FI118486B - Menetelmä pumppuaseman ohjaamiseksi ja taajuusmuuttaja pumppuaseman sähkökäyttöä varten - Google Patents

Description

118486

Menetelmä pumppuaseman ohjaamiseksi ja taajuusmuuttaja pumppuaseman sähkökäyttöä varten

Keksinnön kohteena on pumppuaseman ohjausmenetelmä ja -järjestely. Keksin-5 töä sovelletaan edullisimmin kaivon tai säiliön yhteydessä olevassa pumppuasemassa.

Pumppuasemia käytetään erityisesti kunnallistekniikassa, jossa ne ovat tyypillisesti puhdasvesisäiliöiden, sadevesikaivojen tai jätevesisäiliöiden yhteydessä. Pumppuaseman avulla pyritään tällöin estämään kaivon/säiliön tyhjeneminen tai täytty-10 minen sovelluksesta riippuen. Pumppuasemiin liittyy usein nesteen pinnankorkeu-den mittauslaitteisto, joka mittaa nesteen pinnankorkeutta ja ohjaa pumppua pin-nankorkeuden perusteella.

Nesteiden siirtoon käytettävät pumppuasemat koostuvat yleensä yhdestä tai useammasta pumpusta, joita käytetään sähkökäytöllä. Sähkökäyttö koostuu sopivasta 15 sähkönsyöttöpiiristä, sähkömoottorista ja tämän ohjaukseen ja/tai säätöön soveltuvasta ohjausyksiköstä. Pumppu toimii sähkökäytön kuormana. Yleisin pumppu-järjestelmissä käytetty sähkömoottori on vaihtovirtamoottori, erityisesti oikosulku-moottori. Vaihtovirtamoottorin ohjaus voi tapahtua yksinkertaisimmin kontaktorin avulla, jolloin moottoria kytketään päälle/pois nesteen pinnankorkeuden mukaan. 20 Usein ohjausyksikkönä käytetään kuitenkin taajuusmuuttajaa sen tuomien etujen *:**: vuoksi. Sähkömoottorin nopeutta säädetään taajuusmuuttajalla, joka muuttaa moottorille syötettävän jännitteen taajuutta. Taajuusmuuttajaa vuorostaan sääde- ··· ··· tään sopivilla sähköisillä ohjaussignaaleilla.

···· ··· • · *···* Eräs tekniikan tason mukainen pumppuasema on esitetty kuviossa 1. Pumppua 25 140 käytetään sähkökäytöllä, joka koostuu sähkönsyötöstä 101, ohjausyksikkönä ··· toimivasti taajuusmuuttajasta 120 sekä vaihtovirtamoottorista 130, joka on tässä tapauksessa kolmivaihemoottori. Moottori on liitetty pumppuun tavallisesti niin, että moottorin pyörimisnopeus ja pumpun pyörimisnopeus ovat samat. Sähkönsyöttö 101 käsittää vaihtovirtaverkon, kuten kolmivaiheverkon, tai vastaavan vaihtosäh- ··· 30 kölähteen sähköenergian syöttämiseksi sähkökäyttöön.

* · * • · · •

Kuvion 1 mukaisessa pumppuasemassa on nestesäiliö 160, johon kerääntyvää nestettä 165 pumpataan poistoputkistoon 142 pumpulla 140. Nesteen pinnankor-* *. keutta säiliössä mitataan kahdella pinnankorkeusanturilla 151 ja 152, jotka on lii tetty ohjausyksikköön 150. Kumpikin pinnankorkeusanturi antaa ohjausyksikölle 2 118486 signaalin, joka ilmoittaa, onko nesteen pinnankorkeus anturin ylä- vai alapuolella, ts. anturi on kytkintyyppinen. Ohjausyksikkö 150 ohjaa pumpun toimintaa esim. seuraavasti. Kun nesteen pinta on alemman anturin 152 alapuolella, pumppu pysäytetään. Pumppu on pysäytettynä, kunnes nestepinta saavuttaa ylemmän pin-5 nankorkeusanturin 151, jolloin pumppu käynnistyy täydelle teholleen. Pumppu on käynnissä, kunnes nesteen pinta saavuttaa alemman pinnankorkeusanturin 152, jolloin pumppu pysähtyy. On myös sovelluksia, joissa pumpun tarkoituksena on pumpata säiliöön nestettä ja pitää nestemäärä tietyissä rajoissa. Tällöin edellä kuvattu ohjaus toimii päinvastaisesti, eli nesteen pinnankorkeuden alittaessa alem-10 man pinnankorkeusanturin pumppu käynnistyy ja nesteen pinnankorkeuden ylittäessä ylemmän pinnankorkeusanturin pumppu pysähtyy. Edellä esitetyissä toiminnoissa ei käytetä hyväksi taajuusmuuttajan antamaa mahdollisuutta pyörimisnopeuden ohjaukseen.

