EP4571119A1 - Verfahren zum betreiben eines strömungserzeugungssystems sowie strömungserzeugungssystem - Google Patents

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EP4571119A1
EP4571119A1 EP24218097.4A EP24218097A EP4571119A1 EP 4571119 A1 EP4571119 A1 EP 4571119A1 EP 24218097 A EP24218097 A EP 24218097A EP 4571119 A1 EP4571119 A1 EP 4571119A1
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EP
European Patent Office
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flow
flow generator
operating
generator unit
individual
Prior art date
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EP24218097.4A
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English (en)
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Martin Schmitt
Alexander Hertrich
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Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a flow generation system and to a flow generation system with a control device configured to carry out the method.
  • the flow generation system has at least one flow generation group with a plurality of flow generation units, which can be controlled by the control device.
  • Each flow generation unit is configured to generate an individual fluid flow.
  • the fluid flow can be a gas flow or a liquid flow.
  • the flow generation unit is designed as a fan or has a fan and is configured to generate an air flow.
  • EP 3 749 864 A1 discloses a method for determining the operating states of a fan, an arrangement of several fans, fan groups, or fan systems.
  • the individual fans of a fan arrangement can be operated in a coordinated manner.
  • a digital image of the actual fan is generated using mathematical calculation models and known data, such as measurement data, which depicts the operation of the actual fan.
  • the aim is to achieve predictive maintenance with the goal of achieving the maximum possible service life.
  • Critical system states, such as Resonances or excessively high temperatures should be avoided.
  • the object of the present invention is to provide a method and a flow generation system that provide optimized operation of a flow generation group comprising multiple flow generation units, taking into account aging effects or other changes that occur over time.
  • the flow generation system comprises a control device for controlling a flow generation group comprising a plurality of flow generation units.
  • Each flow generation unit is configured to generate an individual fluid flow.
  • the fluid flow may be a liquid flow, but is preferably a gas flow, in particular an air flow.
  • the flow generation units belonging to a flow generation group are designed as fans or each have a fan.
  • the flow generation units of a common flow generation group are fluidically connected to a common flow space, so that their individual fluid flows can form an overall fluid flow for the common flow space.
  • the control device can preferably comprise a plurality of communicatively connected local control units.
  • a local control unit is preferably assigned to a single flow generator unit.
  • a flow generator unit can comprise a controllable electric motor, and the local control unit can be the motor controller of the electric motor.
  • the control device can comprise a higher-level controller or be a higher-level controller that is communicatively connected to the flow generator units.
  • a higher-level controller can be, for example, a central server and/or an internet service (cloud service).
  • the flow generator units e.g., the local control units
  • the higher-level controller can be connected wirelessly and/or wired to a communications network.
  • the control device specifies a target parameter for the flow chamber or its atmosphere, such as a target pressure, a target temperature, a target humidity, a target flow velocity for the overall fluid flow, or a target volume flow for the overall fluid flow. It is also possible to specify multiple target parameters in any combination. Multiple parameters can also be controlled or regulated using the flow generator group, as the multiple flow generator units provide a degree of freedom for this.
  • the operating limitation of a flow generator unit is, in particular, an operating state of the flow generator unit within the type-specific permitted nominal operating limits, which is, however, unsuitable for steady-state operation of the respective flow generator unit, for example, because resonance vibrations occur in this operating state.
  • An individual operating limitation can also be an operating state in which the flow generator unit in question does not achieve a specified minimum efficiency.
  • the determination of the current individual operating limit is performed repeatedly, for example, in a time-controlled manner at predetermined time intervals and/or event-controlled depending on an event, for example, when at least one target parameter to be set is changed.
  • the time interval and/or the times and/or the timing for the repeated determination of the current individual operating limit can be defined individually for each flow generator unit, for example, depending on the previous total operating time of the flow generator unit in question.
  • At least one target parameter, one flow generator unit or several or all flow generator units are selected from the flow generator group and for each selected flow generator unit an individual target operating state
  • the individual target operating states of the selected flow generator units are determined in such a way that, overall, the joint operation of the flow generator units allows at least one target parameter to be achieved (controlled or regulated) as accurately as possible.
  • the individual operating limitations of the selected flow generator units are taken into account in order to avoid steady-state operation in an unsuitable operating state.
  • the flow generator unit in question can select a different, modified individual target operating state that avoids the individual operating limitation in question and, in particular, corresponds as closely as possible to the initially determined individual target operating state.
  • This adjustment is transmitted to the other selected flow generator units so that one or more of the further flow generator units can also adjust their respective target operating state in order to achieve the common control objective or regulation objective defined by the at least one target parameter.
  • This procedure is an embodiment in which each selected flow generator unit avoids steady-state operation in an operating state that can be avoided by an individual operating limitation. which can also be realized without a higher-level control system by coordinating the flow generator units with each other.
  • composition of the selected flow generator units can also be varied to take into account the individual operating limitations of the flow generator units used to achieve the control or regulation objective.
  • control device can preferably be configured for machine learning. It can comprise components of machine learning and/or artificial intelligence (AI). Components here are understood to mean devices and/or processes and/or methods that can be present or used in the control device.
  • Machine learning can be any form of machine learning, in particular supervised machine learning, unsupervised machine learning, reinforcement machine learning, etc. Within the scope of machine learning, methods for pattern recognition, pattern analysis, or pattern prediction can be used.
  • AI component can be any known implementation of an AI component, such as an artificial neural network or a support vector machine (SVM).
  • SVM support vector machine
  • Machine learning and artificial intelligence are particularly effective in determining updates to the individual operating limitations of the flow generator units. Furthermore, adjustments to the Target operating conditions and/or the selection of the flow generation units intended for operation can be implemented very effectively using machine learning and/or AI, particularly because very targeted adjustments can be made to avoid individual operating limitations.
  • the control or regulation target can therefore be set sufficiently quickly.
  • each flow generator unit is continuously monitored or tested and the individual operating limit is determined.
  • each flow generator unit it would also be possible for each flow generator unit to be operated in a predetermined test mode to determine its individual operating limit.
  • the at least one flow generator unit in question can be operated in particular in several different operating states of the flow generator unit.
  • the testing or determination of the individual operating limit can - as explained - be initiated at regular time intervals in a time-controlled and/or event-controlled manner.
  • the electrical and/or mechanical power of the flow generator unit can be varied.
  • at least one operating parameter of an electric motor of the flow generator unit is varied for this purpose, for example the speed, the torque, the motor current, the motor voltage, the electrical power or any combination thereof.
  • an operating and/or flow parameter of the individual fluid flow generated by the flow generator unit can be determined as a monitoring parameter and checked to see whether this The monitoring parameter is within a permissible range, for example, it does not fall below or exceed at least a predetermined minimum and/or maximum limit value.
  • the monitoring parameter is a vibration parameter.
  • the monitoring parameter can also be a temperature, a motor current, an electrical power, an efficiency of the flow generator unit, a volume (e.g., a sound power level and/or a sound intensity level), or the like.
  • noise level parameter as a monitoring parameter can be used to optimize system operation with regard to noise emissions. For example, in terms of overall noise, it may be better to operate several fans with lower power or speed than one or fewer fans with comparatively higher power or speed.
  • the monitoring parameter can be either directly measured or determined by other means. For example, it can be determined based on at least one measured value by calculation, estimation, or simulation.
  • the speed of the electric motor of the flow generator unit can be varied in at least one predetermined test speed range within the nominal speed range or across the entire nominal speed range in order to determine one or more speeds or speed ranges in which resonance vibrations occur.
  • the test speed range can be a speed range in which a resonance vibration or another non- A desired condition (e.g., excessively high temperature, poor efficiency, etc.) is expected.
  • the speed can be varied continuously or in steps between a minimum speed and a maximum speed within the test speed range.
  • the at least one test speed range can be a subrange of the entire permissible speed range (rated speed range) or encompass the entire rated speed range.
  • a speed at which a resonant vibration has been detected can then represent an operating limitation that specifies that the flow generator unit should not be operated in a steady state at the speed causing the resonant vibration. Briefly reaching this speed during a speed change (e.g., with a speed gradient other than zero) is permitted. Only steady state operation for a specified minimum period of time, for example, at least 10 seconds, at least 30 seconds, or at least 1 minute, is prevented by the operating limitation.
  • the operating limitation can exclude a speed range that includes the speed of the electric motor at which the resonant vibration was detected.
  • a vibration sensor can be used, for example, which measures the vibration of the electric motor or another component of the flow generator unit and/or a device vibrationally coupled to the flow generator unit.
  • a vibration-coupled device can be, for example, a guide device for the generated individual fluid flow.
  • An acceleration sensor and/or a microphone can be used as the vibration sensor.
  • the vibration can It can be any vibration, for example, a harmonic or non-harmonic vibration. The frequency and amplitude of the vibration vary, particularly depending on the operating state of the flow generator unit.
  • the downtime of a non-selected or each non-selected flow generator unit is recorded.
  • the downtime can be compared to a maximum duration. If the downtime exceeds the maximum duration, the flow generator unit in question can be put into operation at least briefly or temporarily in order to test its functionality. For example, a currently selected, operated flow generator unit can be switched off at least temporarily and/or its power reduced, and the stationary, non-selected flow generator unit can be put into operation at least temporarily in such a way that the specified control or regulation objective is still achieved. This can prevent an impairment, such as heavy contamination, icing, damage, or the like, from going undetected due to longer downtimes, and the flow generator unit in question then being unavailable when needed.
  • the affected flow generator unit can be taken out of service for maintenance, repair, or overhaul. Ideally, the remaining available flow generator units can then always be used to achieve the control or regulation objective. This could still be achieved, unless all existing flow generator units were required to operate at maximum capacity.
  • the flow generator group therefore also provides redundancy in the event of a failure.
  • a total operating time of each individual flow generator unit of the flow generator group is recorded.
  • the total operating time is the duration during which the flow generator unit in question has been operated since the time of initial commissioning.
  • another total operating characteristic can also be recorded, which takes into account not only the duration but also the respective power.
