SE425988B - Sett att behovsberoende reglera en pumpanordnings transportmengd och regulator for genomforande av detta sett - Google Patents

Description

7 81 31 1 3 - 3 - 2 en tillsatspump, som sker vid slutet av regleringsomrádet, om- kopplas till början av sitt regleringsomràde och vid nedreglering vid frånkopplíng av en tillsatspump, som sker vid början av reg- leringsområdet, omkopplas till regleringsområdets slut.

Vid tillämpning av detta förfaringssätt erfordras ej nå- got trycklagringskärl såsom ett vattentorn eller en hydrofor.

Trycket i systemet upprätthålles i stället till följd av den ständiga regleringen av regleringspumpen och tillkopplingen av en eller flera tillsatspumpar. Regleringspumpen är enbart dimensio- nerad för en del av den totala transportmängden och är därför ej alltför kostnadskrävande. Tillsatspumparna betingar för övrigt ett lågt pris till följd av deras konstanta drift. Med hjälp av regulatorn kan tryckvariationer i systemet undgås i stor utsträck- ning. Det är dessutom möjligt att åstadkomma bestämda samband mellan behovet och trycket, som skall utvecklas.

Regleringsavvikelsen kan underkastas P- och eventuellt I- och D-behandling. På detta sätt kan kolvpumpar regleras fördel- artigt. Men regleringsavvikelsen kan dessutom underkastas kvadrat- rotsutdragning. På detta sätt kan utsignalen från regulatorn bi- bringas linearitet, när centrifugalpumpar användes. En annan möjlighet består däri, att till ett börvärde tillfoga en styrstor- het, som är beroende av transportmängden. På detta sätt kan hän- syn tagas till av transportmängden beroende tryckfall i lednings- systemet, så att trycket hålles i det närmaste konstant vid för- 'brukningsställenæ Denna styrstorhet kan avdelas t.ex. från sum- man av samtliga pumpars varvtal eller någon motsvarande storhet, eftersom denna varvtalssumma vid kolvpumpar med konstant slag motsvarar transportmängden. Det är ändamålsenligt att från styr- storheten bortfiltrera högre frekvenser. Härigenom tages ej hän- syn till kortvariga trycktoppar i systemet, medan tryckfallet till förbrukningsstället kompenseras vid verkliga ändringar av uttaget.

Vidare är det gynnsamt, att regleringen avbrytes under en förutbestämd vilotid efter regleringspumpens omkoppling. Häri- genom fâr eventuellt kortvarigt efter omkopplingen uppträdande störningar ej något inflytande på regleringen. Dessutom kan medelst regulatorn tillsatspumpen, som för tillfället skall in- kopplas, väljas enligt en bestämd ordningsföljd. På detta sätt är tillsatspumparna ej samordnade med bestämda transportmängd-J 77813113-5 zoner, så att pumparna utsättas för likformig förslitning.

En regulator för genomförande av detta förfaringssätt kännetecknas enligt uppfinningen av dels en mikrodator eller be- räkningsenhet, dels en tryckgivare, som avger en analog trydk- signal, dels en analog-digitalomvandlare, via vilken åtminstone trycksignalen i digital form är tillförbar beräkningsenheten, dels ett styrsteg för en regleringspump, dels en digital-analog- omvandlare, via vilken en från beräkningsenheten avgiven digital styrande ställsignal i analog form är tillförhar detta styrsteg, och dels en omkopplare för var och en av tillsatspumpar, vilken omkopplare är tillförbar en digital omkopplingssignal från be- räkningsenheten.

En dylik mikrodator kan i beroende av sin programmering ej enbart såsom regulator med ledning av regleringsstorheterna beräkna motsvarande ställstorheter utan även uppdela ställstor- heten i en styrsignal för regleringspumpen och en omkopplings- signal för tillsatspumparna, fastlägga ordningsföljden för till- satspumparna, utföra särskilda beräkningsoperationer för korri- gering och kompensation och liknande. Eftersom mikrodatorn en- dast arbetar digitalt, är analog-digital- och digital-analog- omvandlare anordnade på ingångs- och utgångssidan, såvida digi- talstyrning, som föreligger vid omkopplingsanordningen för till- satspumparna, ej är tillräcklig.

