EP3592979B1 - Method for controlling the rotational speed of a centrifugal pump - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer in einem offenen Hydraulikkreis betriebenen Kreiselpumpe, wobei der Regler der Pumpensteuerung eine Soll-Drehzahl des Pumpenantriebes unter Berücksichtigung einer Soll- und Ist-Förderhöhe sowie der Ist-Drehzahl bestimmt.The present invention relates to a method for controlling the speed of a centrifugal pump operated in an open hydraulic circuit, wherein the controller of the pump control determines a target speed of the pump drive taking into account a target and actual delivery head as well as the actual speed.

Heutige drehzahlgeregelte Kreiselpumpen des Standes der Technik verwenden für die Bestimmung der Soll-Drehzahl überwiegend PI-Regler. Über den P-Anteil lässt sich festlegen wie schnell die Pumpe ihren Sollwert erreicht. Mittels des I-Anteils lässt sich einstellen, wie dynamisch bleibende Regelabweichungen eliminiert werden sollen. Bei einem I-Anteil von null verbleibt immer eine bleibende Regelabweichung.Today's state-of-the-art speed-controlled centrifugal pumps predominantly use PI controllers to determine the target speed. The P component can be used to determine how quickly the pump reaches its target value. The I component can be used to set how dynamically persistent control deviations are to be eliminated. With an I component of zero, a permanent control deviation always remains.

Da die Konfiguration beider Reglerparameter die Dynamik des Gesamtsystems beeinflusst, kann die Einstellung der Reglerparameter nicht separat, sondern nur unter ganzheitlicher Betrachtung der Systemdynamik erfolgen. In der Praxis stellt das richtige Einstellen dieser Parameter daher eine enorme Herausforderung dar. Auch beziehen sich die klassischen Einstellregeln für Pl- oder PID-Regler auf lineare Systeme, andernfalls muss vorab eine Linearisierung in einem Arbeitspunkt durchgeführt werden. Ist letzteres der Fall, so sind die gefundenen Reglerparameter üblicherweise nur in der Nähe des gewählten Arbeitspunktes optimal eingestellt.Since the configuration of both controller parameters influences the dynamics of the overall system, the controller parameters cannot be set separately, but only by considering the system dynamics as a whole. In practice, setting these parameters correctly is therefore an enormous challenge. The classic setting rules for PI or PID controllers also refer to linear systems, otherwise a linearization must be carried out in advance at an operating point. If the latter is the case, the controller parameters found are usually only optimally set near the selected operating point.

Aus den zuvor genannten Gründen stellt die Verwendung eines PI-Reglers für eine drehzahlgeregelte Kreiselpumpe nicht die optimale Lösung dar. Zum einen zeigen Pumpen ein stark nicht-lineares Verhalten, zum anderen müssen Pumpen in unterschiedlichen Betriebsbereichen stabil betrieben werden können. Beispielsweise kann der Betriebspunkt beim Hochfahren der Pumpe ein anderer sein als während des konstanten Pumpenbetriebs. Das Einstellen der Reglerparameter eines PI- bzw. PID-Reglers beruht folglich immer auf einem Kompromiss zwischen diesen unterschiedlichen Betriebspunkten der Pumpe.For the reasons mentioned above, the use of a PI controller for a speed-controlled centrifugal pump is not the optimal solution. Firstly, pumps exhibit a highly non-linear behavior, and secondly, pumps must be able to operate stably in different operating ranges. For example, the operating point when starting up the pump may be different than during constant pump operation. Setting the controller parameters of a PI or PID controller is therefore always based on a compromise between these different operating points of the pump.

