WO2008138520A1 - Einrichtung und verfahren zur störungsüberwachung - Google Patents

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WO2008138520A1
WO2008138520A1 PCT/EP2008/003639 EP2008003639W WO2008138520A1 WO 2008138520 A1 WO2008138520 A1 WO 2008138520A1 EP 2008003639 W EP2008003639 W EP 2008003639W WO 2008138520 A1 WO2008138520 A1 WO 2008138520A1
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fault monitoring
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operating
fault
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PCT/EP2008/003639
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Marjan Silovic
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Ksb Aktiengesellschaft
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    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D15/0088—Testing machines
    • 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
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/335—Output power or torque

Definitions

  • the invention relates to a device for fault monitoring of a centrifugal pump driven by a variable speed electrical motor, which device detects, stores and maintains operating values of the engine prior to activation of the fault monitoring and compares current engine operating values with the stored values during a fault monitor, and a method for fault monitoring with such a device.
  • variable speed drive motors For variable speed drive motors, it must be ensured that the drive shuts down in case of failure.
  • the speed change is generally done with so-called frequency converters, which allow by changing the frequency of the frequency converter provided by the voltage system, a nearly continuous speed control of the centrifugal pump.
  • system malfunctions can cause impermissible operating states. This can lead to a fault in the system, for example, due to a pipe break, incorrect operation of valves, too low a delivery rate or the like. Among other things, this may be idling, dry running or falling below a predetermined minimum delivery.
  • a method and a device for fault monitoring are known, according to which a device for fault monitoring runs through a learning function before activating the fault monitoring, in which operating values of the engine are recorded and stored. After memorizing the operating values recorded in the learning function, the device for fault monitoring is activated. In this case, a comparison of the current operating data of the engine with the stored values. When these stored values are reached and / or fallen below, the motor switches off.
  • the method described requires a predetermined commissioning process.
  • the invention has for its object to develop a device and a method for fault monitoring for centrifugal pumps, which can be used with low startup effort even with changing system conditions.
  • the solution to this problem is that the device evaluates a current engine operating point with respect to a limited operating range of the engine and detects a fault when leaving the operating range, the limited operating range is formed by engine operating points.
  • the limited operating range is expediently formed by individual, characteristic engine operating points. By means of this range based on individual, characteristic engine operating points, the fault monitoring is carried out. Measurements in the pumped medium are therefore as little to perform as the acquisition and storage of series of measurements of electric motor sizes during a commissioning phase.
  • the motor sizes are generally known from internal measured values of a frequency converter, so that additional measurements are superfluous.
  • An illustrative embodiment of the invention provides that the operating range in an engine size diagram is limited by at least one limit curve, which includes two engine operating points in each case and connects, in particular, start and end points.
  • the current engine operating point and its position in the engine size diagram are then analyzed continuously or periodically. Upon leaving the limited and / or predetermined range, a fault is detected and a suitable reaction can take place.
  • a bounding curve may optionally be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial. This allows easy adaptation to different system conditions.
  • the device according to the invention comprises means for inputting and / or reading in input and / or parameter values.
  • characteristic engine operating points and types of curves can be entered.
  • the necessary parameters for the definition of the limited operating range can be input manually, regardless of their origin, or by other suitable means, for example in the context of a Parameter transfer can be used, read in.
  • the parameter values are, for example, manually or by means of a measuring device during a learning process in which the electric power of the drive motor is determined at minimum and maximum frequency when the pressure valve is closed and / or open, or determined by means of calculations.
  • the limited operating range of the engine and / or the characteristic engine operating points are derived from an allowable operating range of the centrifugal pump.
  • An admissible operating range of the centrifugal pump is known from its characteristic curves plotted over a delivery rate Q of the centrifugal pump, in particular the delivery height characteristic curves H (Q). From this, a limited operating range of the engine is derived according to the invention.
  • a permissible operating range of a centrifugal pump is defined by characteristic characteristic points, such as minimum or maximum delivery rate of a centrifugal pump.
  • a limited operating range of the motor which is used for fault monitoring, is defined by transmission, for example mathematically, in a motor size diagram and connecting the respective start and end points by limiting curves.
  • a permissible power value P at a frequency f which is between a first, for example minimum, frequency f min and a second, for example maximum, frequency f max must lie within the range defined by the characteristic engine operating points and the limiting curves.
  • the delivery height characteristic of a centrifugal pump is known.
  • Characteristic characteristic points define a permissible operating range of the centrifugal pump.
  • a first boundary curve connects a pair of points (Pmin.min; W, (Pmin.max; fmax) and a second boundary curve connects a pair of points (P ma ⁇ , min; W, (Pmax.max, W) -
  • the first index indicates a first, for example minimum, or second, for example maximum, power at a frequency corresponding to the second index.
  • the points in the power frequency diagram are expediently from the transformation of characteristic points (Q min , min, n min ), (Q min.max, n max ), (Qmax.min; n min ), (Qm a xm a x; n max ) derived a delivery height characteristic of the centrifugal pump.
  • the first index identifies a first or second flow at a speed corresponding to the second index.
  • a range is spanned from already known, characteristic characteristic points of the delivery height characteristic in the power frequency diagram, which serves for a simple fault monitoring.
  • a current power value only needs to be evaluated with regard to its limit values at a current frequency.
  • the limit values are determined from the predefined, stored boundary curve course and / or by interpolation of interpolation points stored in a memory device before a fault monitoring.
  • the points in the power frequency diagram are derived from transformation of characteristic points (Q m i n ; n ne nn), (Q m a x; n ne nn) minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump.
  • the device comprises means for selectively setting an action of the device upon detection of a fault. If a fault is detected, a warning or alarm alarm message is generated and / or continued operation of the centrifugal pump or stopped. It is also thought that an action does not take place immediately upon detection of a fault, but already in the run-up to an impending disturbance. Thus, for example, it is possible to be warned against an imminent departure from the limited operating area.
  • the device for fault monitoring is integrated into a control or regulating device, a switching device, a display and / or a diagnostic device acting on the motor.
  • the means necessary for carrying out the method such as microcomputer, memory device and / or display means and required instructions in the form of computer programs can be integrated into existing control, regulating, display, diagnostic devices, switching devices and / or other electronic devices or arranged in separate devices.
  • Such a device is also able to perform a recording of measured variables and calculated values in addition to a current fault monitoring.
  • a frequency converter powers the motor and / or that it constitutes or includes the fault monitoring device. All engine sizes required for fault monitoring, in particular power and frequency output to the engine, are available anyway during operation of the frequency converter, so that fault monitoring according to the invention can be achieved without additional measured variables.
  • a current engine operating point is evaluated with respect to a limited operating range of the engine and a fault is detected when leaving the operating range, the limited operating range being formed by engine operating points ,
  • the limited operating range is formed by individual, characteristic engine operating points.
  • the operating range in an engine size diagram is limited by at least one limit curve, which includes two engine operating points in each case and in particular connects the start and end points.
  • the bounding curve can be formed by a linear, quadratic or cubic polynomial.
  • a simple method of fault monitoring is obtained when two curves in a power frequency diagram define the limited range.