Via analog-digitalomvandlaren kan även inställbara kon- stanter såsom ett tryokbörvärde eller en proportionalitetsfaktor tillföras, varvid dessa är uttagbara från potentiometrar i form av spänningar. Eftersom dessa potentiometrar medelst styrsteget i mikrodatorn avropas efter varandra, är en dylik omvandlare tillräcklig för att införa samtliga konstanter i beräkningsproce- duren.

Det är vidare gynnsamt, om analog-digitalomvandlaren om fattar en komparator med två ingångar, varav den första mottager för omvandling avsedda analogsignaler och den andra ingången är förbunden med analogsignalutgången på en digital-analogomvandlare, medan beräkningsenheten omfattar digitalsignallagrande minnen, som efter varandra är inkopplingsbara till ingången på digital- -analogomvandlaren och den av jämförelseresultatet beroende ut- signalen från komparatorn tillföras innehållet i minnena samti- digt med de för tillfället tillhörande analogsignalerna. Efter- 7813113-5 4 som en digital-analogomvandlare är avsevärt enklare och billiga- re att framställa än en analog-digitalomvandlare, kan den efter- strävade analog-digitalomvandlaren jämförelsevis ekonomiskt upp- byggas med en dylik digital-analogomvandlare, en komparator och motsvarande minnen i mikrodatorn. Med en ingång på mikrodatorn kan vidare ett tal inmatningssteg vara förbundet, medelst vilket antalet förekommande tillsatspumpar är ínmatningsbart. På detta sätt är mikrodatorn informerad om antalet tillsatspumpar, som står till förfogande.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i exempelform med ledning av åtföljande ritning, där fig. 'l visar kopplingsschemat för en regulator enligt uppfinningen med tillhörande pumpanord- ning och fig. 2 ett förenklat blockschema över signalflödet i regulatorn enligt fig. 1.

I fig. *I visas en pumpanordníng 1, som omfattar en regle- ringspump 2 och fyra tillsatspumpar 3, 4, 5 och 6, som samtliga är parallellkopplade inbördes i ett ledningsnät '7 och transporte- rar vätska via en gemensam utgång 8 till ej visade förbmkare 9.

I föreliggande fall avses ledningsnätet för ett vattenverk med ett mycket stort antal förbmkare. Regleringspumpen 2 är regler- bar medelst ett swrsteg 10 på sådant sätt, att transportmängden inom ett förutbestämt regleríngsområde ständigt kan ändras från ett minimum- till ett mamlmumvärde. Tillsatspumparna 5-6 är me- delst en omkopplingsanordning '11 till- och frånkopplingsbara en- skilt eller i godtyckliga kombinationer och avger var för sig en konstant transportmängd. Tillsatspumparna har inbördes lika di- mensioner och deras transportmängd motsvarar i huvudsak skillna- den mellan regleringspumpens 2 maximala och minimala transport- mängd.

Vid utgången 8 på pumpanordningen 'l befinner sig en tryck- givare 12, som avger en analog trycksignal p1. Trycksignalen kan vara bildad av en ström mellan O och 20 mA., som ger upphov till ett spänningsfall över ett motstånd H1. Till följd härav uppträ- der trycksignalen p1 såsom en spänning vid en ingång på en ana- logsignalomkopplare 13, som via en styrledning 'lll- styres på sådant sätt, att den vid varje arbetsperiod en gång avropar sina ingång- ar. De övriga ingångarna på denna omkopplare '13 är förbundna med inställningsanordningar 15a-15f, som består av var sin potentio- meter ZP, som är inkopplad mellan en fast spänning U'| och jord gch i 7813113-3 5 vars rörliga uttag är förbunden med nämnda ingång på omkopplaren 43. Endast såsom exempel anges, att med inställningsanordningen 15a tryckreferensen Ho kan inställas, med inställningsanordningen 15b proportionalitetsfaktorn Kp, med inställningsanordningen 15c integraltiden Ti, med inställningsanordningen 15d differential- tiden Td, medan med inställningsanordningan 15e en för tryckfal- let i ledningsnätet utslagsgivande konstant G2 kan inställas och med inställningsanordningen 45f slutligen viloläget Tm.

