[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch gesteuerten
Pumpenaggregates mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie
eine elektronische Steuerung eines elektromotorisch angetriebenen Kreiselpumpenaggregates
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 9 angegebenen Merkmalen.
[0002] Moderne Pumpenaggregate, insbesondere elektromotorisch angetriebene Kreiselpumpenaggregate
weisen einen Elektromotor auf, dem ein Stromrichter/Frequenzumrichter vorgeschaltet
ist, so dass die Pumpen in weiten Drehzahlbereichen betrieben werden können und damit
auch ein vergleichsweise großes Leistungsspektrum abdecken. Bei Umwälzpumpenaggregaten
zählt es beispielsweise zum Stand der Technik, die Pumpe mit einer beliebigen konstanten
Drehzahl anzutreiben, aber auch den Betrieb nach vorgegebenen Pumpenkurven zu steuern.
Meist sind Regelungen vorgesehen, welche mittels hydraulischer Sensoren oder gegebenenfalls
auch nur anhand der elektrischen Werte des Motors betrieben werden, so können Heizungsumwälzpumpen
zum Beispiel mit Konstantdruckkurven, mit Konstant-Flow-Kurven, mit Proportionaldruckkurven
oder dergleichen betrieben werden. Bei Druckerhöhungsanlagen, sogenannten Boosterpumpen,
ist dabei nicht nur der Sollförderdruck einzustellen, auch die Schaltpunkte, an denen
eine weitere Pumpe zugeschaltet oder abgeschaltet wird.
[0003] Diese durch die Motorelektronik ermöglichte Varianz ermöglicht zwar, ein Pumpenaggregat
energetisch optimiert auf den jeweiligen Anwendungsfall zu betreiben, dies setzt jedoch
voraus, dass das Pumpenaggregat auch entsprechend eingestellt worden ist, um so energetisch
optimiert betrieben zu werden.
[0004] In der Praxis stellt sich jedoch häufig das Problem, dass die Pumpenaggregate eingebaut
und mit den Werkseinstellungen in Betrieb genommen werden bzw. die Einstellung vorsorglich
so erfolgt, dass eine Unterversorgung ausgeschlossen werden kann. So kommt es vor,
dass solche an sich energetisch sehr günstig betreibbaren Pumpenaggregate über Jahre
aufgrund mangelnder oder falscher Einstellung der Parameter mit schlechtem Wirkungsgrad
laufen und mehr elektrische Energie benötigen, als dies an sich erforderlich wäre.
Neben den erhöhten Energiekosten führt dies häufig auch dazu, dass der durch die Pumpe
erzeugte Differenzdruck zu hoch ist, was zu unnötigen Leckagen im System und zu unnötig
hohen Geräuschemissionen seitens der Pumpe führen kann.
[0005] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Betreiben eines elektronisch gesteuerten Pumpenaggregates so auszubilden, dass die
oben genannten Probleme nach Möglichkeit vermieden werden. Darüber hinaus soll die
elektronische Steuerung eines elektromotorisch angetriebenen Kreiselpumpenaggregates
zur Ausführung eines solchen Verfahrens angepasst werden.
[0006] Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch
1 angegebenen Merkmalen gelöst, eine elektronische Steuerung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektronisch gesteuerten Pumpenaggregates,
bei dem in einer elektronischen Steuerung Einstellparameter der Pumpe zur Anpassung
an die hydraulischen Anforderungen der örtlichen Einbausituation einstellbar sind
und bei dem während des Betriebs Betriebsdaten des Pumpenaggregates registriert werden,
zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, dass nach einer vorbestimmten Zeit
anhand der registrierten Betriebsdaten überprüft wird, ob das Pumpenaggregat in einem
energetisch günstigeren Bereich betrieben werden kann oder aber zumindest zu überprüfen,
ob alle Einstellparameter gegenüber einer Voreinstellung nicht geändert worden sind
und dann, wenn festgestellt wird, dass das Pumpenaggregat in einem energetisch günstigeren
Bereich betrieben werden kann oder dass die Einstellparameter gegenüber der Voreinstellung
bisher nicht geändert worden sind, ein Signal zur Veränderung der Einstellparameter
abgegeben wird. Das Verfahren soll vorzugsweise automatisiert, das heißt selbsttätig
ablaufen, in dem es in die elektronische Steuerung implementiert wird, wie dies weiter
unten noch beschrieben ist.
