, first measured must be to get a current actual value with a setpoint being able to compare are the most radical versions This inventive idea is characterized in that the current actual pressure is not measured at all but off other sizes is calculated. These variants are the subject of claim 1 or 3 back claim 5.
Unbeschadet dessen ist aber auch Schutz für weniger radikale Ausführungsformen gerechtfertigt, in denen ein erfindungs gemäßer Pfad, in dem (zumindest unter anderem) der Volumen strom gemessen wird, parallel geschaltet ist zu einem an sich bekannten Pfad, wo der aktuelle Druck durch einen Druckmesser bestimmt wird und wo beide Meßsignale nach ihrer Verarbeitung auf die Pumpendrehzahl (n(t)) einwirken. Das Ausfallrisiko solcher Kombinationslösungen ist nicht nur durch die Redundanz beider Bestimmungsarten als solche reduziert, sondern ermöglicht synergistisch auch die gegenseitige Kontrolle beider nach unterschiedlichen Prinzipien funktionierenden Pfade. (Analog zu einigen Sicherheitssystemen in der Luftfahrt, z. B. dort verwendeten Kolbenmotoren, die nicht etwa über zwei gleichartige sondern zwei verschiedenartige Zündsysteme, nämlich ein magnetisches und ein elektrisches, parallel gezündet werden.) Auch scheint es möglich zu sein, daß spezifische Meßfehler der verschiedenen Wirkprinzipien zu weitgehender gegenseitiger Auslöschung geführt werden.Notwithstanding this, protection is also less radical Justified embodiments in which a fiction, proper path, in which (at least among other things) the volume current is measured, is connected in parallel to a per se known path, where the current pressure through a pressure gauge is determined and where both measurement signals after their processing acting on the pump speed (n (t)). The default risk Such combination solutions is not only due to the redundancy Both types of determination are reduced as such, but synergistically also allows mutual control both working according to different principles Paths. (Analogous to some security systems in the Aviation, z. B. piston engines used there, not about two similar but two different types Ignition systems, namely a magnetic and an electrical, ignited in parallel.) It also seems possible that specific measurement error of the various principles of action too far-reaching mutual extinction.
Wird ein von einer Druckmessung ausgehender - an sich bekannter - Pfad mit einem solchen nach Anspruch 1 kombiniert, so wird zweckmäßigerweise in dem vom Druckmesser ausgehenden Pfad der aktuelle Druckmeßwert (pm(t)) mit dem Solldruck (pSoll) über ein Differenzglied (D2) verglichen und die so ermittelte Regelabweichung (dpm(t)) in an sich bekannter Weise auf einen PI- oder PID-Regler gegeben, wonach das so ermittelte Signal - ggf. gewichtet über ein Proportionalitäts glied (K1) - über ein Summenglied (A) mit dem gegebenenfalls über ein Proportionalitätsglied (K2) gewichteten Ausgangssignal des Reglers (4) zu einem Mittelwert kombiniert wird und das so ermittelte Kombinationssignal direkt über ein auf die Pumpen drehzahl (n) einwirkendes Stellglied (S) oder über ein in einem Unterregelkreis gemäß Anspruch 6 angeordnetes Stellglied (S) die geeignete Drehzahl realisiert. If a path originating from a pressure measurement is combined with a path known per se according to claim 1, the current pressure measurement value (p m (t)) with the target pressure (p desired ) is expediently carried out in the path starting from the pressure meter via a differential element (FIG. D2) and the deviation thus determined (dp m (t)) in a known manner to a PI or PID controller, after which the thus determined signal - possibly weighted via a proportionality member (K1) - via a summation element (A) is combined with the possibly via a proportionality element (K2) weighted output signal of the controller ( 4 ) to an average value and the thus determined combination signal directly via an on the pump speed (n) acting actuator (S) or via a in a sub-loop arranged according to claim 6 actuator (S) realizes the appropriate speed.
Wird ein von einer Druckmessung ausgehender - an sich bekannter - Pfad hingegen mit einem solchen nach Anspruch 3 kombiniert, so wird zweckmäßigerweise der aktuelle Druck meßwert (pm(t)) - ggf. über ein Proportionalitätsglied (K1) gewichtet - mit dem - ggf. über ein Proportionalitätsglied (K2) gewichteten -, im von der Volumenstrommessung ausgehenden Pfad im Regler (4) gemäß Anspruch 3 errechneten Druckwert (p(t)) zu einem Mittelwert kombiniert, welcher sodann als Druckwert in an sich bekannter Weise auf einen PI- oder PID-Regler gegeben wird, wonach das so ermittelte Signal direkt über ein auf die Pumpendrehzahl (n) einwirkendes Stellglied (S) oder über ein in einem Unterregelkreis gemäß Anspruch 6 angeordnetes Stellglied (S) die geeignete Drehzahl realisiert.If an outgoing from a pressure measurement - known per se - path, however, combined with such a claim 3, then the current pressure is measured value (p m (t)) - possibly weighted via a proportional element (K1) - with the - if necessary A pressure value (p (t)) calculated in the controller ( 4 ) according to claim 3 via a proportionality element (K2), weighted in the controller ( 4 ), is combined into an average value which is then expressed as a pressure value in a manner known per se. or PID controller is given, according to which the signal thus determined realizes the appropriate speed directly via an actuator (S) acting on the pump speed (s) or via an actuator (S) arranged in a sub-control circuit according to claim 6.