  • each flow generator unit has a controllable electric motor and a rotor connected to the electric motor for driving purposes, in particular a fan rotor, which can also be referred to as an impeller or fan wheel.
  • each flow generator unit has exactly one electric motor and Further, preferably, exactly one local control unit.
  • each local control unit is a motor controller for the electric motor.
  • a higher-level controller central server, internet service
  • the local control units can be connected to each other and coordinate their operation.
  • a flow generator unit can also have a pump rotor driven by the electric motor, so that a motor-pump unit is formed.
  • FIG. 1 shows, in a schematic block diagram-like representation, a flow generation system 10 with several flow generator units 11, which together form a flow generator group 12.
  • the flow generator units 11 of a common flow generator group 12 are fluidically connected to a common flow space 13.
  • Each flow generator unit 11 is configured to generate an individual fluid flow F, which in the exemplary embodiment is an air flow L.
  • each flow generator unit 11 is implemented as a fan 14.
  • the flow generation system 10 has a control device 17 for controlling the flow generator group 12 or the associated flow generator units 11.
  • the control device 17 can be or have a higher-level controller 18 that is communicatively connected to the flow generator units 11. Additionally or alternatively, the control device 17 can have a plurality of local control units 19, wherein, in particular, each flow generator unit 11 has an individual local control unit 19.
  • the higher-level controller 18 is optional in this case and can be omitted.
  • the individual fluid flows F of the flow generator units 11 interact in the flow space 13 and generate a total fluid flow GF.
  • the flow space 13 can, for example, be a room in a building
  • the flow generation system 10 can, for example, be part of a system installed in or on the building, such as a ventilation system, an air conditioning system, a heating system, or a cooling system.
  • the flow generation units 11 can be connected to the flow chamber 13 on the pressure side or the suction side, as shown schematically in Figure 1
  • the number of flow generator units 11 in a single flow generator group 12 can vary.
  • Each flow generator group 12 has at least two or three flow generator units 11 and, for example, fans 14.
  • a target parameter PG to be set for the atmosphere in the flow space 13 is specified to the control device 17.
  • the at least one target parameter PG to be set thus defines the control or regulation objective for the flow space 13 or for the flow generator group 12.
  • This control or regulation objective is to be achieved through the interaction of the individual fluid flows F.
  • the operation of the flow generator units 11 of the flow generator group 12 is coordinated by the control device 17 (several local control units 19 and/or higher-level controller 18).
  • the local control units 19 are each connected to a common communication network 21 via a local communication interface 20 to form the control device 17.
  • the communication connection between the local control units 19 or the flow generator units 11 can be wireless and/or wired.
  • several flow generator groups 12 of a flow generation system 10 can also be connected to the communication network 21, provided that the flow generation system 10 has several flow generator groups 12.
  • control device 17 can comprise machine learning and/or artificial intelligence (AI) components.
  • AI artificial intelligence
  • Components here refer to devices and/or methods and/or methods that can be present or used in the control device 17.
  • the flow generation system 10 can have at least one sensor 25.
  • Each sensor 25 is configured to provide a measured value that describes either the total fluid flow GF and/or the atmosphere in the flow space 13 and/or an individual fluid flow F and/or an operating state of a flow generator unit 11 or a fan 14.
  • the sensor 25 or at least one of the existing sensors 25 can be a local sensor and be communicatively connected to a local control unit 19.
  • the local sensor 26 makes the respectively acquired measured value available to the local control unit 19.
  • the local control unit 19 can optionally make the measured value available to other flow generator units 11 via the communication network 21.
  • the senor 25 or at least one of the existing sensors can be a system sensor 27, which is communicatively connected to several local control units 19 and in particular to the communication network 21, so that the measured value of a system sensor 27 is available to several or all flow generator units or local control units 19.
  • the system sensor 27 is configured to measure a measured value in the atmosphere of the flow chamber 13 and/or a measured value of the total fluid flow GF. This allows, for example, control of the at least one desired parameter PG to be set.
  • the number of sensors 25 can vary depending on the specific application.
  • the at least one system sensor 27 can be configured to detect one or more of the following parameters: a temperature in the flow space 13, a pressure in the flow space 13, a flow velocity of the total fluid flow GF in the flow space 13 and/or a volume flow of the total fluid flow GF in the flow space 13. Each parameter can be detected at a single measuring point in the flow space 13 or at several measuring points arranged at a distance from one another in the flow space 13 by a respective system sensor 27.
  • FIG. 2 The structure of a flow generator unit 11 or a fan 14 according to a preferred embodiment is shown.
  • the fan 14 has a controllable electric motor 30, which is drive-connected to a fan rotor 31, so that the air flow L is generated upon rotation of the fan rotor 31.
  • the electric motor 30 is controlled by the local control unit 19.
  • the control unit 19 is preferably the motor controller of the electric motor 30 and can form a common assembly with the electric motor 30.
  • the flow generator unit 11 may have one or more local sensors 26.
  • an operating parameter of the Electric motor 30 can be detected.
  • One or more of the following parameters can be determined in any combination as operating parameters of the electric motor 30: a motor current, a motor voltage, a speed, a temperature and/or a vibration of the electric motor 30.
  • a local sensor 26 can detect a parameter of the generated fluid flow F and, for example, the air flow L, wherein one or more of the following parameters can be detected in any combination: a pressure, a flow velocity, a volume flow and/or a temperature of the individual fluid flow F.
  • the flow generator unit 11 has a data memory 33 that is communicatively connected to the local control unit 19 or the motor controller 32.
  • the data or parameters required to control the electric motor 30 can be stored in the data memory 33.
  • the flow generation system 10 explained so far and in particular the flow generator units 11 of a common flow generator group 12 are operated in a coordinated manner, as can be seen from the Figure 3
  • the procedure V shown as an example is explained below.
  • At least one target parameter PG is specified for the flow chamber 13. This specification can be made, for example, via an operator interface in or on the flow chamber 13 and/or another device that is communicatively connected to the communication network 21, such as a gateway or the higher-level controller 18 (first method step V1).
  • a second method step V2 one, several, or all flow generator units 11 are selected from the flow generator group 12 to be operated in order to adjust the at least one target parameter PG and thus achieve the specified control or regulation objective.
  • each operating limitation LIM is determined individually for the assigned flow generator unit 11 and can be stored, for example, in the data memory 33.
  • the determination of the individual operating limitation LIM for each flow generator unit 11 is carried out repeatedly from the time of commissioning of the flow generation system 10 with increasing operating time, for example, in a time-controlled manner at predetermined (e.g., regular) time intervals and/or event-controlled.
  • the individual operating limitation LIM for each flow generator unit 11 is always up-to-date.
  • the selected flow generator units 11 are coordinated with one another in such a way that their target operating states are each outside the operating limitation and the control or regulation objective specified by the at least one target parameter can be achieved overall.
  • a third method step V3 the selected flow generator units 11 are operated according to the determined target operating state BSi.
  • one or more flow generator units 11 can be idle.
  • the idle time of each flow generator unit 11 is recorded and compared with a maximum duration. If the idle time during which the flow generator unit 11 in question is idle without interruption exceeds the maximum duration, it can be put into operation at least temporarily, for example to test its functionality. This can prevent a flow generator unit 11 that has been idle for a longer period from being undetectedly impaired in its function.
  • a selected currently operated flow generator unit 11 can have its output reduced or be switched off, and a previously idle flow generator unit 11 can be operated as a replacement to replace the reduced or switched off flow output. This makes it possible to detect whether all flow generator units 11 in a flow generator group 12 are functional.
  • one boundary condition that can be taken into account is to distribute the load or wear of the flow generator units 11 as evenly as possible.
  • an overall operating characteristic value can be determined for each flow generator unit 11.
  • the overall operating characteristic value of an assigned flow generator unit 11 describes the load that has occurred since its commissioning.
  • the overall operating characteristic value can be the total operating time of the Flow generator unit 11.
  • the electrical and/or mechanical power set during the operating phases of the flow generator unit 11 can optionally also be taken into account.
  • a power value e.g., energy
  • different power ranges of the flow generator unit 11 can be weighted differently, so that, for example, loads on the flow generator unit 11 in a maximum power range are included in the overall operating characteristic with a higher weighting than operating phases with medium or lower power in the nominal power range of the respective flow generator unit 11.
  • those flow generator units 11 for which the respective overall operating characteristic value indicates a lower load can be prioritized during the selection and/or determination of the individual target operating states BSi.
  • the flow generator units 11 can be selected in order of their assigned overall operating characteristic values, starting with the overall operating characteristic value that indicates the lowest load, for example, the smallest overall operating characteristic value.
  • any additional flow generator units 11 required from the flow generator group 12 can then be selected in the order of their overall operating characteristic values.
  • the second method step V2 is shown in more detail in an embodiment of the method V.
  • a first sub-step S1 First, the at least one flow generator unit 11 can be selected and then the individual target operating state BSi can be determined for each selected flow generator unit 11 (second sub-step S2).
  • each individual target operating state BSi represents a permissible stationary operating state of the respective flow generator unit 11 or is excluded as a stationary operating state by an operating limitation LIM.
  • the second method step V2 is terminated and the method V can then be continued in the third method step V3, as described in Figure 3 is illustrated. Otherwise (branch NOK from the third sub-step S3), in a fourth sub-step S4 either the selection of the flow generator units 11 from the flow generator group 12 is changed and/or the individual target operating state BSi or the individual target operating states BSi of the selected flow generator units 11 are adapted, so that all individual target operating states BSi are not excluded as a stationary operating state by an operating limitation LIM.
  • the selection of the flow generator units 11 and/or the changing of the individual target operating states BSi can be carried out iteratively in a loop consisting of the third sub-step S3 and the fourth sub-step S4, as by the dashed arrow in Figure 4 is shown.
  • a local control unit 19 can adapt the individual target operating state BSi determined for it in order to avoid steady-state operation, which is excluded by the individual operating limitation LIM.
  • the power in particular speed n
  • This power difference is transmitted by the local control unit 19 to the other selected flow generator units 11, which then compensate for the power difference in such a way that an individual target operating state BSi is also obtained for all other selected flow generator units 11, which is not excluded by the respective individual operating limitation LIM.
