ES2875460T3 - Bomba con control electrónico mediante transmisión bidireccional por el cable de alimentación - Google Patents

Bomba con control electrónico mediante transmisión bidireccional por el cable de alimentación Download PDF

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Abstract

Unidad de control electrónico (7) para el control y la supervisión de una bomba (9), donde - la unidad de control (7) está adaptada para poder conectarse de forma soltable a la bomba (9) y a una fuente de alimentación (8) para suministrar corriente a la bomba (9), por lo que la unidad de control se colocará a lo largo de un cable de alimentación eléctrica (13) entre la fuente de alimentación (8) y la bomba (9), - la unidad de control (7) está provista de al menos un interruptor de funcionamiento (17a-c) para controlar la bomba (9), así como de indicadores (16a-d) para indicar al menos una condición de funcionamiento de la bomba (9), y - una unidad de comunicaciones (23-25) está dispuesta en la unidad de control electrónico (7) para recibir datos de la bomba (9) y transmitir órdenes de control a la bomba (9) a través de señales transmitidas por uno o más cables (13a-d) para la corriente de accionamiento dentro del cable de alimentación eléctrica (13) a la bomba (9), caracterizada porque la unidad de control electrónico (7) tiene un diseño alargado, y tiene conectores eléctricos (10, 11) dispuestos en zonas de extremo opuestas de la unidad de control electrónico (7) para conexión al cable de alimentación (13).

Description

DESCRIPCIÓN
Bomba con control electrónico mediante transmisión bidireccional por el cable de alimentación
Campo técnico
La presente invención se refiere a una unidad de control electrónico para un sistema de bombeo, tal como una bomba sumergible destinada, por ejemplo, a bombear agua. La presente invención también se refiere a un sistema de bombeo que incluye la unidad de control electrónico para su uso en el sistema.
Técnica anterior
Las bombas son controladas normalmente mediante un armario o panel de control convencional situado entre la fuente de alimentación y la bomba. Dichos paneles de control convencionales están diseñados para ser ajustados manualmente para suministrar energía con una corriente específica, dirección de fase, etc, adecuadas para una bomba específica. Esto supone un problema, ya que el operario tiene que realizar y controlar cuidadosamente estos ajustes cada vez que se instala una nueva bomba. Si los ajustes son incorrectos, la bomba no funcionará correctamente o puede resultar dañada. Es ventajoso que la bomba también pueda ser supervisada automáticamente con respecto a diferentes parámetros de funcionamiento, como la temperatura, el sobrecalentamiento, la baja tensión, etc.
Si, por ejemplo, se pierde una fase, la bomba puede seguir bombeando, pero necesitará más potencia/corriente y se sobrecalentará con el tiempo. Para supervisar los problemas de la bomba, por ejemplo, el sobrecalentamiento, los cables entre la bomba y el panel de control convencional deben sustituirse por cables que incluyan hilos eléctricos adicionales para la transmisión de señales, o hay que utilizar cables de señal separados para este fin y conectados entre la bomba y el panel de control. Los paneles de control convencionales también pueden incluir un dispositivo de detección de nivel del agua a bombear y conectado mediante un cable separado al panel de control.
Hay que utilizar distintos paneles de control en función de la potencia de la bomba y no es posible utilizar el panel de control idéntico para todas las bombas. Por lo tanto, el panel de control específico se suele fijar o almacenar junto a su bomba respectiva. Esto hace que los equipos sean complicados de manejar para el usuario y hay que mejorar los sistemas con bombas y paneles de control. Los documentos WO 97/08459 A1, US 2011/297391 A1, US 2006/078444 A1 y JP 2005171880 A son representativos de los antecedentes técnicos de la invención.
Resumen de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un sistema para la conexión y el control fáciles y flexibles de una bomba y en el que se resuelven o evitan los problemas mencionados anteriormente.
Este objeto se logra mediante la presente invención con una unidad de control electrónico como la definida en la reivindicación 1.
Este objeto se consigue además mediante un sistema que comprende una bomba que incluye un controlador electrónico y donde el sistema comprende también la unidad de control electrónico separada, conectada y situada a lo largo del cable de alimentación de la bomba, es decir, entre la fuente de alimentación y la bomba. Además, la unidad de control está adaptada para conectarse de forma desmontable a la bomba, y está adaptada para permitir que la corriente de accionamiento de la bomba pase a través de la unidad de control o para permitir la conexión galvánica a la fuente de alimentación de la bomba en el punto de conexión de energía. El controlador electrónico dispuesto dentro de la bomba está adaptado para controlar al menos una de las funciones de funcionamiento de la bomba y/o supervisar al menos una de las condiciones de funcionamiento de la bomba. La bomba y la unidad de control también están dispuestas para comunicar entre sí y para transmitir señales que contengan información, datos y/u órdenes de control necesarios para el funcionamiento de la bomba.
