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Dokumentenidentifikation DE60309682T2 13.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001488295
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERFOLGUNG DER LEISTUNGEN EINER INDUSTRIELLEN VORRICHTUNG
Anmelder L'Air Liquide, S.A. a Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude, Paris, FR
Erfinder DROUART, Caroline, F-92320 Chatillon, FR;
ROBA, Thierry, B-4540 AMSPIN, BE
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60309682
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 17.03.2003
EP-Aktenzeichen 037252954
WO-Anmeldetag 17.03.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/FR03/00845
WO-Veröffentlichungsnummer 2003079128
WO-Veröffentlichungsdatum 25.09.2003
EP-Offenlegungsdatum 22.12.2004
EP date of grant 15.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse G05B 23/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Verfolgung der Leistungen einer industriellen Einrichtung sowie eine Vorrichtung zum Umsetzen dieses Verfahrens.

Ein Anwendungsbereich der Erfindung sind Einheiten zur Produktion von Sauerstoff durch Trennung der Bestandteile von Luft unter Verwendung eines oder mehrerer Luft-, Sauerstoff- oder Stickstoffkompressoren.

Die Verfolgung der Leistungen von industriellen Einrichtungen dient zur Planung ihrer Wartung und zur Überwachung ihrer Produktivität. Allgemein lässt sich feststellen, dass die Vorteile eines Optimierungsprozesses einer industriellen Einrichtung nach einigen Jahren oftmals auf Null reduziert sind, wenn keine Verfolgung verfügbar ist, welche die Detektion und die Korrektur der kleinsten Funktionsabweichung dieser industriellen Einrichtung gestattet.

Ein Wunsch des Betreibers der industriellen Einrichtung ist es außerdem, über einen Anzeiger der Leistung der industriellen Einrichtung zu verfügen, der auf verlässliche Weise jede Funktionsminderung der Einrichtung wiedergibt. Daher muss eine Unterscheidung zwischen der Funktionsminderung der industriellen Einrichtung und einer einfachen Abweichung ihrer Betriebsbedingungen getroffen werden.

Das Dokument US 2001/0034582 beschreibt ein System zum Energiemanagement für ein Kühlsystem.

Das Dokument EP-B-516 534 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines bei variablen Bedingungen funktionierenden Apparats, wobei ein normalisierter Leistungsparameter bereitgestellt wird, bei dem es sich für einen Gasturbinenkompressor, der einen ein elektrisches Energieverteilungsnetz versorgenden Generator antreibt, um einen Luftdurchfluss oder um einen polytropen Ertrag handelt. Dieses Verfahren verwendet ein hinsichtlich des Verhaltens des zu überwachenden Apparats quantifiziertes Modell, das experimentell aufgrund von Messungen erstellt wurde, die bei einem bekannten internen Zustand des Apparats, beispielsweise in seinem Neuzustand, angestellt wurden. Die Messungen werden an Einflussparametern durchgeführt, die variable Bedingungen externen Ursprungs darstellen, in denen der Apparat zum Funktionieren gebracht wird, wie Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur, Umgebungsluftfeuchtigkeit, Durchfluss des die Turbine versorgenden Treibstoffs, Zusammensetzung des Treibstoffs, Temperatur des Treibstoffs, Wärmestabilisierungszustand der Turbine mit ihrem Kompressor und Frequenz des Verteilungsnetzes für die elektrische Energie. Dieses Modell eignet sich jedoch nicht zur Verfolgung der Leistungen der oben beschriebenen Gasproduktionseinheiten. Insbesondere gestattet dieses Verfahren nicht, einen Leistungsfaktor, wie beispielsweise einen Energieverbrauch oder einen isothermischen Ertrag eines Kompressors, die zu den oben beschriebenen Einflussparametern wenig korrelieren, genau zu verfolgen.

Die Erfindung richtet sich auf den Erhalt eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur automatischen Verfolgung der Leistung einer industriellen Einrichtung, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik abmildern.

Dazu besteht eine erste Aufgabe der Erfindung in einem Verfahren zur automatischen Verfolgung der Leistungen einer industriellen Einrichtung zur Produktion von Fluid, welche einen während des Betriebs der industriellen Einrichtung zur Produktion von Fluid gekühlten Kompressor umfasst, wobei

  • – Funktionsparameter der industriellen Einrichtung durch Messmittel gemessen werden, wobei die Funktionsparameter mindestens den Gasdurchfluss im Kompressor, den Druck des in den Kompressor eintretenden Gases, den Druck des aus dem Kompressor austretenden Gases, die Temperatur des Kühlmittels des Kompressors umfassen,
  • – mittels der gemessenen Parameter und einer in Speichermitteln gespeicherten Berechnungsregel mit Hilfe von Berechnungsmitteln ein Leistungsfaktor berechnet wird, der die Funktionsweise der industriellen Einrichtung darstellt,
  • – dem Bediener mittels Anzeigemitteln eine Information über die Verfolgung der Leistung in Abhängigkeit von dem berechneten Leistungsfaktor angezeigt wird.

