EP2145112B1 - Device and method for fault monitoring - Google Patents
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- EP2145112B1 EP2145112B1 EP08749360.7A EP08749360A EP2145112B1 EP 2145112 B1 EP2145112 B1 EP 2145112B1 EP 08749360 A EP08749360 A EP 08749360A EP 2145112 B1 EP2145112 B1 EP 2145112B1
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
- F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
- F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
- F04D15/0218—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply
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- F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05D2270/335—Output power or torque
Definitions
- the invention relates to a device for fault monitoring of a centrifugal pump driven by a variable speed electrical motor, which device detects, stores and maintains operating values of the engine prior to activation of the fault monitoring and compares current engine operating values with the stored values during a fault monitor, and a method for fault monitoring with such a device.
- variable speed drive motors For variable speed drive motors, it must be ensured that the drive shuts down in case of failure.
- the speed change is generally done with so-called frequency converters, which allow by changing the frequency of the frequency converter provided by the voltage system, a nearly continuous speed control of the centrifugal pump.
- system malfunctions can cause impermissible operating states. This can lead to a fault in the system, for example, due to a pipe break, incorrect operation of valves, too low a delivery rate or the like. Among other things, this may be idling, dry running or falling below a predetermined minimum delivery.
- the EP-A-0978657 discloses a pump assembly having an enclosed motor and a frequency converter, a detector for detecting a frequency and a current value, a frequency and a current value in actual operation with a program provided in the frequency converter for indicating the relationship between the frequency and the current value is to be compared.
- the frequency generated by the frequency converter is changed to correct the current value generated by the frequency converter with the predetermined program to a desired operating point.
- the pump arrangement of D1 is a regulation to a specific, predetermined flow rate.
- the EP-A-0150068 discloses a method and a device for controlling various operating parameters, in particular the delivery head H, the delivery flow Q, the power requirement P and the rotational speed n, for pumps and compressors, preferably centrifugal pumps and fans.
- the control takes place according to characteristic curves of the operating parameters according to the desired operating mode, wherein the measurement of individual operating parameters for calculating the manipulated variable takes place outside of the pumped medium.
- the rotational speed n and the power requirement P are used as electrical measured variables.
- the invention has for its object to develop a device and a method for fault monitoring for centrifugal pumps, which can be used with low startup effort even with changing system conditions.
- the solution to this problem is that the device evaluates a current engine operating point with respect to a limited operating range of the engine and detects a fault when leaving the operating range, the limited operating range is formed by engine operating points.
- the limited operating range is expediently formed by individual, characteristic engine operating points. By means of this range based on individual, characteristic engine operating points, the fault monitoring is carried out. Measurements in the pumped medium are therefore as little to perform as the acquisition and storage of series of measurements of electric motor sizes during a commissioning phase. For speed-controlled drives, moreover, the motor sizes are usually internal Measured values of a frequency converter known, so that additional measurements are unnecessary.
- An illustrative embodiment of the invention provides that the operating range in an engine size diagram is limited by at least one, in each case two engine operating points-containing, in particular starting and ending points connecting, limiting curve.
- the current engine operating point and its position in the engine size diagram are then analyzed continuously or periodically. Upon leaving the limited and / or predetermined range, a fault is detected and a suitable response can occur.
- a bounding curve may optionally be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial. This allows easy adaptation to different plant conditions.
- the device according to the invention comprises means for inputting and / or reading in input and / or parameter values.
- characteristic engine operating points and types of curves can be entered.
- the necessary parameters for the definition of the limited operating range can be input manually regardless of their origin or can be read in by other suitable means, which are used, for example, in the context of a parameter transmission.
- the parameter values are, for example, manually or by means of a measuring device during a learning process in which the electric power of the drive motor is determined at minimum and maximum frequency when the pressure valve is closed and / or open, or determined by means of calculations.
- the limited operating range of the engine and / or the characteristic engine operating points are derived from an allowable operating range of the centrifugal pump.
- a permissible operating range of the centrifugal pump is from their characteristics, plotted against a delivery rate Q of the centrifugal pump, in particular the delivery height characteristics H (Q) known.
- a limited operating range of the engine is derived according to the invention.
- a permissible operating range of a centrifugal pump is defined by characteristic characteristic points, such as minimum or maximum delivery rate of a centrifugal pump.
- a limited operating range of the motor used for the disturbance monitoring is defined by transmission, for example mathematically, in an engine size diagram and connecting the respective start and end points by limiting curves.
- a permissible power value P at a frequency f which is between a first, for example minimum, frequency f min and a second, for example maximum, frequency f max must lie within the range defined by the characteristic engine operating points and the limiting curves.
- the delivery height characteristic of a centrifugal pump is known.
- Characteristic characteristic points define a permissible operating range of the centrifugal pump.
- a first boundary curve connects a pair of points (P min, min , f min ), (P min, max , f max ) and a second boundary curve a pair of points (P max, min , f min ), (P max, max , f max ). It indicates at the power P of first index a first, for example minimum, or second, for example maximum, power at a frequency corresponding to the second index.
- the points in the power frequency diagram are expediently from transformation of characteristic points (Q min, min , n min ), (Q min, max , n max ), (Q max, min , n min ), (Q max, max ; n max ) derived a delivery height characteristic of the centrifugal pump.
- the first index indicates a first or second flow at a speed corresponding to the second index.
- characteristic characteristic points of the delivery height characteristic in the power frequency diagram spans an area which serves for a simple fault monitoring.
- a current power value needs to be evaluated during operation of a centrifugal pump only in terms of its limits at a current frequency.
- the limit values are determined from the predefined, stored boundary curve course and / or by interpolation of interpolation points stored in a memory device before a fault monitoring.
- the device comprises means for selectively setting an action of the device upon detection of a fault.
- a warning or alarm message is optionally generated and / or operation of the centrifugal pump is continued or stopped. It is also thought that an action does not take place immediately upon detection of a fault, but already in the run-up to an impending disturbance. Thus, for example, can be warned against imminent leaving the limited operating range.
- the device for fault monitoring is integrated into a control or regulating device, a switching device, a display and / or a diagnostic device acting on the motor.
- the means necessary for carrying out the method such as microcomputer, memory device and / or display means and required instructions in the form of computer programs can be integrated into existing control, regulating, display, diagnostic devices, switching devices and / or other electronic devices or arranged in separate devices.
- Such a device is also able to perform a recording of measured variables and calculated values in addition to a current fault monitoring.
- a frequency converter powers the motor and / or that it constitutes or includes the fault monitoring device. All engine sizes required for fault monitoring, in particular power and frequency delivered to the engine, are available in any case during operation of the frequency converter, so that fault monitoring according to the invention requires no additional measured variables.
- a current engine operating point is evaluated with respect to a limited operating range of the engine and a fault is detected when leaving the operating range, the limited operating range being formed by engine operating points , Conveniently, the limited operating range is formed by individual, characteristic engine operating points.
- the operating range in an engine size diagram is limited by at least one limit curve, which includes two engine operating points in each case and in particular connects the start and end points.
- the bounding curve can be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial.
- a simple method of fault monitoring is obtained when two curves in a power frequency diagram define the limited range.
- a first limiting curve in the power frequency diagram expediently combines a pair of points (P min, min f min ), (P min, max , f max ) and a second limiting curve a pair of points (P max, min ; f min ), (P max, max , f max ).