  • a first limiting curve in the power frequency diagram expediently combines a pair of points (P min , min, W, (Pmin.max, W and a second limiting curve, a pair of points (P ma ⁇ , min; fmin), (Pmax.max, fmax ) -
  • the limited operating range of the engine and / or the characteristic engine operating points are derived from a permissible operating range of the centrifugal pump and / or the points in the power frequency diagram by means of transformation of characteristic points (Qmin. min n m n j), (Qmin.max; n ⁇ ma), (Qmax, mi n; n min), (Qmax.max n max) of the pump head curve of the centrifugal pump are derived.
  • the first index indicates a first or second flow at a speed corresponding to the second index.
  • the points in the power-frequency chart can also by means of transformation of characteristic points; are derived (n QmaxI ne nn) minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump (Q m i n n ne nn).
  • the required conversion to other speeds or frequencies can be done by affinity laws.
  • affinity laws it is provided that when a fault is detected, a warning or A alarm message is generated and / or operation of the centrifugal pump is continued or stopped. Also, an action may be taken before or after leaving the limited operating range.
  • Fig. 1 shows an inventive device for fault monitoring
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a method according to the invention before activation of a fault monitoring
  • FIG. 3 is a flow chart of a method according to the invention during a
  • FIG. 1 shows an inventive device 1 for fault monitoring, consisting of microcomputer 2 with memory device 3, display means 4, as well as means for inputting 5 and means for reading 6 of input, parameter and / or other values.
  • the device 1 has two inputs 7, 8 for reading current power and frequency data of a drive motor, not shown here, of a centrifugal pump.
  • the device 1 can be connected with their inputs 7, 8, for example, to a serial data bus.
  • the centrifugal pump is driven by an electric motor, which is powered by a frequency converter, for example, with variable speed.
  • the device 1 is equipped with outputs 9, 12, 13. Before activating a fault monitoring, operating values of the motor are recorded. This can be done, for example, by inputting four individual characteristic engine operating points ((Pmin.min; fmln), (Pmin.max; fmax) and (Pmax.min; frnin). (Pmax.max, fmax)
  • the curves of the limiting curves are input via the means for inputting 5.
  • About the memory device 3 is a defined, predetermined, limited operating range, here the operating range in a P-f diagram, stored and maintained for a fault monitoring.
  • the means for inputting 5 may for this purpose also, for example, characteristic points (Qmin.min; n min), (Qmin.max; nmax), (Qmax.min; n min). (Qmax.max; n ma ⁇ ) of a flow-head characteristic H (Q) of the centrifugal pump or characteristic points (Q m i n n ne nn), (Qmax n ne nn! Minimum and maximum delivery rate at nominal operation of the centrifugal pump and minimum and maximum speeds or frequencies are entered, from which four points in the power frequency diagram can be determined by transformation of the characteristic points, with which the disturbance monitoring is performed. For this purpose, the required calculation instructions in the form of algorithms available for the microcomputer 2 are stored in the memory device 3.
  • a desired action of the device 1 upon detection of a fault can be set via the means 5, whether a warning or alarm message is generated when a fault is detected and / or an operation of a centrifugal pump is continued or stopped.
  • All the input and / or parameter values and algorithms required in the device 1 can be transmitted via the digital read-out interface 6 via a digital data interface.
  • the device 1 evaluates with its microcomputer 2 during a fault monitoring a current engine operating point, known here via the input quantities power P and frequency f, with respect to the limited operating range of the engine.
  • a current power value P is evaluated only with regard to its limit values at a current frequency f, wherein an exceeding or falling below a respective limit means leaving the limited operating range and leads to the detection of a fault.
  • Results of the fault monitoring or also all data available in the microcomputer 2 are displayed via the display means 4, such as a display 10 or an LED display 11, and provided via the outputs 9, 12, 13 external equipment for further processing available.
  • the outputs 12, 13 can be used, for example, for a warning or alarm message by external devices.
  • the device 1 for fault monitoring is shown as a separate device. It is equally possible that the device is integrated in a control or regulating device, a switching device and / or a display and / or diagnostic device acting on the motor. It is also envisaged that a frequency converter in which the current power and frequency values are permanently determined in any case even represents or contains the device for fault monitoring.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a method according to the invention before the activation of a fault monitoring.
  • a first and a second motor frequency are determined by means of the parameters f m j n and f max .
  • the parameters can be entered into a proposed device by operator actions or are made available as part of a parameter set of the device during a parameterization process.
  • limiting characteristic points of a permissible operating range of a centrifugal pump are defined in FIG. Ideally these are the following characteristic curve points, here designated A to D, a delivery head characteristic of the centrifugal pump which, together with the system characteristic curve, define their permissible operating range:
  • B (Qmin.m a x n max), minimum allowable flow rate Q m ⁇ n at maximum speed n max
  • C (Qm ax .min; n m ⁇ n)
  • D (Qm a xm a x; n max ) maximum permissible flow Q max at maximum speed n m , n .
  • a limiting curve connects, in an engine size diagram, start and end points A “and B” or C “and D", which are derived from the characteristic operating points of the centrifugal pump defining characteristic points A and B or C and D respectively.
  • start and end points A "and B” or C “and D” which are derived from the characteristic operating points of the centrifugal pump defining characteristic points A and B or C and D respectively.
  • further parameters for the course of the curve of a first limiting curve between point A "and B" and a second limiting curve between C “and D" are provided for this purpose, by means of which linear, quadratic or cubic curves can be selected.
  • the different courses serve to adapt the fault monitoring to different plant conditions.
  • the characteristic points A to D are transformed into the corresponding start and end points A "to D" of the limiting curves.
  • a "to D” represent start and end points in a power frequency diagram, P-f diagram for short.
  • B (Pm ⁇ n, ma X ; fmax), minimum power at maximum motor frequency
  • C (P max m i n ; fmin), maximum power at minimum motor frequency
  • D (P max max , fm a x), maximum power at maximum motor frequency.
  • the limiting curves are calculated in a further step 25 according to the desired curve. This is done, for example, by storing a certain number of calculated curve values in a kind of value table. Alternatively, it is sufficient to store the points A "to D" and the type of curves between these points. In any case, a limited range in the engine size diagram is clearly defined by the start and end points and these connecting limit curves, together with their specified curve progressions, and can be used for a subsequent fault monitoring.
  • Fig. 3 shows a typical flow of fault monitoring during operation of a centrifugal pump.
  • a malfunction monitoring according to the invention can be activated after appropriate preparation steps in accordance with those described in FIG. 2 and, during operation of a centrifugal pump, realize inter alia an idling, dry running, minimum quantity and / or overload protection function.
  • current or periodic engine operating values such as electric motor power and motor frequency or speed of the drive motor are detected or determined. These values are either detected by suitable sensor means or are obtained from a speed controller which powers the motor.
  • a frequency converter for example, the current power and frequency values are permanently determined anyway and are available. These are used for fault monitoring without additional measurement effort. It is envisaged that the frequency converter itself represents or contains the device for fault monitoring. Likewise, other tannin are suitable.
  • a current engine operating point in an engine size diagram can be determined in step 32.
