DE3919407A1 - METHOD FOR CONTROLLING A COMPRESSOR AND CONTROL DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verdichters, bei dem bei wechselndem Druckluftbedarf der Antriebsmotor nach Erreichen des Maximaldruckes im Druckluftnetz ausgeschaltet (Aussetzbetrieb) oder der Verdichter in den Leerlauf (Durchlaufbetrieb) geschaltet wird, und ferner eine Verdichtersteuerungseinrichtung.The invention relates to a method for controlling a Compressor, in the case of changing compressed air requirements the drive motor after reaching the maximum pressure in the Compressed air network switched off (intermittent operation) or the Compressor in idle (continuous operation) is switched, and also a Compressor control device.
Wenn ein Verdichter mehr fördert als im Augenblick verbraucht wird, steigt der Netzdruck bis zum Maximalpunkt an. Der Verdichter wird dann auf Aussetzbetrieb geschaltet, bis nach Absinken des Netzdruckes auf einen Minimalwert ein Wiederanlauf des Verdichters erforderlich wird.When a compressor delivers more than it does at the moment is consumed, the network pressure rises to Maximum point. The compressor will then open Intermittent operation switched until after the Network pressure to a minimum value a restart of the Compressor is required.
Da die Schalthäufigkeit von Elektromotoren begrenzt ist, um ein Ansteigen der Motortemperatur infolge zu häufiger Einschaltungen zu vermeiden, wird der Verdichter in den Leerlaufbetrieb (Durchlaufbetrieb) geschaltet, bei dem er entlastet weiterläuft, keine Luft fördert, jedoch immerhin etwa 1/4 der Vollastleistung aufnimmt.Because the switching frequency of electric motors is limited is due to an increase in engine temperature to avoid frequent engagements Compressor in idle mode (continuous operation) switched, in which he continues to run relieved, none Air conveys, but at least about 1/4 of the Takes full load power.
Um den Verdichterbetrieb bei Lastschwankungen wirtschaftlicher zu gestalten, verwendet man Steuerungen, die, abhängig vom zu erwartenden Druckabfall und von der vom Motorhersteller vorgegebenen Schalthäufigkeit des Antriebsmotors, zwischen Aussetz- und Durchlaufbetrieb entscheiden.Compressor operation in the event of load fluctuations to make it more economical is used Controls that, depending on the expected Pressure drop and from that of the engine manufacturer predetermined switching frequency of the drive motor, decide between intermittent and continuous operation.
Es ist auch bekannt, für einen Verdichter die jeweils günstigste Betriebsart, d.h. Aussetz- oder Durchlaufbetrieb, in Abhängigkeit vom jeweiligen Luftverbrauch während des als Förderperiode bezeichneten intermittierenden Betriebszustandes durch Regeleinrichtungen selbsttätig zu wählen. Dabei wird mit einem Zeitrelais die Dauer einer Förderperiode abgetastet. Wird der Maximaldruck innerhalb der eingestellten Zeit erreicht, schaltet der Verdichter ab. Wird der Maximaldruck aber erst nach Ablauf des Zeitrelais erreicht, entspricht dies einem verhältnismäßig hohen Luftverbrauch, so daß der Verdichter dann auf Durchlaufbetrieb geschaltet wird. Dabei wird die Ansaugdrosselklappe geschlossen und die Anlage druckentlastet.It is also known for one compressor each cheapest operating mode, i.e. Intermittent or Continuous operation, depending on the respective Air consumption during the as funding period designated intermittent operating state Control devices to choose automatically. Doing so the duration of a funding period with a time relay scanned. If the maximum pressure within the the set time is reached, the compressor switches from. Is the maximum pressure only after the expiry of Timing relay reached, this corresponds to one relatively high air consumption, so that The compressor is then switched to continuous operation. The intake throttle valve is closed and the System relieved of pressure.
Die Wahl zwischen beiden Betriebsarten ist, wie zuvor erwähnt, von der zulässigen Schalthäufigkeit des Antriebsmotors abhängig, die beispielsweise bei 4 bis 6 Schaltungen pro Stunde liegen kann.The choice between the two operating modes is as before mentioned, from the permissible switching frequency of the Depending on the drive motor, for example at 4 to 6 Circuits per hour.
