EP1055071B1 - Regelvorrichtung für eine membranpumpe - Google Patents

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EP1055071B1 EP99950623A EP99950623A EP1055071B1 EP 1055071 B1 EP1055071 B1 EP 1055071B1 EP 99950623 A EP99950623 A EP 99950623A EP 99950623 A EP99950623 A EP 99950623A EP 1055071 B1 EP1055071 B1 EP 1055071B1
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
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    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B2207/00—External parameters
    • F04B2207/04—Settings
    • F04B2207/044—Settings of the rotational speed of the driving motor

Definitions

  • the invention relates to a control device for a diaphragm pump according to claim 1.
  • Diaphragm pumps are used in a variety of ways. They are either mechanical or operated hydraulically. They are used, for example, to feed filter presses or similar consumers, such as B. Spray tower loads and the same.
  • the drive motor for example a three-phase motor, to operate via a frequency converter and the adaptation of the Flow rate and pump pressure depending on the measured Pressure.
  • the line between the pump and filter press assigned a pressure transmitter, its output signal is given to a programmable logic controller.
  • a programmable logic controller assigns the corresponding control signal for the Frequency converter for adapting the speed of the drive motor to the Pressure ratios by changing the output frequency of the converter.
  • Programmable logic controllers such as those used for such speed controls are required are relatively expensive.
  • the invention has for its object a control device for a To create diaphragm pump, which with a minimal apparatus Effort works.
  • An electric drive motor in particular a three-phase asynchronous motor, drives the diaphragm pump.
  • the drive motor is over one in its Frequency variable frequency converter supplied, which in turn with connected to the network, for example a 50 or 60 Hz network.
  • the frequency converter has an analog output at which a signal is present, for example a current that is representative of the respective motor torque.
  • a speed setpoint generator is also provided, which is not specifies a constant speed value, but a setpoint curve, which in Speed setpoint generator is saved.
  • the curve consists of a constant branch that corresponds to a maximum speed. Since the Output of the frequency converter via an inverter to the input of the Is given a small signal (engine torque) at the output to a large signal (engine speed) at the input of the speed setpoint generator. In other words, with relatively small ones
  • the speed setpoint generator gives a maximum speed value in front. This may well be higher than, for example, one like it is reached at 50 or 60 Hertz. A speed value can even be specified which corresponds, for example, to a frequency of 130 Hz.
  • the descending curve is followed to a minimum speed, the is then kept constant, for example at a value at which the Electric motor just runs smoothly. For example, this corresponds to one Speed of 2.0 rpm.
  • the device according to the invention also contains an attenuator. This ensures that those that inevitably occur with a diaphragm pump periodic fluctuations of the actual signal are damped so far that a processable signal is obtained.
  • the device according to the invention has the advantage that it is a conventional one Frequency converter can be used only minimally by appropriate Circuit parts must be supplemented. External control and regulating devices are not required. In particular, a pressure sensor completely cease to exist for regulatory purposes. In practice it has pointed out that it is easily possible with the invention, proportional to the sludge pressure building up in the filter press React torque of the engine.
  • a diaphragm pump 18 is shown by a three-phase motor 16 is driven.
  • the three-phase motor 16 is via a frequency converter 21 connected to the mains.
  • the frequency of the Motors can be changed between 2 Hz and 130 Hz.
  • the one in an inverter 20 determined motor currents are determined and appear an analog output 22 as actual signals for the torque of the motor 16.
  • the signal is a current signal that ranges between 0 and 21 mA. Current 0 means infinitely small torque and maximum current means maximum torque.
  • the signal Since the pump generates a swelling pressure, the signal is at the output 22 swelling accordingly.
  • An attenuator 23 ensures a corresponding Uniformity of the actual signal.
  • the attenuation of the actual signal is preferably done with a filter time constant, for example 8 Seconds. At the same time, this constant can be used to adapt to the respective pump size can be reached.
  • the actual signal is sent from output 22 via line 24 to the input given an inverter 28, which in turn with a speed setpoint 30 is connected.
  • a frequency converter 21 Speed controller is integrated, the speed according to the speed setpoint regulates so that the pump is driven at the required speed becomes.
  • a controller is, for example, a PID controller.