Mit Hilfe der Erfindung werden einem Bediener automatisch Informationen über die in der industriellen Einrichtung, auf die das Verfolgungsverfahren angewendet wird, wirklich existierenden Zustände angezeigt. Somit kann das Verfahren durch Nicht-Experten einfach umgesetzt werden. Außerdem ist die bei der Detektion der Funktionsminderung des Zustands der industriellen Einrichtung erhaltene Genauigkeit gut und der mittels bekannten Systems erhaltenen Genauigkeit überlegen.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung

  • – werden während eines Kalibrierungsschrittes mindestens einmal im Laufe der Zeit mit Hilfe der Messmittel automatisch die Funktionsparameter der industriellen Einrichtung gemessen, die Messungen der industriellen Einrichtung in einem Speicher gespeichert und die Berechnungsregel wird abhängig von mindestens einer Untergruppe in der Gesamtgruppe der in dem Speicher vorhandenen Messungen der Funktionsparameter kalibriert, wobei der Kalibrierungsschritt durch einen Bediener hinsichtlich einer neuen Kalibrierung der Berechnungsregel erneut gestartet werden kann;
  • – umfasst die Berechnungsregel des Leistungsfaktors die Berechnung eines geschätzten Ertrags &eegr;gesch des Kompressors nach der folgenden Gleichung:
    in der Q der Gasdurchfluss im Kompressor,

    Pein der Druck des in den Kompressor eintretenden Gases,

    Paus der Druck des aus dem Kompressor austretenden Gases,

    TKühl die Temperatur des Kühlmittels des Kompressors ist, und

    A, B, C, D2 und E vorbestimmte Regulierungsparameter sind, wobei die Temperatur Tg des in den Kompressor eintretenden Gases mit Hilfe von Messmitteln gemessen wird, wenn der gewählte Regulierungsparameter D2 nicht Null ist.
  • – entspricht der Leistungsfaktor einem Energieverbrauch Pgesch des Kompressors, der gemäß der folgenden Gleichung (3) geschätzt wurde: Pgesch = [Q RTKühl In [Pein/Paus)]/&eegr;gesch
  • – werden die Regulierungsparameter A, B, C, D2, E durch lineare Regression mittels mindestens einer Untergruppe von Messungen der in dem Speicher vorhandenen Funktionsparameter berechnet;
  • – wird die Berechnungsregel mittels eines Neuronalnetzes bestimmt, dessen Selbstlernen mittels mindestens einer Untergruppe von Messwerten der in dem Speicher vorhandenen Funktionsparameter bestimmt, wobei die Regulierungsparameter A, B, C, D, E bei Verwendung eines Neuronalnetzes verschwinden;
  • – wird der Kalibrierungsschritt durch den Befehl des Bedieners ausgeführt, beispielsweise nach einem Wartungsvorgang des Kompressors;
  • – wird der berechnete Leistungsfaktor zum Auslösen eines Alarms verwendet, wenn der berechnete Leistungsfaktor nicht mit den vorgeschriebenen Bedingungen übereinstimmt.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens zur automatischen Verfolgung der Leistungen von industriellen Einrichtungen zur Herstellung von Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Messen der Funktionsparameter, Mittel zum Berechnen des Leistungsfaktors mittels der in den Speichermitteln vorhandenen Berechnungsregel und mittels der durch die Messmittel zugeführten Messungen und Mittel zum Anzeigen einer Information der Verfolgung der Leistung für einen Bediener mittels des berechneten Leistungsfaktors umfasst.

Gemäß einem Merkmal umfasst die Vorrichtung ein Mittel zum Befehlen der Kalibrierung der Berechnungsregel.

Die Erfindung wird im Lichte der folgenden Beschreibung besser verständlich werden, welche lediglich beispielhaft und nicht einschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen

1 ein Organigramm des Funktionsprinzips des Verfahrens und der Vorrichtung zur Verfolgung gemäß der Erfindung in einer Kalibrierungsphase darstellt,

2 ein Organigramm des Funktionsprinzips des Verfahrens und der Vorrichtung zur Verfolgung gemäß der Erfindung in einer Vorhersagephase darstellt,

3 schematisch die Vorrichtung zur Leistungsverfolgung gemäß der Erfindung darstellt.

