EP3039289A1 - Verfahren zur bestimmung von hydraulischen parametern in einer verdrängerpumpe - Google Patents

Verfahren zur bestimmung von hydraulischen parametern in einer verdrängerpumpe

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EP3039289A1
EP3039289A1 EP14758315.7A EP14758315A EP3039289A1 EP 3039289 A1 EP3039289 A1 EP 3039289A1 EP 14758315 A EP14758315 A EP 14758315A EP 3039289 A1 EP3039289 A1 EP 3039289A1
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EP
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pressure
displacer
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fluid
valve
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining hydraulic parameters in a positive displacement pump.
  • the positive displacement pump has a movable displacement element which delimits the metering chamber, which is connected via valves to a suction and pressure line, so that pumped by an oscillating movement of the displacement alternately conveying fluid via the suction line into the metering chamber and are pressed via the pressure line from the metering can.
  • Displacement pumps additionally have a drive for the oscillating movement of the displacer element.
  • the displacer element is a membrane which can be moved back and forth between two extreme positions, wherein in the first extreme position the volume of the metering chamber is minimal, while in the second extreme position the volume of the metering chamber is maximal , Therefore, if the membrane is moved from its first position into the second, the pressure in the dosing chamber will drop, so that the conveying fluid is sucked into the dosing space via the suction line. During the return movement, i.
  • the membrane In electromagnetically driven diaphragm pumps, the membrane is connected to a pressure piece, which is usually spring biased at least partially mounted within an electromagnet. As long as the electromagnet is not flowed through with a current, so that no magnetic flux is built up in its interior, the resilient bias ensures that the pressure piece and thus the membrane in a predetermined position, eg the second position, ie the position in which the Dosing chamber has the largest volume remains. If a current is impressed on the electromagnet, then a magnetic flux is formed, which forms the correspondingly formed pressure element within the electromagnet from its second position brings in the first position, whereby the conveying fluid located in the dosing chamber is conveyed from the dosing into the pressure line.
  • such electromagnetically driven diaphragm pumps are used when the volume of fluid to be metered is significantly greater than the Dosierraumvolumen, so that the metering rate is determined essentially by the frequency or the timing of the current flow through the electromagnet. If, for example, the dosing speed is to be doubled, the electromagnet is twice as frequently flowed through with a current in the same time, which in turn means that the movement cycle of the diaphragm is shortened and takes place twice as often.
  • a magnetic metering pump is described for example in EP 1 757 809.
  • control parameters are respectively empirically determined and stored in a memory, so that the pump can call up and use the corresponding control parameters as a function of the position of the pressure piece.
  • control accuracy can be improved, for example, by measuring the density and / or viscosity of the delivery fluid and using the measurement result for the selection of the control parameters.
  • this is achieved in that a physical model with hydraulic parameters is set up for the hydraulic system, that the force exerted by the displacer on the fluid in the metering chamber or the pressure in the metering chamber and the position of the displacer is determined and that by means of a Optimization calculation at least one hydraulic parameter is calculated.
  • Hydraulic parameters are understood to mean any parameter of the hydraulic system, apart from the position of the displacer, which influences the flow of the fluid through the metering chamber.
  • Hydraulic parameters are therefore e.g. the density of the delivery fluid in the dosing and the viscosity of the fluid in the dosing. Further hydraulic parameters are, for example, hose or pipe lengths and diameters of hoses and pipes which are at least temporarily connected to the metering space.
  • the necessary position determination of the displacer element can take place via the usually existing position sensor. From the position of the displacement element, the speed and the acceleration of the displacement element can be determined.
  • the method according to the invention is used in an electromagnetically driven metering pump, and best in the case of an electromagnetically driven diaphragm pump, then so
  • the current through the electromagnetic drive can be measured and the force exerted by the displacement element on the fluid in the dosing space can be determined from the measured current and the measured position of the displacement element.
  • no separate pressure sensor is necessary.
  • the present method can also be used with a separate pressure sensor.
  • valve to the suction line is open and the valve to the pressure line is closed.
  • a flexible hose is mounted on the valve to the suction line, which ends in a reservoir under ambient pressure.
  • This condition is during the so-called suction stroke, i. while the displacer moves from the second position to the first position.
  • This hydraulic system could, for example, be described by means of the nonlinear Navier-Stokes equation, taking into account laminar and turbulent flows.
  • the diameter of the hose connecting the suction valve to the reservoir, the length of the hose and the difference in height, which must overcome the fluid in the hose are to be considered as hydraulic parameters.
  • further meaningful assumptions can be made.
  • An optimization calculation is any calculation that finds the optimum parameters of the system.
  • Optimal parameters are the parameters that best describe the system, i. where the difference between the model and the measured situation becomes minimal.
  • the determination method according to the invention could be carried out solely by a repeated analysis of the suction stroke behavior.
  • the physical model of the hydraulic system can be considered in the case that the valve is closed to the suction line and the valve is open to the pressure line.
  • the established physical model can not be set up without knowing the piping system connected to the pressure valve, as it is in the described simplest form for the hydraulic system during the suction stroke.
  • the set-up physical model with the hydraulic parameters determined in this way can be used, in turn, to determine the pressure in the dosing space.
  • a model-based control in particular a non-linear model-based control, is used to drive the displacement element.
  • modeling the underlying physical system is described approximately mathematically. This mathematical description is then used to calculate the manipulated variable on the basis of the measured quantities obtained.
  • the drive is no longer regarded as a "black box.” Instead, the known physical relationships are used to determine the manipulated variable.
  • the position of the displacer element and the current through the electromagnetic drive are measured, and for the model-based control, a state space model is used which uses the position of the displacer element and the current through the magnet coil of the electromagnetic drive as measured variables.
  • the state space model has no further measured variables to be detected, i. H. the model is designed to predict the immediate movement of the pad based only on the detected pad position and the sensed current through the solenoid coil.
  • the specific hydraulic parameters are used.
  • a state space model is usually understood as the physical description of a current system state.
  • the state variables can describe the energy content of the energy storage elements contained in the system.
  • a differential equation of the displacer may be used as a model for the model-based control.
  • the differential equation may be a motion equation.
  • An equation of motion is understood to mean a mathematical equation which describes the spatial and temporal movement of the displacer element under the influence of external influences.
  • displacement-pump-specific forces acting on the pressure piece are modeled in the equation of motion.
  • the force exerted by a spring on the pressure element, or its spring constant k, and / or the magnetic force exerted on the pressure element by the magnetic drive can be modeled.
  • the force exerted by the conveying fluid on the pressure piece force can then be treated as a disturbance.
  • This disturbance variable can then also be modeled in a particularly preferred embodiment using the determined hydraulic parameters.
  • a nonlinear state space model is selected as the state space model and the nonlinear control takes place either via control Lyapunov functions, via flatness-based control methods with flatness-based feedforward control, via integrator backstepping methods, via sliding mode methods or via predictive methods Regulation.
  • Nonlinear control over control Lyapunov functions is preferred.
  • Control Lyapunov functions are a generalized description of Lyapunov functions. Appropriately chosen control Lyapunov functions lead to a stable behavior within the model.
  • the model on which the model-based control is based is used to formulate an optimization problem in which the electrical voltage at the electric motor and thus the energy supplied to the metering pump is as small as possible as a constraint on the optimization, but at the same time as fast as possible and little overshooting approximation of the actual profile is achieved to the target profile.
  • the measured signals are low-pass filtered prior to processing in the underlying model to reduce the influence of noise.
  • a self-learning system is realized here.
  • the model-based control according to the invention has already led to a significant improvement in the control behavior, it can nevertheless lead to deviations between the desired profile and the actual profile. This is unavoidable especially in the case of energy-minimizing selection of the control intervention.
  • the deviation is detected during one cycle and the detected deviation at the next cycle is at least partially subtracted from the desired setpoint position profile.
  • a subsequent pressure-suction cycle is intentionally given a "false" setpoint profile, and the "wrong" setpoint profile is calculated from the experience gained in the previous cycle. If, in the following suction-pressure cycle, exactly the same deviation between the actual and desired profile occurs as in the previous cycle, then using the "wrong" setpoint profile results in the actual desired setpoint profile is reached.
  • the difference between the actual profile and the desired profile is determined at regular intervals, preferably at each cycle, and is taken into account accordingly in the subsequent cycle.
  • any function dependent on the detected difference may be used to correct the next desired position profile.
  • the modeling of the invention may be used in another preferred embodiment to determine a physical quantity in the positive displacement pump.
  • the fluid pressure in the dosing chamber can be determined.
  • the equation of motion of the displacer takes into account all forces acting on the displacer. In addition to the force applied by the drive to the displacement element, this is also the counterforce applied by the fluid pressure in the dosing space to the membrane and thus to the displacement element. Therefore, when the force applied by the drive to the displacer force is known, conclusions about the fluid pressure in the dosing head can be drawn from the position of the displacer element or from the speed or acceleration of the displacer element derived therefrom.
  • a warning signal may be issued and the warning signal may be sent to an automatic cut-off device which shuts down the metering pump in response to the receipt of the warning signal.