- the points in the power-frequency chart can also by means of transformation of characteristic points (Q min; n nominal), (Q max; n nominal) minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump are derived.
- the required conversion to other speeds or frequencies can be done by affinity laws.
- the Fig. 1 shows a device according to the invention 1 for fault monitoring, consisting of microcomputer 2 with memory device 3, display means 4, and means for entering 5 and means for reading 6 of input, parameter and / or other values.
- the device 1 has two inputs 7, 8 for reading current power and frequency data of a drive motor, not shown here, of a centrifugal pump.
- the device 1 can be connected with their inputs 7, 8, for example, to a serial data bus.
- the centrifugal pump is driven by an electric motor, which is powered by a frequency converter, for example, with variable speed.
- the device 1 is equipped with outputs 9, 12, 13.
- operating values of the motor are recorded. This can be done, for example, by entering four individual, characteristic engine operating points (P min, min , f min ), (P min, max , f max ) and (P max, min , f min ), (P max, max , f max ) via the means for inputting 5.
- the curves of the limiting curves are input via the means for inputting 5.
- About the memory device 3 is a defined, predetermined, limited operating range, here the operating range in a P-f diagram, stored and maintained for a fault monitoring.
- the means for inputting 5 may for this purpose also, for example, characteristic points (Q min, min, n min), (Q min, max, n max), (Q max, min, n min), (Q max, max n max ) of a delivery line characteristic H (Q) of the centrifugal pump or characteristic points (Q min ; n nenn ), (Q max ; n nenn ) minimum and maximum delivery rate at rated operation of the centrifugal pump and minimum and maximum speeds or frequencies are entered, resulting in transformation of the characteristic points four points can be determined in the power frequency diagram with which the fault monitoring is carried out.
- the necessary calculation instructions in the form of algorithms available for the microcomputer 2 are stored for this purpose.
- a desired action of the device 1 upon detection of a fault can be set via the means 5, whether a warning or alarm message is generated when a fault is detected and / or an operation of a centrifugal pump is continued or stopped.
- All the input and / or parameter values and algorithms required in the device 1 can be transmitted via the digital read-out interface 6 via a digital data interface.
- the device 1 evaluates with its microcomputer 2 during a fault monitoring a current engine operating point, known here via the input quantities power P and frequency f, with respect to the limited operating range of the engine.
- a current power value P is evaluated only with regard to its limit values at a current frequency f, wherein an exceeding or falling below a respective limit means leaving the limited operating range and leads to the detection of a fault.
- Results of the fault monitoring or also all data available in the microcomputer 2 are displayed via the display means 4, such as a display 10 or an LED display 11, and provided via the outputs 9, 12, 13 external equipment for further processing.
- the outputs 12, 13 can be used, for example, for a warning or alarm message by external devices.
- the device 1 for fault monitoring is shown as a separate device. It is equally possible that the device is integrated in a control or regulating device, a switching device and / or a display and / or diagnostic device acting on the motor. It is also provided that a frequency converter, in which the current power and frequency values are permanently determined in any case, even contains or contains the device for fault monitoring.
- a limiting curve connects, in an engine size diagram, start and end points A “and B” or C “and D", which are derived from the characteristic operating points of the centrifugal pump defining characteristic points A and B or C and D respectively.
- further parameters for the curve of a first limiting curve between point A "and B” and a second limiting curve between C “and D” are provided for this purpose, by means of which linear, quadratic or cubic curves can be selected.
- the different courses serve to adapt the fault monitoring to different plant conditions.
- the limiting curves are calculated in a further step 25 according to the desired curve profile. This is done, for example, in which a certain number of calculated curve intermediate values are stored in a kind of value table. Alternatively, it is sufficient to store the points A "to D" and the type of curves between these points. In any case, a limited range in the engine size diagram is clearly defined by the start and end points and these connecting limiting curves, together with their given curve curves, and can be used for a subsequent fault monitoring.
- This can be done, for example, by means of a preceding transformation of the points A to D from the characteristic points (Q min ; n nenn ), (Q max ; n nenn ).
- the limited Operating range of the engine also be derived from other points and defined.
- the points A "to D" of the limiting curves in the motor size diagram are directly specified. These can be determined manually by measuring device during a learning process, by means of calculations, graphic methods or by other suitable methods. During a learning process, for example, with a closed and / or open pressure-side valve, the electrical power of the drive motor can be measured at a minimum and maximum frequency in a system and thus the points A ", B" and / or the points C ", D" can be determined.
- Fig. 3 shows a typical flow of fault monitoring during operation of a centrifugal pump.
- a fault monitoring according to the invention can, after appropriate preparation steps according to the in Fig. 2 be activated described and realize during operation of a centrifugal pump, inter alia, a no-load, dry running, minimum flow and / or overload protection function.
- current or periodic engine operating values such as electric motor power and motor frequency or speed of the drive motor are detected or determined. These values are either detected by suitable sensor means or are obtained from a speed controller which powers the motor.
- a frequency converter for example, the current power and frequency values are permanently determined anyway and are available. These are used for fault monitoring without additional measurement effort. It is envisaged that the frequency converter itself represents or contains the device for fault monitoring. Likewise, other tannin are suitable.
- a current engine operating point in an engine size diagram can be determined in step 32.
- a previously determined, predetermined, limited range is such an engine operating point already defined by the current electrical power and the current engine frequency.
- the engine operating point is within the limited range.
- the engine operating point under- or overshoots the first or second limiting curve, ie, is outside the limited range.
- the actual fault monitoring 33 consists in a simple evaluation of the position of the engine operating point in the engine size diagram. For this purpose, the current power value is evaluated with regard to its limit values at a current frequency f.
- the limit values for a specific frequency can be determined from the predefined, stored limiting curve course.
- the corresponding curve values for the current frequency value f are determined, if necessary, by means of interpolation methods. Other possibilities for this are known and need not be detailed here.
- Fig. 4 shows a power frequency diagram (Pf diagram) 41 as an engine size diagram according to the invention together with an underlying this basis height curve H (Q) in an HQ diagram 42 of a centrifugal pump. Shown are a characteristic curve for maximum speed 43 and a characteristic curve for minimum speed 44 and system characteristics 45 and 46 at minimum or maximum permissible pump flow Q min or Q max . Due to a system pressure present in the system, all characteristic curves in the HQ diagram 42 are at a height level 47. The characteristic points A to D define an admissible operating range 48 of the centrifugal pump. If the characteristic points in the HQ diagram 42 are not available, it is also possible to fall back to corresponding points A 'to D' of a characteristic P (Q) 49. By way of example, an operating point 50 of the centrifugal pump is plotted in the region of the characteristic curve 51 of an optimum degree of pump flow Q opt .
- a transformation of the characteristic points A to D into the points A "to D” in the P-f diagram 41 is graphically illustrated.
- a transformation from the H-Q diagram 42 into the P-Q diagram 49 and then into the P-f diagram 41 is shown stepwise.
- available points A 'to D' of a P-Q diagram 49 may be transformed.
- a limited area 52 is defined by the points A "to D", which is used for fault monitoring.
- the points A "and B” are connected by a first limiting curve 53 and the points C “and D” by a second limiting curve 54.
- the limiting curves 53, 54 are linear.
- Other gradients, such as square or cubic, can be selected depending on the system conditions.
