EP4705640A1 - Verfahren zur überwachung einer hydraulischen anlage auf anomalien wie leckagen sowie hydraulische anlage mit einer steuerung konfiguriert zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur überwachung einer hydraulischen anlage auf anomalien wie leckagen sowie hydraulische anlage mit einer steuerung konfiguriert zur durchführung des verfahrens

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Publication number
EP4705640A1
EP4705640A1 EP24723132.7A EP24723132A EP4705640A1 EP 4705640 A1 EP4705640 A1 EP 4705640A1 EP 24723132 A EP24723132 A EP 24723132A EP 4705640 A1 EP4705640 A1 EP 4705640A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
time window
hydraulic system
pump
monitoring
reference value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24723132.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Jürgen HELLER
Stefan Laue
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
KSB SE and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB SE and Co KGaA filed Critical KSB SE and Co KGaA
Publication of EP4705640A1 publication Critical patent/EP4705640A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088—Testing machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B5/00—Use of pumping plants or installations; Layouts thereof
    • E03B5/02—Use of pumping plants or installations; Layouts thereof arranged in buildings

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a hydraulic system, in particular a pressure boosting system, with at least one centrifugal pump and a pump control, wherein the centrifugal pump is switched on and off by the control as required.
  • Pressure boosting systems are used to increase the fluid pressure to a certain target pressure level within a hydraulic system.
  • a classic example of a pressure boosting system is its use in the drinking water supply of a building.
  • the fluid pressure within the system should be kept constant at a target pressure level so that end users are supplied with sufficient pressure or the fluid can be withdrawn at the desired pressure via extraction points.
  • Such pressure boosting systems often work with a demand-based control, also known as "standby mode".
  • standby mode the pump within the system is switched on and/or off depending on the current demand. Pressure control is common here. If the system pressure is below the target pressure, the pump is activated until the target pressure is reached.
  • the object of the present invention is to develop a simple monitoring method which enables monitoring and detection of anomalies based on the characteristics of hydraulic systems described above.
  • the number of times the pump is switched on and/or off is recorded over at least one specific monitoring time window, preferably at night, and compared with a reference value.
  • the comparison result for example if the number recorded deviates to a certain extent from the reference value, the system assumes that there is an anomaly within the hydraulic system.
  • a leakage in the system can be detected as an anomaly within the hydraulic system.
  • Leaks usually lead to undesirable pressure losses and thus to an increasing number of switch-on processes.
  • Leakage is not only understood as a loss of volume from the piping system of the hydraulic system, but also as an undesirable leakage flow through a shut-off device, such as a valve or a check valve.
  • the pump can be switched on and off as required depending on a hydraulic parameter. If the current actual pressure in the system or on the pressure side of the pump falls below a target pressure, for example, the control system switches the pump on. It is also conceivable that the frequency converter of the motor control monitors the flow rate. In the case of low flow rates, i.e. when a partial load limit or a shutdown speed is reached, the pump or the pump's drive motor is switched off. As soon as fluid is removed from the system, the system pressure drops. If an adjustable limit for the maximum control deviation of the pressure control is reached, the pump switches on again. Alternatively, the pump can also be switched off depending on the pressure, i.e. when a target pressure is reached or exceeded, the centrifugal pump is switched off.
  • the reference value according to the invention against which the number of switching operations on and/or off is compared, can be specified manually by the user, for example, or instead be permanently stored in the system. However, it is preferred and more sensible if the reference value can be variably set or even dynamically determined by a learning process.
  • an application-optimized reference value can be determined. It is precisely after commissioning that the probability is highest that the system will function properly and that no leaks will occur.
  • an attempt is made to determine the expected number of switching operations on and/or off when the system is functioning, which is then used as a reference value for subsequent monitoring or to determine the reference value. It is conceivable, for example, that the learning process determines the number of times the centrifugal pump is switched on and/or off during at least one definable learning time window and either uses this number directly as a reference value or determines a reference value based on this number.
  • the learning time window represents a specific, ideally continuous period of time in a day.
  • the learning time window is set for a phase of the day in which experience has shown that a low or at least reduced number of times the pump is switched on and/or off.
  • a pressure boosting system for the drinking water supply in a building in particular a public building
  • any pressure losses that occur are therefore minimal and the number of times the pump is switched on and/or off is reduced to a minimum or approaches zero.