  • one or more of the other selected flow generator units 11 can increase or decrease their respective power, so that the specified control or regulation target is achieved overall.
  • the flow generator unit 11 can be used during a test CM or determination of the individual operating limitation in at least one defined operating state, as shown schematically in Figure 5 is illustrated using the example of a rotational speed n of the electric motor 30.
  • a monitoring parameter MP is monitored, based on which an undesirable stationary operating state can be defined.
  • a vibration parameter OS is used as the monitoring parameter MP.
  • the vibration parameter OS can describe a vibration of the flow generator unit 11 or the fan 14 and can be measured, for example, using an acceleration sensor or microphone or another suitable vibration sensor.
  • a vibration sensor can be a local sensor 26 of the flow generator unit 11 or the fan 14. It can be arranged on a component of the fan 14 or a device fluidly coupled to the fan 14.
  • the vibration parameter OS as the monitoring parameter MP, for example, resonant vibrations at a certain speed n of the electric motor 30 or the fan rotor 31 can be detected and corresponding speed ranges can be excluded by defining an operating limitation LIM, as will be shown below by way of example using the Figures 5 and 6 is explained.
  • the speed n of the electric motor 30 or the fan rotor 31 can be varied during the test CM or determination of the individual operating limitation within a specified test speed range from a minimum speed n min to a maximum speed n max .
  • Figure 5 illustrated embodiment The speed n is increased continuously and, for example, linearly.
  • the speed n could also be changed in steps or without jumps along a non-linear curve within the test speed range.
  • the test speed range from the minimum speed n min to the maximum speed n max can either include at least the speeds in which a resonant oscillation is expected or the entire rated speed range of the flow generator unit 11 or the fan 14.
  • the monitoring parameter MP and, for example, the vibration parameter OS are monitored and checked to determine whether the monitoring parameter MP lies within a specified permissible range.
  • a maximum permissible value for the vibration amplitude can be defined for the vibration parameter OS.
  • the explanation in Figure 6 At a first time t1, the exceeding of the permissible amplitude A is represented by the vibration parameter OS.
  • the speed n of the electric motor 30 has a first speed value n 1 .
  • a stationary operation with a speed n corresponding to the first speed value n 1 is therefore not suitable and is avoided by a corresponding operating limitation LIM.
  • a speed range which is not suitable for stationary operation and which has the first speed value n 1 can be defined as the operating limitation LIM. In this way, vibrations with amplitudes which exceed the amplitude limit value A can be avoided, as shown schematically in the Figures 5 and 6 is illustrated.
  • the control device 17, in particular the relevant local control unit 19, can adapt the initially determined individual operating state BSi and set the speed to the lower limit or the upper limit of the speed range excluded by the operating limitation LIM in order to deviate as little as possible from the initially determined individual operating state BSi.
  • the resulting power difference can be compensated by one or more other selected flow generator units 11.
  • another monitoring parameter MP can be monitored, such as an operating temperature of the electric motor 30 and/or the local control unit 19.
  • the operating limitation LIM can also exclude operating states and in particular speed ranges in which the flow generator unit 11 does not achieve a minimum efficiency.
  • the invention relates to a method for operating a flow generation system 10 and a flow generation system 10 configured to carry out the method.
  • the flow generation system 10 has at least one flow generation group 12, each comprising a plurality of flow generation units 11.
  • the flow generation units 11 can be, for example, fans 14.
  • the flow generation units 11 of a common flow generation group 12 are fluidically connected to a common flow space 13.
  • the flow generation units 11 of a common flow generator group 12 are controlled in a coordinated manner by means of a control device 17 so that a control or regulation objective predetermined by at least one target parameter PG is achieved.
  • one or more flow generator units 11 are selected from the flow generator group 12, and an individual target operating state BSi is determined for each of the selected flow generator units 11.
  • the respectively determined target operating state BSi is checked against an individual operating limitation LIM to determine whether it is permitted for stationary operation. Should this not apply to one or more of the determined target operating states BSi, two or more target operating states BSi are changed until all target operating states BSi of the selected flow generator units 11 are permissible, i.e., are not excluded from stationary operation by a respective operating limitation LIM. In addition or alternatively, it is possible to change the selection of the flow generator units 11 from the common flow generator group 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Strömungserzeugungssystems (10) sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Strömungserzeugungssystem (10). Das Strömungserzeugungssystem (10) hat wenigstens eine Strömungserzeugergruppe (12) mit jeweils mehreren Strömungserzeugereinheiten (11). Die Strömungserzeugereinheiten (11) können beispielsweise Ventilatoren (14) sein. Die Strömungserzeugereinheiten (11) einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe (12) sind fluidisch mit einem gemeinsamen Strömungsraum (13) verbunden und mittels einer Steuereinrichtung (17) gesteuert, der wenigstens ein Sollparameter (PG) zur Steuerung oder Regelung vorgegeben wird. Wenigstens eine Strömungserzeugereinheit (11) aus der Strömungserzeugergruppe (12) wird ausgewählt und es wird jeweils ein individueller Sollbetriebszustand (BSi) ermittelt. Der jeweils ermittelte Sollbetriebszustand (BSi) wird anhand einer jeweils individuellen Betriebslimitierung (LIM) auf Zulässigkeit für den stationären Betrieb geprüft. Gegebenenfalls werden zwei oder mehr Sollbetriebszustände (BSi) verändert, bis alle Sollbetriebszustände (BSi) der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten (11) zulässig sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Strömungserzeugungssystems sowie ein Strömungserzeugungssystem mit einer Steuereinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Das Strömungserzeugungssystem hat wenigstens eine mittels der Steuereinrichtung steuerbaren Strömungserzeugergruppe mit mehreren Strömungserzeugereinheiten. Jede Strömungserzeugereinheit ist dazu eingerichtet, eine individuelle Fluidströmung zu erzeugen. Die Fluidströmung kann eine Gasströmung oder eine Flüssigkeitsströmung sein. Vorzugsweise ist die Strömungserzeugereinheit als Ventilator ausgeführt oder weist einen Ventilator auf und ist zur Erzeugung einer Luftströmung eingerichtet.
  • EP 3 749 864 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Ventilators, einer Anordnung mehrerer Ventilatoren, Ventilatorgruppen oder Ventilatorsysteme. Dabei können die einzelnen Ventilatoren einer Ventilatoranordnung aufeinander abgestimmt betrieben werden. Es wird ein digitales Abbild des realen Ventilators mittels mathematischer Berechnungsmodelle und bekannter Daten, beispielsweise Messdaten, erzeugt, das den Betrieb des realen Ventilators abbildet. Es soll eine vorausschauende Instandhaltung mit dem Ziel einer maximal möglichen Lebensdauer erreicht werden. Kritische Systemzustände, beispielsweise Resonanzen oder zu hohe Temperaturen, sollen vermieden werden.
  • In der Praxis ist es häufig schwierig, mit zunehmender Betriebszeit auftretende Veränderungen in einem Strömungserzeugungssystem vorherzusagen. Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren und ein Strömungserzeugungssystem zu schaffen, das unter Berücksichtigung von Alterungseffekten oder anderen mit zunehmender Betriebszeit auftretenden Veränderungen einen optimierten Betrieb einer Strömungserzeugergruppe mit mehreren Strömungserzeugereinheiten zur Verfügung stellt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Strömungserzeugungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst.
  • Das Strömungserzeugungssystem weist eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Strömungserzeugergruppe mit mehreren Strömungserzeugereinheiten auf. Jede Strömungserzeugereinheit ist dazu eingerichtet, eine individuelle Fluidströmung zu erzeugen. Die Fluidströmung kann eine Flüssigkeitsströmung sein, ist jedoch vorzugsweise eine Gasströmung, insbesondere eine Luftströmung. Zu diesem Zweck sind bei einem Ausführungsbeispiel die zu einer Strömungserzeugergruppe gehörenden Strömungserzeugereinheiten als Ventilatoren ausgeführt oder weisen jeweils einen Ventilator auf. Die Strömungserzeugereinheiten einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe sind fluidisch an einen gemeinsamen Strömungsraum angeschlossen, so dass ihre individuellen Fluidströmungen eine Gesamtfluidströmung für den gemeinsamen Strömungsraum bilden können.
  • Die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise mehrere kommunikationsverbundene lokale Steuereinheiten aufweisen. Eine lokale Steuereinheit ist vorzugsweise einer einzigen Strömungserzeugereinheit zugeordnet. Beispielsweise kann eine Strömungserzeugereinheit einen steuerbaren Elektromotor aufweisen und die lokale Steuereinheit kann die Motorsteuerung des Elektromotors sein. Zusätzlich oder alternativ zu den lokalen Steuereinheiten kann die Steuereinrichtung eine übergeordnete Steuerung aufweisen oder eine übergeordnete Steuerung sein, die mit den Strömungserzeugereinheiten kommunikationsverbunden ist. Eine solche übergeordnete Steuerung kann beispielsweise ein zentraler Server und/oder ein Internetdienst (Cloud-Service) sein.
  • Vorzugsweise sind die Strömungserzeugereinheiten (z.B. die lokalen Steuereinheiten) drahtlos und/oder drahtgebunden an ein Kommunikationsnetzwerk angeschlossen und können daher miteinander kommunizieren. Optional kann die übergeordnete Steuerung drahtlos und/oder drahtgebunden an ein Kommunikationsnetzwerk angeschlossen sein.
  • Für den Strömungsraum bzw. dessen Atmosphäre wird durch die Steuereinrichtung ein Sollparameter vorgegeben, wie zum Beispiel ein Solldruck, eine Solltemperatur, eine Sollfeuchtigkeit, eine Sollströmungsgeschwindigkeit für die Gesamtfluidströmung oder ein Sollvolumenstrom für die Gesamtfluidströmung. Es ist auch möglich, mehrere Sollparameter in beliebiger Kombination vorzugeben. Mittels der Strömungserzeugergruppe können auch mehrere Parameter gesteuert oder geregelt werden, da hierfür aufgrund der Mehrzahl der Strömungserzeugereinheiten Freiheitsgrade bestehen.
