DE60036720T2

DE60036720T2 - Methode und einrichtung zur regelung einer pumpe

Info

Publication number: DE60036720T2
Application number: DE60036720T
Authority: DE
Inventors: Enrique L. Rackliff Spruce Head KILAYKO; Liam Ryan
Original assignee: Milton Roy LLC
Current assignee: Milton Roy LLC
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: EP1222395B1; DE60036720D1; ES2296673T3; US6264432B1; AU6948800A; TW520414B; ATE375450T1; EP1222395A1; WO2001016488A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Pumpen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Pumpe.
Steuersystem für Pumpen sind in US-A-5032772 und US-A-4635621 offenbart.
Hintergrund der Erfindung
Häufig ist es in einem industriellen oder anderen Prozess notwendig, eine abgemessene Menge eines strömungsfähigen Materials in einen weiteren Materialstrom oder ein in Gefäß einzuspeisen. Dosierpumpen sind zu diesem Zweck entwickelt worden und können entweder elektromagnetisch oder hydraulisch angetrieben werden. Herkömmlicherweise benutzt eine elektromagnetische Dosierpumpe einen linearen Elektromagneten (Solenoid), der mit halbwellen- oder vollwellengleichgerichteten Impulsen versorgt wird, um eine Membran zu bewegen, die mechanisch mit einem Anker des Elektromagneten verbunden ist.
1 und 2 zeigen eine konventionelle Steuerstrategie für eine elektromagnetische Dosierpumpe 15 (die in 3 gezeigt ist). Ein Elektromagnet 16 (der ebenfalls in 3 gezeigt ist) wird auf einem ausreichenden Niveau mit elektrischer Energie versorgt, um bei maximalem Luftspalt (d. h. Nullhub) eine Pumpkraft zur Verfügung zu stellen, welche die maximale Fluidkraft, die anzutreffen erwartet wird, erreicht oder übersteigt. Die elektrische Energie wird auch in allen anderen Hubpositionen auf einem maximalen Energieniveau geliefert.
Wie in 3 gezeigt, wird die Hublänge der Dosierpumpe 15 herkömmlicherweise durch eine mechanische Hublängen-Einstellsteuerung 17 gesteuert, die eine Schraube 18 und einen Handgriff 19 aufweist. Typischerweise stellt ein Bediener der Pumpe die Hublänge manuell durch Drehen des Handgriffes 19 ein, wodurch die Schraube 18 auf eine Position eingestellt wird, die der gewünschten Hublänge entspricht.
Darüber hinaus wird die Dosierpumpe normalerweise durch Bedienen eines Ansaugknopfes, der außerhalb der Pumpe angeordnet ist, gestartet bzw. zum Ansaugen gebracht, d. h. mit dem zu pumpenden Material gefüllt. Um auf diese Weise zu starten bzw. zum Ansaugen zu bringen, stellt der Bediener zunächst manuell die mechanische Hublängeneinstellung 17 über den Handgriff 19 auf die Position, die einer maximalen Hublänge entspricht, und drückt dann den externen Ansaugknopf, was wiederum bewirkt, dass die Pumpe mit ihrer maximalen Pumprate läuft.
Während des Betriebs der konventionellen Dosierpumpe treten jedoch verschiedene Probleme auf. Als Erstes führt die Wärme, die durch das elektrische Antreiben des Elektromagneten erzeugt wird, typischerweise dazu, dass Komponenten erforderlich sind, die diese Wärme aushalten können, wie z. B. Plastik und Metallgehäuse und andere Plastik- und Metallteile und/oder größere Elektromagneten mit mehr Kupferwindungen. Darüber hinaus führen die zusätzlichen Kräfte, die angesichts der maximalen Energie, die angelegt wird, auf den Anker ausgeübt werden, zu der Notwendigkeit von relativ schwereren Rückholfedern und Komponenten, um Restmagnetismus entgegen zu wirken und es dem Anker zu erlauben, rechtzeitig zurückzukehren, so dass die Pumpenmembran Saugarbeit ausführt. Weiterhin werden aufgrund des Anschlagens des Ankers am Ende des Hubes, wenn gegen geringere Kraftniveaus gepumpt wird, und zusätzlich aufgrund des Anschlagens des Ankers gegen einen Hubeinstellungsanschlag am Ende jedes Saughubes unter dem Einfluss der schweren Rückholfeder, Geräuschniveaus erhöht. Aufgrund der mechanischen Belastungen, die auftreten, ist die Lebensdauer typischerweise kurz.
Darüber hinaus kann die konventionelle mechanische Hublängeneinstellsteuerung 17 aufgrund mangelnder Präzision der Teile und Abnutzung ungenau sein.
Zusätzlich sind die Ansaugvorrichtungen, die selbst in den anspruchsvollsten Dosierpumpen vorhanden sind, nicht in der Lage, automatisch einen Verlust des Ansaugens zu erkennen. Stattdessen muss der Bediener selbständig erkennen, dass ein Zustand des Ansaugverlustes aufgetreten ist. Darüber hinaus kehren konventionelle Dosierpumpen nach dem Ansaugen oder Wiederansaugen nicht automatisch zu den ursprünglich programmierten Hubeinstellungen oder Pumpbetriebsbedingungen zurück.
Zusammenfassung der Erfindung
In dem Bemühen, diese Probleme zu überwinden, ist eine neue Steuermethode eingeführt worden, die automatisch und elektronisch die Hublänge, die Hubgeschwindigkeit und das Ansaugen der Pumpe steuert, während Energie als eine Funktion der Position des Pumpelementes an die Spule geliefert wird, wodurch die Menge der verschwendeten Kraft und Energie und die Menge der produzierten Wärme wesentlich reduziert werden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Pumpensteuerung wie in Anspruch 1 beschrieben zur Verfügung gestellt.
Vorzugsweise weist die Krafteinheit einen Elektromagneten auf, der eine Spule hat. Auch vorzugsweise weist das Pumpelement einen Anker auf und der Sensor weist einen Positionssensor auf, um die Position des Ankers zu erkennen. Zusätzlich wird während eines Saughubes vorteilhafterweise Energie an die Pumpe angelegt, um die Hublänge zu steuern.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform weist der Sensor wenigstens einen Druck-Messfühler auf, der einen Druckunterschied wahrnimmt. Der Schaltkreis kann einen Ansteuerschaltkreis aufweisen, der mit der Spule verbunden ist, um an diese elektrische Energie anzulegen. Ein programmierter Prozessor reagiert auf den Sensor, um den Ansteuerschaltkreis so zu steuern, dass elektrische Energie in Abhängigkeit von der Position des Ankers an die Spule geliefert wird.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung weiterhin ein Tastenfeld, das mit dem Schaltkreis verbunden ist, zum Eingeben eines Pumpenparameters und eine Anzeige, die ebenfalls mit dem Schaltkreis verbunden ist, zum Anzeigen einer Mehrzahl von Pumpenparametern aufweisen.
In alternativen Ausführungsformen kann die Pumpe eine elektromagnetische Dosierpumpe oder eine hydraulische Dosierpumpe aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Pumpe eine elektromagnetische Dosierpumpe, die ein bewegbares Pumpelement hat, das über eine Hublänge bewegbar ist, die in Reaktion auf die elektrische Energie, die an den Elektromagneten angelegt wird, steuerbar variabel ist. Die Steuerung weist einen Positionssensor zum Erkennen einer Position des beweglichen Pumpelementes und einen Ansteuerschaltkreis auf, der auf den Sensor reagiert und die elektrische Energie, die an den Elektromagneten angelegt wird, anpasst. Energie wird während eines Saughubes in Abhängigkeit von der erkannten Position des Pumpelementes an den Elektromagneten angelegt, um die Hublänge des beweglichen Pumpelementes zu steuern.
In einer bevorzugten Ausführungsform passt der Schaltkreis die elektrische Energie, die an die Energieeinheit angelegt wird, in Abhängigkeit von der Betriebscharakteristik des Pumpelementes an, um die Pumpe automatisch zum Ansaugen zu bringen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Dosierpumpe ein bewegliches Pumpelement, das über eine Hublänge beweglich ist, die in Reaktion auf die elektrische Energie, die an einen Elektromagneten angelegt wird, steuerbar variabel ist, und weist einen Positionssensor zum Erkennen einer Position des Pumpelementes und einen Ansteuerschaltkreis auf, der auf den Sensor reagiert. Der Ansteuerschaltkreis passt die elektrische Energie, die an den Elektromagneten angelegt wird, in Abhängigkeit von der Position des Pumpelementes an, um die Pumpe automatisch zum Ansaugen zu bringen. Das Pumpelement ist in Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar und der Schaltkreis beinhaltet Mittel, um die Energie, die während eines Ansaughubes an die Energieeinheit angelegt wird, zu erhöhen, wenn eine erkannte Geschwindigkeit des Pumpelementes größer als eine bestimmte Größe ist. Der Schaltkreis beinhaltet weiterhin Mittel, um während eines folgenden Ausstoßhubes wieder Energie an die Energieeinheit anzulegen, um die Pumpe zum Ansaugen zu bringen.
In Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren, um eine Pumpe automatisch zum Ansaugen zu bringen, bereit gestellt, wie es in Anspruch 32 beansprucht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung passt der Schaltkreis die Energie, die an die Energieeinheit angelegt wird, in Abhängigkeit von der erkannten Betriebscharakteristik des Pumpelementes an, um das Ansaugen der Pumpe, die Hublänge und die Hubgeschwindigkeit zu steuern.
Durch elektronisches und automatisches Steuern der Hublänge der Pumpe eliminiert die vorliegende Erfindung die externe mechanische Hublängeneinstellsteuerung und verbessert dadurch die Gesamtgenauigkeit der Dosierpumpe. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung automatisches Ansaugen der Dosierpumpe. Dieselbe Apparatur, die elektronisch die Hublänge der Pumpe und die Menge der an den Elektromagneten angelegten Energie als Funktion der Position des Pumpelementes steuert, bringt die Dosierpumpe auch automatisch zum Ansaugen. Daher kann der konventionelle Ansaugknopf eliminiert werden und es besteht auch kein Bedürfnis, dass ein Bediener einen Zustand des Verlustes des Ansaugens erkennt und korrigierende Maßnahmen vornimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 sind idealisierte Graphen, welche die ausgebildete Ankerkraft als eine Funktion der Position des Ankers für elektromagnetische Dosierpumpen nach dem Stand der Technik zeigen;
3 ist eine Teilschnittansicht einer elektromagnetischen Dosierpumpe, die eine mechanische Hublängeneinstellsteuerung hat;
4 und 5 sind Teilschnittansichten einer elektromagnetischen Dosierpumpe, die gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden kann;
6A und 6B sind idealisierte Graphen, ähnlich denen aus den 1 und 2, welche die Ankerkraft als eine Funktion der Position des Ankers für die Pumpe der 4 und 5 zeigen;
7 und 8 sind Wellenformdiagramme, die Kopfdruck, Ankerposition und die Wellenform angelegter Impulse bei einem Systemdruck von jeweils 110 psi und 30 psi für die in den 4 und 5 gezeigte Pumpe zeigen;
9 ist ein Blockdiagramm einer Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung;
10A und 10B weisen zusammen, wenn sie entlang der Linie mit gleichen Buchstaben zusammengefügt werden, ein Flussdiagramm eines Teiles der Programmierung auf, die kontinuierlich von dem Mikroprozessor in 9 ausgeführt wird, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen;
10C bis 10G weisen zusammen, wenn sie entlang der Linien mit gleichem Buchstaben zusammengefügt werden, ein Flussdiagramm eines Teiles der Programmierung auf, die von dem Mikroprozessor aus 9 ausgeführt wird, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen; und
11 ist ein schematisches Diagramm des Treiberschaltkreises aus 9.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nunmehr Bezug nehmend auf die 4 und 5 wird eine elektromagnetische Dosierpumpe 20 gezeigt, welche die vorliegende Erfindung umfasst und welche abwechselnd zwischen Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar ist. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung zur Steuerung von anderen Pumpentypen, wie z. B. einer hydraulischen Dosierpumpe und anderen Pumpvorrichtungen, nützlich ist. Die Dosierpumpe 20 beinhaltet ein Hauptteil 22, das mit einem Flüssigkeitsende 24 verbunden ist. Das Hauptteil 22 beherbergt einen Aktuator in der Form einer elektromagnetischen Energieeinheit (EPU) 26, die einen Elektromagneten (Solenoid) aufweisen kann, der eine Spule 28 und einen beweglichen Anker 30 hat. Die EPU 26 umfasst weiterhin ein Polstück 32, das zusammen mit der Spule 28 und dem Anker 30 einen magnetischen Kreis bildet.
Der Anker 30 ist nach links (wie in den 4 und 5 zu sehen) durch wenigstens eine und vorzugsweise eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Rückholfedern 34 vorgespannt, so dass, wenn die Spule 28 nicht angeregt wird, der Anker an einem mechanischen Anschlag 39 ruht.
Ein Schaft 44 ist mit dem Anker 30 verbunden und bewegt sich mit ihm. Der Schaft 44 wiederum ist mit einer Pumpmembran 46 verbunden, die abdichtend zwischen dem Hauptteil 22 und dem Flüssigkeitsende 24 angebracht ist. Wenn die Spule 28 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, werden der Anker 30, der Schaft 44 und die Membran 46 zwischen den in den 4 und 5 gezeigten Positionen hin- und herbewegt. Während eines Saughubes einer solchen Hin- und Herbewegung wird Flüssigkeit durch einen ersten Anschluss 50 an einem ersten Rückschlagventil 52 vorbei nach oben gezogen und tritt in eine Membranausnehmung 54 ein. Ein zweites Rückschlagventil 56 ist während des Saughubes geschlossen, wie in 4 gezeigt. Wie in 5 gezeigt, ist während eines Ausstoßhubes der Hin- und Herbewegung das erste Rückschlagventil 52 geschlossen und das zweite Rückschlagventil 56 ist geöffnet und erlaubt dadurch der Flüssigkeit aufwärts durch das zweite Rückschlagventil 56 und einem Anschluss 58 aus der Pumpe 20 herauszuströmen.
Ein Positionssensor 60, der einen Schaft 62 im Kontakt mit dem Anker 30 hat, ist vorgesehen und erzeugt ein Signal, das repräsentativ für die Position des Ankers 30 ist. Wenn es gewünscht ist, kann der Positionssensor 60 durch einen oder mehrere Messfühler ersetzt werden, die Signale erzeugen, die den Unterschied zwischen dem von der Membran 46 ausgeübten Druck und dem Flüssigkeitsdruck am Punkt der Flüssigkeitseinspeisung von der Pumpe wiedergeben. In diesem Fall wird die Energie, die an die Spule 28 geliefert wird, so gesteuert, dass diese Druckdifferenz klein gehalten wird, aber den Ausstoßhub immernoch innerhalb eines gewünschten Zeitintervalls beendet.
In einer Ausnehmung 66 ist ein Impulsgeberschaltkreis 64 vorgesehen. Wie in 9 zu sehen, weist der Impulsgeber eine Anzahl von Schaltungskomponenten einschließlich eines Mikroprozessors 68 auf, der auf einen Null-Erkennungsschaltkreis 70 reagiert und der Signale zum Steuern eines Ansteuerschaltkreises 72 erzeugt, der detaillierter in 11 gezeigt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt der Mikroprozessor 68 Steuersignale, die über einen Eingang IN eines Optoisolators 73 an kreuzweise verbundene Schaltelemente, wie z. B. SCRs Q1 und Q2 oder andere Bauelemente, wie z. B. IGBTs, Energie-MOSFETs oder Ähnliche geliefert werden. Die Widerstände R1 bis R5, die Dioden D1 und D2 und der Kondensator C1 stellen geeignetes Vorspannen und Filtern zur Verfügung, wie es benötigt wird. Die SCRs Q1 und Q2 stellen phasengesteuerte Energie zur Verfügung, die von dem Vollwellengleichrichter, der die Dioden D3 bis D6 aufweist, gleichgerichtet und an die Spule 28 geliefert wird. Wenn gewünscht, kann der Mikroprozessor 68 stattdessen den Ansteuerschaltkreis 72 steuern, pulsweitenmodulierte Energie oder wirklich variable Gleichstromenergie an die Spule 28 zu liefern.
Wie auch in 9 gezeigt, kann der Mikroprozessor 68 wie gewünscht oder erforderlich mit einem Tastenfeld 80 und einer Anzeige 82 sowie mit anderen Eingabe/Ausgabe(I/O)-Schaltkreisen 84 verbunden sein. Das Tastenfeld 80 ist der Mechanismus, um Pumpensteuerparameter, z. B. ein prozentuales Hubvolumen, eine Hubrate (Hübe pro Minute) und/oder eine Flussrate (gepumptes Volumen pro Zeit) in jedem beliebigen Betriebsmodus der Pumpe zu setzen. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben, berechnet der Mikroprozessor 68 die tatsächliche Hublänge unter Benutzung des prozentualen Hubvolumens und von Korrekturfaktoren CF1 und CF2, welche die nicht lineare Beziehung zwischen der tatsächlichen Volumenausgabe pro Hub und der tatsächlichen Hublänge korrigieren.