Kytkintyyppisten pinnankorkeusantureiden sijasta voidaan käyttää esim. paineen 15 mittaukseen perustuvaa pinnankorkeusanturia 152, joka sijaitsee säiliön alaosassa ja jonka avulla saadaan tieto pinnankorkeudesta kaikilla pinnankorkeuden tasoilla. Tällöin käytetään usein ohjausjärjestelyä, jossa nesteen pinnankorkeus pyritään pitämään vakiona siten, että pumpun pyörimisnopeutta säädetään jatkuvasti säiliöön tulevan tai säiliöstä käytettävän nestemäärän mukaisesti.

20 Kuviossa 1 pumppu käyttöineen on selkeyden vuoksi kuvattu nestesäiliön uiko-puolelle, mutta pumppuasemissa käytetään yleisesti myös nestesäiliön sisään, φ * · esim. säiliön pohjalle sijoitettavia pumppuasennuksia. Tekniikan tason järjestelyjä "*:* on kuvattu tarkemmin esim. patenttijulkaisuissa EP 619431 B1 ja EP 100390 B1.

··· • · "! Tekniikan tason mukaisiin ratkaisuihin liittyy eräitä epäkohtia. Erillisen mittaus- ja *::: 25 ohjauslaitteiston asentaminen vaatii työtä asennuspaikalla, ja sopiva asennuspaik- ♦ · *···* ka ja -järjestely laitteistolle ja antureille tulee usein suunnitella asennuskohtaisesti.

Myös asennuspaikan olosuhteet saattavat vaihdella, minkä vuoksi joudutaan käyt- • · : tämään erityyppisiä mittaus- ja ohjauslaitteita asennuspaikan olosuhteista riippu- ··· :...Σ en.

• · · 30 Lisäksi ennestään tunnetuissa ratkaisuissa pumppuaseman energiankulutus ja • · * hyötysuhde riippuu ulkoisista tekijöistä, esim. siitä, millaisella virtaus-aikajakaumal-la tyhjennettävään säiliöön tulee nestettä tai täytettävästä säiliöstä käytetään nes-.*!*: tettä. Siten pumppuaseman energiankäytön hyötysuhde voi olla huono. Lisäksi pumpun käyttönopeus voi olla - varsinkin jatkuvasäätöisissä järjestelmissä - pysy-35 västi niin alhainen, että pienen virtauksen vuoksi putkistoihin kertyy epäpuhtauk- 3 118486 siä, jotka voivat aiheuttaa tukoksia. Nämä edellä mainitut epäkohdat lisäävät pumppuaseman asennuksen, laitteiston ja käytön kustannuksia.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi menetelmä ja järjestely pumppu-aseman ohjaamiseksi, jonka keksinnön avulla voidaan poistaa tai vähentää edellä 5 esitettyyn tekniikan tasoon liittyviä epäkohtia.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan ratkaisulla, jossa nesteen pinnankorkeutta mitataan ja tietyn pinnankorkeuden arvon ohittamisen yhteydessä pumpun sähkökäyttöä ohjataan ennalta määrättyyn pyörimisnopeuteen. Tämä ennalta määrätty pyörimisnopeuden arvo on edullisesti pyörimisnopeus, jolla virtausmäärä suhteessa 10 kulutettuun tehoon eli hyötysuhde on mahdollisimman korkea. Pinnankorkeuden mittaus tapahtuu sähkökäytön ohjauksen yhteydessä. Keksintöä voidaan soveltaa sekä yhden että useamman pumpun käsittävissä pumppuasemissa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja tekniikan tason ratkaisuihin nähden: 15 - keksinnön avulla vältetään erillisen mittaus- ja ohjauslaitteiston hankinta ja asennus, koska pumppua käytetään pääasiassa sen parhaalla hyötysuhteella, saavutetaan energiasäästöjä, - koska pumppua pääsääntöisesti käytetään pyörimisnopeudella, jolla saavute- • · 20 taan suuri virtaus, vältetään epäpuhtauksien kertymistä putkistoihin ja siitä * *" ’ aiheutuvia tukoksia erityisesti jätevesijärjestelmissä.

• · · **·

Keksinnön mukaiselle menetelmälle pumppuaseman ohjaamiseksi, jolloin pump- ··· puasemaan kuuluva pumppu siirtää nestettä säiliöstä tai säiliöön ja mainittua * · · · .*··. pumppua ohjataan sähkökäytöllä, joka käsittää taajuusmuuttajan, ja menetelmäs- 25 sä • · : - mitataan säiliössä olevan nesteen pinnankorkeutta anturilla, - pumpun käyttöä ohjataan mitatun pinnankorkeuden perusteella, : on tunnusomaista se, että menetelmässä • · · *·*·/ - valitaan ensimmäinen nesteen pinnankorkeusarvo, m *" 30 - valitaan pumpun ensimmäisen pyörimisnopeuden arvoksi oleellisesti se arvo, jolla siirretyn nesteen määrä suhteessa käytettyyn energiaan on korkein ja - seurataan, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitun ensimmäisen nesteen pinnankorkeusarvon ennalta määrätystä suunnasta, ja tämän ha- 4 118486 vainnon seurauksena pumpun pyörimisnopeus ohjataan mainittuun ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon, jolloin mainitut pinnankorkeuden seuraaminen ja pyörimisnopeuden ohjaaminen suoritetaan taajuusmuuttajassa.