In den Figuren wird zunächst während des Vorabschritts E1 bestimmt, ob gegebenenfalls eine neue Kalibrierung initialisiert werden muss. Diese Abfrage erfolgt mittels eines materiellen oder logischen Befehlsschalters 1 der Vorrichtung, beispielsweise in der Form einer Befehlstaste auf einem Computerbildschirm. Die Betätigung des Schalters 1 bewirkt eine neue Initialisierung der Kalibrierung mittels des Durchlaufens der Schritte E2, E3, die im Folgenden beschrieben werden.

Die Verfolgungsvorrichtung 2 ist dazu bestimmt, an einen oder mehrere Kompressoren 3 angebracht zu werden, die in einer industrielle Einrichtung zwischengeordnet sind. Der Kompressor 3 umfasst einen Eingang 4 und einen Ausgang 5 für Gas, welches mit Hilfe eines in dem Kompressor 3 enthaltenen Komprimierungsmittels komprimiert wird. Der Kompressor 3 wird durch einen Kühlkreislauf 6 gekühlt, in dem ein Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser, zirkuliert. Ein Drucksensor 7, der Eintrittdrucksensor genannt wird, ist an dem Eingang 4 angebracht, um den Druck des in den Kompressor 3 eintretenden Gases zu messen. Ein Durchlasssensor 8 ist an dem Eingang 4 angebracht, um den in den Kompressor 3 tretenden Gasdurchlass zu messen. Es versteht sich, dass der Sensor 8 statt an Eingang 4 auch an Ausgang 5 angebracht werden kann, um den Durchlass des austretenden Gases zu messen. Ein Sensor 9, der Austrittdrucksensor genannt wird, ist an Ausgang 5 angebracht, um den Druck des aus dem Kompressor 3 austretenden Gases zu messen. Ein Temperatursensor 10 ist an dem Kühlkreislauf 6angebracht, um die Temperatur des Kühlmittels zu messen. Ein Sensor 10a des Energieverbrauchs des Kompressors ist ebenfalls vorgesehen, beispielsweise ein Sensor 10a für die verbrauchte elektrische Leistung. Gegebenenfalls kann ein Zusatzsensor 10b an dem Eingang 4 des Kompressors 3 vorgesehen sein, der das Messen der Temperatur Tg des eintretenden Gases gestattet. In dem Kompressor 3 ist außerdem ein Sensor 10c der offenen oder geschlossenen Position Zv einer Freisetzungswanne vorgesehen.

Die Sensoren 7, 8, 9, 10, 10a, 10c und gegebenenfalls 10b sind mit einer Einheit 10d zum Empfang der Messungen verbunden, in der die Größenschablonen G für jede der gemessenen Größe eingegeben werden können, beispielsweise ein Höchstschwellwert Smax und ein Mindestschwellwert Smin für die Wertebereiche. In der Einheit 10d zum Empfang der Messungen werden die an den Sensoren 7, 8, 9, 10, 10a, 10c, 10b empfangenen Werte der vorgenannten Parameter des Eintrittgasdrucks Pein, des Gasdurchlasses Q, des Austrittgasdrucks Paus, der Temperatur des Kühlmittels TKühl, des Energieverbrauchs PVerb, der Position Zv der Freisetzungswanne, und gegebenenfalls der Temperatur Tg des eintretenden Gases mittels der Größenschablonen G ausgewählt. Die Auswahl erfolgt beispielsweise durch Filtern des vorgeschriebenen Werts für jeden Parameter im Vergleich zu den Schablonen G und durch Entfernen der Werte, die sich nicht innerhalb dieser Schablonen befinden. Bei diesen Schablonen handelt es sich beispielsweise um Bereiche vorbestimmter numerischer Werte Smin bis Smax, abhängig von den Sensoren 7, 8, 9, 10, 10a, 10b und von dem Kompressor 3. Die Einheit 10d zum Empfang der Messungen umfasst einen oder mehrere Anzeiger I1 der Messqualität, beispielsweise der Anzahl oder des Prozentsatzes der nicht in die Schablonen G passenden Messungen.

