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WO2005081390A1 - Verfahren zur diagnose von betriebszuständen einer synchronpumpe sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur diagnose von betriebszuständen einer synchronpumpe sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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WO2005081390A1
WO2005081390A1 PCT/EP2005/001872 EP2005001872W WO2005081390A1 WO 2005081390 A1 WO2005081390 A1 WO 2005081390A1 EP 2005001872 W EP2005001872 W EP 2005001872W WO 2005081390 A1 WO2005081390 A1 WO 2005081390A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase shift
determined
pump
predetermined
operating state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/001872
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Teipen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG filed Critical Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority to US10/589,521 priority Critical patent/US20070172360A1/en
Priority to EP05715466A priority patent/EP1719241A1/de
Publication of WO2005081390A1 publication Critical patent/WO2005081390A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
    • D06F39/08—Liquid supply or discharge arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • F04D15/0218—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply
    • F04D15/0236—Lack of liquid level being detected by analysing the parameters of the electric drive, e.g. current or power consumption
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00733—Cryptography or similar special procedures in a franking system
    • G07B2017/00822—Cryptography or similar special procedures in a franking system including unique details
    • G07B2017/0083—Postal data, e.g. postage, address, sender, machine ID, vendor

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing operating states of a synchronous pump in a liquid circuit, in particular in a dishwasher or the like.
  • Synchronous pumps that is to say pumps driven by a synchronous motor, are often used in dishwashers to pump the washing water used for cleaning from the bottom of the interior of the device and to convey them back to the spray arms, so that a closed liquid circuit is created. This structure is very common because it saves fresh water.
  • the amount of water circulating remains constant and the synchronous pump for circulating the water works with constant power.
  • Such liquid reservoirs are formed in particular by pots or similar containers which tip over during the washing process, so that their openings point upwards and the washing water distributed from above onto the dishes to be cleaned is collected.
  • Another problem consists in obstructing the water circulation due to contamination of the filter which is arranged in the bottom of the interior of the device at the inlet of the feed line of the synchronous pump.
  • the circulating water volume falls below a certain minimum volume, trouble-free operation of the device cannot be guaranteed. Apart from the fact that the dishes are no longer completely cleaned, there is a risk of damage to the synchronous pump in this case.
  • Document DE 196 30 357.5 AI discloses a device for regulating the amount of water in a dishwasher, in which the torque of the synchronous motor driving the pump is monitored to determine the operating state of the synchronous pump. For this purpose, the current consumption of the stator winding is measured and a metering valve for supplying the rinsing water is controlled as a function thereof, so that a constant control of the circulating water volume is ensured.
  • document DE 24 15 171.1 AI discloses a measurement of the operating state of a synchronous motor based on the phase shift between the AC voltage applied to the motor and the AC current. A currently occurring phase shift can then be assigned to a specific operating state.
  • the known solution is aimed at creating an operating state monitor for synchronous machines with asynchronous start-up and indicating an asynchronous run.
  • the elaborate speed measurements generally used are to be saved and replaced by a less expensive monitoring.
  • this method is only suitable to a very limited extent for the application on which the present invention is based, since not all operating states of a dishwasher can be identified beyond doubt by this previously known method. This applies in particular to the disturbances in the liquid circuit described above.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for diagnosing operating states of a synchronous pump of the type mentioned at the outset, which makes it possible to detect and identify different operating states of the synchronous pump in a simple, reliable and cost-saving manner which correspond to malfunctions in the fluid circuit , in particular a decrease in the circulating water volume below a minimum level and filter contamination.
  • This object is achieved according to the invention by a method according to claim 1.
  • the AC voltage and the AC current at or through the motor are first measured in one measurement step, at least in one measurement.
  • the size of a phase shift that occurs between the AC voltage and the AC current is determined.
  • the determined phase shift is used in a subsequent assignment step to identify a pump operating state.
  • This diagnostic method is based on the knowledge that the phase shift between voltage and current of the synchronous pump can serve as an indicator of a pump malfunction. If, for example, a certain amount of water is withdrawn from the water circuit in the dishwasher, for example by an overturned pot, a change in the phase shift occurs, which is due to the fact that there is an air / water mixture in the pump housing. In this case, countermeasures can be taken to counteract the malfunction. For example, the water volume within the circuit can be supplemented with fresh water. Furthermore, a warning signal can be generated which can be perceived by an operator. All process steps are relatively simple and inexpensive to implement, and the phase shift measurement can be carried out comparatively precisely compared to the conventional processes.
  • the fresh water supply can be precisely tailored to the needs, so that a resource-saving water cycle can be realized.
  • this results in an energy saving effect, since only the water in the circuit has to be heated for the individual rinsing cycles.
  • the size of the phase shift in the assignment step is assigned to a predetermined phase shift value range which is linked to a specific pump operating state.
  • the size of the phase shift is measured at different times in the determination step, so that the time course of the phase shift can be determined from the recorded measured values.
  • a feature of the time course of the phase shift is determined, which is assigned to a predetermined pump operating state in the assignment step.
  • the specific characteristic is preferably assigned to a predetermined characteristic value range which is linked to a pump operating state.
  • the size of the slope of the time profile of the phase shift is preferably determined in the determining step and assigned to a predetermined slope value range which is linked to a pump operating state in the assignment step.
  • the size of the slope of the time course of the phase shift is used to identify the pump operating state, e.g. filter contamination.
  • the determination step comprises a transformation step in which the time course of the phase shift is subjected to a Fourier transformation and the amplitude of the Fourier transforms is determined in a predetermined frequency range.
  • the assignment step serves to assign the previously determined amplitude to a predetermined amplitude value range, which in turn is linked to a pump operating state.
  • the analysis takes place in the frequency domain. If the time course of the phase shift has high-frequency signal components, for example, this can indicate that an air-water mixture is present in the pump housing and the pump cannot work at full capacity.
  • the Fourier transform can preferably be a discrete one
  • DFT Fourier transform
  • FFT Fast Fourier transform
  • the determination of the time course of the phase shift in the determination step can preferably include a moving averaging.
  • the measuring step can preferably include a conversion of the measured AC voltage signal and the measured AC signal into square wave signals.
  • a device for carrying out the method according to the invention comprises a microcontroller with a timer, which comprises a voltage input for receiving a start signal and a current input for receiving a stop signal. These voltage or current inputs are designed to interpret the exceeding of a predetermined voltage or current signal level as a start or stop signal.
  • the content of the timer is proportional to the time interval between the start and the stop signal.
  • the microcontroller also includes a memory for recording the timer content.
  • the size of the phase shift can be measured by the timer of the microcontroller described above.
  • the content of the memory to be called up by further analysis devices is proportional to the phase shift, so that the device according to the invention offers a simple possibility for operating state analysis.
  • the memory comprises a number of memory locations for storing a sequence of memory contents.
  • the microcontroller further preferably comprises an evaluation unit for averaging the memory contents.