Die Steuerungen nach dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, daß bei ihnen die tatsächlichen aktuellen Motortemperaturen nicht erfaßt und ausgewertet werden, so daß der Verdichter zwangsläufig häufiger im Leerlaufbetrieb läuft als aufgrund der tatsächlichen Verhältnisse eigentlich notwendig wäre. Insbesondere bei Maschinen großer Leistung bedeutet dieser von den Verdichtersteuerungen des Standes der Technik vorgeschriebene häufige Leerlaufbetrieb einen immerhin beachtlichen Energiekostenaufwand.The controls according to the prior art have the Disadvantage that the actual current Engine temperatures are not recorded and evaluated, so that the compressor inevitably more often Idle running as due to the actual Conditions would actually be necessary. In particular for machines with high performance this means of State of the art compressor controls prescribed frequent idle operation after all considerable energy costs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Steuern eines Verdichters und eine entsprechende Steuerungsvorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, unabhängig von der vom Motorenhersteller zugelassenen Motorschalthäufigkeit die aktuelle Verdichterantriebsmotortemperatur als Kriterium für die Wahl zwischen Aussetz- und Durchlaufbetrieb des Verdichters zu bestimmen. The object of the invention is therefore to provide a method for Control a compressor and a corresponding one To create control device that allow regardless of the one approved by the engine manufacturer Engine switching frequency the current Compressor drive motor temperature as a criterion for the Choice between intermittent and continuous operation of the To determine the compressor.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Steuerungsverfahren erreicht und eine Steuerungseinrichtung, wie sie in den Patentansprüchen niedergelegt sind.The solution to this problem is through a Control process achieved and a Control device as in the claims are laid down.
Demnach besteht das wesentliche Merkmal der Erfindung darin, die im Verdichter-Antriebsmotor tatsächlich herrschende Temperatur abzufragen, woraus der Schluß gezogen wird, ob der Verdichter bei geringem Druckluftbedarf abgeschaltet werden kann, ohne Gefahr zu laufen, daß bei einem kurzfristigen Wiedereinschalten wegen gestiegenen Druckluftbedarfes die zulässige Motortemperatur überschritten wird.Accordingly, there is the essential feature of the invention in that actually in the compressor drive motor prevailing temperature, from which the conclusion is pulled whether the compressor at low Compressed air requirement can be switched off without danger to run that at a short term Switch on again due to increased compressed air demand the permissible motor temperature is exceeded.
Das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend den unabhängigen Ansprüchen 1 bis 3 ermöglicht eine optimale Anpassung des Verdichterbetriebes an den Druckluftverbrauch, eine Reduzierung der Inanspruchnahme der installierten Leistung bei reduzierter Luftfördermenge, eine Herabsetzung der Kühlmittelkosten und einen sicheren Überlastungsschutz für den elektrischen Antriebsmotor dadurch, daß aufgrund der Heranziehung des Kriteriums Motortemperatur beim erfindungsgemäßen Verfahren die vom Motorenhersteller vorgegebene zulässige Einschalthäufigkeit auch bei sehr stark schwankendem Druckluftverbrauch niemals überschritten und die Leerlaufzeiten des Verdichters minimiert werden.The inventive method according to the independent claims 1 to 3 enables one optimal adjustment of the compressor operation to the Compressed air consumption, a reduction in Use of the installed capacity at reduced air flow, a reduction in Coolant costs and safe overload protection for the electric drive motor in that due to the use of the criterion Motor temperature in the method according to the invention permissible specified by the motor manufacturer Switch-on frequency even with very fluctuating Compressed air consumption never exceeded and that Idle times of the compressor can be minimized.
