-
Die Erfindung betrifft im allgemeinen die
Kompressorsteuerung und insbesondere das Verhindern der Folgen eines
"Pumpens" bei einer solchen Kompressorsteuerung.
-
Die Änderungen der Polarität stellen scharfe Abweichungen
des Motorstromes in entgegengesetzten Richtungen von der
normalen Betriebsstromgröße dar, wobei diese Abweichungen
aufgrund eines Motorlastverhaltens mit dem Kompressor
vorliegen und sich selbst als ein Ergebnis einer zyklischen
Änderung des Betriebs des Motors, nämlich Antriebs- und
Regenerierungsmodi, bei dem Auftreten eines Pumpens
manifestieren. Die Abweichungen werden unter Bezugnahme auf den
Durchschnittsstrom gemessen, wie er beim normalen Betrieb
erfaßt wird, und werden in eine Fehlerbedingung umgewandelt,
wenn sie jenseits einer vorbestimmten minimalen Abweichung
sind, die als eine Schwelle verwendet wird. Der
Durchschnittsstrom, der als ein Bezug verwendet wird, wird
erhalten, indem der tatsächliche Strom abgetastet und die
Abtastungen durch ein gleitendes Fenster gemittelt werden. Jede
Fehlerbedingung, die anzeigt, daß die Schwelle überschritten
worden ist, wird mit einer Angabe ihrer Polarität
gespeichert. Die Polaritätsänderungen werden über ein
vorbestimmtes Zeitintervall als eine Anzeige eines Pumpzustands
gezählt. Schutzmaßnahmen werden unmittelbar innerhalb des
Kompressorsystems beim Erfassen einer Pumpbedingung
ausgelöst.
-
Die Erfindung besteht aus einem Kompressorsystem, enthaltend
einen von einem Elektromotor angetriebenen Kompressor, ein
Pumperfassungssystem umfassen eine Einrichtung zum Erfassen
und Speichern einer Mehrzahl von Abtastungen des
Motorstromes, um ein für den Strom repräsentatives Signal innerhalb
eines vorbestimmten Zeitintervalls abzuleiten, eine
Einrichtung,
einen Durchschnittsmotorstrom aus den genannten,
gespeicherten Werten abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß
vorgesehen sind Einrichtungen, um sequentiell jede einzelne
Abtastung der genannten, gespeicherten Proben von der
ältesten bis zu der neuesten in bezug auf eine obere und eine
untere Schwelle mittels eines Komparators zu untersuchen,
eine Einrichtung, die obere Schwelle zu bestimmen, indem der
genannte Durchschnitt um eine vorbestimmte Schwelle erhöht
wird, und die untere Schwelle bestimmt wird, indem der
genannte Durchschnitt um eine vorbestimmte Schwelle verringert
wird; eine Einrichtung, um zu erfassen, daß eine positive
Polarität vorhanden ist, wenn jede einzelne Abtastung damit
verglichen oberhalb der genannten oberen Schwelle ist, und
zu erfassen, daß eine negative Polarität vorhanden ist, wenn
die genannte einzelne Abtastung damit verglichen unterhalb
der genannten unteren Schwelle ist, eine Einrichtung, um
jede Polaritätsänderung beim Auftreten von
aufeinanderfolgenden Polaritätsänderungen in den genannten
Polaritätssignalen zu zählen, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines
ein Pumpen anzeigendes Signal, das auf das Kompressorsystem
anzuwenden ist, wenn der genannte Zählwert an
Polaritätsänderungen während des genannten Zeitintervalls einen
vorbestimmten Wert überschreitet oder gleich diesem ist.
-
"Pumpen" ist ein Phänomen, das durch den Kompressor
hervorgerufen wird, der unterhalb einer gegebenen Leistungsgröße
oder eines Gasvolumens arbeitet, und das sich ergebende
Auftreten einer instabilen Zustandsbedingung, die mit
fehlerhafter Steuerung und einem ungesteuerten Ausgang
verbunden ist.
-
Das Problem des Pumpens und dessen Verhinderung wird
erläutert in "Centrifugal and Axial Compressor Control" von
Gregory K. McMillan (The Instrument Society of America, 67
Alexander Drive, PO Box 1227, Research Triangle Park, NC
27709), 1983.
-
Es wird auf die Druckschrift US-A-4,686,834 aus dem Stand
der Technik bezug genommen, die ein Kompressorsystem
offenbart, das einen von einem Elektromotor angetriebenen
Kompressor und ein Pumperfassungssystem umfaßt, das eine
Einrichtung zum Erfassen und Speichern einer Mehrzahl von
Proben des Motorstromes umfaßt, um ein für den Strom
repräsentatives Signal innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls
abzuleiten, sowie eine Einrichtung, einen
Durchschnittsmotorstrom aus den genannten gespeicherten Werten abzuleiten.
-
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine frühe Erfassung des
Auftretens eines Pumpens ab, wodurch eine unmittelbare
Situation zum Verhindern der Folgen davon geschaffen wird.