  • Im Rahmen des Verfahrens werden für jede Strömungserzeugereinheit der Strömungserzeugergruppe individuelle Betriebslimitierungen mit zunehmender Betriebszeit wiederholt ermittelt. Die Betriebslimitierung einer Strömungserzeugereinheit ist insbesondere ein Betriebszustand der Strömungserzeugereinheit innerhalb der typbedingten erlaubten Nennbetriebsgrenzen, der jedoch ungeeignet ist für den stationären Betrieb der jeweiligen Strömungserzeugereinheit, beispielsweise weil bei diesem Betriebszustand Resonanzschwingungen entstehen. Eine individuelle Betriebslimitierung kann auch ein Betriebszustand sein, bei dem die betreffende Strömungserzeugereinheit einen vorgegebenen Mindestwirkungsgrad nicht erreicht.
  • Das Ermitteln der aktuellen individuellen Betriebslimitierung wird wiederholt durchgeführt, beispielsweise zeitgesteuert in vorgegebenen Zeitintervallen und/ oder ereignisgesteuert abhängig von einem Ereignis, beispielsweise wenn der wenigstens eine einzustellende Sollparameter verändert wird. Das Zeitintervall und/oder die Zeitpunkte und/oder die Zeitsteuerung für das wiederholte Ermitteln der jeweils aktuellen individuellen Betriebslimitierung kann für jede Strömungserzeugereinheit individuell definiert sein, beispielsweise abhängig von der bisherigen Gesamtbetriebszeit der betreffenden Strömungserzeugereinheit.
  • Zur Steuerung oder Regelung der Atmosphäre im Strömungsraum entsprechend dem vorgegebenen, wenigstens einen Sollparameter wird aus der Strömungserzeugergruppe eine Strömungserzeugereinheit oder es werden mehrere oder alle Strömungserzeugereinheiten ausgewählt und für jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit ein individueller Sollbetriebszustand ermittelt. Die individuellen Sollbetriebszustände der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten werden derart ermittelt, dass insgesamt durch den gemeinsamen Betrieb der Strömungserzeugereinheiten der wenigstens eine Sollparameter möglichst genau erreicht (gesteuert oder geregelt) werden kann. Bei der Ermittlung der individuellen Sollbetriebszustände wird für die ausgewählten Strömungserzeugereinheiten die jeweils individuelle Betriebslimitierung berücksichtigt, um einen stationären Betrieb in einem hierfür ungeeigneten Betriebszustand zu vermeiden.
  • Dadurch kann insgesamt ein optimiertes Zusammenwirken der Strömungserzeugereinheiten einer Strömungserzeugergruppe erreicht werden.
  • Wenn sich zum Beispiel aus dem zunächst ermittelten individuellen Sollbetriebszustand für eine Strömungserzeugereinheit ein Betriebszustand ergibt, der aufgrund der individuellen Betriebslimitierung nicht für den stationären Betrieb geeignet ist, kann die betreffende Strömungserzeugereinheit einen anderen, veränderten individuellen Sollbetriebszustand wählen, der die betreffende individuelle Betriebslimitierung vermeidet und insbesondere dem zunächst ermittelten individuellen Sollbetriebszustand möglichst gut entspricht. Diese Anpassung wird den anderen ausgewählten Strömungserzeugereinheiten übermittelt, so dass eine oder mehrere der weiteren Strömungserzeugereinheiten ihren jeweiligen Sollbetriebszustand ebenfalls anpassen können, um das gemeinsame Steuerungsziel bzw. Regelungsziel, das durch den wenigstens einen Sollparameter definiert ist, zu erreichen. Diese Vorgehensweise ist eine Ausführungsform, bei der jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit einen stationären Betrieb in einem Betriebszustand vermeidet, der durch eine individuelle Betriebslimitierung vermieden werden soll, die auch ohne eine übergeordnete Steuerung realisiert werden kann, indem sich die Strömungserzeugereinheiten untereinander abstimmen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann auch die Zusammenstellung der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten variiert werden, um die individuellen Betriebslimitierungen der zur Erreichung des Steuerungs- bzw. Regelungsziels verwendeten Strömungserzeugereinheiten zu berücksichtigen.
  • Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung vorzugsweise zum maschinellen Lernen eingerichtet sein. Sie kann Komponenten des maschinellen Lernens und/oder der künstlichen Intelligenz (KI) aufweisen. Unter Komponenten sind hier Vorrichtungen und/oder Verfahren und/oder Methoden zu verstehen, die in der Steuereinrichtung vorhanden oder verwendet werden können. Das maschinelle Lernen kann jede Form des maschinellen Lernens sein, insbesondere überwachtes maschinelles Lernen, nicht überwachtes maschinelles Lernen, bestärkendes maschinelles Lernen, usw. Im Rahmen des maschinellen Lernens können Verfahren zur Mustererkennung, Musteranalyse oder Mustervorhersage eingesetzt werden.
  • Eine Komponente der künstlichen Intelligenz (KI-Komponente) kann irgendeine bekannte Realisierung einer KI-Komponente sein, wie z.B. ein künstliches neuronales Netz oder ein Stützvektorverfahren (Support Vector Machine, SVM) .
  • Durch das maschinelle Lernen bzw. die künstliche Intelligenz lassen sich Aktualisierungen der individuellen Betriebslimitierungen der Strömungserzeugereinheiten besonders gut ermitteln. Außerdem können die Anpassungen der Sollbetriebszustände und/oder der Auswahl der für den Betrieb vorgesehenen Strömungserzeugereinheiten durch maschinelles Lernen und/oder KI sehr gut umgesetzt werden, insbesondere weil sehr zielgerichtet Anpassungen zur Vermeidung von individuellen Betriebslimitierungen vorgenommen werden können. Das Steuerungs- bzw. Regelungsziel lässt sich daher ausreichend schnell einstellen.
  • Es ist bevorzugt, wenn jede Strömungserzeugereinheit permanent überwacht bzw. geprüft und die individuelle Betriebslimitierung ermittelt wird. Optional wäre es auch möglich, dass jede Strömungserzeugereinheit zur Ermittlung ihrer individuellen Betriebslimitierung in einem vorgegebenen Prüfmodus betrieben wird. Zur Prüfung bzw. Ermittlung ihrer individuellen Betriebslimitierung kann die wenigstens eine, betreffende Strömungserzeugereinheit insbesondere in mehreren verschiedenen Betriebszuständen der Strömungserzeugereinheit betrieben werden. Die Prüfung bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung kann - wie erläutert - in regelmäßigen Zeitintervallen zeitgesteuert und/oder ereignisgesteuert veranlasst werden. Beispielsweise kann dabei die elektrische und/oder mechanische Leistung der Strömungserzeugereinheit variiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird hierzu wenigstens ein Betriebsparameter eines Elektromotors der Strömungserzeugereinheit variiert, beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, der Motorstrom, die Motorspannung, die elektrische Leistung oder eine beliebige Kombination hiervon.
  • Allgemein kann während der Prüfung bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung ein von der Strömungserzeugereinheit erzeugter Betriebs- und/oder Strömungsparameter der individuellen Fluidströmung als Überwachungsparameter ermittelt und geprüft werden, ob dieser Überwachungsparameter innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, beispielsweise wenigstens einen vorgegebenen minimalen und/oder maximalen Grenzwert nicht unter- bzw. überschreitet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Überwachungsparameter ein Schwingungsparameter. Der Überwachungsparameter kann alternativ auch eine Temperatur, ein Motorstrom, eine elektrische Leistung, ein Wirkungsgrad der Strömungserzeugereinheit, eine Lautstärke (z.B. ein Schallleistungspegel und/oder ein Schallintensitätspegel) oder dergleichen sein.
  • Beispielsweise kann durch eine Lautstärkeparameter als Überwachungsparameter eine Optimierung des Betriebs des Systems im Hinblick auf die Schallemission erfolgen. Es kann z.B. im Hinblick auf die gesamte Lautstärke besser sein mehrere Ventilatoren mit geringerer Leistung bzw. Drehzahl zu betreiben als einen oder weniger Ventilatoren mit vergleichsweise höherer Leistung bzw. Drehzahl.
  • Der Überwachungsparameter kann entweder unmittelbar gemessen oder anderweitig ermittelt werden. Er kann beispielsweise basierend auf wenigstens einem Messwert durch Berechnung, Schätzung oder Simulation ermittelt werden.
  • Während Prüfung bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung kann insbesondere die Drehzahl des Elektromotors der Strömungserzeugereinheit in wenigstens einem vorgegebenen Prüfdrehzahlbereich innerhalb des Nenndrehzahlbereichs oder über den gesamten Nenndrehzahlbereich variiert werden, um eine oder mehrere Drehzahlen bzw. Drehzahlbereiche zu ermitteln, in denen Resonanzschwingungen auftreten. Der Prüfdrehzahlbereich kann ein Drehzahlbereich sein, in dem eine Resonanzschwingung oder ein anderer nicht erwünschter Zustand (z.B. zu hohe Temperatur, schlechter Wirkungsgrad, etc.) erwartet wird. Die Drehzahl kann im Prüfdrehzahlbereich kontinuierlich oder stufenweise zwischen einer Minimaldrehzahl und einer Maximaldrehzahl variiert werden. Der wenigstens eine Prüfdrehzahlbereich kann ein Teilbereich des gesamten zulässigen Drehzahlbereichs sein (Nenndrehzahlbereich) oder den gesamten Nenndrehzahlbereich umfassen.