  • the displacement element with the associated drive additionally assumes the function of the pressure sensor.
  • a target fluid pressure curve, a desired position curve of the displacer element and / or the desired current profile are stored by the electromagnetic drive for a movement cycle of the displacement element.
  • the actual fluid pressure with the desired fluid pressure, the actual position of the displacer with the desired position of the displacer and / or the actual current can be compared by the electromagnetic drive with a desired current through the electromagnetic drive and, if the differences between the actual value and the target value fulfill a predetermined criterion, a warning signal is output.
  • This method step is based on the idea that certain events, such as gas bubbles in the hydraulic system or cavitation in the pump head cause a recognizable change in the expected fluid pressure and therefore conclusions about the events mentioned can be drawn from the determination of the fluid pressure.
  • the warning signal can activate, for example, a visual display or an acoustic display.
  • the warning signal can also be provided directly to a control unit, which takes appropriate action in response to the receipt of the warning signal.
  • the difference between the actual and desired values is determined for one or more of the measured or determined variables, and if one of the differences exceeds a predetermined value, a warning signal is output.
  • a weighted sum of the relative deviations from the target value may be determined and the criterion selected such that a warning signal is output when the weighted sum exceeds a predetermined value.
  • the different error events can be assigned different weighting coefficients. Ideally, when a miss event occurs, exactly one criterion is met so that the fault event can be diagnosed.
  • the described method therefore makes it possible to determine the pressure in the dosing head without resorting to a pressure sensor, and the pressure determined in this way can be used to determine the pressure in the dosing head.
  • Conclusions are drawn to certain states in the dosing, which in turn can trigger the initiation of certain measures.
  • the temporal gradient of a measured or determined variable is determined and, if this exceeds a predetermined limit value, the valve opening or the valve closure is diagnosed.
  • the mass m of the displacement element, the spring constant k of the spring biasing the displacement element, the damping d and / or the electrical resistance of the electromagnetic drive are determined as the physical variable.
  • all of the variables mentioned are determined. This can be done for example by a minimization calculation.
  • All of the above-mentioned variables represent constants which can be determined experimentally and generally do not change during pumping operation. Nevertheless, it can lead to fatigue of the different elements that change the value of the constant.
  • the measured pressure-path curve can be compared with an expected pressure-path curve.
  • the integrated over a cycle difference from both gradients can be minimized by varying the constant sizes. If one puts thereby for example If the spring constant has changed, a faulty spring can be diagnosed.
  • Figure 1 is a schematic representation of the connected to the positive displacement pump
  • FIGS. 2a-2e show examples of hydraulic parameters and their time-dependent development
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an ideal movement profile
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the self-learning function
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a pressure-path diagram and a path-time diagram.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a pressure-path diagram and a path-time diagram.
  • Diagram of a condition with gas bubbles in the dosing chamber Diagram of a condition with gas bubbles in the dosing chamber.
  • the suction line consists of a hose which connects the suction valve with a reservoir, can for the suction stroke, i. while the pressure valve is closed and the suction valve is opened, the hydraulic system will be described in simplified form, as shown in FIG.
  • the suction line consists of a hose with the diameter Ds and the hose length L.
  • the hose bridges a height difference Z.
  • the non-linear Navier-Stokes equations can be simplified if it is assumed that the suction line has a constant diameter and is not stretchable and that an incompressible fluid is used.
  • the hydraulic parameters are now determined which, based on the established model, can best describe the measured position of the pressure piece as well as the measured or specific pressure in the dosing space.
  • FIGS. 2a to 2e in each case a hydraulic parameter (dotted line) and the values resulting from the method according to the invention (solid line) over time are shown here using the example of glycerol as conveying fluid.
  • the parameters determined by the method according to the invention can then in turn be used together with the established physical model to determine the force exerted on the pressure piece by the hydraulic system.
  • This information can be used for the regulation.
  • model-based non-linear control strategies are used to control the movement of the pressure piece
  • the model developed here can physically map the influence of the hydraulic system and take this into account in the form of a feedforward control.
  • Such a magnetic metering pump has a movable pressure piece with a push rod fixedly connected thereto.
  • the pressure piece is axially movably mounted in a longitudinally fixed in the pump housing in the magnetic jacket, so that the pressure piece is drawn with push rod in the electrical control of the magnetic coil in the magnetic jacket against the action of a compression spring in a bore of the magnetic shell and the pressure piece after deactivation of the magnet returns to the starting position by the compression spring.
  • the pressure stroke and suction stroke do not necessarily have to last the same length. Since no dosing takes place during the suction stroke, but only the dosing is filled again with conveying fluid, it is on the contrary advantageous to perform the suction stroke in each case as quickly as possible, while still making sure that there is no cavitation in the Compression chamber is coming.
  • the pressure stroke can last very long, especially in applications where only very small amounts of fluid are to be dispensed. This has the consequence that the pressure piece moves only gradually in the direction of the dosing. In order to achieve a movement of the pressure piece, as shown in an idealized manner in Figure 3, the movement of the pressure piece must be controlled. Usually, only the position of the pressure piece and the size of the current through the magnetic coil are available as a measured variable.
  • this difference is measured during a pressure-suction cycle and used as the desired profile for the following cycle, the sum of the measured difference and the desired nominal profile.
  • the pressure-stroke cycle repeats itself.
  • a setpoint profile is deviated which deviates from the actual desired setpoint profile.
  • a reference profile used for the control is shown with a dashed line.
  • This desired profile corresponds to the desired nominal profile, which is shown for comparison in the third cycle as a reference profile.
  • the actual profile deviates from the target profile.
  • an actual profile is therefore shown by way of example by a solid line.
  • the deviations between actual and nominal profile for clarity are more pronounced than they occur in practice.
  • the difference between the actual profile of the first cycle and the reference profile is subtracted from the desired profile used for the first cycle, and the difference is used as a target profile for the control during the second cycle.
  • the so-obtained target profile is shown in dashed lines in the second cycle.
  • the actual profile deviates to the same extent from the desired profile used, as was observed in the first cycle. This results in an actual profile (drawn with a solid line in the second cycle), which corresponds to the reference profile.
  • the force on the pressure piece can be determined by the fluid pressure in the delivery space. Since the surface of the pressure piece, which is acted upon by the fluid pressure is known, can be calculated from the force of the fluid pressure.
  • the described design of a non-linear system description of the electromagnetic metering pump system makes it possible to use model-based diagnostic methods. For this, the state variables of the system models are evaluated and the pressure in the pump head of the electromagnetic dosing pump is determined.
  • the necessary current and position sensors are already installed in the pump system for control purposes, so that the information is already available without having to supplement the design of the metering pump. Based on the temporal change of the state variables and the pressure in the dosing head of the pump, the diagnostic algorithms can then be executed.
  • the model-based diagnosis of process-side overpressure and the automated pump shutdown can be realized.
  • the detection of the valve opening and valve closing times can be done, for example, by determining and evaluating temporal gradients of coupled state variables of the system model. An overshoot or undershoot of the state gradients can be detected by means of predetermined barriers, which leads to the detection of the valve opening and valve closing times.
  • the pressure in dependence on the position of the pressure piece can be determined and the valve opening and valve closing times are derived from an evaluation.
  • a corresponding pressure-displacement diagram is shown on the left in FIG. In Figure 5 right, the associated path-time diagram is shown. The path-time diagram shows the time-dependent movement of the pressure piece.
  • the pressure piece goes through a maximum at time 3 and then moves back to the starting position (suction phase).
  • the figure 5 left the associated pressure-displacement diagram is shown. It is traversed in a clockwise direction, starting at the point of origin, where the pressure piece is in position 1.
  • the pressure in the dosing chamber will initially rise sharply until the pressure is able to open the valve to the pressure line.
  • the pressure in the metering chamber remains substantially constant.
  • the opening point is marked with the number 2. From this point in time, which is also entered in Figure 5 right, it comes to a dosage.
  • the valve closing times can be determined from the path-time diagram, since they are on the maximum travel of the pressure piece. Time points 2 and 4, ie the valve opening times, are not so easy to determine, especially since in practice the pressure-distance diagram has rounded "corners.” Therefore, for example, starting from position 1 in the pressure-path diagram when reaching 90 % of the maximum pressure (known from position 3) the way to be read and determine the slope of the pressure-displacement diagram between points 1 and 2.
  • the time 4 can also be determined This determination can take place in each cycle and the result can be used for a later cycle, thereby also detecting changes in the opening times
  • Trajectories of the individual state variables of the system models can gas bubbles in the hydraulic system, cavitation in the pump head of the dosing and / or Ventilö Stamms- u nd valve closing timing of the dosing units are diagnosed. par- dere then when between the target and actual trajectories a predetermined error limit is exceeded, this can trigger a warning signal and appropriate action.
  • FIG. An example is shown in FIG. Again, the pressure-distance diagram is shown on the left and the path-time diagram on the right. The right figure is identical to the corresponding diagram of FIG. 5. If there are gas bubbles in the hydraulic system which are compressible, this will cause the pressure valve to open only at time 2 'and the suction valve to open only at time 4'. A clear shift of the valve opening timings can thus be used to diagnose the condition "air in the metering chamber.” In the case of cavitation, only the valve opening timing 4 'but not the valve opening timing 2 shifts so that such a behavior is used to diagnose the "cavitation" condition can be.