Deshalb unterscheidet sich die Erfindung selbst von dem
Verfahren nach dem Stand der Technik, indem die Folgen eines
Pumpens durch die rechtzeitige und genaue Erfassung des
Auftretens eines Pumpens verhindert wird.
-
Die Erfindung basiert auf der Größe des Stromes des den
Kompressor antreibenden Motors im kritischen Augenblick. Der
Stand der Technik hat die Beziehung erkannt, die zwischen
dem Volumen des komprimierten Gases oder dem Druck des
Kompressors und der Energie des Motors in Betrieb oder seinem
Strom besteht. Jedoch war der Gegenstand dort die Steuerung
des Kompressors als eine Funktion des erfaßten Stromes, um
ein Pumpen zu verhindern, nicht das Pumpen zu erfassen, oder
um den Kompressor in Beziehung zu dem Gasvolumen zu steuern,
während die Pumpgrenze beobachtet wird. Man vergleiche
beispielsweise die US-Patente Nr. 3,778,695; 4,519,748 und
3,380,650, und auch: "Surge Control for Multistage
Centrifugal Compressors" von David F. Baker in Chemical Engineering
31. Mai 1982, S. 117-122; "Improved Surge Control for
Centrifugal Compressors" von N. Staroselsky und L. Ladin in
Chemical Engineering 21. Mai 1979, S. 175-184; und "Surge
Control for Centrifugal Compressors" in Chemical Engineering
25. Dezember 1972, S. 54-62.
-
Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise unter
Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen
-
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Kompressorsteuersystems
gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
-
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Auftretens eines
Pumpens ist, das in Polaritätsänderungen bei zwei
Bezugspegeln übersetzt ist, die den mittleren
Motorstrom einfassen, und wie es gemäß der
vorliegenden Erfindung erfaßt wird;
-
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Pump-Erfassungssystems gemäß
der Erfindung ist, das Teil des
Kompressorsteuersystems der Fig. 1 ist;
-
Fig. 4 mit Kurven das Auftreten der Steuersignale während
der Arbeitsweise des Systems der Fig. 3 darstellt;
-
Fig. 5 ein Blockdiagramm der inneren Organisation des
Zwillings-Summierers ist, der in Fig. 4 für die
Ableitung der Schwellen zu dem Komparator
ebenfalls in Fig. 4 verwendet wird;
-
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, das die innere Organisation
des Komparators und die Auslösesignalableitung
darstellt, wie sie von Fig. 3 genommen ist;
-
Fig. 7A bis 7E Ausführungen von Operationsverstärkern sind, die
die Hardware-Verbindung zwischen den Elementen der
Fig. 5 und 6 darstellen;
-
Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, das die Schritte erklärt,
die bei dem Betrieb einer Mikroprozessorausführung
der Schaltung der Fig. 3 enthalten sind;
-
Fig. 9 die Festkörperausführung der Schaltung für die
Ableitung eines den Motorstrom darstellenden Signals
zeigt;
-
Fig. 10A bis 10E die Festkörperausführung der Schaltung der Fig. 3
zeigen, wenn sie um einen Mikrocomputer herum
aufgebaut ist.
-
Bezugnehmend auf die Fig. 1 ist ein Kompressor CMP gezeigt,
der zwischen der Leitung von dem Einlaß und der Leitung zu
dem Auslaß für ein System verbunden ist, das Druckfluid
verwendet. Es gibt eine getrennte Leitung mit einem
normalerweise geschlossenen Umgehungsventil BV, das in einem
Notfall verwendet wird, zum Schutz den Ausgangsdruck
auszustoßen und die Last auszulöschen. Das Einlaßventil IV ist an
dem Einlaß angeordnet, das ankommende Fluid, insbesondere
während der Startphase, zu steuern. Der Kompressor wird von
einem Elektromotor angetrieben, typischerweise einem
Wechselstrommotor, der auf drei Phasen A, B, C von den
Wechselstromleitungen L1, L2, L3 über einen Steuerschütz CNT
versorgt wird. Das System wird von einer Einheit MCP
gesteuert, die einen Rechner enthält, beispielsweise einen
Mikrocomputer, der mit Digitalschaltungen einschließlich
Analog/Digital- und Digital/Analog-Umwandlern verbunden ist,
die mit analogen Eingängen bzw. Ausgängen
schnittstellenmäßig verbunden sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird
der Motorstrom (von den Leitungen 50) erfaßt, und nach
Gleichrichtung und Filtern (in dem Block CNV) wird auf der
Leitung 40 ein Signal, das für den Effektivwert des Stromes
I des Motors repräsentativ ist, abgeleitet. Dieses Signal
wird in die Rechnersteuereinheit MCP eingegeben, von dem ein
Notauslösesignal auf der Leitung 70 zu einer
Kompressorsteuereinheit CCU in dem Fall erhalten wird, daß abwechselnde
Polaritätsänderungen mit einer ausreichenden Anzahl erfaßt
worden sind, wodurch das Auftreten eines Pumpens angegeben
wird. In Antwort auf ein solches Auslösesignal liefert die
Kompressorsteuereinheit auf der Leitung 19 einen Befehl zum
Schließen des Einlaßventils IV, und überträgt auf der
Leitung 29 einen Befehl, das Umgehungsventil BV zu öffnen. Die
Steuerung der Ventile an und für sich ist, wenn sie benötigt
wird, auf dem Gebiet der Kompressorsteuerung gut bekannt.
