Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Anmeldung betrifft Dosierpumpen. Insbesondere
wird ein rechnergestütztes Steuersystem zur genauen
Überwachung und Steuerung der Menge von gepumptem Medium bei
Anwendung in einem chemischen Prozeß beschrieben.
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Dosierpumpen werden in einer Vielzahl chemischer Prozesse
verwendet, um die Mengen von Chemikalien zu steuern, die in
dem Prozeß verwendet werden. Beispielsweise ist es bei
chemischen Prozeßanlagen und Wasserbehandlungsanlagen
erforderlich, während des chemischen Prozesses präzise Mengen
schwierig handhabbarer Fluide anderen Produktbestandteilen genau
hinzuzufügen. Vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung,
Pulsafeeder, Inc., hergestellte Dosierpumpen sind in der
Lage, präzise Mengen gepumpter Medien innerhalb 1 % eines
nominalen Mediumvolumens auszugeben.
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Große chemische Prozeßanlagen werden typischerweise von einem
zentralen Prozessor rechnergesteuert. Die Mengen und Raten
der in einem Prozeß verwendeten einzelnen chemischen
Bestandteile werden durch Dosierpumpen gesteuert, die an
verschiedenen Stellen innerhalb der chemischen Prozeßanlage verteilt
sein können. Die von diesen Pumpen erzeugte Flußrate muß
überwacht und präzise reguliert werden, wenn der gesamte
chemische Prozeß genau gesteuert werden soll.
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Die vorliegende Anmeldung ist darauf gerichtet, die verteilte
Steuerung über diese verschiedenen Dosierpumpen vorzusehen,
so daß der zentrale Steuerprozessor für die chemische Anlage
im Vertrauen darauf betrieben werden kann, daß jede der
Dosierpumpen in der gesamten Anlage durch ein lokales
Steuersystem genau gesteuert wird.
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Hauptziel dieser Erfindung ist es, ein lokales Steuersystem
für eine Dosierpumpe anzugeben.
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Ein besonderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine
Rechnersteuerung über eine Dosierpumpe vorzusehen, um die in einem
chemischen Prozeßsystem gepumpte Fluidmenge genau zu steuern.
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Die US-A-3,756,456 offenbart eine Dosierpumpe, bei der ein
hin- und hergehender Kolben auf Basis einer Hublänge des
Kolbens eine dosierte Fluidmenge aus einer Pumpenkammer
pumpt, und bei der ein Rechner, der auf ein Signal von einem
Sensor anspricht, der die Hubposition des Kolbens erfaßt, das
gepumpte Fluidvolumen bestimmt und das berechnete Volumen mit
einem gewünschten Volumen vergleicht, wobei der Rechner ein
Mittel zum Hemmen des Pumpens von Fluid aus der Pumpenkammer
ansteuert, wenn das berechnete Volumen gleich dem gewünschten
Volumen ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist eine solche Pumpe dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel zum Hemmen des Pumpens von
Fluid aus der Pumpenkammer ein elektrisch betätigtes
Ventilmittel umfaßt, um entweder die Pumpenkammer oder eine Kammer
zwischen dem Kolben und der Pumpenkammer zu einem
entsprechenden Reservoir abzulassen.
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In einer Ausführung der Erfindung, bei der die Pumpe eine
Kammer zwischen dem Kolben und der Pumpenkammer umfaßt,
verdrängt der Kolben ein Zwischenfluid in der Zwischenkammer
gegen eine bewegliche Membrane, die mit der Pumpenkammer in
Fluidverbindung steht. Wenn während eines Pumphubs die
Membrane um eine Distanz verlagert worden ist, die die präzise
Fluidmenge in die Pumpenkammer einführt, wird die
Zwischenkammer abgelassen, was ein weiteres Pumpen des Fluids hemmt.
Wenn die Pumpe eine bewegliche Membrane enthält, läßt sich
eine genauere Membranpositionierung durch einen Satz von
Membranpositionssensoren erzielen, welche die Verlagerung der
Membrane messen. Dann ist es möglich, die Membrane vor einem
Auslaßzyklus der Dosierpumpe genau zu positionieren, um
hierdurch das präzise Volumen von gepumptem Fluid auszugeben.