Die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem von verschiedenen Modi arbeiten, die einen vollständig manuellen Betriebsmodus, einen halbautomatischen Betriebsmodus und einen vollautomatischen Betriebsmodus beinhalten. Um die Pumpe in dem vollständig manuellen Betriebsmodus zu betreiben, gibt der Bediener manuell in einer beliebigen Reihenfolge ein gewünschtes prozentuales Hubvolumen und eine Hubrate ein. Nachdem die Parameter eingegeben worden sind, berechnet der Mikroprozessor 68 dann die Hublänge und die Flussrate, die den eingegebenen Parametern entspricht, und steuert danach die Pumpe in Übereinstimmung mit den berechneten Parametern.
Um die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem halbautomatischen Modus zu betreiben, gibt der Bediener manuell über das Tastenfeld 80 die gewünschte Flussrate und entweder ein gewünschtes prozentuales Hubvolumen oder eine Hubrate ein und der Mikroprozessor 68 berechnet dann die notwendigen Parameter (d. h. die Hublänge und, wenn nicht durch den Benutzer eingegeben, die Hubrate), die den eingegebenen Parametern entsprechen. Danach wird die Pumpe in Übereinstimmung mit der eingegebenen oder berechneten Hublänge und Hubrate betrieben.
Um die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem vollautomatischen Modus zu betreiben, gibt der Operator manuell über das Tastenfeld 80 die gewünschte Flussrate ein und der Mikroprozessor 68 bestimmt sowohl die Hubrate als auch die Hublänge und betreibt die Pumpe entsprechend den bestimmten Parametern.
Wenn von dem Benutzer keiner der vorangegangenen Programmier-Betriebsmodi ausgewählt wird, arbeitet die Pumpe entweder gemäß den zuvor programmierten Parametern oder gemäß Standardparametern (Default-Parametern), wenn zuvor keine Parametern programmiert worden sind.
In allen Betriebsmodi werden sowohl die eingegebenen Parameter als auch die berechneten oder bestimmten Parameter auf der Anzeige 82 angezeigt.
Durch Steuern der an die Spule 28 angelegten Energie ist der Mikroprozessor 68 in der Lage, die Hublänge der Pumpe 20 elektronisch zu steuern. Mit anderen Worten, sobald die gewünschten Parameter über das Tastenfeld 80 eingegeben worden sind oder auf Standardwerte gesetzt sind, weist der Mikroprozessor 68 den Treiberschaltkreis 72 an, während des Saughubes eine Energiemenge an die Spule 28 anzulegen und dadurch die Hubrate abzubremsen und den Anker 30 bei der programmierten oder Standard-Hublänge zu stoppen. Der Anker 30 schwebt oder verbleibt dann für einen Zeitraum bei der programmierten oder Standard-Hublänge gestoppt.
Nachdem der Anker 30 bei der programmierten oder Standard-Hublänge schwebt, wird wieder Energie an die Spule 28 angelegt, um einen Ausstoßhub zu beginnen. Während des Ausstoßhubes wird Energie als eine Funktion der Position des Ankers 30 an die Spule angelegt. Vorteilhafterweise wird nur die Energiemenge an die Spule 28 angelegt, die notwendig ist, um den Entladehub abzuschließen, so dass keine Kraft und Energie verschwendet wird und so, dass die mechanischen Teile innerhalb der Pumpe keiner übermäßigen Abnutzung ausgesetzt sind, die sich aus der Anwendung überschüssiger Kraft während der Pumphubbewegung ergibt.
Die 6A und 6B zeigen die Aufzeichnung der während eines Ausstoßhubes mit Systemdruck ausgebildeten EPU-Kraft als eine Funktion der Position des Ankers der Pumpe aus den 4 und 5. Es ist zu erkennen, dass während des Ausstoßhubes relativ wenig Energie verschwendet wird, und daher wird der Lärm reduziert (da der Anker am Ende des Hubes nicht auf dem Polteil 32 aufschlägt), während Wärmeniveaus erzeugt werden.
Zusätzlich zum elektronischen Steuern der Hublänge erkennt die Steuerung der vorliegenden Erfindung auch automatisch einen Verlust des Ansaugens und bringt die Pumpe zum Ansaugen, wenn solch ein Zustand erkannt wird, und bringt die Pumpe wieder in normale Betriebsbedingungen, nachdem die Pumpe zum Ansaugen gebracht worden ist, oder nach einer vorgegebenen Zeit, die dem Erkennen eines Verlustes des Ansaugens folgt. Während normaler Betriebsbedingungen der Pumpe kann eine überschüssige Menge von Luft in der Pumpe erkannt werden, was einen Verlust des Ansaugens anzeigt. Die Pumpe erkennt die Anwesenheit von Luft oder Gas in der Pumpe durch Erkennen einer Hubgeschwindigkeit, die größer als eine bestimmte programmierte Größe ist. Der Positionssensor 60 nimmt die Position des Ankers 30 wahr und der Prozessor 68 berechnet die Positionsänderung als eine Funktion der Zeit und bestimmt dadurch die Hubgeschwindigkeit und erkennt ihre Vergrößerung.
Nachdem die Pumpe einen Verlust des Ansaugens durch Wahrnehmen einer Hubgeschwindigkeit, die größer als ein programmiertes Niveau ist, erkannt hat, steuert der Prozessor 68 die Energie, die von dem Treiberschaltkreis 72 an die Spule 28 angelegt wird, während eines oder mehrerer folgender Saughübe, um den Anker 30 nahe bei oder bei einer maximalen elektrischen Hublängenposition zu stoppen, um dadurch zu verhindern, dass der Anker 30 den in den 4 und 5 gezeigten mechanischen Anschlag 39 berührt (und dadurch seine Abnutzung bewirkt). Nachdem der Anker 30 bei oder nahe bei der maximalen elektrischen Hublängenposition gestoppt worden ist, legt der Impulsgeneratorschaltkreis Energie an die Spule 28 an, um dadurch die Hubrate des Ankers 30 während eines oder mehrerer Ausstoßhübe auf ein Maximum zu erhöhen. Dieser Betrieb wird während der folgenden Saug- und Ausstoßhübe fortgesetzt, bis die Pumpe wieder mit Flüssigkeit gefüllt ist. An diesem Punkt erkennt der Mikroprozessor 68 eine Verringerung der Hubgeschwindigkeit unter ein bestimmtes Niveau (was anzeigt, dass die Pumpe angesaugt hat) und der Mikroprozessor 68 kehrt zu den Pumpeneinstellungen zurück, die zu dem Zeitpunkt in Kraft waren, als die Bedingung des Ansaugverlustes erkannt worden ist. Die Wiederaufnahme der vorhergehenden Pumpeneinstellungen wird vorzugsweise alternativ zu einer vorgegebenen Zeit bewirkt, die dem Erkennen des Verlustes des Ansaugens folgt, unabhängig davon, ob der Mikroprozessor 68 eine Verringerung der Hubgeschwindigkeit unter das bestimmte Niveau erkennt. Somit werden die vorherigen Pumpeneinstellungen nach der vorgegebenen Zeit in dem Fall wieder aufgenommen, in dem der Flüssigkeitsvorrat für die Pumpe aufgebraucht ist.
Die 7 und 8 zeigen den Betrieb der vorliegenden Erfindung sowohl während Saug- und Ausstoßhüben bei jeweils 110 psi (758 kPa) Systemdruck und 30 psi (207 kPa) Systemdruck (der Systemdruck ist der Flüssigkeitsdruck am Punkt des Einspeisens einer Flüssigkeit, die von der Pumpe 20 geliefert wird, in eine Leitung, die eine weitere unter Druck gesetzte Flüssigkeit enthält). Wie durch jedes der Wellenformdiagramme der 7 und 8 veranschaulicht, werden halbwellengleichgerichtete Impulse geeignet phasengesteuert (d. h. entweder einen vollen Halbwellenzyklus oder ein steuerbarer anpassbarer Teil eines Halbwellenzyklus) und werden während des Entladehubes als eine Funktion der Position des Ankers (wie sie von dem Sensor 60 erkannt wird) so an die Spule 28 angelegt, dass nur ausreichend Energie an die Spule 28 geliefert wird, um den Anker 30 über die gesamte Hublänge zu bewegen, ohne wesentliche Mengen von Kraft und Energie zu verschwenden und wesentliche Mengen von Wärme zu erzeugen. Geeignet phasengesteuerte halbwellengleichgerichtete Impulse werden auch während des Saughubes als eine Funktion der Position des Ankers 30 (wie ebenso von dem Sensor erkannt) an die Spule 28 angelegt, um die Hublänge elektronisch zu steuern.