5 Keksinnön mukaiselle taajuusmuuttajalle pumppuaseman sähkökäyttöä varten, jolloin pumppuasema käsittää nestesäiliön, pumpun ja pumppua käyttävän sähkökäytön, on tunnusomaista, että taajuusmuuttaja käsittää välineet nesteen ensimmäisen pinnankorkeusarvon tallentamiseksi, välineet pumpun ensimmäisen pyörimisnopeuden arvon tallentamiseksi, 10 - välineet nesteen pinnankorkeuden mittaamiseksi anturilta vastaanotetun sig naalin perusteella, välineet sen havaitsemiseksi, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitun ensimmäisen nesteen pinnankorkeusarvon ennalta määrätystä suunnasta, ja välineet pumpun pyörimisnopeuden ohjaamiseksi mainittuun ensimmäi-15 seen pyörimisnopeuden arvoon mainitun havainnon seurauksena siten, että mainittu ensimmäinen pyörimisnopeuden arvo on oleellisesti se arvo, jolla siirretyn nesteen määrä suhteessa käytettyyn energiaan on korkein.

Keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

t 20 Seuraavassa keksintöä ja sen muita etuja selostetaan yksityiskohtaisemmin viit- ’··;* taamalla oheisiin piirustuksiin, joissa • · · ·*· kuvio 1 esittää periaatekaaviota taajuusmuuttajalla varustetusta tekniikan tason ··· mukaisesta pumppuasemasta, ι··φ • · · • * ***** kuvio 2 esittää vuokaaviona erästä keksinnön mukaista menetelmää pumppu- 25 aseman ohjaamiseksi nesteen pinnankorkeuden perusteella ja * ♦*· • · · #·· · .*·*. kuvio 3a esittää erästä keksinnön mukaista toimintakaaviota kolme pumppua kä- . ·’ eittävässä pumppuasemassa eräissä pinnankorkeuden muutostilanteis- • · ·

• * · AA

··· · sa, * · • · • » ··· \ kuvio 3b esittää erästä keksinnön mukaista toimintakaaviota kolme pumppua kä- 30 eittävässä pumppuasemassa eräissä toisissa pinnankorkeuden muutok- * · · *· sissa, kuvio 4 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukaista pumppujärjestelyä ja 5 118486 kuvio 5 esittää erästä keksinnön mukaisen pumppuaseman asennusta.

Kuviota 1 selostettiin jo edellä tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

Kuvio 2 esittää vuokaaviona erästä keksinnön mukaista menetelmää pumppu-aseman ohjaamiseksi. Vaihe 200 kuvaa pumppujärjestelmän ensimmäistä käyn-5 nistämistä. Vaiheessa 202 valitaan pinnankorkeuden ensimmäinen, toinen ja kolmas arvo ja tallennetaan ne edullisesti sähkökäytön taajuusmuuttajan ohjaimeen. Ensimmäinen pinnankorkeusarvo on mainitusta kolmesta arvosta keskimmäinen. Jos kyseessä on säiliötä tyhjentävä pumppusovellus, on pinnankorkeuden toinen arvo ylin ja kolmas pinnankorkeusarvo alin mainituista kolmesta arvosta. Pinnan-10 korkeuden ollessa alimman eli kolmannen arvon alapuolella, pumppu on sammutettuna. Vastaavasti, kun pinnankorkeus on ylimmän eli toisen arvon yläpuolella, käytetään pumppua ylimmällä pyörimisnopeudella.

Vaiheessa 204 valitaan pyörimisnopeuden ensimmäinen ja toinen arvo ja tallennetaan ne. Pyörimisnopeuden ensimmäinen arvo on edullisimmin arvo, jolla pump-15 puasema toimii parhaalla hyötysuhteella. Pyörimisnopeuden toinen arvo on ensimmäistä arvoa suurempi pyörimisnopeuden arvo, edullisimmin maksimi pyörimisnopeus ja/tai pyörimisnopeus, jolla saavutetaan suurin virtauksen arvo.

Vaiheessa 205 mitataan säiliössä/kaivossa olevan nesteen, kuten veden, pinnan-korkeus. Mittaus suoritetaan pinnankorkeusanturista vastaanotetun signaalin avul-20 la sähkökäytössä, edullisesti taajuusmuuttajassa. Seuraavaksi seurataan, onko *";* ennalta määrätyt pinnankorkeuden ensimmäinen, toinen tai kolmas arvo saavutet- •••j tu ennalta määrätystä suunnasta. Tällöin ensimmäinen suunta on se, johon neste- **...*’ pinta siirtyy, kun pumppu ei ole käynnissä ja toinen suunta on suunta, johon pumppu käydessään pyrkii siirtämään nestepintaa. Siten esim. säiliötä tyhjentä-25 vässä pumppuasennuksessa ensimmäinen suunta on nestepinnan kohoamissuun-ta ja toinen suunta on nestepinnan laskemissuunta. Vastaavasti säiliötä täyttäväs- • sä pumppuasennuksessa ensimmäinen suunta on nestepinnan laskeva suunta ja *·· · .***. toinen suunta on nestepinnan kohoamissuunta.