Aufgrund der oben beschriebenen Problematik wurden bereits andere Regelansätze getestet. Ein Beispiel sind sogenannte Affinitätsregler, die auf Grundlage der Affinitätsgesetze arbeiten. Diese Reglertypen gelten als robust, insbesondere auch in unterschiedlichen Betriebssituationen, und machen das zuvor diskutierte aufwendige Einstellen der Reglerparameter obsolet. Eine nachteilige Einschränkung dieser Reglertypen besteht jedoch darin, dass sich diese bisher nur in geschlossenen Hydraulikkreisen einsetzen lassen. Beim offenen Kreis, bei dem unter Umständen eine geodätische Höhe zu überwinden ist, ändert sich der mathematische Zusammenhang zwischen den genannten Größen und die Regelung führt zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis.Due to the problem described above, other control approaches have already been tested. One example is so-called affinity controllers, which work on the basis of affinity laws. These types of controllers are considered robust, especially in different operating situations, and make the previously discussed complex setting of the controller parameters obsolete. A disadvantageous limitation of these types of controllers, however, is that they can currently only be used in closed hydraulic circuits. In the case of an open circuit, where a geodetic height may have to be overcome, the mathematical relationship between the variables mentioned changes and the control does not produce a satisfactory result.

Die EP 2 944 821 A1 offenbart ein Verfahren zur energieoptimierten Drehzahlregelung eines Pumpenaggregates. Die DE 10 2015 000 373 A1 offenbart ein Verfahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs einer Förderpumpe, die Wasser aus einem Brunnen in ein Leitungsnetz fördert.The EP 2 944 821 A1 discloses a method for energy-optimized speed control of a pump unit. The EN 10 2015 000 373 A1 discloses a method for reducing the energy consumption of a feed pump that pumps water from a well into a pipeline network.

Es wird daher nach einer passenden Reglermodifikation zur Lösung des vorgenannten Problems gesucht.Therefore, a suitable controller modification is sought to solve the aforementioned problem.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the method having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer in einem offenen Hydraulikkreis betriebenen Kreiselpumpe vorgeschlagen. Grundlage des Verfahrens ist ein Regler der Pumpensteuerung, der eine Soll-Drehzahl des Pumpenantriebes unter Berücksichtigung einer Soll- und Ist-Förderhöhe sowie einer Ist-Drehzahl berechnet. Dieser Regler ist weder ein PI- noch ein PID-Regler. Die Reglermodifikation sieht die Erweiterung um wenigstens einen Korrekturparameter zur Berücksichtigung und Kompensation einer von der Pumpe zu bewältigenden geodätischen Höhe vor. Mithilfe dieses Korrekturparameters lässt sich der Regelansatz auch für offene Hydraulikkreise einsetzen.According to the invention, a method is proposed for controlling the speed of a centrifugal pump operated in an open hydraulic circuit. The basis of the method is a pump control controller that calculates a target speed of the pump drive taking into account a target and actual delivery head as well as an actual speed. This controller is neither a PI nor a PID controller. The controller modification provides for the extension by at least one correction parameter to take into account and compensate for a geodetic height to be managed by the pump. Using this correction parameter, the control approach can also be used for open hydraulic circuits.

Besonders bevorzugt ist es, wenn mittels des Korrekturparameters eine Verschiebung der Förderhöhen-Drehzahl-Kurve, insbesondere eine Vertikalverschiebung der Förderhöhen-Drehzahl-Kurve bewirkt wird. Hierdurch lässt sich die geodätische Höhe problemlos ausgleichen.It is particularly preferred if the correction parameter is used to shift the delivery head-speed curve, in particular a vertical shift of the delivery head-speed curve. This allows the geodetic height to be easily compensated.

Die vorgeschlagene Erweiterung des Regelansatzes ist für solche Reglertypen vorgesehen, die sich für die Soll- bzw. Stellwertbestimmung das Affinitätsgesetz zu Nutze machen, nachfolgend als Affinitätsregler bezeichnet. Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung geht der Regelansatz von einem quadratischen Zusammenhang zwischen Drehzahl und Förderhöhe für die Stellwertberechnung aus. Demzufolge ergibt sich eine parabelförmige Regelkurve, die durch den Korrekturparameter wahlweise nach oben bzw. unten verschoben wird.The proposed extension of the control approach is intended for those types of controllers that use the affinity law to determine the setpoint or control value, hereinafter referred to as affinity controllers. According to an advantageous design, the control approach assumes a quadratic relationship between speed and delivery head for the control value calculation. This results in a parabolic control curve that can be shifted up or down as required by the correction parameter.