In den Wellenformdiagrammen der 7 variiert der Kopfdruck (d. h. der Fluiddruck, dem die Membran 46 ausgesetzt ist) während des Ausstoßhubes (d. h. während der Bewegung des Ankers 30 und der Membran 46 zwischen der in 4 gezeigten Position und der in 5 gezeigten Position) zwischen 35 psi (241 kPa) und 150 psi (1034 kPa). Bis der Kopfdruck größer als der Systemdruck ist, wird kein Fluid ausgegeben. Mit anderen Worten, obwohl der Ausstoßhub beginnt, wenn der Kopfdruck ungefähr 35 psi (241 kPa) ist, wird kein Fluid ausgestoßen, bis der Kopfdruck den Systemdruck von 110 psi (758 kPa) übersteigt. Während des Ansaughubes bleibt der Kopfdruck im Wesentlichen konstant.
Im Fall des Wellenformdiagramms der 8 variiert der Kopfdruck, während sich der Anker 30 während eines Entladehubes über die Hublänge bewegt, zwischen 20 psi (138 kPa) und 57 psi (393 kPa). Wie in 7 wird kein Fluid ausgestoßen, bis der Kopfdruck größer als der Systemdruck ist. Mit anderen Worten, obwohl der Ausstoßhub beginnt, wenn der Kopfdruck ungefähr 20 psi (138 kPa) ist, wird kein Fluid ausgestoßen, bis der Kopfdruck größer als 30 psi (207 kPa) ist. Wiederum bleibt der Kopfdruckwährend des Ansaughubes im Wesentlichen konstant.
Sowohl in 7 als auch in 8 wird zu Beginn des Ansaughubes zunächst die Energie von der Spule 28 weg genommen und nach einer kurzen Verzögerung beginnt sich der Anker 30 unter dem Einfluss der Rückholfedern 34 in Richtung einer eingezogenen Position zu bewegen. Dann werden phasengesteuerte Halbwellenimpulse an die Spule 28 angelegt, um den Anker 30 abzubremsen und an einer bestimmten Position, die der angeordneten Hublänge entspricht, zu stoppen. Dann werden geeignete phasengesteuerte Halbwellenimpulse an die Spule 28 angelegt, um zu bewirken, dass der Anker 30 für eine vorgegebene Zeitspanne auf der vorgegebenen Position "schwebt". Dann werden halbwellengleichgerichtete sinusförmige Impulse an die Spule 28 angelegt, um den Ausstoßhub zu starten, wobei die Impulse phasenkontrolliert sind, um Pulsweiten zu erhalten, die zu einem Zustand kurz unterhalb oder genau bei der Sättigung der EPU 26 führen. So wird der Anker 30 so schnell wie möglich ohne überschüssige Wärmeerzeugung und Verschwendung zu einer ausgefahrenen Position (die auch als "untere Umkehrposition" bezeichnet wird) beschleunigt. Danach werden während des Ausstoßhubes schmalere Impulse angelegt, während sich der Anker 30 in Richtung der unteren Umkehrposition bewegt. Nachdem diese Position am Ende des Ausstoßhubes erreicht ist, wird die Energie von der Spule 28 weg genommen und nach einer kurzen Verzögerung beginnt der Anker 30 sich unter dem Einfluss der Rückholfedern 34 in Richtung einer eingezogenen Position zu bewegen und dadurch den Ansaughub des nächsten vollen Pumpenzyklus, wie er zuvor beschreiben worden ist, auszulösen.
Wieder auf 9 Bezug nehmend empfängt der EPU-Treiber Wechselstromenergie von der Energieversorgungseinheit 74, die ebenso Energie an den Mikroprozessor 68 und einem Signalmess-Schnittstellenschaltkreis 76 liefert, der ein Ausgangssignal empfängt, das von dem Positionssensor 60 erzeugt worden ist. Der Null-Erkennungsschaltkreis 70 erkennt Nulldurchgänge in den Wechselstromwellenformen und stellt dem Mikroprozessor 68 ein Interruptsignal für die im Folgenden beschriebenen Zwecke zur Verfügung.
Der Mikroprozessor 68 ist geeignet programmiert, um verschiedene Steuerroutinen auszuführen, von denen Teile in den 10A bis 10G gezeigt sind. Die Hauptsteuerroutinen der vorliegenden Erfindung beinhalten Programmierung zum elektronischen Steuern der Hublänge des Ankers 30 und zum automatischen und elektronischen Ansaugen- und Wiederansaugenlassen der Pumpe (10C bis 10G). Jede Steuerroutine beinhaltet Programmierung zum Anlegen von Energie an den Elektromagneten als eine Funktion der Position des Ankers 30.
Das Programm der 10A und 10B wird kontinuierlich ausgeführt, wird aber periodisch in Reaktion auf die Erzeugung eines Interruptsignals angehalten, um die Ausführung des Programms der 10C bis 10G zu ermöglichen. Dieses Programm der 10A und 10B beinhaltet Befehle, um einen Benutzer aufzufordern, einen oder mehrere Betriebsparameter für die Pumpe einzugeben. Nunmehr Bezug nehmend auf 10A, prüft ein Block 204, um festzustellen, ob ein Pumpe-Ein-Merker gesetzt worden ist, der anzeigt, dass die Pumpe derzeit eingeschaltet ist (ein Benutzer kann eine Start/Stopp-Taste des Tastenfeldes 80 drücken, um den Pumpe-Ein-Merker zu setzen oder zu löschen). Wenn dies wahr ist, stellt ein Block 206 fest, ob ein Hubintervall-Zeitnehmer gleich einem Parameter ist, der als "Hubintervall" bezeichnet wird. Das Hubintervall repräsentiert die Zeitdauer eines vollen Pumpzyklus. Während des ersten Laufs durch das Programm wird das Hubintervall gleich einem Standardwert (Default-Wert) gesetzt und danach wird das Hubintervall durch die Blöcke 240 und 242 aus 10B bestimmt. Der Hubintervall-Zeitnehmer beginnt die Zeitnahme am Ende des Ausstoßhubes. Wenn der Hubintervall-Zeitnehmer gleich dem Hubintervall ist, bestimmt ein Block 207 die Hublänge für den nächsten Hubzyklus. Der Block 207 berechnet die Hublänge, die dem prozentualen Hubvolumen entspricht, unter der Benutzung der Korrekturfaktoren CF1 und CF2. Der Korrekturfaktor CF1 hängt von dem speziellen Pumpenmodell ab und wird in empirisch bestimmt und in der Fabrik programmiert. Der Korrekturfaktor CF2 wird auf die Art und Weise erhalten, die im Folgenden in Verbindung mit 10E beschrieben wird.
Nachdem die Hublänge bestimmt worden ist, setzt Block 208 einen Merker, der anzeigt, dass ein Hub im Gange ist. Ein Block 210 setzt dann den Hubintervall-Zeitnehmer auf Null zurück.
Wenn der Block 204 bestimmt, dass die Pumpe nicht eingeschaltet ist, setzt ein Block 212 den Hubintervall-Zeitnehmer zurück auf Null und hält den Zeitnehmer auf solch einem Wert, bis der Pumpe-Ein-Merker gesetzt wird. Die Steuerung geht von den Blöcken 210 und 212 auf einen Block 214 über. Der Block 214 weist das System an, andere Aufgaben auszuführen, die Aktualisieren der Anzeige, Überwachen der Tastenfeld-Eingabe, Überwachen der Systemeingaben und Aktualisieren des Speichers beinhalten.
Dem Block 214 folgend stellt ein Block 216 fest, ob ein Betriebsmodus zum Programmieren ausgewählt worden ist. Wenn nicht, geht die Steuerung sofort zu einem Block 238 in 10B über. Sonst bewirkt ein Block 218 (10A), dass die Anzeige 82 einer Auswahl anzeigt, die den Benutzer, unter anderem auffordert, anzugeben, ob Programmieren der Pumpe gewünscht ist. Ein Block 220 stellt dann fest, ob der Benutzer einen Betriebsmodus zum Programmieren der Pumpe ausgewählt hat. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung auf einen Block 224 in 10B über.
Nunmehr Bezug nehmend auf 10B stellt der Block 224 fest, ob der Benutzer den vollautomatischen Betriebsmodus ausgewählt hat. Wenn dies der Fall ist, fordert ein Block 226 den Benutzer auf, eine Flussrate einzugeben, und die Steuerung geht dann zum Block 238 über. Wenn der Block 224 feststellt, dass der Benutzer nicht den vollautomatischen Betriebsmodus ausgewählt hat, stellt ein Block 228 fest, ob der Benutzer den halbautomatischen Betriebsmodus ausgewählt hat. Wenn dies der Fall ist, fordert ein Block 230 den Benutzer auf, sowohl eine gewünschte Flussrate als auch entweder eine gewünschte Hubrate oder ein gewünschtes prozentuales Hubvolumen einzugeben. Nachdem der Benutzer die gewünschten Parameter eingegeben hat, geht die Steuerung zum Block 238 über.