Beim Drücken auf den Befehlsschalter 1 wird während des folgenden Schrittes E2 zum Erhalt der Messungen des Eintrittgasdrucks Pein, des Durchlasses Q des eintretenden oder austretenden Gases, des Austrittgasdrucks Paus, der Temperatur TKühl des Kühlmittels, des Energieverbrauchs PVerb, der Position Zv der Freisetzungswanne und gegebenenfalls der Temperatur Tg des eintretenden Gases vorangeschritten, die durch die Einheit 10d zum Aufnehmen der Messungen der entsprechenden Sensoren 7, 8, 9, 10, 10a, 10c, 10b in einem Speicher 11 einer automatischen Kalibriereinheit 11a zugeführt werden. Somit wird durch die Einheit 10d zum Empfangen der Messungen eine Untergruppe der Messungen der Parameter in der von den Sensoren empfangenen Messgruppe versorgt.

Der Speicher 11 kann für jeden Parameter Pein, Q, Paus, TKühl, PVerb, Zv und gegebenenfalls Tg mehrere nacheinander gemessenen Werte, die durch die Empfangseinheit 10d, beispielsweise jede Stunde, zugeführt werden, akkumulieren. In dem Speicher 11 werden die mindestens einmal im Verlauf der Zeit und beispielsweise regelmäßig während einer gegebenen Zeitdauer, beispielsweise drei Monate, erstellten Messungen eingetragen. Die Menge der zur Kalibrierung dienenden, in dem Speicher 11 eingetragenen Daten ist auf Messungen beschränkt, die während einer gegebenen Zeitdauer, beispielsweise einem Jahr, erfolgten.

Wenn eine ausreichende Anzahl von Messungen in dem Speicher 11 erhalten sind oder wenn die vorgeschriebene Zeitdauer seit dem letzten Drücken auf den Befehlsschalter 1 abgelaufen ist, werden während des folgenden Schritts E3 mittels des oder der in dem Speicher 11 vorhandenen Parameter in einem ersten Berechnungsmodul 12 der Kalibriereinheit 11a die Regulierungsparameter einer durch den Leistungsfaktor des Kompressors 3 vorbestimmten Regel oder eines Modells berechnet. In einer Variante werden die Regulierungsparameter der Berechnungsregel, die durch den Leistungsfaktor des Kompressors 3 vorbestimmt ist, auf der Grundlage der letzten erfolgten Messungen der Parameter, die in dem Speicher 11 eingetragen sind, und der zuvor durch ein rekursives Verfahren berechneten Regulierungsparameter berechnet, wodurch die Kalibrierung adaptiv wird.

Der Leistungsfaktor ist repräsentativ für das Funktionieren der industriellen Einrichtung und beispielsweise für den Energieverbrauch des Kompressors. Der Leistungsfaktor wird beispielsweise mittels einer Kombination der Funktionsparameter Pein, Q, Paus, TKühl und gegebenenfalls Tp, insbesondere mittels einer linearen Kombination einer oder mehrerer Funktionsparameter berechnet.

Der Leistungsfaktor wird beispielsweise linear in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Austrittgasdrucks und des Eintrittgasdrucks Paus/Pein berechnet.

In einer ersten Ausführungsform umfasst die Berechnungsregel des Leistungsfaktors die Berechnung eines geschätzten Ertrags &eegr;gesch des Kompressors nach der folgenden Gleichung (1):

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Berechnung des Leistungsfaktors die Berechnung eines geschätzten Ertrags &eegr;gesch des Kompressors nach der folgenden Gleichung (2):

Der Leistungsfaktor entspricht beispielsweise einem geschätzten Energieverbrauch Pgesch des Kompressors nach der folgenden Gleichung (3): Pgesch = [Q RTKühl In (Pein/Paus)]/&eegr;gesch(3), wobei In den natürlichen Logarithmus bezeichnet.

In den Gleichungen (1), (2), (3) sind A, B, C, D1, D2 und E die Regulierungsparameter. Die Regulierungsparameter werden während des Schritts E3 in dem ersten Berechnungsmodul 12, beispielsweise mittels linearer Regression mittels der ausgewählten Untergruppe der in dem Speicher 11 vorhandenen Werte oder der Gruppe der Werte berechnet. In diesem Fall wird das Modell erst verwendet, wenn durch die Einheit 10d zum Empfangen der Messungen bestimmt wird, dass die Position Zv der Freisetzungswanne geschlossen ist, um kein Fluid durchzulassen.