  • An interface is preferably used to transmit operating-state-related data from the microcontroller to a control unit for controlling the liquid circuit.
  • the invention is also applicable to washing machines of a suitable design or other machines running in the circulating mode.
  • Fig. 1 shows schematically the voltage and current signals to be measured and their transformation
  • Fig. 2 is a schematic representation of the course of the phase shift
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the functional units of an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a flow chart which explains the method steps according to the invention.
  • phase shift ⁇ ie ⁇ corresponds to a time shift of the zero crossing of the current signal I compared to the voltage signal U.
  • the size of this phase shift ⁇ can be used to diagnose a pump Operating state are used, as will be explained below.
  • the measured voltage and current signals U, I are first processed, namely by conversion into square wave signals U 'and I'. These signals are shown in the right half of FIG. 1 in an upper and lower diagram.
  • the conversion of the voltage signal U into the square-wave signal U ' is carried out by an optocoupler, which converts the analog sine-voltage signal U into a digital square-wave signal. At the same time, this creates a potential separation between the motor voltage and a downstream microcontroller, which is used for evaluation.
  • the motor current is passed through a shunt as a measuring resistor, and the measuring voltage is converted into a square-wave signal by an operational amplifier.
  • the electrical isolation is also ensured in this case by a downstream optocoupler.
  • phase shift ⁇ l occurs. If water is removed from the water circuit in a dishwasher, so that the water volume delivered by the synchronous pump decreases, the phase shift ⁇ 2 between voltage and current signal U ', 1' increases significantly as soon as the water falls below a certain level. This increase in the phase shift can be determined in a determination step that follows the measurement step described above and can be used to determine the operating state of the pump.
  • the measured size of the phase shift can be assigned to a value range in a subsequent assignment step, which in turn corresponds to a predetermined operating state.
  • the difference between the measured variable and a predetermined value of the phase shift can first be determined, corresponding, for example, to a currently measured variable ⁇ 2 of the phase shift according to FIG. 2 and a value ⁇ l in trouble-free normal operation, and this phase shift difference becomes a diagnosis Operating status assigned.
  • measurement is carried out at different points in time.
  • ten the time course of the phase shift ⁇ determined.
  • This offers extensive possibilities to analyze the course of the phase shift and to examine it for characteristic features.
  • a specific feature for example the size of a specific parameter of the time profile of the phase shift ⁇ , can be assigned to a predetermined pump operating state in an assignment step that follows the determination step. This assignment can also include that the feature is assigned, ie classified, to a predetermined feature value range, which is linked to a pump operating state.
  • a microcontroller 10 comprises a timer 12 with a voltage input 14 and a current input 16.
  • the voltage input 14 serves to receive the square-wave voltage signal U ′′, while the current input 16 is used to receive the current square-wave signal I
  • the square-wave signals are adapted to the level of the microcontroller 10.
  • the rising edge of the voltage signal U ' serves as a start signal for the timer 12, while the rising edge of the current signal I' serves as a stop signal
  • the content of the timer 12, which is stored in a memory 18 of the microcontroller 10, is proportional to the time interval between the start signal and the stop signal and thus proportional to the phase shift ⁇ between these signals.
  • the memory 18 may include a number of memory locations that are used to store a sequence of memory contents. In this way, a time course of the phase shift ⁇ over time t can be determined. It is therefore possible to carry out a number of phase shift measurements within a specific time window .DELTA.t, each measurement corresponding to a memory content at a memory location of the memory 18. These measured values are then subjected to a moving averaging with the aid of a software module 20 of the microcontroller 10. The result is a smoothed time profile of the phase shift ⁇ , which can be examined for certain features or parameters.
  • the moving averaging has the advantage that the effects of measurement errors are dampened.
  • the device can also include an interface for transmitting operating-state-related data to a control or regulating unit of the water cycle, such as, for example, a hardware interface of the microcontroller 10 for communication with an external control module. If the microcontroller 10 itself serves to regulate the water cycle, then the
  • FIGS. 4 to 7 Time profiles of the phase shift ⁇ over time t corresponding to different operating states of the synchronous pump are shown in FIGS. 4 to 7.
  • the curves shown are obtained from a large number of measured values which correspond to memory locations of the memory 18 and have been processed by the software module 20 in the manner described above.
  • Fig. 4 shows the start-up phase of the synchronous pump.
  • tl In a first time period tl there is a brief increase in the phase shift.
  • the time course in this area tl also shows high-frequency signal components.
  • a relatively small, constant phase shift occurs without high-frequency signal components. This corresponds to proper operation of the pump with a sufficient volume of water in the circuit, corresponding, for example, to a sufficiently high water level in a dishwasher.
  • FIG. 5 shows the time course of the phase shift .DELTA..phi.
  • a first time range of curve t2 corresponds to the proper operation of the pump already shown in FIG. 4 with a sufficiently high water level.
  • the phase shift ⁇ is relatively small in this time range t2.
  • the phase shift ⁇ increases very quickly in this time range t3 and high-frequency signal components are produced. This trend in the time range t3 is also evident when a small amount of water is removed from the water cycle (e.g. by an overturned pot).
  • different operating states of the pump correspond to different temporal profiles of the phase shift ⁇ .
  • This offers the possibility of inferring the respective operating state from the examination of the phase shift.
  • it is possible to examine certain parameters of the time course of the phase shift ⁇ and their size at certain points, such as the slope of the curve determined. If one considers, for example, the time range t4 in FIG. 5, an approximately linear increase in the phase shift ⁇ over time t is shown here.
  • the slope SI is determined at a specific point in time, this slope SI can be assigned to a specific operating state of the pump, such as a gradual emptying of the pump housing in the present case.
  • the size of the slope SI is then assigned to a predetermined slope value range, i.e. classified, which is linked to a pump operating state.
  • Another possibility is to have a transformation step follow the determination of the temporal course of the phase shift, in which the temporal course of the phase shift is subjected to a Fourier transformation. This is used to examine the frequencies contained in the signal curve, since these provide information about a specific operating behavior. For example, in the time range t3, when there is an air-water mixture in the pump housing, there are high-frequency signal components which do not occur in normal operation, so that the occurrence of such frequency components is a clear indication of a malfunction of the system.
  • the amplitude of the Fourier transforms is therefore determined in a predetermined frequency range, and in the assignment step the determined amplitude is assigned to a predetermined amplitude value range which is linked to a pump operating state.
  • the high frequency components in the presence of an air-water mixture in the pump housing will fall into a predetermined amplitude value range, so that the previously determined amplitude of the Fourier transforms can be clearly classified.
  • the Fourier transform can be a discrete Fourier transform. on (DFT) or the special form of DFT, the so-called Fast Fourier
  • Fig. 6 shows the time course of the phase shift .DELTA..phi.
  • filter contaminations which hinder a sufficient inflow in the pump flow.
  • time range t2 there is continuous filter contamination, which leads to a gradual increase in the phase shift ⁇ until the filter is completely blocked (time range t7) and the phase shift reaches a very high, constant value.
