DE4103857C2 - Vorrichtung zur Pumpensteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, insbesondere zur Verwendung im Bereich von Abwasserhebeanlagen, die Füll­ standsschalter zur pegelabhängigen Ansteuerung der Pumpe sowie mindestens ein in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Füllstandsschalter angesteuertes Motorschütz zur Verbin­ dung des Antriebsmotors mit einer Energieversorgung aufweist.

Derartige Pumpen werden in Abwasserhebeanlagen eingesetzt, um Abwasser von einem vergleichsweise niedrigen Niveau auf ein höheres Niveau zu fördern. Es sind dazu Abwassersammelbehäl­ ter vorhanden, in deren Bereich die beispielsweise als Tauch­ pumpe ausgebildet Pumpe installiert ist. Bei Überschreiten eines oberen Schaltpegels wird die Pumpe eingeschaltet und fördert solange Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter, bis ein unterer Abschaltpegel erreicht ist. Die bekannten Steuerungen für derartige Pumpen können jedoch nicht alle Anforderungen erfüllen, die insbesondere aus einzuhaltenden Sicherheitsbe­ dingungen resultieren. Insbesondere ist bei den bekannten Pumpensteuerungen nachteilig, daß Alarmfunktionen, die bei­ spielsweise einem maximal zulässigen Befüllungszustand des Sammelbehälters zugeordnet sind, bei einem Pumpenausfall oder einem teilweisen Netzausfall nicht ausgelöst werden können.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpensteuerungen resultiert dieser Nachteil im wesentlichen daraus, daß ggf. vorhandene Alarmanlagen über eine Phase der Pumpe geschaltet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor­ richtung der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß die Funktionsfähigkeit mindestens eines Alarmgebers auch bei einem Ausfall der Pumpenfunktion sowie bei Störungen im Be­ reich der Netzversorgung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Speisung einer Pumpensteuerung eine Gleichstromversorgung vorgesehen ist, die aus drei an jeweils einen Trenntrafo angeschlossenen Gleichrichtern ausgebildet ist und daß die Trenntrafos jeweils an unterschiedliche Phasen eines Ver­ sorgungsnetzes angeschlossen sind.

Durch die Parallelschaltung der aus unterschiedlichen Phasen gespeisten Gleichrichter ist gewährleistet, daß auch bei Störungen im Bereich einer oder mehrerer Phasen die Ener­ gieversorgung für die Pumpensteuerung gewährleistet ist. Durch die Anordnung der Trenntrafos zwischen den Gleich­ richtern und den diese versorgenden Phasen wird darüber hinaus eine Überspannungsempfindlichkeit der Pumpensteuerung vermindert, die beispielsweise bei Blitzschlageinwirkungen auf Bauteile des Versorgungsnetzes zu Defekten führen könnte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sekundärwicklungen der Trenntrafos zu­ sätzlich zu den Gleichrichtern jeweils über eine Dioden­ strecke Optokoppler speisen, die in Reihe geschaltet sind und einen Steuerstrom für einen Schalttransistor bereitstellen. Durch diese Schaltung ist es möglich, Störungen im Bereich einer der Phasen zu detektieren und bei Auftreten einer Stö­ rung eine Abschaltung der Pumpe herbeizuführen, ggf. vorge­ sehene Alarmfunktionen jedoch betriebsbereit zu halten.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für den Antriebsmotor der Pumpe eine Temperaturüber­ wachung vorgesehen, die ohne Auslösung einer Alarmfunktion die Einhaltung eines vorgebbaren Temperaturbetriebsbereiches für den Motor gewährleistet. Alarmfunktionen werden erst bei ggf. auf Grund der Stillsetzung des Motors auftretenden wei­ teren Störungen, beispielsweise einem Überschreiten einer maximalen Füllhöhe des Sammelbehälters, ausgelöst.

In der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeich­ nungen ist eine Ausführungsform der Erfindung veran­ schaulicht.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der Gleichstromversor­ gung der Pumpensteuerung,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der wesentlichen Bauele­ mente der Pumpensteuerung und

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer im Bereich eines Sammelbe­ hälters installierten Tauchpumpe.

Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe besteht im wesent­ lichen aus drei Trenntrafos 1, 2, 3, die an Phasen 4, 5, 6 sowie eine Nullphase 7 eines Versorgungsnetzes angeschlossen sind. Die Trenntrafos 1, 2, 3 weisen jeweils den Phasen 4, 5, 6 zugewandt angeordnete Primärwicklungen 8, 9, 10 sowie den Phasen 4, 5, 6 abgewandt angeordnete Sekundärwicklungen 11, 12, 13 auf. Die Primärwicklungen 8, 9, 10 sind mit den Se­ kundärwicklungen 11, 12, 13 jeweils magnetisch durch Eisen­ kerne 14, 15, 16 gekoppelt. Die Eisenkerne 14, 15, 16 weisen eine elektrische Verbindung zu einem Massenanschluß 17 auf.

Die Sekundärwicklungen 11, 12, 13 sind jeweils an Gleichrich­ ter 18, 19, 20 angeschlossen, die Gleichstromversorgungsan­ schlüsse 21, 22 speisen. Jeder der Gleichrichter 18, 19, 20 ist über Dioden 23, 24 sowie mit den Dioden 23, 24 in Reihe geschaltete Widerstände 25, 26 mit einer Diode 27 eines Optokopplers 28 verbunden. Der Optokoppler 28 weist einen op­ tisch mit der Diode 27 gekoppelten Fototransistor 29 auf. Die der Diode 27 zugewandten Anschlüsse der Widerstände 25, 26 sind über einen Kondensator 30 miteinander verbunden. Die Dioden 23, 27 und 24 sind mit ihren Durchlaßrichtungen in Reihe geschaltet.

Die als npn-Transistoren ausgebildeten Fototransistoren 29 sind in Reihe geschaltet. Der dem Gleichstromversorgungsan­ schluß 21 zugewandt angeordnete Fototransistor 29 ist über einen Widerstand 31 mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 21 verbunden. Der Gleichstromversorgungsanschluß 21 weist ein positiveres Potential als der Gleichstromversorgungsanschluß 22 auf. Die Verbindung des Widerstandes 31 mit dem Fototran­ sistor 29 erfolgt im Bereich des Kollektors des Fototransis­ tors 29. Der dem Widerstand 31 abgewandt angeordnete Foto­ transistor 29 ist mit seinem Emitter an ein Potentiometer 32 angeschlossen, dessen dem Fototransistor 29 abgewandt ange­ ordneter Anschluß mit einem Mittelabgriff 33 verbunden ist. Der Mittelabgriff 33 ist über eine Diode 34 mit der Basis eines Schalttransistors 35 verbunden. Der Emitter des Schalt­ transistors 35 ist mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 22 verbunden. Der Kollektor des Transistors 35 ist über ein Relais 36 mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 21 verbun­ den. Ein zwischen der Diode 34 und der Basis des Transistors 35 angeordneter Abgriff 37 ist mit einem Arbeitsanschluß 38 eines Umschalters 39 verbunden. Ein weiterer Arbeitsanschluß des Umschalters 39 ist über einen Kondensator 40 mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 22 verbunden. Ein Schaltkon­ takt des Umschalters 39 ist über einen Widerstand 41 an den Gleichstromversorgungsanschluß 21 angeschlossen. Der Umschal­ ter 39 sowie ein Schalter 42 sind dem Relais 36 zugeordnet. Der Schalter 42 ist im Bereich seines einen Kontaktes an den Gleichstromversorgungsanschluß 21 und im Bereich eines an­ deren Anschlusses an einen Abgriff 43 angeschlossen. Zwischen einem mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 21 verbundenen Abgriff 44 sowie einem mit dem Gleichstromversorgungsanschluß 22 verbundenen Abgriff 45 ist ein Pufferkondensator 46 ge­ schaltet. Zur Sicherung der Funktionsfähigkeit der Pumpen­ steuerung auch bei einem vollständigen Ausfall der Phasen 4, 5, 6 ist es auch möglich, die Gleichstromversorgungsanschlüs­ se 21, 22 mit einer Batterie oder einem Akkumulator zu ver­ binden.

