Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung für ein fluiddynamisches System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein fluiddynamisches System nach dem Oberbegriff von Anspruch 10 sowie ein korrespondierendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.

Fluiddynamische Systeme können offene oder geschlossene Systeme sein, in denen ein oder mehrere Fluide gefördert und/oder mit Druck beaufschlagt werden. Die Fluide können kompressibel (z.B. Gase, insbesondere Luft) oder inkompressibel (Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder Öl) sein. In fluiddynamischen Systemen können aktive Komponenten, beispielsweise Strömungsoder Verdrängermaschinen, Pumpen, Stellventile, insbesondere elektrisch angetriebene Ventile, und/oder passive Komponenten, beispielsweise Kessel, Heizkörper und/oder Wärmetauscher mittels Leitungen bzw. Rohren verbunden sein, wodurch sich ein Rohrleitungssystem im fluiddynamischen System ergibt. Grundsätzlich bildet die Kombination von Strömungs- oder Verdrängermaschine und einer zugehörigen Anlage ein fluiddynamisches System. Fluiddynamische Systeme werden beispielsweise in Wasserversorgungs- , Heizungs- und/oder Klimaanlagen sowie in der Chemie- und Verfahrenstechnik ausgeführt.

Die fluiddynamischen Systeme können einen hohen Komplexitätsgrad erreichen und zeichnen sich durch eine Vielzahl möglicher Systemzustände aus, die durch die Anzahl und Einstellung der verbauten fluiddynamischen Komponenten, z.B. Armaturen, Venti- le, Steller, Druckspeicher, Kessel, Becken sowie den Betriebszustand der Strömungs- oder Verdrängermaschine, z.B. Drehzahl, Volumenstrom, Förderhöhe, beschrieben werden können. Die Komplexität und zeitliche Variabilität des fluiddynamischen Systems können dazu führen, dass das fluiddynamische System üblicherweise nicht in diesem Sinne vermessbar bzw. identifizierbar ist.

In fluiddynamischen Systemen können insbesondere durch die aktiven Komponenten, wie hydrostatische und hydrodynamische Strömungsmaschinen, insbesondere durch Pumpen, Kompressoren oder Verdichter, deren Einsatzzweck die Fluidförderung ist, sowie Ventile Druckänderungen in das fluiddynamische System eingebracht werden, die sich als Druckfluktuationen bzw. Druckpulsationen mit Schallgeschwindigkeit wellenförmig im fluiddynamischen System ausbreiten und an Orten mit einer sprunghaften Änderung der akustischen Impedanz, beispielsweise Wände, Ventile oder Schalldämpfer, reflektiert bzw. absorbiert und transmittiert werden.

Beim Betrieb eines solchen fluiddynamischen Systems wird je nach Aufgabe ein definierter Druck oder Volumenstrom an definierten Stellen bzw. Verbrauchern benötigt. In der Anlage liegt somit stets ein definierter Bedarf vor, welcher durch die Strömungs- oder Verdrängermaschine, beispielsweise eine Pumpe, erfüllt werden muss. Im Optimalfall liefert die Strömungs- oder Verdrängermaschine nur genau den erforderlichen Bedarf der Anlage und arbeitet somit energieeffizient im optimalen Betriebspunkt für den jeweiligen Systemzustand des gesamten fluiddynamischen Systems.

Im Regelfall sind diese Systemzustände unbekannt, insbesondere bei komplexeren Anlagen, und unterliegen zeitlichen Verände- rung aufgrund von beispielsweise geänderten Ventilstellungen oder Änderungen in hydraulischen Stellern, oder aber auch aufgrund von Verschleiß im System. Dementsprechend sind auch die jeweils aktuellen Anforderungen an die Strömungs- oder Verdrängermaschine, insbesondere eine Pumpe, d.h. der Anlagenbedarf, in der Regel nicht bekannt. Daher wird die Strömungsoder Verdrängermaschine stets so betrieben, so dass die Anforderungen in jedem Fall erfüllt werden. Aufgrund dessen wird beim Betrieb der Strömungs- oder Verdrängermaschine stets mehr Energie auf gewendet als eigentlich erforderlich wäre, was energetisch ungünstig ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung für ein fluiddynamisches System, ein fluiddynamisches System und ein Verfahren zum Betrieb einer Mess- und/oder Regelvorrichtung für ein fluiddynamisches System anzugeben, welche die oben genannten Nachteile überkommen .

