WO2000034659A1 - Regelvorrichtung für eine membranpumpe - Google Patents

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    • F04B49/06—Control using electricity
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    • F04B2207/04—Settings
    • F04B2207/044—Settings of the rotational speed of the driving motor

Definitions

  • the invention relates to a control device for a diaphragm pump according to claim 1.
  • Diaphragm pumps are used in a variety of ways. They are operated either mechanically or hydraulically. They are used to load filter presses or similar consumers, such as. B. spray tower loads and the like.
  • a pressure transmitter is assigned to the line between the pump and filter press, the output signal of which is sent to a programmable logic controller.
  • a programmable logic controller This creates according to a predetermined program, the corresponding control signal for the frequency converter for adapting the speed of the drive motor to the pressure conditions by changing the output frequency of the converter.
  • Programmable logic controllers as are required for such speed controls, are relatively complex.
  • the invention has for its object to provide a control device for a diaphragm pump, which works with minimal equipment.
  • An electric drive motor in particular a three-phase asynchronous motor, drives the diaphragm pump.
  • the drive motor is supplied via a frequency converter which is variable in frequency and which in turn is connected to the network, for example a 50 or 60 Hz network.
  • the frequency converter has an analog output at which a signal is present, for example a current that is representative of the respective motor torque.
  • a speed setpoint generator which does not specify a constant speed value, but rather a setpoint curve which is stored in the speed setpoint generator.
  • the curve consists of a constant branch, which corresponds to a maximum speed. Since the If the output of the frequency converter is passed to the input of the speed setpoint generator via an inverter, a small signal (motor torque) at the output leads to a large signal (motor speed) at the input of the speed setpoint generator. In other words, for relatively small torques, the speed setpoint generator specifies a maximum speed value. This may well be higher than, for example, such as is achieved at 50 or 60 Hertz. You can even specify a speed value that corresponds to a frequency of 130 Hz, for example.
  • Such a speed setpoint is continued until the torque reaches a critical value. This corresponds to an operating phase in which the consumer pressure has reached the process's cut-off pressure. From this point on, the speed setpoint is moved along a predefined, falling curve, preferably along a straight line. The course of the falling curve or straight line is such that a desired consumer pressure or pressure curve is obtained. As is known, this depends on the respective operating state of the consumer, for example a filter press.
  • the falling curve is followed to a minimum speed, which is then kept constant, for example at a value at which the electric motor is still running smoothly. This corresponds to a speed of 2.0 rpm, for example.
  • the device according to the invention also contains an attenuator. This ensures that the periodic fluctuations in the actual signal which inevitably occur in a diaphragm pump are damped to such an extent that a processable signal is obtained.
  • the device according to the invention has the advantage that it can use a conventional frequency converter which can only be minimally supplemented by corresponding circuit parts. External control and regulating devices are not required. In particular, a pressure transducer can be completely eliminated for control purposes. In practice it has been found that it is readily possible with the invention to react proportionally to the sludge pressure building up in the filter press via the torque of the motor.
  • Fig. 1 shows schematically a block diagram according to the invention.
  • FIG. 2 shows a diagram of the pressure and speed curve for a filter press feed with a device according to FIG. 1.
  • the 1 shows a diaphragm pump 18 which is driven by a three-phase motor 16.
  • the three-phase motor 16 is connected to the mains via a frequency converter 21.
  • the frequency of the motor can be changed between 2 Hz and 130 Hz.
  • the motor currents determined in an inverter 20 are ascertained and appear at an analog output 22 as actual signals for the torque of the motor 16.
  • the signal is a current signal which moves between 0 and 21 mA. Current 0 means infinitely small torque and maximum current means maximum torque.
  • the signal at output 22 swells accordingly.
  • An attenuator 23 ensures a speaking equalization of the actual signal.
  • the damping of the actual signal is preferably carried out with a filter time constant, for example 8 seconds. At the same time, an adjustment to the respective pump size can be achieved with this constant.
  • the actual signal is sent from the output 22 via a line 24 to the input of an inverter 28, which in turn is connected to a speed setpoint generator 30.
  • a speed controller is integrated in the frequency converter 21, which regulates the speed in accordance with the speed setpoint, so that the pump is driven at the required speed.
  • a controller is, for example, a PID controller.

Abstract

Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zur Filterpressenbeschickung oder ähnlicher Verbraucher, mit einem elektrischen Drehstromantriebsmotor für die Pumpe, der über einen in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter mit dem Versorgungsnetz verbunden ist, wobei der Frequenzumrichter einen analogen Ausgang aufweist, an dem ein dem jeweiligen Motormoment entsprechendes Ist-Signal erscheint; einem Drehzahlsollwertgeber, auf dessen Eingang das Ist-Signal über einen Inverter gegeben wird und in dem eine eine Abhängigkeit zwischen dem Motormoment und der Drehzahl herstellende Kurve gespeichert ist derart, daß bei kleinen Ist-Signalwerten die Kurve für die Drehzahl entlang einem konstanten maximalen Wert verläuft und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes für das Ist-Signal allmählich auf einen Mindestwert abfällt; und einer Dämpfungsstufe für das Ist-Signal.