  • a Pf diagram according to the invention with a previously determined, predetermined, limited range such an engine operating point is already defined by the current electrical power and the current engine frequency.
  • the engine operating point is within the limited area.
  • the engine operating point under- or overshoots the first or second limiting curve, ie, is outside the limited range.
  • the actual fault monitoring 33 consists in a simple evaluation of the position of the engine operating point in the engine size diagram. For this purpose, the current power value is evaluated with regard to its limit values at a current frequency f.
  • the limit values for a specific frequency can be determined from the predefined, stored limiting curve course.
  • the corresponding curve values for the current frequency value f are determined, if necessary, by means of interpolation methods. Other possibilities for this are known and need not be detailed here.
  • FIG. 4 shows a power frequency diagram (Pf diagram) 41 as an engine size diagram according to the invention together with a delivery height characteristic H (Q) on which it is based in an HQ diagram 42 of a centrifugal pump. Shown are a characteristic curve for maximum speed 43 and a characteristic curve for minimum speed 44 and system characteristics 45 and 46 at minimum or maximum permissible pump flow Q m j n or Q max . Due to a system pressure present in the system, all characteristic curves in the HQ diagram 42 are at a height level 47. The characteristic points A to D define an admissible operating range 48 of the circular pump. If the characteristic points in the HQ diagram 42 are not available, it is also possible to fall back to corresponding points A 'to D' of a characteristic P (Q) 49. By way of example, an operating point 50 of the centrifugal pump is plotted in the region of the characteristic curve 51 of an optimum degree of pump flow Q opt .
  • a transformation of the characteristic points A to D into the points A "to D” in the P-f diagram 41 is graphically illustrated.
  • a transformation from the H-Q diagram 42 into the P-Q diagram 49 and then into the P-f diagram 41 is shown stepwise.
  • available points A 'to D' of a P-Q diagram 49 may be transformed.
  • a limited area 52 is defined by the points A "to D", which is used for fault monitoring.
  • the points A "and B” are connected by a first limiting curve 53 and the points C “and D” by a second limiting curve 54.
  • the limiting curves 53, 54 are linear.
  • Other gradients, such as square or cubic, can be selected depending on the system conditions.
  • a disturbance 36 is detected. It is also readily possible to monitor the disturbance only with respect to one of the two limiting curves 53, 54, ie in the specific case either to perform overload or underload monitoring.
  • a determination of a fault and / or a warning and / or alarm message only takes place if the curves derived from the limit curves are exceeded and / or undershot.
  • the curves derived from the limit curves are exceeded and / or undershot.
  • the over- and / or undershoot has a warning or alarm message result.
  • the limited operating range does not have to be bounded by the points A "to D" as described here, but rather the limited operating range can be formed from other engine operating points and / or from other suitable characteristic points. ner centrifugal pump characteristic, in particular a HQ diagram or a PQ diagram derived.
  • the embodiments in the figure description are essentially limited to an example with power frequency diagram.
  • the described method with device 1 for fault monitoring is transferable to other engine size diagrams, in particular to a power-speed diagram.

Abstract

Einrichtung (1) zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe sowie ein Verfahren zur Störungsüberwachung mit einer solchen Einrichtung (1). Dabei erfasst die Einrichtung (1) vor Aktivierung der Störungsüberwachung Betriebswerte des Motors, speichert diese, hält sie vor und vergleicht während einer Störungsüberwachung aktuelle Betriebswerte des Motors mit den gespeicherten Werten. Die Einrichtung (1) wertet einen aktuellen Motorbetriebspunkt (55) in Bezug auf einen vorgegebenen, begrenzten Betriebsbereich (52) des Motors aus und stellt bei Verlassen dieses Betriebsbereichs (52) eine Störung (36) fest. Der begrenzte Betriebsbereich (52) ist dabei durch Motorbetriebspunkte gebildet.

Description

K S B A k t i e n g e s e l l s c h a f t
Beschreibung
Einrichtung und Verfahren zur Störungsüberwachung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe, wobei die Einrichtung vor Aktivierung der Störungsüberwachung Betriebswerte des Motors erfasst, speichert und vorhält und während einer Störungsüberwachung aktuelle Betriebswerte des Motors mit den gespeicherten Werten vergleicht, sowie ein Verfahren zur Störungsüberwachung mit einer solchen Einrichtung.
Bei Antriebsmotoren mit veränderbarer Drehzahl muss sichergestellt werden, dass bei Störungen bei Bedarf eine Abschaltung des Antriebs erfolgt. Die Drehzahlveränderung erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Frequenzumrichtern, die durch Veränderung der Frequenz des vom Frequenzumrichter zur Verfügung gestellten Spannungssystems eine nahezu stufenlose Drehzahlregelung der Kreiselpumpe ermöglichen. In Anlagen, in denen mit einem solchen drehzahlgeregelten Motor ausgerüstete Kreiselpumpen integriert sind, können durch Anlagenstörungen unzulässige Betriebszustände auftreten. Dies kann beispielsweise durch einen Rohrleitungsbruch, durch eine Fehlbedienung von Armaturen, durch eine zu geringe Fördermenge oder ähnliches zu einer Störung der Anlage führen. Unter anderem können dies Leerlauf, Trockenlauf oder Unterschreitung einer vorgegebenen Mindestfördermenge sein.
Bei mit einem Fördermedium gefüllten Anlagen ist es zum Beispiel bekannt, Sensoren zu integrieren, mit deren Hilfe die Durchflussmenge oder das Vorhandensein eines Fluides registriert wird. Bei Unterschreitung vorgegebener Werte wird dann mit Hilfe eines vom Sensor gelieferten Signals eine Abschaltung des Antriebsmotors bewirkt. Die Verwendung solcher Sensoren stellt jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand dar.
Es ist ebenfalls bekannt, zur Störungsüberwachung elektrische Motorgrößen wie die Leistung und die Drehzahl heranzuziehen. Dabei erfolgt üblicherweise eine Grenzwertüberwachung der Leistung. Eine solche Art der Leistungsüberwachung ist zwar einfach zu realisieren, weist aber den Nachteil auf, dass sie wechselnden Anlagenbedingungen, wie sie in offenen Systemen beispielsweise durch einen sich verändernden Vordruck einer Kreiselpumpe oder druckseitig variierende Abnahmemengen auftreten, nicht ge- recht wird.