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung sind den Unteransprüchen und den zugehörigen Beschreibungen und Zeichnungen zu entnehmen.

Gemäß dem Grundgedanken der Anmeldung wird eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung für ein fluiddynamisches System vorgeschlagen, wobei das fluiddynamische System eine Strömungsoder Verdrängermaschine, Leitungen und zumindest eine weitere fluiddynamische Komponente umfasst. Die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung umfasst mindestens einen ersten Drucksensor, einen Druckfluktuationsgenerator zur aktiven Reduktion von Druckfluktuationen in dem fluiddynamischen System und eine erste Reglereinheit mit einem adaptiven Filter mit einer Mehr- zahl von Filterkoeffizienten. Die erste Reglereinheit ist dazu eingerichtet, ein Druckfluktuationssignal von dem ersten Drucksensor zu empfangen, ein Referenzsignal zu empfangen oder zu erzeugen, und aus dem Referenzsignal mittels des adaptiven Filters ein Steuersignal zu erzeugen, den Druckfluktuationsgenerator mit dem Steuersignal zu steuern, und den adaptiven Filter kontinuierlich zu optimieren oder anzupassen, um das Druckfluktuationssignal zu minimieren. Es wird vorgeschlagen, dass das Mess- und/oder Regelungssystem eine zweite Regeleinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Filterkoeffizienten des adaptiven Filters der ersten Reglereinheit, vorzugsweise kontinuierlich, auszuwerten, und

- aus Änderungen der Filterkoeffizienten im Zeitverlauf Veränderungen im fluiddynamischen System zu identifizieren; und/ oder

- aus den Filterkoeffizienten eine Zuordnung zu bekannten Systemzuständen der Strömungs- oder Verdrängermaschine und/oder des fluiddynamischen Systems und/oder Teilen des fluiddynamischen Systems vorzunehmen; und/oder

- die Leistung und/oder Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine des fluiddynamischen Systems mittels der Auswertung der Filterkoeffizienten auf einen effizienten, insbesondere optimalen, Betriebspunkt der Strömungs- oder Verdrängermaschine im fluiddynamischen System zu regeln.

Demnach ist die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung zunächst für eine Kompensation der Druckfluktuationen im fluiddynamischen System eingerichtet .

Die Strömungs- oder Verdrängermaschine ist eine Hauptquelle der Druckfluktuationen im fluiddynamischen System, die sich als dynamische Änderungen bzw. Pulse im zeitlichen Verlauf des Drucks bemerkbar machen. Die Druckfluktuationen bzw. Druck- Schwingungen stellen ungewollte Verluste und Anregungen von Vibrationen des Rohrleitungssystems dar . Die Strömungs - oder Verdrängermaschine ist beispielsweise eine f luiddynamische Pumpe . Eine Strömungsmaschine kann eine f luiddynamische Pumpe , beispielsweise Seitenkanal - , Radial - und Axialpumpen, insbesondere Umwälzpumpen, sein . Weiterhin kann eine Strömungsmaschine beispielsweise ein Verdichter oder Kompressor sein . Ei ne Verdrängermaschine kann insbesondere eine Kolbenmaschine sein, welche vorzugsweise eine Taktf requenz aufweist , welcher mit einer Drehzahl einer Welle der Kolbenmaschine korrespondiert . Die Verdrängermaschine ist vorzugsweise eine drehzahl getriebene und/oder drehzahlgesteuerte Verdrängermaschine .

Die Druckf luktuationen werden vorzugsweise stromabwärts der Strömungs - oder Verdrängermaschine mittels des ersten Drucksensors gemessen und in ein Druckf luktuationssignal umgewandelt , welches von der ersten Reglereinheit empfangen wird . Das Druckf luktuationssignal ist zeitlich variabel entsprechend der vorliegenden Druckf luktuationen, welche insbesondere in den Leitungen des f luiddynamischen Systems auf treten . Der erste Drucksensor ist vorzugsweise stromabwärts der Strömungs - oder Verdrängermaschine und des Druckf luktuationsgenerators angeordnet .