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Abstract

Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zur Filterpressenbeschickung oder ähnlicher Verbraucher, mit einem elektrischen Drehstromantriebsmotor für die Pumpe, der über einen in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter mit dem Versorgungsnetz verbunden ist, wobei der Frequenzumrichter einen analogen Ausgang aufweist, an dem ein dem jeweiligen Motormoment entsprechendes Ist-Signal erscheint; einem Drehzahlsollwertgeber, auf dessen Eingang das Ist-Signal über einen Inverter gegeben wird und in dem eine eine Abhängigkeit zwischen dem Motormoment und der Drehzahl herstellende Kurve gespeichert ist derart, daß bei kleinen Ist-Signalwerten die Kurve für die Drehzahl entlang einem konstanten maximalen Wert verläuft und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes für das Ist-Signal allmählich auf einen Mindestwert abfällt; und einer Dämpfungsstufe für das Ist-Signal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für eine Membranpumpe nach dem Patentanspruch 1.
Membranpumpen werden vielseitig eingesetzt. Sie sind entweder mechanisch oder hydraulisch betrieben. Sie dienen etwa zur Beschickung von Filterpressen oder ähnlichen Verbrauchern, wie z. B. Sprühturmbeschickungen und dergleichen.
Bei der Beschickung einer Filterpresse nimmt deren Aufnahmefähigkeit während eines Filtrations-Zyklus ab in dem Maße, wie sich Kuchen aufbaut. In ähnlichem Maß steigt der Druck. Bei dem Betrieb der Pumpe ist daher auf dieses Verhalten Rücksicht zu nehmen. Es ist bekannt, mit ansteigendem Druck den Membranhub zu verringern, um eine Abnahme der Fördermenge bis gegen Null bei Erreichen eines vorher fixierten Filtrationsdruckes vorzusehen.
Es ist ferner bekannt, den Antriebsmotor, beispielsweise einen Drehstrommotor, über einen Frequenzumrichter zu betreiben und die Anpassung der Fördermenge und des Pumpendruckes in Abhängigkeit vom gemessenen Druck vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird der Leitung zwischen Pumpe und Filterpresse ein Druckmeßumformer zugeordnet, dessen Ausgangssignal auf eine speicherprogrammierbare Steuerung gegeben wird. Diese erzeugt nach einem vorgegebenen Programm das entsprechende Stellsignal für den Frequenzumrichter zur Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors an die Druckverhältnisse durch Veränderung der Ausgangsfrequenz des Umrichters. Speicherprogrammierbare Steuerungen, wie sie für derartige Drehzahlregelungen erforderlich sind, sind verhältnismäßig aufwendig.
Aus DE 43 35 403 ist auch bekannt, eine Kunststoffspritzgießmaschine mittels eines Drehstromsynchronmotors und einem Frequenzumrichter zu steuern. Auch bei dieser Anordnung wird der der Spritzeinrichtung zugeführte Druck gemessen und zur Einstellung der Hydraulikpumpe verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zu schaffen, welche mit einem minimalen apparativen Aufwand arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein elektrischer Antriebsmotor, insbesondere ein Drehstromasynchronmotor, treibt die Membranpumpe an. Der Antriebsmotor wird über einen in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter versorgt, der seinerseits mit dem Netz verbunden ist, beispielsweise einem 50 oder 60 Hz-Netz. Der Frequenzumrichter hat einen analogen Ausgang, an dem ein Signal ansteht, beispielsweise ein Strom, der repräsentativ ist für das jeweilige Motormoment.
Bei der Erfindung ist ferner ein Drehzahlsollwertgeber vorgesehen, der nicht einen konstanten Drehzahlwert vorgibt, sondern eine Sollwertkurve, die im Drehzahlsollwertgeber gespeichert ist. Die Kurve besteht zum einen aus einem konstanten Ast, der einer maximalen Drehzahl entspricht. Da der Ausgang des Frequenzumformers über einen Inverter auf den Eingang des Drehzahlsollwertgebers gegeben wird, führt ein kleines Signal (Motormoment) am Ausgang zu einem großen Signal (Motor-Drehzahl) am Eingang des Drehzahlsollwertgebers. Mit anderen Worten, bei relativ kleinen Momenten gibt der Drehzahlsollwertgeber einen maximalen Drehzahlwert vor. Dieser kann durchaus höher liegen als zum Beispiel ein solcher, wie er bei 50 oder 60 Hertz erreicht wird. Es kann sogar ein Drehzahlwert vorgegeben werden, der zum Beispiel einer Frequenz von 130 Hz entspricht. Ein derartiger Drehzahlsollwert wird so lange gefahren, bis das Moment einen kritischen Wert erreicht. Dies entspricht einer Betriebsphase, bei der der Verbraucherdruck den Abregeldruck des Prozesses erreicht hat. Ab diesem Punkt wird der Drehzahlsollwert entlang einer vorgegebenen abfallenden Kurve gefahren, vorzugsweise entlang einer Geraden. Der Verlauf der abfallenden Kurve bzw. der Geraden ist derart, daß ein gewünschter Verbraucherdruck bzw. Druckverlauf erhalten wird. Dieser richtet sich bekanntlich nach dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrauchers, beispielsweise einer Filterpresse.
Der abfallenden Kurve wird bis zu einer minimalen Drehzahl gefolgt, die dann konstant gehalten wird, beispielsweise auf einem Wert, bei dem der Elektromotor gerade noch rundläuft. Dies entspricht zum Beispiel einer Drehzahl von 2,0 U/min.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält auch ein Dämpfungsglied. Dieses sorgt dafür, daß die bei einer Membranpumpe zwangsläufig auftretenden periodischen Schwankungen des Ist-Signals so weit gedämpft werden, daß ein verarbeitbares Signal erhalten wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie einen herkömmlichen Frequenzumformer verwenden kann, der nur minimal durch entsprechende Schaltungsteile zu ergänzen ist. Externe Steuer- und Regeleinrichtungen sind nicht erforderlich. Insbesondere kann ein Druckaufnehmer zu Regelungszwecken vollständig in Fortfall kommen. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß es mit der Erfindung ohne weiteres möglich ist, proportional auf den sich in der Filterpresse aufbauenden Schlammdruck über das Drehmoment des Motors zu reagieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1
zeigt schematisch ein Blockschaltbild nach der Erfindung.
Fig. 2
zeigt ein Diagramm über den Druck- und Drehzahlverlauf bei einer Filterpressenbeschickung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Membranpumpe 18 dargestellt, die von einem Drehstrommotor 16 angetrieben ist. Der Drehstrommotor 16 ist über einen Frequenzumrichter 21 an das Stromnetz angeschlossen. Die Frequenz des Motors läßt sich zwischen 2 Hz und 130 Hz verändern. Die in einem Wechselrichter 20 ermittelten Motorströme werden ermittelt und erscheinen an einem Analogausgang 22 als Ist-Signale für das Drehmoment des Motors 16. Das Signal ist ein Stromsignal, das sich zwischen 0 und 21 mA bewegt. Strom 0 bedeutet unendlich kleines Drehmoment und maximaler Strom bedeutet maximales Drehmoment.
Da die Pumpe einen schwellenden Druck erzeugt, ist das Signal am Ausgang 22 entsprechend schwellend. Ein Dämpfungsglied 23 sorgt für eine entsprechende Vergleichmäßigung des Ist-Signals. Die Bedämpfung des Ist-Signals erfolgt vorzugsweise mit einer Filterzeitkonstanten, zum Beispiel 8 Sekunden. Gleichzeitig kann mit dieser Konstanten eine Anpassung an die jeweilige Pumpengröße erreicht werden.
Das Ist-Signal wird vom Ausgang 22 über eine Leitung 24 auf den Eingang eines Inverters 28 gegeben, der seinerseits mit einem Drehzahlsollwertgeber 30 verbunden ist.
Bei kleinem Moment erscheint mithin am Eingang des Sollwertgebers 30 ein hohes Signal. Bei diesem Signal wird im Sollwertgeber 30 ein maximaler Wert für die Drehzahl vorgegeben, wobei dieser Wert entlang eines waagerechten Astes nach Fig. 2, der mit 9 bezeichnet ist, über einen vorgegebenen Bereich konstant gehalten wird. Steigt der Druck im Verbraucher an, was sich in einer Erhöhung des Ist-Signals bemerkbar macht, wird das Ausgangssignal des Sollwertgebers 30 entlang eines zweiten Kurvenastes 10, nämlich einer abfallenden Geraden, reduziert, und zwar allmählich auf einen vorgegebenen minimalen Drehzahlwert, der zum 2,0 U/min betragen kann. Die Mindestdrehzahl entspricht der Mindestdurchflußmenge der Pumpe und hält mithin den erreichten maximalen Druck Pmax annähernd konstant bis zum Pressenabschaltdruck.
Es sei noch erwähnt, daß, wie an sich bekannt, im Frequenzumformer 21 ein Drehzahlregler integriert ist, der die Drehzahl nach Maßgabe des Drehzahlsollwertes regelt, damit die Pumpe mit der erforderlichen Drehzahl angetrieben wird. Ein solcher Regler ist zum Beispiel ein PID-Regler.