- a disturbance 36 is detected. It is also readily possible to monitor the disturbance only with respect to one of the two limiting curves 53, 54, ie in the specific case either to perform overload or underload monitoring.
- the limited operating range need not - as described here - be bounded by the points A "to D", but the limited operating range may be formed from other engine operating points and / or from other suitable characteristic points of a centrifugal pump characteristic, in particular a HQ diagram or a PQ Diagram to be derived.
- the embodiments in the figure description are essentially limited to an example with power frequency diagram.
- the described method with device 1 for fault monitoring is transferable to other engine size diagrams, in particular to a power-speed diagram.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe, wobei die Einrichtung vor Aktivierung der Störungsüberwachung Betriebswerte des Motors erfasst, speichert und vorhält und während einer Störungsüberwachung aktuelle Betriebswerte des Motors mit den gespeicherten Werten vergleicht, sowie ein Verfahren zur Störungsüberwachung mit einer solchen Einrichtung.The invention relates to a device for fault monitoring of a centrifugal pump driven by a variable speed electrical motor, which device detects, stores and maintains operating values of the engine prior to activation of the fault monitoring and compares current engine operating values with the stored values during a fault monitor, and a method for fault monitoring with such a device.
Bei Antriebsmotoren mit veränderbarer Drehzahl muss sichergestellt werden, dass bei Störungen bei Bedarf eine Abschaltung des Antriebs erfolgt. Die Drehzahlveränderung erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Frequenzumrichtern, die durch Veränderung der Frequenz des vom Frequenzumrichter zur Verfügung gestellten Spannungssystems eine nahezu stufenlose Drehzahlregelung der Kreiselpumpe ermöglichen. In Anlagen, in denen mit einem solchen drehzahlgeregelten Motor ausgerüstete Kreiselpumpen integriert sind, können durch Anlagenstörungen unzulässige Betriebszustände auftreten. Dies kann beispielsweise durch einen Rohrleitungsbruch, durch eine Fehlbedienung von Armaturen, durch eine zu geringe Fördermenge oder ähnliches zu einer Störung der Anlage führen. Unter anderem können dies Leerlauf, Trockenlauf oder Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestfördermenge sein.For variable speed drive motors, it must be ensured that the drive shuts down in case of failure. The speed change is generally done with so-called frequency converters, which allow by changing the frequency of the frequency converter provided by the voltage system, a nearly continuous speed control of the centrifugal pump. In systems in which centrifugal pumps equipped with such a variable-speed motor are integrated, system malfunctions can cause impermissible operating states. This can lead to a fault in the system, for example, due to a pipe break, incorrect operation of valves, too low a delivery rate or the like. Among other things, this may be idling, dry running or falling below a predetermined minimum delivery.
Bei mit einem Fördermedium gefüllten Anlagen ist es zum Beispiel bekannt, Sensoren zu integrieren, mit deren Hilfe die Durchflussmenge oder das Vorhandensein eines Fluides registriert wird. Bei Unterschreitung vorgegebener Werte wird dann mit Hilfe eines vom Sensor gelieferten Signals eine Abschaltung des Antriebsmotors bewirkt. Die Verwendung solcher Sensoren stellt jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand dar.In systems filled with a pumped medium, it is known, for example, to integrate sensors with the aid of which the flow rate or the presence of a fluid is registered. If the specified values are undershot, then with the aid of a signal supplied by the sensor causes a shutdown of the drive motor. The use of such sensors, however, represents a considerable additional expense.
Es ist ebenfalls bekannt, zur Störungsüberwachung elektrische Motorgrößen wie die Leistung und die Drehzahl heranzuziehen. Dabei erfolgt üblicherweise eine Grenzwertüberwachung der Leistung. Eine solche Art der Leistungsüberwachung ist zwar einfach zu realisieren, weist aber den Nachteil auf, dass sie wechselnden Anlagenbedingungen, wie sie in offenen Systemen beispielsweise durch einen sich verändernden Vordruck einer Kreiselpumpe oder druckseitig variierende Abnahmemengen auftreten, nicht gerecht wird.It is also known to use for disturbance monitoring electrical engine variables such as power and speed. Usually, a limit value monitoring of the power takes place. Although such a type of performance monitoring is easy to implement, it has the disadvantage that it does not meet changing plant conditions, such as those that occur in open systems due to, for example, a changing admission pressure of a centrifugal pump or varying quantities on the pressure side.
Die
Die
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Störungsüberwachung für Kreiselpumpen zu entwickeln, die bei geringem Inbetriebnahmeaufwand auch bei wechselnden Anlagenbedingungen einsetzbar ist.The invention has for its object to develop a device and a method for fault monitoring for centrifugal pumps, which can be used with low startup effort even with changing system conditions.
Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass die Einrichtung einen aktuellen Motorbetriebspunkt in Bezug auf einen begrenzten Betriebsbereich des Motors auswertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs eine Störung feststellt, wobei der begrenzte Betriebsbereich durch Motorbetriebspunkte gebildet ist. Der begrenzte Betriebsbereich ist zweckmäßigerweise durch einzelne, charakteristische Motorbetriebspunkte gebildet. Mittels dieses auf einzelnen, charakteristischen Motorbetriebspunkten basierenden Bereichs wird die Störungsüberwachung durchgeführt. Messungen im Fördermedium sind dadurch ebenso wenig durchzuführen wie die Erfassung und Speicherung von Messreihen von elektrischen Motorgrößen während einer Inbetriebnahmephase. Bei drehzahlgeregelten Antrieben sind darüber hinaus die Motorgrößen in aller Regel durch interne Messwerte eines Frequenzumrichters bekannt, so dass zusätzliche Messungen überflüssig sind.The solution to this problem is that the device evaluates a current engine operating point with respect to a limited operating range of the engine and detects a fault when leaving the operating range, the limited operating range is formed by engine operating points. The limited operating range is expediently formed by individual, characteristic engine operating points. By means of this range based on individual, characteristic engine operating points, the fault monitoring is carried out. Measurements in the pumped medium are therefore as little to perform as the acquisition and storage of series of measurements of electric motor sizes during a commissioning phase. For speed-controlled drives, moreover, the motor sizes are usually internal Measured values of a frequency converter known, so that additional measurements are unnecessary.
Eine anschauliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Betriebsbereich in einem Motorgrößendiagramm durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere Anfangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve begrenzt ist. Während eines Betriebs der Kreiselpumpe mit drehzahlgeregeltem Antrieb wird dann ständig oder periodisch der aktuelle Motorbetriebspunkt sowie dessen Position im Motorgrößendiagramm analysiert. Bei Verlassen des begrenzten und/oder vorgegebenen Bereichs wird eine Störung erkannt und es kann eine geeignete Reaktion erfolgen.An illustrative embodiment of the invention provides that the operating range in an engine size diagram is limited by at least one, in each case two engine operating points-containing, in particular starting and ending points connecting, limiting curve. During operation of the centrifugal pump with variable-speed drive, the current engine operating point and its position in the engine size diagram are then analyzed continuously or periodically. Upon leaving the limited and / or predetermined range, a fault is detected and a suitable response can occur.
Eine Begrenzungskurve kann wahlweise durch ein lineares, quadratisches oder kubisches Polynom gebildet sein. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung an unterschiedliche Anlagengegebenheiten.A bounding curve may optionally be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial. This allows easy adaptation to different plant conditions.