  • the presented model-based methodology by analyzing the individual coupled system state variables, enables a much more extensive and higher-quality diagnosis than has hitherto been realized.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von hydraulischen Parametern in einer Verdrängerpumpe, wobei die Verdrängerpumpe ein bewegliches Verdrängerelement aufweist, welches den Dosierraum begrenzt, welcher über Ventile mit einer Saug-und Druckleitung verbunden ist, wobei ein Antrieb zur oszillierenden Bewegung des Verdrängerelementes vorgesehen ist. Damit durch eine oszillierende Bewegung des Verdrängerelementes alternierend Förderfluid über die Saugleitung in den Dosierraum gesaugt und über die Druckleitung aus dem Dosierraum gedrückt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß für das hydraulische System ein physikalisches Modell mit hydraulischen Parametern aufgestellt wird, die von dem Verdrängerelement auf das im Dosierraum befindliche Fluid ausgeübte Kraft oder der Druck im Dosierraum sowie die Position des Verdrängerelementes bestimmt wird und mit Hilfe einer Optimierungsrechnung zumindest ein hydraulischer Parameter errechnet wird.

Description

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG VON HYDRAULISCHEN PARAMETERN IN EINER VERDRÄNGERPUMPE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von hydraulischen Parametern in einer Verdrängerpumpe. Die Verdrängerpumpe weist ein bewegliches Verdrängerelement auf, welches den Dosierraum begrenzt, der über Ventile mit einer Saug- und Druckleitung verbunden ist, sodass durch eine oszillierende Bewegung des Verdrängerelementes alternierend Förderfluid über die Saugleitung in den Dosierraum gesaugt und über die Druckleitung aus dem Dosierraum gedrückt werden kann. Verdrängerpumpen weisen zusätzlich einen Antrieb zur oszillierenden Bewegung des Verdrängerelementes auf.
Es gibt beispielsweise elektromagnetisch angetriebene Membranpumpen, bei denen das Verdrängerelement eine Membran ist, welche zwischen zwei Extrempositionen hin- und her bewegt werden kann, wobei in der ersten Extremposition das Volumen des Dosierraums minimal ist, während in der zweiten Extremposition das Volumen des Dosierraums maximal ist. Wird daher die Membran von ihrer ersten Position in die zweite bewegt, so wird der Druck im Dosierraum abfallen, sodass Förderfluid über die Saugleitung in den Dosierraum gesaugt wird. Bei der Rück- bewegung, d.h. bei der Bewegung von der zweiten in die erste Position, wird die Verbindung zur Saugleitung geschlossen, der Druck des Förderfluids wird aufgrund des sich verringernden Volumens in dem Dosierraum ansteigen, sodass das Ventil zur Druckleitung geöffnet wird und das Förderfluid in die Druckleitung befördert wird. Durch die oszillierende Bewegung der Membran wird abwechselnd Förderfluid aus der Saugleitung in den Dosierraum gesaugt, und Förderfluid aus dem Dosierraum gesaugt, und Förderfluid aus dem Dosierraum in die Druckleitung gefördert. Der Förderfluidstrom in die Druckleitung wird auch als Dosierprofil bezeichnet. Dieses Dosierprofil wird wesentlich bestimmt durch das Bewegungsprofil des Verdrängerelementes.
Bei elektromagnetisch angetriebenen Membranpumpen ist die Membran mit einem Druckstück verbunden, das meist federnd vorgespannt zumindest teilweise innerhalb eines Elektromagneten gelagert ist. Solange der Elektromagnet nicht mit einem Strom durchflössen ist, sodass in seinem Inneren kein magnetischer Fluss aufgebaut wird, sorgt die federnde Vorspannung dafür, dass das Druckstück und damit die Membran in einer vorgegebenen Position, z.B. der zweiten Position, d.h. der Position, in der die Dosierkammer das größte Volumen hat, verbleibt. Wird nun dem Elektromagneten ein Strom aufgeprägt, so bildet sich ein magnetischer Fluss aus, der das entsprechend ausgebildete Druckstück innerhalb des Elektromagneten aus seiner zweiten Position in die erste Position bringt, wodurch das im Dosierraum befindliche Förderfluid aus dem Dosierraum in die Druckleitung gefördert wird.
Mit der Aktivierung des Elektromagneten kommt es daher im Wesentlichen abrupt zu einem Hub des Dosierstückes und damit der Dosiermembran von der zweiten in die erste Position.
Typischerweise werden solche elektromagnetisch angetriebenen Membranpumpen verwendet, wenn das zu dosierende Fluidvolumen deutlich größer ist als das Dosierraumvolumen, sodass die Dosiergeschwindigkeit im Wesentlichen durch die Häufigkeit bzw. die Taktung des Stromflus- ses durch den Elektromagneten bestimmt wird. Soll beispielsweise die Dosiergeschwindigkeit verdoppelt werden, so wird der Elektromagnet in gleicher Zeit doppelt so häufig kurzzeitig mit einem Strom durchflössen, was wiederum zur Folge hat, dass sich der Bewegungszyklus der Membran verkürzt und doppelt so häufig stattfindet. Eine solche Magnetdosierpumpe ist beispielsweise in der EP 1 757 809 beschrieben.
Die Verwendung dieser Magnetdosierpumpen stößt allerdings dann an ihre Grenzen, wenn nur geringe Dosiergeschwindigkeiten erforderlich sind, sodass die abrupte Dosierung eines ganzen Hubes nicht gewünscht ist.
In der genannten EP 1 757 809 ist daher bereits vorgeschlagen worden, einen Positionssensor vorzusehen, mit dem die Position des Druckstückes bzw. der damit verbundenen Membran bestimmt werden kann. Durch einen Vergleich der Ist-Position des Druckstückes mit einer vorgegebenen Soll-Position des Druckstückes kann dann eine Regelung der Bewegung erfolgen, so dass sich Magnetdosierpumpen auch zur Förderung von deutlich geringeren Fluidmengen einsetzen lassen, da die Hubbewegung nicht mehr abrupt, sondern geregelt stattfindet.
In der Praxis ist es schwierig, geeignete Regelparameter zu finden. Tatsächlich werden für verschiedene Druckstückpositionszustände jeweils unterschiedliche Regelparameter empirisch be- stimmt und in einem Speicher abgelegt, sodass die Pumpe die entsprechenden Regelparameter in Abhängigkeit von der Position des Druckstückes abrufen und verwenden kann.
Die Bestimmung der Regelparameter ist jedoch sehr aufwendig. Zudem hängt sie stark von den Verhältnissen in der Dosierkammer, wie z.B. der Dichte und der Viskosität des Förderfluids, ab. Daher funktioniert die Regelung nur dann zufriedenstellend, wenn das System in etwa dem gewünschten Zustand entspricht. Insbesondere bei Druckschwankungen auf der Saug- und/oder Druckleitung, beim Auftreten von Kavitation, bei der Ansammlung von Luft im Dosierraum oder aber bei Viskositätsänderungen im Förderfluid sind die im Speicher abgelegten Regelparameter ungeeignet und die Regelgenauigkeit nimmt ab, sodass das tatsächliche Dosierprofil sich deutlich von dem gewünschten Dosierprofil unterscheidet. Dies ist jedoch insbesondere bei der kontinuierlichen Dosierung von Kleinstmengen, wie z.B. bei der Trinkwasserchlorierung unerwünscht. Die Regelgenauigkeit kann beispielsweise dadurch verbessert werden, dass die Dichte und/oder Viskosität des Förderfluids gemessen wird und das Messergebnis für die Auswahl der Regelparameter verwendet wird.
Für eine solche Messung ist jedoch mindestens ein zusätzlicher Sensor notwendig, der den Ver- kaufspreis der Verdrängerpumpe erhöhen würde und zudem wartungs- und reparaturanfällig ist. Daher werden bislang Dichte- und Viskositätsänderungen bei der Regelung nicht berücksichtigt.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Bestimmung von hydraulischen Parametern, wie z.B. der Dichte oder der Viskosität des Förderfluids erlaubt, ohne dass zusätzliche Sensoren benötigt werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass für das hydraulische System ein physikalisches Modell mit hydraulischen Parametern aufgestellt wird, dass die von dem Verdrängerelement auf das im Dosierraum befindliche Fluid ausgeübte Kraft oder der Druck im Dosierraum sowie die Position des Verdrängerelementes bestimmt wird und dass mit Hilfe einer Optimierungsrechnung zumindest ein hydraulischer Parameter errechnet wird.
Unter hydraulischen Parametern wird jeder Parameter des hydraulischen Systems - abgesehen von der Position des Verdrängerelementes - verstanden, der den Fluss des Förderfluids durch den Dosierraum beeinflusst.