Die in der Schaltung gemäß Fig. 1 als Versorgungsanschlüsse bereitgestellten Abgriffe 43, 44, 45 sind auch bei der Dar­ stellung gemäß Fig. 2 eingezeichnet und stellen die Ver­ bindung zu den Bauelementen gem. Fig. 1 dar.

Aus der Darstellung in Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwischen dem Abgriff 43 und dem Abgriff 45 eine Reihenschaltung eines Membranschalters 47, eines Schalters 48 sowie einer Relais­ wicklung 49 angeordnet ist. Zwischen der Relaiswicklung 49 und dem Schalter 48 ist eine Parallelschaltung eines Konden­ sators 50 sowie eines Widerstandes 51 vorgesehen. Die Relais­ wicklung 49 ist dem Relais 46 zugeordnet. Eine Aktivierung des Relais 36 erfolgt über den Membranschalter 47, der einem Pegelstand der zu pumpenden Flüssigkeit zugeordnet ist, bei dem eine Einschaltung der Pumpe zu erfolgen hat. Zur Verhin­ derung eines Schützflatterns sowie zur Überbrückung von kur­ zen Netzausfällen ist ein Zeitrelais 52 vorgesehen, das im Bereich seines einen Anschlusses mit dem Abgriff 43 verbunden ist und im Bereich seines anderen Anschlusses einem Schalter 53 zugewandt ist. Der Schalter 53 ist im Bereich seines dem Zeitrelais 52 abgewandten Anschlusses mit dem Kollektor eines Transistors 54 verbunden, dessen Emitter an den Abgriff 45 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 54 ist über einen Widerstand 55 mit dem Abgriff 45 und über einen Wider­ stand 56 mit einem Kondensator 57 verbunden. Der Kondensator 57 ist im Bereich eines dem Widerstand 56 abgewandten Kontak­ tes an den Abgriff 45 angeschlossen. Im Bereich seines dem Widerstand 56 zugewandten Kontaktes weist der Kondensator 57 eine Verbindung zu einem Schalter 58 auf. Der Schalter 58 ist im Bereich seines dem Kondensator 57 abgewandten Anschlusses mit dem Abgriff 43 verbunden. Eine Betätigung des Schalters 58 erfolgt mittels des Relais 36. An den Abgriff 45 ist auch ein Motorschütz 59 angeschlossen, das über einen Schalter 60 mit einer Parallelschaltung eines Handschalters 61, eines Schalters 62 sowie einer Schalterkombination 63, 64 verbunden ist. Über einen Thermoschalter 65 erfolgt eine Verbindung dieser parallelgeschalteten Bauelemente mit dem Abgriff 43. Der Thermoschalter 65 ist für eine Abschalttemperatur von etwa 110°C ausgelegt. Im Bereich seines dem Motorschütz 59 abgewandten Anschlusses ist der Schalter 60 darüber hinaus über einen Handschalter 66 mit einem Abgriff 67 verbunden, der zwischen dem Membranschalter 47 und dem Schalter 48 an­ geordnet ist. Der Abgriff 67 ist darüber hinaus über einen Membranschalter 68 mit einer Reihenschaltung von Schaltern 69, 70 verbunden, die parallel zu einem Schalter 71 positi­ oniert sind. Die Schalter 70, 71 sind über ein Relais 72 mit dem Abgriff 45 verbunden. Der Schalter 70 sowie der Schalter 68 sind dem Motorschütz 59 zugeordnet.

Ein dem zur Generierung eines Stromstoßes vorgesehenen Schal­ ter 53 zugeordnetes Relais 73 ist im Bereich seines einen Anschlusses mit dem Abgriff 45 und im Bereich seines anderen Anschlusses über einen Schalter 74 mit dem Abgriff 43 verbun­ den.

Der Abgriff 44 ist über einen Membranschalter 75 und einen Schalter 76 mit einem Relais 77 verbunden, das an den Abgriff 45 angeschlossen ist. Parallel zum Schalter 76 und zum Relais 77 sind die Reihenschaltung eines Schalters 78 und einer optischen Anzeige 79 sowie eines Schalters 80 und einer akustischen Meldeeinrichtung 81 geschaltet.