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Einige Ausführungen der Erfindung werden nun lediglich als
Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Figur 1A illustriert eine Schemazeichnung einer
rechnergesteuerten Dosierpumpe nach einer ersten Ausführung der
Erfindung;
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Figur 1B illustriert eine zweite Ausführung der
Erfindung, bei der eine Membrandosierpumpe rechnergesteuert ist;
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Figur 2 illustriert den Betrieb der rechnergesteuerten
Dosierpumpen der Figuren 1A und 1B;
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Figur 3 ist eine dritte Ausführung einer
rechnergesteuerten Dosierpumpe mit einer Einrichtung zum Rückführen von
abgelassenem Pumpfluid;
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Figur 4A illustriert das Programm, das von dem Rechner
der Ausführungen der Figuren 1 bis 3 durchgeführt wird;
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Figur 4B demonstriert eine Diagnoseroutine, die mit dem
Rechner implementiert ist und den Betrieb der Pumpe
realisiert;
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Figur 5 illustriert die Steuerung über die Dosierpumpe
nach einer vierten Ausführung der Erfindung, wobei der
Pumpendruck gesteuert wird, um die Menge von gepumptem Fluid
genau zu dosieren;
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Figur 6 illustriert schematisch eine zusätzliche
Steuerung über eine Membrandosierpumpe, bei der die
Ausgangsposition für die Membrane genau überwacht wird;
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Figuren 7A und 7B illustrieren die Programmroutine für
die Ausführung von Figur 6, bei der eine Dosierpumpe eine
hydraulisch ausbalancierte Membrane umfaßt;
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Figur 8 illustriert die Rechnerprogrammroutine für
Diagnose von Membranfehlern.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Anhand Figur 1A ist eine Dosierpumpe 9 gezeigt, welche durch
einen Rechner 28 gesteuert wird, um für jeden Hub eines
Kolbens 11 eine präzise dosierte Menge von gepumptem Fluid
vorzusehen. Die Pumpe 9 umfaßt eine Pumpenkammer 15 sowie
eine Kolbenkammer 12. Ein hin- und hergehender Kolben 11 ist
nach Darstellung mit einem Schieber/Kurbelmechanismus und
einem Motor 10 verbunden, so daß er mit einer Basisperiode
als Rate LIT hin- und hergeht. Der Kolben 11 bewegt sich in
der Pumpenkammer 12 vorwärts und rückwärts, wobei er
Pumpmedium aus einem Reservoir 25 durch ein Ventil 21 in den Einlaß
16 saugt. Während des Vorwärts-Auswurfteils des Kolbenhubs
wird das Material durch einen Auslaß 17, ein federbelastetes
Rückschlagventil 19 und dann zu einem Auslaßrohr 20 gedrückt.
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Die durch den Kolben 11 verdrängte Fluidmenge läßt sich wie
folgt definieren:
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πd²/4 x L
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Diese Volumenverdrängung ist natürlich proportional zur
Fläche des Kolbens 11, ausgedrückt durch dessen Durchmesser
als 1/4 π d² mal der Hublänge L des Kolbens. Die Flußrate der
Pumpe 9 wird durch Teilen dieser volumetrischen Verdrängung
durch die Hubperiode T bestimmt, wobei 1/T = f die Frequenz
des hin- und hergehenden Kolbens ist.
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Aus dem vorstehenden ist klar, daß das verdrängte Volumen
eine Funktion der Hublänge des Kolbens 11 ist. Durch Vorsehen
eines Mittels zum wirkungsvollen Verkürzen dieser Hublänge L
ist es möglich, in jedem gegebenen Hubzyklus einen Bruchteil
der maximalen Pumpkapazität einzurichten.
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Die in den Figuren 1A und 1B gezeigten Ausführungen ändern
die wirksame Hublänge L des Kolbens 11 von einem Maxium Lmax,
das die volle hydraulische Pumpenamplitude darstellt, um nach
Wunsch einen Bruchteil der volumetrischen Ausgabe oder eine
Teilflußrate vorzusehen. Diese Teilflußrate wird erreicht,
indem das Einlaßventil 21 gesteuert wird, welches Pumpmedium
aus einem Reservoir 25 über eine Leitung 24 zuführt. Die
Kolbenposition wird durch einen Sensor 13 überwacht, der
durch einen A/D-Wandler 29 mit einem Rechner 28 verbunden
ist. Der Rechner 28 berechnet genau die Flußrate der Pumpe
auf Basis der Kolbenverdrängung L, der Hubperiode T, die der
Kehrwert der Hubfrequenz f ist, und des Kolbendurchmessers d,
der für eine gegebene Pumpe konstant ist.
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= πd²L/4T
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Die Steuerung über die wirksame Hublänge L wird in den
Ausführungen der Figuren 1A und 1B erreicht, indem das zuvor
geschlossene Ventil 21 geöffnet wird, sobald sich der Kolben
11 über die erforderliche Hublänge L bewegt hat. Der Rechner
28 erhält eine gewünschte Flußrate als Eingabe von einer
Bedienungsperson und berechnet aus der vorstehenden Gleichung
die gewünschte Flußrate als Hublänge L.
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L = 4 T/πd²
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Der Betrieb der Ausführungen der Figuren 1A und 1B ist in
Figur 2 gezeigt. Das Diagramm von Figur 2 beginnt an dem
Abschnitt des Hubzyklus, bei dem der Kolben 11 vollständig
eingefahren ist. Der Kolben beginnt auszufahren und wirft
Pumpmedium aus der Pumpenkammer 15 durch das Ventil 19 aus.
Sobald der Kolben sich über die erforderliche Distanz L
bewegt hat, was von dem Sensor 13 angezeigt wird, wird das
Ventil 21 durch die Steuerung 22 geöffnet, wodurch jedes
verbleibende Pumpmedium in der Pumpenkammer 15 durch das
Ventil 21 zurück zu dem Reservoir 25 abgelassen werden kann.