Hydraulische Parameter sind daher z.B. die Dichte des Förderfluids im Dosierraum sowie die Viskosität des Fluids im Dosierraum. Weitere hydraulische Parameter sind beispielsweise Schlauch- bzw. Rohrlängen und -durchmesser von Schläuchen und Rohren, die mit dem Dosierraum zumindest zeitweilig verbunden sind.
Die notwendige Positionsbestimmung des Verdrängerelementes kann über den üblicherweise ohnehin vorhandenen Positionssensor erfolgen. Aus der Position des Verdrängerelementes kann die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Verdrängerelementes bestimmt werden.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpe und zwar am besten bei einer elektromagnetisch angetriebenen Membranpumpe verwendet, so kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Strom durch den elektromagnetischen Antrieb gemessen werden und die von dem Verdrängerelement auf das im Dosierraum befindliche Fluid ausgeübte Kraft aus dem gemessenen Strom und der gemessenen Position des Verdrängerelementes bestimmt werden. In diesem Fall ist kein separater Drucksensor notwendig. Selbstver- ständlich kann das vorliegende Verfahren jedoch auch mit einem separaten Drucksensor verwendet werden.
Es ist eine inhärente Eigenschaft der Verdrängerpumpe, dass sich das hydraulische System immer dann deutlich ändert, wenn eines der Ventile, über die der Dosierraum mit der Saug- und Druckleitung verbunden ist, geöffnet wird oder geschlossen wird.
Am einfachsten zu modellieren ist das System für den Fall, dass das Ventil zur Saugleitung geöffnet ist und das Ventil zur Druckleitung geschlossen ist. Üblicherweise ist nämlich an dem Ventil zur Saugleitung ein flexibler Schlauch montiert, welcher in einem unter Umgebungsdruck stehen- den Vorratsbehälter endet.
Dieser Zustand ist während des sogenannten Saughubes, d.h. während sich das Verdrängerelement von der zweiten Position in die erste Position bewegt, gegeben. Dieses hydraulische System könnte beispielsweise mittels der nichtlinearen Navier-Stokes-Gleichung unter Berück- sichtigung laminarer und turbulenter Strömungen beschrieben werden. Neben der Dichte und der Viskosität des Förderfluids sind dann noch der Durchmesser des Schlauches, der das Saugventil mit dem Vorratsbehälter verbindet, die Länge des Schlauches sowie der Höhenunterschied, den das Fluid im Schlauch überwinden muss, als hydraulische Parameter zu beachten. Je nach verwendetem System können weitere sinnvolle Annahmen getroffen werden. Mit Hilfe einer Optimierungsrechnung, die beispielsweise über das bekannte Gradientenverfahren oder Levenberg-Marquardt-Algorithmen, erfolgen kann, ist es möglich, die im physikalischen Modell enthaltenen hydraulischen Parameter zu bestimmen, die den Druckverlauf im Dosierkopf und die Bewegung bzw. die daraus bestimmte Geschwindigkeit und Beschleunigung des Druckstückes am besten beschreiben.
Unter einer Optimierungsrechnung wird jede Rechnung verstanden, mit der die optimalen Parameter des Systems aufgefunden werden. Optimale Parameter sind die Parameter, die das System am besten beschreiben, d.h. bei denen die Differenz zwischen Modell und gemessener Situ- ation minimal wird.
Grundsätzlich könnte das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren allein durch eine wiederholte Analyse des Saughubverhaltens erfolgen. Alternativ dazu kann jedoch auch das physikalische Modell des hydraulischen Systems für den Fall betrachtet werden, dass das Ventil zur Saugleitung geschlossen und das Ventil zur Druckleitung geöffnet ist. Da jedoch für den Pumpenhersteller in der Regel zunächst nicht bekannt ist, in welcher Umgebung die Dosierpumpe eingesetzt wird und daher auch das an das Druckventil, welches die Druckleitung mit dem Dosierraum verbindet, angeschlossene Rohrsystem nicht bekannt ist, kann hier nur eine verallgemeinerte Annahme getroffen werden. Das aufgestellte physikalische Modell kann daher ohne Kenntnis des an das Druckventil angeschlossenen Rohrleitungssystems, nicht in der Genauigkeit aufgestellt werden, wie dies in der beschreibenen ein- fachsten Form für das hydraulische System während des Saughubes ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden physikalische Modelle für beide beschriebenen Hydrauliksysteme verwendet und dann die Ventilöffnungszeitpunkte gemessen oder bestimmt und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Bestimmung der Ventilöffnungszeitpunkt das jeweils zutreffende physikalische Modell ausgewählt. Im Grunde genommen wird dann das erfindungsgemäße Verfahren getrennt für den Saughub und den Druckhub durchgeführt. In beiden Fällen erhält man für die hydraulischen Parameter, wie z.B. die Dichte und die Viskosität des Förderfluids Werte, die in der Praxis nicht exakt übereinstimmen. Grundsätzlich wäre es daher möglich, die unterschiedlichen Werte zu mittein, wobei hier unter Umständen berücksichtigt wer- den muss, dass aufgrund der besseren Beschreibung der tatsächlichen Situation durch das physikalische Modell während des Saughubes, der während des Saughubes gewonnene Wert bei der Mittelung stärker gewichtet wird als der während des Druckhubes ermittelte Wert.
Selbstverständlich gibt es auch Anwendungsfälle, in denen das Hydrauliksystem auch während des Saughubes komplexer ist.
Nachdem in der erfindungsgemäßen Art die hydraulischen Parameter bestimmt worden sind, kann das aufgestellte physikalische Modell mit den derart bestimmten hydraulischen Parametern verwendet werden, um seinerseits den Druck im Dosierraum zu bestimmen.
Diese Erkenntnis kann wiederum zur Verbesserung der Bewegungsregelung des Druckstückes verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass für den Antrieb des Verdrängerelementes eine modellbasierte Regelung, insbesondere eine nichtlineare modellbasierte Regelung, verwendet wird.
Bei einer modellbasierten Regelung wird ein möglichst vollständiges Modell der Prozessdynamik entwickelt. Mit Hilfe dieses Modells ist es dann vereinfacht gesprochen möglich, eine Vorhersage zu treffen, wohin sich die Systemgrößen im nächsten Moment bewegen werden. Aus diesem Modell kann dann auch eine geeignete Stellgröße berechnet werden. Kennzeichen einer solchen modellbasierten Regelung ist daher die ständige Berechnung der notwendigen Stellgröße auf Basis von Messgrößen unter Verwendung der durch das Modell gegebenen Sys- temgrößen.
Im Grunde genommen wird durch die Modellbildung das zugrundeliegende physikalische System näherungsweise mathematisch beschrieben. Diese mathematische Beschreibung wird dann zur Berechnung der Stellgröße auf Basis der gewonnenen Messgrößen verwendet. Im Unterschied zu den bekannten Dosierprofiloptimierungsverfahren wird somit der Antrieb nicht mehr als„Black Box" angesehen. Stattdessen werden die bekannten physikalischen Zusammenhänge zur Bestimmung der Stellgröße verwendet.
Dadurch kann eine deutlich bessere Regelgüte erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Position des Verdrängerelementes und der Strom durch den elektromagnetischen Antrieb gemessen und für die modellbasierte Regelung ein Zu- standsraummodell verwendet, welche die Position des Verdrängerelementes und den Strom durch die Magnetspule des elektromagnetischen Antriebs als Messgrößen verwendet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Zustandsraummodell keine weiteren zu erfassenden Messgrößen auf, d. h. das Modell wird so entwickelt, dass es nur auf Basis der erfassten Druckstückposition und des erfassten Stromes durch die Magnetspule eine Vorhersage für die unmittelbar folgende Bewegung des Druckstückes macht.
Dabei werden in einer bevorzugten Ausführungsform die bestimmten hydraulischen Parameter verwendet.
Unter einem Zustandsraummodell wird üblicherweise die physikalische Beschreibung eines mo- mentanen Systemzustandes verstanden. Beispielsweise können die Zustandsgrößen den Energiegehalt der im System enthaltenen Energiespeicherelemente beschreiben.
Zum Beispiel kann als Modell für die modellbasierte Regelung eine Differentialgleichung des Verdrängerelementes verwendet werden. Beispielsweise kann die Differentialgleichung eine Be- wegungsgleichung sein. Unter einer Bewegungsgleichung wird eine mathematische Gleichung verstanden, die die räumliche und zeitliche Bewegung des Verdrängerelement unter Einwirkung äußerer Einflüsse beschreibt. Dabei werden in einer bevorzugten Ausführungsform in der Bewegungsgleichung verdrängerpumpenspezifische Kräfte, die auf das Druckstück wirken, modelliert. So kann etwa die von einer Feder auf das Druckstück ausgeübte Kraft, bzw. deren Federkonstante k, und/oder die von dem magnetischen Antrieb auf das Druckstück ausgeübte magnetische Kraft modelliert werden. Die von dem Förderfluid auf das Druckstück ausgeübte Kraft kann dann als Störgröße behandelt werden. Diese Störgröße kann dann in einer besonders bevorzug- ten Ausführungsform unter Verwendung der bestimmten hydraulischen Parameter ebenfalls modelliert werden.