Aus der DE 100 17 861 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Störungsüberwachung bekannt, wonach eine Einrichtung zur Störungsüberwachung vor Aktivierung der Störungsüberwachung eine Lernfunktion durchläuft, in der Betriebswerte des Mo- tors erfasst und gespeichert werden. Nach Speicherung der in der Lernfunktion erfass- ten Betriebswerte wird die Einrichtung zur Störungsüberwachung aktiviert. Dabei erfolgt ein Vergleich der aktuellen Betriebsdaten des Motors mit den gespeicherten Werten. Bei Erreichen und/oder Unterschreiten dieser gespeicherten Werte schaltet der Motor ab. Das beschriebene Verfahren bedingt allerdings einen vorgegebenen Inbetriebnah- mevorgang. So werden für eine Leistungsüberwachung bei einem Lernprozess vor Aktivierung der Störungsüberwachung in einem eigens dazu einzustellenden Grenzzustand der Anlage, beispielsweise bei abgesperrtem Fördersystem gemäß aller möglichen Betriebszustände, mehrere verschiedene Drehzahlbereiche angefahren und jeweils die entsprechenden Leistungsabgaben des Antriebsmotors erfasst und gespei- chert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Störungsüberwachung für Kreiselpumpen zu entwickeln, die bei geringem Inbetriebnahmeaufwand auch bei wechselnden Anlagenbedingungen einsetzbar ist. Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass die Einrichtung einen aktuellen Motorbetriebspunkt in Bezug auf einen begrenzten Betriebsbereich des Motors auswertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs eine Störung feststellt, wobei der begrenzte Betriebsbereich durch Motorbetriebspunkte gebildet ist. Der begrenzte Betriebsbereich ist zweckmäßigerweise durch einzelne, charakteristische Motorbetriebspunkte gebildet. Mittels dieses auf einzelnen, charakteristischen Motorbetriebspunkten basierenden Bereichs wird die Störungsüberwachung durchgeführt. Messungen im Fördermedium sind dadurch ebenso wenig durchzuführen wie die Erfassung und Speicherung von Messreihen von elektrischen Motorgrößen während einer Inbetriebnahmephase. Bei drehzahl- geregelten Antrieben sind darüber hinaus die Motorgrößen in aller Regel durch interne Messwerte eines Frequenzumrichters bekannt, so dass zusätzliche Messungen überflüssig sind.
Eine anschauliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Betriebsbereich in einem Motorgrößendiagramm durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere Anfangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve begrenzt ist. Während eines Betriebs der Kreiselpumpe mit drehzahlgeregeltem Antrieb wird dann ständig oder periodisch der aktuelle Motorbetriebspunkt sowie dessen Position im Motorgrößendiagramm analysiert. Bei Verlassen des begrenzten und/oder vorge- gebenen Bereichs wird eine Störung erkannt und es kann eine geeignete Reaktion erfolgen.
Eine Begrenzungskurve kann wahlweise durch ein lineares, quadratisches oder kubisches Polynom gebildet sein. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung an unterschied- liehe Anlagengegebenheiten.
Die Einrichtung weist erfindungsgemäß Mittel zum Eingeben und/oder Einlesen von Eingabe- und/oder Parameterwerten auf. Somit können charakteristische Motorbetriebspunkte und Kurvenarten eingegeben werden. Die notwendigen Parameter zur De- finition des begrenzten Betriebsbereichs können unabhängig ihrer Herkunft manuell eingegeben oder durch sonstige geeignete Mittel, die beispielsweise im Rahmen einer Parameterübertragung Verwendung finden, eingelesen werden. Die Parameterwerte sind beispielsweise manuell oder per Messvorrichtung während eines Lernvorgangs, bei dem bei geschlossenem und/oder offenem druckseitigem Ventil jeweils bei minimaler und maximaler Frequenz die elektrische Leistung des Antriebsmotors bestimmt wird, oder mittels Berechnungen ermittelt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet. Ein zulässiger Betriebsbereich der Kreiselpumpe ist aus deren Kennlinien, aufgetragen über einer Fördermenge Q der Kreiselpumpe, insbesondere der Förderhöhenkennlinien H(Q) bekannt. Daraus wird erfindungsgemäß ein begrenzter Betriebsbereich des Motors abgeleitet. Üblicherweise wird ein zulässiger Betriebsbereich einer Kreiselpumpe durch charakteristische Kennlinienpunkte, wie beispielsweise minimale oder maximale Fördermenge einer Kreiselpumpe definiert. Erfin- dungsgemäß wird durch Übertragung, beispielsweise rechnerisch, in ein Motorgrößendiagramm und Verbinden der jeweiligen Anfangs- und Endpunkte durch Begrenzungskurven ein begrenzter Betriebsbereich des Motors definiert, der für die Störungsüberwachung herangezogen wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz- Diagramm den begrenzten Bereich festlegen. Die Störungsüberwachung erfolgt durch Auswertung von elektrischen Leistungs- und Frequenzwerten. Ein zulässiger Leistungswert P bei einer Frequenz f, die zwischen einer ersten, beispielsweise minimalen, Frequenz fmin und einer zweiten, beispielsweise maximalen, Frequenz fmax liegt, muss innerhalb des durch die charakteristischen Motorbetriebspunkte und den Begrenzungskurven definierten Bereichs liegen. Zusammen mit der Ausgestaltung, wonach der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet sind, ergeben sich zusätzliche Vorteile. Typischerweise ist die Förderhöhenkennlinie einer Kreisel- pumpe bekannt. Durch charakteristische Kennlinienpunkte wird ein zulässiger Betriebsbereich der Kreiselpumpe aufgespannt. Durch Transformation dieser Kennlinienpunkte in ein Leistungs-Frequenz-Diagramm, hier als P-f-Diagramm bezeichnet, und zwei verbindende Kurven ist im Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Abbild eines zulässigen Betriebsbereichs geschaffen und damit eine einfache Störungsüberwachung durch Auswertung von elektrischen Leistungs- und Frequenzwerten.
Typischerweise verbindet im Leistungs-Frequenz-Diagramm eine erste Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmin.min ; W, (Pmin.max; fmax) und eine zweite Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmaχ,min; W, (Pmax.max, W)- Dabei kennzeichnet bei der Leistung P der erste Index eine erste, beispielsweise minimale, oder zweite, beispielsweise maximale, Leistung bei einer Frequenz entsprechend dem zweiten Index.
Die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm sind dabei zweckmäßigerweise aus Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin,min; nmin), (Qmin.max; nmax), (Qmax.min; nmιn), (Qmax.max; nmax) einer Förderhöhenkennlinie der Kreiselpumpe abgeleitet. Dabei kenn- zeichnet bei dem Durchfluss Q der erste Index einen ersten oder zweiten Durchfluss bei einer Drehzahl entsprechend dem zweiten Index. So wird aus ohnehin bekannten, charakteristischen Kennlinienpunkten der Förderhöhenkennlinie in dem Leistungs- Frequenz-Diagramm ein Bereich aufgespannt, der zu einer einfachen Störungsüberwachung dient. Ein aktueller Leistungswert braucht während eines Betriebs einer Kreisel- pumpe nur noch hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz ausgewertet werden. Dabei werden die Grenzwerte aus dem vorgegebenen, gespeicherten Begrenzungskurvenverlauf und/oder durch Interpolation von vor einer Störungsüberwachung in einer Speichervorrichtung abgespeicherten Stützstellen ermittelt.
Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet sind.
Zusätzlicher Nutzen wird durch eine Ausgestaltung erreicht, wonach die Einrichtung Mittel zum wahlweisen Einstellen einer Aktion der Einrichtung bei Feststellen einer Störung aufweist. Bei Feststellen einer Störung wird wahlweise eine Warnungs- oder A- larmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt. Dabei ist ebenfalls daran gedacht, dass eine Aktion nicht unmittelbar bei einem Feststellen einer Störung erfolgt, sondern bereits im Vorfeld einer sich anbahnenden Störung. So kann beispielsweise vor einem drohenden Verlassen des begrenzten Be- triebsbereich gewarnt werden.