  • the number of switching on and/or off processes during this time window remains almost constant over several days, i.e. significant deviations are usually not to be expected during this time.
  • a reliable reference value can therefore be determined for this period.
  • such a learning time window can be defined by a certain number of hours in a certain part of the day.
  • a suitable learning time window for a public building can, for example, be a period from 9:00 p.m. to 6:00 a.m.
  • the definition of the The learning time window can be set manually by the user or it can be permanently stored in the control system.
  • the learning time window is optimized by an adaptive learning algorithm. In this context, it is conceivable, for example, that such an algorithm determines the frequency distribution of the switching on and/or off processes within the initially defined learning time window or a large number of periodically repeating learning time windows.
  • the learning time window is then reduced by those time periods that are characterized by a particularly high frequency of switching on and/or off processes. It is also conceivable that the time period with the lowest frequency of switching processes is selected for the new learning time window.
  • the initial learning time window could be defined from 8:00 p.m. in the evening to 7:00 a.m. in the morning. Depending on the building, however, there may still be a comparatively high drinking water consumption in the early evening hours, so that in the period from 8 p.m. to 11 p.m. in the evening, an increased water withdrawal can be observed with a frequency of switching the pump on and/or off that exceeds a threshold value.
  • the number of switching on and/or off processes is then determined at least once for this new time window in order to determine the reference value.
  • the monitoring time window is defined after the reference value has been determined. It makes sense to define the monitoring time window in accordance with the previously defined learning time window. However, there is nothing theoretically to prevent deviations between the monitoring time window and the learning time window being allowed.
  • the average number or median value mentioned can be determined after a fixed number of monitoring time windows and then compared with the reference value. It is conceivable and preferred to determine a moving average or median value, which is always calculated from a specific number of past monitoring windows. After a certain number of monitoring windows, such a value is calculated for the first time and then continuously updated after each subsequent monitoring time window.
  • the control system can generate and optionally output a warning message.
  • a warning message can be acoustic and/or visually. It is also conceivable that the control system transmits such a warning message to a third-party device or a control center or cloud via a communication channel.
  • the respective switching on time should also be taken into account, i.e. the duration for which the pump is actively running after it has been switched on.
  • the switching on time can, for example, be summed up over a monitoring time window. Taking the operating time during a monitoring time window into account can, under certain circumstances, enable a differentiation to be made between a regular switching on reason and a switching on reason due to a leak, since a significantly higher volume is usually withdrawn during regular drinking water withdrawal than is the case due to a leak in the pipe network.
  • the basic idea of the present invention is essentially based on the determination of individual switching on and/or off processes, whereby the pump here provides a control based on requirements, in particular a pressure control.
  • the pump is switched on and off as required, but instead the volume flow delivered by the pump is recorded using a volume counter, in particular a volume counter integrated in the pump control.
  • the volume delivered is recorded within a certain monitoring time window and compared with a reference value, which was also determined as a rule within a learning time window.
  • a reference value which was also determined as a rule within a learning time window.
  • an anomaly or a leak within the hydraulic system can then also be concluded. It can be assumed that if a leak occurs in the system, an increased volume is delivered, which can then be detected by comparing the actual volume during a monitoring time window with a reference value.
  • the present invention also relates to a hydraulic system, in particular a pressure boosting system, preferably for the drinking water supply of a building, with at least one centrifugal pump and a pump control.
  • the invention also includes a centrifugal pump with corresponding pump control.
  • the pump control is configured such that it can carry out the method according to the invention in accordance with the above explanations.
  • Figure 1 a diagram showing the number of detected switch-on processes over time
  • Figure 2 a diagram showing the moving median of the counted switch-ons over time.
  • the diagram in Figure 1 shows a diagram in which the x-axis shows the number of days and the y-axis shows the number of switch-ons per learning/monitoring time window.
  • the series of measurements was created as an example for a pressure boosting system in a public building.
  • At least one centrifugal pump is used in the hydraulic system with a large number of water extraction points to increase the pressure.
  • At least one pump is controlled according to demand, i.e. the system should provide a target pressure that is as constant as possible. If the pressure falls below a target value, the pump is switched on; if there is no or only a small reduction, the pump is switched off.
  • the monitoring time window is identical to the learning time window and the switch-on processes occurring in the period from 9 p.m. to 6 a.m. are counted per day.
