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Elektrische Steuerung für Wasserversorgungsanlagen Die Erfindung betrifft
eine elektrische Steuerung für Wasserversorgungsanlagen in Abhängigkeit von dem
veränderlichen Wasserspiegel von Wasserbehältern als Führungsgröße oder in Handschaltung.
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Für Wasserversorgungsanlagen besteht die Forderung nach einer Steuerung
für die Elemente der Anlage, z. B. die Pumpen, in der Weise, daß die einzelnen Elemente
in Abhängigkeit von einer Führungsgröße geschaltet werden. So ist es bekanntgeworden,
die für denZu- undAblauf desWassers vorgesehenen Pumpen in Abhängigkeit von der
Zeit zu steuern. Die zu diesem Zweck vorgesehenen Zeitrelais sind entweder so eingestellt,
daß inZeiten starkenWasserbedarfs durch Einschalten mehrerer Pumpen eine großeWassermenge
gefördert werden kann, inZeiten geringeren Bedarfs durch Einschalten einer geringen
Zahl von Pumpen eine entsprechend geringere Wassermenge, oder so, daß bei günstigem
Tarif für die elektrische Energie (Nachttarif) alle Pumpen die Behälter vollpumpen,
bei hohem Tarif (Tagtarif) die Pumpen ausgeschaltet und nur wenige Pumpen eingeschaltet
sind.
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Die Wahl der Zeit als Führungsgröße kann jedoch nicht befriedigen,
da einmal das Ein- und Ausschalten der Pumpen nicht dem tatsächlichen, sondern einem
geschätzten Bedarf angepaßt wird, zum anderen fällt die Zeit starken Wasserbedarfs
mit dem hohen Tarif zusammen, so daß es vorkommen kann, daß die Pumpen ganz aus-
bzw. nur zum Teil eingeschaltet sind, wenn der höchste Bedarf auftritt, was zu Störungen
in der Wasserversorgung führen kann.
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Auch bei anderen bekannten Programmschaltern, wie z. B. für den Ablauf
chemischer Vorgänge oder für die Bearbeitungsfolge an Werkzeugmaschinen wird in
Abhängigkeit von der Zeit nach einem fest vorgegebenen Programm gesteuert.
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Vorrichtungen, die nur in Abhängigkeit vom Wasserstand mittels Schwimmerschalter-
das Ein- und Ausschalten von Pumpen bzw. das Einregeln der Förderleistung einer
Pumpe über eine Brückenschaltung durchführen, genügen ebenfalls den an den Betrieb
einer modernen Wasserversorgungsanlage zu stellenden Bedingungen nicht mehr, da
sie nicht an die Ergiebigkeit der Quellen anzupassen sind, die nicht nur vom Ort,
sondern auch von der Jahreszeit abhängt. Diese bekannten Vorrichtungen arbeiten
demnach mit einem schlechten Wirkungsgrad.
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Ein optimaler Wirkungsgrad beim Betrieb einer Wasserversorgungsanlage
wird durch die erfindungsgemäße Steuerung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Reihenfolge der Inbetriebnahme der zu steuernden Elemente durch einen -
gegebenenfalls veränderbaren - Programmverteiler bewirkt wird, in dem jedem zu steuernden
Element eine senkrechte Reihe von Klinken zugeordnet ist, von denen die sich auf
einer Höhe befindlichen einem bestimmten Wasserstand entsprechen.
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Die Anzahl der in den senkrechten Reihen angeordneten Klinken richtet
sich nach den jeweiligen Erfordernissen und Betriebsbedingungen. Es wird die Wasserhöhe
eines Behälters in einzelne Intervalle unterteilt und jedem Intervall im Programmverteiler
je eine Klinke für die einzelnen Elemente zugeordnet. Die Anzahl der senkrechten
Reihen entspricht somit der Anzahl der zu steuernden Elemente, während die Anzahl
der horizontalen Reihen der Anzahl der Schaltstufen in Abhängigkeit von der Führungsgröße
entspricht.
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Es ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, jedes Element
beliebig einer Stufe zuzuordnen, indem man der betreffenden Klinke einen Stecker
zuordnet. Es ergibt sich also die Möglichkeit, auch mehrere Elemente in. einer bestimmten
Stufe zu schalten, indem man den Klinken dieser Stufe Stecker der betreffenden Elemente
zuordnet. Ein derartiger Programmverteiler gibt die Möglichkeit, die zu steuerndenElemente
in beliebigerWahl den einzelnen Stufen der Führungsgröße zuzuordnen und damit den
Programmablauf den Erfordernissen des Betriebes jederzeit anzupassen. Der Ablauf
des Programms wird dann in dieser gewählten Folge vom Programmverteiler durch die
Führungsgröße vorgenommen. Dadurch gelingt es, für eine Anlage z. B. je nach den
zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen über Programmverteiler zu verschiedenen
Zeiten verschiedene Programme vorzugeben.