  • the slope S2 in the time range t6 thus provides an indication of the presence of a continuous filter contamination.
  • the size of the slope S2 of the determined time profile of the phase shift ⁇ is determined in the determination step in the manner described above, and in the assignment step the determined size of the slope S2 is assigned to a predetermined slope value range which in the present case corresponds to the operating state of continuous filter contamination.
  • time range t7 The complete contamination of the filter (time range t7) can also occur suddenly if a foreign body gets into the filter. This case is shown in the time ranges t8 and t9. While there is a normal, proper pump operation with a small phase shift ⁇ at time t8, in the case in which the foreign body gets into the filter, the phase shift suddenly increases, so that a very high constant phase shift is achieved in the time range t9. Both operating states can be determined using one of the diagnostic procedures described above.
  • FIG. 7 a case is shown in which the synchronous motor of the pump is in one of its two dead centers and does not start.
  • This operating state can also be diagnosed, since in this case the phase shift signal reaches a very high constant value without high-frequency signal components being present.
  • the lack of high-frequency signal components offers a possibility for diagnosis, in * the Fourier transform described above is carried out and the course of the amplitude of the Fourier transform is examined.
  • the flow chart in FIG. 8 shows a summary of individual steps in the method sequence.
  • the AC voltage U and the motor AC current I applied to the motor are first measured and converted into square-wave signals UM '.
  • the size of the phase shift .DELTA..phi is determined, and the course over time and a moving averaging are carried out.
  • a parameter of the determined curve can be examined in this determination step 32, e.g. the size of the slope.
  • the subsequent assignment step 34 then serves to determine the specific feature, e.g. classify the slope of the curve, i.e.
  • the determination step 32 assigns a predetermined value range, which is linked to a pump operating state, which can correspond to a malfunction of the synchronous pump. It is optionally possible for the determination step 32 to include the above-mentioned transformation step for frequency analysis by means of Fourier transformation and for the amplitude of the Fourier transforms to be classified in the assignment step 34.
  • Four such operating states 36, 38, 40, 42 to be assigned are shown on the right-hand side in FIG. 8, namely the successful start-up of the synchronous pump, the suction of air when the water is low, the non-delivery of the pump in the event of a filter clogging and the non- Start the pump.
  • the diagnostic method according to the invention and the corresponding device are particularly suitable for use in dishwashers, but are not limited to this.
  • the invention can also be used without any problems in connection with liquid circuits of another type, during the operation of which certain operating states of the synchronous pump are to be determined and malfunctions are to be diagnosed.
  • the determination of the phase shift between voltage and current at a single measuring point already provides information about the operating state of the motor with regard to a certain parameter, for example the load torque. Further determinations are made possible if the time course of the phase shift between voltage and current is repeated, temporally successive measurements are determined.
  • the invention includes both variants of the measuring method. However, it is also possible to carry out the method in such a way that only one of the two measurement methods is used. Both process variants are therefore of independent importance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen (36, 38, 40, 42) einer Synchronpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf, insbesonderen in einer Spülmaschine oder dergleichen. In wenigstens einem Mess-Schritt (30) werden die am Pumpenmotor anliegende Wechselspannung (U) und der Motor-Wechselstrom (I) gemessen, in einem Bestimmungs-Schritt (32) wird zu wenigstens einem Zeitpunkt die Größe einer Phasenverschiebung (Δϕ) zwischen der Wechselspannung (U) und dem Wechselstrom (I) gemessen, aus den aufgenommenen Meßwerten wird die Phasenverschiebung (Δϕ) oder deren zeitlicher Verlauf ermittelt und ein Merkmal der Phasenverschiebung (Aϕ) oder deren zeitlicher Verlauf bestimmt, und in einem Zuordnungs-Schritt (34) wird das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand (36, 38, 40, 42) zugeordnet.

Description

Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen einer Synchronpumpe sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen einer Synchronpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf, insbesondere in einer Spülmaschine oder dergleichen.
In Spülmaschinen werden häufig Synchronpumpen, das heißt durch Syn- chronmotor angetriebene Pumpen, dazu verwendet, das zur Reinigung verwendete Spülwasser vom Boden des Innenraums des Gerätes abzupumpen und wieder zu den Sprüharmen zu fördern, so daß ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf geschaffen wird. Dieser Aufbau ist sehr verbreitet, da auf diese Weise Frischwasser gespart werden kann.
Im Idealfall bleibt die zirkulierende Wassermenge konstant, und die Synchronpumpe zum Umwälzen des Wassers arbeitet mit konstanter Leistung. Ein Problem tritt jedoch dann auf, wenn sich Wasser im Maschinen-Innenraum an Stellen speichert, von denen es nicht abfließen oder abgepumpt wer- den kann, so daß es nicht mehr zur Rückführung zu den Sprühdüsen zur Verfügung steht. Solche Flüssigkeits-Reservoirs werden insbesondere durch Töpfe oder ähnliche Behälter gebildet, die während des Spülvorgangs umkippen, so daß ihre Öffnungen nach oben weisen und das von oben auf das zu reinigende Geschirr verteilte Spülwasser gesammelt wird. Ein weiteres Prob- lern besteht in einer Behinderung der Wasserzirkulation durch eine Verschmutzung des Filters, der im Boden des Innenraums des Gerätes am Einlaß der Vorlaufleitung der Synchronpumpe angeordnet ist. Unterschreitet jedoch die zirkulierende Wassermenge ein bestimmtes Mindestvolumen, kann ein störungsfreier Betrieb des Gerätes nicht gewährleistet werden. Abgesehen davon, daß das Geschirr nicht mehr vollständig gereinigt wird, besteht in diesem Fall die Gefahr einer Beschädigung der Synchronpumpe.
Es ist daher erwünscht, den augenblicklichen Betriebszustand des Wasserkreislaufs zu bestimmen und insbesondere zu ermitteln, ob die Pumpe ord- nungsgemäß fördert. Bekannt sind Meßverfahren zur Messung der vor dem Spülvorgang in den Kreislauf eingeleiteten Wassermenge. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, das Wasser über ein Laufrad zu leiten, dessen Umdrehungszahl proportional zum über das Laufrad geleiteten Wasservolumen ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß sie preiswert zu realisieren ist, liefert jedoch relativ ungenaue Meßergebnisse.. Eine ständige Kontrolle des zirkulierenden Wasservolumens während des Betriebs der Maschine wird hierdurch nicht gewährleistet.
Das Dokument DE 196 30 357.5 AI offenbart eine Vorrichtung zur Regelung der Wassermenge in einer Geschirrspülmaschine, bei welcher zur Bestimmung des Betriebszustandes der Synchronpumpe das Drehmoment des die Pumpe antreibenden Synchronmotors überwacht wird. Zu diesem Zweck wird die Stromaufnahme der Ständerwicklung gemessen und in Abhängigkeit davon ein Dosierventil für die Zuführung des Spülwassers gesteuert, so daß eine ständige Kontrolle des zirkulierenden Wasservolumens gewährleistet wird.