Die Einrichtung weist erfindungsgemäß Mittel zum Eingeben und/oder Einlesen von Eingabe- und/oder Parameterwerten auf. Somit können charakteristische Motorbetriebspunkte und Kurvenarten eingegeben werden. Die notwendigen Parameter zur Definition des begrenzten Betriebsbereichs können unabhängig ihrer Herkunft manuell eingegeben oder durch sonstige geeignete Mittel, die beispielsweise im Rahmen einer Parameterübertragung Verwendung finden, eingelesen werden. Die Parameterwerte sind beispielsweise manuell oder per Messvorrichtung während eines Lernvorgangs, bei dem bei geschlossenem und/oder offenem druckseitigem Ventil jeweils bei minimaler und maximaler Frequenz die elektrische Leistung des Antriebsmotors bestimmt wird, oder mittels Berechnungen ermittelt.The device according to the invention comprises means for inputting and / or reading in input and / or parameter values. Thus, characteristic engine operating points and types of curves can be entered. The necessary parameters for the definition of the limited operating range can be input manually regardless of their origin or can be read in by other suitable means, which are used, for example, in the context of a parameter transmission. The parameter values are, for example, manually or by means of a measuring device during a learning process in which the electric power of the drive motor is determined at minimum and maximum frequency when the pressure valve is closed and / or open, or determined by means of calculations.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet. Ein zulässiger Betriebsbereich der Kreiselpumpe ist aus deren Kennlinien, aufgetragen über einer Fördermenge Q der Kreiselpumpe, insbesondere der Förderhöhenkennlinien H(Q) bekannt. Daraus wird erfindungsgemäß ein begrenzter Betriebsbereich des Motors abgeleitet. Üblicherweise wird ein zulässiger Betriebsbereich einer Kreiselpumpe durch charakteristische Kennlinienpunkte, wie beispielsweise minimale oder maximale Fördermenge einer Kreiselpumpe definiert. Erfindungsgemäß wird durch Übertragung, beispielsweise rechnerisch, in ein Motorgrößendiagramm und Verbinden der jeweiligen Anfangs- und Endpunkte durch Begrenzungskurven ein begrenzter Betriebsbereich des Motors definiert, der für die Störungsüberwachung herangezogen wird.According to an advantageous embodiment of the limited operating range of the engine and / or the characteristic engine operating points are derived from an allowable operating range of the centrifugal pump. A permissible operating range of the centrifugal pump is from their characteristics, plotted against a delivery rate Q of the centrifugal pump, in particular the delivery height characteristics H (Q) known. From this, a limited operating range of the engine is derived according to the invention. Usually, a permissible operating range of a centrifugal pump is defined by characteristic characteristic points, such as minimum or maximum delivery rate of a centrifugal pump. According to the invention, a limited operating range of the motor used for the disturbance monitoring is defined by transmission, for example mathematically, in an engine size diagram and connecting the respective start and end points by limiting curves.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm den begrenzten Bereich festlegen. Die Störungsüberwachung erfolgt durch Auswertung von elektrischen Leistungs- und Frequenzwerten. Ein zulässiger Leistungswert P bei einer Frequenz f, die zwischen einer ersten, beispielsweise minimalen, Frequenz fmin und einer zweiten, beispielsweise maximalen, Frequenz fmax liegt, muss innerhalb des durch die charakteristischen Motorbetriebspunkte und den Begrenzungskurven definierten Bereichs liegen. Zusammen mit der Ausgestaltung, wonach der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet sind, ergeben sich zusätzliche Vorteile. Typischerweise ist die Förderhöhenkennlinie einer Kreiselpumpe bekannt. Durch charakteristische Kennlinienpunkte wird ein zulässiger Betriebsbereich der Kreiselpumpe aufgespannt. Durch Transformation dieser Kennlinienpunkte in ein Leistungs-Frequenz-Diagramm, hier als P-f-Diagramm bezeichnet, und zwei verbindende Kurven ist im Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Abbild eines zulässigen Betriebsbereichs geschaffen und damit eine einfache Störungsüberwachung durch Auswertung von elektrischen Leistungs- und Frequenzwerten.It has proven to be advantageous for two curves in a power frequency diagram to define the limited range. The fault monitoring takes place by evaluation of electrical power and frequency values. A permissible power value P at a frequency f which is between a first, for example minimum, frequency f min and a second, for example maximum, frequency f max must lie within the range defined by the characteristic engine operating points and the limiting curves. Together with the configuration according to which the limited operating range of the engine and / or the characteristic engine operating points are derived from an admissible operating range of the centrifugal pump, additional advantages result. Typically, the delivery height characteristic of a centrifugal pump is known. Characteristic characteristic points define a permissible operating range of the centrifugal pump. By transforming these characteristic points into a power frequency diagram, referred to here as the Pf diagram, and two connecting curves, an image of a permissible operating range is created in the power frequency diagram and thus a simple fault monitoring by evaluation of electrical power and frequency values.
Typischerweise verbindet im Leistungs-Frequenz-Diagramm eine erste Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmin,min ; fmin), (Pmin,max; fmax) und eine zweite Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmax,min; fmin), (Pmax,max, fmax). Dabei kennzeichnet bei der Leistung P der erste Index eine erste, beispielsweise minimale, oder zweite, beispielsweise maximale, Leistung bei einer Frequenz entsprechend dem zweiten Index.Typically, in the power frequency diagram, a first boundary curve connects a pair of points (P min, min , f min ), (P min, max , f max ) and a second boundary curve a pair of points (P max, min , f min ), (P max, max , f max ). It indicates at the power P of first index a first, for example minimum, or second, for example maximum, power at a frequency corresponding to the second index.
Die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm sind dabei zweckmäßigerweise aus Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin,min; nmin), (Qmin,max; nmax), (Qmax,min; nmin), (Qmax,max; nmax) einer Förderhöhenkennlinie der Kreiselpumpe abgeleitet. Dabei kennzeichnet bei dem Durchfluss Q der erste Index einen ersten oder zweiten Durchfluss bei einer Drehzahl entsprechend dem zweiten Index. So wird aus ohnehin bekannten, charakteristischen Kennlinienpunkten der Förderhöhenkennlinie in dem Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Bereich aufgespannt, der zu einer einfachen Störungsüberwachung dient. Ein aktueller Leistungswert braucht während eines Betriebs einer Kreiselpumpe nur noch hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz ausgewertet werden. Dabei werden die Grenzwerte aus dem vorgegebenen, gespeicherten Begrenzungskurvenverlauf und/oder durch Interpolation von vor einer Störungsüberwachung in einer Speichervorrichtung abgespeicherten Stützstellen ermittelt.The points in the power frequency diagram are expediently from transformation of characteristic points (Q min, min , n min ), (Q min, max , n max ), (Q max, min , n min ), (Q max, max ; n max ) derived a delivery height characteristic of the centrifugal pump. In this case, in the flow Q, the first index indicates a first or second flow at a speed corresponding to the second index. Thus, from already known, characteristic characteristic points of the delivery height characteristic in the power frequency diagram spans an area which serves for a simple fault monitoring. A current power value needs to be evaluated during operation of a centrifugal pump only in terms of its limits at a current frequency. In this case, the limit values are determined from the predefined, stored boundary curve course and / or by interpolation of interpolation points stored in a memory device before a fault monitoring.
Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet sind.It is also contemplated that the points in the power-frequency diagram of transformation of characteristic points (Q min; n nominal), (Q max; n nominal) minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump are derived.
Zusätzlicher Nutzen wird durch eine Ausgestaltung erreicht, wonach die Einrichtung Mittel zum wahlweisen Einstellen einer Aktion der Einrichtung bei Feststellen einer Störung aufweist. Bei Feststellen einer Störung wird wahlweise eine Warnungs- oder Alarmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt. Dabei ist ebenfalls daran gedacht, dass eine Aktion nicht unmittelbar bei einem Feststellen einer Störung erfolgt, sondern bereits im Vorfeld einer sich anbahnenden Störung. So kann beispielsweise vor einem drohenden Verlassen des begrenzten Betriebsbereich gewarnt werden.Additional benefit is achieved by an embodiment whereby the device comprises means for selectively setting an action of the device upon detection of a fault. Upon detection of a fault, a warning or alarm message is optionally generated and / or operation of the centrifugal pump is continued or stopped. It is also thought that an action does not take place immediately upon detection of a fault, but already in the run-up to an impending disturbance. Thus, for example, can be warned against imminent leaving the limited operating range.
Zweckmäßigerweise ist die Einrichtung zur Störungsüberwachung in eine auf den Motor einwirkende Steuer- oder Regeleinrichtung, eine Schaltvorrichtung, eine Anzeige- und/oder eine Diagnoseeinrichtung integriert. Die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Mittel wie Mikrorechner, Speichervorrichtung und/oder Anzeigemittel sowie erforderliche Anweisungen in Form von Computerprogrammen sind in bestehende Steuer-, Regel-, Anzeige-, Diagnoseeinrichtungen, Schaltvorrichtungen und/oder andere elektronische Geräten integrierbar oder in separaten Geräten anordenbar. Eine solche Einrichtung ist neben einer aktuellen Störungsüberwachung ebenfalls in der Lage, eine Aufzeichnung von Messgrößen und berechneten Werten durchzuführen.Advantageously, the device for fault monitoring is integrated into a control or regulating device, a switching device, a display and / or a diagnostic device acting on the motor. The means necessary for carrying out the method, such as microcomputer, memory device and / or display means and required instructions in the form of computer programs can be integrated into existing control, regulating, display, diagnostic devices, switching devices and / or other electronic devices or arranged in separate devices. Such a device is also able to perform a recording of measured variables and calculated values in addition to a current fault monitoring.
Es ist außerdem vorgesehen, dass ein Frequenzumrichter den Motor speist und/oder dieser die Einrichtung zur Störungsüberwachung darstellt oder beinhaltet. Alle für die Störungsüberwachung erforderlichen Motorgrößen, insbesondere an den Motor abgegebene Leistung und Frequenz, sind ohnehin während eines Betriebs des Frequenzumrichters verfügbar, so dass eine Störungsüberwachung nach der Erfindung ohne zusätzliche Messgrößen auskommt.It is also contemplated that a frequency converter powers the motor and / or that it constitutes or includes the fault monitoring device. All engine sizes required for fault monitoring, in particular power and frequency delivered to the engine, are available in any case during operation of the frequency converter, so that fault monitoring according to the invention requires no additional measured variables.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe ist vorgesehen, dass ein aktueller Motorbetriebspunkt in Bezug auf einen begrenzten Betriebsbereich des Motors ausgewertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs eine Störung festgestellt wird, wobei der begrenzte Betriebsbereich durch Motorbetriebspunkte gebildet wird. Zweckmäßigerweise wird der begrenzte Betriebsbereich durch einzelne, charakteristische Motorbetriebspunkte gebildet.In an inventive method for fault monitoring of a rotary pump driven by a variable speed electric motor, it is provided that a current engine operating point is evaluated with respect to a limited operating range of the engine and a fault is detected when leaving the operating range, the limited operating range being formed by engine operating points , Conveniently, the limited operating range is formed by individual, characteristic engine operating points.
Dabei wird nach einer Ausgestaltung der Betriebsbereich in einem Motorgrößendiagramm durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere Anfangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve begrenzt. Die Begrenzungskurve kann durch ein lineares, quadratisches oder kubisches Polynom gebildet werden.In this case, according to one embodiment, the operating range in an engine size diagram is limited by at least one limit curve, which includes two engine operating points in each case and in particular connects the start and end points. The bounding curve can be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial.
Ein einfaches Verfahren zur Störungsüberwachung erhält man, wenn zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm den begrenzten Bereich festlegen. Zweckmäßigerweise verbindet dabei eine erste Begrenzungskurve im Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Punktepaar (Pmin,min fmin), (Pmin,max; fmax) und eine zweite Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmax,min; fmin), (Pmax,max, fmax).A simple method of fault monitoring is obtained when two curves in a power frequency diagram define the limited range. A first limiting curve in the power frequency diagram expediently combines a pair of points (P min, min f min ), (P min, max , f max ) and a second limiting curve a pair of points (P max, min ; f min ), (P max, max , f max ).
Wie bereits oben ausgeführt, ist es von Vorteil, wenn der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet werden und/oder die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm mittels Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin,min; nmin), (Qmin,max; nmax), (Qmax,min; nmin), (Qmax,max; nmax) der Förderhöhenkennlinie der Kreiselpumpe abgeleitet werden. Dabei kennzeichnet bei dem Durchfluss Q der erste Index einen ersten oder zweiten Durchfluss bei einer Drehzahl entsprechend dem zweiten Index. Eine Verwendung von folgenden Punkten hat sich als zweckmäßig herausgestellt:
- (Qmin,min; nmin), minimal zulässiger Durchfluss Qmin bei Minimaldrehzahl nmin,
- (Qmin,max; nmax), minimal zulässiger Durchfluss Qmin bei Maximaldrehzahl nmax,
- (Qmax,min; nmin), maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Minimaldrehzahl nmin,
- (Qmax,max; nmax) maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Maximaldrehzahl nmin.
- (Q min, min ; n min ), minimum allowable flow Q min at minimum speed n min,
- (Q min, max , n max ), minimum allowable flow Q min at maximum speed n max ,
- (Q max, min ; n min ), maximum permissible flow Q max at minimum speed n min,
- (Q max, max , n max ) maximum permissible flow Q max at maximum speed n min .
Die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm können auch mittels Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet werden. Die erforderliche Umrechnung auf andere Drehzahlen oder Frequenzen kann mittels Affinitätsgesetze erfolgen.The points in the power-frequency chart can also by means of transformation of characteristic points (Q min; n nominal), (Q max; n nominal) minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump are derived. The required conversion to other speeds or frequencies can be done by affinity laws.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass bei Feststellen einer Störung eine Warnungs- oder Alarmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt wird. Ebenfalls kann eine Aktion vor oder nach einem Verlassen des begrenzten Betriebsbereichs erfolgen.In addition, it is provided that when a fault is detected, a warning or alarm message is generated and / or an operation of the centrifugal pump is continued or stopped becomes. Also, an action may be taken before or after leaving the limited operating range.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Störungsüberwachung, die
- Fig. 2
- ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens vor Aktivierung einer Störungsüberwachung, die
- Fig. 3
- ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens während einer Störungsüberwachung, und die
- Fig. 4
- ein erfindungsgemäßes Motorgrößendiagramm (Leistungs-Frequenz-Diagramm) und diesem zu Grunde liegende Förderhöhenkennlinie.