Description

Regelvorrichtung für eine Membranpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für eine Membranpumpe nach dem Patentanspruch 1.
Membranpumpen werden vielseitig eingesetzt. Sie sind entweder mechanisch oder hydraulisch betrieben. Sie dienen etwa zur Beschickung von Filterpressen oder ähnlichen Verbrauchern, wie z. B. Sprühturmbeschickungen und dergleichen.
Bei der Beschickung einer Filterpresse nimmt deren Aufnahmefähigkeit während eines Filtrations-Zyklus ab in dem Maße, wie sich Kuchen aufbaut. In ähnlichem Maß steigt der Druck. Bei dem Betrieb der Pumpe ist daher auf dieses Verhalten Rücksicht zu nehmen. Es ist bekannt, mit ansteigendem Druck den Membranhub zu verringern, um eine Abnahme der Fördermenge bis gegen Null bei Erreichen eines vorher fixierten Filtrationsdruckes vorzusehen.
Es ist ferner bekannt, den Antriebsmotor, beispielsweise einen Drehstrommotor, über einen Frequenzumrichter zu betreiben und die Anpassung der Fördermenge und des Pumpendruckes in Abhängigkeit vom gemessenen Druck vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird der Leitung zwischen Pumpe und Filterpresse ein Druckmeßumformer zugeordnet, dessen Ausgangssignal auf eine speicherprogrammierbare Steuerung gegeben wird. Diese erzeugt nach einem vorgegebenen Programm das entsprechende Stellsignal für den Frequenzumrichter zur Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors an die Druckverhältnisse durch Veränderung der Ausgangsfrequenz des Umrichters. Speicherprogrammierbare Steuerungen, wie sie für derartige Drehzahlregelungen erforderlich sind, sind verhältnismäßig aufwendig.
Aus DE 43 35 403 ist auch bekannt, eine Kunststoffspritzgießmaschine mittels eines Drehstromsynchronmotors und einem Frequenzunirichter zu steuern. Auch bei dieser Anordnung wird der der Spritzeinrichtung zugeführte Druck gemessen und zur Einstellung der Hydraulikpumpe verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zu schaffen, welche mit einem minimalen apparativen Aufwand arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein elektrischer Antriebsmotor, insbesondere ein Drehstromasynchronmotor, treibt die Membranpumpe an. Der Antriebsmotor wird über einen in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter versorgt, der seinerseits mit dem Netz verbunden ist, beispielsweise einem 50 oder 60 Hz-Netz. Der Frequenzumrichter hat einen analogen Ausgang, an dem ein Signal ansteht, beispielsweise ein Strom, der repräsentativ ist für das jeweilige Motormoment.
Bei der Erfindung ist ferner ein Drehzahlsollwertgeber vorgesehen, der nicht einen konstanten Drehzahlwert vorgibt, sondern eine Sollwertkurve, die im Drehzahlsollwertgeber gespeichert ist. Die Kurve besteht zum einen aus einem konstanten Ast, der einer maximalen Drehzahl entspricht. Da der Ausgang des Frequenzumformers über einen Inverter auf den Eingang des Drehzahlsollwertgebers gegeben wird, führt ein kleines Signal (Motormoment) am Ausgang zu einem großen Signal (Motor-Drehzahl) am Eingang des Drehzahlsollwertgebers. Mit anderen Worten, bei relativ kleinen Momenten gibt der Drehzahlsollwertgeber einen maximalen Drehzahlwert vor. Dieser kann durchaus höher liegen als zum Beispiel ein solcher, wie er bei 50 oder 60 Hertz erreicht wird. Es kann sogar ein Drehzahl wert vorgegeben werden, der zum Beispiel einer Frequenz von 130 Hz entspricht. Ein derartiger Drehzahlsollwert wird so lange gefahren, bis das Moment einen kritischen Wert erreicht. Dies entspricht einer Betriebsphase, bei der der Verbraucherdruck den Abregeldruck des Prozesses erreicht hat. Ab diesem Punkt wird der Drehzahlsollwert entlang einer vorgegebenen abfallenden Kurve gefahren, vorzugsweise entlang einer Geraden. Der Verlauf der abfallenden Kurve bzw. der Geraden ist derart, daß ein gewünschter Verbraucherdruck bzw. Druckverlauf erhalten wird. Dieser richtet sich bekanntlich nach dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrauchers, beispielsweise einer Filterpresse.