[0008] Grundgedanke der Erfindung ist es, nach einer vorbestimmten Zeit eine Überprüfung
vorzunehmen, welche entweder anhand der innerhalb dieses Zeitintervalls registrierten
Betriebsdaten überprüft, ob das Pumpenaggregat in einem energetisch günstigeren Bereich
betrieben werden kann oder aber, wenn diese Prüfung nicht durchgeführt werden kann
oder nicht zu einem eindeutigen Ergebnis führt, dass zumindest überprüft wird, ob
die Einstellparameter des Pumpenaggregates gegenüber einer Voreinstellung überhaupt
schon einmal geändert worden sind, um dann ein Signal abzugeben, anhand dessen erkennbar
ist, dass eine Veränderung der Einstellparameter zumindest überprüft werden sollte.
[0009] Pumpenaggregat im Sinne der Erfindung kann dabei grundsätzlich jede elektromotorisch
angetriebene Pumpe mit einer elektronischen Steuerung sein, bei welcher die Einstellparametern
der Pumpe zur Anpassung an die hydraulischen Anforderungen der örtlichen Einbausituation
veränderbar sind. Typischerweise handelt es sich hierbei um mittels Stromrichters/Frequenzumrichters
gesteuerte ein- oder mehrstufige Kreiselpumpen. Pumpenaggregat im Sinne der Erfindung
kann jedoch auch eine Anzahl von Einzelpumpenaggregaten sein, welche durch eine gemeinsame
Steuerung betrieben werden, wie dies beispielsweise bei Druckerhöhungsanlagen (z.B.
Boosterpumpen) der Fall ist.
[0010] Das abgegebene Signal kann beispielsweise zur Ansteuerung einer am Pumpenaggregat
vorgesehenen Kontrollleuchte, zur Abgabe eines akustischen Alarms oder auch zur Übermittlung
eines entsprechenden Datensatzes an eine cloudbasierte Datenbank oder einen Server
des Herstellers und/oder Betreibers des Pumpenaggregates gebildet sein.
[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise mit Installation des Pumpenaggregates
gestartet, dann ist die werkseitige Voreinstellung des Pumpenaggregates die Voreinstellung.
Dann wird also nach einer vorbestimmten Zeit überprüft, ob diese werkseitige Voreinstellung
geändert worden ist oder nicht und im Falle einer Nichtänderung das entsprechende
Signal abgegeben.
[0012] Insoweit günstiger ist es, wenn nach einer vorbestimmten Zeit anhand der registrierten
Betriebsdaten überprüft wird, ob das Pumpenaggregat in einem energetisch günstigeren
Bereich betrieben werden kann. Hierzu ist in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorgesehen, dass für die energetische Auswertung der Betriebsdaten elektrische
Betriebsdaten des Motors, insbesondere die elektrische Leistung des Motors, die steuerungsseitig
ohnehin zur Verfügung stehen und andererseits hydraulische Betriebsdaten der Pumpe,
insbesondere der Druck- und/oder Durchfluss verwendet werden. Hierdurch ist es ohne
weitere Daten möglich, das energetische Verhalten des Pumpenaggregates zu analysieren.
Dabei wird die sich aus den hydraulischen Betriebsdaten ergebende hydraulische Leistung
mit der elektrischen Leistung des Motors ins Verhältnis gesetzt um hierdurch die Effizienz
des Aggregates zu ermitteln. Die Leistung des Elektromotors steht seitens der Steuerungselektronik
zur Verfügung, von den hydraulischen Daten steht in der Regel ein Druck, typischerweise
der von der Pumpe aufgebrachte Differenzdruck sensorisch zur Verfügung, so dass in
Verbindung mit der motorseitig ebenfalls zur Verfügung stehenden Drehzahl die hydraulische
Leistung bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können die Daten eines Durchflusssensors
hierzu verwendet werden. Die hydraulische Leistung ergibt sich bekanntermaßen aus
dem Produkt von Differenzdruck, Durchflussmenge, der Dichte des Fördermediums und
der Gravitationsbeschleunigung. So kann also mit diesen Daten zeitlich punktuell oder
auch kontinuierlich die Effizienz des Pumpenaggregates durch energetische Auswertung
der Betriebsdaten ermittelt werden.
[0013] Vorteilhaft werden die Betriebsdaten in zeitlichen Abständen oder kontinuierlich
registriert, das heißt erfasst und gespeichert, um nach der vorbestimmten Zeit eine
Effizienzprüfung durchführen zu können. Dabei ist es zweckmäßig, eine solche Effizienzprüfung
nicht nur von der Erstinbetriebnahme an durchzuführen, sondern in regelmäßigen zeitlichen
Abständen. Um die zu registrierende Datenmenge möglichst klein zu halten, ist es dabei
sinnvoll, Grenzwerte festzusetzen, wobei lediglich ein Unter- und Überschreiten dieser
Grenzwerte zu registrieren ist bzw. der zeitliche Verlauf des Unter- und Überschreitens.