Bei beiden Kombinationsverfahren empfiehlt sich eine einstellbare Gewichtung der redundanten Signale durch Proportionalitätsglieder, die hier als K1 und K2 bezeichnet werden; auf diese Weise kann der optimale Kompromiß zwischen beiden Signalen je nach dem Typ der regeltechnischen Aufgabe eingestellt werden. Bei Betriebsweisen, wo innerhalb kürzester Zeit der Volumenstrom von 0 auf sein Maximum oder umgekehrt gehen kann, ist der neuartige, von der Volumenstrommessung ausgehende Pfad besonders stark zu gewichten, bei nur allmählichen Volumenstromänderungen führt bisweilen jedoch eine stärkere Gewichtung des an sich bekannten Druckmessung zu genaueren Ergebnissen. Vorzugsweise werden beide Proportio nalitätsglieder so miteinander gekoppelt, daß immer die Summe der beiden Proportionalitätsfaktoren (K1 und K2) gleich 1 ist. Auf diese Weise bleibt das übrige regeltechnische Verhalten von der Einstellung der Gewichtung beider Signale weitgehend unabhängig. For both combination methods, one is recommended adjustable weighting of the redundant signals by Proportionality elements, referred to here as K1 and K2 become; In this way, the best compromise between both signals depending on the type of regulatory task be set. In modes of operation, where within the shortest possible time Time the volume flow from 0 to its maximum or vice versa can go is the novel, from the volumetric flow measurement outgoing path particularly strong, at only however, gradual changes in volume flow sometimes result a stronger weighting of the known pressure measurement more accurate results. Preferably, both proportio nalitätsglieder so coupled together, that always the sum of the two proportionality factors (K1 and K2) is equal to 1. In this way, the remaining rule-technical behavior remains from setting the weighting of both signals largely independently.
Aus den Verfahrensansprüchen und den in dieser Beschreibung dazu gegebenen Erläuterungen ergeben sich unmittelbar Anweisungen zum Bau für die Verfahrensdurchführung geeigneter Vorrichtungen zur Konstanthaltung des Druckes (p) in einem hydraulischen System, welches neben unter Druck stehenden Schlauch- und/oder Rohrleitungen eine hydrodynamisch wirkende Pumpe und Verbrauchstellen verstellbaren Volumenstromes aufweist, wobei sich zwischen dem Pumpenausgang und der bzw. den Verbrauchsstelle(n) ein Sensor zur Messung einer Zustands größe der zu den Verbrauchsstellen führenden Leitungen befindet, und wobei an das Meßorgan ein Regler und hieran wiederum ein Stellglied (S), z. B. einen Leistungs- Thyristor, oder eine Unterregelschleife zur Einstellung der Pumpendrehzahl (n) angeschlossen ist. In den - den Erfindern einzig bekannten - Fällen, wo nur ein einziges Meßorgan eingesetzt ist, liegt die Neuerung darin, daß das Meßorgan kein Druck- sondern ein Volumenstrommesser ist. Es können aber auch mehrere Meßorgane eingesetzt werden, z. B. ein Temperaturfühler, ein oder mehrere Druckmesser; das Entscheidende der Erfindung ist, daß zumindest unter anderem ein Volumenstrommesser eingesetzt ist.From the method claims and in this description Explanations given to this result directly Instructions for construction suitable for the implementation of the procedure Devices for keeping constant the pressure (p) in one hydraulic system, which in addition to pressurized Hose and / or piping a hydrodynamically acting Pump and consumption adjustable volume flow having, between the pump outlet and the or the point of consumption (s) a sensor for measuring a condition size of the lines leading to the points of consumption is located, and wherein the measuring element, a controller and this in turn an actuator (S), z. For example, a service Thyristor, or a sub-loop to adjust the Pump speed (s) is connected. In the inventors only known - cases where only a single measuring organ is used, the innovation lies in the fact that the measuring element is not a pressure but a volume flow meter. But it can also several measuring organs are used, for. B. a Temperature sensors, one or more pressure gauges; the Crucial to the invention is that at least among others a volumetric flow meter is used.
