Sich selbst überwachende Durchflussmessanordnung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine sich selbst überwachende
Durchflussmessanordnung mit einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem, und mindestens einem an einem Messort in das
Rohrleitungssystem eingesetzten Durchflussmessgerät, das die Durchflussrate des Mediums an seinem Messort misst. Durchflussmessanordnungen sind in einer Vielzahl von industriellen Anlagen, sowie in der Wasser- und Abwasserindustrie im Einsatz, und werden dort beispielsweise zur Messung von Durchflussraten und/oder daraus abgeleiteten Messgrößen, zur Prozesssteuerung oder zur Erkennung von Lecks in
Rohrleitungssystemen eingesetzt.
Im Rahmen der Prozesssteuerung werden beispielsweise Regeleinrichtungen, wie z.B. Pumpen oder Ventile, zur Einhaltung gewünschter Durchflussraten oder zur Steuerung gewünschter Durchflussmengen eingesetzt. Diese werden anhand von mit den Durchflussmessgeräten gemessenen Durchflüssen für die jeweilige Anlage optimal eingestellt.
Im Hinblick auf die Sicherheit ist es dabei von besonderer Wichtigkeit, dass die Durchflussmessgeräte fehlerfrei arbeiten und gegebenenfalls auftretende Fehler unmittelbar erkannt und behoben werden können.
Die Ansteuerung der Regeleinrichtungen erfolgt anhand von Regelparametern, die für den jeweiligen Prozess ermittelt werden. In der EP 0 853 775 B1 und der EP 0 845 1 18 B1 sind Verfahren zur Bestimmung solcher Regelparameter beschrieben, bei denen eine zu messende Prozessgröße durch eine
Anregungseinrichtung aktiv gemäß einer Rampenfunktion variiert wird, und anhand der währenddessen gemessenen Messwerte der Prozessgröße die Regelparameter berechnet werden.
Des Weiteren werden Durchflussmessanordnung zur Erkennung von Lecks in Rohrleitungssystemen verwendet. Dabei werden an mindestens zwei verschiedenen Messorten innerhalb des Rohrleitungssystems, durch die die gesamte Mediumsmenge, hindurch fließt, Durchflussmessungen durchgeführt.
Anhand dieser Durchflussmessungen werden die an jedem der beiden
Messorte insgesamt in einem vorgegebenen Zeitraum hindurchströmende Mediumsmengen, z.B. deren Gesamtmasse oder deren Gesamtvolumen, bestimmt, und anhand eines Vergleichs der beiden Mediumsmengen
festgestellt, ob zwischen den beiden Messorten Medium verloren gegangen ist. Auch hier kann eine zuverlässige Leckerkennung nur dann gewährleistet werden, wenn sichergestellt ist, dass beide Durchflussmessgeräte einwandfrei arbeiten. Um insb. in sicherheitsrelevanten Anwendungen und/oder bei sehr langen Einsatzzeiten der Durchflussmessgeräte eine sichere und zuverlässige
Messung des Durchflusses zu gewährleisten, ist es generell wünschenswert, die Messanordnung sporadisch, regelmäßig oder bedarfsabhängig einer Funktionsprüfung zu unterziehen. Anwender bevorzugen hierzu eine
selbsttätige Funktionsprüfung, bei der die Messanordnung selbsttätig in der Lage ist, ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen.