Weiterhin bevorzugt wird bei solchen Reglertypen für die Soll-Drehzahlberechnung der quadratische Zusammenhang zwischen Soll-Drehzahl und Soll-Förderhöhe ins Verhältnis zum quadratischen Zusammenhang zwischen Ist-Drehzahl und Ist-Förderhöhe gesetzt. Ausgehend von diesem Verhältnis lässt sich die Soll-Drehzahl bestimmen. Durch Invertierung des quadratischen Zusammenhangs kann gleichzeitig das nicht-lineare Verhalten der Pumpe kompensiert werden. Hierdurch lässt sich die Pumpe wie ein lineares System stabilisieren.Furthermore, for such controller types, the quadratic relationship between the target speed and the target delivery head is preferably set in relation to the quadratic relationship between the actual speed and the actual delivery head for the target speed calculation. The target speed can be determined based on this relationship. By inverting the quadratic relationship, the non-linear behavior of the pump can be compensated at the same time. This allows the pump to be stabilized like a linear system.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die durch den quadratischen Zusammenhang zwischen Drehzahl und Förderhöhe definierte Parabel der Regelkurve durch den Korrekturparameter in den Koordinatenursprung verschoben, wodurch eine geodätische Höhe entweder auf Druck- oder Saugseite der Pumpe kompensiert werden kann.According to a further preferred embodiment of the invention, the parabola of the control curve defined by the quadratic relationship between speed and delivery head is shifted to the coordinate origin by the correction parameter, whereby a geodetic height can be compensated either on the pressure or suction side of the pump.

In der Praxis hängt der Korrekturwert von den Gegebenheiten des gesamten Hydrauliksystems ab. Auch können sich die geodätische Höhe und damit der benötigte Wert des Korrekturparameters im laufenden Pumpenbetrieb ändern. Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wert des Korrekturparameters automatisch durch die Pumpensteuerung im laufenden Pumpenbetrieb ermittelt wird.In practice, the correction value depends on the conditions of the entire hydraulic system. The geodetic height and thus the required value of the correction parameter can also change during ongoing pump operation. For this reason, the invention provides that the value of the correction parameter is automatically determined by the pump control during ongoing pump operation.

Eine Möglichkeit zur automatischen Ermittlung des Korrekturparameters besteht darin, den Korrekturparameter bei Inbetriebnahme der Pumpe zunächst mit einem definierbaren Initialwert zu belegen. Als geeigneter Initialwert gilt beispielsweise der Wert null. Der erforderliche Wert des Korrekturparameters für den Ausgleich der geodätischen Höhe lässt sich dann im laufenden Betrieb aus dem sich einstellenden Regelfehler bestimmen, denn sowohl die Soll-Förderhöhe als auch die Ist-Förderhöhe sind der Pumpensteuerung bekannt. Im Nachgang kann der Wert des Korrekturparameters angepasst werden, bis die Soll-Förderhöhe erreicht wird.One way to automatically determine the correction parameter is to initially assign a definable initial value to the correction parameter when the pump is started up. A suitable initial value is, for example, zero. The required value of the correction parameter for compensating the geodetic height can then be determined during operation from the resulting control error, because both the target delivery head and the actual delivery head are known to the pump control system. The value of the correction parameter can then be adjusted afterwards until the target delivery head is reached.