Sobald der Kolben 11 um seine volle Hublänge Lmax ausgefahren
ist, beginnt er wieder einzufahren und saugt Pumpfluid aus
dem Reservoir 25 in die Kammer 15.
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Somit wird die wirksame Volumenverdrängung aus der Pumpe 9
gesteuert, indem erfaßt wird, wann sich der Kolben 11 über
die erforderliche Länge L bewegt hat, um die gewünschte Menge
des Pumpmediums auszugeben. Es versteht sich, daß, wenn die
wirksame Hublänge L bei zunehmender Flußrate zunimmt, das
Ventil 22 über eine längere Zeitdauer des gesamten Hubzyklus
geschlossen wird, bis der Auswurfteil des Hubzyklus gleich
dem Einlaßteil des Hubzyklus ist.
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Wie aus dem Vergleich der Figuren 1A und 1B ersichtlich, sind
die Prinzipien bei der Steuerung der wirksamen Hublänge L und
somit der gepumpten Flußrate die gleichen. Das Vorhandensein
der Membrane 14 in der Membrandosierpumpe trennt die
Pumpenkammer 15 von einer Hydraulikpumpe 18, welche ein
Zwischenfluid aufweist.
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Figur 3 zeigt eine Verbesserung gegenüber der Ausführung von
Figur 1A, wobei ein separater Weg zum Ablassen von Pumpmedium
in das Reservoir 25 vorgesehen ist. Dieser Weg ist als Auslaß
33 gezeigt, der mit einem Ventil 30 verbunden ist und mit dem
Reservoir 25 verbunden ist. Die Ventile 30 und 21 werden
derart betätigt, daß das Pumpmedium durch das Ventil 21 und
den Einlaß 16 der Pumpenkammer 15 zugeführt wird. Wenn der
Rechner 28 bestimmt hat, daß der Kolben 11 sich über die
geeignete Länge L bewegt hat, um die erforderliche Menge von
Pumpmedium auszugeben, wird das Ventil 30 geöffnet und bleibt
das Ventil 21 geschlossen. Während des Einlaßteils des
Kolbenhubs, bei dem das Pumpmedium die Kammer 15 füllt, wird das
Ventil 21 geöffnet und das Ventil 30 geschlossen.
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Die Ausführung von Figur 3 sorgt für eine Rückführung von
Pumpmedium, was hilfreich ist, wenn das Pumpmedium große
Mengen suspendierter Feststoffe enthält, wobei in jedem Rohr
nur eine Strömungsrichtung vorliegt. Dies fördert eine
wirkungsvolle Rückführung des Mediums.
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Figur 5 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung, die für
das Ablassen der Zwischenkammer 18 in einer
Membranpumpenanordnung sorgt. Wenn sich der Kolben 11 um den geeigneten
Abstand bewegt hat, der durch das von dem Sensor 13 erzeugte
Signal bestimmt wird, was anzeigt, daß die erforderliche
Menge von Pumpmedium aus der Pumpenkammer 15 gedrückt worden
ist, kann das Ventil 38 geöffnet werden, um die
Zwischenkammer 18 zurück zu dem Zwischenreservoir 44 abzulassen. Sobald
hierbei das Ablassen beginnt, wird sich die Membrane 14 nicht
weiter bewegen, wenn der von dem Kolben 11 auferlegte
Hydraulikdruck durch das Ventil 38 in das Zwischenreservoir 44
abgegeben wird. Sobald der Kolben über seine volle Hublänge
ausgefahren ist, kann das Ventil 38 geschlossen werden und
das Ventil 39 geöffnet werden, damit der Kolben 11 während
seines Einlaßzyklus, in dem er eingefahren wird,
Zwischenmedium durch das Ventil 39 in die Zwischenkammer 18 saugen
kann, um hierdurch das Volumen in der Zwischenkammer 18 zu
vergrößern.
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Bei der Ausführung von Figur 5 ist es möglich, die wirksame
Hublänge des Kolbens 11 zu reduzieren, indem man die
Zwischenkammer 18 geeignet abläßt. Der Einlaß 16 ist durch
Rückschlagventil 39 mit einem Pumpmedium-Versorgungsreservoir
25 verbunden.
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Eine andere Ausführung ist in Figur 6 gezeigt, in der eine
Membrandosierpumpe verwendet wird, um den prazisen Auswurf
von Pumpmedium zu steuern. Die Membrane 14 ist nach
Darstellung zwischen zwei Sensorelementen 43 und 46 angeordnet. Die
Sensorelemente 43 und 46 sind mit einem Rechner 28 verbunden.