Bei der Messung der Motortemperatur wird vorzugsweise eine indirekte Strommeßmethode angewandt, beispielsweise unter Verwendung eines elektronischen Motorschutzrelais. Dieser Methode liegt das Prinzip zugrunde, daß bei einem Motor die Erwärmung aus der im Motor als Verlust umgesetzten Energie folgt. Dabei ist die Erwärmung abhängig von den Kupfer- und Eisenmassen, den Kupfer- und Eisenverlusten, verschiedenen Wärmekapazitäten und Wärmewiderständen, von den Kühlungsverhältnissen bei verschiedenen Betriebsarten und von den eingespeisten Strömen.When measuring the engine temperature is preferred an indirect current measurement method applied, for example using an electronic Motor protection relay. The principle lies with this method based on the fact that the heating from an engine in the Motor follows as loss of converted energy. It is the heating depends on the copper and iron masses, copper and iron losses, various Thermal capacities and thermal resistances, of the Cooling conditions in different operating modes and from the fed currents.
Da bei einem Motor bekannter Bauart die bauartbedingten Größen bekannt sind, kann durch Berechnung bzw. Versuch die Erwärmung des Motors als Funktion des Stromes abgeleitet werden. Die Strommessung ist mit einfachen Mitteln in der Zuleitung möglich. Für die motortypische Auswertung sind entsprechende Meßgeräte bekannt.Since the design-related in a motor of known design Sizes are known, can be by calculation or experiment the heating of the motor as a function of the current be derived. The current measurement is simple Funding possible in the supply line. For the typical engine Corresponding measuring devices are known for evaluation.
Die indirekte Strommeßmethode ist mit den derzeit verfügbaren Geräten technisch einfach darstellbar. Im Zuge der Weiterentwicklung der einschlägigen Meßtechnik wird aber auch die Anwendung der direkten Meßmethode, die versuchsweise bereits erprobt wurde, als verläßliche Alternative realisierbar sein.The indirect current measurement method is currently the available devices are technically easy to display. in the In the course of the further development of the relevant measuring technology but also the application of the direct measurement method, which has already been tried out as a trial reliable alternative can be realized.
Da bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren von der Messung der aktuellen Antriebsmotorinnentemperatur ausgegangen wird, so kann es in diesem Zusammenhang auch vorteilhaft sein, die Motorkühlung vom Verdichter-Motorantrieb unabhängig zu machen und beispielsweise die Motorkühlung nur bei Bedarf zuzuschalten. Dies ergibt eine Leistungsersparnis. Andererseits kann man so verfahren, daß die Motorkühlung nach Ausschalten des Verdichterantriebes noch eine Zeitlang weiterläuft, um das Temperaturniveau abzusenken und um auf diese Weise zusätzliche Einschaltungen des Verdichterantriebs zu ermöglichen. Da der Leerlaufbetrieb beim Verdichter immerhin ca. 25% der Vollastleistung erfordert, während der Kühlluftventilator allein jedoch nur wenige Prozente der Verdichterleistung benötigt, ist diese Verfahrensweise energetisch vorteilhaft. Since in the control method of the measurement of the current drive motor internal temperature in this context it can be assumed also be advantageous, the engine cooling from To make compressor motor drive independent and For example, engine cooling only when needed switch on. This results in a performance saving. On the other hand, one can proceed in such a way that the Engine cooling after switching off the compressor drive continues for a while to get the temperature level lower and in this way additional To enable switching on the compressor drive. Since the idle operation of the compressor is approx. Requires 25% of full load power during the Cooling air fan alone, however, only a few percent of the compressor output is this Procedure energetically advantageous.
Wenn auch diese Trennung bei einem bekannten Verdichtersteuerungsverfahren grundsätzlich möglich wäre, so hätte dabei der Effekt jedoch nicht benutzt werden können, da bei dem bekannten Verfahren als Abschaltkriterium für den Verdichter nur die vorgegebene Größe "zulässige Antriebsmotor-Schalthäufigkeit" herangezogen wird.If this separation with a known one Compressor control procedure possible in principle the effect would not have been used can be because in the known method as Switch-off criterion for the compressor only given size "allowable Drive motor switching frequency "is used.
Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren und die Steuerungseinrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.The control method according to the invention and the Control device are based on the Drawings explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Temperatur-Zeit-Schaubild zu den Ansprüchen 1 und 2, Fig. 1 shows a temperature-time graph of the claims 1 and 2,
Fig. 2 ein Druck-Zeit-Schaubild zu Anspruch 3, Fig. 2 is a pressure-time diagram to claim 3,
Fig. 3 ein Temperatur-Zeit-Schaubild zu Anspruch 3, Fig. 3 shows a temperature-time diagram to claim 3,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Steuerungseinrichtung. Fig. 4 is a block diagram of the control device.
Das Schaubild Fig. 1 betrifft die Ansprüche 1 und 2. Auf der Ordinate ist die Antriebsmotortemperatur und auf der Abszisse die Zeit T aufgetragen.The diagram in FIG. 1 relates to claims 1 and 2. The drive motor temperature is plotted on the ordinate and the time T on the abscissa.
Ausgehend von der Beharrungstemperatur t N im Lastbetrieb wird bei (1) im Druckluftnetz P max erreicht. Wenn man von dem augenblicklichen Temperaturwert t u 1 ausgeht, würde sich bei einem kurzfristigen Wiederanlauf des Verdichterantriebs die Motortemperatur zwar um den Betrag t h erhöhen, t max wird aber noch nicht erreicht. Der Antriebsmotor kann also abgeschaltet werden. Starting from the steady-state temperature t N during load operation, P max is reached at ( 1 ) in the compressed air network. If one starts from the current temperature value t u 1 , the motor temperature would increase by the amount t h if the compressor drive were restarted for a short time, but t max has not yet been reached. The drive motor can therefore be switched off.
(2) zeigt den Zustand, bei dem im Netz P max erreicht ist, die Motortemperatur aber wegen vorausgegangener Motoreinschaltungen von dem erhöhten Wert t u 2 aus um einen Betrag t h ansteigen und damit die maximal zulässige Motortemperatur t max überschreiten würde.( 2 ) shows the state in which P max is reached in the network, but the motor temperature would increase by an amount t h from the increased value t u 2 due to previous motor start-ups and would thus exceed the maximum permissible motor temperature t max .
In diesem Fall wird der Verdichterantrieb daher nicht abgeschaltet, sondern läuft im Leerlauf weiter bis t u + t h kleiner t max ist.In this case, the compressor drive is not switched off, but continues to run at idle until t u + t h is less than t max .
In Fig. 2 ist auf der Ordinate der Netzdruck aufgetragen und auf der Abszisse die Zeit. Diese Figur und die Fig. 3 verdeutlichen das Steuerungsverfahren nach Anspruch 3.In FIG. 2, the supply pressure is plotted on the ordinate and on the abscissa the time. This figure and FIG. 3 illustrate the control method according to claim 3.
Bei (3) ist der maximale Netzdruck P max erreicht und aus der anschließenden Druckabfalltendenz von (3) nach (4) wird errechnet, zu welchem Zeitpunkt T min (5) und somit der untere Schaltpunkt P min erreicht wird.At ( 3 ) the maximum network pressure P max is reached and the subsequent pressure drop trend from ( 3 ) to ( 4 ) is used to calculate the time T min ( 5 ) and thus the lower switching point P min .
In Fig. 3 ist auf der Ordinate die Motortemperatur und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen.In Fig. 3, the engine temperature is plotted on the ordinate and the time on the abscissa.
Aus dem Temperaturniveau von (8) und (7) und der Temperaturabfalltendenz wird die Temperatur t u (8) zum Zeitpunkt T min errechnet. Aus (9), t u + t h (t h = Temperaturanstieg bei Motor-Hochlauf) kleiner t max folgt, daß der Antriebsmotor abgeschaltet werden kann, weil die Maximaltemperatur nicht erreicht wird.The temperature t u ( 8 ) at time T min is calculated from the temperature level of ( 8 ) and ( 7 ) and the temperature drop tendency. From ( 9 ), t u + t h ( t h = temperature rise during motor start-up) less than t max it follows that the drive motor can be switched off because the maximum temperature is not reached.