Mathematisch lässt sich die Ermittlung des Korrekturparameters k mittels der folgenden Gleichung $$k=\mathit{err}\cdot {\left(\frac{H_{\mathit{Soll}}}{H_{\mathit{Ist}}}-1\right)}^{-1}$$

beschreiben. Der Ausdruck err charakterisiert hier den Fehlerwert, der sich zwischen Soll-Förderhöhe und sich einstellender Ist-Förderhöhe einstellt. Durch Erfassen der Differenz zwischen Soll- und sich einstellender Ist-Förderhöhe ist der Pumpensteuerung demzufolge der aktuelle Fehlerwert bekannt und die Pumpensteuerung kann auf Grundlage der obigen Gleichung den Korrekturwert k berechnen.Mathematically, the correction parameter k can be determined using the following equation $$k=\mathit{err}\cdot {\left(\frac{H_{\mathit{Should}}}{H_{\mathit{Is}}}-1\right)}^{-1}$$

describe. The expression err characterizes the error value that occurs between the target delivery head and the actual delivery head. By recording the difference between the target delivery head and the actual delivery head, the pump control system knows the current error value and can calculate the correction value k on the basis of the above equation.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Bestimmung des Korrekturparameters regelmäßig erfolgt, besonders bevorzugt in periodischen Abständen wiederholt wird. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn sich die geodätische Höhe im laufenden Pumpenbetrieb ändern kann. Eine Bestimmung des Korrekturparameters unmittelbar nach Erstinbetriebnahme ist ebenso sinnvoll. Alternativ bietet sich eine Bestimmung des Korrekturwertes zu unbestimmten zufälligen Zeitpunkten an.It is particularly preferred if the correction parameter is determined regularly, particularly preferably repeated at periodic intervals. This is particularly useful if the geodetic height can change during pump operation. Determining the correction parameter immediately after initial commissioning is also useful. Alternatively, the correction value can be determined at unspecified random times.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Kreiselpumpe mit einer Pumpensteuerung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dementsprechend ergeben sich für die Kreiselpumpe dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführlich diskutiert wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.In addition to the method according to the invention, the present invention also relates to a centrifugal pump with a pump control for carrying out the method according to the invention. Accordingly, the centrifugal pump has the same advantages and properties as have already been discussed in detail above with reference to the method according to the invention. For this reason, a repeated description is omitted.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen im Folgenden anhand mehrerer Figurendarstellungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1:

eine Drehzahl-Förderhöhenkennlinie im geschlossenen hydraulischen Kreis;

Figur 2:

eine Drehzahl-Förderhöhenkennlinie im offenen hydraulischen Kreis;

Figur 3:

ein Zeit-Förderhöhediagramm zur Verdeutlichung der Regelungsqualität der erfindungsgemäßen Regelung gegenüber konventionellen Regeltechniken.

Further details and advantages of the invention will be explained in more detail below using several figures. They show:

Figure 1:

a speed-discharge head characteristic curve in a closed hydraulic circuit;

Figure 2:

a speed-discharge head characteristic curve in the open hydraulic circuit;

Figure 3:

a time-head diagram to illustrate the control quality of the inventive control compared to conventional control techniques.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht im Einsatz eines neuartigen Reglertyps für die Drehzahlregelung einer Kreiselpumpe. Anders als im Stand der Technik vorgeschlagen, wird gerade nicht auf einen PI- bzw. PID-Regler zurückgegriffen, sondern stattdessen ein sogenannter Affinitätsregler eingesetzt, der für die Stell-/Sollwertbestimmung auf die Affinitätsgesetze zurückgreift und demzufolge von einem quadratischen Zusammenhang zwischen Drehzahl und resultierender Förderhöhe der Kreiselpumpe ausgeht.The core idea of the present invention is the use of a new type of controller for the speed control of a centrifugal pump. Unlike what is proposed in the prior art, a PI or PID controller is not used, but instead a so-called affinity controller is used, which is used for the control/setpoint determination relies on the affinity laws and therefore assumes a quadratic relationship between speed and resulting discharge head of the centrifugal pump.