Wenn der Block 228 feststellt, dass der Benutzer nicht den halbautomatischen Betriebsmodus ausgewählt hat, stellt ein Block 232 fest, ob der Benutzer den manuellen Betriebsmodus ausgewählt hat. Wenn dies der Fall ist, fordert ein Block 234 den Benutzer auf, sowohl eine gewünschte Hubrate als auch ein gewünschtes pro zentuales Hubvolumen einzugeben, und die Steuerung geht dann zum Block 238 über. Die Steuerung geht auch direkt (unter Umgehung des Blockes 234) zum Block 238 über, wenn der Block 232 feststellt, dass der Benutzer nicht den manuellen Modus ausgewählt hat. Somit gibt der Block 232 dem Benutzer eine Möglichkeit, den Programmier-Betriebsmodus zu verlassen, selbst nachdem er einen Wunsch, die Pumpe zu programmieren, angegeben hat.
Sobald der Betriebsmodus der Pumpe bestimmt worden ist, stellt der Block 238 fest, ob ein Merker gesetzt worden ist, der anzeigt, dass ein Ansaugen bzw. Füllen der Pumpe zu erfolgen hat. Wenn dies der Fall ist, setzt ein Block 240 das prozentuale Hubvolumen auf 100%, die Hubrate gleich der Ansaughubrate und das Hubintervall gleicht einem Ansaughubintervall. Die Ansaughubrate und das Ansaughubintervall sind empirisch bestimmte Werte, die bewirken, dass sich der Anker mit einer ausreichend schnellen Geschwindigkeit bewegt, um ein Ansaugen der Pumpe zu erreichen. Wenn gewünscht, kann der Benutzer alternativ Werte für die Ansaughubrate und das Ansaughubintervall festlegen. Wenn der Block 238 feststellt, dass kein Ansaugen durchgeführt werden muss, berechnet ein Block 242 das prozentuale Hubvolumen und/oder die Hubrate und/oder das Hubintervall in Abhängigkeit von den in Blöcken 224 bis 234 eingegebenen Parametern oder von den Standardparameter der Pumpe. Die Steuerung kehrt von den Blöcken 240, 242 zum Block 204 in 10A zurück.
Nunmehr Bezug nehmend auf 10C, überprüft ein Block 296 die Ausgabe des Signalmess-Schaltkreises 76, um die Position des Ankers 30 zu erkennen, sobald der Mikroprozessor 68 feststellt, dass das in den 10C bis 10E gezeigte Programm auszuführen ist. Ein Block 298 betreibt dann den Signalmess-Schnittstellenschaltkreis 76, um die Größe einer Wechselspannung, die von der Energieversorgungseinheit 74 geliefert wird, wahrzunehmen. Auf den Block 298 folgend überprüft ein Block 300, um festzustellen, ob ein Merker im Inneren des Mikroprozessors 68 gesetzt worden ist, der anzeigt, dass das Pumpen ausgesetzt worden ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung zu einem Block 370 über, um festzustellen, ob 30 Sekunden vergangen sind. Wenn dies der Fall ist, löscht ein Block 372 den ausgesetzten Zustand oder setzt ihn zurück und die Steuerung kehrt nach dem Empfang des nächsten Interrupt-Signals zum Block 296 zurück. Wenn der Block 370 feststellt, dass keine 30 Sekunden vergangen sind, geht die Steuerung zu einem Block 396 in 10E über.
Wenn der Block 300 feststellt, dass das Pumpen nicht ausgesetzt worden ist, prüft ein Block 302, um festzustellen, ob schon ein Ausstoßhub des Ankers 30 im Gange ist. Wenn kein Ausstoßhub im Gange ist, prüft ein Block 308, um festzustellen, ob der Anker einen Saughub abgeschlossen hat (d. h., ob der Anker 30 eine Hubendposition erreicht hat). Dies wird erreicht durch Überprüfen des Zustandes eines Merkers, der als SAUGHUBRÜCKKEHR ABGESCHLOSSEN bezeichnet wird. Wenn die Saughubrückkehr nicht abgeschlossen ist, geht die Steuerung auf einen Block 309 in 10F über. Sonst geht die Steuerung auf einen Block 310 über, der eine Variable HWC (was Halbwellenzyklusnummer bezeichnet) auf einen Wert von Null initialisiert.
Auf Block 310 folgend berechnet ein Block 314 einen maximalen Energiemittelwert APMAX, der während eines Entladhubes nicht überschritten werden darf, wie folgt:
wobei CPMAX ein gespeicherter empirisch bestimmter Wert ist, der die maximale kontinuierliche Energie pro Entladestoß repräsentiert, die bei maximaler Hublänge (SLAMAX), maximaler Hubrate (SPMMAX) und maximalem Druck (SLAMAX und SPMMAX werden auch gespeichert) zulässig ist, und wobei SPM die Hubrate und SLA die Hublänge ist. Der Wert von APMAX repräsentiert die maximale an die Spule 28 anzulegende Energie, oberhalb derer sich während eines Ausstoßhubes keine weitere nützliche Arbeit ergeben wird (tatsächlich wird Erwärmung und ein Rückgang der Leistung auftreten).
Der Block 314 beinhaltet von sich aus auch eine Erhöhung der Energie an die Energieeinheit während des Ausstoßhubes für hochviskose Flüssigkeitszustände. Mit anderen Worten, die Pumpe der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, einen hochviskosen Fluidzustand automatisch (durch Wahrnehmen der Position und Geschwindigkeit des Ankers) zu erkennen und kann die während des Ausstoßhubes an die Energieeinheit angelegte Energie erhöhen, um den Hub während dieses Fluidzustandes erfolgreich abzuschließen.
Somit kann während eines hochviskosen Fluidzustandes die maximale Durchschnittsenergie APMAX pro Ausstoßhub bis auf einen empirisch bestimmten Wert erhöht werden, der größer als die maximale kontinuierliche Energie pro Entladehub CPMAX ist. In diesem Fall kann der Wert von APMAX bis auf ein Niveau von z. B. 150% von CPMAX erhöht werden. Um die maximale durchschnittliche Energie pro Hub APMAX auf solch einen erhöhten Wert zu erhöhen, muss die Hubrate SPM auf ein Niveau verringert werden, das kleiner als die maximale Hubrate SPM-MAX ist. Wenn die Hubrate SPM nicht auf ein Niveau verringert wird, das unterhalb der maximalen Hubrate SPMMAX ist, dann kann die maximale durchschnittliche Energie APMAX pro Hub während eines hochviskosen Fluidzustandes nicht die standardmäßige maximale kontinuierliche Energie CPMAX pro Hub übersteigen.
Block 314 folgend initialisiert ein Block 316 die Variablen TSP (welche die gesamte Hubenergie während eines Entladehubes bezeichnet), SEC (einen Hub-End-Zähler, der am Ende des Ausstoßhubes erhöht wird) und SFC (einen Hub-Fehl-Zähler, der am Ende eines fehlgeschlagenen Ausstoßhubes erhöht wird) auf Null.
Dem Block 316 folgend und dem Block 302 folgend, wenn festgestellt worden ist, dass schon ein Ausstoßhub im Gange ist, erhöht ein Block 318 den Wert von HWC um eins und die Steuerung geht auf einen Block 320 in 10D über. Der Block 320 prüft, um festzustellen, ob der Wert von HWC kleiner oder gleich drei ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung zu einem Block 322 über, der einen gespeicherten Wert MAXHWCOT liest, der die maximale Halbwellenzyklus-Ein-Zeit (d. h., die maximale Halbwellenpulsweite oder Dauer) repräsentiert. Dieser Wert hängt der Frequenz der Wechselstromenergie ab, die an die Energieversorgungseinheit 74 geliefert wird.
Ein Block 324 setzt dann den Wert einer Variablen HWCOTSTROKE (die eine Halbwellenzyklus-Ein-Zeit für diesen Ausstoßhub bezeichnet) auf einen Wert, der gleich MAXHWCOT minus eines Spannungskompensationsterms VCOMP und minus eines Hublängenanpassterms SLA ist. Es ist anzumerken, dass jeder oder beide von VCOMP und SLA berechnet oder in Übereinstimmung mit empirisch erlangten Daten bestimmt werden können und/oder von einem Parameter abhängig sein können. Z. B. kann jeder von einer Anzahl von positiven und/oder negativen empirisch bestimmten Werten für VCOMP in einer Nachschlagetabelle an einer Stelle gespeichert sein, die von dem Spannungwert der Wechselstromleitung, wie er vom Block 298 in 10C wahrgenommen wird, abhängig ist. Der Ausdruck SLA kann in Übereinstimmung mit der Hublänge bestimmt werden. Insbesondere kann jeder eine Anzahl von empirisch bestimmten Werten für SLA in einer Nachschlagetabelle an einer Stelle gespeichert werden, die von der Hublänge abhängt. Block 324 folgend betreibt ein Block 326 dann den EPU-Treiberschaltkreis 72 so, dass ein geeigneter phasengesteuerter halbwellengleichgerichteter Impuls einer Dauer, die von dem aktuellen Wert von HWCOTSTROKE bestimmt wird, an die Spule 28 angelegt wird.