Ferner offenbart das Dokument DE 24 15 171.1 AI eine Messung des Betriebszustandes eines Synchronmotors anhand der Phasenverschiebung zwischen der am Motor anliegenden Wechselspannung und dem Wechselstrom. Eine aktuell auftretende Phasenverschiebung läßt sich dann einem bestimm- ten Betriebszustand zuordnen. Die bekannte Lösung ist darauf gerichtet, eine Betriebszustand-Überwachung für Synchronmaschinen mit asynchronem Anlauf zu schaffen und einen asynchronen Lauf anzuzeigen. Es sollen die im allgemeinen verwendeten aufwendigen Drehzahlmessungen eingespart und durch eine weniger kostspielige Überwachung ersetzt werden. Für den An- wendungsfall, der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, ist dieses Verfahren jedoch nur in sehr eingeschränktem Maße geeignet, da sich nicht alle Betriebszustände einer Geschirrspülmaschine durch dieses vorbekannte Verfahren zweifelsfrei identifizieren lassen. Insbesondere gilt dies für die oben beschriebenen Störungen im Flüssigkeitskreislauf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen einer Synchronpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, das es auf möglichst einfache, zuverlässige und kostensparende Weise ermöglicht, unterschiedliche Betriebszustände der Synchronpumpe zu detektieren und zu identifizieren, die Fehlfunktionen im Flüssigkeitskreislauf entsprechen, insbesondere einem Absinken des zirkulierenden Wasservolumens unter ein Mindestniveau und einer Filterverschmutzung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst in einem Meß- Schritt wenigstens in einer Messung die Wechselspannung und der Wechselstrom am bzw. durch den Motor gemessen. In einem anschließenden Bestimmungs-Schritt wird die Größe einer Phasenverschiebung bestimmt, die zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom auftritt. Die bestimmte Phasenverschiebung wird in einem nachfolgenden Zuordnungs-Schritt dazu benutzt, einen Pumpen-Betriebszustand zu identifizieren.
Dieses Diagnoseverfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom der Synchronpumpe als Indikator für eine Pumpen-Fehlfunktion dienen kann. Wird beispielsweise dem Wasser - kreislauf in der Spülmaschine eine bestimmte Wassermenge entzogen, etwa durch einen umgekippten Topf, so tritt eine Änderung der Phasenverschiebung auf, die darauf zurückzuführen ist, daß im Pumpengehäuse ein Luft- Wasser-Gemisch vorliegt. In diesem Fall können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, die der Fehlfunktion entgegenwirken. Beispielsweise kann das Wasservolumen innerhalb des Kreislaufs durch Frischwasser ergänzt werden. Ferner kann ein Warnsignal erzeugt werden, das durch eine Bedienungsperson wahrzunehmen ist. Sämtliche Verfahrensschritte sind relativ einfach und preiswert zu realisieren, und die Phasenverschiebungs-Messung kann gegenüber den herkömmlichen Verfahren vergleichsweise genau durchgeführt wer- den. Durch die ständige Wasserstandskontrolle kann die Frischwasserzuführung genau am Bedarf orientiert werden, so daß ein ressourcensparender Wasserkreislauf realisiert werden kann. Außerdem wird hierdurch ein Energiespareffekt erreicht, da nur das im Kreislauf befindliche Wasser für die einzelnen Spülgänge aufgeheizt werden muß.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Größe der Phasenverschiebung im Zuordnungs-Schritt einem vorbestimmten Phasenverschiebungs-Wertebereich zugeordnet, der mit einem bestimmten Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
Ferner kann vorzugsweise im Bestimmungs-Schritt die Differenz zwischen der gemessenen Größe der Phasenverschiebung und einer gespeicherten vorgege- benen Phasenverschiebung bestimmt werden, und im nachfolgenden Zuordnungs-Schritt wird diese Phasenverschiebungs-Differenz einem Pumpen-Betriebszustand zugeordnet. In diesem Fall wird also nicht die gemessene Größe der Phasenverschiebung, sondern deren Abweichung von einem vorbestimm- ten Soll-Wert zur Identifikation des Zustande der Pumpe herangezogen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird im Bestimmungs- Schritt die Größe der Phasenverschiebung zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen, so daß aus den aufgenommenen Meßwerten der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung ermittelt werden kann. Es wird ein Merkmal des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung bestimmt, das im Zuordnungs-Schritt einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand zugeordnet wird.
Bevorzugt wird hierbei das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten Merk- mals-Wertebereich zugeordnet, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
Vorzugsweise wird im Bestimmungs-Schritt die Größe der Steigung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung bestimmt und im Zuordnungs-Schritt einem vorbestimmten Steigungs-Wertebereich zugeordnet, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist. Hier wird also die Größe der Steigung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung zur Erkennung des Pumpen- Betriebszustands, z.B einer Filterverschmutzung genutzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Bestimmungs- Schritt einen Transformations-Schritt, in welchem der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung einer Fourier -Transformation unterzogen wird und die Amplitude der Fourier -Transformierten in einem vorbestimmten Frequenzbereich bestimmt wird. Der Zuordnungs-Schritt dient in diesem Fall dazu, die zuvor bestimmte Amplitude einem vorbestimmten Amplituden-Wertebereich zuzuordnen, der wiederum mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
Die Analyse findet in diesem Fall also im Frequenzbereich statt. Weist der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung beispielsweise hochfrequente Sig- nalanteile auf, so kann dies darauf hindeuten, daß im Pumpengehäuse ein Luft-Wasser-Gemisch vorliegt und die Pumpe nicht mit voller Leistung arbeiten kann. Vorzugsweise kann es sich bei der Fourier -Transformation um eine diskrete
Fourier -Transformation (DFT) oder um die spezielle Form der DFT, die sogenannte Fast-Fourier -Transformation (FFT) handeln.
Die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung im Bestimmungs-Schritt kann vorzugsweise eine gleitende Mittelung beinhalten.
Der Meß-Schritt kann vorzugsweise eine Umwandlung des gemessenen Wech- selspannungs-Signals und des gemessenen Wechselstrom-Signals in Recht- ecksignale beinhalten.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt einen Microcontroller mit einem Timer, der einen Spannungs-Eingang zur Aufnahme eines Start-Signals und einen Strom-Eingang zur Aufnahme ei- nes Stopp-Signals umfaßt. Diese Spannungs- bzw. Stromeingänge sind dazu ausgebildet, das Überschreiten eines vorbestimmten Spannungs- bzw. Stromsignal-Pegels als Start- bzw. Stop-Signal zu interpretieren. Der Inhalt des Timers ist zum zeitlichen Abstand zwischen dem Start- und dem Stop-Signal proportional. Der Microcontroller umfaßt ferner einen Speicher zur Aufnahme des Timer -Inhalts.