  • a learning process 10 is first carried out. The number of switch-on processes within the defined time window is counted for a total of eleven days.
  • the time window used, from 9 p.m. to 6 a.m., is understood here as the learning time window.
  • the mean or median value is then calculated from the total of fourteen individual values counted and used as the reference value 20 for subsequent monitoring.
  • the monitoring time window is defined identically to the learning time window, i.e. the switch-on processes between 9 p.m. and 6 a.m. are always counted.
  • the value per day is not compared with the predetermined reference value, but rather the median value from a series of measurements over a definable number of days is always used. This means that for a series of measurements, the number of switch-on processes for 14 days, for example, is summarized and the median value is calculated from this.
  • Figure 2 shows such a diagram in which the median value for a number of fourteen days is plotted against time.
  • the plotted median value is a sliding value that is always determined for the previous fourteen days.
  • the previously determined reference value 20 is also entered in Figure 2, which here takes the value three.
  • the median value must exceed this reference value by at least 10% until a warning message is recognized and issued.
  • the corresponding limit line is marked with the reference symbol 30 in Figure 2.
  • the median value exceeds the limit line 30 for the first time after day 37 of monitoring and a warning message is generated by the system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage, ins- besondere einer Druckerhöhungsanlage, mit wenigstens einer Kreiselpumpe und einer Pumpensteuerung, wobei die Kreiselpumpe durch die Steuerung bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge der Pumpe über wenigstens ein bestimmtes Überwachungszeitfens- ter gezählt und gegen einen Referenzwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses auf eine Anomalie innerhalb der hydraulischen Anlage geschlos- sen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage auf Anomalien wie Leckagen sowie hydraulische Anlage mit einer Steuerung konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage, insbesondere einer Druckerhöhungsanlage, mit wenigstens einer Kreiselpumpe und einer Pumpensteuerung, wobei die Kreiselpumpe durch die Steuerung bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet wird.
Druckerhöhungsanlagen dienen zur Anhebung des Fluiddruckes auf ein bestimmtes Solldruckniveau innerhalb einer hydraulischen Anlage. Ein klassisches Beispiel für eine Druckerhöhungsanlage ist der Einsatz in der Trinkwasserversorgung eines Gebäudes. Hierbei soll der Fluiddruck innerhalb der Anlage konstant auf einem Soll-Druckniveau gehalten werden, so dass Endverbraucher mit ausreichend Druck versorgt bzw. das Fluid mit dem gewünschten Druck über Entnahmestellen entnommen werden kann.
Derartige Druckerhöhungsanlagen arbeiten oftmals mit einer bedarfsgerechten Regelung, auch als „Bereitschaftsbetrieb“ bekannt. Während des Bereitschaftsbetriebs wird die Pumpe innerhalb der Anlage je nach aktuellem Bedarf ein- und/oder ausgeschaltet. Üblich ist hierbei eine Druckregelung. Liegt der Anlagendruck unterhalb des Soll-Druckes, wird die Pumpe aktiviert bis der Soll-Druck erreicht ist.
In der Regel erfolgt in den Nachtstunden, insbesondere in öffentlichen Gebäuden, eine vergleichsweise geringe Wasserentnahme, so dass der Anlagendruck entweder gar nicht oder vergleichsweise selten absinkt. Bei intakter hydraulischer Anlage, das heißt einer theoretisch leckagefreien Anlage, sollte der Druck daher nicht oder zumindest nur sehr langsam abfallen. Dies führt im Normalfall entweder zu einem Ausbleiben von Wiedereinschaltvorgängen bzw. nur zu einer vergleichsweise niedrigen Anzahl von Wiedereinschaltvorgängen der Pumpe.
Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnis besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfaches Überwachungsverfahren zu entwickeln, das basierend auf der vorbeschriebenen Charakteristik hydraulischer Anlagen eine Überwachung und Erkennung von Anomalien ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 sowie eine hydraulische Anlage oder Kreiselpumpe gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge der Pumpe über wenigstens ein bestimmtes Überwachungszeitfenster, vorzugsweise nachts erfasst und gegen einen Referenzwert verglichen wird. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses, beispielsweise bei einer gewissen Abweichung der erfassten Anzahl gegenüber dem Referenzwert geht das System von einer Anomalie innerhalb der hydraulischen Anlage aus.