In einer anderen Ausführungsform wird die Berechnungsregel des Leistungsfaktors mittels eines in dem ersten Berechnungsmodul 12 vorhandenen Neuronalnetzes bestimmt. Die Selbstlernfähigkeit des Neuronalnetzes wird mittels der Untergruppe der ausgewählten Werte in dem Speicher 11 oder der Gruppe der Werte verwirklicht. Mit Hilfe des Neuronalnetzes wird sowohl der Leistungsfaktor Pgesch in Abhängigkeit von den erklärenden Funktionsparametern Q, Paus, TKühl, Pein, Zv und gegebenenfalls Tg, als auch der Leistungsfaktor Pgesch nach der Gleichung (3) durch Schätzen des Ertrags &eegr;gesch in Abhängigkeit von den erklärenden Parametern Q, Paus, TKühl, Pein, Zv geschätzt.

In einer weiteren Ausführungsform dient dieses Neuronalnetz dazu, den Raum für die erklärenden Parameter zu teilen, das heißt, der vorgeschriebenen Funktionsparameter, was die Anwendung einer lokalen Regression auf jeden Bereich des so geteilten Raums gestattet. Wenn die lokalen Modelle durch die Lernfähigkeit in dem Berechnungsmodul 12 bestimmt worden sind, wird dann der Leistungsfaktor mit Bezug auf diese lokalen Modelle berechnet.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Neuronalnetz zwei Schichten, von denen die erste nichtlinear ist und eine Anzahl von Neuronen enthält, die ähnlich der Anzahl der Einträge (beispielsweise zwischen drei und zehn Neuronen) ist, und die zweite Schicht die mit der ersten Schicht verbundenen Ausgangsneuronen enthält.

Wenn die Regulierungsparameter der Berechnungsregel des Leistungsfaktors oder die Berechungsregel des Leistungsfaktors selbst in dem ersten Berechnungsmodul 12 bestimmt worden ist, werden diese in den Speichermitteln 13 der Kalibriereinheit 11a während des Schritts E4 gespeichert.

Die Speichermittel 13 sind abrufbar, um die dort enthaltenen Regulierungsparameter A, B, C, D1 oder A, B, C, D2, E zuzuführen. Die nachfolgenden Schritte E2 des Erhalts, E3 der Regulierung und E2 des Speicherns stellen eine Kalibrierphase der Berechnungsregel des Leistungsfaktors dar.

Wenn die Berechnungsregel oder das Berechnungsmodell des Leistungsfaktors kalibriert worden sind, kann der Leistungsfaktor in Abhängigkeit von den Funktionsparametern in einer Vorhersageeinheit 14 automatisch berechnet werden. Während Schritt E5 in 2 wird bestimmt, ob die Übertragung der in den Mitteln 13 vorhandenen Regulierungsparameter an einen Backup-Speicher 14 der Regulierungsparameter einer Vorhersageinheit 15 hervorgerufen wird. Das Berechnungsmodul 12 umfasst einen oder mehrere Anzeiger I2 der Kalibrierungsqualität, um einem Bediener, wenn er befehlsfähig ist, während Schritt E5 die Entscheidung zu gestatten, ob das kalibrierte Modell von der Einheit 11a zu der Vorhersageeinheit 15 übertragen wird oder ob die Kalibrierung während Schritt E1 erneut initialisiert wird. Der Anzeiger I2 zeigt beispielsweise den relativen mittleren Fehler der Modellierung und/oder der Anzahl von Messpunkten, die zur Kalibrierung dienten, an. Dieser Anzeiger I2 kann auch eine Schätzung des dem kalibrierten Modell zugeordneten Erfassungsschwellwerts geben.

Der Backup-Speicher 14 kann die in der Kalibriereinheit 11a berechneten Regulierungsparameter und eine oder mehrere vorhergehende Versionen dieser Regulierungsparameter speichern. Die Übertragung einer neuen Version der Regulierungsparameter der Speichermittel 13 an den Backup-Speicher 14 wird während des Schritts E6 durch die Betätigung eines weiteren materiellen oder logischen Befehlsschalters 16 der Vorrichtung bewirkt, beispielsweise in Form einer Befehlstaste auf einem Computerbildschirm. In Abwesenheit der Übertragung der in den Mitteln 13 vorhandenen Regulierungsparameter an den Backup-Speicher 14 wird nach Schritt E6 direkt zu Schritt E7 fortgeschritten.