Neben einem über den Programmverteiler-laufenden
Automatikprogramm ist es möglich, im Programmverteiler beliebig wählbare Elemente
in Handschaltung zu fahren, unabhängig vön@dem über den Programmverteiler laufenden
- Automatikprogramm. Man kann also unabhängig von dem Verlauf der Führungsgröße
mittels- Handschaltung frei wählbare Elemente zuschalten.
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In einem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 schematisch eine Wasservesörgungsanlage
dargestellt, an Hand der die erfindungsgemäße Steuerung mit Programmverteiler erläutert
werden soll. Die dargestellte Anlage stellt in großen Zügen den Aufbau einer Wassergewinnungs-
und -versorgungsanlage dar und enthält drei Programmverteiler. Auf der Wassergewinnungsseite
befinden sich die Tiefbrunnenpumpen 1 bis 8, die über die Verdüsungskammern 11 in
den Behälter 18 Wasser fördern. Die Tiefbrunnenpumpen werden hierbei über den Programmverteiler
12 zu-und abgeschaltet. Die Motorschieber 9 und 10 der Verdüsungskammern-- werden
über den Programmverteiler 14 gesteuert. Als Führungsgröße dient der veränderliche
Wasserspiegel des Behälters 18. Bei den verschiedenen Wasserständen erhalten die
entsprechenden Horizontalreihen der Programmverteiler 12 und 14 über einen Stellungsferngeber
17 Einschaltbefehle. Diese Einschaltbefehle werden durch die neben den Einschaltstufen
befindlichen Signallampen 16 angezeigt. Bei Einschaltbefehl auf eine Horizontalreihe
gehen die in der gleichen Reihe gesteckten Tiefbrunnenpumpen in Betrieb bzw. die
Schieber der Verdüsungskammern auf. Die entsprechenden Signallampen 13 bzw. 15 leuchten
als Rückmeldung auf. Die Inbetriebnahme mehrerer in einer Reihe gesteckten Tiefbrunnenpumpen
erfolgt zeitlich verzögert. Die Verzögerung ist dabei so aufgebaut, daß sich zwischen
zwei im Programmverteiler hintereinander -gesteckten Pumpen grundsätzlich die gleiche
Einschaltverzögerung ergibt, auch wenn mehrere nicht gesteckte Elemente in dieser
Reihe dazwischenliegen. Die Zeitvergrößerung bleibt auch bestehen, wenn die dazwischenliegenden
Elemente in einer anderen Stufe gesteckt sind.
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Da bei der Zuschaltung von Brunnenpumpen auch eine entsprechende Anzahl
von Verdüsungsschiebern geöffnet werden muß, ist es zweckmäßig, eine Verriegelung
zwischen dem Programmverteiler12 für die Tiefbrunnenpumpen und dem Programmverteiler
14 für den Motorschieber vorzusehen. Die Verriegelung zwischen den beiden Programmverteilern
12 und 14 ist so ausgebildet, daß nur dann der Einschaltbefehl wirksam wird - also
die Tiefbrunnenpumpen anlaufen - wenn im Programmverteiler 14 entsprechende Stecker
gesteckt -sind - d. h., wenn entsprechendeMotorschiebergeöffnet haben. Durch eine
derartige Verriegelung können Schäden, die bei Bedienungsfehlern (z. B: falscher
Programmgabe) auftreten können, verhindert werden.
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In Analogie zu den Tiefbrunnenpumpen arbeiten die Horizontalpumpen
19 bis 22 in Abhängigkeit von den Wasserständen im Behälter 27. Die Einschaltbefehle
werden über- den Stellungsferngeber 26 auf den Programmverteiler 23 gegeben. Den
senkrechten Reihen des Programmverteilers sind die Signallampen 24 zugeordnet, während
bei den einzelnen Schaltstufen die Signallampen 25 -aufleuchten. Im Programmverteiler23
sindZeitrelais vorgesehen, die bewirken, daß die Horizontalpumpen auch bei Beendigung
des Einschaltbefehles innerhalb einer Stufe verzögert außer Betrieb gehen.
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In Fig. 2 ist der Stromlaufplan eines Programmverteilers für " eine
Stufe und zwei Pumpen dargestellt. Im Programmverteiler sind im Ruhezustand die
Kontakte 23 c und 23 c' geschlossen. Bei Stecken eines Steckers in eine Klinke öffnen
diese Kontakte. Die Stecker für Automatikbetrieb sind durch voll ausgezeichnete
Brücken angedeutet, während die Stecker fürHandschaltung durch gestrichelteBrücken
angedeutet sind. Zweckmäßig werden die Stecker für Automatik und Handschaltung durch
verschiedene Farben gekennzeichnet.
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Der Ablauf der Steuerung von zwei Pumpen in einer Horizontalstufe
ist folgender: Bei einem bestimmten Wasserstand des Behälters, in den die beiden
Pumpen Wasser fördern, schließt der Stellungsferngeber 26 seinen Kontakt 26a und
legt dadurch das Relais 28 an Spannung. Das Relais 28 hält sich über seinen Kontakt
28 a. und den Kontakt 26 b des Stellungsgebers selbst. Außerdem legt es über den
Kontakt 28 b die Signallampe 25 an Spannung, die einer der Horizontalreihen des
Programmverteilers zugeordnet ist. Über den geschlossenen Kontakt 28 b wird über
die erste Klinke23a der obersten Reihe im Programmverteiler und den Ruhekontakt
29 a des Haftrelais 29 das Relais 30 an Spannung gelegt. Spricht das Relais 30 an,
so wird sein Kontakt 30a geschlossen und damit das Einschaltrelais 31 an Spannung
gelegt, das seinerseits über den Kontakt 31a den Motor 32 der ersten Pumpe einschaltet.
