用于控制泵装置的方法与流程

本发明通常涉及一种用于控制包括泵和控制单元的泵装置的方法，该泵包括马达，并且该控制单元布置成驱动所述马达。本发明特别地涉及一种用于控制泵装置的方法，该马达在操作期间与操作参数相关联，马达的扭矩可由所述操作参数可推导得出，所述操作参数在马达在第一方向中的正常操作期间具有正常值P_N。

背景技术：

在借助于例如潜水泵泵送液体、例如包含固体物质的废水时，固体物质迟早将会对输送液体的泵的容量产生负面影响。固体物质紧紧地粘在泵的液压单元中并缓慢地附着到泵的叶轮以及泵的泵房的内侧，并因此使泵的液压效率受到负面影响且泵由于增大的转动阻力、增大的扭矩和恶化的液压性能将在受力的操作状况下运行。目前，在泵或更精确的泵的液压装置开始堵塞时，以若干个已知的方式或多或少地自动清洗泵。受力的操作状况不是直接地不利于泵，而是得到增大的功耗和更坏的泵性能，这对于设备所有者是昂贵的并且这可导致负面影响、例如在泵的可达到的容量不足以排空泵站时淹没泵站。

已知的清洗方法或者用于控制泵装置的方法检测到必须清洗并且其后执行预定的标准清洗序列，所述预定的标准清洗序列至少需要通过使马达的速度经历由控制单元驱动的长时间的预定降速而使泵的马达减速。已知的是人们特别由于在泵下游的管路系统中避免所谓的水击作用的要求而且还由于泵的叶轮在正常操作期间所具有的大扭矩和大动量可能不能直接停止泵的马达。当马达直接停止时，水击作用当在泵的下游的管道中的液体的动能和惯量引起有破坏管道和其它结构部件的风险的振动时将不可避免地出现，因而眼前的风险是叶轮松开、泵的传动轴损坏等。因此一直在发生长时间的并且可控的马达的速度的下降。

在清洗方法中缺少智能化的直接结果是使用标准清洗序列，并且该标准清洗序列在如上所述的受力的操作状况期间是足够的，在大的和/或硬的物体进入泵的液压单元并被楔入时、即在出现对泵装置不利的操作状况时显著增加泵的负载。不利的操作状况意思是这样的操作状况，该操作状况将直接地或者在短时间内将需要中断泵和/或控制单元。当例如呈变频器(VFD)形式的控制单元在大的和/或硬的物体开始楔入且机械地制动叶轮时执行所述降速时，长时间的且可控的马达的降速迫使叶轮旋转并且使物体楔入得更厉害/更严重。这将进一步地引起泵的叶轮、驱动轴马达等或者控制单元使用过度并损坏。

为了防止泵和/或控制单元损坏，不同的安全系统/保护装置、例如安全断开断路器、熔断器等布置成以保护设备并在设备损坏之前刹停。当上述不利的操作状况、即在安全系统触发和/或泵装置中断很普遍时，维护人员必须执行紧急出动并排除故障/堵塞。这些出动是昂贵的并且另外地闲置泵对于设备所有者也是很昂贵的。

技术实现要素：

本发明目的是避免以上提到的缺陷和先前已知的清洗方法的弊端并提供了用于控制泵装置的改进的方法。本发明的基本目的是提供一种用于控制根据最初限定类型的泵装置的改进的方法，这显著地增加了泵装置能够通过其自身解决的堵塞的数量。

本发明的另一目的是提供一种用于控制泵装置的方法，这完美地避免了维护人员执行紧急出动的需要。

本发明特征的简要说明

根据本发明，至少本发明的基本目的将通过具有由独立权利要求所限定的特征的最初限定的方法来获得。本发明优选的实施例在从属权利要求中进一步地限定。

根据本发明，提供了一种用于控制最初限定类型的泵装置的方法，其特征在于以下步骤：

-借助控制单元在第一方向上驱动马达，

-当操作参数的实际值P超过预定堵塞界限P_I时停止马达，其中，P_I≥1.05*P_N,

-借助控制单元在预定冲洗时间T_R期间在与第一方向相反的第二方向上驱动马达，以及

-当操作参数的实际值P的绝对值在冲洗时间T_R期间超过第一松开界限P_L1的绝对值时停止马达，其中，|P_L1|≥1.1*P_I,否则，在所述冲洗时间T_R之后停止马达并返回到正常操作。

因此，本发明基于这样的理解，通过以比停止在第二方向上驱动马达所采用的扭矩更低的扭矩在第一方向驱动马达，即具有比楔入的材料的扭矩更大的扭矩用于松开楔入的材料，能够或多或少完全消除泵装置闲置以及紧急出动的数量。