Der Drucksensor ist dazu eingerichtet den entsprechenden Druck , insbesondere den akustischen Druck , zu messen . Die Mes sung des Drucks durch den Drucksensor kann mittels unterschiedlicher Messverfahren erfolgen, beispielsweise auch über Dehnmessstreifen und/oder Beschleunigungssensoren . Der Drucksensor ist vorzugsweise eine Form von Wandler von akustisch zu einem elektrischen Signal . Die Druckf luktuationen weisen eine Dynamik im Druck über der Zeit auf , die auf dem statischen Druck im f luiddynamischen System auf setzen . Unter statischem Druck kann daher auch ein mittlerer oder gemittelter Druck verstanden werden, um den die Druckf luktuationen schwanken .

Das Referenzsignal wird von der ersten Reglereinheit empfangen oder vorzugsweise von der Reglereinheit erzeugt und weist vorzugsweise mindestens eine Sinusschwingung auf . Die Amplitude der Sinusschwingung im Referenzsignal nimmt vorzugsweise einen voreingestellten Wert an . Das Referenzsignal kann weitere Si nusschwingungen aufweisen, deren Frequenzen vorzugsweise wiederum einem ganzzahligen Vielfachen der ersten Frequenz ent sprechen . Die weiteren Sinusschwingungen weisen vorzugsweise eine geringere , voreingestellte Amplitude als die erste Sinus schwingung auf . Das von der ersten Reglereinheit empfangene oder vorzugsweise erzeugte Referenzsignal kann in alternativen Ausführungs formen keine Sinusschwingung aufweisen, insbesondere im Fall eines breitbandigen Referenzsignals .

Das vorliegende Referenzsignal wird mittels eines adaptiven Filters , insbesondere eines digitalen Filters , in der ersten Reglereinheit gef iltert . Bevorzugt wird ein Filter mit endli cher Impulsantwort ( FIR- Filter) oder ein Filter mit unendli cher Impulsantwort ( I IR Filter) oder eine Kombination dieser beiden Filter genutzt , welcher dann entsprechend in der ersten Reglereinheit implementiert ist . Der Filter weist entsprechende Filterparameter auf , welche Amplituden, Phasenlage und/oder Frequenzen des Referenzsignals verändern können . Das Referenz signal wird nach dem Passieren des Filters als Steuersignal bezeichnet , welches durch die erste Reglereinheit erzeugt wird . Der vorgesehene Filter , insbesondere der FIR- Filter , ist adaptiv, so dass das Filterverhalten im Betrieb, insbesondere durch Anpassung der Filterparameter, veränderbar ist.

Der Druckfluktuationsgenerator wird mit dem Steuersignal, welches in vorteilhaften Aus führungs formen zusätzlich verstärkt wird, angesteuert und betrieben.

Der Effekt der Interferenz von den Druckfluktuationen des fluiddynamischen Systems bzw. der Strömungs- oder Verdrängermaschine mit den Druckfluktuationen des Druckfluktuationsgenerators ist mit dem ersten Drucksensor stromabwärts der Strömungs- oder Verdrängermaschine messbar, welcher die Druckfluktuationen erfasst und ein entsprechendes Druckfluktuationssignal erzeugt, welches wiederum an die erste Reglereinheit übertragen wird.

Dementsprechend stellt sich nach einer Optimierungsphase der adaptive Filter, insbesondere durch Anpassung bzw. Optimierung der Filterparameter, so ein, dass das Referenzsignal derart angepasst bzw. verändert wird, dass sich eine möglichst destruktive Interferenz der Druckfluktuationen einstellt. Hierdurch werden die Druckfluktuationen im fluiddynamischen System verringert, was zu geringerer akustischer Emission und zu einem geringeren Widerstand im fluiddynamischen System führt. Durch den kontinuierlichen Optimierungsvorgang erfolgt eine automatische Anpassung an Veränderungen des fluiddynamischen Systems, beispielsweise durch Öffnen oder Schließen einzelner Ventile im fluiddynamischen System.