Durch den Timer des vorstehend beschriebenen Microcontrollers läßt sich die Größe der Phasenverschiebung messen. Der durch weitere Analyseeinrichtungen abzurufende Inhalt des Speichers ist proportional zur Phasenverschie- bung, so daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache Möglichkeit zur Betriebszustandsanalyse geboten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Speicher eine Anzahl von Speicherplätzen zur Speicherung einer Abfolge von Speicherinhalten.
Weiter vorzugsweise umfaßt der Microcontroller eine Auswertungseinheit zur Mittelung der Speicherinhalte.
Vorzugsweise dient eine Schnittstelle zur Übermittlung betriebszustandsbezo- gener Daten vom Microcontroller an eine Steuereinheit zur Steuerung des Flüssigkeitskr eislaufs . Die Erfindung ist auch auf Waschmaschinen geeigneter Bauart oder andere im Umwälzbetrieb laufende Maschinen anwendbar.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an- hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die zu messenden Spannungs- und Strom- Signale sowie deren Umformung; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Verlaufs der Phasenverschiebung;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Funktionseinheiten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
Fig. 4 bis 7 zeigen den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung entsprechend verschiedenen Pumpen-Betriebszuständen; und Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte erläutert.
Fig. 1 zeigt vier Diagramme, in denen jeweils der Verlauf eines Spannungsund eines Strom-Signals gegen die Zeit t aufgetragen ist. Das linke obere Dia- gramm zeigt den sinusförmigen Verlauf der Spannung U, die an einer Synchronpumpe eines Flüssigkeitskreislaufs anliegt, während das linke untere Diagramm den ebenfalls sinusförmigen Verlauf des Stroms I zeigt. Die beiden Sinuskurven des Spannungs -Signals U und des Stromsignals I sind um eine Phasenverschiebung Δφ gegeneinander verschoben, d.h. Δφ entspricht einer zeitlichen Verschiebung des Nulldurchgangs des Stromsignals I gegenüber dem Spannungs-Signal U. Die Größe dieser Phasenverschiebung Δφ kann erfindungsgemäß zur Diagnose eines Pumpen-Betriebszustands verwendet werden, wie nachfolgend noch erläutert werden soll. Zu diesem Zweck werden Spannung U und Strom I am Motor in einem Meß-Schritt gemessen, und nachfolgend wird in einem Bestimmungs-Schritt die Größe der Phasenverschiebung Δφ bestimmt. Vor der weiteren Auswertung werden die gemessenen Spannungs- und Stromsignale U,I zunächst bearbeitet, und zwar durch Umwandlung in Rechtecksignale U' bzw. I'. Diese Signale sind in der rechten Hälfte von Fig. 1 in einem oberen und unteren Diagramm dargestellt. Im einzelnen geschieht die Um- Wandlung des Spannungs-Signals U in das Rechtecksignal U' durch einen Optokoppler, der das analoge Sinus-Spannungs-Signal U in ein digitales Rechtecksignal wandelt. Gleichzeitig wird hierdurch eine Potentialtrennung zwischen der Motorspannung und einem nachgeschalteten Microcontroller hergestellt, der zur Auswertung dient. Zur Umwandlung des Sinus-Stromsig- nals I in das Rechtecksignal I' wird der Motorstrom über einen Shunt als Meßwiderstand geleitet, und die Meßspannung wird durch einen Operationsverstärker in ein Rechtecksignal gewandelt. Die Potentialtrennung wird auch in diesem Fall durch einen nachgeschalteten Optokoppler gewährleistet.
In Fig. 2 sind diese bearbeiteten Signale UM' gemeinsam dargestellt. Die Abszisse entspricht auch in diesem Fall der Zeit t, während die Ordinate der Amplitude der Signale entspricht. Im Normalbetrieb der Pumpe, in dem diese vollständig mit Wasser gefüllt ist, tritt eine bestimmte Phasenverschiebung Δφl auf. Wird dem Wasserkreislauf in einer Spülmaschine Wasser entzogen, so daß das durch die Synchronpumpe geförderte Wasservolumen abnimmt, wächst die Phasenverschiebung Δφ2 zwischen Spannungs- und Stromsignal U',1' deutlich an, sobald ein bestimmter Wasserstand unterschritten wird. Diese Vergrößerung der Phasenverschiebung kann in einem Bestimmungs- Schritt, der dem zuvor beschriebenen Meß-Schritt nachfolgt, bestimmt und dazu verwendet werden, den Betriebszustand der Pumpe zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann die gemessene Größe der Phasenverschiebung in einem nachfolgenden Zuordnungs-Schritt einem Wertebereich zugeordnet werden, der wiederum einem vorbestimmten Betriebszustand entspricht. Wahlweise kann zunächst die Differenz zwischen der gemessenen Größe und einem vor- bestimmten Wert der Phasenverschiebung bestimmt werden, entsprechend beispielsweise einer aktuell gemessenen Größe Δφ2 der Phasenverschiebung gemäß Fig. 2 und einem Wert Δφl im störungsfreien Normalbetrieb, und diese Phasenverschiebungs-Differenz wird einem zu diagnostizierenden Betriebszustand zugeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, die im folgenden näher betrachtet werden soll, wird durch Messung an verschiedenen Zeitpunk- ten der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung Δφ ermittelt. Dies bietet umfangreiche Möglichkeiten, den Verlauf der Phasenverschiebung zu analysieren und auf charakteristische Merkmale hin zu untersuchen. Ein bestimmtes Merkmal, also z.B. die Größe eines bestimmten Parameters des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δφ läßt sich in einem Zuordnungs-Schritt, der dem Bestimmungs-Schritt folgt, einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand zuordnen. Diese Zuordnung kann auch beinhalten, daß das Merkmal einem vorbestimmten Merkmals -Wertebereich zugeordnet, d.h. klassifiziert wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
Das Blockdiagramm in Fig. 3 zeigt funktioneile Bestandteile einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein Microcontroller 10 umfaßt einen Timer 12 mit einem Spannungs-Eingang 14 und einem Strom-Eingang 16. Der Spannungs-Eingang 14 dient zur Aufnahme des Rechteck-Spannungs-Signals U", während der Strom-Eingang 16 zur Aufnahme des Strom-Rechtecksignals I' dient. Die Rechtecksignale sind zu diesem Zweck an den Pegel des Microcontrollers 10 angepaßt. Die steigende Flanke des Spannungs-Signals U' dient als Start-Signal für den Timer 12, während die steigende Flanke des Strom-Signals I' als Stop-Signal dient. Der Inhalt des Timers 12, der in einem Speicher 18 des Microcontrollers 10 gespeichert wird, ist proportional zum zeitlichen Abstand zwischen Start-Signal und Stop-Signal und damit proportional zur Phasenverschiebung Δφ zwischen diesen Signalen.