Sie werden von der MCP-Einheit bei normalen Steuerung der
Kompressoreinheit CCU in allgemein bekannter Weise
beispielsweise in der Startphase zur Druckregulierung oder nur
dafür gesteuert, den Gesamtbetrieb anzuhalten.
-
Bezugnehmend auf die Fig. 2 ist das Auftreten eines Pumpens
dadurch gekennzeichnet, daß der Motorstrom Imot unregelmäßig
und zyklisch zwischen Extremwerten auf und ab schwingt, wie
es durch die Kurve (C) gezeigt ist. Der Gedanke der
vorliegenden Erfindung ist, solche Schwingung zu erfassen und ein
Pumpen zu erkennen, wenn Schwingungen eine vorbestimmte
Anzahl von Malen auftreten. Wie es nachfolgend erläutert
wird, werden eine hohe und eine niedere Schwelle THi und THl
oberhalb und unterhalb eines einen Normalbetrieb
darstellenden Signals hergestellt, das als der Durchschnittsstrom Iav
ausgewählt wird, der während einer vorbestimmten Periode
auftritt, wobei letztere beispielhaft zu 4 Sekunden
ausgewählt ist. Wenn dann eine Schwingung vorhanden ist, werden
solche Schwellenpegel (wie es zwischen CD für den oberen und
EF für den unteren gezeigt ist) abwechselnd in der einen
oder anderen Weise und soviele Male überschritten. Sollte
tatsächlich der Wert eine Schwelle öfter als einmal
überschreiten, ohne die entgegengesetzte Schwelle anzutreffen,
gäbe es keine Änderung der Polarität und deshalb findet
keine Zählung einer Schwingung statt. Imot (der erfaßte Ist-
Wert des Stromes), Iav (der Durchschnittsstrom der Periode),
THi (die höhere Schwelle) und THl (die niederere Schwelle)
werden innerhalb des Blockes MCP aus dem Wert des Stromes
bestimmt, der auf der Leitung 40 der Fig. 1 erfaßt und
abgeleitet worden ist. Zur Darstellung sind die Schwellen THi
und THl bei gleichen Abständen oberhalb und unterhalb der
Linie AVG der Ordinate Iav mit einer Größe von +TH und -TH
(in analogen Größen durch Spannungen vhi und -vlo in den
Fig. 7A bis 7E dargestellt, wie es später erklärt wird). Der
Strom wird abgetastet und N aufeinanderfolgende Abtastungen
werden durch ein gleitendes Fenster gehalten, wobei die
Abtastungen darin auf der Grundlage des gut bekannten
Verfahrens "zuerst herein und als letztes heraus" sind. Man
vergleiche beispielsweise: US Patente Nr. 4,463,432 und
4,229,795. Zum Zweck der Beschreibung, wie ein gleitendes
Fenster ausgeführt wird, werden diese zwei Patente hier
durch Bezugnahme eingegliedert. Zur Darstellung wird
angenommen, daß 40 Abtastungen innerhalb einer Periode von 4
Sekunden gesammelt werden, das heißt mit der Rate von 10
Abtastungen pro Sekunde. Wenn innerhalb eines solchen
vorbestimmten Zeitintervalls so viele abwechselnde Änderungen
der Polarität stattgefunden haben, (N* ist der kritische
Zählwert bei der Darstellung der folgenden Fig. 3 und 4) ist
die Schlußfolgerung, daß ein Pumpen dabei ist, aufzutreten,
und das Maßnahmen unmittelbar unternommen werden müssen, um
unerwünschte Folgen für den Kompressor zu verhindern.
Befehle für diese Maßnahmen sind darstellungsmäßig in der Fig. 1
gezeigt, nämlich der Befehl zum Schließen des Einlaßventils
IV über die Leitung 19 und zum Öffnen des Umgehungsventils
BV über die Leitung 29, wie es allgemein bekannt ist.
-
Es wird auf die Fig. 3 bezug genommen, in der ein
Blockdiagramm die interne Organisation in Größen von Funktionen der
Mikroprozessoreinheit MCP bei ihrem Betrieb als eine Pump-
Erfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt. Der Motorstrom wird von der Leitung 50 in bezug auf
eine Phase des Motors (C) erfaßt, dann durch einen
Wechselstrom/Gleichstrom-Umwandler CNV gleichgerichtet, um auf der
Leitung 40 ein Signal I zu liefern, das für den Effektivwert
des Motorstromes repräsentativ ist. Von der Leitung 40 wird
das für den Motorstrom repräsentative Signal auf eine
Abtasteinrichtung SMV gegeben, die von einem Taktsignal CLK1
gesteuert wird, das auf der Leitung 41 von einem Zeitgeber
TMR abgeleitet wird, damit der Motorstrom Imot soviele Male
abgetastet wird, typischerweise alle 1/10 Sekunden. Die
Abtastimpulse sind in Fig. 4 unter (a) gezeigt, wobei 10
Abtastimpulse bei jedem Durchgang einer Sekunde auftreten.