  • Eine Drehzahl, bei der eine Resonanzschwingung erkannt wurde, kann dann eine Betriebslimitierung darstellen, die vorgibt, dass die Strömungserzeugereinheit nicht bei der die Resonanzschwingung hervorrufenden Drehzahl stationär betrieben werden soll. Ein kurzzeitiges Erreichen dieser Drehzahl während einer Drehzahländerung (z.B. mit einem Drehzahlgradienten ungleich Null) ist gestattet. Lediglich der stationäre Betrieb für eine vorgegebene Mindestzeitdauer von beispielsweise mindestens 10 Sekunden, mindestens 30 Sekunden oder mindestens 1 Minute wird durch die Betriebslimitierung vermieden. Die Betriebslimitierung kann dabei einen Drehzahlbereich ausschließen, in dem die Drehzahl des Elektromotors liegt, bei der die Resonanzschwingung festgestellt wurde.
  • Zur Ermittlung eines Schwingungsparameters als Überwachungsparameter kann beispielsweise ein Schwingungssensor verwendet werden, der die Schwingung an dem Elektromotor oder einer anderen Komponente der Strömungserzeugereinheit und/oder einer mit der Strömungserzeugereinheit schwingungsgekoppelten Einrichtung misst. Eine solche schwingungsgekoppelte Einrichtung kann beispielsweise eine Leiteinrichtung für die erzeugte individuelle Fluidströmung sein. Als Schwingungssensor kann ein Beschleunigungssensor und/oder ein Mikrofon verwendet werden. Die Schwingung kann eine beliebige Schwingung sein, beispielsweise eine harmonische oder nicht harmonische Schwingung. Die Frequenz und die Amplitude der Schwingung variiert insbesondere abhängig vom Betriebszustand der Strömungserzeugereinheit.
  • Es ist vorteilhaft, wenn eine Stillstandzeit einer nicht ausgewählten bzw. jeder nicht ausgewählten Strömungserzeugereinheit erfasst wird. Die Stillstandzeit kann mit einer Maximaldauer verglichen werden. Wenn die Stillstandzeit die Maximaldauer überschreitet, kann die betreffende Strömungserzeugereinheit zumindest kurzzeitig bzw. temporär in Betrieb genommen werden, um deren Funktionsfähigkeit zu prüfen. Beispielsweise kann eine aktuell ausgewählte, betriebene Strömungserzeugereinheit zumindest temporär abgeschaltet und/oder in ihrer Leistung reduziert werden und die stillstehende, nicht ausgewählte Strömungserzeugereinheit kann zumindest temporär in Betrieb genommen werden, derart, dass das vorgegebene Steuerungs- bzw. Regelungsziel nach wie vor erreicht wird. Dadurch kann vermieden werden, dass aufgrund von längeren Stillstandzeiten eine Beeinträchtigung, beispielsweise eine starke Verschmutzung, ein Vereisen, eine Beschädigung oder dergleichen nicht erkannt wird und die betreffende Strömungserzeugereinheit bei Bedarf dann nicht zur Verfügung steht.
  • Wird eine Beeinträchtigung an einer Strömungserzeugereinheit erkannt, entweder durch die lokale Steuereinheit der betreffenden Strömungserzeugereinheit oder eine andere lokale Steuereinheit oder eine übergeordnete Steuerung der Steuereinrichtung, kann die betreffende beeinträchtigte Strömungserzeugereinheit zur Wartung, Reparatur oder Instandsetzung außer Betrieb genommen werden. Mit den verbleibenden verfügbaren Strömungserzeugereinheiten kann dann im Idealfall das Steuerungs- oder Regelungsziel immer noch erreicht werden, sofern hierfür nicht sämtliche vorhandenen Strömungserzeugereinheiten mit maximaler Leistung erforderlich wären. Durch die Strömungserzeugergruppe steht daher auch eine Redundanz bei Ausfall zur Verfügung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Gesamtbetriebszeit jeder individuellen Strömungserzeugereinheit der Strömungserzeugergruppe erfasst. Die Gesamtbetriebszeit ist die Dauer, während der die betreffende Strömungserzeugereinheit ab dem Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme betrieben wurde. Zusätzlich oder alternativ zur Gesamtbetriebszeit kann auch ein anderer Gesamtbetriebskennwert erfasst werden, bei dem nicht nur die Dauer, sondern auch die jeweilige Leistung berücksichtigt wird. Bei einer Auswahl der zu betreibenden Strömungserzeugereinheiten, um das durch den wenigstens einen Sollparameter vorgegebene Steuerungs- oder Regelungsziel zu erreichen, werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel diejenigen Strömungserzeugereinheiten berücksichtigt, deren Gesamtbetriebskennwert eine geringere Belastung kennzeichnet, beispielsweise eine geringere Gesamtbetriebszeit und/oder eine geringere kumulierte Gesamtleistung, die während der Gesamtbetriebszeit bereitgestellt wurde. Dadurch kann der Verschleiß und die Belastung der Strömungserzeugereinheiten der Strömungserzeugergruppe möglichst gleichmäßig sein, wodurch die Gesamtlebensdauer der Strömungserzeugergruppe erhöht werden kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist jede Strömungserzeugereinheit einen steuerbaren Elektromotor und einen mit dem Elektromotor antriebsverbundenen Rotor auf, insbesondere einen Ventilatorrotor, der auch als Laufrad oder Lüfterrad bezeichnet werden kann. Insbesondere hat jede Strömungserzeugereinheit genau einen Elektromotor und weiter vorzugsweise genau eine lokale Steuereinheit. Insbesondere ist jede lokale Steuereinheit eine Motorsteuerung des Elektromotors. Eine übergeordnete Steuerung (zentraler Server, Internetdienst) ist optional. Wie erläutert, können die lokalen Steuereinheiten in Kommunikationsverbindung stehen und ihren Betrieb untereinander abstimmen.
  • Anstatt eines Ventilatorrotors kann eine Strömungserzeugereinheit auch einen vom Elektromotor antreibbaren Pumpenrotor aufweisen, so dass eine Motor-Pumpe-Einheit gebildet ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Strömungserzeugungssystems,
    • Figur 2 ein Blockschaltbild einer Strömungserzeugereinheit des Strömungserzeugungssystems aus Figur 1,
    • Figur 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des Strömungserzeugungssystems,
    • Figur 4 ein Flussdiagramm mehrerer Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens aus Figur 3,
    • Figur 5 eine beispielhafte Darstellung einer Drehzahl n eines Elektromotors einer Strömungserzeugereinheit während einer Prüfung bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung und
    • Figur 6 eine beispielhafte Darstellung eines Überwachungsparameters in Form eines Schwingungsparameters, der im Rahmen der in Figur 5 dargestellten Prüfung einer Strömungserzeugereinheit ermittelt und ausgewertet wird.
  • Figur 1 zeigt in schematischer blockschaltbildähnlicher Darstellung ein Strömungserzeugungssystem 10 mit mehreren Strömungserzeugereinheiten 11, die gemeinsam eine Strömungserzeugergruppe 12 bilden. Die Strömungserzeugereinheiten 11 einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 sind fluidisch mit einem gemeinsamen Strömungsraum 13 verbunden. Jede Strömungserzeugereinheit 11 ist dazu eingerichtet, eine individuelle Fluidströmung F zu erzeugen, die beim Ausführungsbeispiel eine Luftströmung L ist. Beispielsgemäß ist jede Strömungserzeugereinheit 11 als Ventilator 14 realisiert.
  • Das Strömungserzeugungssystem 10 hat eine Steuereinrichtung 17 zur Steuerung der Strömungserzeugergruppe 12 bzw. der dazu gehörenden Strömungserzeugereinheiten 11. Die Steuereinrichtung 17 kann eine übergeordnete Steuerung 18 sein oder aufweisen, die mit den Strömungserzeugereinheiten 11 kommunikationsverbunden ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung 17 mehrere lokale Steuereinheiten 19 aufweisen, wobei insbesondere jede Strömungserzeugereinheit 11 eine individuelle lokale Steuereinheit 19 aufweist. Die übergeordnete Steuerung 18 ist in diesem Fall optional und kann entfallen.
  • Die individuellen Fluidströmungen F der Strömungserzeugereinheiten 11 wirken im Strömungsraum 13 zusammen und erzeugen dort eine Gesamtfluidströmung GF. Der Strömungsraum 13 kann beispielsweise ein Raum in einem Gebäude sein. Das Strömungserzeugungssystem 10 kann beispielsweise Bestandteil einer im oder am Gebäude installierten Anlage sein, wie etwa einer Lüftungsanlage, einer Klimaanlage, einer Heizanlage oder einer Kühlanlage. Die Strömungserzeugereinheiten 11 können druckseitig oder saugseitig an den Strömungsraum 13 angeschlossen sein, wie es schematisch in Figur 1 dargestellt ist. Die Anzahl der Strömungserzeugereinheiten 11 einer einzigen Strömungserzeugergruppe 12 kann variieren. Jede Strömungserzeugergruppe 12 hat wenigstens zwei oder drei Strömungserzeugereinheiten 11 und beispielsgemäß Ventilatoren 14.
  • Der Steuereinrichtung 17 wird ein einzustellender Sollparameter PG für die Atmosphäre im Strömungsraum 13 vorgegeben. Der wenigstens eine einzustellende Sollparameter PG definiert somit das Steuerungs- oder Regelungsziel für den Strömungsraum 13 bzw. für die Strömungserzeugergruppe 12. Dieses Steuerungs- oder Regelungsziel soll durch Zusammenwirken der individuellen Fluidströmungen F erreicht werden. Dazu wird der Betrieb der Strömungserzeugereinheiten 11 der Strömungserzeugergruppe 12 durch die Steuereinrichtung 17 (mehrere lokale Steuereinheiten 19 und/oder übergeordnete Steuerung 18) koordiniert. Hierzu sind beispielsgemäß die lokalen Steuereinheiten 19 zur Bildung der Steuereinrichtung 17 mittels jeweils einer lokalen Kommunikationsschnittstelle 20 an ein gemeinsames Kommunikationsnetzwerk 21 angeschlossen. Die Kommunikationsverbindung zwischen den lokalen Steuereinheiten 19 bzw. den Strömungserzeugereinheiten 11 kann drahtlos und/oder drahtgebunden sein. An das Kommunikationsnetzwerk 21 können optional auch mehrere Strömungserzeugergruppen 12 eines Strömungserzeugungssystems 10 angeschlossen sein, sofern das Strömungserzeugungssystem 10 mehrere Strömungserzeugergruppen 12 aufweist.
  • Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 17 (mehrere lokale Steuereinheiten 19 und/oder übergeordnete Steuerung 18) Komponenten des maschinellen Lernens und/oder der künstlichen Intelligenz (KI) aufweisen. Unter Komponenten sind hier Vorrichtungen und/oder Verfahren und/oder Methoden zu verstehen, die in der Steuereinrichtung 17 vorhanden oder verwendet werden können.
  • Das Strömungserzeugungssystem 10 kann wenigstens einen Sensor 25 aufweisen. Jeder Sensor 25 ist dazu eingerichtet, einen Messwert bereitzustellen, der entweder die Gesamtfluidströmung GF und/oder die Atmosphäre im Strömungsraum 13 und/oder eine individuelle Fluidströmung F und/oder einen Betriebszustand einer Strömungserzeugereinheit 11 bzw. eines Ventilators 14 beschreibt. Der Sensor 25 oder wenigstens einer der vorhandenen Sensoren 25 kann ein lokaler Sensor sein und mit einer lokalen Steuereinheit 19 kommunikationsverbunden sein. Der lokale Sensor 26 stellt den jeweils erfassten Messwert der lokalen Steuereinheit 19 zur Verfügung. Die lokale Steuereinheit 19 kann den Messwert optional über das Kommunikationsnetzwerk 21 für andere Strömungserzeugereinheiten 11 bereitstellen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor 25 oder wenigstens einer der vorhandenen Sensoren ein Systemsensor 27 sein, der mit mehreren lokalen Steuereinheiten 19 und insbesondere dem Kommunikationsnetzwerk 21 kommunikationsverbunden ist, so dass der Messwert eines Systemsensors 27 mehreren oder allen Strömungserzeugereinheiten bzw. lokalen Steuereinheiten 19 zur Verfügung steht. Insbesondere ist der Systemsensor 27 dazu eingerichtet, einen Messwert in der Atmosphäre des Strömungsraums 13 und/oder einen Messwert der Gesamtfluidströmung GF zu erfassen. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Regelung für den wenigstens einen einzustellenden Sollparameter PG erreichen.
  • Die Anzahl der Sensoren 25 kann abhängig von der konkreten Anwendung variieren.
  • Der wenigstens Systemsensor 27 kann dazu eingerichtet sein, einen oder mehrere der folgenden Parameter zu erfassen: eine Temperatur im Strömungsraum 13, ein Druck im Strömungsraum 13, eine Strömungsgeschwindigkeit der Gesamtfluidströmung GF im Strömungsraum 13 und/oder einen Volumenstrom der Gesamtfluidströmung GF im Strömungsraum 13. Dabei kann jeder Parameter an einer einzigen Messstelle im Strömungsraum 13 oder an mehreren mit Abstand zueinander angeordneten Messstellen im Strömungsraum 13 durch jeweils einen Systemsensor 27 erfasst werden.
  • In Figur 2 ist der Aufbau einer Strömungserzeugereinheit 11 bzw. eines Ventilators 14 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Ventilator 14 hat einen steuerbaren Elektromotor 30, der mit einem Ventilatorrotor 31 antriebsverbunden ist, so dass bei Rotation des Ventilatorrotors 31 die Luftströmung L erzeugt wird. Der Elektromotor 30 wird mittels der lokalen Steuereinheit 19 gesteuert. Die Steuereinheit 19 ist vorzugsweise die Motorsteuerung des Elektromotors 30 und kann mit dem Elektromotor 30 eine gemeinsame Baugruppe bilden.
  • Wie es beispielhaft in Figur 2 dargestellt ist, kann die Strömungserzeugereinheit 11 einen oder mehrere lokale Sensoren 26 aufweisen. Beispielsweise kann mittels wenigstens eines lokalen Sensors 26 ein Betriebsparameter des Elektromotors 30 erfasst werden. Als Betriebsparameter des Elektromotors 30 können ein oder mehrere der nachfolgend genannten Parameter in beliebiger Kombination ermittelt werden: ein Motorstrom, eine Motorspannung, eine Drehzahl, eine Temperatur und/oder eine Schwingung des Elektromotors 30. Zusätzlich oder alternativ kann ein lokaler Sensor 26 einen Parameter der erzeugten Fluidströmung F und beispielsgemäß der Luftströmung L erfassen, wobei ein oder mehrere der nachfolgenden Parameter in beliebiger Kombination erfasst werden können: ein Druck, eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Volumenstrom und/oder eine Temperatur der individuellen Fluidströmung F.
  • Die Strömungserzeugereinheit 11 hat beim Ausführungsbeispiel einen Datenspeicher 33, der mit der lokalen Steuereinheit 19 bzw. der Motorsteuerung 32 kommunikationsverbunden ist. Im Datenspeicher 33 können die zur Steuerung des Elektromotors 30 benötigten Daten bzw. Parameter abgespeichert sein.
  • Das insoweit erläuterte Strömungserzeugungssystem 10 und insbesondere die Strömungserzeugereinheiten 11 einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 werden koordiniert betrieben, wie es anhand des in Figur 3 beispielhaft dargestellten Verfahrens V nachfolgend erläutert wird.
  • Für den Strömungsraum 13 wird wenigstens ein Sollparameter PG vorgegeben. Diese Vorgabe kann beispielsweise über eine Bedienschnittstelle im oder am Strömungsraum 13 und/oder eine andere Einrichtung erfolgen, die mit dem Kommunikationsnetzwerk 21 kommunikationsverbunden ist, wie z.B. ein Gateway oder die übergeordnete Steuerung 18 (erster Verfahrensschritt V1).
  • In einem zweiten Verfahrensschritt V2 werden aus der Strömungserzeugergruppe 12 eine, mehrere oder alle Strömungserzeugereinheiten 11 ausgewählt, die betrieben werden sollen, um den wenigstens einen Sollparameter PG einzustellen und somit das vorgegebene Steuerungs- oder Regelungsziel zu erreichen. Dabei wird für jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit 11 ein individueller Sollbetriebszustand BSi (i=1, 2, 3, ...) ermittelt, so dass sich für den Strömungsraum 13 eine Gesamtfluidströmung GF ergibt, um die Vorgaben des wenigstens einen Sollparameters PG zu erfüllen.
  • Im Rahmen der Auswahl der Strömungserzeugereinheiten 11 und der Ermittlung der individuellen Sollbetriebszustände BSi werden Betriebslimitierungen LIM der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 berücksichtigt, wobei jede Betriebslimitierung LIM für die zugeordnete Strömungserzeugereinheit 11 individuell ermittelt wird und beispielsweise im Datenspeicher 33 abgespeichert werden kann. Das Ermitteln der individuellen Betriebslimitierung LIM für jede Strömungserzeugereinheit 11 wird ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Strömungserzeugungssystems 10 mit zunehmender Betriebszeit wiederholt durchgeführt, beispielsweise zeitgesteuert in vorgegebenen (z.B. regelmäßigen) Zeitintervallen und/oder ereignisgesteuert. Somit ist die individuelle Betriebslimitierung LIM für jede Strömungserzeugereinheit 11 stets aktuell.
  • Die Betriebslimitierung LIM der Strömungserzeugereinheit 11 gibt an, in welchen Betriebszuständen die betreffende Strömungserzeugereinheit 11 nicht stationär betrieben werden soll, um übermäßigen Verschleiß, übermäßige Belastungen oder Beschädigungen zu vermeiden. Beispielsweise können mittels der Betriebslimitierung einer oder mehrere der nachfolgenden Betriebszustände für die zugeordnete Strömungserzeugereinheit 11 ausgeschlossen werden:
    • ein Betriebszustand, insbesondere eine Drehzahl n des Elektromotors 30, in dem eine Resonanzschwingung auftritt;
    • ein Betriebszustand, in dem eine Temperatur des Elektromotors 30 oder der lokalen Steuereinheit 19 einen Temperaturgrenzwert überschreitet;
    • ein Betriebszustand, in dem die Strömungserzeugereinheit 11 bzw. der Ventilator 14 einen Mindestwirkungsgrad unterschreitet;
    • ein Betriebszustand, in dem ein Betriebsgeräusch der Strömungserzeugereinheit 11 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
    • ein Betriebszustand, in dem ein definierter Leistungsgrenzwert (z.B. zulässige maximale Leitung im Dauerbetrieb) überschritten wird.
  • Im zweiten Verfahrensschritt V2 werden die ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 derart aufeinander abgestimmt, dass ihre Sollbetriebszustände jeweils außerhalb der Betriebslimitierung liegen und sich insgesamt das durch den wenigstens einen Sollparameter vorgegebene Steuerungs- oder Regelungsziel erreichen lässt.
  • Anschließend werden in einem dritten Verfahrensschritt V3 die ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 entsprechend dem ermittelten Sollbetriebszustand BSi betrieben.
  • Wenn für einen aktuellen Betrieb nicht alle Strömungserzeugereinheiten 11 einer Strömungserzeugergruppe 12 ausgewählt und betrieben werden, kann eine oder können mehrere Strömungserzeugereinheiten 11 stillstehen. Die Stillstandzeit jeder Strömungserzeugereinheit 11 wird erfasst und mit einer Maximaldauer verglichen. Überschreitet die Stillstandzeit, während der die betreffende Strömungserzeugereinheit 11 ohne Unterbrechung stillsteht, die Maximaldauer, kann sie zumindest temporär, beispielsweise um ihre Funktionsfähigkeit zu testen, in Betrieb genommen werden. Dadurch kann vermieden werden, dass eine Strömungserzeugereinheit 11, die längere Zeit stillstand, unerkannt in ihrer Funktion beeinträchtigt ist. Beispielsweise kann in diesem Rahmen eine ausgewählte aktuell betriebene Strömungserzeugereinheit 11 in ihrer Leistung reduziert oder abgeschaltet werden und als Ersatz eine bislang stillstehende Strömungserzeugereinheit 11 betrieben werden, um die reduzierte oder abgeschaltete Strömungsleistung zu ersetzen. Dadurch kann erkannt werden, ob alle Strömungserzeugereinheiten 11 einer Strömungserzeugergruppe 12 funktionsfähig sind.