Die vom Volumenstrommesser ermittelten Daten können - im Gegensatz zu Daten eines Druckmessers - nicht direkt mit einem Solldruck verglichen werden; vielmehr bedarf es einer - vorzugsweise elektronischen - Datenverarbeitung. Dazu ist ein, vorzugsweise nur quasi-analog, also digital arbeitender, "Regler" (in den nachfolgenden Figuren mit Bezugszeichen 4 bezeichnet) vorgesehen, der eine nicht-lineare Übertragungs funktion gespeichert hat entsprechend dem zur verwendeten Pumpe gehörenden Pumpenkennfeld. The data determined by the volumetric flow meter can not be directly compared with a target pressure, in contrast to data of a pressure gauge; rather, it requires a - preferably electronic - data processing. For this purpose, a, preferably only quasi-analog, that is digitally operating, "controller" (in the following figures with reference numeral 4 ) provided that has a non-linear transfer function stored according to the pump used for the pump map.
Für eine Vorrichtung zur Verwirklichung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 9, also für ein Verfahren ohne Drehzahl messung, ist im Regler (4) zumindest annähernd entsprechend dem zur verwendeten Pumpe gehörenden Pumpenkennfeld (p, dV/dt, n) die Funktion der Pumpendrehzahl (n) in Abhängigkeit vom Volumenstrom (dV/dt) und entweder vom Druck (p) oder nur von einem Solldruck (pSoll) als Übertragungs funktion gespeichert. Als Eingangssignal ist der gemessene Volumenstrom (dV(t)/dt) und ggf. als Druck der Solldruck (pSoll) an den Regler (4) angeschlossen. For a device for implementing a method according to claim 1 or 9, that is, for a method without speed measurement, in the controller ( 4 ) at least approximately corresponding to the pump used for the associated pump map (p, dV / dt, n) the function of the pump speed ( n) depending on the volume flow (dV / dt) and either the pressure (p) or only from a setpoint pressure (p setpoint ) stored as a transfer function. The measured volume flow (dV (t) / dt) and, if necessary, the desired pressure (p setpoint ) are connected to the controller ( 4 ) as an input signal.
Für eine Vorrichtung zur Verwirklichung eines Verfahrens nach Anspruch 3 oder 10, also für ein Verfahren mit einer Drehzahl meßeinrichtung, ist im Regler (4) zumindest etwa entsprechend dem zur verwendeten Pumpe gehörenden Kennfeld (p, dV/dt, n) die Funktion des Druckes (p) in Abhängigkeit von der Pumpen drehzahl (n) und dem Volumenstrom (dV/dt) als Übertragungs funktion gespeichert. Als Eingangssignal ist der gemessene Volumenstrom (dV(t)/dt) und die Pumpendrehzahl (n) an den Regler (4) angeschlossen.For a device for implementing a method according to claim 3 or 10, that is, for a method with a speed measuring device, in the controller ( 4 ) at least approximately corresponding to the pump used for the characteristic map (p, dV / dt, n), the function of the pressure (P) depending on the pump speed (s) and the volume flow (dV / dt) stored as a transfer function. The measured volume flow (dV (t) / dt) and the pump speed (n) are connected to the controller ( 4 ) as input signal.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher erläutert. Es zeigtThe invention will be described in more detail below with reference to several figures explained. It shows
Fig. 1a das Kennfeld einer Kreiselpumpe, Fig. 1a, the map of a centrifugal pump,
Fig. 1b in räumlicher Darstellung das Kennfeld der gleichen Pumpe mit Schnittlinie der gekrümmten Kennfeldfläche zu einer Druckebene, FIG. 1b in spatial representation, the characteristic field of the same pump with section line of the curved surface map to a pressure level,
Fig. 1c in vergrößerter ebener Darstellung die zuvor genannte Schnittlinie, FIG. 1c, the aforementioned line of intersection in an enlarged planar view,
Fig. 2 eine besonders einfache Vorrichtung zur Konstant haltung des Druckes (Verfahren nach Ansprüchen 1 und 5 verwirklichend), Fig. 2 is a particularly simple device for maintaining a constant pressure (process according to claims 1 and 5 realizing)
Fig. 3 eine Vorrichtung wie Fig. 2 jedoch mit Drehzahlmessung und Unterregelschleife für die Motordrehzahl n statt direkt wirkendem Stellglied (Verfahren nach Ansprüchen 1, 5 und 6 verwirklichend), Fig. 3 shows an apparatus as shown in Fig. 2 but with the speed measurement and lower control loop for the engine speed (process according to claims 1, 5 and 6 realizing) n instead of directly acting actuator,
Fig. 4 eine andere Vorrichtung zur Druck-Konstanthaltung mit einem von einer Volumenstrommessung und einem von einer Druckmessung ausgehenden Pfad (Verfahren nach Ansprüchen 1, 8, 9 und 11 verwirklichend), Fig. 4 shows another apparatus for pressure constant to one of a volumetric flow measurement and an outgoing path of a pressure measurement (method of claims 1, 8, 9 and 11 realizing)
Fig. 5 eine andere Vorrichtung zur Konstanthaltung des Druckes mit nur einem, von einer Volumenstrommessung ausgehenden Pfad, in dem unter Mitberücksichtigung der gemessenen Pumpendrehzahl der aktuelle Druck errechnet und in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet wird (Verfahren nach Ansprüchen 3, 4 und 5 verwirklichend) und Fig. 5 shows another device for keeping the pressure constant with only one, emanating from a volume flow measurement path in which it is calculated taking also in consideration of the measured pump speed, the current pressure and further processed in a known manner (process according to claims 3, 4 and 5 realizing) and
Fig. 6 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 5, jedoch mit einem zweiten, von einer Druckmessung ausgehendem Pfad. Fig. 6 is a device similar to Fig. 5, but with a second outgoing from a pressure measurement path.