Während Schritt E7 kann die Version der Regulierungsparameter unter den in dem Backup-Speicher 14 vorhandenen Regulierungsparametern, ausgewählt werden, welche von einem Berechnungsmodul 18 zum Berechnen des Leistungsfaktors empfangen werden. In dem Backup-Speicher 14 wird beispielsweise die letzte und vorletzte Version der in einer Kalibriereinheit 11a berechneten Regulierungsparameter in den Teilen 14a und 14b gespeichert. Es kann entschieden werden, die letzte Version der Regulierungsparameter A, B, C, D1 oder A, B, C, D1, D2, E während des auf Schritt E7 folgenden Schritts E8 oder die ältere Version der Regulierungsparameter A, B, C, D1 oder A, B, C, D2 während des auf Schritt E7 folgenden Schritts E9 zu verwenden. Die während Schritt E8 erfolgende Speicherung einer neuen berechneten Version der Regulierungsparameter in dem Teil 14a führt zu der Speicherung der älteren berechneten Version der Regulierungsparameter in dem Teil 14b. Die Auswahl der Version der Regulierungsparameter erfolgt beispielsweise nach dem Befehl eines dritten materiellen oder logischen Befehlsschalters 19 der Vorrichtung, beispielsweise in For einer Befehlstaste auf einem Computerbildschirm.

Der erste, zweite und dritte Befehlsschalter 11a, 16 und 19 und der Eingang der Schablonen G der Einheit 10d zum Empfangen der Messungen sind in einer Befehlsschnittstelle 20 der Vorrichtung, beispielsweise einer oder mehreren Seiten des Computerbildschirms oder dergleichen, vorhanden.

Die Vorhersageeinheit empfängt während des auf die Schritte E8 oder E9 folgenden Schritts E10 die aktuelle Messung der vorgenannten Funktionsparameter Tein, Q, Paus, TKühl und eventuell Tg. während des Erfassungsschritts E2 zum Eingeben der Messungen in den Speicher 11 der Kalibriereinheit 11a und während des Messschritts E10 für die Vorhersageeinheit 15 werden dieselben Sensoren 7, 8, 9, 10, 10b verwendet. Die Messsensoren 7, 8, 9, 10, 10b können reproduzierbare Messungen bereitstellen, das heißt Messwerte, die unter gleichen, in dem Kompressor 3 vorherrschenden Betriebsbedingungen gleich sind. Somit werden Messfehler oder einem oder mehreren Sensoren 7, 8, 9, 10, 10b inhärenten Verschiebungen oder Verzerrungen bei der Kalibrierung berücksichtigt, so dass sie die Berechnung des Leistungsfaktors während des Berechnungsschritts in der Vorhersageeinheit 15 nicht wesentlich beeinflussen. Die Empfangseinheit 10d der Sensoren 7, 8, 9, 10, 10b ist sowohl mit dem Speicher 11 als auch der Vorhersageeinheit 14 verbunden, um die gemessenen Werte der Funktionsparameter Pein, Q, Paus, TKühl und gegebenenfalls Tg bereitzustellen.

Die Vorhersageeinheit 14 umfasst eine Empfangsschnittstelle 17 der Messungen Pein, Q, Paus, TKühl und gegebenenfalls Tg, die durch die Empfangseinheit 10d der Sensoren 7, 8, 9, 10, 10b bereitgestellt werden.

Die Speichermittel 13 und die Empfangsschnittstelle 17 sind mit dem automatischen Berechnungsmodul 18 des Leistungsfaktors in Abhängigkeit von den durch die Schnittstelle 17 empfangenen Funktionsparameter und der in dem Backup-Speicher 14 vorhandenen Berechnungsregel während des auf Schritt E10 folgenden Schritts E11 verbunden.

Der durch das Berechnungsmodul 18 berechnete Leistungsfaktor wird an den Anzeigemitteln 21 für einen Bediener, beispielsweise der Art eines Computerbildschirms, numerische Anzeige oder dergleichen, bereitgestellt, um in Form der Information über die Leistungsverfolgung, beispielsweise des numerischen Werts des Leistungsfaktors, während des auf Schritt E11 folgenden Schritts E12 einem Bediener angezeigt zu werden.