  • Durch die sich ergebenden Freiheitsgrade bzw. Redundanz der mehreren Strömungserzeugereinheiten 11 der gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 können auch andere Randbedingungen zur Optimierung des Strömungserzeugungssystems 10 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann als Randbedingung berücksichtigt werden, die Belastung bzw. den Verschleiß der Strömungserzeugereinheiten 11 möglichst gleichmäßig zu verteilen. Hierzu kann für jede Strömungserzeugereinheit 11 ein Gesamtbetriebskennwert ermittelt werden. Der Gesamtbetriebskennwert einer zugeordneten Strömungserzeugereinheit 11 beschreibt die bislang seit ihrer Inbetriebnahme erfolgte Belastung. Im einfachsten Fall kann der Gesamtbetriebskennwert die Gesamtbetriebsdauer der Strömungserzeugereinheit 11 sein. Zusätzlich zur Gesamtbetriebsdauer kann optional auch die während den Betriebsphasen der Strömungserzeugereinheit 11 eingestellte elektrische und/oder mechanische Leistung berücksichtigt werden. Beispielsweise lässt sich ein während der Gesamtbetriebsdauer kumulierter Leistungswert (z.B. Energie) als Gesamtbetriebskennwert ermitteln. Optional können hierbei unterschiedliche Leistungsbereiche der Strömungserzeugereinheit 11 unterschiedlich stark gewichtet werden, so dass zum Beispiel Belastungen der Strömungserzeugereinheit 11 in einem Maximalleistungsbereich mit einer höheren Gewichtung in den Gesamtbetriebskennwert eingehen als Betriebsphasen mit mittlerer oder geringerer Leistung in dem Nennleistungsbereich der betreffenden Strömungserzeugereinheit 11.
  • Basierend auf dem Gesamtbetriebskennwert können bei der Auswahl und/oder bei der Ermittlung der individuellen Sollbetriebszustände BSi diejenigen Strömungserzeugereinheiten 11 priorisiert werden, für die der jeweilige Gesamtbetriebskennwert eine geringere Belastung angibt. Somit können die Strömungserzeugereinheiten 11 in der Reihenfolge der jeweils zugeordneten Gesamtbetriebskennwerte priorisiert ausgewählt werden, beginnend mit dem Gesamtbetriebskennwert, der die geringste Belastung kennzeichnet, beispielsweise dem kleinsten Gesamtbetriebskennwert. Ausgehend von dieser Strömungserzeugereinheit 11 können dann die eventuell weiteren benötigten Strömungserzeugereinheiten 11 der Strömungserzeugergruppe 12 in der Reihenfolge ihrer Gesamtbetriebskennwerte ausgewählt werden.
  • Im Flussdiagramm nach Figur 4 ist der zweite Verfahrensschritt V2 bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens V genauer dargestellt. In einem ersten Subschritt S1 kann zunächst die Auswahl der wenigstens einen Strömungserzeugereinheit 11 erfolgen und anschließend für jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit 11 der jeweils individuelle Sollbetriebszustand BSi bestimmt werden (zweiter Subschritt S2) .
  • Im Anschluss daran wird in einem dritten Subschritt S3 geprüft, ob jeder individuelle Sollbetriebszustand BSi einen zulässigen stationären Betriebszustand der betreffenden Strömungserzeugereinheit 11 darstellt oder durch eine Betriebslimitierung LIM als stationärer Betriebszustand ausgeschlossen ist.
  • Wenn sich im dritten Subschritt S3 ergibt, dass alle individuellen Sollbetriebszustände BSi als stationäre Betriebszustände zulässig sind (Verzweigung OK aus dem dritten Subschritt S3), ist der zweite Verfahrensschritt V2 beendet und das Verfahren V kann dann im dritten Verfahrensschritt V3 fortgesetzt werden, wie es in Figur 3 veranschaulicht ist. Andernfalls (Verzweigung NOK aus dem dritten Subschritt S3) wird in einem vierten Subschritt S4 entweder die Auswahl der Strömungserzeugereinheiten 11 aus der Strömungserzeugergruppe 12 geändert und/oder es werden der individuelle Sollbetriebszustand BSi bzw. die individuellen Sollbetriebszustände BSi der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 angepasst, so dass sämtliche individuelle Sollbetriebszustände BSi nicht durch eine Betriebslimitierung LIM als stationärer Betriebszustand ausgeschlossen sind.
  • Das Auswählen der Strömungserzeugereinheiten 11 und/oder das Ändern der individuellen Sollbetriebszustände BSi kann in einer Schleife aus dem dritten Subschritt S3 und dem vierten Subschritt S4 iterativ erfolgen, wie es durch den gestrichelten Pfeil in Figur 4 dargestellt ist.
  • Es kann vorteilhaft sein, die Anpassung im vierten Subschritt S4 einmalig vorzunehmen, so dass das Verfahren dann im dritten Verfahrensschritt V3 gemäß Figur 3 fortgesetzt werden kann.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine lokale Steuereinheit 19 den für sie ermittelten individuellen Sollbetriebszustand BSi anpassen, um einen stationären Betrieb zu vermeiden, der durch die individuelle Betriebslimitierung LIM ausgeschlossen ist. Beispielsweise kann dazu die Leistung (insbesondere Drehzahl n) erhöht oder verringert werden, so dass die jeweilige Strömungserzeugereinheit 11 eine höhere oder geringere Leistung bereitstellt. Diese Leistungsdifferenz wird von der lokalen Steuereinheit 19 an die anderen ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 übermittelt, die dann als Folge davon die Leistungsdifferenz derart kompensieren, dass sich auch für alle anderen ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 ein individueller Sollbetriebszustand BSi ergibt, der nicht durch die jeweilige individuelle Betriebslimitierung LIM ausgeschlossen ist. Beispielsweise können eine oder mehrere der anderen ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 ihre jeweilige Leistung erhöhen oder verringern, so dass insgesamt das vorgegebene Steuerungs- oder Regelungsziel erreicht wird.
  • Um einen stationären Betrieb in einem ungeeigneten Betriebszustand zu vermeiden, ist es vorgesehen, die Betriebslimitierung LIM für jede Strömungserzeugereinheit 11 wiederholt zu ermitteln. Hierzu kann die Strömungserzeugereinheit 11 während einer Prüfung CM bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung in wenigstens einem definierten Betriebszustand betrieben werden, wie es schematisch in Figur 5 am Beispiel einer Drehzahl n des Elektromotors 30 veranschaulicht ist. Während der Prüfung bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung der Strömungserzeugereinheit 11 im wird ein Überwachungsparameter MP überwacht, anhand dessen ein unerwünschter stationärer Betriebszustand definiert werden kann.
  • Als Überwachungsparameter MP wird beispielsgemäß ein Schwingungsparameter OS verwendet. Der Schwingungsparameter OS kann eine Schwingung der Strömungserzeugereinheit 11 bzw. des Ventilators 14 beschreiben und beispielsweise mit Hilfe eines Beschleunigungssensors oder Mikrofons oder eines anderen geeigneten Schwingungssensors gemessen werden. Insbesondere kann ein solcher Schwingungssensor ein lokaler Sensor 26 der Strömungserzeugereinheit 11 bzw. des Ventilators 14 sein. Er kann an einer Komponente des Ventilators 14 oder einer mit dem Ventilator 14 strömungsgekoppelten Einrichtung angeordnet sein. Mittels des Schwingungsparameters OS als Überwachungsparameter MP können beispielsweise Resonanzschwingungen bei einer bestimmten Drehzahl n des Elektromotors 30 bzw. des Ventilatorrotors 31 erkannt und entsprechende Drehzahlbereiche durch das Definieren einer Betriebslimitierung LIM ausgeschlossen werden, wie es nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren 5 und 6 erläutert wird.
  • Beispielsweise kann die Drehzahl n des Elektromotors 30 bzw. des Ventilatorrotors 31 während der Prüfung CM bzw. Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung innerhalb eines vorgegebenen Prüfdrehzahlbereich von einer Minimaldrehzahl nmin bis zu einer Maximaldrehzahl nmax variiert werden. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl n kontinuierlich und beispielhaft linear erhöht. Die Drehzahl n könnte im Prüfdrehzahlbereich auch stufenweise oder ohne Sprünge entlang einer nicht linearen Kurve verändert werden. Der Prüfdrehzahlbereich von der Minimaldrehzahl nmin bis zur Maximaldrehzahl nmax kann entweder zumindest die Drehzahlen umfassen, in denen eine Resonanzschwingung erwartet wird oder auch den gesamten Nenndrehzahlbereich der Strömungserzeugereinheit 11 bzw. des Ventilators 14.
  • Während die Drehzahl n im Rahmen der Prüfung CM variiert wird, wird der Überwachungsparameter MP und beispielsgemäß der Schwingungsparameter OS überwacht und geprüft, ob der Überwachungsparameter MP in einem vorgegebenen zulässigen Bereich liegt. Beispielsweise kann für den Schwingungsparameter OS ein maximal zulässiger Betrag für die Schwingungsamplitude definiert werden.
  • Beispielhaft ist zur Erläuterung in Figur 6 zu einem ersten Zeitpunkt t1 das Überschreiten der zulässigen Amplitude A durch den Schwingungsparameter OS dargestellt. Zu diesem ersten Zeitpunkt t1 hat die Drehzahl n des Elektromotors 30 einen ersten Drehzahlwert n1. Ein stationärer Betrieb mit einer Drehzahl n entsprechend dem ersten Drehzahlwert n1 ist daher nicht geeignet und wird durch eine entsprechende Betriebslimitierung LIM vermieden. Hierzu kann als Betriebslimitierung LIM beispielsweise ein nicht für den stationären Betrieb geeigneter Drehzahlbereich definiert werden, der den ersten Drehzahlwert n1 aufweist. Somit lassen sich Schwingungen mit Amplituden vermeiden, die den Amplitudengrenzwert A überschreiten, wie es schematisch anhand der Figuren 5 und 6 veranschaulicht ist.