»·

Vaiheessa 206 tarkastetaan, onko nestepinta saavuttanut ensimmäinen pinnan- :***: 30 korkeuden arvon ensimmäisestä suunnasta. Jos näin on tapahtunut edellisen mit- ··· \ tauksen jälkeen, asetetaan pumpun pyörimisnopeus ensimmäiseen arvoon eli ar- voon, jossa sen hyötysuhde on parhaimmillaan, 207. Jos ensimmäistä pinnankor- • · · ** *: keuden arvoa ei ole saavutettu ensimmäisestä suunnasta, siirrytään vaiheeseen 208.

6 118486

Vaiheessa 208 tarkastetaan, onko toinen pinnankorkeuden arvo saavutettu ensimmäisestä suunnasta edellisen mittauksen jälkeen. Jos näin on tapahtunut, asetetaan pumpun pyörimisnopeus toiseen arvoon eli arvoon, joka on edullisesti maksimi pyörimisnopeus tai pyörimisnopeus, jolla saavutetaan suurin virtauksen arvo, 5 209. Jos toista pinnankorkeuden arvoa ei ole saavutettu ensimmäisestä suunnas ta, siirrytään vaiheeseen 210.

Vaiheessa 210 tarkastetaan, onko ensimmäinen pinnankorkeuden arvo saavutettu toisesta suunnasta edellisen mittauksen jälkeen. Jos näin on tapahtunut, asetetaan pumpun pyörimisnopeus ensimmäiseen arvoon, 211. Jos ensimmäistä pin-10 nankorkeuden arvoa ei ole saavutettu toisesta suunnasta, siirrytään vaiheeseen 212. Vaiheet 210 ja 211 eivät ole välttämättömiä, vaan pumpun siirtäessä nestepintaa se voi käydä myös toisella eli suuremmalla pyörimisnopeuden arvolla, kunnes saavutetaan kolmas pinnankorkeuden arvo.

Vaiheessa 212 tarkastetaan, onko kolmas pinnankorkeuden arvo saavutettu toi-15 sesta suunnasta edellisen mittauksen jälkeen. Jos näin on tapahtunut, pysäytetään pumppu, 213. Lopuksi palataan vaiheeseen 205, jossa suoritetaan uusi pinnankorkeuden mittaus.

Nesteen yhtä tai useampaa pinnankorkeusarvoa on edullista vaihdella, koska näin voidaan välttää tai vähentää nesteen mahdollisesti sisältämien kiinteiden aineosi- ·:*·: 20 en kertyminen säiliön seinämään valitun pinnankorkeuden kohdalle.

·»· • ♦ *·*;* On huomattava, että em. vaiheet voidaan suorittaa muussakin järjestyksessä tai M» ·;;; keskenään samanaikaisesti. Mitatun pinnankorkeuden vertailu ennalta määrättyi- :···! hin arvoihin voidaan suorittaa esim. analogisilla komparaattoreilla tai vertaamalla prosessorissa digitaalisia lukuarvoja.

• · · • · • · 25 Kun pumppuasemassa on samaan säiliöön liittyvänä kaksi tai useampia pumppu-*... ja, niiden ohjaukset on edullista järjestää niin, että vähäisessä nesteen pumppauk- sessa pumput käynnistetään vuorotellen, jotta pumput kuluvat tasaisesti eikä mi-**:** kään pumppu vioitu pitkäaikaisen käyttämättömyyden vuoksi. Kun tarvitaan suuri nestevirtaus, on edullista käyttää samanaikaisesti useaa pumppua. On kuitenkin 30 mahdollista, että useamman pumpun järjestelmissäkin riittävä virtaus saavutetaan yhdellä pumpulla, jolloin ilman vuorottelua pumppujen kuluminen olisi epätasaista.

···· • m :.*·· Kuvio 3a esittää erästä keksinnön mukaista pumppujen ohjausta nestepinnan h muuttuessa, kun pumppuja on kolme; M1, M2 ja M3, ja kun pumppauksen tarve ei ole suuri. Kyseessä on sovellus, jossa pumput tyhjentävät säiliötä. Kun nestepinta 7 118486 on noussut ensimmäiseen pinnankorkeuden arvoon hetkellä a, pumppu M1 käynnistyy. Pumpun pyörimisnopeus v asetetaan ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon, jossa pumpun hyötysuhde on korkein (eff). Kun tyhjennyksen seurauksena nestepinta saavuttaa kolmannen pinnankorkeuden arvon hetkellä b, pumppu M1 5 pysäytetään.