根据本发明的优选实施例，所述方法在当操作参数的实际值P超过预定堵塞界限P_I时停止马达的步骤(其中P_I≥1.05*P_N)之后还包括如下步骤:

-借助控制单元在预定控制时间T_K期间在第一方向上驱动马达，

-当操作参数的实际值P在控制时间T_K期间超过错误警报控制界限P_F时停止马达，其中P_F≤P_I。

因此，获得错误警报功能，在这种情况下，可避免不必要的泵向后操作。

根据本发明的优选实施例，所述方法在当操作参数的实际值P的绝对值超过第一松开界限P_L1的绝对值(其中|P_L1|≥1.1*P_I)时停止马达的步骤之后还包括如下步骤:

-借助控制单元在预定冲洗时间T_R期间在第一方向上驱动马达，

-当操作参数的实际值P超过第二松开界限P_L2时停止马达，其中P_L2≥P_I且P_L2≤0.95*|P_L1|。

因此，泵装置在它以第一次向后松开尝试失败时借助于向前松开尝试使用可获得的扭矩来松开楔入的材料，所述可获得的扭矩大于在向前的正常操作期间的可获得的扭矩但小于在向后松开期间可获得的扭矩。

根据本发明的优选实施例，操作参数由马达的功耗构成。

本发明的其它的优点和特征从其它从属权利要求以及从优选实施例的以下详细描述中将更明显。

附图说明

本发明的上述特征和其它特征的更全面的理解根据参考附图的优选实施例的以下详细描述将更明显，在附图中:

图1是包括泵装置的泵站的示意性视图；

图2是公开了本发明方法的第一实施例的流程图；

图3是公开了本发明方法的第二实施例的流程图；

图4是公开了本发明方法的第三实施例的流程图；

图5是示意性地公开了泵的功耗在第二方向上的成功的清洗/松开期间如何随着时间推移而改变的示意图；

图6是示意性地公开了泵的功耗在若干次不成功的松开尝试之后在第二方向上的成功松开期间如何随着时间推移而改变的示意图；以及

图7是示意性地公开了泵的功耗在错误堵塞期间如何随着时间推移而改变的视图。

具体实施方式

在图1中示出了大体上由附图标记1指示的泵站，该泵站包括至少一个速度控制泵2，所述至少一个速度控制泵通常是两个潜水泵，所述至少一个速度控制泵布置成在活动状态将液体从包括在泵站1中的槽3泵送至出口管4并进一步地泵送远离泵站1。泵站1还以常规方式包括布置成确定泵站1中的液体水平的至少一个水平传感器5。应该指出的是，水平传感器5可以是可操作地连接至外部控制单元6的、可操作地连接至所述至少一个速度控制泵2的、内置在所述至少一个速度控制泵2中等的单个装置。所述至少一个速度控制泵2优选地可操作地连接至外部控制单元6，以允许控制泵的速度，可替换地所述至少一个速度控制泵2可包括内置控制单元(未示出)。在下文中术语控制单元6将独立于其物理位置而使用。

泵2和控制单元6一起组成泵装置的至少一部分，其中，泵2包括布置成通过所述控制单元6驱动的电动马达7和以常规方式经由驱动轴9与该电动马达7连接的叶轮8。优选地叶轮8是开放式叶轮，并且最优选地是在操作期间相对于在泵的入口处的吸入盖/插入环在泵2中可轴向位移的叶轮。

术语“速度控制”覆盖了改变泵的速度或者更精确地改变马达7的旋转速度/运行速度的可想到的所有方式。首先，考虑到借助于变频器(变频驱动器)的电流供应的频率控制，该变频器内置在泵中或者泵的外部并且在所述控制单元6上构成一示例，旋转速度在正常操作期间与电流供应的频率成比例。然而，也考虑在内部或外部进行受控的电压供应控制。因此，在本发明的所有水平上，由于能够控制/调整泵2的旋转速度，所以如何控制泵的运行速度并不是很重要。

本发明的方法涉及控制泵装置，该泵装置包括具有马达7的泵2和布置成控制所述马达7的控制单元6，以在堵塞时实现对泵的高效清洗。泵站1在本文中被视作划定边界的设备，进来的液体达到所述泵站中并且流出的液体从所述泵站泵出。根据本发明，泵站将被认为独立于液体类型并独立于液体来自的地方和液体所泵送至的地方。在这种情况下，泵站包括若干个泵2，它们之间可能发生适当的改变，然而这些内容未在本申请中进行进一步地描述。