In einer Variante oder zusätzlich wird der berechnete Leistungsfaktor an ein Modul 22 zum Auslösen eines Alarms geschickt, welches einen Alarm 23, beispielsweise akustisch oder in Form einer Nachricht, umfasst, der ausgelöst wird, wenn der durch die Vorhersageeinheit 15 berechnete Leistungsfaktor während einer gegebenen Zeit nicht mit den vorgeschriebenen Bedingungen übereinstimmt. In dem vorhergehenden Beispiel, das einem Energieverbrauch Pgesch als berechneten Leistungsfaktor entspricht, entsprechen diese vorgeschriebenen Bedingungen für die Auslösung beispielsweise der Situation, wenn die Differenz oder das Verhältnis zwischen dem wirklichen Energieverbrauch PVerb des Kompressors und dem geschätzten Energieverbrauch Pgesch einen vorgeschriebenen Schwellwert des Energieverbrauchs PSchwell überschreiten, wobei das Modul 22 zum Auslösen des Alarms dazu einen Vergleicher 24 umfasst, welcher während des auf Schritt E11 folgenden Schritts E13 den von der Vorhersageeinheit 15 kommenden berechneten Leistungsfaktor Pgesch, den von der Einheit 11a zum Empfangen der Messungen kommenden gemessenen Wert PVerb des wirklichen Energieverbrauchs und den möglicherweise von einem entsprechenden Eingang vorgeschriebenen Schwellwert des Energieverbrauchs PSchwell empfängt. Der Vergleicher 24 befiehlt während des auf Schritt E13 folgenden Schritts E14 das Auslösen des Alarms 13, wenn der Schwellwert PSchwell überschritten wird.

Das Berechnungsmodul 18 umfasst einen oder mehrere Anzeiger I3 der Qualität des von der Vorhersageeinheit 15 verwendeten Modells, beispielsweise des Alters des Modells, des relativen mittleren Vorhersagefehlers an einer in dem Modul 22 zum Auslösen des Alarms ankommenden Größe. Der oder die Anzeiger I3 unterstützen den Bediener während Schritt E7 bei der Entscheidung, falls notwendig, der älteren oder der neuen Version des berechneten Modells.

Die Qualitätsanzeiger I1, I2, I3 sind mit der Befehlsschnittstelle 20 der Vorrichtung verbunden, um einem Bediener angezeigt zu werden.

Die Kalibriereinheit 11a, der Speicher 11, das erste Berechnungsmodul 12, die Speichermittel 13, die Vorhersageeinheit 15, der Backup-Speicher, die Empfangsschnittstelle 17, das Berechnungsmodul 18 und die Anzeigemittel 21 können durch jedes technische Mittel, beispielsweise Elektronikmittel oder Informatikmittel, wie einem programmierten Computer, verwirklicht werden.

Die Kalibrier- und Berechnungsphase des Leistungsfaktors kann lokal an der Stelle des Kompressors oder aus der Ferne ausgeführt werden, wobei die Kalibriereinheit 11a, die Vorhersageeinheit 15, die Anzeigemittel 21, das Modul 22 zum Auslösen des Alarms und die Befehlsschnittstelle 20 in letzterem Fall in einem Abstand von dem Kompressor vorgesehen und mit anderen Element über ein Telekommunikationsnetzwerk verbunden sind. Die Kalibriereinheit 11a, die Vorhersageeinheit 15, die Anzeigemittel 21, das Modul 22 zum Auslösen des Alarms und die Befehlsschnittstelle 20 können somit an einem System vorgesehen sein, dass mehrere Stellen für den Empfang von Daten in einer Datenbank zentralisiert. Das Ergebnis der Leistungsberechnung ist zugleich lokal als auch aus der Ferner zugreifbar.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die Leistungen eines Kompressors mit einer auf ein notwendiges Minimum reduzierten Instrumentierung für die Berechnung des Anzeigers oder des Leistungsfaktors zu verfolgen. Insbesondere ist es nicht unabdingbar, die Parameter der Abmessungen des Kompressors zu kennen, wie beispielsweise seine Merkmalskurven. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verfolgen ermöglicht das präzise Detektieren von Funktionsminderungen, die in dem Kompressor auftreten, ohne eine präzise Instrumentierung zu erfordern. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen die Optimierung der Wartungsvorgänge des Kompressors und das genaue Bestimmen des Zeitpunkts, in dem sie umgesetzt werden müssen oder ob kein Wartungsvorgang umgesetzt werden muss, aufgrund der Überwachung des berechneten Leistungsfaktors. Die Wartungskosten werden reduziert und die Produktivität der industriellen Einrichtung kann erhöht werden, da ihre Funktionsminderungen hinreichend früh erfasst werden, was das Auslösen von Wartungsvorgängen gestattet, bevor schwerere Funktionsminderungen auftreten. Die Kalibrierungsschritte E2, E3, E4, E5 in einer Kalibriereinheit werden beispielsweise nach einem Wartungsvorgang ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verfolgen entledigen sich gleichzeitig der für die Leistung des Kompressors nicht signifikanten Parameter.