Kun nestepinta on jälleen noussut ensimmäiseen pinnankorkeuden arvoon hetkellä c, käynnistyy vuorostaan pumppu M2. Pumpun pyörimisnopeus asetetaan ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon, jossa pumpun hyötysuhde on korkein (eff). Kun tyhjennyksen seurauksena nestepinta saavuttaa kolmannen pinnankorkeuden 10 arvon hetkellä d, pumppu M2 pysäytetään.

Kun nestepinta on jälleen noussut ensimmäiseen pinnankorkeuden arvoon hetkellä e, käynnistyy vuorostaan pumppu M3. Pumpun pyörimisnopeus asetetaan ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon, jossa pumpun hyötysuhde on korkein (eff). Kun tyhjennyksen seurauksena nestepinta saavuttaa kolmannen pinnankorkeuden 15 arvon hetkellä f, pumppu M3 pysäytetään.

Tämän jälkeen, kun nestepinta seuraavaksi nousee ensimmäiseen pinnankorkeuden arvoon hetkellä g, käynnistyy jälleen pumppu M1. Kun tyhjennyksen seurauksena nestepinta saavuttaa kolmannen pinnankorkeuden arvon hetkellä h, pumppu M1 pysäytetään, jne.

• 20 Kuten kuviosta 3a käy ilmi, pumppujen käynnistyminen ja pysähtyminen on ohjattu *···* tapahtumaan tietyllä, hidastetulla pyörimisnopeuden muutosvauhdilla äkillisen muutoksen sijasta. Näin moottoriin ja pumppuun kohdistuva rasitus on vähäisem-pi.

t»· "··. Eri pumppujen ohjaukset koordinoi edullisesti yhden pumpun taajuusmuuttajan oh- • · 25 jausyksikkö. Tiedonsiirto eri ohjausyksiköiden välillä tapahtuu sinänsä tunnetuilla . . tiedonsiirtojärjestelyillä, kuten analogisilla/digitaalisilla signaaleilla, sarjaliikenteen • · avulla tai kenttäväylän kautta. Tällöin koordinoiva yhden pumpun ohjausyksikkö :···: lähettää ohjaustiedon toisen/muiden pumppujen ohjausyksiköille, joissa on väli- : neet ko. ohjaustiedon vastaanottamiseksi koordinoivalta ohjausyksiköltä. Vastaa- ;***. 30 vasti ohjausyksikköjen välistä tiedonsiirtojärjestelyä voidaan käyttää myös pinnan- • · · *. korkeustiedon siirtämiseen ohjausyksiköltä toiselle.

* · · ·

Kuvio 3b esittää vastaavaa keksinnön mukaista pumppujen ohjausta nestepinnan h muuttuessa, kun pumppuja on kolme; M1, M2 ja M3, ja kun pumppauksen tarve on suuri. Kun nestepinta on noussut ensimmäiseen pinnankorkeuden arvoon het- 0 118486

O

kellä A, pumppu M1 käynnistyy. Pumpun pyörimisnopeus v asetetaan ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon, jossa pumpun hyötysuhde on korkein (eff). Pumpun M1 virtaus ei kuitenkaan riitä tyhjentämään säiliötä vaan nestepinta nousee edelleen. Kun nestepinnan korkeus saavuttaa seuraavan raja-arvon, käynnistyy 5 myös pumppu M2 hetkellä B. Pumppu M2 asetetaan edullisesti toiseen pyörimisnopeuden arvoon (max), jossa pyörimisnopeus ja/tai virtaus on maksimissaan. Tietyn viiveen kuluttua myös pumppu M1 asetetaan toiseen, korkeampaan pyörimisnopeuden arvoon (max). Pumppujen M1 ja M2 virtaus ei tässä tapauksessa kuitenkaan riitä tyhjentämään säiliötä vaan nestepinta nousee edelleen.

10 Kun nestepinnan korkeus saavuttaa seuraavan raja-arvon, käynnistyy myös pumppu M3 hetkellä C. Myös pumppu M3 asetetaan edullisesti toiseen pyörimisnopeuden arvoon (max), jossa pyörimisnopeus ja/tai virtaus on maksimissaan. Kun kaikki kolme pumppua ovat maksimikäytössä, nesteen pinta alkaa laskea. Nesteen pinnan saavuttaessa seuraavan korkeuden kynnysarvon hetkellä D, ase-15 tetaan pumppu M1 ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon (eff). Kun nesteen pinnankorkeus on laskenut alimpaan kynnysarvoon hetkellä E, kaikki kolme pumppua pysäytetään.