Dabei gilt es in der Durchflussmessanordnung auftretende Fehler möglichst zeitnah zu erfassen, und dem Anwender anzuzeigen, um es ihm zu
ermöglichen schnell und zuverlässig auf die Sicherheit seiner Anlage und seiner Mitarbeiter gerichtet reagieren zu können. Besonders relevant ist es hierbei, Fehler zu erkennen, die dazu führen, dass ein Durchflussmessgerät permanent einen konstanten Durchflussmesswert anzeigt, der vom tatsächlich vorliegenden sich unter Umständen mit der Zeit verändernden Durchfluss abweicht. Dieser häufig als eingefrorener Messwert bezeichnete Fehler kann insb. bei für die Prozesssteuerung relevanten Durchflussmessungen zu katastrophalen Folgefehlern führen. Dieser Fehler ist insb. dann sehr schwer und teilweise erst sehr spät, womöglich sogar nur anhand von möglicherweise gefährlichen Folgefehlern, erkennbar, wenn der eingefrorene Messwert, in einem für den Durchfluss im Normalbetrieb der Anlage zulässigen Bereich liegt, oder sogar einem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Die Erkennung dieses Fehlers ist insb. bei Anwendungen hochrelevant, bei denen das Durchflussmessgerät verwendet wird, um die Einhaltung eines vorgegebenen Durchflusssollwerts am Messort zu überwachen. Würde der Messwert hier, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion der
Messgerätelektronik, auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert einfrieren, könnte die Fehlfunktion möglicherweise lange Zeit unentdeckt bleiben.
In der US 7,255,012 B2 ist eine Durchflussmessanordnung mit einer in das Messrohr eingesetzten Irisblende mit einstellbarer Blendenöffnung
beschrieben. Die Blende dient als Ventil, über das ein gewünschter Durchfluss durch das Messrohr eingestellt wird. Dazu wird der über die Blende abfallende Wirkdruck gemessen und hieraus der Durchfluss bestimmt. Der gemessene Durchfluss wird in einem Rückkopplungszweig dazu verwendet die
Blendenöffnung derart einzustellen, dass der gewünschte Durchfluss vorliegt.
Darüber hinaus ist ein Diagnoseverfahren für diese Durchflussmessanordnung beschrieben, bei dem für einen Augenblick der Schließungsgrad der Blende verändert wird, und die damit verbundene Veränderung des gemessenen Differenzdrucks gemessen wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine sich selbst überwachende
Durchflussmessanordnung und Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die ein hohes Maß an Messsicherheit und Zuverlässigkeit bietet.
Hierzu besteht die Erfindung in einer sich selbst überwachenden
Durchflussmessanordnung, mit
- einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem,
- einer einlassseitig in das Rohrleitungssystem eingesetzten
Regeleinrichtung, die eine Durchflussrate des insgesamt in das
Rohrleitungssystem einströmenden Mediums gemäß einem
vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil variiert,
- mindestens einem in das Rohrleitungssystem eingesetzten
Durchflussmessgerät,
-- das sich an einem Messort befindet, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem fließende Medium hindurchfließt, und
-- das die Durchflussrate des Mediums am Messort misst, und
- einer Überwachungseinheit,
- die anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils und der an den Messorten gemessenen Durchflussrate überwacht, ob die
gemessenen Durchflussraten dem vorgegebenen zeitabhängigen
Änderungsprofil folgen, und
- eine Fehlernneldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen
Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweicht.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung eine Pumpe.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Änderungsprofil rampenförmig. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
- ist ein Sollwert für die Durchflussrate des insgesamt in das
Rohrleitungssystem einströmenden Mediums vorgegeben, und
- die Regeleinrichtung variiert die Durchflussrate gemäß dem
vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil, insb. rampenförmig, um den Sollwert herum.
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer
erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem eine Bandbreite vorgegeben ist, innerhalb derer die gemessenen Durchflussraten dem vorgegeben Änderungsprofil folgen sollen, und die Fehlermeldung ausgegeben wird, sobald mindestens eine der gemessenen Durchflussraten außerhalb der Bandbreite liegt.
Alternativ hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem anhand der gemessenen Durchflussraten überwacht wird, ob diese mindestens eine aufgrund des vorgegebenen Änderungsprofils zu erwartende charakteristische Eigenschaft aufweisen, und eine Abweichung der mit dem jeweiligen
Durchflussmessgerät gemessenen Durchflussmessrate von dem vorgegebenen Änderungsprofil festgestellt wird, wenn die entsprechende Eigenschaft der gemessenen Durchflussmessrate fehlt oder von der zu erwartenden
charakteristischen Eigenschaft abweicht.