Durch solch ein Zustandsraummodell kann, wenn die Messgrößen erfasst sind, eine Vorhersage für das unmittelbar folgende Systemverhalten getroffen werden.
Wenn das auf diese Art prognostizierte unmittelbar folgende Verhalten von dem gewünschten vorgegebenen Verhalten abweicht, wird korrigierend auf das System Einfluss genommen.
Um zu berechnen, wie eine geeignete Einflussnahme aussieht, kann im gleichen Modell der Ein- fluss der verfügbaren Stellgrößen auf die Regelgröße simuliert werden. Mit Hilfe von bekannten Optimierungsverfahren kann dann adaptiv die momentan beste Regelstrategie ausgewählt werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, auf Basis des Modells einmalig eine Regelstrategie zu bestimmen und diese dann in Abhängigkeit von den erfassten Messgrößen anzuwenden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher als Zustandsraummodell ein nichtlineares Zustandsraummodell gewählt und die nichtlineare Regelung erfolgt entweder über Control- Lyapunov-Funktionen, über flachheitsbasierte Regelungsmethoden mit flachheitsbasierter Vorsteuerung, über Integrator-Backstepping-Methoden, über Sliding-Mode-Methoden oder über prä- diktive Regelung. Dabei ist die nichtlineare Regelung über Control-Lyapunov-Funktionen bevor- zugt.
Alle fünf Verfahren sind aus der Mathematik bekannt und werden daher hier nicht eingehender erläutert. Control-Lyapunov-Funktionen sind beispielsweise eine verallgemeinerte Beschreibung von Lya- punov-Funktionen. Geeignet gewählte Control-Lyapunov-Funktionen führen zu einem stabilen Verhalten im Rahmen des Modells.
Anders ausgedrückt wird eine Korrekturfunktion berechnet, die in dem zugrundeliegenden Modell zu einer stabilen Lösung des Modells führt.
Im Allgemeinen gibt es eine Vielzahl von Regelmöglichkeiten, die dazu führen, dass in dem zugrundeliegenden Modell die Differenz zwischen Ist-Profil und Soll-Profil kleiner wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Modell, welches der modellbasierten Regelung zugrunde liegt, zur Formulierung eines Optimierungsproblems verwendet, bei dem als Nebenbedingung der Optimierung die elektrische Spannung am Elektromotor und damit die der Dosier- pumpe zugeführte Energie möglichst klein wird, zugleich aber eine möglichst schnelle und wenig überschwingende Annäherung des Ist-Profil an das Soll-Profil erreicht wird. Darüber hinaus, kann es von Vorteil sein, wenn die gemessenen Signale vor der Verarbeitung im zugrundeliegenden Modell tiefpassgefiltert werden, um den Einfluss von Rauschen zu reduzieren. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass während eines Saug-Druck-Zyklus die Differenz zwischen dem erfassten Ist-Positionsprofil des Verdrängerelementes und einem gewünschten Soll-Positionsprofil des Verdrängerelementes erfasst wird und für den nächsten Saug-Druck-Zyklus ein Soll-Positionsprofil verwendet wird, welches dem um die Differenz verminderten gewünschten Soll-Positionsprofil entspricht.
Im Grunde genommen wird hier ein selbstlernendes System verwirklicht. Zwar hat die erfindungsgemäße modellbasierte Regelung bereits zu einer deutlichen Verbesserung des Regelverhaltens geführt, dennoch kann es zu Abweichungen zwischen dem Soll-Profil und dem Ist-Profil kommen. Insbesondere bei der energieminimierenden Auswahl des Regeleingriffs ist dies nicht zu vermeiden. Um zumindest für folgende Zyklen diese Abweichung weiter zu reduzieren, wird die Abweichung während eines Zyklus erfasst und die erfasste Abweichung beim nächsten Zyklus von dem gewünschten Soll-Positionsprofil zumindest zum Teil abgezogen.
Anders ausgedrückt wird einem folgenden Druck-Saugzyklus absichtlich ein„falsches" Sollwert- Profil vorgegeben, wobei das„falsche" Sollwert-Profil aus der im vorherigen Zyklus gewonnen Erfahrung berechnet wird. Kommt es nämlich bei dem folgenden Saug-Druck-Zyklus zu exakt der gleichen Abweichung zwischen Ist- und Soll-Profil wie im vorherigen Zyklus, so führt das Verwenden des„falschen" Sollwert-Profils dazu, dass im Ergebnis das eigentlich gewünschte Sollwert-Profil erreicht wird.
Zwar ist es grundsätzlich möglich und aufgrund des periodischen Verhaltens des Systems in einigen Anwendungen auch ausreichend, die beschriebenen Selbstlernschritte nur einmal durchzuführen, das heißt beim ersten Zyklus die Differenz zu messen und ab dem zweiten und bei allen weiteren Zyklen das Sollwert-Profil entsprechend zu korrigieren. Besonders bevorzugt ist es je- doch, wenn die Differenz zwischen Ist- und Soll-Profil in regelmäßigen Abständen, am Besten bei jedem Zyklus, bestimmt wird und im Folgezyklus entsprechend berücksichtigt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, lediglich einen Bruchteil der erfassten Differenz als Profilkorrektur für den folgenden oder die folgenden Zyklen zu verwenden. Dies kann insbesondere in den Fällen, in denen die erfasste Differenz sehr groß ist, von Vorteil sein, um durch die plötzliche Sollwertveränderung keine Instabilität des Systems zu erzeugen.
Weiterhin ist es möglich, die Größe des Bruchteils der erfassten Differenz, welcher als Profilkorrektur verwendet wird, anhand der aktuellen Differenz zwischen Soll- und Istprofil zu bestimmen.
Auch ist es möglich, dass die Differenz zwischen Ist- und Sollprofil über mehrere Zyklen, z. B. 2, gemessen wird und daraus eine mittlere Differenz errechnet wird, die dann zumindest zum Teil von dem Sollprofil der folgenden Zyklen abgezogen wird.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine beliebige von der erfassten Differenz abhängige Funktion zur Korrektur des nächsten Soll-Positionsprofil verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Modellbildung kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, um eine physikalische Größe in der Verdrängerpumpe zu bestimmen. So kann beispielsweise der Fluiddruck im Dosierraum bestimmt werden. Die Bewegungsgleichung des Verdrängerelementes berücksichtigt alle Kräfte, die auf das Verdrängerelement einwirken. Dies ist neben der von dem Antrieb auf das Verdrängerelement aufgebrachten Kraft auch die durch den Fluiddruck im Dosierraum auf die Membran und damit auf das Verdrängerelement aufgebrachte Gegenkraft. Daher können, wenn die von dem Antrieb auf das Verdrängerelement aufgebrachte Kraft bekannt ist, aus der Position des Verdrängerelementes, bzw. aus der daraus ableitbaren Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Verdrängerelementes, Rückschlüsse auf den Fluiddruck im Dosierkopf gezogen werden. Beispielsweise kann, wenn der Ist-Fluiddruck einen vorgegebenen Maximalwert erreicht oder überschreitet, ein Warnsignal ausgegeben werden und das Warnsignal an eine Abschaltautomatik gesendet werden, welche in Antwort auf den Empfang des Warnsignals die Dosierpumpe abschaltet. Sollte daher aus irgendeinem Grunde ein Ventil nicht öffnen oder der Druck auf der Druckleitung stark ansteigen, kann dies durch das erfindungsgemäße Verfahren ohne Verwen- dung eines Drucksensors ermittelt werden und die Pumpe kann sicherheitshalber abgeschaltet werden. Im Grunde genommen übernimmt das Verdrängungselement mit dem dazugehörigen Antrieb zusätzlich die Funktion des Drucksensors. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind für einen Bewegungszyklus des Verdrängerelementes eine Soll-Fluiddruckkurve, eine Soll-Positionskurve des Verdrängerelementes und/oder der Soll-Stromverlauf durch den elektromagnetischen Antrieb hinterlegt. Dabei kann der Ist-Fluiddruck mit dem Soll-Fluiddruck, die Ist-Position des Verdrängerelementes mit der Soll-Position des Verdrängerelementes und/oder der Ist-Strom durch den elektromagnetischen Antrieb mit einem Soll-Strom durch den elektromagnetischen Antrieb verglichen werden und, wenn die Differenzen zwischen Ist- und Soll-Wert einen vorbestimmtes Kriterium erfüllen, ein Warnsignal ausgegeben werden. Diesem Verfahrensschritt liegt der Gedanke zu Grunde, dass bestimmte Ereignisse, wie zum Beispiel Gasblasen im Hydrauliksystem oder Kavitation im Pumpenkopf eine erkennbare Veränderung des zu erwartenden Fluiddruckes bewirken und daher aus der Bestimmung des Fluiddru- ckes Rückschlüsse auf die genannten Ereignisse gezogen werden können. Das Warnsignal kann beispielsweise eine optische Anzeige oder eine akustische Anzeige aktivieren. Alternativ oder in Kombination dazu kann das Warnsignal jedoch auch direkt einer Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden, die entsprechende Maßnahmen in Antwort auf den Empfang des Warnsignals ergreift. Im einfachsten Fall wird für ein oder mehrere der gemessenen bzw. bestimmten Größen die Differenz aus Ist- und Soll-Wert bestimmt und wenn eine der Differenzen einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein Warnsignal ausgegeben.