Danach berechnet ein Block 328 die gesamte Energie, die vom Block 326 an die Spule 28 angelegt worden ist, und ein Block 330 addiert einen Wert TSP auf, der die gesamte Energie repräsentiert, die während des gesamten Ausstoßhubes an die Spule 28 angelegt worden ist. Der Wert TSP ist gleich der aufaddierten Energie der vorangehenden Impulse, die während des aktuellen Ausstoßhubes an die Spule 28 angelegt worden sind, sowie der Energie, die von dem Block 326 im aktuellen Lauf durch die Programmierung angelegt worden ist.
Wenn der Block 320 feststellt, dass der Wert von HWC größer als drei ist, prüft ein Block 340, um festzustellen, ob die Position des Ankers 30 größer als 90% der gesamten Hublänge ist (mit anderen Worten, der Block 340 prüft, um festzustellen, ob sich der Anker 30 während des aktuellen Entladehubes über mehr als 90% der berechneten Hublänge bewegt hat). Wenn dies nicht der Fall ist, wird von einem Block 342 der Wert HWCOT wie folgt berechnet: HWCOT = HWCOTSTROKE – CORR
Jeder einer Anzahl von Werten für den Ausdruck CORR in der obigen Gleichung kann in einer Nachschlagetabelle an einer Stelle gespeichert werden, die von der Entfernung, die der Anker 30 seit dem letzten Zyklus zurückgelegt hat, der aktuellen Position des Ankers 30, sowie dem aktuellen Wert von HWC (d. h., die Anzahl der Halbwellen, die während des aktuellen Hubes an die Spule 28 angelegt worden sind) abhängig ist. Die Funktion des Blockes 342 ist es, die während jedes Zyklus angelegte Energie zu verringern, während der Hub fortschreitet. Danach betreibt ein Block 344 den Treiber 72, um einen halbwellengleichgerichteten Impuls, der in Übereinstimmung mit dem Wert von HWCOT geeignet phasengesteuert ist, an die Spule 28 anzulegen. Auf den Block 344 folgend geht die Steuerung auf den Block 328 über.
Wenn der Block 340 feststellt, dass die Position des Ankers 30 innerhalb von 10% der gewünschten oder berechneten Hublänge liegt, steuert ein Block 346 den EPU-Treiber 72, eine Spannung an die Spule 28 anzulegen, die ausreichend ist, um die Spule für einen gewählten Zeitraum, wie z. B. 50 Millisekunden, der von dem Hub-End-Zähler SEC bestimmt wird, auf der Hublänge zu halten. Vorzugsweise wird diese Spannung so ausgewählt, dass sie gerade genug Haltekraft zur Verfügung stellt, um den Anker 30 am Ende der Bewegungsgrenze zu halten, aber nicht so groß, dass sie zu einer signifikanten Menge von verschwendeter Energie führt. Auf den Block 346 folgend erhöht ein Block 148 den Hub-End-Zähler SEC um eins und die Steuerung geht zum Block 328 über.
Sobald die aktuelle Zyklusenergie und die gesamte Hubenergie von den Blöcken 328 und 330 berechnet worden sind, prüft ein Block 350, um festzustellen, ob der Wert von HWC kleiner oder gleich einem maximalen Halbwellenzykluswert MAX-HWC ist, der von dem Mikroprozessor 68 gespeichert worden ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung auf einen Block 352 in 10E über, der prüft, um festzustellen, ob der aktuelle Wert, der in dem Hub-End-Zähler SEC gespeichert ist, größer oder gleich vier ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt die Steuerung beim Empfang des nächsten Interrupts zum Block 296 in 10C zurück. Andererseits, wenn SEC größer oder gleich vier ist, geht die Steuerung zu einem Block 354 über, der prüft, um festzustellen, ob die aktuelle berechnete gesamte Hubenergie TSP kleiner oder gleich der maximalen mittleren Energie ist, die von Block 314 in 10C berechnet worden ist. Wenn auch dies der Fall ist, wird von einem Block 356 ein Merker gesetzt, der anzeigt, dass der aktuelle Hub erfolgreich abgeschlossen worden ist. Der Block 356 setzt auch den Hub-im-Gange-Merker zurück, initialisiert einen 50-Millisekunden-Zeitnehmer auf Null und aktualisiert den zweiten Korrekturfaktor CF2. Der Faktor CF2 wird basierend auf dem Wert von TSP, der während des aktuellen Hubes berechnet worden ist, der gesamten Ausstoßhubzeit und früherer Werte von CF2, wie sie vom Block 356 während früherer Programmdurchgänge berechnet worden sind, aktualisiert. Es ist zu erkennen, dass CF2 am Ende jedes erfolgreichen Hubes aktualisiert wird, und, wie zuvor beschrieben, sein Wert von dem Block 207 in 10A benutzt wird, um die Hublänge zu bestimmen.
Ein Block 357 legt dann Energie an die Spule 28 an, um den Anker 30 in der unteren Umkehrposition zu halten. Dies wird durch Ausführen der Software, die im Detail in 10G (die im Folgenden ausführlicher beschrieben wird) dargestellt ist, erreicht. Ein Block 358 setzte dann den Merker, der anzeigt, dass die Rückkehr des Saughubes abgeschlossen ist, zurück und ein Block 359 beendet den Hub.
Wenn der Block 354 feststellt, dass die gesamte Hubenergie den Wert der maximalen mittleren Energie, die vom Block 314 berechnet worden ist, übersteigt, setzt ein Block 360 einen Merker, der anzeigt, dass der aktuelle Hub erfolglos abgeschlossen worden ist, und setzt einen Merker zurück, der anzeigt, dass kein Ausstoßhub im Gange ist. Der Block 360 initialisiert weiterhin den 50-Millisekunden-Zeitnehmer auf Null. Ein Block 362 erhöht dann den Hub-Fehl-Zähler um eins und ein Block 364 prüft, um festzustellen, ob der Hub-Fehl-Zähler SFC einen aktuellen Wert größer als fünf hat. Wenn dies der Fall ist, wird von einem Block 366 ein Merker gesetzt, der anzeigt, dass der aktuelle Ausstoßhub in einen ausgesetzten Zustand gebracht worden ist, und ein Block 368 startet einen Zeitnehmer, der betrieben wird, um den Merker für den ausgesetzten Zustand für einen bestimmten Zeitraum, z. B. für 30 Sekunden, aufrecht zu erhalten. Die Steuerung kehrt dann beim Empfang des nächsten Interrupts zum Block 296 in 10C zurück, woraufhin ein Block 370 prüft, um festzustellen, ob der 30-Sekunden-Zeitnehmer abgelaufen ist. Sobald dies der Fall ist, löscht ein Block 372 den Merker für den ausgesetzten Zustand oder setzt ihn zurück.
Auf den Block 372 folgend oder auf den Block 370 folgend, wenn der 30-Sekunden-Zeitnehmer nicht abgelaufen ist, kehrt die Steuerung nach dem Empfang des nächsten Interrupts zum Block 296 in 10C zurück.
Wenn der Block 364 feststellt, dass der aktuelle Wert des Hub-Fehl-Zählers SFC nicht größer als fünf ist, geht die Steuerung beim Empfang des nächsten Interrupts zum Block 296 in 10C über.
Wie offensichtlich sein sollte, ist die Wirkung der vorangehenden Programmierung während jedes Ausstoßhubes zunächst, zwei halbwellengleichgerichtete Impulse, die in Übereinstimmung mit den Werten von VCOMP und SLA gesteuert werden, an die Spule 28 anzulegen und danach halbwellengleichgerichtete, phasengesteu erte Impulse anzulegen, bis 90% des Hublängengrenzwertes erreicht sind. Es ist anzumerken, dass die Pumpe alternativ so programmiert werden kann, dass zu Anfang drei halbwellengleichgerichtete Impulse (die ebenso in Übereinstimmung mit den Werten von VCOMP und SLA gesteuert sind) an die Spule 28 angelegt werden. Im Allgemeinen werden die Pulsweiten während dieses Intervalls verkleinert, bis der 90%-Punkt erreicht ist, und danach wird die Halteenergie an die Spule 28 angelegt. Während Impulse an die Spule 28 angelegt werden, wird die Energie, die während des Hubes an die Spule angelegt wird, aufaddiert und, wenn das Energieniveau das maximale durchschnittliche Energieniveau übersteigt, wird die Schlussfolgerung gezogen, dass der Hub erfolglos abgeschlossen worden ist. Wenn fünf oder mehr Hübe erfolglos abgeschlossen werden, wird der weitere Betrieb der Pumpe 20 für 30 Sekunden ausgesetzt.