Claims (5)

  1. Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zur Filterpressenbeschickung oder ähnlicher Verbraucher, mit
    einem Frequenzumrichter;
    einem elektrischen Drehstromantriebsmotor (16) für die Pumpe (18), der über dem in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter (20) mit dem Versorgungsnetz verbunden ist, wobei der Frequenzumrichter einen analogen Ausgang (22) aufweist, an dem ein dem jeweiligen Motormoment entsprechendes Ist-Signal erscheint,
    einem Drehzahlsollwertgeber (30), auf dessen Eingang das Ist-Signal über einen Inverter (28) gegeben wird und in dem eine eine Abhängigkeit zwischen dem Motormoment und der Drehzahl herstellende Soll-Kurve gespeichert ist derart, daß bei Ist-Signalwerten unterhalb eines Grenzwerts die Drehzahl einen konstanten maximalen Wert (nmax) aufweist und bei Erreichen des Grenzwertes mit größer werdenden Ist-Signalwerten allmählich auf eine Mindestdrehzahl (nmin) abfällt, und
    einer Dämpfungsstufe (23) für das Ist-Signal.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abfallende Kurvenabschnitt (10) eine Gerade ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehzahlsollwertgeber (30) ein unterer Drehzahlwert (nmin) gespeichert ist und das Motormoment konstant bleibt, wenn der untere Drehzahlwert (nmin) erreicht.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Drehzahlwert (nmax) einer Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (20) entspricht, die oberhalb der Netzfrequenz liegt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve (9, 10) programmierbar ist und an den jeweiligen Verbraucher für die Pumpe angepaßt werden kann.
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