Diese Proben werden über die Leitung 42 durch eine
Verzögerungsleitung SW geschickt, die typischerweise ausgelegt ist,
40 Proben von der ältesten bis zu der zuletzt erhaltenen zu
enthalten, somit während einer Dauer von 4 Sekunden. Ein
Taktsignal CLK2 (das in Fig. 4 unter (c) gezeigt ist), das
ebenfalls von dem Zeitgeber TMR abgeleitet wird, wird auf
der Leitung 81 angelegt, um das Verriegeln in zwei Registern
RG1 und RG2 der Daten von dem Abtastfenster über die
Leitungen 52 für das Register #1 (RG1), über die Leitungen 52'
für das Register #2 (RG2) zu steuern. Jede Sekunde werden
die Register über die Leitung 80 von dem Zeitgeber
zurückgesetzt. Deshalb werden jede Sekunde die 40 Proben in der
Verzögerungsleitung SW zirkuliert, um 10 Proben an einem
Ende zu verlieren und 10 Proben an dem anderen Ende zu
gewinnen, wobei dies für die in den Registern verriegelte
Daten auftritt.
-
Fig. 4 zeigt unter (b) 3 Züge von 40 Proben, die um 1
Sekunde versetzt sind, oder 10 Proben für aufeinanderfolgende
Augenblicke (n-1), n und (n+1). Das Register #1 wird über
die Leitung 81 freigegeben, so daß Daten über die Leitung 54
zu einer Mittelungseinrichtung AVG geschickt werden. Der
Durchschnittsmotorstrom ist Iav, der auf der Leitung 55 der
Fig. 3 erhalten wird. Nach einer Zeitverzögerung von Δt
(typischerweise mit Δt = 200 us), die dem Zeitpunkt folgt,
zu dem die Leitung 81 das Register #1 und die
Mittelungseinrichtung AVG freigibt, gibt über die Leitung 82 der
Zeitgeber TMR das Register # 2 frei, mit dem Ergebnis, daß ein
abgetasteter Wert des Motorstroms Imot auf der Leitung 53
abgeleitet wird.
-
Iav ist bei (d) in Fig. 4 gezeigt, wobei der Wert für eine
Periode von 1 Sekunde gültig ist. Die Freigebesignale auf
den Leitungen 81 und 82 sind bei (e) beziehungsweise (f)
gezeigt. Die Zeitverzögerung Δt wird benötigt, um den
Betrieb des Zwillings-Summierers TWS zum Erzeugen der
Bezugswerte zu gestatten, die auf den Leitungen 60 und 62 vor der
Ableitung von Imot auf der Leitung 53 angewendet werden,
wobei die drei Leitungen auf den Komparator COMP angewendet
werden. Der Zwillings-Summierer TBS erhält zwei Werte von
+TH und -TH der Fig. 2, und dies führt zu den Ordinaten der
Schwellen THi und THl. Letztere erscheinen auf der Leitung
60 bzw. 62. Der Komparator COMP setzt Imot von der Leitung
53 mit diesen zwei Schwellen in Beziehung, und positive und
negative Polaritätsänderungen werden auf den Leitungen 66
und 67 erzeugt, wobei die eine für die positive Polarität in
Beziehung mit THi steht, und die andere für die negative
Polarität somit in Beziehung mit THl steht. Ein Flip-Flop
FLP, der durch die Leitung 80 zurückgesetzt wird, verschiebt
sich von einem Zustand zu dem anderen, wenn es eine
Polaritätsänderung gibt, und solches Auftreten wird von einem
Zähler CNT gezählt, der auf die Leitung 68 anspricht. Ein
Auslösesignal wird auf der Leitung 70 erzeugt, wenn immer
der Zählwert N von der Leitung 68 einen Bezugszählwert N*,
der auf der Leitung 74 angewendet wird, erreicht und
überschreitet. Der Zähler wird durch die Leitung 73 bei jedem
Zeitintervall von 1 Sekunde zurückgesetzt, somit nach jedem
Zählen von Abtastungen von Imot für einen gegebenen Wert Iav
wie bei (d) in Fig. 4. Fig. 4 zeigt auch bei (g), wie ein
Zählwert N in einem solchen Zeitintervall den Wert n*
überschreiten kann. Wenn dies der Fall ist, ersetzt eine
logische 1 die logische 0 auf der Leitung 70 (bei (h)) und ein
Auslösesignal wird auf die Kompressorsteuereinheit CCU der
Fig. 1 gegeben.