Der Rechner 28 überwacht somit die Position der Membrane 14
zwischen einem Maximalhub-Näherungswandler 46 und einem
Minimalhub-Näherungswandler 43. Die Steuerung des Pumpenhubs
wird unter Verwendung des Ventils 38 und der Ventilsteuerung
40 verwirklicht, die von dem Rechner 28 betätigt wird. Wenn
der Kolben 11 einen Wert erreicht hat, der anzeigt, daß die
erforderliche Menge von Pumpmedium durch den Auslaß 17
abgegeben worden ist, wird das Ventil 38 geöffnet, um die
Zwischenkammer 18 zu dem Zwischenmediumreservoir 44 abzulassen.
Somit wird das verbleibende, von dem Kolben verdrängte
Zwischenmedium zu dem Reservoir überführt.
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Die Erfassung der Position der Membrane 14 dient zur genauen
Positionierung der Membrane 14 vor dem Beginn eines
Auswurfzyklus des Kolbens 11. Durch Schließen des Ventils 38 während
des Kolbenrückzugs wird sich somit die Membrane 14
zurückziehen. Auf diese Weise kann die Membrane 14 zuverlässig zu
einer Anfangsposition zurückgebracht werden. Die
Näherungssensoren 43 und 46 werden ebenfalls erfassen, wann die
Membrane unter Über- oder Unterdruck steht, einem gefährlichen
Zustand, in der die Gefahr eines Membranrisses besteht.
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Die vorstehenden Prinzipien, welche das Messen der Hublänge
eines hin- und hergehenden Kolbens und dann eine hydraulische
Steuerung der wirksamen Hublänge L verwenden, läßt sich auch
durch Erfassen der Membranposition verwirklichen. Möglich ist
die Verwendung eines Membranpositionssensors zur Messung der
Membranauslenkung und die Verwendung dieser Messung zur
Bestimmung, wann eine gewünschte Menge des Mediums gepumpt
worden ist. Wenn das Volumen der ausgelenkten Form der
Membrane mathematisch angenähert werden kann, kann der Rechner
das verdrängte Volumen entsprechend berechnen. Die
hydraulische
Steuerung über ein Ablaßventil läßt sich bewirken,
indem man diese gemessene Auslenkung verwendet, die
Pumpenkammer zu dem Reservoir zurück abläßt, um hierdurch das
gepumpte Volumen und die Volumenrate zu steuern.
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Figur 4A zeigt eine besondere Anweisungssequenz zur Steuerung
der Dosierpumpe der Figuren 1A, 1B und 3 zur Ausgabe der
festgestellten Flußrate Zu Beginn des Programms wird in
Schritt 102 die gewünschte volumetrische Flußrate in den
Rechner 28 eingelesen. Die gewünschte Flußrate beruht auf
einer Hubzykluszeit und der volumetrischen Verdrängung, die
innerhalb der Hubzykluszeit stattfindet. Angenommen, daß die
Hubzykluszeit bekannt und konstant ist, läßt sich unter
Verwendung der vorigen Formeln, die erforderliche wirksame
Hublänge L in Schritt 103 berechnen. Die Berechnung der
Hublänge hängt auch von der Eingabe bestimmter Information
über die Dosierpumpe ab, wie etwa der Kolbendurchmesser d und
die Kolbenzyklusrate T gemäß voriger Gleichung.
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Mit der somit berechneten gewünschten Hublänge für den Kolben
wird in Schritt 104 das Einlaßventil geöffnet. Dieses
Einlaßventil ermöglicht es, daß das Pumpmedium in die
Pumpenkammer 15 der Ausführungen der Figuren 1A und 1B eintritt. Die
Hinund Herbewegung des Kolbens beginnt in Schritt 105 durch
Erregen des Motorantriebs des Kolbens.
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In Schritt 107 wird die Kolbenposition fortlaufend gelesen
und aufgezeichnet, indem der Ausgang des Sensors 13 überwacht
wird. Eine Diagnoseroutine 108 ist gezeigt, die eine
optionale Unterroutine ist, um jeden Fehler wirkungsvoll zu
diagnostizieren, der durch den Positionssensor angezeigt
werden können. Diese Diagnoseroutine 108 wird anhand Figur 4B
näher beschrieben.
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Im Entscheidungsblock 109 wird die Kolbenposition
festgestellt, ob sie vollständig zu einem Anfangspunkt eingefahren
ist, bei dem das Pumpen des Mediums aus der Pumpenkammer 15
anfängt. Das Einlaßventil 21 wird in Schritt 110 geschlossen,
um das Ablassen von Pumpmedium aus der Pumpenkammer 15 zu dem
Pumpmediumreservoir 25 zu unterbinden. Die Kolbenposition
während des nachfolgenden Kolbenvorschubs wird in Schritt 111
fortlaufend überwacht und aufgezeichnet. Eine weitere
Diagnoseroutine ist in 112 gezeigt, welche optional ist, jedoch
genauer in Figur 4B beschrieben wird. Die Diagnoseroutine
unterstützt die Feststellung eines möglicherweise
auftretenden Fehlers, bei dem Positionsmessungen in Schritt 111 nicht
in einem vorbestimmten Bereich liegen.