Für die Verfahrensausführung ist es ausreichend, nur die Einschaltvorgänge der Pumpe zu zählen, da diese durch eine Druckabnahme in der Anlage ausgelöst werden. Für die Verfahrensausführung ist es jedoch ebenso möglich, lediglich die Ausschaltvorgänge oder gar die Anzahl von Ein- als auch Ausschaltvorgängen zu berücksichtigen.
Vorteilhafterweise kann als Anomalie innerhalb der hydraulischen Anlage eine auftretende Leckage im System erkannt werden. Leckagen führen in der Regel zu unerwünschten Druckverlusten und damit zu einer zunehmenden Anzahl von Einschaltvor- gängen. Als Leckage wird nicht nur ein Verlust von Volumen aus dem Rohrleitungssystem der hydraulischen Anlage verstanden, sondern als Leckage wird auch ein unerwünschter Leckstrom über ein Absperrorgan, wie bspw. ein Ventil oder eine Rückschlagklappe verstanden.
Wie bereits vorstehend beschrieben wurde, kann das bedarfsgerechte Ein- und Ausschalten der Pumpe in Abhängigkeit eines hydraulischen Parameters gesteuert sein. Unterschreitet der aktuelle Ist-Druck in der Anlage bzw. auf der Druckseite der Pumpe bspw. einen Soll-Druck, so schaltet die Steuerung die Pumpe ein. Vorstellbar ist es ebenso, dass der Frequenzumrichter der Motorsteuerung den Förderstrom überwacht. Im Falle geringer Förderströme, d.h. bei Erreichen einer Teillastgrenze oder einer Abschaltdrehzahl, wird die Pumpe bzw. der Antriebsmotor der Pumpe abgeschaltet. Sobald eine Fluidentnahme in der Anlage erfolgt, fällt der Anlagendruck ab. Wird ein einstellbarer Grenzwert für die maximale Regelabweichung der Druckregelung erreicht, schaltet die Pumpe wieder ein. Das Abschalten der Pumpe kann alternativ ebenfalls druckabhängig erfolgen, d.h. bei Erreichen oder Überschreiten eines Solldruckes wird die Kreiselpumpe ausgeschaltet.
Der erfindungsgemäße Referenzwert, gegen diesen die Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge verglichen wird, kann beispielsweise manuell durch den Benutzer vorgegeben werden oder stattdessen fest im System hinterlegt sein. Bevorzugt und sinnvoller ist es jedoch, wenn der Referenzwert variabel einstellbar ist oder gar dynamisch durch einen Lernprozess festgelegt wird.
Im Rahmen eines Lernprozesses, der bevorzugt nach Inbetriebnahme der Anlage bzw. der Pumpe durchgeführt wird, kann ein anwendungsoptimierter Referenzwert ermittelt werden. Gerade nach der Inbetriebnahme ist die Wahrscheinlichkeit am höchsten, dass die Anlage ordnungsgemäß funktioniert und keine Leckage auftritt. Während des Lernprozesses wird versucht, die zu erwartende Anzahl von Ein-und/oder Ausschaltvorgängen bei funktionsfähiger Anlage zu ermitteln, die dann als Referenzwert für die nachfolgende Überwachung verwendet oder zur Bestimmung des Referenzwertes herangezogen wird. Vorstellbar ist es beispielsweise, dass der Lernprozess die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen der Kreiselpumpe während wenigstens eines definierbaren Lernzeitfensters ermittelt und diese Anzahl entweder unmittelbar als Referenzwert verwendet oder jedoch basierend auf dieser Anzahl einen Referenzwert bestimmt. Das Lernzeitfenster bildet einen bestimmten, idealerweise zusammenhängenden Zeitabschnitt eines Tages ab. Idealerweise wird das Lernzeitfenster auf eine zeitliche Tagesphase gelegt, in dieser erfahrungsgemäß mit einer geringen oder zumindest reduzierten Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen zu rechnen ist. Beispielsweise ist bei einer Druckerhöhungsanlage für die Trinkwasserversorgung in einem Gebäude, insbesondere einem öffentlichen Gebäude, davon auszugehen, dass während der nächtlichen Stunden keine oder nur eine geringe Menge an Wasser entnommen wird. Auftretende Druckverluste sind daher minimal und die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen der Pumpe reduziert sich auf ein Minimum bzw. geht gegen Null. Darauf aufbauend ist auch davon auszugehen, dass die Anzahl von Ein- und /oder Ausschaltvorgängen während dieses Zeitfensters über mehrere Tage hinweg nahezu konstant bleibt, d.h. es ist üblicherweise während dieser Zeit nicht mit erheblichen Abweichungen zu rechnen.