Gemäß dem Vorschlag zur Lösung der Aufgabe werden die Filterkoeffizienten des adaptiven Filters der ersten Reglereinheit kontinuierlich durch die zweite Regeleinheit ausgewertet. Die Auswertung der für die aktive Reduktion der Druckfluktuationen verwendeten Filterkoeffizienten erlaubt die Systemzustände, insbesondere der Strömungs- oder Verdrängermaschine, zu erkennen. Dies ist vor allem bei fluiddynamischen Systemen vorteilhaft, die aufgrund ihrer Art, Größe und/oder Komplexität nicht vermessen werden können und/oder die ständigen Änderungen unterworfen sind.

Die Kompensation der Druckfluktuationen ermöglicht es im regulären Betrieb des fluiddynamischen Systems, die entsprechenden Filterkoeffizienten, welche das System und den Systemzustand beschreiben, aufzunehmen, und gleichzeitig die Druckfluktuationen im fluiddynamischen System und die Schallemissionen des fluiddynamischen Systems zu reduzieren.

Die Erfindung hat erkannt, dass die Kompensation der Druckfluktuationen, welches auch als active noise canceling verstanden werden kann, die Erfassung und Beschreibung des Systemzustands eines fluiddynamischen Systems ermöglicht, wobei die entsprechenden Werte unmittelbar aus den Filterkoeffizienten des adaptiven Filters entnommen werden. Daher können fluiddynamische Systeme, die üblichen Methoden zur Systemidentifikation nicht zugänglich sind, identifiziert und insbesondere kontinuierlich im regulären Betrieb identifiziert und ausgewertet werden. Ferner ist hierdurch bei der Auswertung eine akustische Entkopplung der Strömungs- oder Verdrängermaschine von der Anlage bzw. vom restlichen Teil des fluiddynamischen Systems möglich, so dass die ausgesandten Druckpulsationen der Strömungs- oder Verdrängermaschine nicht in der Anlage bzw. den weiteren Teilen des fluiddynamischen Systems reflektiert werden und wieder auf die Strömungs- oder Verdrängermaschine einwirken können. Mit anderen Worten wird die Strömungs- oder Verdrängermaschine aus Sicht der weiteren Teile des Systems stumm geschaltet . Die Filterkoeffizienten bilden das akustische Verhalten des fluiddynamischen Systems ab, so dass auch Änderungen des akustischen Verhaltens fernab des ersten Drucksensors erfasst werden können .

Aus der Auswertung der Filterkoeffizienten in der zweiten Regeleinheit können vorzugsweise aus den Änderungen der Filterkoeffizienten im Zeitverlauf Veränderungen im fluiddynamischen System identifiziert werden. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf Veränderungen beispielsweise im Strömungs- oder Verdrängermaschinensystem, insbesondere im Pumpensystem. Vorzugsweise erfolgt ein Aufteilen des auszulöschenden Frequenzbandes auf mehrere adaptive Filterkanäle, so dass Frequenzanteile geringer Amplitude in den ausgelöschten Druckschwingungen gezielt unterschieden und fein aufgelöst werden können. Die Filterkoeffizienten korrespondieren in ihrer Amplitude und Abfolge in der Regel mit den ausgelöschten Schwingungsanteilen.

Eine Änderung des Systemzustands oder der Systemeigenschaften hat eine Veränderung des Schallfeldes und dem der Filterkoeffizienten zur Folge, da die Filterkoeffizienten durch die kontinuierliche Optimierung des adaptiven Filters bei einer Veränderung des Schallfeldes angepasst werden. Die veränderte Gewichtung der Filterkoeffizienten bzw. des Satzes der Filterkoeffizienten ermöglichen so Rückschlüsse auf Veränderungen im System. Das fluiddynamische System kann daher im Betrieb kontinuierlich überwacht und die Systemzustände identifiziert (condition monitoring) werden.