另外，泵2在正常操作期间按照已知方法启动和停止并且在这里未进行描述。

在图2中示出了大体上由附图标记10所标记的用于控制包括泵2和控制单元6的泵装置的方法的预定的实施例。应该指出的是，本发明的方法10可被展开成具有一个或多个子方法和/或用其它控制方法来并行地/顺序地驱动。

本发明的用于控制泵装置的方法10实际上是用于被完全地堵塞或者部分地堵塞(即异物已经进入泵2中并楔入叶轮8中)的泵的清洗方法。

堵塞的程度和/或堵塞的类型在泵2的马达上引起负载并显示了泵装置的运行状况。因此马达7在每个单独的时间点在泵2处于活动状态中并且马达7在第一方向上通过控制单元6来驱动时与对应于泵装置的操作状况的负载水平相关联。泵装置还包括用于间歇地或者连续地监测至少一个操作参数的机构，马达7的扭矩可由所述至少一个操作参数通过直接测量或者通过根据其它操作参数/其它操作量的推导而推导得出。所述操作参数P优选地由电流消耗或者扭矩构成，而且也能考虑其它操作参数、例如功耗。事实上，当泵2的液压单元被完全地或者部分地堵塞时，马达7的负载水平将改变，因此改变了扭矩和操作/旋转速度。该直接影响是泵的电流消耗、功耗等相应地改变，其中，马达7的扭矩可从例如马达的电流消耗来推导得出。当泵2处于以上所述的活动状态时，优选地监控泵2或者更精确地监控马达7的实际电流消耗，并且在下文本发明将以此为基础进行描述。然而，应当意识到的是，本发明不限于将电流消耗作为操作参数，所述操作参数在马达7在第一方向上的正常操作期间具有正常值P_N。第一方向意味着叶轮8被向前驱动(即经由出口管4泵出液体)。

现在将参考图2以其最基本的形式描述本发明的方法10。

所述方法10从泵2处于活动状态中且马达7在第一方向上通过控制单元6驱动开始。在该连接中和在正常操作期间，所述第一方向引起液体通过叶轮8从槽3经由出口管4输送，即马达7在该正向方向上被驱动。当泵2启动时，即从泵2的不活动状态开始，控制单元6执行马达7的实际的运行/旋转速度F的从0至在正常操作期间将使用的运行速度F_N的受控的(例如线性的)的增速，所述运行速度F_N例如构成为大约75-85％的马达7的所谓的最大旋转速度F_MAX。马达7的最大旋转速度应当是直接地连接至输电干线(即通常50Hz或者60Hz的电流供应频率)的泵2的马达7所具有的旋转速度。正常运行速度F_N可例如为常数或者随着时间推移而改变的数值、可例如为手动设定的数值或者基于瞬间能量消耗而自动优化的数值等。这也需要操作参数的正常值P_N为常数或者随着时间推移与正常运行速度F_N的当前状态一致地改变。也应指出泵送液体的不同性质在保持正常运行速度F_N不变的情况下在泵2上需要不同的负载，这需要操作参数的正常值P_N也基于在具体应用(即不同的泵站接收具有不同特征的液体)中的泵2上的负载。由此进入同一个泵站的液体可在一天的不同时间具有不同的特性。

当泵2处于所述活动状态中时，确定/监控所述至少一个操作参数的实际值P，并且在所描述的实施例中确定实际电流消耗。实际电流消耗/功耗由于在泵送液体中发现的固体物质进入泵2的液压单元、对泵2的液压单元产生影响并输送通过泵2的液压单元并因此对马达7的负载水平/扭矩具有瞬间影响的这一事实在正常操作期间在电流消耗的标称值附近变化。

在所述至少一个操作参数的实际值P的监测期间，能够确定的是，在外部施加的力作用在马达上，使得泵装置的不利操作状况启动，其在马达7的负载水平/扭矩超过泵装置的不利水平时为真。不利的操作状况意思是在马达7的操作不变时立即或者在短时间内将导致泵2和/或控制单元6将过度工作且中断、另外将触发安全系统/保护设备的操作状况。不利的操作状况在大的和/或硬的物体进入泵2的液压单元并楔入叶轮8和泵壳或者吸入盖/插入环之间时存在。

所述方法10在马达7在第一方向上驱动时包括如下步骤：确定操作参数的实际值P是否超过预定堵塞界限P_I，其中，P_I大于或等于1.05倍因子的操作参数的正常值P_N。当P>P_I时，马达7停止，否则继续正常操作。优选地在操作参数P_I和操作参数的正常值P_N之间的关系是:P_I≥1.1*P_N，并且最优选地P_I≥1.2*P_N。