Zur Funktionsbeschreibung dieses Affinitätsreglers wird auf die Figur 1 verwiesen. In der Diagrammdarstellung ist die Förderhöhe gegenüber der eingestellten Pumpendrehzahl eingetragen. Die Diagrammdarstellung zeigt hier im Einzelnen einen quadratischen Zusammenhang zwischen der Förderhöhe H und der Drehzahl n, was sich durch die Gleichung $$H\sim n^2$$

beschreiben lässt. Zudem ist in der Figurendarstellung der Figur 1 exemplarisch eine Ist-Drehzahl n_ist sowie eine Soll-Drehzahl n_soll angedeutet. Aufgrund des quadratischen Zusammenhangs ist das Verhältnis zwischen den Soll- und Istwerten gemäß der folgenden Gleichung festgelegt: $$\frac{H_{\mathit{soll}}}{H_{\mathit{ist}}}=\frac{n_{\mathit{soll}}^2}{n_{\mathit{ist}}^2}$$

For a functional description of this affinity controller, please refer to the Figure 1 In the diagram, the discharge head is plotted against the set pump speed. The diagram shows in detail a quadratic relationship between the discharge head H and the speed n, which is expressed by the equation $$H\sim {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="n"\; filenames="imgf0003.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}}^2$$

In addition, the figure depicting the Figure 1 by way of example, an actual speed n _is and a target speed n _should are indicated. Due to the quadratic relationship, the relationship between the target and actual values is determined according to the following equation: $$\frac{H_{\mathit{should}}}{H_{\mathit{is}}}=\frac{n_{\mathit{should}}^2}{n_{\mathit{is}}^2}$$

Während des Betriebs sind Soll- und Istförderhöhe stets bekannt. Die aktuell vorliegende Istdrehzahl ist ebenfalls bekannt. Die Solldrehzahl (Stellwert) berechnet der Affinitätsregler gemäß Gl. 3 wie folgt: $$n_{\mathit{soll}}=\sqrt{\frac{H_{\mathit{soll}}}{H_{\mathit{ist}}}}\cdot n_{\mathit{ist}}$$

During operation, the target and actual delivery head are always known. The current actual speed is also known. The target speed (control value) is calculated by the affinity controller according to equation 3 as follows: $$n_{\mathit{should}}=\sqrt{\frac{H_{\mathit{should}}}{H_{\mathit{is}}}}\cdot n_{\mathit{is}}$$

Auf diese Weise stellt der Regler permanent die richtige Sollförderhöhe ein. Durch Invertieren des quadratischen Zusammenhangs zwischen Förderhöhe und Drehzahl wird das nichtlineare Verhalten der Pumpe kompensiert und die Pumpe lässt sich wie ein lineares System stabilisieren. Der Regler ist robust bei unterschiedlichen Betriebssituationen und das aufwendige Einstellen der Reglerparameter entfällt.In this way, the controller permanently sets the correct target delivery head. By inverting the quadratic relationship between delivery head and speed, the non-linear behavior of the pump is compensated and the pump can be stabilized like a linear system. The controller is robust in different operating situations and the time-consuming setting of the controller parameters is no longer necessary.

Eine Einschränkung des Affinitätsreglers ist, dass er sich in der bisherigen Ausgestaltung nur in geschlossenen hydraulischen Kreisen einsetzen lässt. Beim offenen Kreis, bei dem eine geodätische Höhe zu überwinden ist, verschiebt sich die H/n - Kurve aus Figur 1 und der mathematische Zusammenhang ändert sich.A limitation of the affinity controller is that in its current design it can only be used in closed hydraulic circuits. In the open circuit, where a geodetic height has to be overcome, the H/n curve shifts from Figure 1 and the mathematical relationship changes.

Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Affinitätsregler derart zu modifizieren, dass diese auch zu passablen Ergebnissen innerhalb eines offenen Hydraulickreislaufs führt. Dies wird erfindungsgemäß durch die Erweiterungen des Affinitätsreglers um einen Parameter zur Beschreibung der geodätischen Höhe erreicht.The idea of the present invention is to modify the affinity controller in such a way that it also leads to acceptable results within an open hydraulic circuit. This is achieved according to the invention by extending the affinity controller by a parameter for describing the geodetic height.