Zweckmäßigerweise ist die Einrichtung zur Störungsüberwachung in eine auf den Motor einwirkende Steuer- oder Regeleinrichtung, eine Schaltvorrichtung, eine Anzeige- und/oder eine Diagnoseeinrichtung integriert. Die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Mittel wie Mikrorechner, Speichervorrichtung und/oder Anzeigemittel sowie erforderliche Anweisungen in Form von Computerprogrammen sind in bestehende Steuer-, Regel-, Anzeige-, Diagnoseeinrichtungen, Schaltvorrichtungen und/oder andere elektronische Geräten integrierbar oder in separaten Geräten anordenbar. Eine solche Einrichtung ist neben einer aktuellen Störungsüberwachung ebenfalls in der Lage, eine Aufzeichnung von Messgrößen und berechneten Werten durchzuführen.
Es ist außerdem vorgesehen, dass ein Frequenzumrichter den Motor speist und/oder dieser die Einrichtung zur Störungsüberwachung darstellt oder beinhaltet. Alle für die Störungsüberwachung erforderlichen Motorgrößen, insbesondere an den Motor abge- gebene Leistung und Frequenz, sind ohnehin während eines Betriebs des Frequenzumrichters verfügbar, so dass eine Störungsüberwachung nach der Erfindung ohne zusätzliche Messgrößen auskommt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe ist vorgesehen, dass ein aktueller Motorbetriebspunkt in Bezug auf einen begrenzten Betriebsbereich des Motors ausgewertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs eine Störung festgestellt wird, wobei der begrenzte Betriebsbereich durch Motorbetriebspunkte gebildet wird. Zweckmäßigerweise wird der begrenzte Betriebsbereich durch einzelne, charakte- ristische Motorbetriebspunkte gebildet. Dabei wird nach einer Ausgestaltung der Betriebsbereich in einem Motorgrößendiagramm durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere Anfangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve begrenzt. Die Begrenzungskurve kann durch ein lineares, quadratisches oder kubisches Polynom gebil- det werden.
Ein einfaches Verfahren zur Störungsüberwachung erhält man, wenn zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm den begrenzten Bereich festlegen. Zweckmäßigerweise verbindet dabei eine erste Begrenzungskurve im Leistungs-Frequenz- Diagramm ein Punktepaar (Pmin,min; W, (Pmin.max; W und eine zweite Begrenzungskurve ein Punktepaar (Pmaχ,min; fmin), (Pmax.max, fmax)-
Wie bereits oben ausgeführt, ist es von Vorteil, wenn der begrenzte Betriebsbereich des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Be- triebsbereich der Kreiselpumpe abgeleitet werden und/oder die Punkte im Leistungs- Frequenz-Diagramm mittels Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin.min; nmjn), (Qmin.max; nmaχ), (Qmax,min; nmin), (Qmax.max; nmax) der Förderhöhenkennlinie der Kreiselpumpe abgeleitet werden. Dabei kennzeichnet bei dem Durchfluss Q der erste Index einen ersten oder zweiten Durchfluss bei einer Drehzahl entsprechend dem zweiten Index. Eine Verwendung von folgenden Punkten hat sich als zweckmäßig herausgestellt:
(Qmin.min; nmin), minimal zulässiger Durchfluss Qmjn bei Minimaldrehzahl nmjn, (Qmin.max; nmaχ), minimal zulässiger Durchfluss Qmin bei Maximaldrehzahl nmaχ, (Qmax.min; nmin), maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Minimaldrehzahl nmjn,
(Qmax.max; nmax) maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Maximaldrehzahl nmin.
Die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm können auch mittels Transformation von Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (QmaxI nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet werden. Die erforderliche Umrechnung auf andere Drehzahlen oder Frequenzen kann mittels Affinitätsgesetze erfolgen. Zusätzlich ist vorgesehen, dass bei Feststellen einer Störung eine Warnungs- oder A- larmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt wird. Ebenfalls kann eine Aktion vor oder nach einem Verlassen des begrenzten Betriebsbereichs erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Störungsüberwachung, die
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens vor Aktivierung einer Störungsüberwachung, die
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens während einer
Störungsüberwachung, und die
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Motorgrößendiagramm (Leistungs-Frequenz-
Diagramm) und diesem zu Grunde liegende Förderhöhenkennlinie.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung, bestehend aus Mikrorechner 2 mit Speichervorrichtung 3, Anzeigemittel 4, sowie Mittel zum Eingeben 5 und Mittel zum Einlesen 6 von Eingabe-, Parameter- und/oder sonstigen Werten.
Die Einrichtung 1 weist zwei Eingänge 7, 8 zum Einlesen aktueller Leistungs- und Frequenzdaten eines, hier nicht dargestellten, Antriebsmotors einer Kreiselpumpe auf. Die Einrichtung 1 kann dazu mit ihren Eingängen 7, 8 beispielsweise an einen seriellen Datenbus angeschlossen sein. Die Kreiselpumpe wird durch einen elektrischen Motor, der beispielsweise von einem Frequenzumrichter gespeist wird, mit variabler Drehzahl angetrieben. Darüber hinaus ist die Einrichtung 1 mit Ausgängen 9, 12, 13 ausgestattet. Vor Aktivierung einer Störungsüberwachung werden Betriebswerte des Motors erfasst. Dies kann beispielsweise durch Eingabe von vier einzelnen, charakteristischen Motorbetriebspunkten ((Pmin.min; fmln), (Pmin.max; fmax) Und (Pmax.min; frnin). (Pmax.max, fmax) Über die
Mittel zum Eingeben 5 erfolgen.
Weiterhin werden über die Mittel zum Eingeben 5 die Verläufe der Begrenzungskurven eingegeben. Über die Speichervorrichtung 3 wird so ein definierter, vorgegebener, begrenzter Betriebsbereich, hier der Betriebsbereich in einem P-f-Diagramm, abgespeichert und für eine Störungsüberwachung vorgehalten.
Alternativ ist vorgesehen die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe abzuleiten. Über die Mittel zum Eingeben 5 können zu diesem Zweck auch beispielsweise Kennlinienpunkte (Qmin.min; nmin), (Qmin.max; nmax), (Qmax.min; nmin). (Qmax.max; nmaχ) einer Förderhöhenkennlinie H(Q) der Kreiselpumpe oder Kennlinienpunkte (Qmin; nnenn), (Qmax! nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe sowie minimale und maximale Drehzahlen oder Frequenzen eingegeben werden, woraus durch Transformation der Kennlinienpunkte vier Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm ermittelbar sind, mit denen die Störungsüberwachung durchgeführt wird. In der Speichereinrichtung 3 sind dafür die erforderli- chen Rechenvorschriften in Form von für den Mikrorechner 2 verfügbaren Algorithmen abgelegt.
Ebenso kann über die Mittel 5 eine gewünschte Aktion der Einrichtung 1 bei Feststellen einer Störung eingestellt werden, ob bei Feststellen einer Störung eine Warnungs- oder Alarmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb einer Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt wird.