-
Fig. 5 zeigt eine Analogausführung des Zwillings-Summierers
TWS, der erstens auf das Signal Iav der Leitungen 55 und 58
und auf das Vorspannungssignal +TH der Leitung 57 mit einem
Ausgang auf der Leitung 62 des Signals -Iav&supmin; anspricht, und
zweitens auf das Signal Iav der Leitungen 55 und 56 und
(nach Umkehrung zwischen der Leitung 57 und der Leitung 59)
auf das Vorspannungssignal -TH der Leitung 59 mit einem
Ausgang von Iav+ auf der Leitung 60 anspricht. Es wird
angenommen, daß das Signal der Leitung 55 negativ (-Iav) ist,
um zu der Schaltung der Fig. 7A und 7B anschließend zu
passen. Fig. 6 zeigt eine Hardware-Ausführung des Komparators
COMP.
-
Die Schaltungen der Fig. 5 und 6 werden ferner in den Fig.
7A bis 7E durch eine Operationsverstärkerausführung
dargestellt. In Fig. 7A ist für einen halben Zwillings-Summierer
das Signals -Iav der Leitung 56 mit einer Spannung Vhi
kombiniert, die +TH darstellt, die auf die Leitung 59 gegeben
wird. Deshalb ist das sich auf der Leitung 60 am Ausgang des
Operationsverstärkers OA ergebende Signal (Iav+vhi) = Iav&spplus;.
Ähnlich wird bei der anderen Hälfte des Zwillings-Summierers
auf der Leitung 58 der Fig. 7B das Signal -Iav angelegt und
auf der Leitung 57 wird die Spannung +vlo angelegt, die -TH
der Fig. 2 darstellt. Deshalb ist das sich ergebende Signal
auf der Leitung 62 am Ausgang des Operationsverstärkers OA -
(-Iav+vlo) = -Iav&supmin;. Die Fig. 7C zeigt das Signal Imot der
Leitung 53, das durch die Einrichtung I umgekehrt worden
ist, um auf der Leitung 53' den entgegengesetzten Wert -Imot
bereitzustellen. Es werden nun die Fig. 7D und 7E
betrachtet, die zu dem Komparator COMP der Fig. 6 gehören, wobei
die ausgegebenen Werte der Fig. 7A, 7B und 7C hier die
Eingänge werden, von denen einer in Fig. 7D zu -(Iav&spplus;-Imot) =
A als Ausgang auf der Leitung 61 für den entsprechenden
Operationsverstärker OA führt, und der andere in Fig. 7E zu
+(Iav&supmin;-Imot)= B als Ausgang auf der Leitung 63 für den
entsprechenden Operationsverstärker OA führt. Aus dem
Vorhergehenden ist ersichtlich, daß wann immer auf der Leitung
53' die Abtastung -Imot kleiner als Iav&spplus; ist, das heißt Imot
< (Iav + TH) , wie an dem Punkt C auf der Kurve (C) der Fig.
2, der Ausgang A auf der Leitung 61 negativ ist. Deshalb ist
auf der Leitung 66 in den Flip-Flop FF1 der Fig. 6 der
logische Wert niedrig und das Flip-Flop wird nicht ausgelöst.
Dies ist der Fall, weil für den Punkt C Imot die Schwelle
THi nicht überschreitet. Für den Punkt D jedoch ist die
Größe A positiv und die Leitung 61 wird hoch, wodurch das
Flip-Flop FF1 ausgelöst wird. In der gleichen Weise ist für
den Punkt E auf der Kurve der Fig. 2 die Leitung 53 mit Imot
kleiner als -Iav, das heißt Imot > (Iav-TH), und der Ausgang
B auf der Leitung 63 ist negativ. Dies ist der Fall, weil
der Punkt E die untere Schwelle nicht überschreitet. Der
Logikwert der Leitung 63 ist niedrig und das Flip-Flop FF2
wird nicht ausgelöst. Für den Punkt F jedoch wird der
Logikwert der Leitung 63 hoch und das Flip-Flop FF2 wird
ausgelöst, weil die Schwelle TH1 überschritten worden ist.
Tatsächlich, wenn ein Flip-Flop ausgelöst worden ist, gibt es
einen Zähler für eine Polaritätsänderung auf der Leitung 68
der Fig. 3 nur dann, wenn ein solches Auslösen von einem
Flip-Flop zu dem anderen auftritt.
-
Aus den Fig. 2, 3, 5, 6 und 7A bis 7E erkennt man, daß
gemäß der vorliegenden Erfindung der Motorstrom alle 0,1
Sekunden abgetastet wird und ein Profil (oder Reihe) SW wird
aufrechterhalten, das wenigstens 40 Abtastungen des
Motorstromes enthält. Die Reihe wird einmal jede Sekunde
untersucht, um zu bestimmen, ob eine Pump-Bedingung vorliegt.