Den viktigaste delen av regulatorn är en mikrodator M, till vilken de via ledningen 16 avgivna analoga utsignalerna från omkopplaren 15 kan inmatas via en analog-digitalomvandlare 47. För ändamålet ingår en komparator 18, vars ena ingång 49 är förbunden med ledningen 46, medan dess andra ingång 20 är förbun- den med utgången på en digital-analog-omvandlare 21, som i sin tur via en dataledning 22 är förbunden med digitalsignallagrande minnen 25, som endast är antydda i mikrodatorn M. När komparatorn 18 via sin utgángsledning 24 tillför mikrodatorn M en från noll avvikande signal, ändras innehållet i det för tillfället utslags- givande minnet 25, tills nollsignalen uppnås. På detta sätt an- passas digitalvärdena i minnena 25 till tryekgivarens 42 och in- ställninganordningarnas 15a-15f analogvärden. Mikrodatorn M be- räknar två utsignaler, nämligen en digital styr-ställsignal sd och en digital-omkoppling-ställsignal s2. Den förra inmatas via en dataledning 25 till en digital-analogomvandlare 26, som via ana- logsignalledningen 27 matar en analog styr-ställsignal till styr- steget 10, som i sin tur bestämmer varvtalet och därmed trans- portmängden för regleringspumpen 2. Via en dataledning 28 över- förâšignalen s2 eventuellt via ett vanligt in-utsteg till omkopp- lingsanordningen 11, i vilken ett eller flera reläer för omkopp- ling av tillsatspumparna 3-6 manövreras medelst denna signal.

Hed mikrodatorn M är via en dataledning 29 en indikator 30 förbunden, som medelst en omkopplare 31 kan anslutas till ett av minnena 23 för ingångsvärden eller med ledning härav beräknade värden, så att dessa indikeras i form av siffror. På detta sätt kan t.ex. det inställda tryokbörvärdet Ho, det uppmätta trycket p1 eller något annat godtyckligt värde indikeras.

En omkopplingsanordning 32 möjliggör val av området för integraltiden Ti, inom vilket inställningsanordningen 15c skall vara verksam. Vid ett inställningsläge är t.ex. integraltidenJ 7813113-3 6 oändlig, i ett andra inställningsläge har integraltiden en var- aktighet av 1 till 500 sekunder och i ett tredje inställningsläge en varaktighet av 0,5 till 20 minuter. Dessutom ingår ett tal- inmatningssteg 55, medelst vilket antalet förekommande tillsats- pumpar kan meddelas mikrodatorn M. Denna inmatning kan ske digi- talt ooh det är tillräckligt att förbinda strömställare med en konstant spänning. Med ingången på mikrodatorn är dessutom ett block 54 med flera programkopplare förbundet. Sålunda kan t.ex. en första programkopplare 54a användas för àstadkommande av kvadratrotsutdragning (jämför fig. 2). Ytterligare en program- kopplare šßb kan användas för hänsynstagande till en av trans- portmängden beroende styrstorhet vid beräkning av ställsignalen.

Regulatorns verkningssätt beskrives nu nedan med ledning av fig. 2. I det visade drifttillståndet tillföres en jämförel- sekoppling 55 å ena sidan tryckbörvärdet Ho och à andra sidan Re gleringsavvikelsen E(K) under- Den häri det uppmätta tryckvärdet p1. kastas PID-behandling, såsom visas inom blocket 56. dessutom visade provningstiden Ts kan exempelvis uppgå till 100 sekunder. Övriga värden har redan beskrivits ovan. Det på detta sätt bildade värdet U(K) utgör direkt ställsignalen s, som i ett uppdelningssteg 57 uppdelas i styr-ställsignalen s1 och i omkopp- ling-ställsignalen s2 på sådant sätt, att båda tillsammans utgör ett mått på den totala transportmängd, som skall avges. Ställ- signalen s2 överföres dessutom via ett steg 38 för val enligt ordningsföljd, som avger en modifierad omkoppling-ställsignal s2'.