Es kann daher ein verlässlicher Referenzwert für diesen Zeitabschnitt bestimmt werden.
Theoretisch ist es ausreichend, die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen während eines einzelnen Lernzeitfensters, beispielsweise mehrerer Stunden in der Nacht zu erfassen. Zur Optimierung der Referenzwertbildung ist es jedoch bevorzugt, die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen mehrmals zu bestimmen, insbesondere für eine definierbare Anzahl von sich periodisch wiederholenden Lernzeitfenstern, d.h. über mehrere Tage hinweg. Für die wiederholte Ermittlung der Einzelwerte kann dann der Durchschnittswert und/oder der Medianwert berechnet und als Referenzwert verwendet werden. Auf diese Weise können ereignisbedingte Ausreißer herausgemittelt werden.
Wie bereits vorstehend angesprochen wurde, kann ein solches Lernzeitfenster durch eine bestimmte Stundenanzahl eines bestimmten Tagesabschnitts definiert sein. Ein geeignetes Lernzeitfenster für ein öffentliches Gebäude kann bspw. durch einen Zeitraum von 21 :00 Uhr abends bis 06:00 Uhr morgens gegeben sein. Die Definition des Lernzeitfensters kann manuell durch den Nutzer erfolgen oder fest in der Steuerung hinterlegt sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist es ebenso vorstellbar, dass das Lernzeitfenster durch einen adaptiven Lernalgorithmus optimiert wird. Vorstellbar ist es in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass ein solcher Algorithmus die Häufigkeitsverteilung der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge innerhalb des initial festgelegten Lernzeitfensters bzw. einer Vielzahl von sich periodisch wiederholenden Lernzeitfens- tern ermittelt. Anschließend wird das Lernzeitfenster um diejenigen Zeiträume, die sich durch eine besonders hohe Häufigkeit von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen auszeichnen, reduziert. Vorstellbar ist es auch, dass für das neue Lernzeitfenster der zeitliche Abschnitt mit der geringsten Häufigkeit von Schaltvorgängen ausgewählt wird. Beispielsweise könnte das initiale Lernzeitfenster von 20:00 Uhr abends bis morgens um 07:00 Uhr definiert sein. Gebäudeabhängig kann jedoch in den frühen Abendstunden noch ein vergleichsweise hoher Trinkwasserverbrauch vorliegen, sodass sich gerade im Zeitraum von 20:00 Uhr - 23:00 Uhr abends noch eine vermehrte Wasserentnahme mit einer über einen Schwellwert liegenden Häufigkeit von Ein- und/oder Ausschaltvorgänge der Pumpe feststellen lässt. Durch die Ermittlung der Häufigkeitsverteilung könnte für das adaptiv optimierte Lernzeitfenster dann nur der Zeitraum von 23 Uhr bis 7 Uhr morgens in Betracht gezogen werden. Im Anschluss wird dann für dieses neue Zeitfenster mindestens einmal die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen bestimmt um den Referenzwert zu ermitteln.
Vorstellbar ist es ebenso, dass für die adaptive Bestimmung des Lernzeitfensters neben der Häufigkeitsverteilung auch weitere Parameter Berücksichtigung finden. So kann eine Information über die Art der hydraulischen Anlage bzw. die konkrete Anwendung und deren Installationsort von Bedeutung sein. Wesentlich kann bspw. sein, ob es sich bei dem über die Anlage versorgten Gebäude um ein öffentliches Gebäude, das erfahrungsgemäß tagsüber genutzt wird, handelt oder stattdessen um privaten Wohnraum, bei diesem auch von einer vermehrten Trinkwasserentnahme während der Abend- bzw. Nachtstunden auszugehen ist. Diese Erkenntnisse kann ebenso zur Optimierung des Lernzeitfensters einfließen. Gemäß bevorzugter Ausgestaltung wird nach der Bestimmung des Referenzwertes das Überwachungszeitfenster festgelegt. Sinnvollerweise wird das Überwachungszeitfenster übereinstimmend mit dem zuvor festgelegten Lernzeitfenster definiert. Es spricht jedoch theoretisch nichts dagegen, hier Abweichungen zwischen Überwachungszeitfenster und Lernzeitfenster zuzulassen.