Gemäß einer Ausgestaltung des letztgenannten Verfahrens ist die eine der charakteristischen Eigenschaften ein Zeitabstand zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung des letztgenannten Verfahrens ist eine der charakteristischen Eigenschaften eine Differenz zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate.
Weiter umfasst die Erfindung ein alternativ oder zusätzlich zu den genannten Verfahren ausführbares Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem
- eine Änderungsrate mindestens einer der gemessenen Durchflussraten bestimmt wird, und
- eine Abweichung einer oder mehrer dieser gemessenen Durchflussmessraten vom Änderungsprofil festgestellt wird, wenn die Änderungsrate der jeweiligen gemessenen Durchflussrate von einer gemäß dem Änderungsprofil zu erwartenden Änderungsrate abweicht.
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung von Lecks in dem Rohrleitungssystem einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, die mindestens zwei Durchflussmessgeräte aufweist, bei dem
- anhand von über einen Zeitraum gemessenen Durchflussmessraten von zwei der in das Rohrleitungssystem eingesetzten Durchflussmessgeräten die insgesamt an den beiden zugehörigen Messorten in dem Zeitraum durch das Rohrleitungssystem geflossene Mediumsmenge bestimmt wird,
- überprüft wird, ob die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen,
- überprüft wird, ob die von den beiden Durchflussmessgeräten während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten während des Zeitraums beide dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind, und
- ein zwischen den beiden zugehörigen Messorten befindliches Leck im
Rohrleitungssystem diagnostiziert wird, wenn die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen und die von den beiden Durchflussmessgeräten während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten beide dem
vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst
überwachenden Durchflussmessanordnung mit einem in ein einfaches Rohrleitungssystem eingesetzten
Durchflussmessgerät;
Fig. 2 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst
überwachenden Durchflussmessanordnung mit zwei in ein einfaches Rohrleitungssystem eingesetzten
Durchflussmessgeräten;
Fig. 3 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst
überwachenden Durchflussmessanordnung mit drei in ein komplexes Rohrleitungssystem eingesetzten
Durchflussmessgeräten;
Fig. 4 zeigt: ein rampenförmig um einen Sollwert variierendes Änderungsprofil;
Fig. 5 zeigt: ein rampenförmig um eine variable Eingangsdurchflussrate
variierendes Änderungsprofil; und
Fig. 6 zeigt: ein Beispiel einer mit dem Durchflussmessgerät der in Fig. 1
dargestellten Anordnung unter Verwendung des in Fig. 4 dargestellten Änderungsprofils gemessenen Durchflussrate.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen sich selbst überwachenden Durchflussmessanordnung zur Messung eines
Durchflusses eines Mediums durch ein Rohrleitungssystem 1 .
In dem hier dargestellten Fall umfasst das Rohrleitungssystem 1 ein einziges Rohr in das das Medium eingangsseitig einströmt und aus dem das Medium ausgangsseitig wieder herausströmt. Die Strömungsrichtung ist in Fig. 1 durch Pfeile dargestellt.
Erfindungsgemäß umfasst die Durchflussmessanordnung eine
Regeleinrichtung 3, mindestens ein Durchflussmessgerät 5 und eine
Überwachungseinrichtung 7.