Fig. 1a zeigt das Kennfeld einer Kreiselpumpe in der dem Fachmann geläufigsten Darstellungsweise, nämlich als Kurven schar p über Q mit der Drehzahl n als Parameter. Entsprechend dem häufigsten Fall, in dem ein Drehstromasynchronmotor direkt, das heißt ohne ein die Drehzahl änderndes Getriebe eine Pumpe antreibt, ist als höchste Pumpendrehzahl (Leerlauf) 3000 Umdrehungen pro Minute eingetragen. Zum Koordinaten- Ursprung hingehend schließen sich daran die weiteren Graphen für kleinere Drehzahlen an; sie sind in Sprüngen von je 150 U/min eingetragen. Die Kurven entsprechen weitgehend nach unten weisenden Parabeln; von dieser Beobachtung ausgehend gelangt man zur algebraischen Darstellung, wie bereits auf Seite 4 oben dargelegt. Fig. 1a shows the characteristics of a centrifugal pump in the most familiar to the expert representation, namely as curves sharp p over Q with the speed n as a parameter. Corresponding to the most common case in which a three-phase asynchronous motor drives a pump directly, that is without a gearbox changing the speed, the highest pump speed (idle) is 3000 revolutions per minute. Going to the coordinate origin, the further graphs for lower speeds follow; They are registered in jumps of 150 rpm. The curves correspond largely to downward-pointing parabolas; Starting from this observation, one arrives at the algebraic representation, as already explained on page 4 above.
Das gezeigte Diagramm bezieht sich auf Wasser als Fluid bei 15°C. Bei Flüssigkeiten höherer Dichte ergeben sich bei gleicher Drehzahl und Volumenstrom etwa proportional vergrößerte Drücke. Auch die Leistungsaufnahme der Pumpe zum Erreichen einer bestimmten Drehzahl ist im wesentlichen der Fluiddichte proportional. In solchen Sonderfällen, wo stark schwankende Dichten auftreten, kann es deshalb sinnvoll sein, statt der Drehzahl n die vom Pumpenmotor aufzunehmende Leistung zu regeln; auf diese Weise kompensiert sich der Effekt schwankender Dichten. Entsprechend ist für solche Sonderfälle überall das Wort Pumpendrehzahl durch Pumpenleistung zu ersetzen.The diagram shown relates to water as the fluid 15 ° C. For liquids of higher density arise at same speed and flow approximately proportional increased pressures. Also the power consumption of the pump for Reaching a certain speed is essentially the Fluid density proportional. In such special cases, where strong fluctuating densities occur, it may therefore be useful instead of the speed n that is to be absorbed by the pump motor To regulate performance; In this way, the compensated Effect of fluctuating densities. Accordingly, for such Special cases everywhere the word pump speed through Replace pump power.
Fig. 1b zeigt in räumlicher Darstellung die Kennung der gleichen Pumpe; aus dem Feld ist durch die geänderte Darstellungsweise eine eindeutige Fläche geworden. Die in vorheriger Figur gezeigten Feldlinien erscheinen hier als in der räumlichen Tiefe hintereinander gestaffelte Linien auf einer doppelt-parabolisch gekrümmten Fläche. Fig. 1b shows in a spatial representation the identifier of the same pump; From the field has become a unique surface by the changed representation. The field lines shown in the previous figure appear here as staggered lines in spatial depth on a double-parabolically curved surface.