Auch für die laufende Überwachung im regulären Anlagenbetrieb ist es grundsätzlich ausreichend, die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen der Pumpe während eines Überwachungszeitfensters zu ermitteln und gegen den Referenzwert zu vergleichen. Der Vergleich einer Durchschnittsanzahl bzw. eines Medianwertes der Ein- und/oder Ausschaltvorgängen über eine Mehrzahl von sich periodisch wiederholenden Über- wachungsfenstern mit dem Referenzwert hat auch hier den Vorteil, dass etwaige Ausreißer herausgemittelt werden können.
Die genannte Durchschnittsanzahl bzw. der Medianwert kann nach einer fest vorgebbaren Anzahl von Überwachungszeitfenstern ermittelt und dann gegen den Referenzwert verglichen werden. Denkbar und bevorzugt ist die Ermittlung eines gleitenden Durchschnittswertes bzw. Medianwertes, der immer aus einer spezifischen Anzahl vergangener Überwachungsfenster errechnet wird. Nach einer bestimmten Anzahl von Überwa- chungsfenstern wird eine solcher Wert erstmalig berechnet und dann laufend nach jedem weiteren Überwachungszeitfenster aktualisiert.
Für den Vergleich der Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen während wenigstens eines Überwachungsfensters mit dem Referenzwert ist es vorstellbar, dass bereits bei einer Überschreitung des Referenzwertes von einer Anomalie bzw. einer Leckage ausgegangen wird. Denkbar ist es jedoch, erst bei einer Überschreitung um einen einstellbaren Mindestanteil von einer Anomalie auszugehen, so beispielsweise einer Überschreitung des Referenzwertes um mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 15 %, besonders bevorzugt mindestens 20 %.
Nach Erkennung einer Anomalie bzw. einer Leckage kann die Steuerung eine Warnmeldung generieren und optional ausgeben. Eine solche Warnmeldung kann akustisch und/oder visuell erzeugt werden. Denkbar ist es ebenfalls, dass die Steuerung mittels eines Kommunikationskanals eine solche Warnmeldung an ein Drittgerät oder eine Zentrale bzw. Cloud übermittelt.
Denkbar ist es, dass neben der Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge auch die jeweilige Einschaltdauer zu berücksichtigen, d.h. die Dauer für die die Pumpe nach erfolgter Einschaltung aktiv läuft. Die Einschaltdauer kann bspw. über ein Überwachungszeitfenster summiert werden. Die Berücksichtigung der Betriebsdauer während eines Überwachungszeitfensters kann unter Umständen eine Differenzierung zwischen einem regulären Einschaltgrund und einem leckagebedingten Einschaltgrund ermöglichen, da bei einer regulären Trinkwasserentnahme üblicherweise ein deutlich höheres Volumen entnommen wird als dies durch eine Leckage im Rohrleitungsnetz der Fall ist.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung basiert im Wesentlichen auf der Ermittlung einzelner Ein- und/oder Ausschaltvorgänge, wobei die Pumpe hier eine bedarfsgerechte Regelung, insbesondere eine Druckregelung vorsieht. Vorstellbar ist es in diesem Zusammenhang ebenso, dass die Pumpe bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet wird, jedoch stattdessen der durch die Pumpe geförderte Volumenstrom mittels eines Volumenzählers, insbesondere eines in der Pumpensteuerung integrierten Volumenzählers, erfasst wird. Insbesondere wird das geförderte Volumen innerhalb eines bestimmten Überwachungszeitfensters erfasst und gegen einen Referenzwert verglichen, der ebenfalls innerhalb eines Lernzeitfensters als Regelfall ermittelt wurde. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses der beiden Volumina kann dann ebenso auf eine Anomalie bzw. eine Leckage innerhalb der hydraulischen Anlage geschlossen werden. Hierbei ist davon auszugehen, dass bei Auftreten einer Leckage in der Anlage ein erhöhtes Volumen gefördert wird, das dann durch den entsprechenden Vergleich des Ist- Volumens während eines Überwachungszeitfensters gegen einen Referenzwert erkannt werden kann.