Die Regeleinrichtung 3 ist einlassseitig in das Rohrleitungssystem 1 eingesetzt, und dient dazu eine Durchflussrate des insgesamt in das Rohrleitungssystem 1 einströmenden Mediums gemäß einem vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil zu variieren. Die Durchflussrate kann als
Massendurchflussrate in Mediumsmasse pro Zeiteinheit oder als
Volumendurchflussrate in Mediumsvolumen pro Zeiteinheit angegeben werden. Die durch das Änderungsprofil aufgeprägten Änderungen der Durchflussrate weisen beispielsweise Werte in der Größenordnung von +/- 1 % der
Durchflussrate, der sie überlagert werden, auf. Die Regeleinrichtung 3 ist vorzugsweise eine in Abhängigkeit von dem zeitabhängigen Änderungsprofil angesteuerte Pumpe. Alternativ kann aber auch ein entsprechend
angesteuertes Ventil eingesetzt werden. Diese künstlich aufgeprägten
Änderungen der Durchflussrate setzten sich im Rohrleitungssystem 1 fort und treten dementsprechend zeitlich verzögert an jeder in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 liegenden Stelle innerhalb des Rohrleitungssystems 1 , durch die die gesamte Menge des Mediums hindurch strömt, auf.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einziges
Durchflussmessgerät 5 vorgesehen. Fig. 2 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in das hier ebenfalls nur aus einem Rohr bestehende Rohrleitungssystem 1 in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 an zwei verschiedenen Messorten jeweils ein
Durchflussmessgerät 5a, 5b eingesetzt ist. Fig. 3 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel mit einem deutlich komplexer aufgebauten
Rohrleitungssystem 1 ', das hier zwei exemplarisch dargestellte Verzweigungen 9 aufweist, in denen das jeweils über ein Sammelrohr 1 1 zugeführte Medium auf verschiedene Leitungszweige aufgeteilt und anschließend wieder in ein weiteres Sammelrohr 1 1 überführt wird. Durch die Sammelrohre 1 1 fließt jeweils das gesamte dem Rohrleitungssystem 1 ' zugeführte Medium. In dieses Rohrleitungssystem 1 ' ist an drei verschiedenen Messorten jeweils ein
Durchflussmessgerät 5c, 5d, 5e eingesetzt. Das erste Durchflussmessgerät 5c befindet sich unmittelbar hinter der Regeleinrichtung 3, das zweite
Durchflussmessgerät 5d befindet sich in dem hinter der ersten Verzweigung 9 angeordneten Sammelrohr 1 1 und das dritte Durchflussmessgerät 5 in dem hinter der zweiten Verzweigung 9 angeordneten Sammelrohr 1 1 .
Als Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e eignen sich alle
handelsüblichen Durchflussmessgeräte, wie z.B. nach dem Wirkdruckverfahren arbeitende Differenzdruck-Durchflussmessgeräte, Vortex
Durchflussmessgeräte, Magnetisch-Induktive Durchflussmessgeräte, Coriolis Durchflussmessgeräte oder Ultraschalldurchflussmessgeräte. Derartige
Durchflussmessgeräte werden beispielsweise von der Anmelderin vertrieben.
Die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e befinden sich jeweils an einem Messort, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem 1 bzw. 1 ' strömende Medium hindurchfließt. Die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e messen jeweils die Durchflussrate des Mediums an deren Messort. Die Durchflussrate kann in Form einer Massendurchflussrate oder als
Volumendurchflussrate bestimmt werden. Zusätzlich zur Messung der
Durchflussrate können die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e je nach Anwendung auch weitere Durchflussmessgrößen, wie z.B. ein über einen vorgegebenen Zeitraum den Messort passierendes Mediumsvolumen bzw. eine über einen vorgegebenen Zeitraum den Messort passierende Mediumsmasse bestimmen.
Sofern die Regeleinrichtung 3 und die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e einwandfrei arbeiten, folgen die mit den Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e gemessenen Durchflussraten dem durch die Regeleinrichtung 3 künstlich aufgeprägten vorgegebenen zeitabhängigen periodischen
Änderungsprofil . Weicht eine der gemessenen Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil ab, so liegt ein Fehler in der Durchflussmessanordnung vor.
Die Selbstüberwachung der erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnungen erfolgt, in dem die Überwachungseinheit 7 anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils und der an den Messorten gemessenen Durchflussraten überwacht, ob die gemessenen Durchflussraten dem
vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil folgen, und eine Fehlermeldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweicht.
Der Überwachungseinheit 7 werden hierzu die gemessenen Durchflussraten der Durchflussmessgerate 5, 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e sowie das zeitabhängige Änderungsprofil zugeführt. Dabei kann die Überwachungseinheit 7 eine eigenständige Einheit sein, die an das Durchflussmessgerät 5 bzw. an die Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e angeschlossen ist, oder sie kann Bestandteil eines der Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sein.
Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit 7 zusätzlich auch an die
Regeleinrichtung 3 angeschlossen. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung der Regeleinrichtung 3 unmittelbar von der Überwachungseinheit 7 ausgeführt werden kann. Alternativ kann das vorgegebenen Änderungsprofil aber auch in einem in der Überwachungseinheit 7 vorgesehenen Speicher abgelegt werden. Das zeitabhängige Änderungsprofil weist beispielsweise eine Rampenform auf, gemäß der die Durchflussrate um einen vorgegebenen Sollwert oder eine durch die jeweilige Anwendung vorgegebene unter Umständen auch zeitliche veränderliche Eingangsdurchflussrate herum rauf und runter gefahren wird. Alternativ können natürlich auch andere periodische Änderungsprofile eingesetzt werden. Bevorzugt werden Änderungsprofile mit kontinuierlich veränderlicher Durchflussrate eingesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass sich auch die mit den Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e gemessenen Durchflussraten kontinuierlich ändern, sofern sie dem Änderungsprofil folgen. Abweichungen vom Änderungsprofil können dementsprechend sehr schnell erkannt werden. Ein Beispiel hierfür sind sinusförmige Profile.
Fig. 4 zeigt ein rampenförmiges Änderungsprofil R, gemäß dem die
Durchflussrate Q(t) um einen vorgegebenen konstanten Sollwert S herum variiert wird. Der Sollwert S kann beispielsweise über ein in Strömungsrichtung vor der Regeleinrichtung 3 eingesetztes, vorzugsweise steuerbares, Element 13, z.B. ein Ventil, oder unmittelbar durch die Regeleinrichtung 3 selbst, eingestellt werden. Vorzugsweise ist hierfür ein Regelkreis vorgesehen, in dem ein Durchflussmessgerät die Durchflussrate hinter dem steuerbaren Element 13 bzw. hinter der Regeleinrichtung 3 misst und das steuerbare Element 13 bzw. die Regeleinrichtung 3 in Abhängigkeit von der gemessenen
Durchflussrate ansteuert. Hierzu kann beispielsweise eines der
Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e der erfindungsgemäßen
Durchflussmessanordnung verwendet werden. Dies ist exemplarisch in Fig. 1 dargestellt, wo dass Durchflussmessgerät 5 hierzu über die gestrichelt eingezeichnete Rückkopplung 15 mit dem Element 13 verbunden ist. Der Regelkreis kann aber auch ein völlig von der erfindungsgemäßen
Durchflussmessanordnung getrennter Regelkreis mit einem separaten hier nicht dargestellten Durchflussmessgerät sein.
Fig. 5 zeigt ein zeitabhängiges rampenförmiges Änderungsprofil R', bei dem die die Durchflussrate Q'(t) um eine durch die Anwendung vorgegebene zeitliche veränderliche Eingangsdurchflussrate E(t) herum rauf und runter gefahren wird.
Die Überwachungseinheit 7 überwacht nun, ob die mit den
Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e gemessenen Durchflussraten Qs(t), Qsa(t), Q5b(t), Q5c(t), Q5d(t), bzw. Q5e(t) dem vorgegebenen
Änderungsprofil folgen. Dies ist nachfolgend zunächst am Beispiel der in Fig. 1 dargestellten Durchflussmessanordnung und dem in Fig. 4 dargestellten rampenförmigen Änderungsprofil R erläutert.
Fig. 6 zeigt hierzu ein Beispiel einer mit dem Durchflussmessgerät 5
gemessenen Durchflussmessrate Qs(t), die unter Einsatz des in Fig. 4 dargestellten Änderungsprofils R auftritt, wenn die Durchflussmessanordnung vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt tx einwandfrei arbeitet, und der Messwert des Durchflussmessgeräts 5 ab dem Zeitpunkt tx auf dem Sollwert S
eingefroren ist. Dabei wurde in Fig. 4 und Fig. 6 die gleiche Zeitskala zugrunde gelegt.