La unidad de control está provista de al menos un interruptor de funcionamiento para controlar al menos una función de la bomba, así como de una pantalla para indicar al menos una condición de funcionamiento de la bomba, y está dispuesta para enviar o recibir datos de la bomba y para transmitir órdenes de control a la bomba.
Además, la bomba tiene un motor eléctrico y una rueda de bomba mecánica, que comprende una entrada para el fluido entrante y una salida para el fluido saliente. Un controlador electrónico está dispuesto en la bomba para controlar al menos una de las funciones de la bomba y/o supervisar al menos una de las condiciones de funcionamiento de la bomba. Una unidad de arranque directo o suave está dispuesta en la bomba para arrancar el motor eléctrico que acciona la rueda de la bomba.
El sistema, la bomba y la unidad de control electrónico separada no tienen que conmutarse para adaptarlos al régimen de potencia de la bomba específica. El efecto técnico de esto es que es posible utilizar una misma unidad de control electrónico para todas o la mayoría de las bombas, independientemente del régimen de potencia de la bomba. La ventaja de esto es que hace que la bomba y la unidad de control electrónico sean considerablemente más fáciles de manejar.
Cuando se utiliza la unidad de control electrónico según la invención, no se necesita un panel de control convencional.
Los paneles de control convencionales comprenden todo el software necesario y el aparato de detección de nivel se conecta por separado al panel de control. Según la presente invención, algunas de las funciones electrónicas lógicas y de control se transfieren del panel de control a la bomba. La ventaja de esto es que el usuario no tiene que hacer ajustes de software o de nivel en el panel de control. La bomba y la unidad de control se emparejarán automáticamente y la unidad de control recibirá/transmitirá señales sólo a la bomba emparejada.
Otros objetivos, realizaciones y ventajas de la presente invención se describen con más detalle en la descripción siguiente y en los dibujos y las reivindicaciones de patente siguientes.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá ahora en detalle según las realizaciones de la presente invención con referencia a las figuras, en las que:
La figura 1 representa un panel de control convencional conectado a una bomba según la técnica anterior.
La figura 2 representa un sistema que incluye una unidad de control electrónico según la presente invención conectada a lo largo del cable de alimentación a una bomba.
La figura 3 representa con más detalle una unidad de control electrónico según la presente invención y en la que el diseño de la pantalla y el medio de accionamiento se ilustran ampliados.
La figura 4 representa la unidad de control electrónico según la presente invención en una vista despiezada.
La figura 5 representa una forma alternativa de conectar directamente el sistema a una toma de corriente.
La figura 6 representa un diagrama de bloques que ilustra los circuitos eléctricos y electrónicos según la invención. La figura 7 representa una bomba que incluye un controlador electrónico.
Y la figura 8 representa el controlador electrónico de la bomba, que incluye toda la electrónica necesaria para accionar el motor eléctrico para mover la rueda de la bomba, como por ejemplo el equipo de arranque y/o la electrónica para supervisar al menos una de las condiciones de funcionamiento de la bomba.
Descripción detallada
La presente invención se refiere a una unidad de control electrónico para su uso en un sistema de uso y control de una bomba, como una bomba sumergible, por ejemplo, para bombear agua. La presente invención también se refiere a un sistema de bombeo que incluye la unidad de control electrónico según la invención.
La figura 1 representa la técnica anterior, un sistema de bombeo convencional 1 que incluye una bomba 2 y su equipo de control. El equipo de control comprende un panel de control convencional 3 conectado a la bomba 2 a través de un cable de alimentación eléctrica 4 y el panel de control 3 incluye toda la electrónica y el equipo eléctrico necesarios para controlar la bomba 2, tal como el equipo/electrónica de arranque y la electrónica para supervisar las condiciones de funcionamiento de la bomba 2. El panel de control 3 está conectado, a su vez, a una fuente de alimentación (no mostrada). Este tipo de equipo de control debe ajustarse manual e individualmente a las especificaciones de cada nueva bomba conectada y adaptarse al tamaño de la bomba, es decir, al consumo de corriente de la bomba. Por lo tanto, el usuario/operador del sistema de bombeo tiene que realizar ajustes individuales en el panel/equipo de control cada vez que se conecta una bomba. Esto conlleva varios inconvenientes, como que se tarda en realizar los ajustes adecuados y que el operario/usuario debe conocer los ajustes, ya que, si se realizan de forma incorrecta, la bomba puede resultar dañada o funcionará de forma ineficaz. También se puede conectar un sensor de nivel de agua 5 al panel de control 3, como se representa en la figura 1.