Alternativ oder ergänzend kann vorzugsweise aus der Auswertung der Filterkoeffizienten in der zweiten Regeleinheit aus den Filterkoeffizienten eine Zuordnung zu bekannten Systemzustän- den der Strömungs- oder Verdrängermaschine und/oder des fluiddynamischen Systems und/oder Teilen des fluiddynamischen Systems vorgenommen werden. Ein bestimmter Systemzustand, insbesondere ein statischer Systemzustand, resultiert bei der kontinuierlichen Optimierung des adaptiven Filters in einem charakteristischen Satz von Filterkoeffizienten, z.B. Filtergewichte und -parametern.

Die Zuordnung kann beispielsweise durch Vergleich der Filterkoeffizienten mit einem oder mehreren Sätzen Filterkoeffizienten eines bekannten Systemzustands erfolgen. Hiermit kann beispielsweise eine effektive Überwachung und Vermessung (condition monitoring) des fluiddynamischen Systems und insbesondere der Strömungs- oder Verdrängermaschine, beispielsweise eine Pumpe, erfolgen.

In vorteilhaften Aus führungs formen weist die zweite Regeleinheit ein neuronales Netzwerk auf, welches anhand bekannter Zustände, Eigenschaften und/oder Ereignisse des fluiddynamischen Systems, insbesondere der Strömungs- oder Verdrängermaschine, so trainiert wird, dass nach dem Trainingsprozess die Trainingsdaten korrekt den entsprechenden Zuständen, Eigenschaften und/oder Ereignissen zugeordnet werden können.

Beispielsweise können im Training Knoten und Gewichte des neuronalen Netzwerks mit einem Lern-Algorithmus basierend auf dem Erkennungsfehler iterativ angepasst werden. Der Erkennungsfehler entsteht zwischen dem zu erkennenden fluiddynamischen System bzw. dessen Systemzustand, insbesondere der Strömungsoder Verdrängermaschine, und dem vom neuronalen Netzwerk erkannten System oder Systemzustand. Die Datenpunkte der Trainingsdaten können beispielsweise entsprechend der Menge je Datensatz und der systembedingten qualitativen Zusammensetzung einzeln oder in Gruppen den Knoten des neuronalen Netzwerks zugeordnet werden. Durch korrektes Erkennen und Zuordnen zu bekannten Systemzuständen, -eigenschaf ten und -ereignissen können diese im Betrieb des fluiddynamischen Systems von unbekannten Systemzuständen, -eigenschaf ten und -ereignissen unterschieden werden. Auf diese Weise können beispielsweise normale Systemzustände von abnormalen Systemzuständen, insbesondere der Strömungs- oder Verdrängermaschine, unterschieden werden, so dass unter anderem Verschleiß oder Schäden der Strömungs- oder Verdrängermaschine frühzeitig erkannt werden können. Hierdurch können insbesondere Wartungsarbeiten und Reparaturen am fluiddynamischen System rechtzeitig und effizient geplant werden, was eine vorausschauende Instandhaltung (predictive maintenance) ermöglicht.

Alternativ oder ergänzend regelt die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung vorzugsweise die Leistung und/oder Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine des fluiddynamischen Systems mittels der Auswertung der Filterkoeffizienten auf einen effizienten Betriebspunkt, vorzugsweise auf den Bestpunkt, der Strömungs- oder Verdrängermaschine im fluiddynamischen System. Die Erfindung hat erkannt, dass eine entsprechende Strömungsoder Verdrängermaschine in einem fluiddynamischen System bei Betrieb im Bestpunkt (Best Efficiency Point, BEP) , d.h. in einem Betriebspunkt mit höchster Effizienz, ein charakteristisches akustisches Verhalten aufweist, welches durch die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung mittels der Filterkoeffizienten des adaptiven Filters erfasst werden kann. Der entsprechende Satz Filterkoeffizienten kann daher mit einem entsprechenden Betriebspunkt verglichen werden. Vereinfacht gesagt, kann ein bestimmter Klang bzw. ein bestimmter Satz Filterkoeffizienten einem bestimmten Betriebspunkt der Strömungs- oder Verdrängermaschine zugeordnet werden. Die Auswertung der Filterkoef f i- zienten auf einen effizienten Betriebspunkt, vorzugsweise BEP, einer Strömungs- oder Verdrängermaschine eines fluiddynamischen Systems ist durch die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung auch bei dynamischen Kennfeldern in fluiddynamischen Systemen bei einer Wechselwirkung von Strömungs- oder Verdrängermaschine mit dem restlichen fluiddynamischen System möglich.