- Fig. 1
- an inventive device for fault monitoring, the
- Fig. 2
- a flowchart of a method according to the invention prior to activation of a fault monitoring, the
- Fig. 3
- a flowchart of a method according to the invention during a fault monitoring, and the
- Fig. 4
- an inventive engine size diagram (power frequency diagram) and this underlying conveying height characteristic.
Die
Die Einrichtung 1 weist zwei Eingänge 7, 8 zum Einlesen aktueller Leistungs- und Frequenzdaten eines, hier nicht dargestellten, Antriebsmotors einer Kreiselpumpe auf. Die Einrichtung 1 kann dazu mit ihren Eingängen 7, 8 beispielsweise an einen seriellen Datenbus angeschlossen sein. Die Kreiselpumpe wird durch einen elektrischen Motor, der beispielsweise von einem Frequenzumrichter gespeist wird, mit variabler Drehzahl angetrieben. Darüber hinaus ist die Einrichtung 1 mit Ausgängen 9, 12, 13 ausgestattet. Vor Aktivierung einer Störungsüberwachung werden Betriebswerte des Motors erfasst. Dies kann beispielsweise durch Eingabe von vier einzelnen, charakteristischen Motorbetriebspunkten ((Pmin,min; fmin), (Pmin,max; fmax) und (Pmax,min; fmin), (Pmax,max, fmax) über die Mittel zum Eingeben 5 erfolgen.The
Weiterhin werden über die Mittel zum Eingeben 5 die Verläufe der Begrenzungskurven eingegeben. Über die Speichervorrichtung 3 wird so ein definierter, vorgegebener, begrenzter Betriebsbereich, hier der Betriebsbereich in einem P-f-Diagramm, abgespeichert und für eine Störungsüberwachung vorgehalten.Furthermore, the curves of the limiting curves are input via the means for inputting 5. About the
Alternativ ist vorgesehen die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abzuleiten. Über die Mittel zum Eingeben 5 können zu diesem Zweck auch beispielsweise Kennlinienpunkte (Qmin,min; nmin), (Qmin,max; nmax), (Qmax,min; nmin), (Qmax,max; nmax) einer Förderhöhenkennlinie H(Q) der Kreiselpumpe oder Kennlinienpunkte (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe sowie minimale und maximale Drehzahlen oder Frequenzen eingegeben werden, woraus durch Transformation der Kennlinienpunkte vier Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm ermittelbar sind, mit denen die Störungsüberwachung durchgeführt wird. In der Speichereinrichtung 3 sind dafür die erforderlichen Rechenvorschriften in Form von für den Mikrorechner 2 verfügbaren Algorithmen abgelegt.Alternatively, it is provided to derive the characteristic engine operating points from an admissible operating range of the centrifugal pump. The means for inputting 5 may for this purpose also, for example, characteristic points (Q min, min, n min), (Q min, max, n max), (Q max, min, n min), (Q max, max n max ) of a delivery line characteristic H (Q) of the centrifugal pump or characteristic points (Q min ; n nenn ), (Q max ; n nenn ) minimum and maximum delivery rate at rated operation of the centrifugal pump and minimum and maximum speeds or frequencies are entered, resulting in transformation of the characteristic points four points can be determined in the power frequency diagram with which the fault monitoring is carried out. In the
Ebenso kann über die Mittel 5 eine gewünschte Aktion der Einrichtung 1 bei Feststellen einer Störung eingestellt werden, ob bei Feststellen einer Störung eine Warnungs- oder Alarmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb einer Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt wird.Likewise, a desired action of the
Über die Mittel zum Einlesen 6 können sämtliche, in der Einrichtung 1 erforderlichen Eingabe- und/oder Parameterwerte sowie Algorithmen per digitaler Datenschnittstelle übertragen werden.All the input and / or parameter values and algorithms required in the
Die Einrichtung 1 wertet mit ihrem Mikrorechner 2 während einer Störungsüberwachung einen aktuellen Motorbetriebspunkt, hier bekannt über die Eingangsgrößen Leistung P und Frequenz f, in Bezug auf den begrenzten Betriebsbereich des Motors aus.The
Dabei wird ein aktueller Leistungswert P nur noch hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz f ausgewertet, wobei ein Über- oder Unterschreiten eines jeweiligen Grenzwertes ein Verlassen des begrenzten Betriebsbereichs bedeutet und zum Feststellen einer Störung führt.In this case, a current power value P is evaluated only with regard to its limit values at a current frequency f, wherein an exceeding or falling below a respective limit means leaving the limited operating range and leads to the detection of a fault.
Ergebnisse der Störungsüberwachung oder auch sämtliche im Mikrorechner 2 verfügbaren Daten werden über die Anzeigemittel 4, wie etwa ein Display 10 oder eine LED-Anzeige 11, angezeigt und über die Ausgänge 9, 12, 13 externen Geräten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Die Ausgänge 12, 13 sind beispielsweise für eine Warnungs- oder Alarmmeldung durch externe Geräte nutzbar. In
In der
- A = (Qmin,min; nmin), minimal zulässiger Durchfluss Qmin bei Minimaldrehzahl nmin,
- B = (Qmin,max; nmax), minimal zulässiger Durchfluss Qmin bei Maximaldrehzahl nmax,
- C = (Qmax,min; nmin), maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Minimaldrehzahl nmin,
- D = (Qmax,max; nmax) maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Maximaldrehzahl nmin.
- A = (Q min, min ; n min ), minimum allowable flow Q min at minimum speed n min,
- B = (Q min, max , n max ), minimum allowable flow Q min at maximum speed n max ,
- C = (Q max, min ; n min ), maximum permissible flow Q max at minimum speed n min,
- D = (Q max, max , n max ) maximum permissible flow Q max at maximum speed n min .
Erfolgt eine Störungsüberwachung hinsichtlich einer Betriebsgrenze, die beispielsweise durch einen minimal zulässigen Durchfluss Qmin der Kreiselpumpe beschrieben ist, genügt selbstverständlich die Festlegung einer Teilmenge obiger Kennlinienpunkte, beispielsweise A, B.If a fault monitoring with respect to an operating limit, which is described for example by a minimum allowable flow Q min of the centrifugal pump, it is of course sufficient to define a subset of the above characteristic points, such as A, B.
In einem nächsten Schritt 23 werden die Kurvenverläufe der Begrenzungskurven festgelegt. Eine Begrenzungskurve verbindet in einem Motorgrößendiagramm beispielsweise jeweils Anfangs- und Endpunkte A" und B" bzw. C" und D", die aus den zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe begrenzenden Kennlinienpunkten A und B bzw. C und D abgeleitet sind. Zweckmäßigerweise sind hierzu weitere Parameter für den Kurvenverlauf einer ersten Begrenzungskurve zwischen Punkt A" und B" und einer zweiten Begrenzungskurve zwischen C" und D" vorgesehen, durch die lineare, quadratische oder kubische Verläufe wählbar sind. Dabei dienen die verschiedenen Verläufe einer Anpassung der Störungsüberwachung an unterschiedliche Anlagengegebenheiten.In a
Sind die Parameter festgelegt, erfolgt in Schritt 24 eine Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die entsprechenden Anfangs- und Endpunkte A" bis D" der Begrenzungskurven. A" bis D" stellen beispielsweise Anfangs- und Endpunkte in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm, kurz P-f-Diagramm, dar. Im Einzelnen bedeuten:
- A" = (Pmin,min; fmin), minimale Leistung bei minimaler Motorfrequenz,
- B" = (Pmin,max; fmax), minimale Leistung bei maximaler Motorfrequenz,
- C" = (Pmax,min; fmin), maximale Leistung bei minimaler Motorfrequenz,
- D" = (Pmax,max; fmax), maximale Leistung bei maximaler Motorfrequenz.