Für die Effizienzermittlung kann beispielsweise festgelegt werden, dass das Pumpenaggregat
alle sechs Minuten seine Effizienz, also das Verhältnis zwischen hydraulischer Leistung
und elektrischer Leistung ermittelt. Wenn der Grenzwert auf maximal 30% festgelegt
worden ist, dann sind nur die Betriebspunkte zu registrieren, bei welchen der Effizienzfaktor
kleiner 0,7 ist. Die Anzahl der insgesamt zu berücksichtigenden Betriebspunkte ergibt
sich dann durch die vorbestimmte Zeit dividiert durch sechs Minuten. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann nicht nur dazu verwendet werden, einen energetisch günstigen Betrieb
des Pumpenaggregates zu forcieren, sondern kann auch dazu verwendet werden, eine deutliche
Unter- oder Überdimensionierung des Pumpenaggregates zu ermitteln und anzuzeigen.
[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei einer Internetanbindung des
Pumpenaggregates im Idealfall zu einer automatischen Anpassung der Einstellparameter
des Pumpenaggregates führen, wenn über ein internetbasiertes Netzwerk nicht nur die
Übermittlung und Registrierung der Betriebsdaten des Pumpenaggregates erfolgt, sondern
nach netzwerkseitiger Überprüfung eine entsprechende Anpassung der Einstellparameter
initiiert werden kann. Dies setzt allerdings nicht nur eine Datenanbindung des Pumpenaggregates
an das internetbasierte Netzwerk, sondern auch die Möglichkeit der Veränderung der
Betriebsparameter über dieses Netzwerk voraus.
[0015] Bei Pumpenaggregaten, die eine solche internetbasierte Einstellung über ein Netzwerk
nicht vorsehen, kann netzwerkseitig ein Datensatz mit entsprechend angepassten Einstellparametern
zum Download bereitgestellt werden, welche der Servicetechniker beispielsweise auf
sein Smartphone herunterlädt und dann vor Ort in die elektronische Motorsteuerung
einliest. Idealerweise wird das Verfahren, bei welchem die Effizienz des Pumpenaggregates
überprüft wird, kontinuierlich während der gesamten Betriebszeit durchgeführt. Im
Hinblick auf die dann zu registrierende und verarbeitende große Datenmenge wird es
jedoch in der Praxis zweckmäßig sein, nach Erstinbetriebnahme innerhalb relativ kurzer
Zeit zu überprüfen, ob das Pumpenaggregat energetisch günstig läuft und dies dann
später in größeren Zeitabständen zu überprüfen. Insoweit ist es vorteilhaft, die vorbestimmte
Zeit, in welcher die Registrierung der Betriebsdaten erfolgt, zwischen einer Stunde
und sieben Tagen zu wählen. Wenn das Pumpenaggregat dann erst einmal in einen energetisch
günstigeren Zustand versetzt worden ist und sich die hydraulischen Randbedingungen,
wie dies häufig der Fall ist, nicht mehr grundlegend ändern, dann kann es ausreichen
die Energieeffizienzprüfung nach Ablauf eines Zeitintervalls wiederholt wird. Ein
solches Zeitintervall liegt typischerweise zwischen sechs Monaten und fünf Jahren,
kann jedoch auch im Einzelfall kürzer gewählt werden.
[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei vorhandenen Pumpenaggregaten typischerweise
durch ein Softwareupdate in die elektronische Motorsteuerung implementiert werden.
Allerdings ist dann die Signalausgabe an die hardwaremäßig vorgegebenen Möglichkeiten
des Pumpenaggregates gebunden. In einfachster Form wird daher, wenn das Pumpenaggregat
keine Netzwerkanbindung, insbesondere keinen Internetzugang hat, eine Anzeige, zum
Beispiel eine rote Kontrollleuchte oder ein gelbes Blinklicht aktiviert und alternativ
oder zusätzlich ein akustisches Signal abgeben, so dass jeder, der in der Nähe des
Pumpenaggregates ist, darauf aufmerksam wird, dass hier offensichtlich ein Handlungsbedarf
besteht. Wenn, was bei einer Vielzahl insbesondere größerer Pumpenaggregate heute
schon der Fall ist, eine Netzwerkanbindung besteht, dann ist es vorteilhaft, wenn
das Signal in Form eines Datenpaketes über das internetbasierte Netzwerk zu einem
Server übertragen wird, welcher den Hersteller oder die Wartungsfirma darauf hinweist,
dass hier Handlungsbedarf besteht. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn das Datenpaket
die Standortdaten des Pumpenaggregates beinhaltet, da dann eine räumliche Zuordnung
ohne Zugriff auf weitere personenbezogene Datenbanken möglich ist.