Wäre jedoch t u + t h größer t max, würde entsprechend Anspruch 3 des Steuerungsverfahrens der Verdichter im Leerlauf (Durchlaufbetrieb) weiterlaufen. However, if t u + t h were greater than t max , the compressor would continue to run in idle mode (continuous operation).
Fig. 4 zeigt an Hand eines Blockschaltbildes in vereinfachter Form den Aufbau der Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7. Fig. 4 shows with reference to a block diagram in simplified form the structure of the control device according to claims 6 and 7.
Die beiden mittleren Blöcke der oberen Reihe (10, 11) symbolisieren für den einfachsten Fall der Steuerung (Anspruch 6) die Geräte zur ständigen Erfassung der Motortemperatur (10) und des Netzdruckes (11). Die von diesen Geräten ausgehenden Signale werden in den Mikroprozessor (14) eingespeist, in den durch einen Eingabeterminal (13), d.h. beispielsweise ein Programmiergerät, die einzuhaltenden Grenzwerte von Temperatur und Druck und die Entscheidungslogiken (Rechenprogramm) eingegeben werden.For the simplest case of control (claim 6), the two middle blocks of the upper row ( 10 , 11 ) symbolize the devices for the constant detection of the motor temperature ( 10 ) and the network pressure ( 11 ). The signals emanating from these devices are fed into the microprocessor ( 14 ), into which the limit values of temperature and pressure to be observed and the decision logic (computer program) are entered by an input terminal ( 13 ), ie for example a programming device.
Der Mikroprozessor (14) verarbeitet die Meßwerte von (10) und (11) entsprechend den Vorgaben des Eingabeterminals (13) und gibt die daraus folgenden Befehle an die Verdichtersteuerung (15). Die Verdichtersteuerung schaltet über (nicht dargestellte) Schaltgeräte die Last/Leerlaufregelung (16), den Verdichterantriebsmotor (17) und/oder den Kühlluftventilatormotor (18).The microprocessor ( 14 ) processes the measured values of ( 10 ) and ( 11 ) according to the specifications of the input terminal ( 13 ) and gives the resulting commands to the compressor controller ( 15 ). The compressor control switches the load / idle control ( 16 ), the compressor drive motor ( 17 ) and / or the cooling air fan motor ( 18 ) via switching devices (not shown).
Bei der aufwendigeren Steuerungseinrichtung (Anspruch 7) werden zusätzlich zu den Signalen der Motortemperatur (10) und des Netzdruckes (11) Signale (12) über den Betriebszustand des Verdichters, insbesondere über Leerlauf oder Stillstand der Verdichteranlage, in den Mikroprozessor (14) eingespeist. Das diesbezügliche Programm wird über den Eingabeterminal (13) eingegeben. Der Mikroprozessor beobachtet die Zusammenhänge zwischen den Verdichter-Betriebszuständen und den Antriebsmotor-Temperaturverläufen, insbesondere das Zeitverhalten der Motortemperaturerhöhung. Der Mikroprozessor (14) speichert dieses unter Soll-Bedingungen ablaufende Verdichterverhalten als Referenzwert und leitet daraus die entsprechenden Entscheidungen für die Verdichtersteuerung (15) ab, nämlich Entscheidungen für das Umschalten in Last, Leerlauf, Stillstand und/oder Kühlluft-Ventilatorantrieb.In the more complex control device (claim 7), in addition to the signals of the engine temperature ( 10 ) and the network pressure ( 11 ), signals ( 12 ) about the operating state of the compressor, in particular about idling or standstill of the compressor system, are fed into the microprocessor ( 14 ). The relevant program is entered via the input terminal ( 13 ). The microprocessor observes the relationships between the compressor operating states and the drive motor temperature profiles, in particular the time behavior of the motor temperature increase. The microprocessor ( 14 ) stores this compressor behavior, which runs under target conditions, as a reference value and derives the corresponding decisions for the compressor control ( 15 ), namely decisions for switching to load, idling, standstill and / or cooling air fan drive.
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