Ein bistabiles Relais 82 ist im Bereich seines einen An­ schlusses mit dem Abgriff 45 verbunden, im Bereich eines weiteren Anschlusses über einen Handschalter 83 an den Abgriff 43 angeschlossen sowie im Bereich eines weiteren Anschlusses mit dem Kollektor eines Transistors 84 verbunden, dessen Emitter an den Abgriff 43 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 84 ist mit einem Abgriff 85 verbunden, der zwischen einem Widerstand 86 und einem Schalter 88 angeordnet ist. Der Widerstand 86 ist im Bereich seines dem Abgriff 85 abgewandten Anschlusses mit dem Abgriff 45 verbunden und der Schalter 87 ist im Bereich seines dem Abgriff 85 abgewandten Anschlusses mit dem Abgriff 43 verbunden. Der Schalter 87 ist als ein Thermoschalter ausgebildet, der bei einer Temperatur von etwa 125°C öffnet.

In Fig. 3 ist schematisch eine Pumpe 88 dargestellt, die in einen Sammelbehälter eingehängt ist. Die Pumpe 88 ist als eine Tauchmotorpumpe ausgebildet, die über eine Gummi­ schlauchleitung 90 mit einem Schaltschrank 91 verbunden ist, in dem die Pumpensteuerung angeordnet ist. Die Pumpe 88 ist über eine Kette 92 mit einem Gestänge 93 verbunden. Durch diese Aufhängung weist die Pumpe einen Abstand zum Boden des Sammelbehälters 89 auf, der eine Verschmutzung der Pumpe 88 durch Sinkstoffe vermeidet. Der Sammelbehälter 89 weist einen Zufluß 94 auf und die Pumpe 88 ist mit einem Abfluß 95 ver­ bunden. Mittels der Membranschalter 47, 68, 75 wird eine pneumatische Niveausteuerung mit drei Schaltpunkten reali­ siert, die zusätzlich zu einem Sinkkugel-Rückschlagventil einen Rückfluß in den Bereich des Zuflusses 94 verhindert. Zur Erfassung eines Füllstandes im Bereich des Sammelbehäl­ ters 89 ist ein Kappilarrohr 96 vorgesehen, das an ein Stau­ rohr im Bereich des Sammelbehälters 89 anschließbar ist. Ein typischer Bereich für Staudrücke liegt in einem Bereich von 80 bis 500 mm Wassersäule. Zur Ermöglichung eines Betriebes der Pumpe 88 in einem explosionsgefährdeten Bereich des Sam­ melbehälters 89 ist neben den Thermoschaltern 65, 87 eine Unterbringung sämtlicher Schalteinrichtungen im Bereich des Schaltschrankes 91 vorgesehen.

Die Gleichrichter 18, 19, 20 sind zur Bereitstellung einer Gleichspannung von etwa 12 Volt ausgelegt. Zur Ermöglichung eines Betriebes der Gleichrichter 18, 19, 20 sind die Trenn­ trafos 1, 2, 3 derart konstruiert, daß die Primärwicklungen 8, 9, 10 an eine Wechselspannung von etwa 220 Volt anschließ­ bar sind und im Bereich ihrer Sekundärwicklungen 11, 12, 13 eine Wechselspannung von etwa 12 Volt abgeben. Nach einer Einschaltung der Netzspannung wird mit Hilfe des Zeitrelais 52 eine Zeitverzögerung realisiert, die einstellbar in einem Bereich von etwa 3 bis 50 Sekunden liegt. Nach einem Ein­ schalten der Pumpe 88 wird ein Abfrageintervall zur Über­ prüfung der vorgesehenen Überwachungseinrichtungen gestartet. Insbesondere ist vorgesehen, Überwachungseinrichtungen für Überdruck, Überlast und Durchflußmelder vorzusehen. Eine Abschaltung der Pumpe 88 erfolgt entweder bei einem An­ sprechen dieser Überwachungseinrichtungen oder bei einem Erreichen eines unteren Niveaustandes der Flüssigkeit im Sammelbehälter 89.