Um jedoch die möglichen Fehlerereignisse, wie z.B. Gasblasen im Dosierraum oder Auftreten von Kavitation nicht nur zu detektieren, sondern auch noch untereinander zu unterscheiden ist es möglich, für jedes Fehlerereignis ein eigenes Kriterium zu definieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine gewichtete Summe der relativen Abweichungen vom Soll-Wert bestimmt werden und das Kriterium derart gewählt werden, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die gewichtete Summe einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Den unterschiedlichen Fehlerereignissen können unterschiedliche Wichtungskoeffizienten zugeordnet werden. Im Idealfall wird bei Auftreten eines Fehlereignisses genau ein Kriterium erfüllt, so dass das Fehlerereignis diagnostiziert werden kann.
Durch das beschriebene Verfahren ist daher ohne Rückgriff auf einen Drucksensor die Bestimmung des Druckes im Dosierkopf möglich und aus dem derart bestimmten Druck können Rück- Schlüsse auf bestimmte Zustände im Dosierkopf gezogen werden, die dann wiederum die Einleitung bestimmter Maßnahmen auslösen können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Druckänderungen sehr präzise bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform wird daher der zeitliche Gradient einer gemessenen oder bestimmten Größe ermittelt und, falls dieser einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, die Ventilöffnung oder die Ventilschließung diagnostiziert. In einer alternativen Ausführungsform wird als physikalische Größe die Masse m des Verdrängerelementes, die Federkonstante k der das Verdrängerelement vorspannenden Feder, die Dämpfung d und/oder der elektrische Widerstand Reddes elektromagnetischen Antriebs bestimmt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden sogar alle der genannten Größen be- stimmt. Dies kann beispielsweise durch eine Minimierungsrechnung erfolgen. Alle genannten Größen mit Ausnahme des Druckes in der Dosierkammer stellen Konstanten dar, die experimentell bestimmbar sind und sich in der Regel im Pumpbetrieb nicht ändern. Dennoch kann es zu Ermüdungserscheinungen der unterschiedlichen Elemente kommen, die den Wert der Konstanten verändern. Beispielsweise kann der gemessene Druck-Weg-Verlauf mit einem erwarteten Druck-Weg-Verlauf verglichen werden. Die über einen Zyklus integrierte Differenz aus beiden Verläufen kann durch Variation der konstanten Größen minimiert werden. Stellt man dabei z.B. fest, dass sich die Federkonstante verändert hat, kann eine defekte Feder diagnostiziert werden.
Eine solche Minimierung könnte auch im drucklosen Zustand, d.h. wenn kein Fluid in der Dosier- kammer ist, durchgeführt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der an die Verdrängerpumpe angeschlossenen
Saugleitung,
Figuren 2a-2e Beispiel hydraulischer Parameter und deren zeitabhängige Entwicklung,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines idealen Bewegungsprofils,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Selbstlernfunktion,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Druck-Weg-Diagramms und eines Weg-Zeit-
Diagramms für den Normalzustand und Figur 6 eine schematische Darstellung eines Druck-Weg-Diagramms und eines Weg-Zeit-
Diagramms für einen Zustand mit Gasblasen in der Dosierkammer.
Durch den Entwurf eines physikalischen Modells, insbesondere einer nichtlinearen Systembe- Schreibung des hydraulischen Prozesses im Dosierraum bzw. in der mit dem Dosierraum verbundenen Leitung eines elektromagnetischen Dosierpumpensystemes ist es möglich, modellbasierte Identifikationsmethoden in Echtzeit zu verwenden. Hierzu werden die hydraulischen Parameter, d.h. die Zustandsgrößen der Hydraulikmodelle ausgewertet und die Systemdynamik sowie die Parameter des hydraulischen Prozesses bestimmt.
Als Messgrößen bzw. zu bestimmenden externen Größen dienen die Position des Verdrängerelementes bzw. die daraus bestimmte Geschwindigkeit und Beschleunigung des Verdrängerelementes, und der Druck im Dosierraum, welcher über die durch die Membran auf das Förder- fluid ausgeübte Kraft bestimmt werden kann.
Da in der Regel bei den genannten Verdrängerpumpen die Saugleitung aus einem Schlauch besteht, welcher das Saugventil mit einem Vorratsbehälter verbindet, kann für den Saughub, d.h. während das Druckventil geschlossen und das Saugventil geöffnet ist, das hydraulische System vereinfacht beschrieben werden, wie in Figur 1 dargestellt ist. Die Saugleitung besteht aus einem Schlauch mit dem Durchmesser Ds und der Schlauchlänge L. Der Schlauch überbrückt einen Höhenunterschied Z.
Die nichtlinearen Navier-Stokes-Gleichungen lassen sich vereinfachen, wenn man annimmt, dass die Saugleitung einen konstanten Durchmesser hat und nicht dehnbar ist und dass ein inkom- pressibles Fluid verwendet wird.
Mit Hilfe von bekannten Optimierungsmethoden wie z.B. dem Gradientenverfahren oder den Levenberg-Marquardt-Algorithmen, werden nun die hydraulischen Parameter bestimmt, die unter Zugrundelegung des aufgestellten Modells die gemessene Position des Druckstückes sowie den gemessenen oder bestimmte Druck im Dosierraum am besten beschreiben können.
In den Figuren 2a bis 2e sind hier am Beispiel von Glycerin als Förderfluid jeweils ein hydraulischer Parameter (punktierte Linie) sowie die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergebenden Werte (durchgezogene Linie) über der Zeit dargestellt.
So zeigt beispielsweise Figur 2a die Dichte des Förderfluids. Diese beträgt etwa 1260 kg/m3 (punktierte Linie). Man erkennt, dass das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage ist, innerhalb von etwa 100 Sekunden die Dichte zu bestimmen. Zwar liegt zum Zeitpunkt t = 0 Sekunden der bestimmte Wert noch deutlich unter dem tatsächlichen Wert. Durch die fortwährende Optimierung nähert sich der durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmte Wert für die Dichte jedoch sehr schnell dem wahren Wert an (durchgezogene Linie). Gleiches gilt für die Schlauchlänge L (siehe Figur 2b), die Höhendifferenz Z (siehe Figur 2c), den Schlauchdurchmesser (siehe Figur 2d) und die Viskosität (siehe Figur 2e).
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Parameter können dann wiederum zusammen mit dem aufgestellten physikalischen Modell dazu verwendet werden, die von dem hyd- raulischen System auf das Druckstück ausgeübte Kraft zu bestimmen.
Diese Information kann für die Regelung verwendet werden. Insbesondere dann, wenn für die Regelung der Bewegung des Druckstückes modellbasierte nichtlineare Regelungsstrategien verwendet werden, kann das hier entwickelte Modell den Einfluss des hydraulischen Systems physikalisch abbilden und dies in Form einer Störgrößenaufschaltung berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Zusammenhang mit einer Magnetdosierpumpe entwickelt worden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine solche Magnetdosierpumpe ein bewegliches Druckstück mit einer fest mit diesem verbundenen Schubstange auf. Das Druckstück ist in einem im Pumpengehäuse fest verankerten Magnetmantel in der Längsachse axial beweglich gelagert, so dass das Druckstück mit Schubstange bei der elektrischen Ansteuerung der Magnetspule im Magnetmantel gegen die Wirkung einer Druckfeder in eine Bohrung des Magnetmantels hineingezogen wird und das Druckstück nach Deaktivierung des Magneten durch die Druckfeder in die Ausgangslage zurückkehrt. Dies hat zur Folge, dass das Druckstück und ein durch diese betätigte Membran bei fortgesetzter Aktivierung und Deaktivierung der Magnetspule eine oszillierende Bewegung durchführt, die in dem in der Längsachse angeordneten Dosierkopf im Zusammenwirken mit einem Auslass- und Einlassventil zu einem Pumphub (Druckhub) und einem Ansaughub (Saughub) führt. Die Aktivierung der Magnetspule erfolgt durch Anlegen einer Spannung an die Magnetspule. Die Bewegung des Druckstückes kann somit durch den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Magnetspule festgelegt werden.
Es versteht sich, dass Druckhub und Saughub nicht unbedingt gleichlang andauern müssen. Da während des Saughubes keine Dosierung erfolgt, sondern lediglich der Dosierraum wieder mit Förderfluid gefüllt wird, ist es im Gegenteil von Vorteil, den Saughub in jedem Fall so schnell wie möglich durchzuführen, wobei dennoch darauf zu achten ist, dass es zu keiner Kavitation in der Druckkammer kommt. Der Druckhub hingegen kann, insbesondere in Anwendungsfällen, bei denen nur sehr geringe Fluidmengen dosiert werden sollen, sehr lange andauern. Dies hat zur Folge, dass das Druckstück sich nur allmählich in Richtung des Dosierraums bewegt. Um eine Bewegung des Druckstückes zu erreichen, wie es in idealisierter Weise in Figur 3 dargestellt ist, muss die Bewegung des Druckstückes geregelt werden. Dabei stehen üblicherweise als Messgröße lediglich die Position des Druckstückes und die Größe des Stroms durch die Magnetspule zur Verfügung.