Die Hauptsteuerroutine zum elektronischen Steuern der Hublänge und zum automatischen und elektronischen Ansaugen und Wiederansaugen der Pumpe, wenn dies erforderlich ist, ist in 10F gezeigt. Das Programm von 10F wird ausgeführt, wenn der Block 308 in 10C feststellt, dass die Rückkehr des aktuellen Saughubes nicht abgeschlossen ist.
Wenn der Saughub nicht abgeschlossen ist, stellt der Block 309 durch Überprüfen, ob der STROKE PENDING-Merker vom Block 208 (10A) gesetzt worden ist, fest, ob ein Saughub im Gange ist. Wenn nicht, geht die Steuerung zu einem Block 396 in 10G über. Andererseits, wenn der Hub im Gange ist, testet Block 380 durch Messen der Hubgeschwindigkeit oder der Geschwindigkeit des Ankers 30 während eines Rückkehr- oder Saughubes, ob ein Verlust des Ansaugens in der Pumpe aufgetreten ist. Ein Block 382 stellt dann fest, ob während des Saughubes ein Verlust des Ansaugens erkannt worden ist. Wenn ein Verlust des Ansaugens erkannt worden ist, stellt ein Block 384 fest, ob automatisches Ansaugen aktiviert worden ist. Wenn automatisches Ansaugen aktiviert worden ist, legt ein Block 386 die Hublänge auf den maximalen elektrischen Wert fest und setzt einen Merker, der anzeigt, dass die Pumpe ansaugt. Ein Block 388 legt dann Energie an die Spule 28 an, um den Anker 30 bei der maximalen elektrischen Hublänge zu stoppen, bevor er auf den in den 4 und 5 gezeigten mechanischen Anschlag 39 trifft. Wenn entweder der Block 382 feststellt, dass kein Verlust des Ansaugens erkannt worden ist, oder wenn der Block 384 feststellt, dass automatisches Ansaugen nicht aktiviert worden ist, geht die Steuerung zu einem Block 387 über, der einen Merker, der anzeigt, dass die Pumpe nicht ansaugt, zurücksetzt. Die Steuerung geht dann zum Block 388 über, wo während eines Saughubes Energie an die Spule 28 angelegt wird, um die Hublänge gemäß der eingegebenen, berechneten oder Standardparameter zu steuern. Die an die Spule während des Saughubes angelegte Energie ist auf einem Niveau, das es den Rückholfedern 34 erlaubt, den Anker 30 mit einer kontrollierten Geschwindigkeit zurückzuholen.
Auf den Block 388 folgend prüft ein Block 390 dann, um festzustellen, ob der Anker 30 sich über eine Strecke, die größer oder gleich der Hublänge ist, bewegt hat. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt die Steuerung zum Block 296 in 10C zurück, wenn das nächste Interrupt empfangen wird. Alternativ erhöht ein Block 391 einen Ende-des-Saughubes-Zeitnehmer, wenn der Block 390 feststellt, dass sich der Anker 30 über eine Strecke bewegt hat, die größer oder gleich der Hublänge ist. Ein Block 392 prüft dann diesen Zeitnehmer, um festzustellen, ob eine vorgegebene Zeitdauer, z. B. 50 Millisekunden, von dem Zeitpunkt in dem die Position des Ankers 30 zuerst die Hublänge erreicht oder überschritten hat, vergangen sind. Dieser Zeitraum wird zur Verfügung gestellt, um es einem Ventilball 385 des ersten Rückschlagventils 52 zu ermöglichen, herunterzufallen und gegenüber einem Lager des Ventils 52 abzuschließen. Wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, setzt ein Block 394 einen Merker, der anzeigt, dass ein Saughub abgeschlossen worden ist und die Steuerung geht beim Empfang des nächsten Interrupt auf den Block 296 in 10C über. Wenn diese vorgegebene Zeitdauer nicht abgelaufen ist, umgeht die Steuerung den Block 394.
10G zeigt Bereiche der Steuerroutine, wenn das Pumpen ausgesetzt worden ist oder während der Hubintervallzeit (d. h. der Zeit zwischen aufeinander folgenden Hubzyklen) der elektromagnetischen Dosierpumpe der vorliegenden Erfindung. Sobald durch den Block 370 in 10C oder den Block 309 der 10F festgestellt worden ist, dass kein Saughub im Gange ist, geht die Steuerung auf den Block 396 in 10G über, der die Position des Ankers 30 misst. Ein Block 398 prüft dann, um festzustellen, ob der Anker in der unteren Umkehrposition oder in der vollständig ausgefahrenen Position ist. Wenn ein Block 400 den Anker 30 auf die Position in der unteren Umkehrposition initialisiert oder zurücksetzt, wenn der Anker in der unteren Umkehrposition ist, legt ein Block 402 ausreichend Energie an die Spule 28 an, um den Anker in dieser Position zu halten. Die Steuerung geht dann von den Blöcken 400 und 402 auf den Block 296 in 10C über, wenn der nächste Interrupt empfangen wird. Die vorliegende Erfindung erzielt wichtige Vorteile gegenüber anderen Pumpen:

1. Die vorliegende Pumpe kann eine automatische, elektronische Hubanpasssteuerung verwirklichen und dadurch die Notwendigkeit eines Hubeinstellknopfes oder einer anderen mechanischen Hubeinstellsteuerung vermeiden.
2. Die vorliegende Pumpe kann automatisch einen Zustand des Verlustes des Ansaugens erkennen und stellt eine automatische Ansaugsteuerung zur Verfügung, wodurch sie die Notwendigkeit für einen Ansaugknopf oder ein anderes Ansauggerät vermeidet.
3. Die Pumpe verbraucht weniger Energie als andere Pumpen vergleichbarer Dimensionierung, da sie Energie als Funktion der Position des Ankers anlegt.
4. Die Pumpe ist wegen geringeren Anschlagens des Ankers 30 am Ende des Hubes aufgrund der Verringerung der Energie (des Anlegens der Energie als einer Funktion der Geschwindigkeit und Position des Ankers), wenn der Anker im Begriff ist, das Polstück 32 zu berühren, leiser als vergleichbare konventionelle elektromagnetische Pumpen. Die Genauigkeit wird ebenso verbessert, da am Ende des Ausstoßhubes weniger Fluidträgheit vorhanden ist, die andernfalls, insbesondere unter bestimmten Umständen, zu Überpumpen führen könnte.
5. Die vorliegende Steuermethode bewirkt aufgrund der Reduktion der Belastung der verschiedenen Komponenten ein längeres Leben der Pumpe. Auch wird die Genauigkeit verbessert, da die Hublänge eine geringere Tendenz hat, mit der Zeit zuzunehmen. Zusätzlich werden Wärme und damit auch wärmebedingte Ausdehnung reduziert und Rückholfedern können weniger steif gemacht werden, was zu einer geringeren Belastung führt.
6. Eine Pumpe, welche die vorliegende Erfindung anwendet, kann Material mit einer höheren Viskosität pumpen, wenn das Material auf einem geringeren Druck ist als der Druck bei voller Leistung. Die Software erkennt aufgrund des Erkennens der Ankerposition in Bezug auf die Zeit automatisch einen hochviskosen Fluidzustand und erhöht die Energie um bis zu 50%, um das viskose Fluid durch das Flüssig keitsende 24 zu zwingen. Dies trägt aufgrund der Fähigkeit, den Hub selbst dann zu beenden, wenn die Chemikalie nur zeitweise viskos wird, zur Genauigkeit bei.
7. Eine Pumpe, welche die vorliegende Erfindung anwendet, kann aufgrund der Fähigkeit, die an die Spule angelegte Energie wie erforderlich zurückzunehmen (d. h. zu reduzieren), ohne Überhitzen bei höheren Spannungen, als die für die sie ausgelegt ist, benutzt werden. Dies bedeutet auch, dass eine Pumpe, welche die vorliegende Erfindung enthält, keine verschiedenen Spulen zur Auslegung für verschiedene Spannungen erfordert.
8. Eine Pumpe, welche die vorliegende Erfindung benutzt, ist in dem Sinne extern programmierbar, dass Pumpeigenschaften durch Ändern der Programmierung des Mikroprozessors geändert werden können.

Wie bereits zuvor angemerkt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Benutzung in einer elektromagnetischen Dosierpumpe beschränkt. Die vorliegende Steuerung kann stattdessen benutzt werden, ein Steuerelement einer hydraulischen Dosierpumpe oder jedes anderen geeigneten Gerätes wie gewünscht zu steuern.
Mehrere Abwandlungen der vorliegenden Erfindung werden angesichts der vorangehenden Beschreibung für Fachleute offensichtlich sein. Dementsprechend ist die Beschreibung nur als veranschaulichend anzusehen und wird zu dem Zweck dargelegt, es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu benutzen und die beste Art ihrer Ausführung zu lehren. Die exklusiven Rechte aller Abwandlungen, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, wird vorbehalten.