[0017] Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die erfindungsgemäße elektronische
Steuerung eines elektromotorisch angetriebenen Kreiselpumpenaggregates. Sie weist
Mittel zum Einstellen von Einstellparametern zur Anpassung des Pumpenaggregates an
die hydraulischen Anforderungen der örtlichen Einbausituation auf. Diese können durch
Taster/Schalter/Touchscreen am Aggregat selbst gebildet sein, mit denen die Einstellparameter
geändert werden können, beispielsweise durch Auswahl entsprechender Regelkurven oder
Druck/Flow-Sollwerte. Solche Mittel können jedoch auch drahtlos, beispielsweise mittels
eines mobilen Computers, typischerweise Smartphones oder Tablets gebildet sein, auf
denen eine entsprechende Softwareapplikation läuft, mit der diese Daten eingegeben
und drahtlos an die elektronische Steuerung übertragen werden können. Diese Mittel
können bei Netzwerkanbindung der elektronischen Steuerung auch durch Übermittlung
entsprechender Einstellungen über das Netzwerk gebildet sein.
[0018] Die Steuerung selbst ist dazu ausgebildet, Betriebsdaten des Pumpenaggregates zu
registrieren oder weiterzuleiten. Je nach zur Verfügung stehender Speicher- und Rechenkapazität
kann das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich Registrierung und Auswertung der
registrierten Daten innerhalb der elektronischen Steuerung des Pumpenaggregates oder
zumindest teilweise auch über einen netzwerkgebundenen Server erfolgen, mit der die
elektronische Steuerung in Datenverbindung steht.
[0019] Gemäß der Erfindung ist die elektronische Steuerung des Pumpenaggregates allerdings
so ausgebildet, um selbst zu ermitteln, ob eine Einstellung der Einstellparameter
gegenüber einer registrierten Einstellung nach einer vorbestimmten Zeit erfolgt ist
und bei nicht erfolgter Einstellung selbsttätig ein Signal abzugeben. Grundsätzlich
kann eine solche Überprüfung in regelmäßigen Abständen selbsttätig durch die Steuerung
erfolgen oder auch ständig. Besonderes vorteilhaft ist es jedoch, wenn diese vorbestimmte
Zeit erstmals von der Inbetriebnahme der Steuerung an läuft und die registrierte Einstellung
die werkseitige Einstellung ist. Damit ist sichergestellt, dass dann, wenn das Pumpenaggregat
nach Auslieferung durch den Hersteller an seinem Bestimmungsort eingebaut und an das
elektrische Versorgungsnetz angeschlossen ist, unmittelbar nach dieser Erstinbetriebnahme
zumindest überwacht wird, ob die Einstellparameter gegenüber den werkseitigen Einstellungen
verändert worden sind oder nicht. Wenn letzteres nicht der Fall ist und das zur Einstellung
der Einstellparameter auffordernde Signal abgegeben wird, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit
davon auszugehen, dass das Pumpenaggregat in einem energetisch nicht optimierten Bereich
läuft, da nämlich nach Einbau und Inbetriebnahme keinerlei Einstellung der Einstellparameter
erfolgt ist.
[0020] In vorteilhafter Weiterbildung ist jedoch die elektronische Steuerung weiter dazu
ausgebildet, um selbsttätig zu ermitteln, ob das Pumpenaggregat in einem energetisch
günstigen Bereich betrieben wird oder nicht. Die insoweit erforderlichen Speicher-
und Rechenoperationen sind allerdings aufwendiger, weshalb diese vorteilhaft auch
über ein Netzwerk extern erfolgen können. Hierzu, als auch zur Übermittlung des Signals
und/oder von Betriebsdaten, weist die Steuerung vorteilhaft eine Schnittstelle zu
einem Netzwerk auf, vorzugsweise zu einem internetbasierten Netzwerk. Eine solche
Schnittstelle kann drahtgebunden, beispielsweise als LAN-Anschluss ausgebildet sein,
ist aber besonders vorteilhaft zur drahtlosen Datenübertragung ausgelegt, beispielsweise
mittels WLAN oder Mobilfunkanbindung.
[0021] Da Pumpenaggregate häufig an durch Funknetzwerke nicht abgedeckte Bereiche - sei
es unterirdisch oder in Kellern - angeordnet sind, kann es gemäß einer erfindungsgemäßen
Weiterbildung vorteilhaft sein, die elektronische Steuerung so auszulegen, dass sie
zur Übertragung der Einstellparameter mittels einer Softwareapplikation eines mobilen
Eingabegerätes, insbesondere eines Smartphones vorgesehen ist. Dabei kann das mobile
Eingabegerät die Verbindung zum Netzwerk herstellen, was gegebenenfalls ja nicht zeitgleich
erfolgen muss. Dann werden die zur übertragenden Einstellparameter vorteilhaft aus
dem Netzwerk mittels des mobilen Eingabegerätes geladen und nachfolgend in die elektronische
Steuerung übertragen.