Erfindungsgemäß wird daher ein (nichtlineares) Modell entwickelt, was den Zustand des magnetischen Systems beschreibt.
Für eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich das folgende Modell:
x
1
x ' {-dx - - Fvor + Fp + ΚΣ (δ)Φ2)
m
Φ (δ, φ)
-Φ + u)
N, N,
wobei
m: Masse des Druckstücks
Φ : magnetischer Fluss
ΚΣ (δ)Φ2 . magnetische Kraft
Ν, : Windungszahl
u: Spannung
d: Dämpfung
k: Federkonstante
L. : Kraft auf Druckstück durch Federvorspannung
Kraft auf Druckstück durch Fluiddruck im Förderraum
magnetischer Widerstand
Rcu : ohmscher Widerstand der Spule
Position des Druckstückes
Spaltgröße zwischen Anker und Magnet
Dies ist ein nichtlineares Differentialgleichungssystem, welches es erlaubt, ausgehend von einem Startpunkt, eine Vorhersage über das unmittelbar folgende Verhalten des Systems zugeben. Mit Hilfe dieses Modells ist es daher möglich, zukünftige oder tatsächlich bereits bestehende Abweichungen zwischen der Soll-Kurve und der Ist-Kurve zu erkennen. Zudem kann das Modell verwendet werden, um den voraussichtlichen Einfluss eines Regelungseingriffes zu berechnen.
In Echtzeit wird daher aufgrund der Messung der Stromstärke und der Position des Druckstückes bestimmt, wie sich das System voraussichtlich entwickeln wird. Zudem kann berechnet werden, durch welchen Regelungseingriff, das heißt durch welche Spannungsänderung an der Magnetspule, das System wieder in die gewünschte Richtung bewegt werden kann.
Selbstverständlich gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, regelnd in das System einzugreifen. Es können also zu jedem Zeitpunkt stabile Lösungen des dynamischen Systems gesucht werden. Dieser Rechenschritt wird ständig, das heißt so häufig es die zur Verfügung stehende Rechenleistung erlaubt, wiederholt, um eine optimale Regelung zu erhalten.
Bei dem hier vorgeschlagenen Modell ist es im allgemeinen nicht notwendig, zu jedem Zeitpunkt neue stabile Lösungen des dynamischen Systems zu bestimmen. In der Regel ist es ausreichend, die geeignete Korrekturfunktion in Abhängigkeit von den Meßgrößen, d.h. in Abhängigkeit von Position des Druckstückes und der Spannung am Magnetantrieb, einmalig zu bestimmen und diese die Korrekturfunktion fortan für die Regelung zu verwenden.
Trotz dieser Regelung wird es zwangsläufig zu Abweichungen zwischen Soll- und Istwert geben, da das gewählte Modell immer eine Idealisierung darstellt. Zudem sind die erfassten Messgrößen immer fehlerbehaftet (Rauschen).
Um die Differenz zwischen Ist- und Soll-Profil weiter zu reduzieren, wird diese Differenz während eines Druck-Saug-Zykluses gemessen und als Sollprofil für den folgenden Zyklus die Summe aus der gemessenen Differenz und dem gewünschten Sollprofil verwendet. Mit anderen Worten wird ausgenutzt, dass sich der Druck-Hub-Zyklus wiederholt. Es wird somit bei dem folgenden Zyklus ein Sollwert-Profil vorgegeben, dass gegenüber dem eigentlich gewollten Sollwert-Profil abweicht.
Zur Verdeutlichung ist dieses selbstregelnde Prinzip in Figur 4 schematisch dargestellt. Dargestellt ist die Position des Druckstückes auf der Y-Achse und die Zeit auf der X-Achse.
Im ersten Zyklus ist ein für die Regelung verwendetes Sollprofil mit gestrichelter Linie dargestellt. Dieses Sollprofil entspricht dem gewünschten Sollprofil, welches zum Vergleich im dritten Zyklus als Referenzprofil abgebildet ist. Trotz der erfindungsgemäßen modellbasierten Regelung wird das Ist-Profil vom Soll-Profil abweichen. Im ersten Zyklus der Figur 4 ist daher beispielhaft ein Ist- Profil mit durchgezogener Linie dargestellt. Dabei sind die Abweichungen zwischen Ist- und Sollprofil zur Verdeutlichung ausgeprägter dargestellt als sie in der Praxis auftreten. Im zweiten Zyklus wird dann die Differenz zwischen Ist-Profil des ersten Zyklus und Referenzprofil von dem für den ersten Zyklus verwendeten Sollprofil abgezogen und die Differenz als Sollprofil für die Regelung während des zweiten Zyklus verwendet. Das so erhaltende Sollprofil ist im zweiten Zyklus gestrichelt dargestellt. Im Idealfall weicht im zweiten Zyklus das Ist-Profil in gleichem Maße vom verwendeten Soll-Profil ab, wie dies im ersten Zyklus beobachtet wurde. Dadurch ergibt sich ein Ist-Profil (mit durchgezogener Linie im zweiten Zyklus eingezeichnet), das dem Referenzprofil entspricht.
Durch die Messung der Position des Druckstückes und des Stromes durch den Magnetantrieb ist Fp, d.h. die Kraft auf das Druckstück durch den Fluiddruck im Förderraum, die einzige unbekannte Größe. Daher kann unter Verwendung dieses Modells die Kraft auf das Druckstück durch den Fluiddruck im Förderraum bestimmt werden. Da die Fläche des Druckstückes, welche mit dem Fluiddruck beaufschlagt ist, bekannt ist, kann aus der Kraft der Fluiddruck errechnet werden. Durch den beschriebenen Entwurf einer nicht linearen Systembeschreibung des elektromagnetischen Dosierpumpensystems ist es möglich, modellbasierte Diagnosemethoden zu verwenden. Hierzu werden die Zustandsgrößen der Systemmodelle ausgewertet und der Druck im Pumpenkopf der elektromagnetischen Dosierpumpe bestimmt. Die notwendigen Strom- und Positionssensoren sind hierbei bereits im Pumpensystem zu regelungstechnischen Zwecken verbaut, so- dass die Informationen bereits zur Verfügung stehen, ohne dass der Aufbau der Dosierpumpe ergänzt werden muss. Anhand der zeitlichen Veränderung der Zustandsgrößen und des Drucks im Dosierkopf der Pumpe können anschließend die Diagnosealgorithmen ausgeführt werden.
So kann beispielsweise die modellbasierte Diagnose von prozessseitigem Überdruck sowie die automatisierte Pumpenabschaltung verwirklicht werden.
Die Erkennung der Ventilöffnungs- und Ventilschließzeitpunkte kann beispielsweise über die Bestimmung und Auswertung zeitlicher Gradienten verkoppelter Zustandsgrößen des Systemmodells erfolgen. Ein Über- bzw. Unterschreiten der Zustandsgradienten kann mittels vorgegebener Schranken detektiert werden, was zur Erkennung der Ventilöffnungs- und Ventilschließzeitpunkte führt. Alternativ dazu, kann auch der Druck in Abhängigkeit von der Position des Druckstückes bestimmt werden und die Ventilöffnungs- und Ventilschließzeitpunkte aus einer Auswertung abgeleitet werden. Ein entsprechendes Druck-Weg-Diagramm ist in Figur 5 links dargestellt. In Figur 5 rechts ist das zugehörige Weg-Zeit-Diagramm dargestellt. Das Weg-Zeit-Diagramm zeigt die zeitabhängige Bewegung des Druckstückes. Man erkennt, dass sich das Druckstück zunächst von einer Ausgangsposition 1 (x=0 mm) nach vorne bewegt und das Volumen der Dosierkammer verkleinert (Druckphase). Das Druckstück durchläuft im Zeitpunkt 3 ein Maximum und bewegt sich dann wieder in Ausgangsposition zurück (Saugphase). In der Figur 5 links ist das zugehörige Druck-Weg-Diagramm gezeigt. Es wird im Uhrzeigersinn durchlaufen, beginnend im Koordinatenursprung, in der sich das Druckstück in der Position 1 befindet. Während der Druckphase wird der Druck in der Dosierkammer zunächst stark ansteigen bis der Druck in der Lage ist, dass Ventil zur Druckleitung zu Öffnen. Sobald das Druckventil geöffnet ist, bleibt der Druck in der Dosierkammer im Wesentlichen konstant. Der Öffnungspunkt ist mit der Ziffer 2 gekennzeichnet. Ab diesem Zeitpunkt, der auch in Figur 5 rechts eingetragen ist, kommt es zu einer Dosierung. Mit jeder weiteren Bewegung des Druckstückes wird Dosierfluid in die Druckleitung gepumpt. Sobald das Druckstück die Maximalposition (Zeitpunkt 3) erreicht hat, dreht sich die Bewegung des Druckstückes um, das Druckventil schließt sofort und der Druck in der Dosierkammer sinkt wieder ab. Sobald ein Minimaldruck erreicht ist (Zeitpunkt 4) öffnet das Saugventil, welches die Dosierkammer mit der Saugleitung verbindet, und Dosierfluid wird in die Dosierkammer gesaugt, bis wieder die Ausgangsposition erreicht ist.