La figura 2 representa un sistema de bombeo 6. Una unidad de control electrónico 7 está conectada entre una toma de corriente 8 y la bomba 9. La unidad de control electrónico 7 tiene un diseño alargado con un conector eléctrico 10, 11 situado en cada extremo. La unidad de control electrónico 7 también está equipada con un panel operativo 12 que incluye interruptores de funcionamiento para la operación manual y el control de la bomba, así como con una pantalla con indicadores para mostrar las condiciones actuales de funcionamiento de la bomba 9. La unidad de control electrónico 7 está conectada a la bomba 9 mediante un cable de alimentación trifásico 13 y conectada a la toma de corriente 8 mediante otro cable de alimentación trifásico 14. Es posible utilizar los mismos enchufes y cables eléctricos para muchas bombas diferentes, independientemente del consumo de energía de la bomba.
La figura 3 representa con más detalle la unidad de control electrónico 7 según la invención. La carcasa 15 de la unidad de control electrónico 7 es un cuerpo que se extiende longitudinalmente, hecho de un material plástico como PA6-6 (Poliamida también conocida como Nylon) y también comprende el panel de operación 12 con sus medios de indicación y accionamiento.
Un primer conector de alimentación eléctrica (hembra) 10 está dispuesto en un extremo de la carcasa 15 y está destinado a la conexión eléctrica de una bomba 9, a través de un primer cable de alimentación trifásico 13. Un segundo conector de energía eléctrica (macho) 11 está unido a la carcasa 15 en su otro extremo y está adaptado para la conexión eléctrica de una fuente de alimentación 8.
En la misma figura, y en la parte inferior izquierda, el panel operativo 12 con sus medios de indicación y de accionamiento se ha ampliado para ilustrar con más detalle los medios de indicación y de accionamiento individuales. El panel de operación comprende diodos fotoemisores 16a-c que indican alarmas y avisos sobre el estado de la bomba 9. Un primer medio de indicación, un diodo fotoemisor, 16a, por ejemplo, indica si la bomba necesita servicio debido a la presencia de agua en el aceite. El aceite está presente entre las dos juntas estancas mecánicas que sellan el eje del motor y podría tener fugas. El aislamiento de la bomba 9 también podría ser un problema debido a fugas de agua al motor eléctrico. El segundo medio de indicación o diodo 16b indica si la bomba se para debido a un fallo de alimentación, por ejemplo, si falta una fase o si las fases están muy desequilibradas. El tercer medio de indicación o diodo 16c indica si la bomba se para debido a una alta temperatura en el motor o en la unidad de arranque. El diodo parpadea o se enciende constantemente para indicar una alarma o una advertencia. El usuario también puede controlar manualmente la bomba 9 utilizando los medios de accionamiento 17a-c. El primer medio de accionamiento 17a se utiliza para detener la bomba y el botón se ilumina cuando la bomba se detiene. El segundo medio de accionamiento 17b se utiliza para poner la bomba en modo de funcionamiento continuo, que es el modo de arranque estándar. El botón se ilumina cuando la bomba está en funcionamiento. El tercer medio de accionamiento 17c se pulsa para el modo de ahorro de energía y se ilumina cuando el modo de ahorro de energía está activado.
Un anillo de medios indicadores 16d representa el estado de la bomba, como la luz verde cuando la bomba está funcionando, la luz roja cuando la bomba se detiene manualmente, la luz roja intermitente cuando la bomba se detiene debido a una alarma y la luz azul se ilumina cuando la bomba está funcionando en el modo de ahorro de energía.