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Sobald der Kolben die berechnete Hublänge L erreicht, zeigt
der Entscheidungsblock 113 an, daß es Zeit ist, das wirksame
Pumpen aus der Kammer 15 zu beenden. Falls ein einziges
Einlaßventil verwendet wird, wie in den Figuren 1A und 1B
gezeigt, was durch den Block 114 bestimmt wird, wird das
Einlaßventil 21 in Schritt 118 geöffnet, um hierdurch den
Pumpenhub des Kolbens 11 wirkungsmäßig zu beenden. Das
verbleibende Kolbenvolumen wird zu dem Mediumreservoir 25
verdrängt.
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In Schritt 119 wird die gewünschte Flußrate erneut in den
Rechner eingelesen, und wird in Schritt 120 eine neue
Hublänge berechnet, was identisch zur Berechnung des Schritts
103 ist. Falls die Bedienungsperson an irgendeiner Stelle die
gewünschte Flußrate ändert, kann somit eine neue Hublänge
entsprechend berechnet werden.
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Das Flußdiagramm von Figur 4A läßt sich auch bei dem in Figur
3 gezeigten System anwenden. Noch einmal gesagt, verwendet
dieses System zwei getrennte Ventile 21 und 30 zum Erreichen
der Einlaß- und Ablaßfunktionen. Wenn zwei solche Ventile
verwendet werden, folgt dem Entscheidungsblock 114 Schritt
121. In Block 121 wird das Hilfsventil 30 geöffnet, um die
Pumpenkammer zu dem Reservoir 25 zurück abzulassen. Die
Position des Kolbens wird in Schritt 122 fortlaufend
überwacht, und eine andere Diagnoseroutine 123 beginnt, falls
festgestellt wird, daß die Position des Kolbens nicht einer
vorgeschriebenen Position entspricht.
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Sobald der Kolben seine Maximalhublänge L erreicht, was in
Block 124 festgestellt wird, wird das Einlaßventil 21 in
Schritt 126 wieder geöffnet, wenn der Kolben vollständig
ausgefahren ist. Gleichzeitig wird in Schritt 127 das
Hilfsventil 30 geschlossen, so daß zusätzliches Pumpmedium in die
Pumpenkammer 15 eintreten kann, während der Kolben 11 in
seine Anfangsstellung zurückfährt.
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Ein ähnliches Flußdiagramm läßt sich für die Ausführung von
Figur 5 entwickeln. Noch einmal gesagt, enthält die
Ausführung von Figur 5 ein Einlaßventil 38 und ein Ablaßventil 39.
Die Steuerung über diese Ventile durch den Rechner wird mit
ähnlichen Anweisungssätzen erreicht, was im Licht des
vorhergehenden Flußdiagramms (Figur 4A) leicht ersichtlich ist.
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Das in Figur 4A herausgestellte Flußdiagramm könnte die
Membranverlagerung verwenden, um den volumetrischen Auslaß zu
bestimmen und/oder zu verwirklichen. Wie zuvor gesagt, kann
das Volumen der ausgelenkten Form der Membrane mathematisch
angenähert werden. Bei einer gegebenen gewünschten
volumetrischen Verdrängung kann daher ein Wert für die
Membranauslenkung berechnet werden. Dies ist analog zur Berechnung
des für den Kolben wirksamen L. Die Membranposition läßt sich
dann während des Pumpenauswurfs überwachen - und zwar so
ähnlich wie bei der Überwachung des Kolbens - bis diese den
richtigen Auslenkgrad erreicht. An dieser Stelle ist dann das
geeignete Volumen des Mediums ausgeworfen worden.
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Nun auch zu Figur 4B, der Diagnoseroutine, welche in
verschiedenen Stufen des in Figur 4A gezeigten Programms
beginnt. Die Routine beginnt mit Block 201. Zuerst wird
geprüft, ob der Kolben seine Position geändert hat oder nicht,
was sich aus dem Ausgang von dem Sensor 13 ergibt. Wenn der
Kolben seine Position geändert hat, wird in Schritt 202 das
Kolbenflag FALSCH gesetzt und wird das Antriebsflag in
Schritt 203 ebenfalls auf FALSCH gesetzt. Die zwei Falsch-
Bezeichnungen für die Antriebs- und Kolbenflags zeigen an,
daß diese Bauteile beide richtig arbeiten. Die gegenwärtige
Kolbenposition wird in Schritt 205 aufgezeichnet zur
Verwendung beim nächsten Wiederbeginn dieser Diagnoseroutine.
Das Diagnoseprogramm geht dann zum Hauptprogramm in Figur 4.
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Falls keine Anzeige einer Änderung der Kolbenposition
vorliegt, dient Schritt 207 zur Feststellung, ob der Motor aktiv
ist oder nicht. Es wird daran gedacht, daß eine
Motorfreigabeleitung durch den Rechner 28 vorgesehen wird. Wenn diese
Freigabeleitung nicht aktiv ist, bestimmt Schritt 208, ob das
Antriebsflag auf richtig gesetzt worden ist. Falls nicht,
wird in Schritt 209 das Antriebsflag auf richtig gesetzt, und
es wird versucht, in Schritt 210 den Motor zu starten. Das
FREIGABE-Signal wird von dem Rechner angehoben, um einen
Neustart des Motorantriebs zu versuchen.