Die Ventilschließzeitpunkte lassen sich aus dem Weg-Zeit-Diagramm bestimmen, da sie auf den Wegmaxima des Druckstückes liegen. Die Zeitpunkte 2 und 4, d.h die Ventilöffnungszeitpunkte, sind nicht so einfach zu bestimmen, zumal in der Praxis das Druck-Weg-Diagramm abgerundete „Ecken" aufweist. Daher kann beispielsweise ausgehend von Position 1 im Druck-Weg-Diagramm bei Erreichen von 90% des Druckmaximums (bekannt aus Position 3) der Weg abgelesen werden und die Steigung des Druck-Weg-Diagramms zwischen den Punkten 1 und 2 bestimmt werden. Die 90%-Kurve ist punktiert eingezeichnet. Die daraus resultierende Gerade schneidet die Kurve p=pmax am Ventilöffnungszeitpunkt. In gleicher Weise kann auch der Zeitpunkt 4 bestimmt werden. Diese Bestimmung kann in jedem Zyklus erfolgen und das Ergebnis für einen späteren Zyklus verwendet werden. Dadurch werden auch Veränderungen der Öffnungszeitpunkte detek- tiert. Durch Vergleich der Soll- und Ist-Trajektorien der einzelnen Zustandsgrößen der Systemmodelle können Gasblasen im Hydrauliksystem, Kavitation im Pumpenkopf der Dosiereinheit und/oder Ventilöffnungs- und Ventilschließzeitpunkte der Dosiereinheiten diagnostiziert werden. Insbeson- dere dann, wenn zwischen den Soll- und Ist-Trajektorien eine vorbestimmte Fehlerschranke überschritten wird, kann dies ein Warnsignal und entsprechende Maßnahmen auslösen.
Ein Beispiel ist in Figur 6 gezeigt. Auch hier ist wieder links das Druck-Weg-Diagramm und rechts das Weg-Zeit-Diagramm dargestellt. Die rechte Figur ist identisch zum entsprechenden Diagramm von Figur 5. Falls sich Gasblasen im Hydrauliksystem befinden, welche kompressibel sind, wird das dazu führen, dass das Druckventil erst zu dem Zeitpunkt 2' öffnet und das Saugventil erst zu dem Zeitpunkt 4' öffnet. Eine deutliche Verschiebung der Ventilöffnungszeitpunkte kann somit zur Diagnostizierung des Zustandes„Luft in der Dosierkammer" verwendet werden. Im Falle von Kavitation verschiebt sich lediglich der Ventilöffnungszeitpunkt 4' nicht jedoch der Ventilöffnungszeitpunkt 2, so dass solch ein Verhalten zur Diagnostizierung des Zustandes„Kavitation" verwendet werden kann.
Die vorgestellte modellbasierte Methodik ermöglicht durch die Analyse der einzelnen verkoppel- ten Systemzustandsgroßen eine wesentlich umfangreichere und hochwertigere Diagnose als dies bislang verwirklicht worden ist.
Darüber hinaus kann dies mit geringen Sensorikkosten und hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit verwirklicht werden. Durch die höhere Diagnosequalität kann der Einsatzbereich von elektromag- netischen Dosierpumpensystemen unter Umständen erweitert werden, da nun die Dosiergenauigkeit extrem verbessert werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Bestimmung von hydraulischen Parametern in einer Verdrängerpumpe, wobei die Verdrängerpumpe ein bewegliches Verdrängerelement aufweist, welches den Dosierraum begrenzt, welcher über Ventile mit einer Saug- und Druckleitung verbunden ist, so dass durch eine oszillierende Bewegung des Verdrängerelementes alternierend Förderfluid über die Saugleitung in den Dosierraum gesaugt und über die Druckleitung aus dem Dosierraum gedrückt werden kann, wobei ein Antrieb zur oszillierenden Bewegung des Verdrängerelementes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für das hydraulische System ein physikalisches Modell mit hydraulischen Parametern aufgestellt wird, die von dem Verdrängerelement auf das im Dosierraum befindliche Fluid ausgeübte Kraft oder der Druck im Dosierraum sowie die Position des Verdrängerelementes bestimmt wird und mit Hilfe einer Optimierungsrechnung zumindest ein hydraulischer Parameter errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulischer Parameter die Dichte des Fluids im Dosierraum und/oder die Viskosität des Fluides im Dosierraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe, vorzugsweise eine elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch den elektromagnetischen Antrieb gemessen wird und die von dem Verdrängerelement auf das im Dosierraum befindliche Fluid ausgeübte Kraft aus dem gemessenen Strom und der gemessenen Position des Verdrängerelementes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das physikalische Modell für den Fall, dass das Ventil zur Saugleitung geöffnet und das Ventil zur Druckleitung geschlossen ist, und/oder für den Fall, dass das Ventil zur Saugleitung geschlossen und das Ventil zur Druckleitung geöffnet ist, aufgestellt wird, wobei falls das physikalische Modell sowohl für den Fall, dass das Ventil zur Saugleitung geöffnet und das Ventil zur Druckleitung geschlossen ist, als auch für den Fall, dass das Ventil zur Saugleitung geschlossen und das Ventil zur Druckleitung geöffnet ist, aufgestellt wird, die Ventilöffnungszeitpunkte bestimmt werden, und das physikalische Modell in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Bestimmung der Ventilöffnungszeitpunkte ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestimmung des hydraulischen Parameters, dieser und das physikalische Modell zur Be- Stimmung der von dem Förderfluid auf das Verdrängerelement ausgeübten Kraft verwendet wird und die derart bestimmte Kraft bei einer Regelung der Bewegung des Verdrängerelementes verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung des Dosierprofiles der Verdrängerpumpe für den Antrieb eine modellbasierte Regelung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Modell für die modellbasierte Regelung eine Differentialgleichung und vorzugsweise eine Bewegungsgleichung des Verdrängerelementes verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Differentialgleichung verdrängerpumpenspezifische Kräfte, die auf das Druckstück wirken, modelliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Zu- standsraummodell ein nichtlineares Zustandsraummodell gewählt wird, wobei die nichtlineare Regelung entweder über Control-Lyapunov-Funktionen, über flachheitsbasierte Regelungsmethoden mit flachheitsbasierter Vorsteuerung, über Integrator- Backsteppping-Methoden, über Sliding-Mode-Methoden oder über prädiktive Regelung erfolgt, wobei die nichtlineare Regelung über Control-Lyapunov-Funktionen bevorzugt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem erfassten Ist-Positionsprofil des Verdrängerelement und einem vorbestimmten Soll-Positionsprofil des Verdrängerelementes während eines Saug-Druck- Zyklus erfasst wird und als Sollwertprofil für den nächsten Saug-Druck-Zyklus die Differenz aus zumindest einem Teil der erfassten Differenz und dem vorbestimmten Soll- Positionsprofil verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Differential- oder Bewegungsgleichung eine physikalische Größe in der Verdrängerpumpe bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Größe der Fluiddruck p eines in einem Dosierraum einer Verdrängerpumpe befindlichen Förderflu- ids bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Ist-Fluiddruck einen vorgegebenen Maximalwert erreicht oder überschreitet, ein Warnsignal ausgegeben wird und vorzugsweise das Warnsignal an eine Abschaltautomatik ge- sendet wird, welche in Antwort auf den Empfang des Warnsignals die Dosierpumpe abschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Bewegungszyklus des Verdrängerelementes eine Soll-Fluiddruckkurve, eine Soll- Positionskurve des Verdrängerelementes und/oder der Soll-Stromverlauf durch den elektromagnetischen Antrieb hinterlegt wird und der Ist-Fluiddruck mit dem Soll-Fluiddruck, die Ist-Position des Verdrängerelementes mit der Soll-Position des Verdrängerelementes und/oder der Ist-Strom durch den elektromagnetischen Antrieb mit einem Soll-Strom durch den elektromagnetischen Antrieb verglichen wird und, wenn die Differenzen zwischen Ist- und Soll-Wert einen vorbestimmtes Kriterium erfüllen, ein Warnsignal ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewichtete Summe der relativen Abweichungen vom Soll-Wert bestimmt wird und das Kriterium derart gewählt wird, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die gewichtete Summe einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kriterien vorbestimmt werden, jedem Kriterium ein Fehlerereignis zugeordnet ist und, wenn ein Kriterium erfüllt ist, das zugeordnete Fehlerereignis diagnostiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Größe die Masse m des Verdrängerelementes, die Federkonstante k der das Verdrängerelement vorspannenden Feder, die Dämpfung d und/oder der elektrische Widerstand Reu des elektromagnetischen Antriebs bestimmt wird.
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