La figura 4 representa la unidad de control electrónico 7 según la presente invención, en una vista despiezada. La unidad de control electrónico 7 comprende una carcasa 15 que tiene en una zona de extremo un primer conector de alimentación eléctrica (hembra) 10 dispuesto para la conexión eléctrica de una bomba 9, a través de un primer cable de alimentación trifásico 13. En el otro extremo de la carcasa 15 se encuentra un segundo conector de alimentación eléctrica (macho) 11, adaptado para la conexión eléctrica de una toma de corriente 8 a través de un segundo cable de alimentación trifásico 14. La carcasa 15 comprende dos envueltas 18a, b, que son desmontables entre sí. La carcasa 15 comprende además un hueco 22 para un panel operativo 12, situado en un lado de la carcasa 15, que incluye medios de indicación y de accionamiento. Dentro de la carcasa 15 están dispuestos tres conductores de fase 19a-c, así como un conductor de tierra 19d y un conductor neutro 19e que van desde el primer conector 11 a través de la carcasa 15 hasta el segundo conector 10, esencialmente en la dirección longitudinal de la carcasa 15. Dos o más conductores eléctricos 20a-c se conectan galvánicamente a los tres conductores de fase 19a-c en un extremo y en el otro extremo se conectan a una placa de circuito 21 dispuesta dentro de la carcasa 15. El panel operativo 12 se inserta e instala en el hueco 22 de la carcasa 15, de forma que la parte frontal del panel operativo 12 está orientada hacia el entorno exterior de la carcasa 15. El panel operativo 12 y sus medios de indicación y accionamiento están conectados a la placa de circuitos interna 21, de modo que las señales de mando pueden generarse en la placa de circuito 21 y transferirse a través del cable de alimentación trifásico 13 a la bomba 9. El funcionamiento de la bomba 9 puede controlarse de este modo y los datos/información de la bomba 9 pueden transferirse a la unidad de control electrónico 7 y las condiciones de funcionamiento de la bomba 9 pueden supervisarse e indicarse de esta forma al operador a través de los medios de indicación, y controlarse activando los medios de accionamiento. La placa de circuitos 21 está soportada dentro de la carcasa 15 por estructuras de soporte y sellada con respecto al entorno de manera que sea impermeable.
La figura 5 representa una forma alternativa de conectar la bomba 9 y el sistema 6 a una toma de corriente 8. En este caso, la unidad de control 7 está conectada directamente a la toma de corriente 8, sin un cable de alimentación separado entre ellas.
La figura 6 representa un diagrama de bloques que ilustra el sistema 6. Una unidad de control electrónico 7 está conectada entre una fuente de alimentación 8 y una bomba 9 con su equipo electrónico interno, como un controlador electrónico 26. La unidad de control electrónico 7 incluye el panel operativo 12, una MCU 23, un PLC 24 y un filtro 25 y se utiliza para la comunicación de señales al cable de alimentación. La unidad de control electrónico 7 también comprende varios medios de indicación 16a-d, como diodos fotoemisores, que indican avisos de alarma intermitentes, alta corriente o alta temperatura del motor, fallo de fase o desequilibrio de fase y avisos. Los interruptores de funcionamiento 17a-c están dispuestos para arrancar y parar la bomba 9 y para iniciar un modo de ahorro de energía, etc.
La MCU 23 de la unidad de control 7 controla todas las señales e información de la unidad y los indicadores e interruptores de funcionamiento y envía/recibe señales a y desde el PLC 24. El PLC 24 está conectado a las líneas de alimentación a través de un primer filtro 25. Todas las señales se transmiten a través del cable de alimentación 13 a y desde la bomba 9 y la bomba 9 incluye a su vez varias funciones y unidades electrónicas internas.
El cable de alimentación 13 comprende en este caso cuatro núcleos 13a-d, tres hilos de fase 13a-c y un hilo de tierra 13d, que son estándar cuando se utilizan bombas sumergibles 9. La longitud del cable de alimentación 13 podría ser típicamente de unos 20 metros, pero por supuesto podría ser tanto más corta como más larga. La comunicación por línea eléctrica funcionará con una longitud de cable de hasta al menos 100 metros. El cable podría prolongarse con cables de prolongación estándar (no mostrados).