Kuvio 4 esittää lohkokaaviota eräästä keksinnön mukaisesta pumppuasemasta. Järjestelmässä on pumppua 440 käyttävä sähkökäyttö, joka koostuu sähkösyötös-20 tä 401, taajuusmuuttajasta 420 ja vaihtovirtamoottorista 430. Taajuusmuuttajassa 420 on esitetty erillisenä kytkimiä 429 ohjaava ohjausyksikkö 428, joka suorittaa taajuusmuuttajan toiminnan ohjauksen. Ohjausyksikkö suorittaa myös käytön oh-;:· jauksen säiliössä/kaivossa 460 olevan nesteen 465 pinnankorkeuden mittausar- von perusteella esillä olevan keksinnön mukaisesti. Ohjausyksikkö saa pinnan- ··· 25 korkeusanturilta 452 nesteen 465 pinnankorkeuteen verrannollisen signaalin oh-,···, jaimessa olevan liitännän kautta. Ohjausyksikössä voi olla myös liitäntä pinnan- korkeustiedon siirtämiseksi toista pumppua ohjaavaan ohjausyksikköön tai pin-nankorkeustiedon vastaanottamiseksi toista pumppua ohjaavasta ohjausyksiköstä. :;j.: Lisäksi ohjausyksikössä voi olla tulo- tai lähtöliitäntä, jonka avulla siirretään tietoa 30 yhden tai useamman ohjaimen kanssa usean pumpun käsittävässä pumppuase-: massa. Tämä mahdollistaa pumppujen käytön vuorotellen ja tarvittaessa yhtäai- kaisesti.

*·· • ,.*·* Ohjausyksikkö 428 käsittää edullisesti prosessorin 421, joka suorittaa nesteen pinnankorkeuden seurannan sekä suorittaa taajuusmuuttajan toimintojen ohjauk-35 sen ohjelmiston perusteella. Ohjausyksikkö käsittää myös muistiyksikön 422, johon tallennetaan pinnankorkeuden vertailuarvot, moottorin valitut pyörimisnopeu- 9 118486 den arvot sekä prosessoria ohjaavat ohjelmat. Lisäksi ohjausyksikössä on mittausyksikkö 423, joka vastaanottaa ja käsittelee yhdeltä tai useammalta pinnankor-keusanturilta saatavat signaalit. Ohjausyksikköön liittyy edullisesti myös käyttölii-täntä 424, jossa on näppäimistö ja näyttö. Näppäimistön avulla voidaan syöttää 5 käytettävät ohjauksessa parametrit ja näytöllä voidaan esittää esim. pinnankor-keustieto ja sähkökäytön tilatietoja.

Edelleen ohjausyksikössä voi olla tuloliitäntä pumpun hälytysantureiltä saatavien hälytyssignaalien vastaanottamiseksi. Tällaisia hälytysantureita ovat tyypillisesti lämpöanturi tai vuotoanturi. Ohjausyksikkö edullisesti ohjaa pumppua vastaanote-10 tun hälytyssignaalin perusteella siten, että aktiivisen hälytyssignaalin vastaanotettuaan ohjausyksikkö pysäyttää pumpun. Tällaisessa tilanteessa ohjausyksikkö edullisesti lähettää hälytyssignaalin valvomoon. Ohjausyksikkö voi suorittaa vastaavan hälytystoiminnon esim. valvomoon myös silloin, kun nesteen pinnanarvo ylittää ennalta määrätyn hälytysrajan.

15 Prosessorin ohjaamiseksi ohjausyksikön muistiin on tallennettu ohjelmisto, jonka perusteella prosessori ohjaa taajuusmuuttajan toiminnot. Ohjelmisto on edullisesti järjestetty ohjaamaan ohjausyksikön suorittamaan ainakin yhden seuraavista toiminnoista: nesteen pinnankorkeuden mittaus anturilta saadun signaalin perusteella ja 20 pumpun pyörimisnopeuden ohjaus nesteen pinnankorkeuden perusteella, .···. - ainakin kahden pumpun ohjauksen koordinoiminen siten, että pumput käyn- "·, nistetään vuorotellen, - nesteen ainakin yhden valitun pinnankorkeusarvon vaihteleminen sen vält- *·"* tämiseksi, että nesteen sisältämät kiinteät aineosat keräytyisivät säiliön sei- ··· 25 nämään valitun pinnankorkeuden kohdalle, - hälytystoiminnon suorittaminen nesteen pinnankorkeuden ylittäessä ennalta määrätyn hälytysraja-arvon, ja * - pumpun hälytysantureilta saatavien hälytyssignaalien seuraaminen ja pum- pun ohjaus hälytyssignaalien perusteella.

• · : 30 Kuvio 5 esittää erästä keksinnön mukaista pumppuasemaa. Säiliön 560 pohjalla ··· on pumppu 540, joka pumppaa nestettä poistoputkeen 542. Pumpun yhteydessä pumppua käyttävä moottori 530. Taajuusmuuttaja ohjaimineen 520 on säiliön 560 yläosassa. Taajuusmuuttajasta on järjestetty tehonsyöttö moottoriin sekä liitäntä • ·· * * pinnankorkeusanturiin kaapeloinnilla 552.

10 118486

On huomattava, että edellä esitetyissä esimerkeissä on käytetty pinnankorkeusan-turia, jonka signaalista saadaan pinnankorkeuden arvo aina pinnankorkeuden ollessa anturin yläpuolella. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan kuitenkin luonnollisesti soveltaa myös halutuille korkeuksille sijoitettuja pinnankorkeuskytki-5 miä. Pinnankorkeutta voidaan mitata myös monilla muilla tavoilla, esim. ultraäänianturilla.