Auch in Verbindung mit einer Überwachung des geförderten Volumens innerhalb eines Überwachungszeitfensters kann die Berücksichtigung der Einschaltdauer sinnvoll sein. Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ebenso eine hydraulische Anlage, insbesondere eine Druckerhöhungsanlage, bevorzugt für die Trinkwasserversorgung eines Gebäudes, mit wenigstens einer Kreiselpumpe sowie einer Pumpensteuerung. Die Erfindung umfasst ebenso eine Kreiselpumpe mit entsprechender Pumpensteuerung. Erfindungsgemäß ist die Pumpensteuerung derart konfiguriert, sodass diese das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den vorstehenden Erläuterungen ausführen kann.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 : eine Diagrammdarstellung der Anzahl ermittelter Einschaltvorgänge über die Zeit und
Figur 2: eine Diagrammdarstellung des gleitenden Medianwertes der gezählten Einschaltvorgängen über der Zeit.
Die Diagrammdarstellung der Figur 1 zeigt eine Diagrammdarstellung, auf deren x- Achse die Anzahl an Tagen aufgetragen ist und dessen y-Achse die Anzahl an Einschaltvorgängen pro Lern-ZÜberwaschungszeitfenster wiedergibt. Die Messreihe wurde exemplarisch für eine Druckerhöhungsanlage eines öffentlichen Gebäudes erstellt. Wenigstens eine Kreiselpumpe wird in der hydraulischen Anlage mit einer Vielzahl von Wasserentnahmestellen zur Druckerhöhung eingesetzt. Die wenigstens eine Pumpe wird dabei bedarfsgerecht geregelt, d.h. die Anlage soll einen möglichst konstanten Soll-Druck bereitstellen. Sinkt der Druck unter einen Soll-Wert ab, wird die Pumpe eingeschaltet, erfolgt keine oder nur eine geringe Abnahme, wird die Pumpe ausgeschaltet.
Bei der hier aufgezeigten Messreihe ist das Überwachungszeitfenster identisch zum Lernzeitfenster gewählt und pro Tag werden die in der Zeitspanne von 21 Uhr bis 6 Uhr morgens auftretenden Einschaltvorgänge gezählt. Nach der Inbetriebnahme der Anlage wird zunächst ein Lernprozess 10 ausgeführt. Für insgesamt elf Tage wird hier die Anzahl von Einschaltvorgängen innerhalb des definierten Zeitfensters gezählt. Das verwendete Zeitfenster mit der Zeitspanne von 21 Uhr bis 6 Uhr morgens wird hier als Lernzeitfenster verstanden. Aus den insgesamt vierzehn gezählten Einzelwerten wird dann der Mittelwert oder Medianwert gebildet und als Referenzwert 20 für die nachfolgende Überwachung eingesetzt.
Für die Überwachung wird das Überwachungszeitfenster identisch zum Lernzeitfenster definiert, d.h. es werden immer die Einschaltvorgänge in der Zeit von 21 Uhr bis 6 Uhr gezählt. Allerdings wird hier nicht der Wert pro Tag gegen den vorbestimmten Referenzwert verglichen, sondern stets der Medianwert aus einer Messreihe über eine definierbare Anzahl von Tagen verwendet. D.h. für eine Messreihe werden die Anzahlen von Einschaltvorgängen für bspw. 14 Tage zusammengefasst und daraus der Medianwert gebildet.
Figur 2 zeigt eine solche Diagrammdarstellung, bei dieser der Medianwert für eine Anzahl von vierzehn Tagen gegenüber der Zeit aufgetragen ist. Zudem handelt es sich bei dem aufgetragenen Medianwert um einen Gleitwert, der stets für die zurückliegenden vierzehn Tage bestimmt wird.