Las señales transferidas a través del cable de alimentación 13 se reciben y detectan en la bomba 9 a través del controlador electrónico 26, que incluye una MCU 38 y un PLC 27 conectado a un segundo filtro 28. En la bomba 9 también están dispuestos varios sensores 29a-f que detectan la temperatura y la humedad del motor 30, así como la temperatura en los diferentes devanados del motor 30, etc. También se ha dispuesto un sensor 29f para detectar agua en el aceite. Opcionalmente hay un sensor de nivel 31 conectado a la MCU 38 para el nivel de agua externo. La MCU 38 mide constante o regularmente la corriente en cada fase del motor 30, así como la tensión en cada fase. La MCU 38 controla una unidad de arranque directo o suave 32 dispuesta para arrancar el motor 30 de la bomba de forma correcta al recibir una señal de arranque de la MCU 38. El motor 30 está conectado a una rueda de bomba 33. La figura 7 representa una bomba 9 donde el interior está parcialmente expuesto. En el interior de la tapa superior 34 de la bomba 9 está dispuesto el controlador electrónico 26, que comprende la electrónica necesaria para el funcionamiento del motor eléctrico 30 para accionar la bomba 9, como por ejemplo un equipo de arranque y/o la electrónica para monitorizar al menos una de las condiciones de funcionamiento de la bomba. El cable de alimentación 13 está conectado a este controlador electrónico 26 y todas las señales transferidas se reciben y transmiten a través de este cable de alimentación 13.
La figura 8 representa el controlador electrónico 26 con más detalle, así como el cable de alimentación entrante 13 y el cable 35 para transferir corriente al motor 30.
Los signos de referencia indicados en las reivindicaciones no deben considerarse como una limitación del alcance de la materia protegida por las reivindicaciones, y su única función es facilitar la comprensión de las reivindicaciones. Y como se comprenderá, la invención es susceptible de ser modificada en varios aspectos obvios, todo ello sin apartarse del alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas. En consecuencia, los dibujos y la descripción de los mismos deben considerarse de carácter ilustrativo y no restrictivo.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Unidad de control electrónico (7) para el control y la supervisión de una bomba (9), donde
- la unidad de control (7) está adaptada para poder conectarse de forma soltable a la bomba (9) y a una fuente de alimentación (8) para suministrar corriente a la bomba (9), por lo que la unidad de control se colocará a lo largo de un cable de alimentación eléctrica (13) entre la fuente de alimentación (8) y la bomba (9),
- la unidad de control (7) está provista de al menos un interruptor de funcionamiento (17a-c) para controlar la bomba (9), así como de indicadores (16a-d) para indicar al menos una condición de funcionamiento de la bomba (9), y - una unidad de comunicaciones (23-25) está dispuesta en la unidad de control electrónico (7) para recibir datos de la bomba (9) y transmitir órdenes de control a la bomba (9) a través de señales transmitidas por uno o más cables (13a-d) para la corriente de accionamiento dentro del cable de alimentación eléctrica (13) a la bomba (9), caracterizada porque
la unidad de control electrónico (7) tiene un diseño alargado, y tiene conectores eléctricos (10, 11) dispuestos en zonas de extremo opuestas de la unidad de control electrónico (7) para conexión al cable de alimentación (13).
2. Unidad de control electrónico (7) según la reivindicación 1, caracterizada porque una placa de circuitos (21), incluida en la unidad de control electrónico (7), está dispuesta para superponer las señales sobre las corrientes de accionamiento de frecuencia normal en el cable de alimentación (13).
3. Unidad de control electrónico (7) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la unidad de comunicaciones (23-25) está conectada galvánicamente a uno o varios de los hilos (13a-e) de la corriente de accionamiento en el cable de alimentación (13) situado entre la unidad de control (7) y la bomba (9).
4. Unidad de control electrónico (7) según las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque los cables internos (19a-e) están dispuestos dentro de la unidad de control (7) para permitir que la alimentación de las bombas (9) pase a través de la unidad de control (7).
5. Unidad de control electrónico (7) según las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque la unidad de control (7) está adaptada para detectar automáticamente al menos una característica de una bomba conectada (9), y adaptada además para ajustar sus señales de control a la característica detectada.
6. Sistema (6) para controlar una bomba (9), como una bomba sumergible destinada principalmente a bombear agua, que comprende una bomba (9), un cable de alimentación eléctrica (13) y una unidad de control electrónico (7) según las reivindicaciones 1 a 5.
7. Sistema (6) según la reivindicación 6, donde la bomba (9) comprende un controlador electrónico (26) que incluye una unidad de arranque suave (32) para arrancar la bomba y una unidad de microcontrolador para supervisar al menos una de las condiciones de funcionamiento de la bomba (9).
8. Sistema (6) según la reivindicación 7, donde el controlador electrónico (26) está adaptado para comunicar con la unidad de control electrónico (7) mediante la transmisión de señales a través del cable de alimentación eléctrica (13) que comprenden datos de supervisión relativos a las condiciones de funcionamiento de las bombas para gestionar el sistema.
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