Die gemessene Durchflussmessrate Q5(t) weist bis zum Zeitpunkt tx den gleichen periodischen, hier rampenförmigen, Verlauf auf, wie das
Änderungsprofil R. Sie ist jedoch gegenüber dem Änderungsprofil R um eine vom Durchfluss, den Rohrleitungsabmessungen und dem Abstand zwischen der Regeleinrichtung 3 und dem Durchflussmessgerät 5 abhängige
Zeitdifferenz At versetzt. Die Zeitdifferenz At kann vorab experimentell bestimmt werden, oder aber anhand des zeitlichen Verlaufs der bei einwandfrei arbeitender Messanordnung gemessenen Durchflussrate Q5(t) und der
Zeitabhängigkeit des Änderungsprofils ermittelt werden. Ist die Zeitdifferenz At Größer als die Periodendauer T des Änderungsprofils, so gilt:
At = n T + AtR, wobei n eine ganze Zahl größer gleich 1 ist und AtR die modularen
Restdifferenz bezeichnet. In diesem Fall kann anhand der gemessenen
Durchflussrate, hier Qs(t), natürlich nur die modulare Restdifferenz AtR bestimmt werden. Nach dem Zeitpunkt tx ist die gemessene Durchflussmessrate Q5(t) konstant und hier gleich dem Sollwert S.
Die Überwachung erfolgt nun vorzugsweise, indem eine Bandbreite B vorgegeben wird, innerhalb derer die gemessene Durchflussraten Qs(t), dem vorgegeben Änderungsprofil R zu folgen hat. Eine solche Bandbreite B ist in
Fig. 6 schraffiert dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Bandbreite B wird anhand des Änderungsprofils R und der Zeitdifferenz At festgelegt. Ist die Zeitdifferenz At größer als eine Periode T, so genügt es anstelle der Zeitdifferenz At die Restzeitdifferenz AtR zur Festlegung zu verwenden, da das Änderungsprofil R periodisch ist.
Sobald der mit dem Durchflussmessgerät 5 gemessene Durchfluss Q5(t) außerhalb der Bandbreite B liegt, wird dies von der Überwachungseinheit 7 als Abweichung von dem vorgegebenen Änderungsprofil R erkannt und eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
Alternativ können natürlich auch andere Überwachungsalgorithmen eingesetzt werden. So kann ein Abweichen von dem vorgegebenen Änderungsprofil beispielsweise auch überwacht werden, indem das Auftreten von mindestens einer aufgrund des vorgegebenen Änderungsprofils R zu erwartenden charakteristischen Eigenschaften der gemessenen Durchflussmessrate Q5(t) überwacht wird. Dabei ist die Überwachung natürlich umso effektiver, je mehr unterschiedliche Eigenschaften überwacht werden. Charakteristische Eigenschaften, sind beispielsweise Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate
Q5(t), sowie Differenzen zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Qs(t).
Hierzu können beispielsweise aufeinander folgende Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Q5(t) bestimmt werden. Weichen die Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen
Durchflussrate Q5(t) von den entsprechenden Zeitabständen des
vorgegebenen Änderungsprofils R ab, so folgt die gemessene Durchflussrate Q5(t) nicht mehr dem Änderungsprofil R. Weichen Differenzen zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Q5(t) von den entsprechenden Differenzen der Extrema des vorgegebenen Änderungsprofils R ab, so folgt die gemessene Durchflussrate Q5(t) nicht mehr dem Änderungsprofil R. Weist die gemessene Durchflussrate Q5(t) keine erkennbaren Extrema mehr auf, so liegt ebenfalls eine Abweichung von dem vorgegebenen Änderungsprofil vor. Letzteres tritt insb. bei dem in Fig. 6 zum Zeitpunkt tx auftretenden Fall eingefrorener Messwerte auf. Zur Überwachung der hier genannten charakteristischen Eigenschaften, ist die Kenntnis der Zeitdifferenz At, bzw. der Restzeitdifferenz AtR nicht erforderlich. Eine weitere Variante besteht in der Überwachung von aus dem
Änderungsprofil R und analog aus den gemessenen Durchflussraten Q5(t) abgeleiteten Größen, wie z.B. deren Änderungsrate. Bei der Überwachung anhand der Änderungsraten muss die Zeitdifferenz At, bzw. die
Restzeitdifferenz AtR zwischen dem Änderungsprofil R und der Durchflussrate Q5(t) berücksichtigt werden.