Anspruch[de]
Verfahren zur automatischen Verfolgung der Leistungen einer einen Kühlkompressor (3) umfassenden industriellen Einrichtung während des Betriebs der industriellen Einrichtung, wobei

– Funktionsparameter der industriellen Einrichtung durch Messmittel (7, 8, 9, 10) gemessen werden, wobei die Funktionsparameter mindestens folgende umfassen:

– den Gasdurchfluss (Q) im Kompressor (3),

– den Druck (Pein) des in den Kompressor (3) eintretenden Gases,

– den Druck (Paus) des aus dem Kompressor (3) austretenden Gases,

– die Temperatur (TKühl) des Kühlmittels des Kompressors (3),

– mittels der gemessenen Parameter und einer in Speichermitteln (13) gespeicherten Berechnungsregel mit Hilfe von Berechnungsmitteln (18) ein Leistungsfaktor berechnet wird, der die Funktionsweise der industriellen Einrichtung darstellt,

– dem Benutzer mittels Anzeigemitteln (21) eine Information über die Verfolgung der Leistung in Abhängigkeit von dem berechneten Leistungsfaktor angezeigt wird.
Verfahren zum Verfolgen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Kalibrierungsschrittes (E2, E3, E4) automatisch mindestens einmal im Laufe der Zeit mittels der Messmittel die Funktionsparameter (Q, Pein, Paus, TKühl, Tg) der industriellen Einrichtung gemessen werden, die Messwerte der Funktionsparameter (Q, pein, Paus, TKühl, Tg) in einem Speicher (11) gespeichert werden und die Berechnungsregel abhängig von mindestens einer Untergruppe in der Gesamtgruppe der in dem Speicher (11) vorhandenen Messwerte der Funktionsparameter (Q, Pein, Paus, TKühl, Tg) kalibriert wird, wobei der Kalibrierungsschritt durch einen Benutzer hinsichtlich einer neuen Kalibrierung der Berechnungsregel erneut gestartet werden kann. Verfahren zum Verfolgen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsregel des Leistungsfaktors die Berechnung einer geschätzten Leistung &eegr;gesch nach der folgenden Gleichung (2) umfasst:
in der Q der Gasdurchfluss im Kompressor,

Pein der Druck des in den Kompressor eintretenden Gases,

Paus der Druck des aus dem Kompressor austretenden Gases,

TKühl die Temperatur des Kühlmittels des Kompressors ist, und

A, B, C, D2 und E vorbestimmte Regulierungsparameter sind, wobei die Temperatur Tg des in den Kompressor eintretenden Gases mit Hilfe von Messmitteln (7, 8, 9, 10, 10b) gemessen wird, wenn der gewählte Regulierungsparameter D2 nicht Null ist.
Verfahren zum Verfolgen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfaktor einem Energieverbrauch Pgesch des Kompressors entspricht, der gemäß der folgenden Gleichung (3) geschätzt wurde: Pgesch = [Q RTKühl In (Pein/Paus)]/&eegr;gesch(3) Verfahren zum Verfolgen gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierungsparameter (A, B, C, D2, E) durch lineare Regression mittels mindestens einer Untergruppe von Messwerten der in dem Speicher (11) vorhandenen Funktionsparameter (Q, Pein, Paus, TKühl, Tg) berechnet werden. Verfahren zum Verfolgen gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 und 4, insofern sie sich auf Anspruch 2 stützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsregel durch ein Neuronalnetz bestimmt wird, dessen Selbstlernfähigkeit durch mindestens eine Untergruppe von Messwerten der in dem Speicher (11) vorhandenen Funktionsparameter (Q, Pein, Paus, TKühl, Tg) verwirklicht wird. Verfahren zum Verfolgen gemäß einem der Ansprüche 2, 5, 6 oder einem der Ansprüche 3 und 4, insofern sie sich auf Anspruch 2 stützen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierungsschritt durch den Befehl eines Bedieners ausgeführt wird. Verfahren zum Verfolgen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Leistungsfaktor verwendet wird, um einen Alarm (19) auszulösen, wenn der berechnete Leistungsfaktor nicht den vorgeschriebenen Bedingungen entspricht. Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (7, 8, 9, 10) zum Messen der Funktionsparameter, Mittel (13) zum Speichern der Berechnungsregel, Mittel (18) zum Berechnen des Leistungsfaktors durch die in den Speichermitteln (13) vorhandene Berechnungsregel und durch Messungen, die durch die Messmittel (7, 8, 9, 10) bereitgestellt werden, und Mittel (21) zum Anzeigen einer Information an einen Benutzer über die Verfolgung der Leistung durch einen berechneten Leistungsfaktor umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 9, die zur Umsetzung mindestens des Verfahrens nach Anspruch 2 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mittel (1) zum Befehlen der Kalibrierung der Berechnungsregel umfasst.






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