Wird eine Störung detektiert, wird die Pumpe 88 abgeschaltet und über das Relais 36 der Schalter 53 eingeschaltet. Hierauf hin erfolgt eine Einschaltung des Zeitrelais 52 sowie des Motorschützes 59. Erfolgt innerhalb der durch das Zeitrelais 52 vorgegebenen Zeitspanne eine erneute Störmeldung durch den Durchflußfühler, eine Leitungsdruckdose bzw. eine Überstrom­ überwachung, so fällt das Motorschütz 59 ab und der Über­ wachungszyklus wird erneut durchlaufen. Nach einer zwei­ maligen Wiederholung wird eine Alarmmeldung ausgelöst, die sowohl im Bereich der optischen Anzeige 79 als auch im Be­ reich der akustischen Meldeeinrichtung 81 erkennbar ist. Die akustische Meldeeinrichtung 81 ist abstellbar, die optische Anzeige 79 meldet die Störung jedoch bis zu deren Beseitigung bzw. bis zu einer Abpumpung der Flüssigkeit im Bereich des Sammelbehälters 89.

Beim Erreichen des unteren Schaltniveaus fallen sämtliche Relais ab und der Pumpvorgang kann ggf. fortgesetzt werden.

Zum Ermöglichen des Einsatzes der Pumpe 88 in einem explo­ sionsgefährdeten Bereich ist die Erregerspannung des Motor­ schützes 59 über den thermischen Schalter 65 geführt. Darüber hinaus ist der zusätzliche Thermoschalter 87 für eine Ab­ schalttemperatur von etwa 125°C vorgesehen. Der Schalter 87 ist im Bereich des Motorraumes angeordnet und hält das bi­ stabilie Relais 82 in Ruhestellung. Bei einem Öffnen des Schalters 87 wird der Transistor 84 leitend und schaltet das bistabile Relais 82 um. Hierdurch kann eine Alarmmeldung generiert werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe mit einem elek­ trischen Antriebsmotor, insbesondere zur Verwendung im Bereich von Abwasserhebeanlagen, die Füllstandsschalter zur pegelabhängigen Ansteuerung der Pumpe sowie min­ destens ein in Abhängigkeit von Schaltstellungen der Füll­ standsschalter angesteuertes Motorschütz zur Verbindung des Antriebsmotors mit einer Energieversorgung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung einer Pumpen­ steuerung eine Gleichstromversorgung vorgesehen ist, die aus drei an jeweils einen Trenntrafo (1, 2, 3) ange­ schlossenen Gleichrichtern (18, 19, 20) ausgebildet ist und daß die Trenntrafos (1, 2, 3) jeweils an unter­ schiedlichen Phasen (4, 5, 6) eines Versorgungsnetzes angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärwicklungen (11, 12, 13) der Trenntrafos (1, 2, 3) sowohl mit Wechselstromanschlüssen der Gleichrichter (18, 19, 20) als auch über Dioden (23, 24) mit Dioden (27) von Optokopplern (28) verbunden sind, die über optisch mit den Dioden (27) gekoppelte Fototransitoren (29) die Basis eines Schalttransistors (35) speisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dioden (23, 24) über Widerstände (25, 26) mit den Dioden (27) verbunden sind und die der Diode (27) zugewandten Anschlüsse der Widerstände (25, 26) über einen Kondensator (30) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmauslösung zur Überwachung einer Motorüberlastung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmauslösung zur Überwachung einer Füllstandshöhe im Bereich eines die Pumpe (88) aufnehmenden Sammelbehälters (89) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Alarmfunktionen mit einer optischen Anzeige (89) verbunden ist, die erst bei Erreichen einer minimalen Füllstandshöhe im Bereich des Sammelbehälters (89) abschaltbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Alarmfunktionen mit einer akustischen Meldeeinrichtung (81) verbunden ist, die manuell abschaltbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Detektion einer Fehlfunk­ tion eine zweimalige Wiederanlaufphase für die Pumpe (88) durchgeführt wird und nach einer entsprechend erneut detektierten Fehlfunktion eine Alarmauslösung erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Thermoschalter (65) zur Steuerung des Motorschützes (59) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (87) zur thermischen Überwachung über einen Transistor (84) mit einem bi­ stabilen Relais (82) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur netzunabhängigen Speisung eine autonome Gleichstromversorgung vorgesehen ist.