Über die Mittel zum Einlesen 6 können sämtliche, in der Einrichtung 1 erforderlichen Eingabe- und/oder Parameterwerte sowie Algorithmen per digitaler Datenschnittstelle übertragen werden. Die Einrichtung 1 wertet mit ihrem Mikrorechner 2 während einer Störungsüberwachung einen aktuellen Motorbetriebspunkt, hier bekannt über die Eingangsgrößen Leistung P und Frequenz f, in Bezug auf den begrenzten Betriebsbereich des Motors aus.
Dabei wird ein aktueller Leistungswert P nur noch hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz f ausgewertet, wobei ein Über- oder Unterschreiten eines jeweiligen Grenzwertes ein Verlassen des begrenzten Betriebsbereichs bedeutet und zum Feststellen einer Störung führt.
Ergebnisse der Störungsüberwachung oder auch sämtliche im Mikrorechner 2 verfügbaren Daten werden über die Anzeigemittel 4, wie etwa ein Display 10 oder eine LED- Anzeige 11 , angezeigt und über die Ausgänge 9, 12, 13 externen Geräten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Die Ausgänge 12, 13 sind beispielsweise für eine Warnungs- oder Alarmmeldung durch externe Geräte nutzbar. In Fig. 1 ist die Einrich- tung 1 zur Störungsüberwachung als separates Gerät gezeigt. Ebenso gut ist es möglich, dass die Einrichtung in eine auf den Motor einwirkende Steuer- oder Regeleinrichtung, eine Schaltvorrichtung und/oder eine Anzeige- und/oder Diagnoseeinrichtung integriert ist. Ebenfalls ist es vorgesehen, dass ein Frequenzumrichter, in dem ohnehin permanent die aktuellen Leistungs- und Frequenzwerte ermittelt werden, selbst die Ein- richtung zur Störungsüberwachung darstellt oder beinhaltet.
In der Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens vor Aktivierung einer Störungsüberwachung dargestellt. Zunächst werden in einem Schritt 21 mittels der Parameter fmjn und fmax eine erste und eine zweite Motorfrequenz festgelegt. In aller Regel wird es sich dabei um die minimal und die maximal erlaubte Motorfrequenz handeln, so dass nachfolgende Ausführungen speziell einen solchen Fall beschreiben, ohne dass dies eine Einschränkung der Erfindung auf diesen bedeutet. Die Parameter sind in eine vorgeschlagene Einrichtung durch Bedienhandlungen eingebbar oder werden als Teil eines Parametersatzes der Einrichtung während eines Parametriervorgan- ges zur Verfügung gestellt. In gleicher Weise werden in 22 begrenzende Kennlinienpunkte eines zulässigen Betriebsbereichs einer Kreiselpumpe festgelegt. Idealerweise sind dies die folgenden, charakteristischen Kennlinienpunkte, hier mit A bis D bezeichnet, einer Förderhöhenkennlinie der Kreiselpumpe, die zusammen mit der Anlagenkennlinie deren zulässigen Betriebsbereich definieren:
A = (Qmm.min; nmm), minimal zulässiger Durchfluss Qmιn bei Minimaldrehzahl nmιn,
B = (Qmin.max; nmax), minimal zulässiger Durchfluss Qmιn bei Maximaldrehzahl nmax, C = (Qmax.min; nmιn), maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Minimaldrehzahl nm,n, D = (Qmax.max; nmax) maximal zulässiger Durchfluss Qmax bei Maximaldrehzahl nm,n.
Erfolgt eine Störungsüberwachung hinsichtlich einer Betriebsgrenze, die beispielsweise durch einen minimal zulässigen Durchfluss Qm,n der Kreiselpumpe beschrieben ist, genügt selbstverständlich die Festlegung einer Teilmenge obiger Kennlinienpunkte, beispielsweise A, B.
In einem nächsten Schritt 23 werden die Kurvenverläufe der Begrenzungskurven festgelegt. Eine Begrenzungskurve verbindet in einem Motorgrößendiagramm beispielsweise jeweils Anfangs- und Endpunkte A" und B" bzw. C" und D", die aus den zulässigen Betriebsbereich der Kreiselpumpe begrenzenden Kennlinienpunkten A und B bzw. C und D abgeleitet sind. Zweckmäßigerweise sind hierzu weitere Parameter für den Kur- venverlauf einer ersten Begrenzungskurve zwischen Punkt A" und B" und einer zweiten Begrenzungskurve zwischen C" und D" vorgesehen, durch die lineare, quadratische oder kubische Verläufe wählbar sind. Dabei dienen die verschiedenen Verläufe einer Anpassung der Störungsüberwachung an unterschiedliche Anlagengegebenheiten.
Sind die Parameter festgelegt, erfolgt in Schritt 24 eine Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die entsprechenden Anfangs- und Endpunkte A" bis D" der Begrenzungskurven. A" bis D" stellen beispielsweise Anfangs- und Endpunkte in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm, kurz P-f-Diagramm, dar. Im Einzelnen bedeuten:
A" = (Pmin.min; fmm), minimale Leistung bei minimaler Motorfrequenz,
B" = (Pmιn,maX; fmax), minimale Leistung bei maximaler Motorfrequenz, C" = (Pmax.min; fmin), maximale Leistung bei minimaler Motorfrequenz, D" = (Pmax.max; fmax), maximale Leistung bei maximaler Motorfrequenz.
Die Zusammenhänge einer Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die ent- sprechenden Anfangs- und Endpunkte A" bis D" der Begrenzungskurven sind später noch in Fig. 4 anhand eines Leistungs-Frequenz-Diagramms und diesem zu Grunde liegende Förderhöhenkennlinie grafisch verdeutlicht.
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, die Punkte A" bis D" in einem separaten Gerät zu berechnen oder auf andere Weise zu gewinnen und die Werte anschließend in eine Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung zu übertragen.
Zwischen jeweiligen Werten minimaler und maximaler Frequenz, also zwischen A" und B" sowie zwischen C" und D" werden gemäß dem gewünschten Kurvenverlauf in ei- nem weiteren Schritt 25 die Begrenzungskurven berechnet. Dies erfolgt beispielsweise, in dem in einer Art Wertetabelle eine bestimmte Anzahl von berechneten Kurvenzwi- schenwerten abgespeichert wird. Es genügt alternativ ein Speichern der Punkte A" bis D" und die Art der Kurvenverläufe zwischen diesen Punkten. Durch die Anfangs- und Endpunkte und diese verbindende Begrenzungskurven, zusammen mit deren vorgege- benen Kurvenverläufen ist in jedem Fall ein begrenzter Bereich im Motorgrößendiagramm eindeutig definiert und für eine anschließende Störungsüberwachung nutzbar.