  • Wenn ein zunächst ermittelter individueller Betriebszustand BSi in dem durch die Betriebslimitierung LIM ausgeschlossenen Drehzahlbereich um den ersten Drehzahlwert n1 liegt, kann die Steuereinrichtung 17, insbesondere die betreffende lokale Steuereinheit 19, den zunächst ermittelter individueller Betriebszustand BSi anpassen und die Drehzahl auf den unteren Grenzwert oder den oberen Grenzwert des durch die Betriebslimitierung LIM ausgeschlossenen Drehzahlbereichs festlegen, um so wenig wie möglich von dem zunächst ermittelten individuellen Betriebszustand BSi abzuweichen. Wie erläutert kann die dadurch entstehende Leistungsdifferenz durch eine oder mehrere andere ausgewählte Strömungserzeugereinheiten 11 kompensiert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Schwingungsparameter OS kann ein anderer Überwachungsparameter MP überwacht werden, wie beispielsweise eine Betriebstemperatur des Elektromotors 30 und/oder der lokalen Steuereinheit 19. Durch die Betriebslimitierung LIM können auch Betriebszustände und insbesondere Drehzahlbereiche ausgeschlossen werden, in denen die Strömungserzeugereinheit 11 einen Mindestwirkungsgrad nicht erreicht.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Strömungserzeugungssystems 10 sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Strömungserzeugungssystem 10. Das Strömungserzeugungssystem 10 hat wenigstens eine Strömungserzeugergruppe 12 mit jeweils mehreren Strömungserzeugereinheiten 11. Die Strömungserzeugereinheiten 11 können beispielsweise Ventilatoren 14 sein. Die Strömungserzeugereinheiten 11 einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 sind fluidisch mit einem gemeinsamen Strömungsraum 13 verbunden. Die Strömungserzeugereinheiten 11 einer gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 werden koordiniert mittels einer Steuereinrichtung 17 gesteuert, so dass ein durch wenigstens einen Sollparameter PG vorgegebenes Steuerungs- oder Regelungsziel erreicht wird. Hierfür werden eine oder mehrere Strömungserzeugereinheiten 11 aus der Strömungserzeugergruppe 12 ausgewählt und für die ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 wird jeweils ein individueller Sollbetriebszustand BSi ermittelt. Der jeweils ermittelte Sollbetriebszustand BSi wird anhand einer jeweils individuellen Betriebslimitierung LIM dahingehend geprüft, ob er für einen stationären Betrieb zugelassen ist. Sollte dies für einen oder mehrere der ermittelten Sollbetriebszustände BSi nicht zutreffen, werden zwei oder mehr Sollbetriebszustände BSi verändert, bis alle Sollbetriebszustände BSi der ausgewählten Strömungserzeugereinheiten 11 zulässig sind, also nicht durch eine jeweilige Betriebslimitierung LIM für den stationären Betrieb ausgeschlossen sind. Dabei ist es zusätzlich oder alternativ möglich, die Auswahl der Strömungserzeugereinheiten 11 aus der gemeinsamen Strömungserzeugergruppe 12 zu verändern.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Strömungserzeugungssystem
    11
    Strömungserzeugereinheit
    12
    Strömungserzeugergruppe
    13
    Strömungsraum
    14
    Ventilator
    17
    Steuereinrichtung
    18
    übergeordnete Steuerung
    19
    lokale Steuereinheit
    20
    Kommunikationsschnittstelle
    21
    Kommunikationsnetzwerk
    25
    Sensor
    26
    lokaler Sensor
    27
    Systemsensor
    30
    Elektromotor
    31
    Ventilatorrotor
    32
    Motorsteuerung
    33
    Datenspeicher
    A
    Amplitudengrenzwert
    BSi
    Sollbetriebszustand einer Strömungserzeugereinheit (i=1, 2, 3, ..., n)
    CM
    Prüfung
    F
    individuelle Fluidströmung
    GF
    Gesamtfluidströmung
    L
    Luftströmung
    LIM
    Betriebslimitierung
    MP
    Überwachungsparameter
    n
    Drehzahl
    n1
    erster Drehzahlwert
    nmax
    Maximaldrehzahl
    nmin
    Minimaldrehzahl
    OS
    Schwingungsparameter
    PG
    Sollparameter
    S1
    erster Subschritt
    S2
    zweiter Subschritt
    S3
    dritter Subschritt
    S4
    vierter Subschritt
    t
    Zeit
    t1
    erster Zeitpunkt
    V
    Verfahren
    V1
    erster Verfahrensschritt
    V2
    zweiter Verfahrensschritt
    V3
    dritter Verfahrensschritt

Claims (15)

  1. Verfahren (V) zum Betreiben eines Strömungserzeugungssystems (10) aufweisend eine Steuereinrichtung (17) und eine mittels der Steuereinrichtung (17) steuerbaren Strömungserzeugergruppe (12) mit mehreren Strömungserzeugereinheiten (11), die jeweils dazu eingerichtet sind, eine individuelle Fluidströmung (F) zu erzeugen, wobei die Strömungserzeugereinheiten (11) fluidisch mit einem gemeinsamen Strömungsraum (13) verbunden sind, wobei das Verfahren aufweist:
    - Vorgeben wenigstens eines einzustellenden Sollparameters (PG) für die Atmosphäre im Strömungsraum (13),
    - Auswählen wenigstens einer Strömungserzeugereinheit (11) aus einer Strömungserzeugergruppe (12) und Ermitteln eines individuellen Sollbetriebszustandes (BSi) für jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit (11) unter Berücksichtigung von wiederholt ermittelten individuellen Betriebslimitierungen (LIM), um den wenigstens einen Sollparameter (PG) einzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die individuellen Betriebslimitierungen (LIM) der Strömungserzeugereinheiten (11) zeitgesteuert und/oder ereignisgesteuert wiederholt ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Strömungserzeugereinheit (11) zur Ermittlung ihrer individuellen Betriebslimitierung (LIM) in mehreren verschiedenen Betriebszuständen betrieben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung (LIM) einer Strömungserzeugereinheit (11) Betriebszustände mit verschiedenen mechanischen und/oder elektrischen Leistungen der Strömungserzeugereinheit (11) eingestellt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei zur Ermittlung der individuellen Betriebslimitierung (LIM) einer Strömungserzeugereinheit (11) ein vom Betrieb der Strömungserzeugereinheit (11) abhängiger Überwachungsparameter (MP) ermittelt und geprüft wird, ob der Überwachungsparameter (MP) innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereichs liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Überwachungsparameter (MP) ein Schwingungsparameter (OS) ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stillstandzeit einer nicht ausgewählten Strömungserzeugereinheit (11) erfasst wird und die Strömungserzeugereinheit (11) zumindest temporär in Betrieb genommen wird, wenn die Stillstandzeit eine Maximaldauer überschreitet.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gesamtbetriebskennwert jeder Strömungserzeugereinheit (11) ermittelt wird und bei der Auswahl der Strömungserzeugereinheiten (11) aus der Strömungserzeugergruppe (12) die Strömungserzeugereinheiten (11) mit dem Gesamtbetriebskennwert priorisiert werden, der eine geringere Belastung der Strömungserzeugereinheit (11) kennzeichnet.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede individuelle Betriebslimitierung (LIM) wenigstens einen Betriebszustand der jeweiligen Strömungserzeugereinheit (11) definiert, der für einen stationären Betrieb der Strömungserzeugereinheit (11) ungeeignet ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Sollparameter (PG) einer oder mehrere der nachfolgend genannten Parameter in beliebiger Kombination ist bzw. sind: ein Druck der Atmosphäre im Strömungsraum (13), eine Temperatur der Atmosphäre im Strömungsraum (13), eine Feuchtigkeit der Atmosphäre im Strömungsraum (13), eine Strömungsgeschwindigkeit einer Gesamtfluidströmung (GF) im Strömungsraum (13) und/oder ein Volumenstrom einer Gesamtfluidströmung (GF) im Strömungsraum (13).
  11. Strömungserzeugungssystem (10) aufweisend eine Steuereinrichtung (17) und eine mittels der Steuereinrichtung (17) steuerbaren Strömungserzeugergruppe (12) mit mehreren Strömungserzeugereinheiten (11), die jeweils dazu eingerichtet sind, eine individuelle Fluidströmung (F) zu erzeugen, wobei die Strömungserzeugereinheiten (11) fluidisch mit einem gemeinsamen Strömungsraum (13) verbunden sind, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, folgendes Verfahren auszuführen:
    - Vorgeben wenigstens eines einzustellenden Sollparameters (PG) für den Strömungsraum (13),
    - Auswählen wenigstens einer Strömungserzeugereinheit (11) aus einer Strömungserzeugergruppe (12) und Ermitteln eines individuellen Sollbetriebszustandes (BSi) für jede ausgewählte Strömungserzeugereinheit (11) unter Berücksichtigung von wiederholt ermittelten individuellen Betriebslimitierungen (LIM), um den wenigstens einen Sollparameter (PG) einzustellen.
  12. Strömungserzeugungssystem nach Anspruch 11, wobei jede Strömungserzeugereinheit (11) außerdem einen steuerbaren Elektromotor (30) und einen mit dem Elektromotor (30) antriebsverbundenen Rotor (31) aufweist.
  13. Strömungserzeugungssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuereinrichtung (17) mehrere miteinander kommunikationsverbundene lokale Steuereinheiten (19) aufweist und jede Strömungserzeugereinheit (11) eine individuelle lokale Steuereinheit (19) aufweist.
  14. Strömungserzeugungssystem nach Anspruch 12 und nach Anspruch 13, wobei jede lokale Steuereinheit (19) eine Motorsteuerung (32) des Elektromotors (30) ist.
  15. Strömungserzeugungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Steuereinrichtung (17) eine übergeordnete Steuerung (18) aufweist, die mit den Strömungserzeugereinheiten (11) kommunikationsverbunden ist.
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