Eine Pump-Bedingung wird bestimmt, indem zuerst ein
"gleitender" Mittelwert Iav des Motorstroms auf der Grundlage der
letzten 40 Abtastungen des Motorstroms berechnet wird, die
in SW gespeichert sind. Die einzelnen Abtastungen werden
dann sequentiell von der ältesten bis zu der neuesten in
bezug auf den gleitenden Mittelwert untersucht. Eine
"Polaritäts"-Änderung wird festgehalten, indem eine "positive"
Polaritätsänderung als ein Motorstromwert definiert wird,
der über den "gleitenden" Durchschnitt um einen
vorbestimmten Schwellenwert hinausgeht, und eine "negative" Änderung
ist ein Motorstromwert unterhalb des "gleitenden"
Durchschnitts um eine vorbestimmte Schwelle. Die Anzahl von Malen
N, daß sich die "Polarität" während dieses Vier-Sekunden-
Intervalls (40 Abtastungen) ändert, wird dann aufgezeichnet
und mit einem Bezugswert N* verglichen. Wenn die Anzahl N den
Wert N* überschreitet oder gleich diesem ist, dann liegt eine
Pumpbedingung vor.
-
Fig. 6 zeigt den Komparator CMP, der mit dem Flip-Flop FF1
und FF2 verbunden ist. Der Zähler CONT läuft hier mit den
Impulsen der Leitung 68, die auf sie angewendet werden, und
der digitale Zählwert (beispielsweise 6 Bit) wird mit dem
Bezugszählwert N* der Leitungen 74 (ebenfalls 6 Bit)
verglichen. Wenn der Grenzzählwert N* erreicht worden ist, haben
die Leitungen 72 an dem Ausgang alle null, so daß eine EINS
auf der Leitung 70 an dem Ausgang der NICHT-ODER-EINRICHTUNG
erscheint, was ein Pumpen anzeigt.
-
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, daß die Software-Schritte
erläutert, die in dem Computersystem MCP der Fig. 1 enthalten
sind. Die Schritte sind die folgenden:
-
Bei 101 wird die Frage gestellt, ob der Kompressor Luft
komprimiert. Wenn nicht geht das System über die Linie 104
zu Zurück. Wenn ja, ist der nächste Schritt über 102 bei
103, um zu erfahren, was der Durchschnittsmotorstrom (Iav)
für die gegenwärtige Periode ist. Dann geht das System über
105 zu 106, wo bestimmt wird, was die obere und die untere
Schwelle ist (THi und THl, die in Fig. 2 als +TH und -TH
angenommen werden, und dies ist auch das, was in Spannungen
vhi und vlo für die Eingänge des Operationsverstärkers der
Fig. 7A und 7B umgesetzt worden ist). Dann geht das System
über die Linie 107 zu 108, wo der Polaritätszähler (CNT in
Fig. 3 und 6) zum Start auf null gesetzt wird. Ferner wird
bei einem solchen Anfangsschritt angenommen, daß die
Polarität die "positive" ist. Dies bedeutet, daß von der
Polarität, die als letzte von dem Flip-Flop angetroffen worden
ist, angenommen wird, daß sie für einen Punkt auf der Kurve
C der Fig. 2 steht, der als letztes oberhalb der oberen
Schwelle THi war, aber noch oberhalb der unteren Schwelle
ist. Nachdem dies vorgenommen worden ist, geht das System
über die Linie 109 zu dem Block 110, wo die Frage ist: "ob
für die älteste Abtastung: Imot < (Iav-TH)?". Dies ergibt,
zu prüfen, ob die als "positiv" angenommene Polarität so
wahr ist. Die gestellte Frage ist, ob der Betriebspunkt
unterhalb der unteren Schwelle statt oberhalb ist. Es gibt
zwei Möglichkeiten. Eine ist, daß der Betriebspunkt für Imot
oberhalb der unteren Schwelle bleibt und es keine
Polaritätsänderung gibt, somit ist die Antwort NEIN auf der Linie
115. Die andere ist, daß Imot unter die untere Schwelle
gelaufen ist, das bedeutet eine Polaritätsänderung (von
positiv nach negativ). Deshalb geht das System über die
Leitung 111 zu dem Block 112, wo die Polarität zu der
entgegengesetzten geändert wird (die vorhergehende Annahme war
fälschlicherweise, positiv zu sein). Eine solche
Polaritätsänderung wird durch den Zähler CNT beim Block 114 gezählt,
die ihn über die Linie 113 erreicht. Wie früher angegeben
worden ist, geht, wenn bei 110 die Antwort auf Imot < (Iav-TH)
negativ ist, das System über die Linie 115 direkt zu der
Linie 116, ohne über eine Zählung bei 114 zu laufen. Dann