Der Speicher 18 kann eine Anzahl von Speicherplätzen umfassen, die zur Speicherung einer Abfolge von Speicherinhalten dienen. Auf diese Weise läßt sich ein zeitlicher Verlauf der Phasenverschiebung Δφ über die Zeit t hinweg bestimmen. Es ist also möglich, innerhalb eines bestimmten Zeitfensters Δt eine Anzahl von Phasenverschiebungs-Messungen durchzuführen, wobei jede Messung einem Speicherinhalt an einer Speicherstelle des Speichers 18 ent- spricht. Anschließend werden diese Meßwerte mit Hilfe eines Software-Moduls 20 des Microcontrollers 10 einer gleitenden Mittelung unterzogen. Das Resultat ist ein geglätteter zeitlicher Verlauf der Phasenverschiebung Δφ, der auf bestimmte Merkmale bzw. Parameter hin untersucht werden kann. Die gleitende Mittelung bietet den Vorteil, daß die Auswirkungen von Meßfehlern gedämpft werden. Außerdem kann auf diese Weise die Analyse der charakteristischen Merkmale des Phasenverschiebungsverlaufs nach jedem neuen Meßvorgang durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann ferner eine Schnittstelle zur Übermittlung betriebszu- standsbezogener Daten an eine Steuer- oder Regeleinheit des Wasserkreislaufs umfassen, wie beispielsweise eine Hardware-Schnittstelle des Microcontrollers 10 zur Kommunikation mit einem externen Steuermodul. Dient der Microcontroller 10 selbst zur Regelung des Wasserkreislaufs, so wird die
Kommunikation intern durch eine Software-Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen den jeweils zuständigen Software-Modulen realisiert.
Zeitliche Verläufe der Phasenverschiebung Δφ über die Zeit t entsprechend verschiedenen Betriebszuständen der Synchronpumpe sind in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Die gezeigten Kurven werden aus einer großen Anzahl von Meßwerten gewonnen, die Speicherstellen des Speichers 18 entsprechen und durch das Softwaremodul 20 in der oben beschriebenen Weise bearbeitet worden sind. Fig. 4 zeigt die Anlaufphase der Synchronpumpe. In einem ersten Zeitbereich tl kommt es zu einem kurzzeitigen Anstieg der Phasenverschiebung. Der zeitliche Verlauf in diesem Bereich tl zeigt ferner hochfrequente Signalanteile. In dem darauf folgenden Zeitbereich t2 stellt sich eine relativ kleine, konstante Phasenverschiebung ohne hochfrequente Signalanteile ein. Dies entspricht einem ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe bei einem ausrei- chenden Wasservolumen im Kreislauf, entsprechend beispielsweise einem ausreichend hohen Wasserstand in einer Spülmaschine.
Hingegen zeigt Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung Δφ beim Abpumpen des Wassers, wobei Luft in das Pumpengehäuse gelangt. Ein erster Zeitbereich der Kurve t2 entspricht dem bereits in Fig. 4 dargestellten ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe bei ausreichend hohem Wasserstand. Die Phasenverschiebung Δφ ist in diesem Zeitbereich t2 relativ klein. Gelangt jedoch zusätzlich Luft in das Pumpengehäuse, so daß ein Luft-Wasser-Gemisch vorliegt, steigt die Phasenverschiebung Δφ in diesem Zeitbereich t3 sehr schnell an und es stellen sich hochfrequente Signalanteile ein. Dieser Verlauf im Zeitbereich t3 zeigt sich auch dann, wenn dem Wasserkreislauf eine kleinere Menge Wasser (z.B. durch einen umgekippten Topf) entzogen wird.
Entleert sich das Pumpengehäuse im Zeitbereich t4 allmählich, so steigt die Phasenverschiebung von dem in t3 gehaltenen annähernd konstanten Wert allmählich an, bis schließlich im Zeitbereich t5 ein konstanter hoher Phasenverschiebungs-Wert erreicht wird, der einer vollständigen Entleerung des Pumpengehäuses entspricht. Dieser Fall tritt ein, wenn dem Kreislauf das
Wasser vollständig entzogen worden ist.
Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, entsprechen verschiedene Betriebszustände der Pumpe verschiedenen zeitlichen Verläufen der Phasenverschiebung Δφ. Dies bietet die Möglichkeit, aus der Untersuchung der Phasenverschiebung auf den jeweiligen Betriebszustand zu schließen. Insbesondere ist es möglich, bestimmte Parameter des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δφ und deren Größe an bestimmten Punkten zu untersuchen, wie etwa die Steigung der ermittelten Kurve. Betrachtet man beispielsweise den Zeitbereich t4 in Fig. 5, so zeigt sich hier ein näherungsweise linearer Anstieg der Phasenverschiebung Δφ mit der Zeit t. Bestimmt man die Steigung SI an einem bestimmten Zeitpunkt, so läßt sich diese Steigung SI einem bestimmten Betriebszustand der Pumpe zuordnen, wie etwa im vorliegenden Fall einer all- mählichen Entleerung des Pumpengehäuses. Im Zuordnungs-Schritt wird dann die Größe der Steigung SI einem vorbestimmten Steigungs-Wertebe- reich zugeordnet, d.h. klassifiziert, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung einen Transformations-Schritt folgen zu lassen, in dem der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung einer Fourier - Transformation unterzogen wird. Dies dient dazu, die im Signalverlauf enthaltenen Frequenzen zu untersuchen, da diese Aufschluß auf ein bestimmtes Betriebsverhalten geben. Beispielsweise sind im Zeitbereich t3 bei einem Vorliegen eines Luft-Wasser-Gemischs im Pumpengehäuse hochfrequente Signalanteile enthalten, die im Normalbetrieb nicht auftreten, so daß das Auftreten solcher Frequenzanteile ein klares Indiz für eine Fehlfunktion des Systems ist. Es wird daher die Amplitude der Fourier -Transformierten in einem vorbe- stimmten Frequenzbereich bestimmt, und in dem Zuordnungsschritt wird die bestimmte Amplitude einem vorbestimmten Amplituden-Wertebereich zugeordnet, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist. Beispielsweise werden im vorliegenden Fall die hohen Frequenzanteile beim Vorliegen eines Luft-Wasser-Gemischs im Pumpengehäuse in einen vorbestimmten Amplitu- den-Wertebereich fallen, so daß eine eindeutige Klassifizierung der zuvor bestimmten Amplitude der Fourier -Transformierten möglich ist. Bei der Fou- rier-Transformation kann es sich um eine diskrete Fourier-Transformati- on (DFT) oder um die spezielle Form der DFT, die sogenannte Fast-Fourier-
Transformation (FFT) handeln, die vom Softwaremodul 20 des Microcontrollers 10 rechnerisch durchgeführt werden kann.
Im folgenden sollen weitere charakteristische Signalverläufe beschrieben werden.
Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung Δφ im Fall von Filterverschmutzungen, die einen ausreichenden Zustrom im Pumpen- Vorlauf behindern. Ausgehend vom normalen Pumpenbetrieb im Zeitbereich t2 kommt es hier zu einer kontinuierlichen Filterverschmutzung, die zu einem allmählichen Anstieg der Phasenverschiebung Δφ führt, bis der Filter vollständig verstopft ist (Zeitbereich t7) und die Phasenverschiebung einen sehr hohen, konstanten Wert erreicht. Die Steigung S2 im Zeitbereich t6 bie- tet somit einen Anhaltspunkt für das Vorliegen einer kontinuierlichen Filter - Verschmutzung. Zur Diagnose dieses Betriebszustands wird also in der zuvor beschriebenen Weise im Bestimmungs-Schritt die Größe der Steigung S2 des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δφ bestimmt, und im Zuordnungs-Schritt wird die bestimmte Größe der Steigung S2 einem vorbe- stimmten Steigungs Wertebereich zugeordnet, der im vorliegenden Fall dem Betriebszustand einer kontinuierlichen Filterverschmutzung entspricht.
Die vollständige Verschmutzung des Filters (Zeitbereich t7) kann auch schlagartig auftreten, wenn ein Fremdkörper in den Filter gelangt. Dieser Fall ist in den Zeitbereichen t8 und t9 dargestellt. Während zur Zeit t8 ein normaler, ordnungsgemäßer Pumpenbetrieb mit kleiner Phasenverschiebung Δφ vorliegt, steigt in dem Fall, in dem der Fremdkörper in den Filter gelangt, die Phasenverschiebung schlagartig an, so daß eine sehr hohe konstante Phasenverschiebung im Zeitbereich t9 erreicht wird. Beide Betriebszustände lassen sich mit Hilfe eines der oben beschriebenen Diagnose-Verfahren feststellen.
Schließlich ist in Fig. 7 ein Fall dargestellt, in dem sich der Synchronmotor der Pumpe in einem seiner beiden Totpunkte befindet und nicht anläuft. Auch dieser Betriebszustand ist diagnostizierbar, da das Phasenverschie- bungs-Signal in diesem Fall einen sehr hohen konstanten Wert erreicht, ohne daß hochfrequente Signalanteile vorhanden sind. Beispielsweise bietet hier das Fehlen hochfrequenter Signalanteile eine Möglichkeit zur Diagnose, in* dem die oben beschriebene Fourier -Transformation durchgeführt wird und der Verlauf der Amplitude der Fourier -Transformierten untersucht wird.
Das Flußdiagramm in Fig. 8 zeigt zusammenfassend einzelne Schritte des Verfahrensablaufs. In dem Meß-Schritt 30 werden zunächst die am Motor anliegende Wechselspannung U und der Motor-Wechselstrom I gemessen und in Rechteck-Signale UM' umgewandelt. Im anschließenden Bestimmungs-Schritt 32 wird die Größe der Phasenverschiebung Δφ zwischen der Wechselspannung U' und dem Wechselstrom I' bestimmt, und es wird eine Ermittlung des zeitli- chen Verlaufs sowie eine gleitende Mittelung durchgeführt. Außerdem kann in diesem Bestimmungs-Schritt 32 ein Parameter der ermittelten Kurve untersucht werden, also z.B. die Größe der Steigung. Der nachfolgende Zuordnungs-Schritt 34 dient dann dazu, das bestimmte Merkmal, also z.B. die Steigung der Kurve zu klassifizieren, d.h. einem vorbestimmten Wertebereich zuzuordnen, der mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist, der einer Fehlfunktion der Synchronpumpe entsprechen kann. Wahlweise ist es möglich, daß der Bestimmungs-Schritt 32 den oben erwähnten Transformations- Schritt zur Frequenzanalyse mittels Fouriertransformation umfaßt und im Zuordnungs-Schritt 34 die Amplitude der Fouriertransformierten klassifiziert wird. Vier solcher zuzuordnender Betriebszustände 36,38,40,42 sind auf der rechten Seite in Fig. 8 dargestellt, nämlich das erfolgreiche Anlaufen der Synchronpumpe, das Ansaugen von Luft bei einem Wasserniedrigstand, das Nicht-Fördern der Pumpe bei einer Filterverstopfung und das Nicht-Anlaufen der Pumpe.
Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren sowie die entsprechende Vorrichtung eignen sich insbesondere zum Einsatz in Spülmaschinen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung ist ohne weiteres auch im Zusammenhang mit Flüssigkeitskreisläufen anderer Art verwendbar, bei deren Be- trieb bestimmte Betriebszustände der Synchronpumpe festgestellt und Fehlfunktionen diagnostiziert werden sollen.
Bereits die Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in einem einzelnen Meßpunkt liefert Auskünfte über den Betriebszu- stand des Motors im Hinblick auf einen bestimmten Parameter, beispielsweise das Lastmoment. Weitere Ermittlungen werden ermöglicht, wenn der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom durch meh- rere, zeitlich aufeinander folgende Messungen festgestellt wird. Die Erfindung schließt beide Varianten des Meßverfahrens ein. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren so durchzuführen, daß nur eine der beiden Meßmethoden eingesetzt wird. Beide Verfahrensvarianten haben daher auch selbständige Bedeutung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen (36,38,40,42) einer Synchronpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf, insbesondere in einer Spülma- schine oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem
Meß-Schritt (30) die am Pumpenmotor anliegende Wechselspannung (U) und der Motor -Wechselstrom (I) gemessen werden, daß in einem Bestimmungs- Schritt (32) zu wenigstens einem Zeitpunkt die Größe einer Phasenverschiebung (Δφ) zwischen der Wechselspannung (U) und dem Wechselstrom (I) ge- messen wird, aus den aufgenommenen Meßwerten die Phasenverschiebung (Δφ) oder deren zeitlicher Verlauf ermittelt wird und ein Merkmal der Phasenverschiebung (Δφ) oder deren zeitlicher Verlauf bestimmt wird, und daß in einem Zuordnungs-Schritt (34) das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) zugeordnet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Phasenverschiebung (Δφ) im Zuordnungs-Schritt (34) einem vorbestimmten Phasenverschiebungs-Wertebereich zugeordnet wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) , insbesondere dem Zustand "Wassernied- rigstand" verknüpft ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bestimmungs-Schritt (32) die Differenz zwischen der gemessenen Größe der Phasenverschiebung (Δφ2) und einer gespeicherten vorgegebenen Phasenverschiebung (Δφl) bestimmt wird, und daß im Zuordnungs-Schritt (34) die so bestimmte Phasenverschiebungs-Differenz einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) zugeordnet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Be- stimmungs-Schritt (32) die Größe der Phasenverschiebung (Δφ) zwischen der