[0022] Um das erfindungsgemäße Verfahren mit möglichst geringem hardwaremäßigem Aufwand
in einer elektronischen Steuerung realisieren zu können, ist gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass die Einstellparameter in einer Datei der Steuerung
gespeichert sind, und dass lediglich die Änderung dieser Datei überwacht wird. Datei
im Sinne dieser Erfindung kann auch eine Gruppe von Dateien oder ein Ordner sein,
entscheidend ist, dass die Überwachung ohne konkrete Überwachung der Einstellparameter
selbst erfolgen kann, sondern in einfacher Weise durch die Überwachung der Datei,
welche, bei Veränderung ein geändertes Datum oder ein anderes Kennzeichen aufweist.
[0023] Die Einstellparameter der elektronischen Steuerung sind vorteilhaft eine oder mehrere
der Regelgrößen wie Fördermenge, Förderdruck, Drehzahl, Leistung wobei die hydraulischen
Regelgrößen Fördermenge und/oder Förderdruck typischerweise in Form von Regelkurven
einstellbar sind.
[0024] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung eine cloudbasierte Einbindung einer elektronischen Motorsteuerung
eines Pumpenaggregates,
- Fig. 2A bis C
- drei Diagramme mit Pumpenkurven und
- Fig. 3
- ein Ablaufdiagramm.
[0025] In Fig. 1 ist ein Pumpenaggregat 1 dargestellt, eine sogenannte Boosterpumpe, die
aus drei parallel geschalteten Kreiselpumpen 2 aufgebaut ist, die jeweils von einem
frequenzumrichtergesteuerten Elektromotor 3 angetrieben werden, die aus einer gemeinsamen
Saugleitung 4 in eine gemeinsame Druckleitung 5 fördern. Das Pumpenaggregat 1 weist
eine übergeordnete elektronische Steuerung 6 auf, in welche Einstellparameter, insbesondere
der Förderdruck sowie die Zu- und Abschaltpunkte der Einzelpumpen eingebbar sind.
Diese elektronische Steuerung weist eine Schnittstelle zu einem Netzwerk auf, welches
cloudbasiert ist. Die Steuerung 6 ist mit einem WLAN-Modul sowie mit einem Mobilfunkmodul
ausgestattet, worüber sie drahtlos an das Netzwerk des Pumpenherstellers 7 über das
Internet 8, also die "Cloud" angebunden ist. Weiterhin ist die elektronische Steuerung
mit einer Bluetooth-Schnittstelle ausgestattet, über welche sie mit einem Smartphone
9 kommunizieren kann, über das ein Bediener 10 die in der Steuerung 6 verfügbaren
Einstellparameter abfragen und verändern kann. Das Smartphone 9 ist über seine Funkschnittstelle
ebenfalls mit dem Internet 8 und damit dem Netzwerk des Herstellers 7 verbunden.
[0026] Die elektronische Steuerung 6 ist dazu ausgelegt, nach einer vorbestimmten Zeit nach
Aufnahme des Betriebs des Pumpenaggregates 1 zu überprüfen, ob die Einstellparameter
gegenüber den Werkseinstellungen geändert worden sind. Diese Parameter sind in einer
Datei der Steuerung 6 digital abgespeichert, die Steuerung 6 überwacht das Speicherdatum
der Datei. Von der Erstinbetriebnahme an läuft ein Timer, der z.B. auf 72 Stunden
eingestellt ist, so dass nach Ablauf dieser vorbestimmten Zeit überprüft wird, ob
sich das Speicherdatum der Datei geändert hat oder nicht. Ist dies nicht der Fall,
wird ein Signal abgegeben, und zwar an der Steuerung 6 selbst zur Aktivierung einer
Warnleuchte 11, welche ein blinkendes Signal abgibt als Zeichen dafür, dass das Pumpenaggregat
1 noch nicht eingestellt worden ist. Gleichzeitig wird ein entsprechendes Datensignal
an das Netz abgegeben, so dass in der Datenbank des Herstellers 7 unter Angabe der
GPS-Daten des Standortes des Pumpenaggregates dies vermerkt wird und gleichzeitig
ein Hinweis erscheint, dass dieses Pumpenaggregat von einem Servicetechniker einzustellen
ist. Je nach Ausgestaltung und Anbindung an das Netzwerk 8, kann diese erforderliche
Einstellung über das Netzwerk selbst oder über den Hersteller 7 oder Betreiber erfolgen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Servicetechniker erforderlich, also
ein Bediener 10, der sich mit seinem Smartphone 9 und einer darauf laufenden Softwareapplikation
zum Pumpenaggregat 1 begibt, um über sein Smartphone 9 die Einstellparameter in der
Steuerung 6 entsprechend anzupassen. Der Servicetechniker 10 erhält dabei über das
Netzwerk 8 nicht nur den Hinweis, dass das Pumpenaggregat 1 hinsichtlich seiner Einstellparameter
zu konfigurieren ist, sondern auch die Standortdaten und, soweit vorhanden, die aus
dem Netzwerk 8 herunterladbaren Daten zur Anpassung der Einstellparameter.