On myös huomattava, että vaikka edellä esitetyissä esimerkeissä kutakin pumppua ohjaa oma taajuusmuuttaja, joka käsittää oman ohjainyksikön, voidaan usean pumpun taajuusmuuttajat ja/tai ohjausyksiköt luonnollisesti yhdistää yhdeksi yksilö koksi.

Vaikka esillä olevan keksinnön tärkeä sovellus liittyy veden siirtoon, voidaan keksintöä luonnollisesti käyttää myös muiden nesteiden yhteydessä.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä itsenäisten patenttivaati-15 musten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · tt· • · • · ··· ··· t··· ·«· • · t · ··· • tt ···· t·· * · • * • ti • · • · · t · · ·«· · • Il t · • · • tt • • t • · t • · · • tt · tt· • · • · ··· ·· tt·· • · t · · • «· * ·

Claims (27)

1. Menetelmä pumppuaseman ohjaamiseksi, jolloin pumppuasemaan kuuluva pumppu siirtää nestettä säiliöstä tai säiliöön ja mainittua pumppua ohjataan sähkökäytöllä, joka käsittää taajuusmuuttajan, ja menetelmässä 5. mitataan säiliössä olevan nesteen pinnankorkeutta anturilla (205), pumpun käyttöä ohjataan mitatun pinnankorkeuden perusteella (206-213), tunnettu siitä, että menetelmässä valitaan ensimmäinen nesteen pinnankorkeusarvo (202), valitaan pumpun ensimmäisen pyörimisnopeuden arvoksi oleellisesti se arvo, 10 jolla siirretyn nesteen määrä suhteessa käytettyyn energiaan on korkein ja seurataan, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitun ensimmäisen nesteen pinnankorkeusarvon ennalta määrätystä suunnasta (206), ja tämän havainnon seurauksena pumpun pyörimisnopeus ohjataan mainittuun ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon (204,207), jolloin 15 - mainitut pinnankorkeuden seuraaminen ja pyörimisnopeuden ohjaaminen suoritetaan taajuusmuuttajassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumppu-asemassa pumpulla täytetään säiliötä, jolloin mainittu ennalta määrätty suunta on ylhäältä alaspäin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumppu- asemassa pumpulla tyhjennetään säiliötä, jolloin mainittu ennalta määrätty suunta on alhaalta ylöspäin. • •t • · • ·

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan toi- [I", nen pyörimisnopeuden arvo (202) ja seurataan, milloin nesteen pinnankorkeus **** 25 saavuttaa mainitusta ennalta määrätystä suunnasta seuraavan, toisen pinnankor- , . keusarvon (208), ja tämän havainnon seurauksena pumpun pyörimisnopeus ohja- * · · taan toiseen pyörimisnopeuden arvoon (204,209).

• · * · »·· . *. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu toi- nen pyörimisnopeuden arvo on maksimi pyörimisnopeus. • e t · e··

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumppu- T*. asemassa ohjataan ainakin kahta pumppua (M1, M2, M3) siten, että pumput ovat ’ : vuorotellen käyntivuorossa (a-b, c-d, e-f, g-h). 12 118486

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumppu-asemassa ohjataan ainakin kahta pumppua (M1, M2, M3) ja valitaan kolmas pyörimisnopeuden arvo ja ensimmäisen pumpun käydessä seurataan, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitusta ennalta määrätystä suunnasta kolmannen 5 pinnankorkeusarvon (B), ja tämän havainnon seurauksena käynnistetään myös toinen pumppu (M2).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ennalta määrätty ainakin yksi pinnankorkeusarvo ja ainakin yksi pyörimisnopeuden arvo tallennetaan pumppuaseman taajuusmuuttajaan.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu pinnankorkeuden mittaus suoritetaan taajuusmuuttajassa pinnankorkeusanturista vastaanotetun signaalin perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumpun hä-lytysanturista vastaanotetaan hälytyssignaali ja pumppua ohjataan vastaanotetun 15 hälytyssignaalin perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen pinnankorkeuden ylittäessä valitun hälytysraja-arvon suoritetaan hälytystoiminto.

11 118486

12. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nes- *:·*: teen ainakin yhtä valittua pinnankorkeusarvoa vaihdellaan sen välttämiseksi, että 20 nesteen sisältämät kiinteät aineosat kertyisivät säiliön seinämään valitun pinnan- IM korkeuden kohdalle. • M* ···