Die Kurve in Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Förderhöhe und Drehzahl bei der Annahme, dass eine saugseitige geodätische Höhe vorherrscht. Aufgrund der geodätischen Höhe verläuft die parabelförmige Kurve nicht mehr durch den Koordinatenursprung, sondern ist um den Wert k nach unten verschoben. $$H\sim n^2-k$$

The curve in Figure 2 shows the relationship between discharge head and speed assuming that a geodetic head prevails on the suction side. Due to the geodetic head, the parabolic curve no longer runs through the coordinate origin, but is shifted downwards by the value k. $$H\sim n^2-k$$

Würde eine druckseitige geodätische Höhe vorherrschen, dann wäre die Kurve nach oben verschoben. Wird der Affinitätsregler in seiner bisherigen Form angewendet, so würde nicht die Sollförderhöhe erreicht werden, sondern eine Förderhöhe, die um einen Fehlerwert (err) verschoben ist.If a geodetic head prevailed on the pressure side, the curve would be shifted upwards. If the affinity controller is used in its current form, the target head would not be reached, but a head that is shifted by an error value (err).

Dieser Fehler (err) kann korrigiert werden, indem der Zusammenhang aus Gl. 1 und Gl. 2 um den Parameter k erweitert wird: $$\frac{H_{\mathit{soll}}+k}{H_{\mathit{ist}}+k}=\frac{n_{\mathit{soll}}^2}{n_{\mathit{ist}}^2}$$

This error (err) can be corrected by extending the relationship between Eq. 1 and Eq. 2 by the parameter k: $$\frac{H_{\mathit{should}}+k}{H_{\mathit{is}}+k}=\frac{n_{\mathit{should}}^2}{n_{\mathit{is}}^2}$$

Auf diese Weise wird die Parabel zurück in den Ursprung verschoben und die Berechnung der Solldrehzahl erfolgt gemäß Gl. 6: $$n_{\mathit{soll}}=\sqrt{\frac{H_{\mathit{soll}}+k}{H_{\mathit{ist}}+k}}\cdot n_{\mathit{ist}}$$

In this way, the parabola is shifted back to the origin and the target speed is calculated according to Eq. 6: $$n_{\mathit{should}}=\sqrt{\frac{H_{\mathit{should}}+k}{H_{\mathit{is}}+k}}\cdot n_{\mathit{is}}$$

Eine Herausforderung ist, dass die geodätische Förderhöhe und dadurch der für den Regler notwendige Parameter k unter Umständen nicht bekannt ist. Daher wird im Rahmen dieser Idee vorgeschlagen, den Parameter k im Betrieb zu ermitteln. Hierfür wird k beim Einschalten des Reglers zunächst zu null angenommen. Wie in Figur 2 gezeigt, wird die Ist-Förderhohe folglich um einen Fehlerwert (err) verfehlt. Durch Erfassen der Differenz zwischen Soll- und sich einstellender Ist-Förderhöhe durch die Pumpensteuerung ist der Fehlerwert (err) bekannt. Durch Gleichsetzen von Gl. 2 und Gl. 5 lässt sich der Korrekturwert k anhand des Fehlerwertes bestimmen. $$k=\mathit{err}{\left(\frac{H_{\mathit{soll}}}{H_{\mathit{ist}}}-1\right)}^{-1}$$

One challenge is that the geodetic head and thus the parameter k required for the controller may not be known. Therefore, within the framework of this idea, it is proposed to determine the parameter k during operation. For this purpose, k is initially assumed to be zero when the controller is switched on. As in Figure 2 As shown, the actual delivery head is therefore missed by an error value (err). The error value (err) is known by detecting the difference between the target and the actual delivery head by the pump control. By equating Eq. 2 and Eq. 5, the correction value k can be determined using the error value. $$k=\mathit{err}{\left(\frac{H_{\mathit{should}}}{H_{\mathit{is}}}-1\right)}^{-1}$$

Die Bestimmung von k erfolgt im Pumpenbetrieb regelmäßig, da sich die geodätische Förderhöhe während des Betriebs verändern kann.The determination of k is carried out regularly during pump operation, since the geodetic head can change during operation.