In einem Beispiel ist ein Druck von 3,0 bar als Solldruck angenommen. Allein aus dem Volumenstrom dV/dt ist dann die erforderliche Pumpendrehzahl zu bestimmen als Schnittlinie der gekrümmten Kennfeldfläche mit der Ebene, die dem Solldruck entspricht, hier also mit der 3-bar-Ebene.In one example, a pressure of 3.0 bar is the target pressure accepted. Only from the volume flow dV / dt is then the required pump speed to be determined as the intersection of curved map surface with the plane corresponding to the target pressure corresponds, so here with the 3-bar level.
Fig. 1c zeigt in vergrößerter ebener Darstellung die zuvor genannte Schnittlinie als Diagramm n über dV/dt. Diese Funktion wird in einem Regler - vorzugsweise digital - gespeichert, um Verfahren nach Anspruch 1 ausführen zu können. Fig. 1c shows an enlarged plan view of the above-mentioned section line as a diagram n on dV / dt. This function is stored in a controller, preferably digitally, in order to be able to carry out the method according to claim 1.
Fig. 2 zeigt eine besonders einfache Vorrichtung zur Konstant haltung des Druckes. Sie erlaubt die Verwirklichung von Verfahren nach Ansprüchen 1 und 5. Fig. 2 shows a particularly simple device for constant attitude of the pressure. It allows the implementation of methods according to claims 1 and 5.
In dieser wie in allen nachfolgenden Figuren sind Volumenstrom führende Leitungen mit einem Doppelpfeil dargestellt. Von der Ansaugseite 1 verdichtet bzw. befördert die Pumpe P die Flüssigkeit in die Druckleitung 2 der in ihr (2) herrschende Zustand ist im wesentlichen durch den Volumenstrom dV/dt und den Druck p gekennzeichnet. Diese Druckleitung 2 führt zu mindestens einem Verbraucher 3, an dem - z. B. durch ein verstellbares Drossel- und Schließventil - verstellbare Volumenströme entnommen werden. Der Pfeil durch das Drossel- Symbol soll die Verstellbarkeit andeuten.In this as in all subsequent figures volumetric flow lines are shown with a double arrow. From the suction side 1 , the pump P compresses or conveys the liquid into the pressure line 2, the state prevailing in it ( 2 ) is essentially characterized by the volume flow dV / dt and the pressure p. This pressure line 2 leads to at least one consumer 3 , to which -. B. by an adjustable throttle and closing valve - adjustable volume flows are removed. The arrow through the throttle symbol should indicate the adjustability.
Ein großer Kreis soll ein Meßgerät symbolisieren, wobei in den Kreis die gemessene Größe eingetragen ist, in Fig. 2 der Volumenstrom V-Punkt. A large circle is to symbolize a meter, in which the measured size is entered in the circle, in Fig. 2, the flow rate V-point.
Signalführende Leitungen, also Leitungen die im wesentlichen ohne Masse- und/oder Energiefluß Informationen weiterleiten, sind in allen Figuren in einfacher durchgehender Linie, solche hingegen, die im wesentlichen ohne Massefluß Energie leiten, sind in doppeltgestrichelter Linie dargestellt, so hier die Leitung vom versorgenden Stromnetz 7 ins Stellglied S und die Leitung vom Stellglied S zum die Pumpe P antreibenden Motor M. Mindestens eine der Größen elektrische Stromstärke I oder Spannung U oder Frequenz f, sofern der Motor von Dreh- oder Wechselstrom gespeist wird, wird durch das Stellglied S in an sich bekannter Weise eingestellt. Die mechanische Verbindung 8 zwischen Motor und Pumpe - einfachstenfalls eine durchgehende Welle, möglicherweise aber auch ein aufwendigeres Getriebe - ist in halbgestrichelter Doppellinie dargestellt.Signal-carrying lines, ie lines which forward information substantially without mass and / or energy flow, are in all figures in a simple continuous line, whereas those which conduct energy without mass flow are shown in double-dashed line, so here the line from the supplying Power network 7 in the actuator S and the line from the actuator S to the pump P driving motor M. At least one of the sizes of electric current I or voltage U or frequency f, if the motor is powered by rotary or alternating current, by the actuator S in set in a known manner. The mechanical connection 8 between the motor and the pump - in the simplest case a continuous shaft, but possibly also a more complex transmission - is shown in half-dashed double line.