Der abfallenden Kurve wird bis zu einer minimalen Drehzahl gefolgt, die dann konstant gehalten wird, beispielsweise auf einem Wert, bei dem der Elektromotor gerade noch rundläuft. Dies entspricht zum Beispiel einer Drehzahl von 2,0 U/min.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält auch ein Dämpfungsglied. Dieses sorgt dafür, daß die bei einer Membranpumpe zwangsläufig auftretenden periodischen Schwankungen des Ist-Signals so weit gedämpft werden, daß ein verarbeitbares Signal erhalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie einen herkömmlichen Frequenzumformer verwenden kann, der nur minimal durch entsprechende Schaltungsteile zu ergänzen ist. Externe Steuer- und Regeleinrichtungen sind nicht erforderlich. Insbesondere kann ein Druckaufnehmer zu Regelungszwecken vollständig in Fortfall kommen. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß es mit der Erfindung ohne weiteres möglich ist, proportional auf den sich in der Filterpresse aufbauenden Schlammdruck über das Drehmoment des Motors zu reagieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm über den Druck- und Drehzahlverlauf bei einer Filterpressenbeschickung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Membranpumpe 18 dargestellt, die von einem Drehstrommotor 16 angetrieben ist. Der Drehstrommotor 16 ist über einen Frequenzumrichter 21 an das Stromnetz angeschlossen. Die Frequenz des Motors läßt sich zwischen 2 Hz und 130 Hz verändern. Die in einem Wechselrichter 20 ermittelten Motorströme werden ermittelt und erscheinen an einem Analogausgang 22 als Ist-Signale für das Drehmoment des Motors 16. Das Signal ist ein Stromsignal, das sich zwischen 0 und 21 mA bewegt. Strom 0 bedeutet unendlich kleines Drehmoment und maximaler Strom bedeutet maximales Drehmoment.
Da die Pumpe einen schwellenden Druck erzeugt, ist das Signal am Ausgang 22 entsprechend schwellend. Ein Dämpfungsglied 23 sorgt für eine ent- sprechende Vergleichmäßigung des Ist-Signals. Die Bedämpfung des Ist- Signals erfolgt vorzugsweise mit einer Filterzeitkonstanten, zum Beispiel 8 Sekunden. Gleichzeitig kann mit dieser Konstanten eine Anpassung an die jeweilige Pumpengröße erreicht werden.
Das Ist-Signal wird vom Ausgang 22 über eine Leitung 24 auf den Eingang eines Inverters 28 gegeben, der seinerseits mit einem Drehzahlsollwertgeber 30 verbunden ist.
Bei kleinem Moment erscheint mithin am Eingang des Sollwertgebers 30 ein hohes Signal. Bei diesem Signal wird im Sollwertgeber 30 ein maximaler Wert für die Drehzahl vorgegeben, wobei dieser Wert entlang eines waagerechten Astes nach Fig. 2, der mit 9 bezeichnet ist, über einen vorgegebenen Bereich konstant gehalten wird. Steigt der Druck im Verbraucher an, was sich in einer Erhöhung des Ist-Signals bemerkbar macht, wird das Ausgangssignal des Sollwertgebers 30 entlang eines zweiten Kurvenastes 10, nämlich einer abfallenden Geraden, reduziert, und zwar allmählich auf einen vorgegebenen minimalen Drehzahlwert, der zum 2,0 U/min betragen kann. Die Mindestdrehzahl entspricht der Mindestdurchflußmenge der Pumpe und hält mithin den erreichten maximalen Druck Pmax annähernd konstant bis zum Pressenabschaltdruck.
Es sei noch erwähnt, daß, wie an sich bekannt, im Frequenzumformer 21 ein Drehzahlregler integriert ist, der die Drehzahl nach Maßgabe des Drehzahlsollwertes regelt, damit die Pumpe mit der erforderlichen Drehzahl angetrieben wird. Ein solcher Regler ist zum Beispiel ein PID-Regler.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Regelvorrichtung für eine Membranpumpe zur Filterpressenbeschickung oder ähnlicher Verbraucher, mit
- einem elektrischen Drehstromantriebsmotor (16) für die Pumpe (18), der über einen in seiner Frequenz veränderlichen Frequenzumrichter (20) mit dem Versorgungsnetz verbunden ist, wobei der Frequenzumrichter einen analogen Ausgang (22) aufweist, an dem ein dem jeweiligen Motormoment entsprechendes Ist-Signal erscheint,
- einem Drehzahlsollwertgeber (30), auf dessen Eingang das Ist-Signal über einen Inverter (28) gegeben wird und in dem eine eine Abhängigkeit zwischen dem Motormoment und der Drehzahl herstellende Kurve gespeichert ist derart, daß bei kleinen Ist-Signalwerten die Kurve für die Drehzahl entlang einem konstanten maximalen Wert verläuft und bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes für das Ist- Signal allmählich auf einen Mindestwert abfällt, und
- einer Dämpfungsstufe (23) für das Ist-Signal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abfallende Kurve (20) eine Gerade ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehzahlsollwertgeber (30) ein unterer Drehzahlwert (nmjn) gespeichert ist und das Ausgangssignal konstant gehalten wird, wenn der untere Drehzahlwert (nmin) erreicht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Drehzahlwert (nmax) einer Frequenz des Frequenzumrichters (20) entspricht, die oberhalb der Netzfrequenz liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve (10) programmierbar ist und an den jeweiligen Verbraucher für die Pumpe angepaßt werden kann.
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