Figur 3 zeigt ein Versuchergebnis mit drei unterschiedlichen Reglertypen. Die getestete Regelstrecke ist eine Pumpe, die eine geodätische Förderhöhe zu überwinden hat. Als Regler werden ein PI-Regler, ein konventioneller Affinitätsregler sowie ein Affinitätsregler mit der erfindungsgemäßen Erweiterung um den Korrekturparameter getestet. Die gewünschte Soll-Förderhöhe beträgt für alle gestesten Reglertypen 5 m. Figure 3 shows a test result with three different controller types. The control system tested is a pump that has to overcome a geodetic discharge head. The controllers tested are a PI controller, a conventional affinity controller and an affinity controller with the inventive extension of the correction parameter. The desired target discharge head is 5 m for all controller types tested.

Figur 3 stellt ein Zeitdiagramm der durch die einzelnen Reglertypen eingestellten Ist-Förderhöhe dar. Der Kurvenverlauf 2 des konventionellen Affinitätsreglers ohne Korrektur der geodätischen Höhe zeigt zunächst ein sehr starkes Überschwingen, aufgrund der iterativen Korrektur der Regelabweichung wird die Soll-Förderhöhe dennoch erreicht. Der PI-Regler mit dem Kurvenverlauf 3 erreicht ebenfalls seinen Sollwert, allerdings erfordert dieses Ergebnis einen hohen Aufwand beim richtigen Einstellen der Reglerparameter. Die Kurve 1 des Affinitätsreglers mit Berücksichtigung der geodätischen Höhe zeigt das beste Ergebnis. Es gibt kein Überschwingen, keine bleibende Regelabweichung und die Soll-Förderhöhe wird zügig erreicht. Zudem ist das Einstellen von Reglerparametern nicht erforderlich. Hierdurch wird eine hohe Stabilität des Reglers auch bei einem sich ändernden Betriebsverhalten gewährleistet. Figure 3 represents a time diagram of the actual delivery head set by the individual controller types. Curve 2 of the conventional affinity controller without correction of the geodetic head initially shows a very strong overshoot, but due to the iterative correction of the control deviation, the target delivery head is still achieved. The PI controller with curve 3 also reaches its target value, but this result requires a lot of effort in setting the controller parameters correctly. Curve 1 of the affinity controller taking into account the geodetic Height shows the best result. There is no overshoot, no permanent control deviation and the target delivery head is reached quickly. In addition, it is not necessary to adjust controller parameters. This ensures a high level of controller stability even when operating behavior changes.

Claims (7)

1. Method for controlling the rotational speed of a centrifugal pump operated in an open hydraulic circuit, wherein the controller of the pump control system determines a desired rotational speed of the pump drive, taking into account a desired delivery head and an actual delivery head, as well as the actual rotational speed, wherein for the calculation of the desired rotational speed the controller takes into account a correction parameter to describe the geodetic head, characterized in that the controller is designed as an affinity controller and uses the affinity law for determining the setpoint value, in particular assumes a quadratic relationship between the rotational speed and the delivery head for the calculation of the setpoint value, in that the value of the correction parameter is determined during pump operation, wherein the correction parameter is derived from the control error, in particular the difference between the desired delivery head and the actual delivery head, during pump operation.
2. Method according to Claim 1, characterized in that the controller determines the desired rotational speed from the ratio of the quadratic relationship between the desired rotational speed and the desired delivery head, and the quadratic relationship between the actual rotational speed and the actual delivery head.
3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the parabola defined by the quadratic relationship is displaced to the coordinate origin by the correction parameter.
4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction parameter is assigned a known initial value, in particular the value zero, when the pump is commissioned.
5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction parameter is calculated using the equation $$k=\mathit{err}\cdot {\left(\frac{H_{\mathit{desired}}}{H_{\mathit{actual}}}-1\right)}^{-1},$$

   

   where k is the correction parameter, err is the error value between the desired delivery head H_desired and the occurring actual delivery head H_actual.
6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction parameter is determined during pump operation at initial commissioning, and/or regularly at periodic intervals, and/or at random intervals.
7. Centrifugal pump with a pump control system for the execution of the method according to one of the preceding claims.

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