- A "= (P min, min ; f min ), minimum power at minimum motor frequency,
- B "= (P min, max , f max ), minimum power at maximum motor frequency,
- C "= (P max, min ; f min ), maximum power at minimum motor frequency,
- D "= (P max, max , f max ), maximum power at maximum motor frequency.
Die Zusammenhänge einer Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die entsprechenden Anfangs- und Endpunkte A" bis D" der Begrenzungskurven sind später noch in
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, die Punkte A" bis D" in einem separaten Gerät zu berechnen oder auf andere Weise zu gewinnen und die Werte anschließend in eine Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung zu übertragen.According to the invention, it is also possible to calculate the points A "to D" in a separate device or to obtain them in another way and then to transmit the values into a
Zwischen jeweiligen Werten minimaler und maximaler Frequenz, also zwischen A" und B" sowie zwischen C" und D" werden gemäß dem gewünschten Kurvenverlauf in einem weiteren Schritt 25 die Begrenzungskurven berechnet. Dies erfolgt beispielsweise, in dem in einer Art Wertetabelle eine bestimmte Anzahl von berechneten Kurvenzwischenwerten abgespeichert wird. Es genügt alternativ ein Speichern der Punkte A" bis D" und die Art der Kurvenverläufe zwischen diesen Punkten. Durch die Anfangs- und Endpunkte und diese verbindende Begrenzungskurven, zusammen mit deren vorgegebenen Kurvenverläufen ist in jedem Fall ein begrenzter Bereich im Motorgrößendiagramm eindeutig definiert und für eine anschließende Störungsüberwachung nutzbar.Between respective values of minimum and maximum frequency, ie between A "and B" and between C "and D", the limiting curves are calculated in a
In Abwandlung des dargestellten Verfahrens ist es gemäß der Erfindung ebenfalls möglich, die vier Punkte A" bis D" im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation der Kennlinienpunkte (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe zu erhalten. Dies kann beispielsweise mittels einer der beschriebenen Transformation vorangehenden Errechnung der Punkte A bis D aus den Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) erfolgen. Darüber hinaus kann der begrenzte Betriebsbereich des Motors auch aus anderen Punkten abgeleitet und definiert sein.In a modification of the illustrated method, it is also possible according to the invention, the four points A "to D" in the power frequency diagram of transformation of the characteristic points (Q min ; n nenn ), (Q max ; n nenn ) minimum and maximum flow to get at nominal operation of the centrifugal pump. This can be done, for example, by means of a preceding transformation of the points A to D from the characteristic points (Q min ; n nenn ), (Q max ; n nenn ). In addition, the limited Operating range of the engine also be derived from other points and defined.
Wie bereits in
Durch die aktuell ermittelten Motorbetriebswerte ist in Schritt 32 ein aktueller Motorbetriebspunkt in einem Motorgrößendiagramm bestimmbar. In einem erfindungsgemäßen P-f-Diagramm mit einem zuvor ermittelten, vorgegebenen, begrenzten Bereich ist ein solcher Motorbetriebspunkt bereits durch die aktuelle elektrische Leistung und die aktuelle Motorfrequenz definiert. Während eines störungsfreien Betriebs der Kreiselpumpe oder des Kreiselpumpenaggregates befindet sich der Motorbetriebspunkt innerhalb des begrenzten Bereichs. Im Falle einer Störung unter- bzw. überschreitet der Motorbetriebspunkt die erste bzw. zweite Begrenzungskurve, befindet sich also außerhalb des begrenzten Bereichs. Die eigentliche Störungsüberwachung 33 besteht in einer einfachen Auswertung der Position des Motorbetriebspunktes im Motorgrößendiagramm. Dazu wird der aktuelle Leistungswert hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz f ausgewertet. Dabei können die Grenzwerte bei einer konkreten Frequenz aus dem vorgegebenen, gespeicherten Begrenzungskurvenverlauf ermittelt werden. Bei gespeicherten Kurvenverläufen nach Art einer Wertetabelle werden gegebenenfalls durch Interpolationsmethoden die entsprechenden Kurvenwerte zum aktuellen Frequenzwert f ermittelt. Weitere Möglichkeiten hierfür sind bekannt und brauchen hier nicht näher ausgeführt werden.By the currently determined engine operating values, a current engine operating point in an engine size diagram can be determined in
Es wird - wie in 34, 35 gezeigt - festgestellt, ob sich der Motorbetriebspunkt innerhalb, oberhalb oder unterhalb eines begrenzten Bereiches befindet. Dabei reduziert die Vorgabe von Mindestzeitdauern to bzw. tu, für die der Motorbetriebspunkt außerhalb des empfohlenen Bereichs liegen muss, bevor auf Störung erkannt wird, die Anfälligkeit gegenüber Fehlmessungen. Außerdem werden dadurch nur kurzzeitig anstehende Störungen ignoriert. Bei Feststellen einer tatsächlichen Störung 36 erfolgt wahlweise einstellbar gegebenenfalls eine Warnungs- oder Alarmmeldung und es wird ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt.It is determined, as shown in FIGS. 34, 35, whether the engine operating point is within, above or below a limited range. The specification of minimum time periods t o or t u , for which the engine operating point must be outside the recommended range, before detection of a fault, reduces the susceptibility to incorrect measurements. In addition, only briefly pending disturbances are ignored. When an
Eine Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die Punkte A" bis D" in das P-f-Diagramm 41 ist grafisch veranschaulicht. Hier ist schrittweise eine Transformation aus dem H-Q-Diagramm 42 in das P-Q-Diagramm 49 und anschließend in das P-f-Diagramm 41 gezeigt. Auch können verfügbare Punkte A' bis D' eines P-Q-Diagramms 49 transformiert werden. Im Motorgrößendiagramm 41 ist durch die Punkte A" bis D" ein begrenzter Bereich 52 definiert, der zu einer Störungsüberwachung herangezogen wird. Dabei werden die Punkte A" und B" durch eine erste Begrenzungskurve 53 verbunden und die Punkte C" und D" durch eine zweite Begrenzungskurve 54. In dieser Darstellung verlaufen die Begrenzungskurven 53, 54 linear. Andere Verläufe wie quadratische oder kubische sind je nach Anlagenverhältnissen auswählbar.A transformation of the characteristic points A to D into the points A "to D" in the P-f diagram 41 is graphically illustrated. Here, a transformation from the H-Q diagram 42 into the P-Q diagram 49 and then into the P-f diagram 41 is shown stepwise. Also, available points A 'to D' of a P-Q diagram 49 may be transformed. In the engine size diagram 41, a
Durch Auswertung eines aktuellen Motorbetriebspunktes 55 sowie dessen Position im Motorgrößendiagramm 41 und bei dessen Verlassen des begrenzten Bereichs 52 erfolgt ein Feststellen einer Störung 36. Ohne weiteres ist zudem ermöglicht, eine Störungsüberwachung nur bezüglich einer der beiden Begrenzungskurven 53, 54, also im konkreten Fall entweder eine Überlast- oder eine Unterlastüberwachung durchzuführen.By evaluating a current
Zusätzlich ist vorgesehen, dass erst bei einem Über- und/oder Unterschreiten von aus den Begrenzungskurven abgeleiteten Kurven ein Feststellen einer Störung und/oder eine Warnungs- und/oder Alarmmeldung erfolgt. Hier sind durch Korrekturfaktoren aus der Begrenzungskurve 54 bzw. 53 abgeleitete Kurven 56, 57 bzw. 58, 59 dargestellt, deren Über- und/oder Unterschreiten eine Warnungs- bzw. Alarmmeldung zur Folge hat.In addition, it is provided that a determination of a fault and / or a warning and / or alarm message only takes place if the curves derived from the limit curves are exceeded and / or undershot. Here, curves 56, 57 and 58, 59 derived by correction factors from the limiting
Der begrenzte Betriebsbereich muss nicht - wie hier beschrieben - durch die Punkte A" bis D" berandet sein, sondern der begrenzte Betriebsbereich kann aus anderen Motorbetriebspunkten gebildet sein und/oder aus anderen geeigneten Kennlinienpunkten einer Kreiselpumpenkennlinie, insbesondere einem H-Q-Diagramm oder einem P-Q-Diagramm, abgeleitet sein.The limited operating range need not - as described here - be bounded by the points A "to D", but the limited operating range may be formed from other engine operating points and / or from other suitable characteristic points of a centrifugal pump characteristic, in particular a HQ diagram or a PQ Diagram to be derived.