Sobald eine Abweichung der gemessenen Durchflussrate Q5(t) festgestellt wird, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die das Vorliegen einer
Abweichung anzeigt. Diese Form der Selbstüberwachung der
Durchflussmessanordnung beinhaltet dabei sowohl die Überwachung der
Regeleinrichtung 3 als auch die Überwachung des Durchflussmessgeräts 5. Ein Ausfall der Regeleinrichtung 3, führt genauso zu einer Abweichung der gemessenen Durchflussrate Q5(t) vom vorgegebenen Änderungsprofils R, wie Ausfälle des Durchflussmessgeräts 5 selbst, und werden von der
erfindungsgemäßen Anordnung unmittelbar erkannt.
Der eingangs beschriebene Fehler eingefrorener Messwerte, führt hier unmittelbar zu einer Abweichung vom Änderungsprofil R und damit zu einer Fehlermeldung.
Bei zwei oder mehr Durchflussmessgerate, hier z.B. die Durchflussmessgerate 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, aufweisenden erfindungsgemäßen
Durchflussmessanordnungen erfolgt die Überwachung natürlich völlig analog parallel für jedes der Durchflussmessgerate 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e. In dem Fall wird immer dann eine Fehlermeldung ausgegeben, sobald
mindestens eine der gemessenen Durchflussraten Q5a(t) oder Q5b(t), bzw. Q.5c(t), Q.5d(t), oder Q5e(t) von dem für die gesamte Anordnung vorgegebenen Änderungsprofil abweicht.
Dabei kann zur Überwachung für einzelne oder alle vorgesehenen
Durchflussmessgerate 5a und/oder 5b, bzw. 5c, 5d und/oder 5e jeweils eine zugehörige Bandbreite B definiert werden, innerhalb derer die mit dem jeweiligen Durchflussmessgerät 5a und/oder 5b, bzw. 5c, 5d und/oder 5e gemessene Durchflussmessrate Q5a(t) und/oder Q5b(t), bzw. Q5c(t), Qsd(t), und/oder Q5e(t) dem Änderungsprofil zu folgen hat. In dem Fall wird eine Fehlermeldung ausgegeben, sobald mindestens eine der gemessenen
Durchflussraten Q5a(t) oder Q5b(t), bzw. Q5c(t), Qsd(t), oder Q5e(t) außerhalb der für sie definierten Bandbreite B liegt.
Durch die beschriebene Überwachung wird praktisch die gesamte Anordnung selbsttätig überwacht. Dabei führen sowohl Fehlfunktionen einzelner
Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, wie z.B. ein Ausfall oder ein eingefrorener Messwert, als auch Fehlfunktionen der Regeleinrichtung 3, sowie stromaufwärts des jeweiligen Durchflussmessgeräts 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e vorliegende Rohrleitungsbrüche, unmittelbar zu einer Fehlermeldung.
Erfolgt die Überwachung anhand einer zulässigen Bandbreite B für die gemessenen Durchflussraten, so führen stromaufwärts des jeweiligen
Durchflussmessgeräts 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e vorliegende Lecks, die stromabwärts des Lecks zu einer merklich reduzierten Durchflussrate führen, sowie Abweichungen von einem gegebenenfalls vorgegebenen Sollwert S für die Durchflussrate, unmittelbar zur Auslösung der Fehlermeldung.