Claims

Steuerung für eine Dosierpumpe (20) mit einem bewegbaren Pumpelement (30), wobei das bewegbare Pumpelement über eine Hublänge bewegbar ist, die in Reaktion auf elektrischen Strom, der an eine Antriebseinheit (26) angelegt wird, steuerbar variabel ist, aufweisend: einen Sensor (60), um eine Betriebscharakteristik der Pumpe zu erfassen; und gekennzeichnet durch eine Schaltung (64), die auf den Sensor reagiert und die elektrischen Strom, der an die Antriebseinheit (26) angelegt wird, in Abhängigkeit der erfassten Betriebscharakteristik des Pumpelementes moduliert, um das Ansaugen der Pumpe zu steuern.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (64) die Pumpe automatisch ansaugen lässt.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Dosierpumpe ein bewegbares Pumpelement hat, das abwechselnd in Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar ist, und wobei die Schaltung (64) das Ansaugen der Pumpe und die Hublänge steuert.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Antriebseinheit (26) einen Hubmagneten umfasst.
Steuerung nach Anspruch 4, wobei der Hubmagnet eine Spule (28) aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Pumpelement einen Anker (30) aufweist.
Steuerung nach Anspruch 6, wobei der Sensor (60) einen Positionssensor aufweist, um die Position des Ankers (30) zu erfassen.
Steuerung nach Anspruch 5, wobei die Schaltung eine Treiberschaltung (72) aufweist, die mit der Spule (28) verbunden ist, um elektrischen Strom an sie zu liefern.
Steuerung nach Anspruch 6, weiter umfassend einen programmierten Prozessor (68), der auf den Sensor (60) reagiert, um die Schaltung zu steuern, und wobei die Schaltung (64) elektrischen Strom, der an die Antriebseinheit (26) geliefert wird, in Abhängigkeit von einer Position des Ankers (30) moduliert.
Steuerung nach Anspruch 9, wobei die Schaltung (64) den Strom, der während eines Ausstoßhubes an die Antriebseinheit (26) geliefert wird, abhängig von einer hochviskosen Beschaffenheit der Flüssigkeit erhöht.
Steuerung nach Anspruch 8, wobei die Schaltung (64) den Strom, der während eines Ausstoßhubes an die Spule (28) geliefert wird, in Reaktion auf eine hochviskose Beschaffenheit der Flüssigkeit erhöht.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Pumpe (20) eine elektromagnetische Dosierpumpe aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Pumpe (20) eine hydraulische Dosierpumpe aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei während eines Ansaughubes Strom an die Pumpe (20) angelegt wird, um die Hublänge zu steuern.
Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Pumpelement (30) abwechselnd in Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar ist, und wobei die Schaltung (64) Mittel beinhaltet, um den Strom, der an die Antriebseinheit während eines Saughubes angelegt wird, zu erhöhen, wenn die erfasste Geschwindigkeit des Pumpelementes größer als eine bestimmte Größe ist, und Mittel, um während eines folgenden Ausstoßhubes wieder Strom an die Antriebseinheit anzulegen, um die Pumpe ansaugen zu lassen.
Steuerung nach Anspruch 15, wobei die Pumpe (20) einen mechanischen Anschlag (39) hat, und wobei die Schaltung (64) die Menge des Stroms, der an die Antriebseinheit (26) angelegt wird, erhöht, um zu verhindern, dass das Pumpelement (30) den mechanischen Anschlag (39) berührt.
Steuerung nach Anspruch 15, wobei die Schaltung (64) Mittel beinhaltet, um die Pumpe (20) auf einen Satz von programmierten Parametern zurückzusetzen, nachdem die Pumpe (20) angesaugt hat.
Steuerung nach Anspruch 15, wobei die Schaltung (64) Mittel beinhaltet, um die Pumpe (20) auf einen Satz programmierter Parameter zurückzusetzen, sobald eine bestimmte Ansaugperiode abgelaufen ist.
Steuerung nach Anspruch 18, wobei das Rücksetzmittel einen Zeitnehmer und Mittel zum Festlegen des Satzes programmierbarer Parameter aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei das bewegbare Pumpelement (30) über eine Hublänge bewegbar ist, die in Reaktion auf elektrischen Strom, der an einen Hubmagneten angelegt wird, steuerbar variabel ist, wobei: der Sensor ein Positionssensor (60) ist, um eine Position des Pumpelementes (30) zu erfassen; die Schaltung eine Treiberschaltung (72) ist, die auf den Sensor reagiert und elektrischen Strom, der an den Hubmagneten angelegt wird, in Abhängigkeit von der Position des Pumpelementes (30) moduliert, um die Pumpe automatisch ansaugen zu lassen; wobei das Pumpelement (30) abwechselnd in Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar ist, und wobei die Schaltung (72) Mittel beinhaltet, um Strom, der während eines Ansaughubes an die Antriebseinheit angelegt wird, zu erhöhen, wenn eine erfasste Geschwindigkeit des Pumpelementes größer als eine bestimmte Größe ist, und Mittel, um während eines folgenden Ausstoßhubes wieder Strom an die Antriebseinheit anzulegen, um die Pumpe ansaugen zu lassen.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei der Hubmagnet eine Spule (28) aufweist.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei das Pumpelement einen bewegbaren Anker (30) aufweist.
Steuerung nach Anspruch 22, wobei der Positionssensor (60) die Position des Ankers (30) erfasst.
Steuerung nach Anspruch 21, wobei die Treiberschaltung (72) mit der Spule (28) verbunden ist, um an sie elektrischen Strom anzulegen.
Steuerung nach Anspruch 22, weiter umfassend einen programmierten Prozessor (68), der auf den Sensor reagiert, um die Treiberschaltung (72) zu steuern, und wobei die Schaltung elektrischen Strom, der an den Hubmagneten geliefert wird, in Abhängigkeit von der Position des Ankers (30) moduliert.
Steuerung nach Anspruch 25, wobei die Schaltung den Strom, der während eines Ausstoßhubes an den Hubmagneten geliefert wird, in Abhängigkeit von einer hochviskosen Beschaffenheit der Flüssigkeit erhöht.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei die Dosierpumpe (20) eine elektromagnetische Dosierpumpe aufweist.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei die Pumpe einen mechanischen Anschlag (39) hat und wobei die Schaltung die Menge an Strom, der an die Antriebseinheit (26) angelegt wird, erhöht, um zu verhindern, dass das Pumpelement den mechanischen Anschlag (39) berührt.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei die Schaltung (72) Mittel beinhaltet, um die Pumpe (20) auf einen Satz von programmierten Parametern zurückzusetzen, nachdem die Pumpe (20) angesaugt hat.
Steuerung nach Anspruch 20, wobei die Schaltung (72) Mittel beinhaltet, um die Pumpe (20) auf einen Satz von programmierten Parametern zurückzusetzen, nachdem eine bestimmte Ansaugperiode abgelaufen ist.
Steuerung nach Anspruch 30, wobei das Rücksetzmittel einen Zeitnehmer und Mittel zum Festlegen des Satzes der programmierten Parameter aufweist.
Verfahren, um eine Pumpe (20), die eine Spule (28) und einen Anker (30) hat, der innerhalb eines Bereiches von Positionen bewegbar ist, automatisch ansaugen zu lassen, wobei der Anker in Ansaug- und Ausstoßhüben bewegbar ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Erfassen der Position des Ankers (30); Erhöhen des elektrischen Stroms, der an die Spule (28) während eines Ansaughubes des Ankers (30) angelegt wird, wenn die erfasste Geschwindigkeit des Ankers größer als eine bestimmte Größe ist; und Wiederanlegen von Strom an die Spule (28) während eines folgenden Ausstoßhubes, um die Pumpe (20) ansaugen zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Pumpe einen mechanischen Anschlag (39) hat und wobei das Verfahren den Schritt aufweist, die Menge des Stroms, die an die Spule (28) angelegt wird, zu erhöhen, um zu verhindern, dass der Anker (30) den mechanischen Anschlag (39) berührt.
Verfahren nach Anspruch 32, das zusätzlich den Schritt des Zurücksetzens der Pumpe (20) auf einen Satz von programmierten Parametern umfasst, nachdem die Pumpe (20) angesaugt hat.
Verfahren nach Anspruch 32, das zusätzlich den Schritt des Zurücksetzens der Pumpe (20) auf einen Satz von programmierten Parametern aufweist, sobald eine bestimmte Ansaugperiode abgelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 32, das zusätzlich den Schritt aufweist, während eines Ausstoßhubes Strom in Abhängigkeit von der erfassten Position des Ankers an die Spule (28) zu liefern.