På detta sätt säkerställes, att tillsatspumparna 5-6 ständigt försättes i drift i samma ordningsföljd efter varandra. Efter- som ställsignalen s2 endast kan ändras språngartat, kan omkopp- lingsförloppet för tillsatspumparna 5-6 och omkopplingsförloppet för regleringspumpen 2 fastställas exakt, varefter regleringsför- loppet i mikrodatorn M på ej angivet sätt avbrytes under en förut bestämd vilotid.

Hittills har antagits, att pumparna 2-6 är kolvpumpar, men även centrifugalpumpar kan användas. För ändamålet omställes programkopplaren 54a till sitt andra läge. Då uppkommer ej läng- re värdet U(K) utan dess kvadratrot i kombination med en faktor C1 såsom ställsignal s. Härigenom blir det möjligt att lineari- sera utgångsvärdet, dvs. transportmängden med hänsyn till det uppmätta trycket. fài si i1 sid-Ms När programkopplaren 54b omställes, överlagras på tryck- börvärdet Ho i ett additíonssteg 40 en styrstorhet G2 .II an, som motsvarar ett sådant extra tryckfall AH, som uppträder vid högre transportmängder i ledningsnätet. Detta uttryck bildas i ett block 41 direkt med ledning av ställstorheten s, som ju vid kolvpumpar med konstant slag är proportionell mot varvtalssumman.

Summan av börvärde och styrstorhet tillföres ett lâgpassfilter 42, som bortfiltrerar högre frekvenser och därmed kortvariga trycktoppar. Härigenom erhålles ett jämförelsevis konstant, kompenserat börvärde Setpo. Räkningen framgår av texten i bloc- ket 42. Såsom ny storhet uppträder uteslutande en fast tid T av ca 600 sekunder. Till följd av denna åtgärd är det möjligt att uppnå, att trycket förblir i det närmaste konstant vid förbruk- ningsstället, även om transportmängden till följd av olika för- brukning måste ändras kraftigt.

Uppdelningen av ställsignalen s i uppdelningssteget sker på sådant sätt, att vid små värden, dvs. inom en undre trans- portmängdszon, enbart regleringspumpen 2 arbetar. Vid ytterli- gare ökning av signalen s inkopplas tillsatspumparna 5-6 efter varandra, varvid regleringspumpen samtidigt omkopplas från slu- tet till början av sitt regleringsomràde. Avsnitten mellan in- koppling av en tillsatspump och inkoppling avnästa tillsatspump betecknas såsom övre transportmängdzoner. Vid avtagande signal s sker omkopplingen i motsatt ordningsföljd.

Indikatorn är utformad på sådant sätt, att en indikerings- ändring i avstånd av ca 1 sekund är möjlig. Strömställarna i talinmatningssteget 55 och prógramkopplarblocket 54 kan vara an- ordnade i en enda modul, som anordnas i apparaten såsom en tryckt koppling. De analoga signalerna kan utan vidare vara bil- dade av en ström från O till 20 mA eller någon motsvarande spän- ning.

Regulatorn lämpar sig ej enbart för vattenverk utan även för fjärrvärmeverk, kylanläggningar eller luftkonditionerings- anläggningar och framför allt i de fall, då montering av ett trycklagringskärl stöter på svårigheter.

Claims (16)

7813113-5 Patentkrav r

1. Sätt att behovsberoende reglera en pumpanordnings transportmängd, isynnerhet vid vattenverk, k ä n n e t e c k - n a t av att transportmängden ständigt ändras i beroende av tryck därigenom, att en regleringspump inom en undre transport- mängdzon ensam drives med ett inom ett förutbestämt reglerings- omràde ständigt variabelt varvtal och parallellt härmed must en tillsatspump inom minst en anslutande övre transportmängd- zon drives med konstant varvtal och att regleringspumpen vid uppreglering vid tillkoppling av en tillsatspump, som sker vid slutet av regleringsområdet, omkopplas till början av sitt reg- leringsområde och vid nedreglering vid frànkoppling av en till- satspump, som sker vid början av regleringsområdet, omkopplas till regleringsområdets slut.