geht das System über 120 nach 121, wo die nächste Abtastung
in Betracht gezogen wird. Dies wird für alle Abtastungen
während der Periode vorgenommen, (da es 40 Abtastungen gibt,
benötigt es maximal 4 Sekunden, bei 114 die
Polaritätsänderungen zu zählen und zu sehen, ob sie die Bezugszahl N*
erreichen und überschreiten), und es wird bei 117 bestimmt,
ob alle Abtastungen geprüft worden sind. Bei jeder Abtastung
bei 121 geht das System über die Linie 122 nach 123, wo die
Prüfung ist, ob Imot > (Iav+TH). Das heißt, wie für die
Größe A in Fig. 7D wird angenommen, daß der Betriebspunkt
auf der Kurve (C) die obere Schwelle THi überschreitet, und
das deshalb die Polarität positiv ist. Wenn dies zutrifft,
ist der nächste Schritt über die Linie 126, zu prüfen, ob
die letzte aufgezeichnete Polarität auch positiv war. Wenn
dies zutrifft, ist die Folge, daß es keine
Polaritätsänderung gibt, und das System umgeht über die Linie 131 den
Block 112 und geht direkt über die Linie 116 und 120 zu dem
Block 121. Sonst wird durch die Linie 130 (was ein NEIN
bedeutet) eine Polaritätsänderung bei 112 durchgeführt, der
über die Linie 113 eine Zählung bei 114 folgt. Wenn es auf
124 ein NEIN von dem Block 123 gibt, wird die Prüfung beim
Block 125, ob Imot < (Iav-TH). Dies ist wie bei der Fig. 7E
mit der Größe B. Wenn dies wahr ist, sollte über die Leitung
127 eine negative Polarität sein. Wenn es bereits bei 129
tatsächlich schon eine negative Polarität gibt, muß keine
Polaritätsänderung (auslösen) stattfinden, und das System
geht über die Linie 131 unmittelbar zu den Linien 116, 120
zu dem Block 121 für die nächste Abtastung von Imot. Wenn
die tatsächliche Polarität positiv war, sagt der Block 129
auf der Linie 130 NEIN, wodurch eine Polaritätsänderung
(Auslösen) angezeigt wird. Eine solche Änderung wird
bestätigt und bei 114 gezählt. Dies wird durchgeführt, bis die
letzte Abtastung bei 117 bestätigt worden ist. Dann wird
über die Linie 118 die Prüfung bei 119, ob N* solcher
Änderungen stattgefunden haben. Wenn dies der Fall ist, geht das
System über die Linie 132 (mit einem JA) und über die Linie
134 (wenn bei 133 ein Pumpen nicht bereits festgestellt
worden ist) zu dem Block 135, wo die Flagge gesetzt wird,
ein "Pumpen" anzuzeigen. Dann geht das System über die
Linien 138 und 104 zurück nach ZURÜCK. Die Softwarelogik zur
Steuerung des Einlaßventils und des Umgehungsventils bei 141
ist diejenige, die durch die Linie 139 bei 101 die gerade
betrachtete Programmroutine initiiert. Wenn eine "Setze
Pump-Flagge" Logik von der Linie 138 erhalten worden ist und
über die Linie 104 zu ZURÜCK gegeben worden ist, wird dies
durch die Linie 140 in dem Block 141 bestätigt. Die Tatsache
wird bei 143 in einer anderen Programmroutine hergestellt,
die durch die Linie 70 den Befehl für die
Kompressorsteuereinheit CCU der Fig. 1 erzeugt. Sonst, das
heißt, wenn keine Pump-Flagge im Laufe des Zeitintervalls
gesetzt worden ist, das bei 117 definiert und wie es bei 133
festgelegt worden ist, findet eine normale Steuerung von dem
Block 143 zu dem Block CCU statt. Die Fragen und Antworten
zwischen den zwei Programmroutinen, nämlich den Linie 139
und 140, betragen ungefähr 3 ms. Wenn es keine
Pump-Erfassung gibt, gibt es ein NEIN von dem Block 119 mit Rückkehr
durch die Linie 136, und wenn ein Pumpen bereits erfaßt
worden ist, gibt es ein zurück von dem Block 133 über die
Linie 137. Wenn der Bezugszählwert N* bei 119 nicht erreicht
worden ist, während der Zähler CNT bei 114 erhöht wird, ist
die Entscheidung, über die Linie 104 zurückzukehren. Wenn
dies das erste Mal ist, daß die Polaritätsänderungen gleich
N* sind oder überschritten haben, ist der Befehl, die Pump-
Erfassung in 3 Sekunden zurückzusetzen, die Pump-Flagge zu
setzen und die anderen Bit zu setzen. Dies wird bei 135
getan und das System kehrt über 104 zurück, um weiter ein
mögliches Auftreten von Pumpen zu prüfen.