[0027] Die elektronische Steuerung 6 weist neben dieser Einrichtung zur Überwachung der
Einstellung der Einstellparameter eine weitere Funktion auf, mit der während des Betriebs
des Pumpenaggregates in zeitlichen Abständen von drei Minuten die Betriebspunkte erfasst
und diese hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz ausgewertet werden, wie dies
anhand der Fig. 2A bis C im nachfolgenden erläutert ist:
[0028] Die Fig. 2A zeigt eine typische Pumpenkurve eines Pumpenaggregates, bei welcher die
Förderhöhe in Abhängigkeit der Fördermenge aufgetragen ist. Die Förderhöhe ist der
Differenzdruck zwischen Pumpeneingang und Pumpenausgang, die Fördermenge ist der geförderte
Volumenstrom pro Zeiteinheit. Die anhand von Fig. 2A schematisch dargestellte Pumpenkurve
stellt eine Kreiselpumpe bei einer konstanten Drehzahl dar. Die Fig. 2B zeigt dazu
die elektrische Leistung P dieses Pumpenaggregates in Abhängigkeit der Fördermenge.
[0029] Bei Einsatz eines Stromrichters/Frequenzumrichters mit elektronischer Steuerung 6
kann das Pumpenaggregat auf einer Vielzahl unterschiedlicher solcher Pumpenkurven
gemäß Fig. 2A und 2B gefahren werden, wie dies anhand von Fig. 2C, welche drei solcher
Kurven ω1, ω2 und ω 3 zeigt, die unterschiedliche Drehzahlen repräsentieren. Diese
Kurven stellen die Effizienz n in Abhängigkeit der Fördermenge bei einer Drehzahl
dar. Dabei ist die Effizienz der Quotient aus hydraulischer Leistung und elektrischer
Leistung, also im Idealfall eins. Die elektrische Leistung wird dabei durch die Aufnahmeleistung,
das heißt das Produkt aus Strom und Spannung des antreibenden Elektromotors bzw. der
antreibenden Elektromotoren bestimmt und steht datenmäßig in der Steuerung 6 zur Verfügung.
Die hydraulische Leistung ergibt sich aus dem Produkt von Fördermenge, Förderhöhe,
Dichte und Gravitationsbeschleunigung. Sie kann über Differenzdruck und Durchflusssensoren
berechnet werden. Die Berechnung wird häufig in Ermangelung eines Durchflussmengensignals
nur unter Zugrundelegung des Differenzdrucksignals erfolgen. Wie die drei Kurven ω1,
ω2 und ω3 der Fig. 2C verdeutlichen, gibt es zu jeder Drehzahl nur einen Punkt höchster
Effektivität (BEP) [BEP -steht für Best Efficiency Point].
[0030] Diese Effizienzberechnungen werden in der elektronischen Steuerung 6 in zeitlichen
Abständen von z.B. drei Minuten durchgeführt und gespeichert. Die entsprechenden Betriebspunkte
sind in Fig. 2C beispielhaft durch Kreuze dargestellt.
[0031] Die elektronische Steuerung überprüft nun nach einer vorbestimmten Zeit die Effizienz
in den Betriebspunkten der Pumpe anhand der zuvor ermittelten Effektivitätskurven,
die entweder im laufenden Betrieb ermittelt oder gezielt angefahren werden. Es kann
nun anhand der Betriebspunkte unter zeitlicher Korrelation festgestellt werden, ob
diese im Bereich der BEP's liegen oder außerhalb. Dabei wird zweckmäßigerweise ein
Grenzwert von beispielsweise 30% zugrunde gelegt, so dass lediglich betrachtet wird,
wie viele der Betriebspunkte außerhalb dieser 30% Grenze liegen und wie viele innerhalb.
Die außerhalb dieser Grenze liegenden sind in Fig. 2C in der Gruppe M dargestellt.