应当指出的是，由于操作参数的正常值P_N可能在操作期间改变这一事实，操作参数的堵塞界限P_I也将改变，但是保持以上给定的它们之间的相互关系不变。

停止马达的表述意味着执行从泵的活动状态至泵2的不活动状态的状态变化。停止马达7的步骤在这一点上优选地包括控制单元6在确定堵塞之后立即直接中断马达7在第一方向上的驱动。直接中断驱动的特征通过将马达7的运行速度F_N在该控制单元6中设置等于零、即没有发生马达7的旋转速度降速或者通过断开马达7将马达7的运行速度F_N设置为零、即完全切断马达7来实现。这需要进入并楔入泵2的液压单元的外来物体楔入得不是更厉害/更严重。

在检测到堵塞并且停止马达7之后，所述方法10开启清洗序列。在停止马达7的步骤之后，执行借助控制单元6在与第一方向相反的第二方向上驱动所述马达7预定冲洗时间T_R的步骤。术语在第二方向上驱动马达7意味着在向后方向上驱动马达7。泵装置在冲洗时间T_R期间设法将已经楔入的物体冲回到槽3中。

在冲洗时间T_R且在第二方向上驱动马达7期间，控制单元6设法生成马达7的向后清洗速度F_RB。向后清洗速度F_RB的绝对值优选地在马达7的最大旋转速度F_MAX的75-85％范围内。在冲洗时间T_R期间，所述方法执行如下步骤：确定操作参数的实际值P的绝对值是否超过第一松开界限P_L1的绝对值，其中，操作参数的第一松开界限P_L1的绝对值大于或等于1.1倍因子的操作参数的堵塞界限P_I。当|P|>|P_L1|时，停止马达7，这意味着已经楔入的材料没有松开并且没有在第一次向后松开尝试中被冲洗出来。当|P|<|P_L1|时，在所述冲洗时间T_R之后停止马达7并接着返回到正常操作，这意味着已经楔入的材料在第一次向后松开尝试期间被冲回到槽3中。优选地操作参数的第一松开界限P_L1和操作参数的堵塞界限P_I之间的关系是:|P_L1|≥2*P_I，并且最优选地|P_L1|≥3*P_I。

在确定为操作参数的实际值P超过堵塞界限P_I之后停止马达7的步骤之后，所述方法优选地还包括如下步骤：将泵2在不活动状态中保持预定等待时间T_V。换句话说，泵2在第一次向后松开尝试启动之前或者在将在下文描述的错误警报控制之前保持不活动等待时间T_V。

在冲洗时间T_R之后停止马达7的步骤之后，所述方法优选地还包括如下步骤：将泵2在不活动状态中保持预定等待时间T_V。换句话说，泵2在恢复正常操作之前保持不活动等待时间T_V。

现在参考图3，其中，描述了将呈错误警报控制的形式的特征添加到根据图2的方法中，所述方法10的其它部分保持不变并不在下文中描述。

在确定了操作参数的实际值P超过堵塞界限P_I之后停止马达7的步骤之后，所述方法包括如下步骤：借助控制单元6在第一方向上驱动马达7预定控制时间T_K。在控制时间T_K期间，所述方法执行如下步骤：确定操作参数的实际值P是否超过错误警报控制界限P_F，其中，操作参数的错误警报控制界限P_F小于或等于操作参数的堵塞界限P_I。错误警报控制执行一次或若干次。当P>P_F时，停止马达7，这意味着它不是错误警报但是确定了已堵塞。在错误警报控制期间，已经引起马达7堵塞停止的材料有时经由出口管4冲洗出来。优选地在操作参数的错误警报控制界限P_F和操作参数的正常值P_N之间的关系是:P_F≥P_N。在控制时间T_K期间且在马达7在第一方向上驱动期间，控制单元6设法生成优选地等于正常运行速度F_N的马达7的错误警报速度F_F。

在控制时间T_K之后，控制单元6可根据正常操作在第一方向上继续驱动马达7，另外，马达7可能停止且泵2在恢复正常操作之前在不活动状态中保持预定等待时间T_V。

在确定为操作参数的实际值P超过错误警报控制界限P_F之后停止马达7的步骤之后，所述方法优选地还包括如下步骤：将泵2在不活动状态中保持预定等待时间T_V。换句话说，泵2在第一次向后松开尝试启动之前保持不活动等待时间T_V。