Das Signal des Volumenstrommessers wird in einen Regler 4 geleitet, der - abhängig vom gewünschten, ggf. verstellbaren Solldruck - eine Übertragungsfunktion entsprechend Fig. 1c bzw. eine Schar von Übertragungsfunktionen gespeichert hat. Unter Verzicht auf jedes weitere regeltechnische Glied, insbesondere ein Differenzglied zur Ermittlung der Regel abweichung und einen weiteren Regler, liegt als Ausgangssignal des Reglers 4 sofort die Drehzahl vor, die erforderlich ist, um angesichts des gemessenen Volumenstromes den Solldruck zu erhalten. Also wird dieses Signal direkt in das Stellglied S geleitet. Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung ähnlich der von Fig. 2 jedoch mit einer Drehzahlmessung und einer Unterregelschleife für die Motordrehzahl n statt eines direkt wirkenden Stellgliedes. Diese Vorrichtung ermöglicht die Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1, 5 und 6. Das vom Drehzahlmesser kommende Signal wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Reglers 4 in ein Differenzglied B geschickt. Die dort ermittelte Regelabweichung dn(t) wird in einen Regler N geleitet, welcher zumindest ein PI- vorzugsweise PID-Verhalten hat. Das vom Regler N ausgehende Signal wird in das Stellglied S geleitet. In an sich bekannter Weise wird von hier aus durch Beeinflussung zumindest einer der Größen I oder U oder f die geeignete Motordrehzahl eingestellt.The signal of the volumetric flow meter is passed to a controller 4 which, depending on the desired, possibly adjustable set pressure, has stored a transfer function according to FIG. 1c or a group of transfer functions. Waiving any further regulatory technical element, in particular a differential element to determine the rule deviation and another controller, is as an output signal of the controller 4 immediately before the speed required to obtain the target pressure in view of the measured volume flow. So this signal is passed directly into the actuator S. Fig. 3 shows a device similar to that of Fig. 2 but with a speed measurement and a sub-control loop for the engine speed n instead of a direct-acting actuator. This device allows the implementation of the method according to claims 1, 5 and 6. The signal coming from the tachometer is sent together with the output signal of the controller 4 in a differential element B. The control deviation dn (t) determined there is passed to a controller N, which has at least one PI- preferably PID behavior. The outgoing signal from the controller N is passed into the actuator S. In a manner known per se, the suitable engine speed is set from here by influencing at least one of the variables I or U or f.
Fig. 4 zeigt eine andere Vorrichtung zur Konstanthaltung eines Druckes. Es handelt sich dabei um eine Mischform zwischen einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 und dem Stand der Technik. Fig. 4 shows another device for keeping constant a pressure. It is a mixed form between a device according to FIG. 2 and the prior art.
Entsprechend dem Stand der Technik gibt es einen (rechten,) von einer Druckmessung ausgehenden Pfad. In diesem wird das Druckmeßsignal pm(t) zusammen mit dem Solldruck auf ein Differenzglied D2 geschaltet. Die dort ermittelte Regel abweichung dpm wird in einen Regler 6 geleitet, der zumindest ein PI- vorzugsweise PID-Verhalten hat. Das Ausgangssignal des Reglers 6 ist y genannt. Es wird in ein Proportionalitätsglied mit dem Proportionalitätsfaktor K1 und sodann in ein Additionsglied A geleitet zusammen mit dem über ein Proportionalitätsglied des Faktors K2 eingeleiteten Ausgangssignal z des Reglers 4, welcher - wie in Fig. 2 beschrieben - eine erforderliche Drehzahl aus dem Ergebnis einer Volumenstrommessung errechnet, wozu im Regler 4 als Übertragungsfunktion n(dV/dt)pSoll bzw. n(dV/dt, pSoll) gespeichert ist. Die Summe K1+K2 soll 1 betragen. Das aus y und z kombinierte Signal k wird in das Stellglied S geleitet. Diese Vorrichtung mit einem von einer Volumenstrommessung und einem von einer Druckmessung ausgehenden Pfad ermöglicht die Durchführung von Verfahren nach den Ansprüchen 1, 8, 9 und 11.According to the prior art, there is a path (right) originating from a pressure measurement. In this, the pressure measurement signal p m (t) is switched together with the target pressure to a differential element D2. The rule determined there deviation dp m is passed into a controller 6 , which has at least one PI preferably PID behavior. The output signal of the controller 6 is called y. It is passed into a proportional element with the proportionality factor K1 and then into an addition element A together with the output signal z of the controller 4 introduced via a proportionality element of the factor K2 which - as described in FIG. 2 - calculates a required rotational speed from the result of a volumetric flow measurement What is stored in the controller 4 as a transfer function n (dV / dt) p setpoint or n (dV / dt, p setpoint ). The sum K1 + K2 should be 1. The signal k combined from y and z is fed to the actuator S. This device, having one of a volumetric flow measurement and a path from a pressure measurement, enables methods according to claims 1, 8, 9 and 11 to be carried out.