Die Ausführungen in der Figurenbeschreibung beschränken sich im Wesentlichen auf ein Beispiel mit Leistungs-Frequenz-Diagramm. Das beschriebene Verfahren mit Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung ist auf andere Motorgrößendiagramme übertragbar, insbesondere auf ein Leistungs-Drehzahl-Diagramm.The embodiments in the figure description are essentially limited to an example with power frequency diagram. The described method with
Auch wenn im Einzelnen nicht darauf eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, dass in einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung sämtliche innerhalb eines Lebenszyklus der Kreiselpumpe erfassten oder berechneten Größen sowie Störungszustände speicherbar, abrufbar und an periphere Geräte ausgebbar sind.Even if it is not discussed in detail, it should be noted that in a
Claims (23)
- Device for fault monitoring of a centrifugal pump which is driven by a variable rotation speed electric motor, wherein the device provides means for recording, storing and keeping available the operating values of the motor in order, during fault monitoring, to compare instantaneous operating values of the motor with the stored values, characterized in that the device (1) provides means for evaluating an instantaneous motor operating point (55) with respect to a bounded operating range (52) of the motor, in order to detect a fault (36) on leaving the operating range, wherein the bounded operating range (52) is formed by motor operating points.
- Device for fault monitoring according to Claim 1, characterized in that the bounded operating range (52) is formed by individual, characteristic motor operating points.
- Device for fault monitoring according to Claim 1 or 2, characterized in that the operating range (52) is bounded on a motor variable diagram (41) by at least one boundary curve (53, 54) which in each case contains two motor operating points and in particular connects start and end points.
- Device for fault monitoring according to Claim 3, characterized in that a boundary curve (53, 54) is formed by a linear, quadratic or cubic polynomial.
- Device for fault monitoring according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the device (1) has means for inputting (5) and/or reading (6) input values and/or parameter values.
- Device for fault monitoring according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the bounded operating range (52) of the motor and/or the characteristic motor operating points are/is derived from a permissible operating range (48) of the centrifugal pump.
- Device for fault monitoring according to one of Claims 3 to 6, characterized in that two curves on a power/frequency diagram define the bounded range (52).
- Device for fault monitoring according to Claim 7, characterized in that a first boundary curve (53) on the power/frequency diagram connects a pair of points Pmin,min; fmin, Pmin,max; fmax, and a second boundary curve (54) connects a pair of points Pmax,min; fmin, Pmax,max; fmax.
- Device for fault monitoring according to Claim 8, characterized in that the points on the power/frequency diagram are derived from transformation (24) of characteristic points Qmin,min; nmin, Qmin,max; nmax, Qmax,min; nmin, Qmax,max; nmax of a feed rate characteristic (42, 43, 44) of the centrifugal pump.
- Device for fault monitoring according to Claim 9, characterized in that the points on the power/frequency diagram are derived from transformation (24) of characteristic points Qmin; nrated, Qmax; nrated for a minimum and maximum feed rate during rated operation of the centrifugal pump.
- Device for fault monitoring according to one of Claims 1 to 10, characterized by means for selective cessation of an action of the device (1) when a fault (36) is detected.
- Device for fault monitoring according to Claim 11, characterized in that the device (1) is integrated in an open-loop or closed-loop control device which acts on the motor, in a switching apparatus, in a display device and/or in a diagnosis device.
- Device for fault monitoring according to Claim 11 or 12, characterized in that a frequency converter feeds the motor and/or represents or contains the device (1) for fault monitoring.
- Method for fault monitoring of a centrifugal pump which is driven by a variable rotation speed electric motor, wherein, before activation of the fault monitoring, operating values of the motor are detected, stored and kept available, and instantaneous operating values of the motor are compared with the stored values during fault monitoring, characterized in that an instantaneous motor operating point (55) is evaluated with respect to a bounded operating range (52) of the motor and a fault (36) is detected on leaving the operating range (52), wherein the bounded operating range (52) is formed by motor operating points.
- Method for fault monitoring according to Claim 14, characterized in that the bounded operating range (52) is formed by individual, characteristic motor operating points.
- Method for fault monitoring according to Claim 14 or 15, characterized in that the operating range (52) is bounded on a motor variable diagram (41) by at least one boundary curve (53, 54) which in each case contains two motor operating points and in particular connects start and end points.
- Method for fault monitoring according to Claim 16, characterized in that a boundary curve (53, 54) is formed by a linear, quadratic or cubic polynomial.
- Method for fault monitoring according to one of Claims 14 to 17, characterized in that the bounded operating range (52) of the motor and/or the characteristic motor operating points are/is derived from a permissible operating range (48) of the centrifugal pump.
- Method for fault monitoring according to one of Claims 16 to 18, characterized in that two curves on a power/frequency diagram define the bounded range (52).
- Method for fault monitoring according to Claim 19, characterized in that a first boundary curve (53) on the power/frequency diagram connects a pair of points Pmin,min; fmin, Pmin,max; fmax, and a second boundary curve (54) connects a pair of points Pmax,min; fmin, Pmax,max; fmax.
- Method for fault monitoring according to Claim 20, characterized in that the points on the power/frequency diagram are derived from transformation (24) of characteristic points Qmin,min; nmin, Qmin,max; nmax, Qmax,min; nmin, Qmax,max; nmax on a feed rate characteristic (42, 43, 44) of the centrifugal pump.
- Method for fault monitoring according to Claim 20, characterized in that the points on the power/frequency diagram are derived from transformation (24) of characteristic points Qmin; nrated, Qmax; nrated for a minimum and maximum feed rate during rated operation of the centrifugal pump.
- Method for fault monitoring according to one of Claims 14 to 22, characterized in that, when a defect (36) is detected, a warning message or alarm message is produced and/or operation of the centrifugal pump is continued or stopped.
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