Bei Durchflussmessanordnungen mit zwei oder mehr Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, wird beim Vorliegen einer Abweichung
zwischen mindestens einer der gemessenen Durchflussraten Q5a(t) oder Q5b(t), bzw. Q5c(t), Q.5d(t), oder Q5e(t) und dem vorgegebenen zeitlichen
Änderungsprofil vorzugsweise geprüft, welche der eingesetzten
Durchflussmessgerate 5a, 5b, 5c, 5d, 5e diese von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweichenden Durchflussraten Q5a(t) oder Q5b(t), bzw. Q5c(t), Q.5d(t), oder Q5e(t) messen, und eine Fehlermeldung ausgegeben, die diese Durchflussmessgerate 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e anzeigt, sofern mindestens eines der Durchflussmessgerate 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e der Anordnung eine Durchflussrate misst Q5a(t) oder Q5b(t), bzw. Q.5c(t), Q.5d(t), oder Q5e(t), die entsprechend dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil variiert. Hieraus ist für den Anwender unmittelbar erkennbar, dass die Anordnung im Bereich der in der Fehlermeldung bezeichneten
Durchflussmessgeräte 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e überprüft werden muss, die übrigen Bestandteile der Anordnung, insb. die Regeleinrichtung 3, aber keine auf die beschriebene Weise erkennbare Fehler aufweist.
Messen alle Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e eine von dem Änderungsprofil abweichende Durchflussmessrate, so wird dies
vorzugsweise ebenfalls durch eine entsprechende Meldung angezeigt. In diesem Fall kann die Ursache für die Abweichungen allerdings auch eine Fehlfunktion der Regeleinrichtung 3 oder des gegebenenfalls vorhandenen Regelkreises zur Einstellung des Sollwerts S für den Durchfluss sein.
Anordnungen mit zwei oder mehr Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, sind zusätzlich in der Lage zuverlässig auch kleinere Lecks, die nicht zu einer drastischen Veränderung der Durchflussrate in den
nachfolgenden Abschnitten des Rohrleitungssystems 1 , 1 ' führen, zu
diagnostizieren. Hierzu wird vorzugsweise derart verfahren, dass anhand von über einen
Zeitraum gemessenen Durchflussmessraten Q5a(t) und Q5b(t), bzw. Q5c(t) und Q5d(t), oder Q5c(t) und Q5e(t), oder Q5d(t) und Q5e(t) von zwei der in das
Rohrleitungssystem 1 , 1 ' eingesetzten Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, die insgesamt an den beiden zugehörigen Messorten in dem Zeitraum durch das Rohrleitungssystem 1 , 1 ' geflossene Mediumsmenge, d.h. deren Volumen oder Masse, bestimmt wird, und geprüft wird, ob die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen.
Diese Abweichung kann sowohl durch ein Leck als auch durch fehlerhafte Messergebnisse eines der beiden Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d, oder 5c und 5e, oder 5d und 5e verursacht sein. Dementsprechend wird zusätzlich überprüft, ob die von den beiden Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten Q5a(t) und Q5b(t), bzw. Q5c(t) und Q5d(t), oder Q5c(t) und Q5e(t), oder Q5ci(t) und Q5e(t) während des Zeitraums beide dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind. Ist dies der Fall, so arbeiten die beiden Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, und die Regeleinrichtung 3 einwandfrei.
Entsprechend können die beiden unterschiedlichen Mediumsmengen zweifelsfrei auf ein zwischen den beiden zugehörigen Messorten befindliches Leck im Rohrleitungssystem 1 , 1 ' zurückgeführt werden, dass dann von der Anordnung diagnostiziert wird. Zusätzlich zur Diagnose des Lecks und dessen räumlicher Eingrenzung durch die Position der beiden zugehörigen
Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, kann anhand der Größe der Differenz zwischen den beiden
unterschiedlichen Mediumsmengen ein Abschätzung der Größe des Lecks gegeben werden, die dem Anwender vorzugsweise zusammen mit den anderen beiden Angaben angezeigt wird.
, r Rohrleitungssystem
Regeleinrichtung, 5a -e Durchflussmessgerat
Überwachungseinheit
Verzweigung
1 Sammelrohr
3 steuerbares Element5 Rückkopplung