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Gleichzeitig wird das Zeitrelais 33 an Spannung gelegt, das nach einem
bestimmten Zeitintervall, z. B. 15 Sekunden, seinen Kontakt 33 a schließt. Hierdurch
wird die Klinke 23 d mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle verbunden und leitet
den Einschaltbefehl zur Klinke 23 a', die für das Zuschalten der nächsten Pumpe
vorgesehen ist. Analog zur Zuschaltung des Motors 32 der ersten Pumpe erfolgt das
Zuschalten des Motors 37 der zweiten Pumpe über den Ruhekontakt 34a des Haftrelais
34 und über die Relais 35 und 36 mit den Kontakten 35 ca und 36a.
Über das Zeitrelais 38 und den Kontakt 38 a wird nach einem bestimmten Zeitintervall
die Einschaltung der nächsten in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpe bewirkt,
derenZuschaltung imProgrammverteiler durch Stecken einer Klinke vorgesehen wird.
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Wenn die Zuschaltung einer Pumpe erst bei einem tieferen Wasserstand
des Behälters erfolgen soll, ist in den oberen Stufen der entsprechende Ruhekontakt
im Programmverteiler, z. B. 23c oder 23c', geschlossen.
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Sollen die entsprechenden Pumpen durch Handschaltung während einer
vollen Steuerungsperiode zugeschaltet bleiben, sind die entsprechenden Kontakte
23b und 23b' geschlossen.
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In Fig. 2 sind außerdem Signallampen 24a, 24b, 24a', 24b' für die
beiden Pumpen vorgesehen. Die Lampen leuchten auf, wenn die beiden Pumpen Wasser
fördern und die Rückschlagklappen 39 und 40 mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle
verbunden sind. Ist eine Pumpe gestört, d. h., fördert sie kein Wasser, so bleibt
die Rückschlagklappe mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle verbunden. Dadurch schaltet
das entsprechende Haftrelais 29 bzw. 34 ein und bewirkt eine Störungsmeldung, die
darin besteht, daß die den Pumpen zugeordneten Lampen flackern, da über die geschlossenen
Kontakte 29b, 29e, 34b,
34 c die Lampen 24 a, 24
b, 24 a' und 24 b' an einer Impulsspannung Ui liegen. Es kann außerdem eine
Hupe vorgesehen werden, die im Störungsfall ertönt und weiterhin ein Signaltransparent,
das aufleuchtet.
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Im Ausführungsbeispiel sind in Fig.2 5polige Klinken im Programmverteiler
dargestellt. Es können jedoch auch Klinken mit anderer Polzahl, je nach Verwendungszweck,
für die Programmverteiler vorgesehen sein. Durch Verwendung von Klinken mit einer
Polzahl größer als fünf kann die Programmvorgabe im Programmverteiler des Ausführungsbeispiels
noch vielseitiger gestaltet werden. Zum Beispiel kann bei 6poligen Klinken über
den sechsten Pol die Anzahl der im Betrieb befindlichen Elemente festgestellt werden,
und in Abhängigkeit davon können dann Verdüsungskammern automatisch geöffnet bzw.
geschlossen werden. Es könnte durch Verwendung von 6poligen Klinken im Programmverteiler
12 der Programmverteiler 14 entfallen.
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Die Vorteile einer elektrischen Steuerung nach der Erfindung liegen
insbesondere in der freien. Wahl der Programme, die einemProgrammverteiler aufgegeben
werden. Die Programmvorgabe kann dabei in Abhängigkeit von frei zu wählenden Schaltstufen
unabhängig von der Anzahl der zu steuernden Elemente erfolgen. Weiterhin kann mit
Hilfe dieser Programmverteiler eine wirtschaftliche Ausnutzung der einzelnen Maschineneinheiten
erreicht werden und, z. B. auf den Fall der Tiefbrunnen im Ausführungsbeispiel angewandt,
können in der Automatikschaltung diese entsprechend ihrer jeweiligen Ergiebigkeit
automatisch ausgenutzt werden. Da gleichzeitig innerhalb dieser Programmverteiler
einzelne Elemente unabhängig von der Automatik geschaltet werden können, ist es
möglich; diese Elemente unter Umständen zur Grundlastlieferung u. dgl. heranzuziehen.
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Die Anordnung der Signallampen in vertikalen und horizontalen Reihen
über und neben dem Programmverteiler erlaubt eine dauernde Kontrolle des Schaltzustandes
und des Betriebes, wobei wahlweise eine Hell- oder Dunkelschaltung vorgesehen werden
kann.