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Wenn das Antriebsflag auf richtig gesetzt ist und in Schritt
207 festgestellt wird, daß der Motor nicht aktiv ist, wird in
Schritt 222 die Bedienungsperson davon in Kenntnis gesetzt,
daß der Motorantrieb fehlerhaft ist.
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Im weiteren Verlauf des Diagnoseprogramms wird im
Entscheidungsblock 212 der Ausgang des Positionssensors geprüft. Das
normale Spannungspotential ist ein Nicht-Nullwert. Wenn der
Ausgang gleich 0 ist, wird das Kolbenflag geprüft, um zu
sehen, ob dieses richtig oder falsch ist. Falls es nicht
richtig ist, wird das Kolbenflag auf richtig gesetzt, bevor
das Programm über Schritt 205 zum Hauptprogramm zurückkehrt
Falls das Kolbenflag auf richtig gesetzt worden ist, wird die
Bedienungsperson in Schritt 220 über einen ausgefallenen
Kolbenpositionssensor in Kenntnis gesetzt.
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Wenn der Kolbensensorausgang in Block 212 nicht gleich 0 ist
und das Antriebsflag zuvor in Block 213 auf richtig gesetzt
worden ist, wird die Bedienungsperson in Block 221 von einem
ausgefallenen Antriebsmechanismus in Kenntnis gesetzt. Wenn
das Antriebsflag in Block 213 auf falsch gesetzt worden ist,
wird das Flag in 214 auf richtig gesetzt, bevor das Programm
über Schritt 205 zurückkehrt
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Wenn das Kolbenflag in Block 216 auf richtig gesetzt worden
ist oder wenn das Antriebsflag in 208 oder 213 auf richtig
gesetzt worden ist, ist ein Fehlerzustand erfaßt worden und
die Pumpe wird in Schritt 232 abgeschaltet. In den Schritten
220 bis 222 wird die Bedienungsperson von dem jeweiligen
erfaßten Fehler in Kenntnis gesetzt.
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Somit dient die vorstehende Diagnose zur Bestimmung, ob
irgendeine Kolbenbewegung vorlag. Falls keine vorlag, wird
der Fehlerzustand analysiert, um festzustellen, ob ein Fehler
eines Kolbenpositionssensors, ein Fehler des
Antriebsmechanismus oder ein Fehler des Motors aufgetreten ist.
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Nun zu den Figuren 7A und 7B, in denen eine Programmroutine
zur Steuerung der Dosierpumpe von Figur 6 gezeigt ist. Das in
den Figuren 7A und 7B gezeigte Flußdiagramm beschreibt die
von dem Rechner 28 durchgeführten Programmschritte zur
Steuerung der hydraulisch ausbalancierten Membrandosierpumpe.
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In Figur 6 sind Programmschritte für den Rechner 28 der
Ausführung gezeigt. Diese Ausführung ist eine hydraulisch
ausbalancierte Membrandosierpumpe, welche die Membrane vor
Beginn eines Pumpauswurfhubs genau positioniert. In der in
Figur 6 gezeigten Ausführung sind zwei Näherungssensoren 43
und 46 gezeigt, welche erfassen, ob die Membrane richtig
positioniert ist oder nicht, um einen Auswurfteil des
Pumpenzyklus zu beginnen.
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Die in Figur 7 gezeigten Programmschritte enthalten zwei
Zweige I und II. Jeder dieser Zweige dient zur Positionierung
der Membrane beim Start der Pumpe. Welcher Zweig genommen
wird, hängt von der Feststellung ab, ob sich die Membrane vor
oder hinter ihrer Startposition befindet. Wie aus Figur 7A
ersichtlich, bestimmen zwei Entscheidungsblöcke 306 und 320,
ob sich die Membrane in ihrer richtigen Position befindet
oder nicht. Falls nicht, geht das Programm zu der richtig-
Vorpositionierungs-Unterroutine weiter, die in I und II
gezeigt ist.
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Der Anfang der vom Rechner durchgeführten Sequenz beginnt in
Schritt 301 mit dem Lesen der gewünschten Flußrate . Aus
diesem Signal, d.h. aus von der Bedienungsperson eingegebenen
Daten, wird ein Pumphub L bestimmt, der entsprechend der
vorigen Gleichungen die geeignete Flußrate erzeugt. In
Schritt 303 wird das hydraulische Einlaßventil geöffnet, das
dem in Figur 6 gezeigten Ventil 38 entspricht. Hierbei wird
in Schritt 304 die Hin- und Herbewegung des Kolbens
gestartet, während gleichzeitig die Membranposition in Schritt 305
gelesen wird. Die Membranposition wird aus Signalen bestimmt,
die von den Näherungssensoren 43 und 46 erzeugt werden.