2. F 2. Sättenligtkrav1,kännetecknatavatt en regleringsavvikelse förutom P- och eventuellt I- och D-be- handling även underkastas kvadratrotsutdragning.

3. Sätt enligtkrav1 eller2, kännete cknat av att en av transportmängd beroende styrstorhet fogas till ett börvärde. -

4. Sätt enligtkravš, kännet e cknat avatt styrstorheten avledes fràn summan av samtliga pumpars varvtal eller en häremot svarande storhet.

5. Sätt enligtkravš eller4, kännete cknat av att högre frekvenser bortfiltreras från styrstorheten.

6. Sätt enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k - n a t av att regleringen avbrytes under en förutbestämd vilo- tid efter regleringspumpens omkoppling.

7. Sätt enligt något av krav 1-6, k ä n n e t e c k - n a t av att tillsatspumpen, som för tillfället skall inkopp- las, väljes enligt en bestämd ordningsföljd.

8. Regulator för genomförande av sättet enlig: ett eller flera av krav 1-7 att behovsberoende reglera en pumpanordnings transportmängd, isynnerhet vid vattenverk, k ä n n e t e c k - rï a d av dels en mikrodator eller beräkzningsenhet (M), dels 78413113-3 en tryckgivare (12), som avger en analog trycksignal (P4), dels en analog-digitalomvandlare (17), via vilken åtminstone tryck- signalen i digital form är tillförbar beräkningsenheten (M), dels ett styrsteg (10) för en regleringspump (2), dels en digi- tal-analogomvandlare (26), via vilken en från beräkningsenheten avgiven digital styrande ställsignal (s1) i analog form är till- förbar detta styrsteg, och dels en omkopplare (11) för var och en av tillsatspumpar (5-6), vilken omkopplare är tillförbar en digital omkopplingssigrxal (s2) från beräkningsenheten (M).

9. Regulator enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att via analog-digitalomvandlaren (17) även inställbara konstan- ter såsom ett tryckbörvärde (Ho) eller en proportionalitetsfak- tor (Kp) är tillförbara, vilka är uttagbara från potentiometrar i form av spänningar.

10. Regulator enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k - n a d av att analog-digitalomvandlaren (17) omfattar en kompa- rator (18) med två ingångar, varav en första mottager för om- vandling avsedda analogsignaler och den andra ingången är för- bunden med analogsignalutgången på en digital-analogomvandlare (21), att beräkningsenheten (M) omfattar digitalsignallagrande minnen (25), som efter varandra är inkopplingsbara till ingången på digital-analogomvandlaren, och att den av jämförelseresulta- tet beroende utsignalen från komparatorn tillföras innehållet i minnena (25) samtidigt med de för tillfället tillhörande analog- signalerna.

11. Regulator enligt krav 8, 9 eller 10, k ä n n e - t e c k n a d av ett med en ingång på beräkningsenheten (M) för- bundet talinmatningssteg (55), medelst vilket antalet förekom- mande tillsatspumpar (5-6) är inmatningsbart.

12. Regulator enligt något av krav 8-11, k ä n n e - t e c k n a d av en med en ingång på beräkningsenheten (M) för- bunden programkopplare (54a) för utförande av kvadratrotsutdrag- ning.

13. 15. Regulator enligt något av krav 8-12, k ä n n e - t e c k n a d av en med en ingång på berälcningsenheten (M) för- bunden programkopplare (54b) för hänsynstagande till en av trans- portmängden beroende styrstorhet vid beräkning av ställsignaler.

14. Regulator enligt något av krav 10-15, k ä n n e - t e c k n a d av en indikator (50) och en valfritt manövrerbarj §síš11s-5 10 omkopplare (31), medelst vilken indikatorn är :Lnkopplingsbar till minnena (23) för ingångsvärden eller med ledning härav beräknade värden.

15. Regulator enligt något av krav 8-14, k ä n n e - t e c k n a d av en med en ingång på beräkningsenheten (M) för- bunden omkopplingsanordning (52) för att införa olika områden av integreringstidskonstanter.

16. Regulator enligt något av krav 8-15, k 'á n n e - t e c k n a d av att tryckgivaren ('12) är anordnad vid pump- anordningens (1) utgång (8). -I