Wechselspannung (U) und dem Wechselstrom (I) zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt wird, aus den aufgenommenen Meßwerten der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung (Δφ) ermittelt wird und ein Merkmal des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung (Δφ) bestimmt wird, und daß im Zuord- nungs-Schritt (34) das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) zugeordnet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuordnungs-Schritt (34) das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten Merkmals- Wertebereich zugeordnet wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) verknüpft ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bestimmungs-Schritt (32) die Größe der Steigung (S1 ,S2) des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung (Δφ) bestimmt wird, und daß in dem Zuordnungs- Schritt (34) die bestimmte Größe der Steigung (S1.S2) einem vorbestimmten Steigungs-Wertebereich zugeordnet wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) verknüpft ist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestimmungs-Schritt (32) einen Transformations-Schritt umfaßt, in welchem der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung einer Fouriertransformation unterzogen wird und die Amplitude des Fouriertransformierten in einem vorbestimmten Frequenzbereich bestimmt wird, und daß in dem nachfolgenden Zuordnungs-Schritt (34) die bestimmte Amplitude einem vorbestimmten Amplituden-Wertebereich zugeordnet wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand (36,38,40,42) verknüpft ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Fouriertransformation um eine diskrete Fouriertransformation (DFT) oder um eine Fast Fourier Transformation (FFT) handelt.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung im Bestimmung-Schritt (32) eine gleitende Mittelung beinhaltet.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-Schritt (30) eine Umwandlung des gemessenen Wechselspannungs-Signals (U) und des gemessenen Wechselstrom-Signals (I) in Rechtecksignale (UM') beinhaltet.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Microcontroller (10) mit einem Timer (12), der einen Spannungs-Eingang (14) zur Aufnahme eines Start-Signals und einen Strom-Eingang (16) zur Aufnahme eines Stop-Signals umfaßt, welche Spannungs- bzw. Strom-Eingänge (14, 16) dazu ausgebildet sind, das Überschreiten eines vorbestimmten Spannungs- bzw. Stromsignalpegels als Start- bzw. Stop-Signal zu interpretieren, wobei der Timer-Inhalt zum zeitlichen Abstand zwischen Start-Signal und Stop-Signal proportional ist, und welcher Microcontroller (10) einen Speicher (18) zur Speicherung des Timer -Inhalts umfaßt.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (18) eine Anzahl von Speicherplätzen zur Speicherung einer Abfolge von Speicherinhalten umfaßt.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller (10) eine Auswertungseinheit (20) zur Mittelung der Speicherin- halte umfaßt.
14. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle zur Übermittlung betriebszustandsbe- zogener Daten an eine Steuereinheit zur Steuerung des Flüssigkeitskreis- laufs.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006235862C1 (en) * 2005-11-04 2011-09-22 Fisher & Paykel Appliances Ltd Improvements Relating to Washing Machines
GB2446370A (en) * 2007-02-07 2008-08-13 Dlp Ltd Shower waste pump and supply control
DE102008021371B3 (de) * 2008-04-29 2010-01-07 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Verfahren zum Steuern eines Füllvorgangs eines wasserführenden Haushaltsgeräts
DE102008029910C5 (de) * 2008-06-24 2020-03-05 BSH Hausgeräte GmbH Verfahren zur Lastzustandserkennung einer Pumpe
DE102008043103A1 (de) 2008-10-22 2010-04-29 Alstrom Technology Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und/oder Analyse von Rotoren von elektrischen Maschinen im Betrieb
US8277571B2 (en) * 2010-08-24 2012-10-02 General Electric Company Methods and apparatus for detecting pump cavitation in a dishwasher using frequency analysis
DE102013101875A1 (de) 2013-02-26 2014-08-28 Miele & Cie. Kg Überwachungseinrichtung für eine elektrische Last und elektrisches Gerät mit einer Überwachungseinrichtung
EP2902630B1 (de) * 2014-01-29 2018-01-03 Askoll Holding S.r.l. a socio unico Verfahren zur Erkennung der Unterlastbedingung in einer Pumpe, insbesondere in der Kondensatpumpe einer Kondensatsammelanlage, sowie Motor-pumpengruppe
EP3428667B1 (de) 2014-06-30 2022-07-27 Elmos Semiconductor SE Verfahren zur erlangung eines hinweises, insbesondere eines anfangshinweises auf eine mögliche fehlerhafte lastbedingung eines mehrphasigen elektromotors
DE102014212626B3 (de) * 2014-06-30 2015-10-22 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren zur Erlangung eines Hinweises, insbesondere eines Anfangshinweises auf eine mögliche fehlerhafte Lastbedingung eines mehrphasigen Elektromotors
US11284773B2 (en) * 2020-01-31 2022-03-29 Haier Us Appliance Solutions, Inc. System and method for controlling the water fill level within a dishwasher appliance
US11806465B2 (en) * 2021-06-24 2023-11-07 Johnson & Johnson Surgical Vision, Inc. Accurate irrigation rate measurement system and method
DE102022128744A1 (de) 2022-10-28 2024-05-08 KSB SE & Co. KGaA Verfahren zum Informationsaustausch zwischen einem externen Empfänger und einer Pumpe

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0246769A2 (de) * 1986-05-22 1987-11-25 FRANKLIN ELECTRIC Co., Inc. Unterlastschutz für einen Elektromotor
EP0326893A2 (de) * 1988-02-02 1989-08-09 Hanning Elektro-Werke GmbH & Co. Geschirrspülmaschine
US4896101A (en) * 1986-12-03 1990-01-23 Cobb Harold R W Method for monitoring, recording, and evaluating valve operating trends
US5362206A (en) * 1993-07-21 1994-11-08 Automation Associates Pump control responsive to voltage-current phase angle
US5577890A (en) * 1994-03-01 1996-11-26 Trilogy Controls, Inc. Solid state pump control and protection system
US20020093306A1 (en) * 2001-01-12 2002-07-18 Johnson Steven A. Pump controller

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2415171A1 (de) * 1974-03-29 1975-10-16 Bbc Brown Boveri & Cie Betriebszustand-ueberwachungseinrichtung fuer eine einphasige synchronmaschine mit asynchronem anlauf
DE19630357A1 (de) * 1996-07-26 1998-02-05 Aweco Kunststofftech Geraete Vorrichtung zur Regelung der Wassermenge in vorzugsweise Spülmaschinen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0246769A2 (de) * 1986-05-22 1987-11-25 FRANKLIN ELECTRIC Co., Inc. Unterlastschutz für einen Elektromotor
US4896101A (en) * 1986-12-03 1990-01-23 Cobb Harold R W Method for monitoring, recording, and evaluating valve operating trends
EP0326893A2 (de) * 1988-02-02 1989-08-09 Hanning Elektro-Werke GmbH & Co. Geschirrspülmaschine
US5362206A (en) * 1993-07-21 1994-11-08 Automation Associates Pump control responsive to voltage-current phase angle
US5577890A (en) * 1994-03-01 1996-11-26 Trilogy Controls, Inc. Solid state pump control and protection system
US20020093306A1 (en) * 2001-01-12 2002-07-18 Johnson Steven A. Pump controller

Also Published As

Publication number Publication date
US20070172360A1 (en) 2007-07-26
EP1719241A1 (de) 2006-11-08
DE102004009046B3 (de) 2005-05-19

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