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Wenn festgestellt wurde, daß sich die Membrane in der
richtigen Startposition befindet, übertragen die
Entscheidungsblöcke 306 und 320 die Steuerung zum Programmschritt 331.
Hierbei wird von dem Positionssensor 13 die Kolbenposition
gelesen. Die Kolbenantriebsdiagnose ist in Schritt 332
enthalten, der zuvor anhand Figur 48 beschrieben wurde.
Anzumerken ist, daß dies optional ist und das Programm so
konfiguriert sein kann, daß es ohne die Diagnoseunterroutine von 332
arbeitet.
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Der Entscheidungsblock 333 bestimmt, ob der Kolben
vollständig eingefahren wurde oder nicht. Wenn sich der Kolben in
seiner vollständig eingefahrenen Position befindet, was der
Positionssensor 13 feststellt, wird das Ventil 38
geschlossen, um den Start des Auswurfteils des Hubzyklusschritts 334
zu beginnen. Die Positionen des Kolbens und der Membrane
werden in Schritten 335 bis 338 fortlaufend gelesen und
diagnostiziert, und wenn der Kolben den berechneten Abstand L
zur Ausgabe der geeigneten Menge von Pumpmedium erreicht, was
innerhalb des erforderlichen Zeitintervalls von dem
Entscheidungsblock 339 bestimmt wird, überträgt der
Entscheidungsblock 340 die Steuerung zu den Schritten 341 oder 349, in
Abhängigkeit davon, ob in dem Zwischenfluidkreis zwei Ventile
oder ein einziges Ventil vorgesehen sind.
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Angenommen, daß nur ein einziges Ventil in der
Zwischenreservoirzufuhr enthalten ist, öffnet Schritt 341 das
Einlaßventil, um hierdurch die Zwischendruckkammer 18 in das Reservoir
44 abzulassen. In Schritt 342 wird die Kolbenposition
fortlaufend gelesen, und wenn der Kolben vollständig ausgefahren
worden ist, überträgt der Entscheidungsblock 344 die
Steuerung zu Schritt 345, der das hydraulische Einlaßventil 38
schließt.
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Wenn zum Fluidablassen und zur Fluidzufuhr zu der
Zwischenkammer zwei Ventile verwendet werden, wie etwa in Figur 5
gezeigt, ist ersichtlich, daß die Ausführung von Figur 5 auch
zwei Näherungssensoren 43 und 46 enthalten könnte, und der
Entscheidungsblock 340 die Steuerung zu Schritt 349
überträgt. Das zweite Ventil wird geöffnet, damit durch das
zweite Ventil 38 von Figur 5 die Zwischenkammer abgelassen
werden kann. Die Position des Kolbens wird in Schritt 350
überwacht, und wenn man eine vollständig ausgefahrene
Position erhält, schließt der Entscheidungsblock 352 das zuvor
geöffnete Ventil 38, indem Schritt 353 durchgeführt wird. In
Schritt 351 ist ähnlich Schritt 343 eine Diagnose enthalten,
und diese sind insgesamt optional.
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Sobald in entweder einer Einventil- oder
Zweiventilkonfiguration die erforderliche Hublänge vorliegt, werden in Schritten
354 bzw. 356 die Membran- und Kolbenpositionen festgestellt,
und wenn die Membrane gemäß Bestimmung in Schritt 358 in ihre
Startposition zurückgekehrt ist, wird in Schritt 359 das
Einlaßventil geöffnet. In Schritt 360 wird die gegenwärtig
gewünschte Flußrate in Schritt 360 erneut gelesen und
werden in Schritt 361 die Pumpenparameter jedesmal berechnet,
wenn das Programm einen vollständigen Hub durchläuft.
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Die mit I bezeichnete Unterroutine positioniert die Membrane
in deren Startposition, wenn sich herausstellt, daß sie sich
vor ihrer vorbestimmten Startposition befindet. Schritt 308
und der Entscheidungsblock 310 lesen fortlaufend die Position
des Kolbens, und wenn dieser seine maximal ausgefahrene
Stellung erreicht hat, wird in Schritt 311 das hydraulische
Einlaßventil geschlosen. Schritt 312 und der
Entscheidungsblock 314 überwachen die Membranposition, wenn sich diese mit
dem Kolben zurückbewegt. Sobald in Block 314 festgestellt
wurde, daß die Position der Membrane richtig ist, und zwar
weil die Zurückbewegung des Kolbens einen Druck die Membrane
ausübt und diese in ihre Startposition zieht, schaltet die
Steuerung zu Schritt 317. In Schritt 317 wird das
hydraulische Einlaßventil geöffnet, um die Bewegung der Membrane
anzuhalten.
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Die Steuerung geht mit Schritt 331 weiter. Wenn nach
Bestimmung in Block 314 sich die Membrane nicht in ihrer
Startposition befindet, fragt Block 315 die Kolbenposition ab. Wenn
der Kolben vollständig eingefahren ist, öffnet sich das
hydraulische Einlaßventil in Schritt 316, damit Fluid in die
Zwischenkammer eintreten kann, während der Kolben in seine
weiteste Position ausgefahren ist. Das Programm kehrt dann zu
Schritt 308 zurück, bis die Membrane richtig positioniert
ist.