-
Die Flußdiagrammschritte werden durch die
Rechnersteuereinheit MCP durchgeführt, die durch die Fig. 9 und 10A bis
10B dargestellt ist. Die Rechnersteuereinheit enthält einen
Mikrocomputer MICRO (in Fig. 10A). Fig. 9 zeigt die
Ableitung des für den Motorstrom repräsentativen Signals auf der
Leitung 40, nach der Umwandlung des Wechselstroms des Motors
durch den Umwandler CNV. Das Motorstromsignal wird dann auf
der Linie 240 zu der Linie 240' der Fig. 10C an den Eingang
des Analog/Digital-Umwandlerabschnittes der
Rechnersteuereinheit geschickt. Der Analog/Digital-Umwandler AD1 erzeugt
dort auf der Linie 203 die ADIN-Daten zur Behandlung durch
den Mikrocomputer. Zwei Speichereinrichtungen mit wahlfreiem
Zugriff RAM sind in Fig. 10B gezeigt, ein flüchtiger und ein
anderer nichtflüchtiger. Die Linie 203 der Fig. 10C verläuft
zu einer Verriegelungseinrichtung LTC1 (Fig. 10B), die Daten
über den Datenbus 202 (ADBUS) zu einer Speichereinrichtung
mit wahlfreiem Zugriff (RAM1) führt, die durch den
Adressenbus 201 (ADDRESS BUS) von dem MICRO (Fig. 10A) adressiert
wird. Eine dieser zwei Speichereinrichtungen mit wahlfreiem
Zugriff ist den Registern RG1 und RG2 der Fig. 3 äquivalent.
Fig. 10B zeigt auch eine Verriegelungseinrichtung LTC2, die
Daten von dem RAM1 sowie von einer anderen
Speichereinrichtung mit wahlfreiem Zugriff (RAM2) auf der Linie 204 (DAOUT)
an Digital/Analog-Umwandler DA1 und DA2 gibt, die analoge
Signale auf den Linien 219' und 229' (Fig. 10D) ausgeben,
wenn die Linie 70 (Fig. 1) das Auslösen des Einlaßventils
bzw. des Umgehungsventils (IV bzw. BV) befiehlt. Die Befehle
der Linien 219' und 229' werden auf Linien 219 bzw. 229
weitergegeben, die ähnlich den Linien 19 und 29 der Fig. 1
sind. Der interne Betrieb des Mikrocomputers MICRO, der
Daten in digitaler Form behandelt, wie er sie erhält, oder
wie sie erzeugt werden, erfolgt gemäß dem Flußdiagramm der
Fig. 8. Die Festkörpereinrichtungen, die für einen solchen
Software-Betrieb verwendet werden, die in den Figuren
bezeichnet sind, werden leicht in Hinblick auf ihre Eigenart
und ihre Betriebsweise verstanden. Somit wird der Analogwert
AIN des Motorstroms, der von der Linie 240 der Fig. 9
geführt wird, über die Linien 240 und 240' an den
Analog/Digital-Umwandler AD1 gegeben, um das digitale Gegenstück ADIN
von jenem auf der Linie 203 der Fig. 10C zu werden. Von dort
wird ADIN in der Verriegelungseinrichtung LTC1 der Fig. 10B
gespeichert. Der Mikrocomputer MICRO der Fig. 10A erhält
oder erzeugt Daten bei seinen verschiedenen Operationen, die
entlang der ADBUS-Linie 202 von oder zu dem Nur-Lesespeicher
ROM der Fig. 10A, zu den Registern (RG1 und RG2), die als
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM1 in diesem Fall)
ausgeführt sind, und/oder zu den Verriegelungseinrichtungen LTC1,
LTC2 der Fig. 10B, wobei der Adressenbus (Linie 201) die
Auswahl der Stellen in den Einrichtungen trifft. Ein Signal
+vREF ist auf der Linie 205 gezeigt, das zum Skallieren des
Wertes der Positionierungssignale für das Einlaßventil (IV)
auf der Linie 219 verwendet wird (die zu der Linie 19 der
Fig. 1 paßt) und für das Umgehungsventil (BV) auf der Linie
229 (die zu der Linie 29 der Fig. 1 paßt).
KENNZEICHNUNG DER IN DEN ZEICHNUNGEN VERWENDETEN BE-
ZUGSZEICHEN
Bezeichnung Bezugszeichen Figur LUFTKOMPRESSION BESTIMME Iav FÜR DIESE PERIODE BESTIMME THi UND THl
POLARITÄTSZÄHLER AUF NULL, & INITIALISIERE POLARITÄT AUF + Imot ABTASTUNG (ÄLTESTE) < (Iav-TH) KOMPLEMENT DES POLARITÄSVORZEICHENS ERHÖHE POLARITÄTSZÄHLER SIND ALLE MOTORSTROMABTASTUNGEN ÜBERPRÜFT ANZAHL VON POLARITÄTSÄNDERUNGEN > N* NIMM NÄCHSTE MOTORSTROMABTASTUNG MOTORSTROMABTASTUNG > (Iav-TH) MOTORSTROMABTASTUNG < (Iav-TH) POLARITÄT > 0 POLARITÄT < 0 PUMPEN BEREITS ERFASST SIGNAL ZUM ZURÜCKSETZEN DER PUMP-ERFASSUNG IN 3 SEKUNDEN + SETZE PUMPFLAGGE + SETZE ANDERE BIT IV/BV STEUERUNG SOTFWARELOGIK PUMP-FLAGGE GESETZT