In Abwandlung des dargestellten Verfahrens ist es gemäß der Erfindung ebenfalls möglich, die vier Punkte A" bis D" im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation der Kennlinienpunkte (Qmjn; nnΘnn), (QmaX; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe zu erhalten. Dies kann beispielsweise mittels einer der beschriebenen Transformation vorangehenden Errechnung der Punkte A bis D aus den Kennlinienpunkten (Qmin; nnenn), (Qmax; nnenn) erfolgen. Darüber hinaus kann der begrenzte Betriebsbereich des Motors auch aus anderen Punkten abgeleitet und definiert sein. Wie bereits in Fig. 1 beschrieben, ist es darüber hinaus und abweichend zum hier beschriebenen Verfahren vorgesehen, die Punkte A" bis D" der Begrenzungskurven im Motorgrößendiagramm direkt vorzugeben. Diese können manuell per Messvorrichtung während eines Lernvorgangs, mittels Berechnungen, grafischer Methoden oder durch sonstige geeignete Methoden ermittelt werden. Bei einem Lernvorgang können beispielsweise bei geschlossenem und/oder offenem druckseitigem Ventil jeweils bei minimaler und maximaler Frequenz die elektrische Leistung des Antriebsmotors in einer Anlage gemessen und so die Punkte A", B" und/oder die Punkte C", D" bestimmt werden.
Fig. 3 zeigt einen typischen Ablauf einer Störungsüberwachung während eines Betriebes einer Kreiselpumpe. Eine erfindungsgemäße Störungsüberwachung kann nach entsprechenden Vorbereitungsschritten gemäß den in Fig. 2 beschriebenen aktiviert werden und während eines Betriebs einer Kreiselpumpe unter anderem eine Leerlauf-, Trockenlauf-, Mindestmengen- und/oder Überlastschutzfunktion realisieren. Dabei werden in Schritt 31 ständig oder periodisch aktuelle Motorbetriebswerte wie elektrische Motorleistung und Motorfrequenz bzw. Drehzahl des Antriebsmotors erfasst oder ermittelt. Diese Werte werden entweder durch geeignete Sensormittel erfasst oder werden aus einem Drehzahlregelgerät, das den Motor speist, erhalten. In einem Frequenzum- richter beispielsweise werden ohnehin permanent die aktuellen Leistungs- und Frequenzwerte bestimmt und sind verfügbar. Diese werden für eine Störungsüberwachung ohne zusätzlichen Messaufwand herangezogen. Vorgesehen ist es, dass dabei der Frequenzumrichter selbst die Einrichtung zur Störungsüberwachung darstellt oder beinhaltet. Ebenso sind andere Leistungsermittlungsgeräte geeignet.
Durch die aktuell ermittelten Motorbetriebswerte ist in Schritt 32 ein aktueller Motorbetriebspunkt in einem Motorgrößendiagramm bestimmbar. In einem erfindungsgemäßen P-f-Diagramm mit einem zuvor ermittelten, vorgegebenen, begrenzten Bereich ist ein solcher Motorbetriebspunkt bereits durch die aktuelle elektrische Leistung und die aktu- eile Motorfrequenz definiert. Während eines störungsfreien Betriebs der Kreiselpumpe oder des Kreiselpumpenaggregates befindet sich der Motorbetriebspunkt innerhalb des begrenzten Bereichs. Im Falle einer Störung unter- bzw. überschreitet der Motorbetriebspunkt die erste bzw. zweite Begrenzungskurve, befindet sich also außerhalb des begrenzten Bereichs. Die eigentliche Störungsüberwachung 33 besteht in einer einfachen Auswertung der Position des Motorbetriebspunktes im Motorgrößendiagramm. Dazu wird der aktuelle Leistungswert hinsichtlich seiner Grenzwerte bei einer aktuellen Frequenz f ausgewertet. Dabei können die Grenzwerte bei einer konkreten Frequenz aus dem vorgegebenen, gespeicherten Begrenzungskurvenverlauf ermittelt werden. Bei gespeicherten Kurvenverläufen nach Art einer Wertetabelle werden gegebenenfalls durch Interpolationsmethoden die entsprechenden Kurvenwerte zum aktuellen Fre- quenzwert f ermittelt. Weitere Möglichkeiten hierfür sind bekannt und brauchen hier nicht näher ausgeführt werden.
Es wird - wie in 34, 35 gezeigt - festgestellt, ob sich der Motorbetriebspunkt innerhalb, oberhalb oder unterhalb eines begrenzten Bereiches befindet. Dabei reduziert die Vor- gäbe von Mindestzeitdauern t0 bzw. tu, für die der Motorbetriebspunkt außerhalb des empfohlenen Bereichs liegen muss, bevor auf Störung erkannt wird, die Anfälligkeit gegenüber Fehlmessungen. Außerdem werden dadurch nur kurzzeitig anstehende Störungen ignoriert. Bei Feststellen einer tatsächlichen Störung 36 erfolgt wahlweise einstellbar gegebenenfalls eine Warnungs- oder Alarmmeldung und es wird ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt.
Fig. 4 zeigt ein Leistungs-Frequenz-Diagramm (P-f-Diagramm) 41 als erfindungsgemäßes Motorgrößendiagramm zusammen mit einer diesem zu Grunde liegenden Förderhöhenkennlinie H(Q) in einem H-Q-Diagramm 42 einer Kreiselpumpe. Dargestellt sind eine Kennlinie für maximale Drehzahl 43 und eine Kennlinie für minimale Drehzahl 44 sowie Anlagenkennlinien 45 bzw. 46 bei minimal bzw. maximal zulässigem Pumpen- durchfluss Qmjn bzw. Qmax. Aufgrund eines in der Anlage vorhandenen Systemdrucks befinden sich sämtliche Kennlinien im H-Q-Diagramm 42 auf einem Höhenniveau 47. Die Kennlinienpunkte A bis D definieren einen zulässigen Betriebsbereich 48 der Krei- seipumpe. Sind die Kennlinienpunkte im H-Q-Diagramm 42 nicht verfügbar, kann auch auf entsprechende Punkte A' bis D' einer Kennlinie P(Q) 49 zurückgegriffen werden. Exemplarisch ist ein Betriebspunkt 50 der Kreiselpumpe im Bereich der Kennlinie 51 eines wirkunggradoptimalen Pumpendurchflusses Qopt eingezeichnet.
Eine Transformation der Kennlinienpunkte A bis D in die Punkte A" bis D" in das P-f- Diagramm 41 ist grafisch veranschaulicht. Hier ist schrittweise eine Transformation aus dem H-Q-Diagramm 42 in das P-Q-Diagramm 49 und anschließend in das P-f- Diagramm 41 gezeigt. Auch können verfügbare Punkte A' bis D' eines P-Q-Diagramms 49 transformiert werden. Im Motorgrößendiagramm 41 ist durch die Punkte A" bis D" ein begrenzter Bereich 52 definiert, der zu einer Störungsüberwachung herangezogen wird. Dabei werden die Punkte A" und B" durch eine erste Begrenzungskurve 53 verbunden und die Punkte C" und D" durch eine zweite Begrenzungskurve 54. In dieser Darstellung verlaufen die Begrenzungskurven 53, 54 linear. Andere Verläufe wie quadratische oder kubische sind je nach Anlagenverhältnissen auswählbar.