现在参考图4，其中，描述了将呈向前松开尝试形式的特征添加到根据图2的方法中，所述方法10的其它部分保持不变并且不在下文中描述。

在确定为操作参数的实际值P的绝对值超过第一松开界限P_L1的绝对值之后停止马达7的步骤之后，所述方法包括如下步骤：借助控制单元6在第一方向上驱动马达7预定冲洗时间T_R。在冲洗时间T_R且在第一方向上驱动马达7期间，控制单元6设法生成马达7的向前清洗速度F_RF。

向前清洗速度F_RF优选地在马达7的最大旋转速度F_MAX的75-100％范围内。在冲洗时间T_R期间，所述方法执行如下步骤：确定操作参数的实际值P是否超过第二松开界限P_L2，其中，第二松开界限P_L2大于或等于操作参数的堵塞界限P_I且小于或等于0.95倍因子的第一松开界限P_L1。当P>P_L2时，停止马达7，这意味着已经楔入的材料没有松开并且在第一次向前松开尝试期间没有被冲洗出来。当P<P_L2且在冲洗时间T_R之后，控制单元6可根据正常操作在第一方向上继续驱动马达7，另外，马达7可停止并且泵2在恢复正常操作之前在不活动状态中保持预定等待时间T_V。P<P_L2需要已经楔入的材料在第一次向前松开尝试期间经由出口管4冲出。优选地在操作参数的第一次松开界限P_L1和操作参数的第二次松开界限P_L2之间的关系是:P_L2≤0.85*|P_L1|，并且最优选地是：P_L2＝0.8*|P_L1|。

应该指出的是，在第一次向后松开尝试之后，在执行第一次向前松开尝试之前可执行一次或多次向后松开尝试。由此，所述方法10在维护人员被呼叫到所述设备之前可执行若干次在向后松开尝试和向前松开尝试之间更迭，其中，每一次向后松开尝试可包括一次或多次松开尝试并且其中，每一次向前松开尝试可包括一次或多次松开尝试。例如第一松开界限P_L1可在每一次失败的松开尝试之后增加，并且例如第二次松开界限P_L2可在每一次失败的松开尝试之后增加。

所述方法10在楔入的材料已经释放时并且在恢复正常操作之前还可包括通过借助控制单元6在冲洗时间T_R期间在第一方向上以最大旋转速度F_MAX驱动马达7而冲洗泵2。

最后参考图5至图7，其借助于公开了泵/马达的实际的运行/旋转速度以及其如何随着时间推移而改变的上部图形和公开了泵/马达的实际扭矩/电流消耗以及其如何随着时间推移而改变的下部图形示意性地公开了不同的清洗序列。

在图5中，检测堵塞，从而执行确定堵塞的错误警报控制。此后执行第一次向后松开尝试，其是成功的。此后实施具有可选择的后续等待时间的向前冲洗，在此期间在恢复正常操作之前泵处于非活动状态。

在图6中检测到堵塞，从而执行确定堵塞的错误警报控制。此后进行第一次向后松开尝试，其时不成功的。第一次向前松开尝试，其是不成功的。第二次向后松开尝试，其是成功的。此后，在恢复正常操作之前执行向前冲洗，所述向前冲洗具有在泵为不活动期间的可选择的随后等待时间。

在图7中，检测堵塞，因此执行确定错误警报的错误警报控制，并且恢复正常操作。

本发明的可行的修改

本发明不只限于以上所描述和在附图中所示的实施例，所述实施例主要具有说明和举例的目的。该专利申请旨在涵盖此处所描述的优选实施例的所有调整和变型，因此本发明由所附权利要求的措词来限定，因此所述设备可在所附权利要求范围内以所有方式来改进。

应指出的是，即使因此没有明确说明来自一个具体实施例的特征可以与来自另一个实施例的特征相组合，如果有组合的可能的话，该组合也应当认为是明显的。

应当意识到的是，等待时间T_V在所述方法的不同阶段期间可具有不同的长度，然而，为了清楚起见，在说明书和权利要求中使用同一附图标记。等待时间T_V在三秒钟的范围内。

应当意识到的是，冲洗时间T_R在方法的不同阶段期间可具有不同的长度，然而，为了清楚起见，在说明书和权利要求中使用同一附图标记。冲洗时间T_VR在三秒钟的范围内。

用于在本文件中所提到的界限的精确值基于具体的泵装置以及其在操作期间的周围环境，并且因此没有提及，相反，所提到的界限之间的相互关系在本文件中是必不可少的。

在整个该说明书和所附权利要求中，除非上下文另有规定，应当意识到的是，术语“包括”，及变化、例如“包含”和“含有”，应理解为包括所陈述的整体或者步骤或者整体或者步骤构成的组，但不排除任何其它整体或者步骤或者整体或者步骤构成的组。