Die Beeinflussung der Pumpendrehzahl vom Stellglied S aus erfolgt in an sich bekannter und bereits zuvor beschriebener Weise. Statt der direkten Einleitung in ein Stellglied S wäre auch hier möglich, das Signal k als (sich geeignet einstellenden) Sollwert einer um den Motor und ggf. das Getriebe herum gelegten Unterregelschleife heranzuziehen, wie bereits ebenfalls zuvor beschreiben bei Fig. 3.The influencing of the pump speed from the actuator S takes place in a manner known per se and already described above. Instead of the direct introduction into an actuator S, it would also be possible here to use the signal k as a setpoint value of a subregulation loop placed around the motor and possibly the transmission, as already described above with reference to FIG. 3.
Fig. 5 zeigt eine andere Vorrichtung zur Konstanthaltung des Druckes mit nur einem, von einer Volumenstrommessung ausgehenden Pfad, in dem unter Mitberücksichtigung der gemessenen Pumpendrehzahl der aktuelle Druck errechnet und in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet wird. Das zentrale Teil dieser Vorrichtung ist wiederum der Regler 4, in den bei dieser Ausführung als Übertragungsfunktion entsprechend dem Pumpenkennfeld die Funktion von zwei Variablen p(dV/dt, n) gespeichert ist. In diesen Regler oder Rechenglied 4 wird sowohl das Ergebnis der Drehzahlmessung als auch der Volumenstrommessung eingespeist, woraus er dann - ohne Druckmessung! - den in der Leitung 2 herrschenden Druck errechnet. Der so ermittelte Druck wird in an sich bekannter Weise weiter verarbeitet, also über ein Differenzglied D1 mit dem Solldruck verglichen und die so bestimmte Regelabweichung dp(t) wird über einen Regler 5, der zumindest PI-Verhalten, vorzugsweise wie hier gezeigt PID-Verhalten hat, in ein Stellglied S (wie hier gezeigt) oder eine Unterregelschleife eingeleitet. Die gezeigte Vorrichtung eignet sich zur Durchführung von Verfahren nach den Ansprüchen 3, 4 und 5. Fig. 5 shows another device for keeping constant the pressure with only one outgoing from a volumetric flow path in which the current pressure is calculated taking into account the measured pump speed and further processed in a conventional manner. The central part of this device is in turn the regulator 4 , in which the function of two variables p (dV / dt, n) is stored in this embodiment as a transfer function corresponding to the pump map. In this controller or computing element 4 , both the result of the speed measurement and the volume flow measurement is fed, from which he then - without pressure measurement! - Calculates the pressure prevailing in the line 2 pressure. The thus determined pressure is further processed in a conventional manner, ie compared via a differential element D1 with the target pressure and thus determined control deviation dp (t) via a controller 5 , the at least PI behavior, preferably as shown here PID behavior has introduced into an actuator S (as shown here) or a sub-loop. The device shown is suitable for carrying out the method according to claims 3, 4 and 5.
Fig. 6 schließlich zeigt eine Vorrichtung ähnlich Fig. 5, jedoch mit einem zweiten, von einer Druckmessung ausgehendem Pfad. Das Ausgangssignal des Reglers 4, der errechnete Druck p wird über ein Proportionalitätsglied des Faktors K2 zusammen mit dem gemessenen Signal für den Druck p über ein Proportio nalitätsglied des Faktors K1 auf ein Summenglied A geschaltet. Das von da ausgehende gemischte Ausgangssignal wird in einem Differenzglied D2 mit dem Solldruck verglichen und im übrigen weiter verarbeitet wie in Fig. 5 beschrieben.Finally, FIG. 6 shows a device similar to FIG. 5 but with a second path resulting from a pressure measurement. The output signal of the controller 4 , the calculated pressure p is connected via a proportionality element of the factor K2 together with the measured signal for the pressure p on a Proportio nalitätsglied the factor K1 to a summation element A. The mixed output signal emanating from there is compared in a differential element D2 with the setpoint pressure and otherwise further processed as described in FIG. 5.
Es versteht sich, daß bei den verschiedenen Varianten der Mischung auf verschiedene Weise gewonnener Daten zur selben physikalischen Größe die jeweiligen Signale so geeicht sind, daß der gleichen Größe auch die gleiche Signalgröße entspricht. Sollte dies in Einzelfällen nur aufwendig zu erreichen sein, so wird das gleiche Ergebnis dadurch erreicht, daß das dem kleineren Signal nachgeschaltete Proportio nalitätsglied einen entsprechend größeren Faktor hat als das dem größeren Signal nachgeschaltete. Zwar kann dann nicht mehr K1+K2=1 eingehalten werden, sinngemäß sollte aber eine Gewichtungsminderung eines Signales eine komplementäre Gewichtungsvergrößerung des anderen Signales bewirken.It is understood that in the various variants of Mix data obtained in different ways to the same physical size the respective signals are so calibrated that the same size also the same signal size equivalent. In some cases, this might be costly achieve the same result, that the proportion of the smaller signal downstream factor has a correspondingly larger factor than that downstream of the larger signal. Although then can not do more K1 + K2 = 1 are observed, mutatis mutandis but should be Weight reduction of a signal a complementary one Weight increase of the other signal cause.
Erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen ein besonders rasches Ansprechen auch auf abrupte Volumenstrom änderungen und ermöglichen auf diese Weise eine besonders genaue Einhaltung des Solldruckes. Deshalb braucht der Solldruck kaum noch über dem Mindestdruck der Verbraucher zu liegen, es ist also eine Absenkung des zeitlichen Mittel druckes mit entsprechender Leistungseinsparung an der Pumpe möglich. In einer Ausführung werden diese Vorteile mit sogar gegenüber dem Stand der Technik verringertem Aufwand erreicht.Inventive methods and devices enable a particularly rapid response even to abrupt flow changes and thus enable a special one exact compliance with the target pressure. That's why he needs Target pressure barely above the minimum pressure of the consumer too lie, so it is a reduction of the time average pressure with corresponding power saving at the pump possible. In one embodiment, these benefits come with even reached compared to the prior art reduced effort.
Claims (15)
- - der aktuelle Volumenstrom (dV(t)/dt) gemessen und
- - dieses Signal (dV(t)/dt) in einen Regler (4) eingegeben wird, welcher zumindest annähernd entsprechend dem zur verwendeten Pumpe (P) gehörenden Pumpenkennfeld (p, dV/dt, n) die Funktion der Pumpendrehzahl (n) beim Solldruck (pSoll) in Abhängigkeit vom Volumenstrom (dV/dt) als Übertragungsfunktion gespeichert hat, so daß
- - der Regler (4) die zum aktuellen Volumenstrom (dV/dt) passende Drehzahl (n(t)) der Pumpe (P) errechnet, die (n(t)) dann vermittels eines auf die Pumpe einwirkenden Stellgliedes (S) oder Unterregelkreises realisiert wird.
- - the current volume flow (dV (t) / dt) measured and
- - This signal (dV (t) / dt) is input to a controller ( 4 ), which at least approximately according to the pump (P) associated pump map (p, dV / dt, n) the function of the pump speed (n) Preset pressure (p setpoint ) has been stored as a function of the volume flow (dV / dt) as a transfer function, so that
- - The controller ( 4 ) calculates the current volume flow (dV / dt) matching speed (n (t)) of the pump (P), the (n (t)) then by means of an acting on the pump actuator (S) or sub-control loop is realized.
- - der aktuelle Volumenstrom (dV(t)/dt) und die aktuelle Drehzahl (n(t)) gemessen und
- - beide Signale (dV(t)/dt, n(t)) in einen Regler (4) eingegeben werden, welcher zumindest annähernd entsprechend dem zur verwendeten Pumpe (P) gehörenden Pumpenkennfeld (p, dV/dt, n) die Funktion des Druckes (p) in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl (n) und dem Volumenstrom (dV/dt) als Übertragungsfunktion gespeichert hat, so daß
- - der Regler (4) sodann den momentan herrschenden Druck (p(t)) in der zur Verbrauchsstelle (3) führenden Leitung (2) errechnet,
- - wonach der so errechnete momentane Druck (p(t)) in an sich bekannter Weise in einem Differenzglied (D) mit dem Solldruck (pSoll) verglichen wird, und
- - danach die so ermittelte Regelabweichung (dp(t)) in an sich bekannter Weise über einen weiteren Regler (5) und ein Stellglied (S) oder einen Unterregelkreis auf die Pumpendrehzahl (n) korrigierend einwirkt.
- - the current volume flow (dV (t) / dt) and the current speed (n (t)) measured and
- - Both signals (dV (t) / dt, n (t)) in a controller ( 4 ) are input, which at least approximately according to the pump used for the (P) belonging pump map (p, dV / dt, n) the function of Pressure (p) has been stored as a function of the pump speed (s) and the volume flow (dV / dt) as a transfer function, so that
- the controller ( 4 ) then calculates the currently prevailing pressure (p (t)) in the line ( 2 ) leading to the point of consumption ( 3 ),
- - After which the thus calculated instantaneous pressure (p (t)) in a conventional manner in a differential element (D) with the target pressure (p target ) is compared, and
- - Thereafter, the thus determined control deviation (dp (t)) in a conventional manner via a further controller ( 5 ) and an actuator (S) or a sub-control loop on the pump speed (n) acts correctively.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19924243118 DE4243118A1 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Maintaining constant press. in hydraulic system |
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| DE19924243118 DE4243118A1 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Maintaining constant press. in hydraulic system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE4243118A1 true DE4243118A1 (en) | 1994-06-23 |
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ID=6475857
Family Applications (1)
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