Ebenfalls ist in der Figur 2 der zuvor bestimmte Referenzwert 20 eingetragen, der hier den Wert drei annimmt. Für die Detektion muss der Medianwert diesen Referenzwert um mindestens 10% überschreiten, bis eine Warnmeldung erkannt und ausgegeben wird. Die entsprechende Grenzlinie ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 30 markiert. In der Darstellung der Figur 2 überschreitet der Medianwert die Grenzlinie 30 erstmalig nach Tag 37 der Überwachung und es wird eine Warnmeldung vom System erzeugt.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage auf Anomalien wie Leckagen sowie hydraulische Anlage mit einer Steuerung konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens
1 . Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage, insbesondere einer Druckerhöhungsanlage, mit wenigstens einer Kreiselpumpe und einer Pumpensteuerung, wobei die Kreiselpumpe durch die Steuerung bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgänge der Pumpe über wenigstens ein bestimmtes Überwachungszeitfenster gezählt und gegen einen Referenzwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses auf eine Anomalie innerhalb der hydraulischen Anlage geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Anomalie um eine Leckage in der hydraulischen Anlage handelt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bedarfsgerechte Ein- und/oder Ausschaltung in Abhängigkeit eines hydraulischen Parameters erfolgt, insbesondere wird die Pumpe bei Unterschreiten eines Soll-Druckes in der Anlage eingeschaltet und bei geringer Abnahme, vorzugsweise bei Unterschreiten eines Mindestförderstroms, ausgeschaltet.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert manuell durch den Benutzer vorgebbar ist oder während eines Lernprozesses der Kreiselpumpe bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lernprozesses die Anzahl von Ein- und/oder Ausschaltvorgängen der Kreiselpumpe während wenigstens eines Lernzeitfensters bestimmt und als Referenzwert festgesetzt oder für die Festlegung des Referenzwertes verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschnittsanzahl oder der Medianwert der Ein- und Ausschaltvorgängen über eine definierbare Zahl von sich periodisch wiederholenden Lernzeitfenstern gebildet wird und als Referenzwert festgelegt oder für die Festlegung des Referenzwertes verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernzeitfensterfür den Lernprozess adaptiv bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeitsverteilung der Ein- und Ausschaltvorgängen innerhalb des Lernzeitfensters bzw. einer Vielzahl von sich periodisch wiederholenden Lernzeitfenstern ermittelt wird und vorzugsweise solche Zeitbereiche für die adaptive Optimierung des Lernzeitfens- ters ausgeklammert werden, die eine hohe bzw. die höchste Frequenz von Ein- und Ausschaltvorgängen aufweisen, insbesondere die Frequenz über einem Schwellwert liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die adaptive Bestimmung des Lernzeitfensters weitere Parameter berücksichtigt werden, wie bspw. die Art der hydraulischen Anlage bzw. der Installationsort der hydraulischen Anlage.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungszeitfenster auf das Lernzeitfenster abgestimmt wird, insbesondere auf das zuvor adaptiv ermittelte Lernzeitfenster.
11 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschnittsanzahl oder der Medianwert von Ein- und Ausschaltvorgängen über eine definierbare Anzahl von sich periodisch wiederholenden Überwa- chungsfenstern bestimmt und gegen den Referenzwert verglichen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Durchschnittsanzahl oder dem Medianwert um einen gleitenden Wert handelt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anomalie, insbesondere eine Leckage, erkannt wird, wenn die Anzahl der Ein- und/oder Ausschaltvorgängen während eines Überwachungsfensters bzw. die bestimmte Durchschnittsanzahl bzw. der Medianwert den Referenzwert überschreitet, insbesondere um mindestens einen einstellbaren Anteil überschreitet, bspw. um mindestens 10%, bevorzugt mindestens 15%, besonders bevorzugt um mindestens 20%.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bei Erkennung einer Anomalie eine Warnmeldung erzeugt, diese bspw. akustisch und/oder visuell signalisiert und/oder mittels eines Kommunikationskanals an ein Drittgerät übertragen wird.
15. Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Anlage mit wenigstens einer Kreiselpumpe und einer Pumpensteuerung, wobei die Kreiselpumpe durch die Steuerung bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Pumpe geförderte Volumen über die Dauer wenigstens eines Überwachungszeitfenster erfasst wird und gegen einen Referenzwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses auf eine Anomalie innerhalb der hydraulischen Anlage geschlossen wird.
16. Hydraulische Anlage, insbesondere Druckerhöhungsanlage, bevorzugt für die Trinkwasserversorgung eines Gebäudes, mit wenigstens einer Kreiselpumpe sowie einer Steuerung, die konfiguriert ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
17. Kreiselpumpe mit einer Pumpensteuerung konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Schritten eines der Ansprüche 1 bis 15.
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