[0032] Die elektronische Steuerung 6 ist somit in der Lage zu überprüfen, ob durch Änderung
der Einstellparameter das Pumpenaggregat in einem energetisch effektiveren Bereich
gefahren werden kann. Wenn dies der Fall ist, gibt die Steuerung 6 ein entsprechendes
Signal an das Netzwerk ab, so dass hersteller- oder betreiberseitig eine Aufforderung
zur Änderung der Einstellparameter ergeht.
[0033] Dabei können die für das Pumpenaggregat geeigneten Einstellparameter herstellerseitig
vorgegeben sein und über das Netzwerk drahtlos an das Smartphone 9 des Bedieners 10
übertragen werden, der diese dann in die elektronische Steuerung 6 des Pumpenaggregates
1 überträgt oder auch von dem Bediener selbst gewählt und eingestellt werden.
[0034] In Fig. 2C sind die Betriebspunkte in einem Bereich M dargestellt, der außerhalb
der 30% der BEP's liegt. Es ist also dort dargestellt, dass acht der zehn Betriebspunkte
außerhalb des 30%-Bereiches liegen und somit 80% der Betriebspunkte den festgelegten
Wirkungsgradgrenzbereich unterschreiten. In diesem Fall ist eine Anpassung der Einstellungsparameter
geboten.
[0035] Anhand von Fig. 3 ist der Ablauf des Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt
15 werden die Effizienzkurven des Pumpenaggregates erzeugt. Diese können entweder
gezielt angefahren werden oder während des Betriebes für unterschiedliche Durchflussmengen
in Abhängigkeit der Drehzahl die motorseitig und somit steuerungsseitig stets bekannt
ist, ermittelt werden. Da die Kurven nie vollständig sind, muss entweder das Pumpenaggregat
zum Abfahren der vollständigen Kurve angesteuert werden oder interpoliert werden.
In der Praxis genügt es, die BEP's zu ermitteln, die sich für jede Drehzahl ergeben.
Nachdem diese Daten gesammelt sind, kann die Effizienzprüfung der Pumpe während des
Betriebs erfolgen. Es versteht sich, dass sich diese Verfahren anfänglich auch zeitlich
überschneiden können, was jedoch unproblematisch ist.
[0036] Wenn nun nach einem Zeitintervall von beispielsweise sechs Monaten oder ein oder
zwei Jahren nach Inbetriebnahme der Pumpe und erster Überprüfung die Effizienzüberwachung
erneut ablaufen soll, beginnt diese im Schritt 16 nach Ablauf des Timers entsprechend
der eingestellten Zeit von sechs Monaten, ein oder zwei Jahren nach der Erstüberprüfung
des Pumpenaggregates.
[0037] Es wird nun in einem zuvor bestimmten zeitlichen Abstand der beispielsweise zehn
Minuten beträgt die Effizienz des aktuellen Betriebspunktes des Pumpenaggregates berechnet
und gespeichert. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von beispielsweise 48 Stunden
wird diese Berechnung und Speicherung der Effizienz in den Betriebspunkten im dritten
Schritt 17 beendet. Im vierten Schritt 18 wird dann steuerungsseitig die Verteilung
der Betriebspunkte im Hinblick auf ihre Effizienz jeweils bezogen auf den BEP ausgewertet.
Wenn ein vorbestimmter Prozentsatz der Betriebspunkte, beispielsweise mehr als 60%
der Betriebspunkte den BEP jeweils um mehr als 30% unterschreitet, so wird im fünften
Schritt 19 ein Signal abgegeben, je nach Auswertergebnis, um die Einstellparameter
zu ändern oder auch die Pumpe durch eine kleinere oder größere zu ersetzen.
[0038] Wird steuerungsseitig ermittelt, dass die Betriebspunkte hinsichtlich ihrer Effizienz
innerhalb der zuvor festgelegten 30%-Grenze liegen, dann wird das Verfahren gegebenenfalls
auch erst nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls erneut gestartet, so dass
das Pumpenaggregat quasi über seine gesamte Betriebsdauer hinweg effizienzüberwacht
ist. Wenn nach Signalabgabe im fünften Schritt 19 die Einstellparameter geändert werden,
wird ebenfalls das Verfahren im zweiten Schritt 16 wieder aufgenommen, wohingegen
beim Austausch der Pumpe das Verfahren mit dem ersten Schritt 15 wieder beginnt.