13. Taajuusmuuttaja (420) pumppuaseman sähkökäyttöä varten, jolloin pumppu-asema käsittää nestesäiliön (460), pumpun (440) ja pumppua käyttävän sähkökäy- ·** tön (401,420, 430), tunnettu siitä, että taajuusmuuttaja (420) käsittää 25. välineet (422) nesteen ensimmäisen pinnankorkeusarvon tallentamiseksi, • · I - välineet (422) pumpun ensimmäisen pyörimisnopeuden arvon tallentamisek si' si’ ·,: · - välineet (423) nesteen pinnankorkeuden mittaamiseksi anturilta (452) vassal taanotetun signaalin perusteella, 30. välineet (421) sen havaitsemiseksi, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitun ensimmäisen nesteen pinnankorkeusarvon ennalta määrätystä ** *! suunnasta, ja välineet (420) pumpun pyörimisnopeuden ohjaamiseksi mainit tuun ensimmäiseen pyörimisnopeuden arvoon mainitun havainnon seurauk- 13 118486 sena siten, että mainittu ensimmäinen pyörimisnopeuden arvo on oleellisesti se arvo, jolla siirretyn nesteen määrä suhteessa käytettyyn energiaan on korkein.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että 5 pumppuaseman pumppu on järjestetty täyttämään säiliötä, jolloin mainittu ennalta määrätty suunta on ylhäältä alaspäin.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että pumppuaseman pumppu on järjestetty tyhjentämään säiliötä, jolloin mainittu ennalta määrätty suunta on alhaalta ylöspäin.

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se kä sittää välineet (422) toisen pyörimisnopeuden arvon tallentamiseksi ja välineet (421) sen seuraamiseksi, milloin nesteen pinnankorkeus saavuttaa mainitusta ennalta määrätystä suunnasta seuraavan, toisen pinnankorkeusarvon, sekä välineet (420) pumpun pyörimisnopeuden ohjaamiseksi toiseen pyörimisnopeuden arvoon 15 tämän havainnon seurauksena.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että mainittu toinen pyörimisnopeuden arvo on maksimi pyörimisnopeus.

18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että *:**: pumppuasema käsittää ainakin kaksi pumppua, jolloin taajuusmuuttaja on järjes- :]"· 20 tetty ohjaamaan pumppua siten, että se on muiden yhden tai useamman pumpun •j. kanssa vuorotellen käyntivuorossa.

···· ··· • « *··; 19, Patenttivaatimuksen 18 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se ····* käsittää välineet ohjaustiedon lähettämiseksi toisen pumpun taajuusmuuttajalle ··« ja/tai ohjaustiedon vastaanottamiseksi toisen pumpun taajuusmuuttajalta pumppu-25 jen käyntivuorojen ohjaamiseksi. • · * · · • « ·

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se * · *!* käsittää välineet pinnankorkeustiedon lähettämiseksi toisen pumpun taajuusmuut- • · i tajalle ja/tai pinnankorkeustiedon vastaanottamiseksi toisen pumpun taajuusmuut- O tajalta. ··’*:* 30

21. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se *.*·: käsittää muistiyksikön (422) mainitun ennalta määrätyn ainakin yhden pinnankor- 14 118486 keusarvon ja ainakin yhden pyörimisnopeuden arvon tallentamiseksi sekä sähkökäyttöä ohjaavan ohjelman tallentamiseksi.

22. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se käsittää mittausyksikön (423) signaalin vastaanottamiseksi pinnankorkeusanturista 5 (452) ja pinnankorkeuden määrittämiseksi vastaanotetun signaalin perusteella.

23. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se käsittää liitännän pinnankorkeusanturin liittämiseksi.

24. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se käsittää prosessorin (421) sähkökäytön ohjaamiseksi pinnankorkeustietojen sekä 10 prosessoria ohjaavan ohjelman perusteella.

25. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se käsittää välineet hälytyssignaalin vastaanottamiseksi pumpun hälytysanturilta ja välineet pumpun ohjaamiseksi vastaanotetun hälytyssignaalin perusteella.

26. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se 15 käsittää välineet hälytystoiminnon suorittamiseksi, jos nesteen pinnankorkeus ylittää ennalta määrätyn hälytysraja-arvon tai jos pumpun hälytysanturilta on vastaanotettu hälytyssignaali.

27. Patenttivaatimuksen 13 mukainen taajuusmuuttaja, tunnettu siitä, että se • · käsittää taajuusmuuttajaan tallennetun ohjelmiston taajuusmuuttajan ohjaamiseksi *\* 20 suorittamaan ainakin yhden seuraavista toiminnoista: ··*· - nesteen pinnankorkeuden mittaus anturilta saadun signaalin perusteella ja ^•j· pumpun pyörimisnopeuden ohjaus mitatun pinnankorkeuden perusteella, ·*·*. - nesteen ainakin yhden valitun pinnankorkeusarvon vaihteleminen sen vält- ··· tämiseksi, että nesteen sisältämät kiinteät aineosat keräytyisivät säiliön sei- : 25 nämään valitun pinnankorkeuden kohdalle, • « · - ainakin kahden pumpun ohjauksen koordinoiminen siten, että pumput käyn- *:** nistetään vuorotellen, ·.: I - hälytystoiminnon suorittaminen nesteen pinnankorkeuden ylittäessä ennalta s***: määrätyn hälytysraja-arvon, ja 30. pumpun hälytysantureilta saatavien hälytyssignaalien seuraaminen ja pum- pun ohjaus hälytyssignaalien perusteella. • ·· • * 15 118486