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Die Unterroutine II arbeitet in ähnlicher Weise zur
Positionierung der Membrane in deren richtige Startposition, wenn
sich herausstellt, daß sie sich hinter ihrer richtigen
Position befindet. Dies erfordert das fortlaufende Lesen der
Position des Kolbens in Schritt 321 und in Schritt 323 die
Feststellung, ob der Kolben vollständig eingefahren ist oder
nicht. Wenn er vollständig eingefahren wurde, wird in Schritt
324 das Einlaßventil geschlossen. In Schritt 325 werden
Messungen der Membranposition durchgeführt. Sobald nach
Bestimmung in Block 327 festgestellt wird, daß sich die
Membrane in ihrer richtigen Startposition befindet, wird in
Schritt 330 das hydraulische Einlaßventil geöffnet und die
Steuerung kann zu Schritt 331 umschalten. Wenn der Kolben
vollständig ausgefahren wird und die Membrane die
Startposition noch nicht erreicht hat, was im Block 328 festgestellt
wird, wird in Schritt 329 das Einlaßventil geöffnet und der
Prozeß kehrt zu 321 zurück, bis die Membrane richtig
positioniert ist.
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Somit ist ein Programmschema gezeigt, das die Verwirklichung
der in Figur 6 gezeigten Ausführung unter Verwendung eines
einzigen Ventils sowie einer in Figur 5 gezeigten
Doppelventilkonfiguration gestattet, wenn ein Näherungssensor zur
Positionierung der Membrane vorgesehen ist. Die
Rechnersteuerung über die Startposition für die Membrane macht die genaue
Ausgabe einer vorbestimmten Menge von Pumpfluid über die Zeit
gleichmäßiger. Darüber hinaus helfen die verschiedenen
Diagnoseroutinen bei der Bestimmung, ob die Membranpumpe
einen Fehler aufweist, und ermöglichen eine Warnung der
Bedienungsperson, daß der Fehler aufgetreten ist.
Die Diagnoseroutinen sind Kolbenantriebsdiagnoseroutinen und
Membrandiagnoseroutinen. Die Kolbenantriebsdiagnoseroutine
ist in Figur 4B gezeigt und ist während des gesamten Ablaufs
des Programms der Figuren 7A und 7B enthalten.
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Die Membrandiagnoseroutine von Figur 8 beginnt in Schritt 401
mit der Feststellung, ob die Membrane ihre Position geändert
hat. Falls ja, wird ein Membranflag in Schritt 403 auf FALSCH
gesetzt. Die Routine geht dann durch Schritt 411 zum Ausgang.
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Wenn festgestellt wird, daß die Membrane ihre Position nicht
geändert hat, wird in Schritt 404 das Sensorausgangssignal
aus den Sensoren 43 und 46 geprüft. Falls sich herausstellt,
daß der Sensorausgang nicht 0 ist und nach Bestimmung in
Schritt 405 das Antriebsflag nicht auf richtig gesetzt worden
ist, wird in Schritt 406 die Bedienungsperson von einer
Fehlfunktion der Membrane gewarnt. Sollte in 405 das
Antriebsflag auf richtig gesetzt sein, geht die Routine durch
Block 411 zum Ausgang. Während der Kolbendiagnoseroutine wird
das Antriebsflag gesetzt, wie dies zuvor anhand Figur 4B
erläutert wurde.
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Falls der Entscheidungsblock 404 anzeigt, daß der Ausgang aus
den Sensoren 43 und 46 0 ist und in Schritt 408 das
Membranflag auf richtig gesetzt wurde, wird in Schritt 412 ein
Fehler des Membranpositionssensors festgestellt. Dies könnte
ein Fehler des Sensors oder der Membrane selbst sein. Wenn
die Bedienungsperson in Schritt 412 über die fehlerhafte
Komponenten in Kenntnis gesetzt ist, wird in Schritt 413 die
Pumpe abgeschaltet. Sollte in Block 408 das Membranflag auf
falsch gesetzt sein, wird es in Block 409 anschließend auf
richtig gesetzt. Die Routine geht dann durch 411 zum Ausgang.
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Unter der Annahme, daß die Membrandiagnose kein Problem
anzeigt, wird in Schritt 411 der alte Membranpositionswert
auf den neuen Wert gesetzt, und das Programm geht weiter,
sofern kein Fehler aufgetreten ist. Anschließend geht die
Routine zum aufgerufenen Programm.
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Die vorstehenden Rechnerimplementierungen sind nur Beispiele
von Schemata, die so implementiert sein können, daß sie
Diagnoseroutinen enthalten oder Diagnoseroutinen zulassen.
Diese Ausführungen ergeben eine verteilte lokalisierte
Steuerung über Dosierpumpen, die bei Bedarf von einer
Bedienungsperson aktualisiert werden kann und die vor Fehlfunktionen
warnen kann, falls diese auftreten.