Bezugszeichenliste
[0039]
- 1
- Pumpenaggregat
- 2
- Kreiselpumpe
- 3
- Elektromotor
- 4
- Saugleitung
- 5
- Druckleitung
- 6
- elektronische Steuerung
- 7
- Hersteller/Betreiber
- 8
- Internet/Cloud
- 9
- Smartphone 10 Bediener
- 11
- Warnleuchte
- 15
- erster Schritt (Ermitteln der Effizienzkurven für unterschiedliche Drehzahlen)
- 16
- zweiter Schritt (Starten des Programms und Starten des Timers sechs Monate, ein, zwei
Jahre)
- 17
- dritter Schritt (Speichern und Ermitteln der Effizienz von Betriebspunkten)
- 18
- vierter Schritt (Auswerten der ermittelten Effizienzwerte)
- 19
- fünfter Schritt (Signalabgabe)
1. Verfahren zum Betreiben eines elektronisch gesteuerten Pumpenaggregats, bei dem in
einer elektronischen Steuerung Einstellparameter der Pumpe zur Anpassung an die hydraulischen
Anforderungen der örtlichen Einbausituation einstellbar sind, und bei dem während
des Betriebes Betriebsdaten des Pumpenaggregats registriert werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorbestimmten Zeit anhand der registrierten Betriebsdaten überprüft wird,
ob das Pumpenaggregat in einem energetisch günstigeren Bereich betrieben werden kann
oder ob alle Einstellparameter gegenüber einer Voreinstellung nicht geändert worden
sind, und dann, wenn dies festgestellt wird, ein Signal zur Veränderung der Einstellparameter
abgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinstellung die werkseitige Voreinstellung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die energetische Auswertung der Betriebsdaten elektrischer Betriebsdaten des
Motors, insbesondere die elektrische Leistung des Motors, und hydraulische Betriebsdaten
der Pumpe, insbesondere Druck und/oder Durchfluss verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung von Betriebsdaten und die Überprüfung nach der vorbestimmten Zeit
oder einem Zeitintervall nach erfolgter Überprüfung wiederholt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der vorbestimmten Zeit anhand der registrierten Betriebsdaten weiter überprüft
wird, ob ein oder mehrere vorbestimmte vorzugsweise zeitlich korrelierte Betriebsdatengrenzwerte
überschritten worden sind und dann, wenn dies festgestellt wird, ein Signal zur Veränderung
der Einstellparameter abgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten des Pumpenaggregats über ein internetbasiertes Netzwerk registriert
und nach der vorbestimmten Zeit netzwerkseitig überprüft wird, ob das Pumpenaggregat
in einem energetisch günstigeren Bereich betrieben werden kann um dann vorzugsweise
netzwerkseitig die Einstellparameter entsprechend anzupassen oder beizubehalten oder
die Einstellparameter zur Übernahme bereitzustellen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit zwischen einer Stunde und sieben Tagen liegt und/oder das Zeitintervall
zwischen 1 bis 5 Jahren beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal eine optische Anzeige und/oder akustisches Signal aktiviert oder über
das internetbasierte Netzwerk vorzugsweise zusammen mit den Standortdaten des Pumpenaggregats
übertragen wird.
9. Elektronische Steuerung (6) eines elektromotorisch angetriebenen Kreiselpumpenaggregates
(1), insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit Mitteln zum Einstellen von Einstellparametern zur Anpassung des Pumpenaggregats
(1) an die hydraulischen Anforderungen der örtlichen Einbausituation (4, 5), wobei
die Steuerung (6) ausgebildet ist, um Betriebsdaten zu registrieren und/oder weiterzuleiten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) weiter ausgebildet ist um zu ermitteln, ob eine Einstellung der
Einstellparameter gegenüber einer registrierten Einstellung nach einer vorbestimmten
Zeit erfolgt ist und bei nicht erfolgter Einstellung selbsttätig ein Signal abzugeben.
10. Elektronische Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit von der Inbetriebnahme der Steuerung läuft und die registrierte
Einstellung die werkseitige Einstellung ist.
11. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) eine Schnittstelle zu einem vorzugsweise internetbasiertem Netzwerk
(8) aufweist, über welche das Signal und/oder die Betriebsdaten weiterleitbar sind.
12. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) eine Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung aufweist.
13. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) zur drahtlosen Übertragung der Einstellungsparameter mittels einer
Softwareapplikation eines mobilen Eingabegeräts, insbesondere eines Smartphones (9)
und/oder zur Übertragung aus dem Netzwerk (8) ausgebildet ist.
14. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellparameter digital in einer Datei der Steuerung (6) gespeichert sind und
dass die Änderung dieser Datei überwacht wird.
15. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellparameter eine oder mehrere der Regelgrößen Fördermenge, Förderdruck,
Drehzahl, Leistung sind, wobei vorzugsweise Fördermenge und/oder Förderdruck in Form
von Regelkurven einstellbar sind.