Durch Auswertung eines aktuellen Motorbetriebspunktes 55 sowie dessen Position im Motorgrößendiagramm 41 und bei dessen Verlassen des begrenzten Bereichs 52 erfolgt ein Feststellen einer Störung 36. Ohne weiteres ist zudem ermöglicht, eine Störungsüberwachung nur bezüglich einer der beiden Begrenzungskurven 53, 54, also im konkreten Fall entweder eine Überlast- oder eine Unterlastüberwachung durchzuführen.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass erst bei einem Über- und/oder Unterschreiten von aus den Begrenzungskurven abgeleiteten Kurven ein Feststellen einer Störung und/oder eine Warnungs- und/oder Alarmmeldung erfolgt. Hier sind durch Korrekturfaktoren aus der Begrenzungskurve 54 bzw. 53 abgeleitete Kurven 56, 57 bzw. 58, 59 dargestellt, deren Über- und/oder Unterschreiten eine Warnungs- bzw. Alarmmeldung zur Folge hat.
Der begrenzte Betriebsbereich muss nicht - wie hier beschrieben - durch die Punkte A" bis D" berandet sein, sondern der begrenzte Betriebsbereich kann aus anderen Motor- betriebspunkten gebildet sein und/oder aus anderen geeigneten Kennlinienpunkten ei- ner Kreiselpumpenkennlinie, insbesondere einem H-Q-Diagramm oder einem P-Q- Diagramm, abgeleitet sein.
Die Ausführungen in der Figurenbeschreibung beschränken sich im Wesentlichen auf ein Beispiel mit Leistungs-Frequenz-Diagramm. Das beschriebene Verfahren mit Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung ist auf andere Motorgrößendiagramme übertragbar, insbesondere auf ein Leistungs-Drehzahl-Diagramm.
Auch wenn im Einzelnen nicht darauf eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, dass in einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zur Störungsüberwachung sämtliche innerhalb eines Lebenszyklus der Kreiselpumpe erfassten oder berechneten Größen sowie Störungszustände speicherbar, abrufbar und an periphere Geräte ausgebbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit vari- abier Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe, wobei die Einrichtung vor Aktivierung der Störungsüberwachung Betriebswerte des Motors erfasst, speichert und vorhält und während einer Störungsüberwachung aktuelle Betriebswerte des Motors mit den gespeicherten Werten vergleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) einen aktuellen Motorbetriebspunkt (55) in Bezug auf einen begrenzten Betriebs- bereich (52) des Motors auswertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs eine Störung (36) feststellt, wobei der begrenzte Betriebsbereich (52) durch Motorbetriebspunkte gebildet ist.
2. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Betriebsbereich (52) durch einzelne, charakteristische Motorbetriebspunkte gebildet ist.
3. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Betriebsbereich (52) in einem Motorgrößendiagramm (41) durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere Anfangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve (53, 54) begrenzt ist.
4. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungskurve (53, 54) durch ein lineares, quadratisches oder kubi- sches Polynom gebildet ist.
5. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) Mittel zum Eingeben (5) und/oder Einlesen (6) von Eingabe- und/oder Parameterwerten aufweist.
6. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Betriebsbereich (52) des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich (48) der Kreiselpumpe abgeleitet sind.
7. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm den begrenzten Bereich (52) festlegen.
8. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Begrenzungskurve (53) im Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Punktepaar (Pmin.mm; Un), (Pmιn,maX; W) und eine zweite Begrenzungskurve (54) ein Punktepaar (Pmax.mm; W, (Pmax.max, W) verbinden.
9. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation (24) von Kennlinienpunkten (Qmin.mm; nm,n), (Qmm.max; nmax), (Qmax.mm; nmιn), (Qmaχ,maχ; nmax) einer Förderhöhenkennlinie (42, 43, 44) der Kreiselpumpe abgeleitet sind.
10. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm aus Transformation (24) von Kennlinienpunkten (Qm,n; nnenn), (QmaX; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet sind.
11. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Mittel zum wahlweisen Einstellen einer Aktion der Einrichtung (1) bei Feststellen einer Störung (36).
12. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung (1) in eine auf den Motor einwirkende Steuer- oder Regelein- richtung, eine Schaltvorrichtung, eine Anzeige- und/oder eine Diagnoseeinrichtung integriert ist.
13. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Frequenzumrichter den Motor speist und/oder die Einrichtung (1) zur Störungsüberwachung darstellt oder beinhaltet.
14. Verfahren zur Störungsüberwachung einer durch einen elektrischen Motor mit variabler Drehzahl angetriebenen Kreiselpumpe, wobei vor Aktivierung der Störungs- Überwachung Betriebswerte des Motors erfasst, gespeichert und vorgehalten werden und während einer Störungsüberwachung ein Vergleich von aktuellen Betriebswerten des Motors mit den gespeicherten Werten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Motorbetriebspunkt (55) in Bezug auf einen begrenzten Betriebsbereich (52) des Motors ausgewertet und bei Verlassen des Betriebsbereichs (52) eine Störung (36) festgestellt wird, wobei der begrenzte Betriebsbereich (52) durch
Motorbetriebspunkte gebildet wird.
15. Verfahren zur Störungsüberwachung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Betriebsbereich (52) durch einzelne, charakteristische Mortor- betriebspunkte gebildet wird.
16. Verfahren zur Störungsüberwachung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich (52) in einem Motorgrößendiagramm (41) durch mindestens eine, jeweils zwei Motorbetriebspunkte beinhaltende, insbesondere An- fangs- und Endpunkte verbindende, Begrenzungskurve (53, 54) begrenzt wird.
17. Verfahren zur Störungsüberwachung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungskurve (53, 54) durch ein lineares, quadratisches oder kubisches Polynom gebildet wird.
18. Verfahren zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Betriebsbereich (52) des Motors und/oder die charakteristischen Motorbetriebspunkte aus einem zulässigen Betriebsbereich (48) der Kreiselpumpe abgeleitet werden.
19. Verfahren zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kurven in einem Leistungs-Frequenz-Diagramm den begrenzten Bereich (52) festlegen.
20. Verfahren zur Störungsüberwachung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Begrenzungskurve (53) im Leistungs-Frequenz-Diagramm ein Punktepaar (Pmιn,mιn; Un), (Pm.n.max; W und eine zweite Begrenzungskurve (54) ein Punktepaar (Pmax.mm; Un), (Pmaχ,max, fmax) verbinden.
21. Verfahren zur Störungsüberwachung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm mittels Transformation (24) von Kennlinienpunkten (Qmin.mm; nmιn), (Qmm.max; nmax), (Qmax.mm; nm,n), (Qmax.max; nmax) einer Förderhöhenkennlinie (42, 43, 44) der Kreiselpumpe abgeleitet werden.
22. Einrichtung zur Störungsüberwachung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte im Leistungs-Frequenz-Diagramm mittels Transformation (24) von Kennlinienpunkten (Qmm; nnenn), (QmaX; nnenn) minimaler und maximaler Fördermenge bei Nennbetrieb der Kreiselpumpe abgeleitet werden.
23. Verfahren zur Störungsüberwachung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellen einer Störung (36) eine Warnungs- oder A- larmmeldung erzeugt wird und/oder ein Betrieb der Kreiselpumpe fortgesetzt oder gestoppt wird.
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