Zur Regelung der Strömungs- oder Verdrängermaschine kann in Abhängigkeit des identifizierten Systemzustands eine für die Strömungs- oder Verdrängermaschine optimale Drehzahl bestimmt und beispielsweise als Soll-Drehzahl ausgegeben werden.

Eine derartige Auswertung des akustischen Verhaltens der Strömungs- oder Verdrängermaschine ist durch die aktive Kompensation der Druckfluktuationen des gesamten fluiddynamischen Systems möglich, insbesondere für komplexe, zeitlich variable und unbekannte Systeme, wobei die Auswertung unmittelbar durch die Filterkoeffizienten, welche für die aktive Kompensation verwendet werden, erreicht wird.

Die vorgeschlagene Mess- und/oder Regelungsvorrichtung ermöglicht eine bedarfsgerechte Regelung von Strömungs- oder Verdrängermaschinen in fluiddynamischen Systemen, so dass die Strömungs- oder Verdrängermaschine stets energieeffizient betrieben werden kann, auch wenn der aktuelle Bedarf der Anlage an sich nicht bekannt ist . Auf diese Weise können in einem fluiddynamischen System erhebliche Mengen Energie und somit Kosten eingespart werden. Weiterhin kann beispielsweise die Lebensdauer der Strömungs- oder Verdrängermaschine oder deren Wartungsintervalle verlängert werden, da die Strömungs- oder Verdrängermaschine bedarfsgerecht betrieben werden kann. Ein Betrieb der Strömungs- oder Verdrängermaschine über dem eigentlichen Bedarf, um die Bedarfsanforderungen stets zu erfül- len, kann hierdurch vermieden werden. Beispielsweise kann in Abhängigkeit des erkannten Systemzustands eine für die Strö- mungs- oder Verdrängermaschine optimale Drehzahl bestimmt und ausgegeben werden.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet ist, die Filterkoeffizienten auf ein charakteristisches akustisches Verhalten der Strömungs- oder Verdrängermaschine auszuwerten. Diese Auswertung auf ein charakteristisches akustisches Verhalten der Strömungs- oder Verdrängermaschine ist nur durch die Kompensation der Druckfluktuationen möglich, da sie akustisch von den weiteren Teilen des Systems bzw. der Anlage entkoppelt wird. Die akustische Entkopplung ist hier elementar, da anderenfalls der Strömungsoder Verdrängermaschinenschall im System reflektiert und in der Strömungs- oder Verdrängermaschine bzw. der Messung überlagert würde. Dies führt üblicherweise dazu, dass Messsignale einer Strömungs- oder Verdrängermaschinenakustik nur mit geringer Signalqualität auf genommen werden können. Erst durch die akustische Entkopplung werden die Messsignale für die Auswertung und/oder Systemidentifikation und/oder Regelung in guter Qualität nutzbar. Durch eine entsprechende Auswertung kann erkannt werden, ob die Strömungs- oder Verdrängermaschine auf einem effizienten Betriebspunkt, insbesondere auf dem Bestpunkt (BEP) , läuft bzw. zu diesem geregelt werden. Ein Betrieb der Strömungs- oder Verdrängermaschine oberhalb des Bedarfs des fluiddynamischen Systems kann auf diese Weise vermieden werden, was die Energieeffizienz deutlich erhöht.

Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die zweite Reglereinheit ein neuronales Netz umfasst, welches zur Erkennung von charakteristischem akustischem Verhalten einer Strömungs- oder Verdrängermaschine aus den Filterkoeffizienten trainiert ist. Mittels eines neuronalen Netzes kann in den abstrakten Sätzen von Filterkoeffizienten charakteristisches akustisches Verhalten erkannt werden.

Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet ist, einen charakteristischen Systemzustand der Strömungs- oder Verdrängermaschine aus der Auswertung der Filterkoeffizienten zu identifizieren. Das bestimmte charakteristische Verhalten kann beispielsweise dem Verhalten bei Betrieb im Bestpunkt der Strömungs- oder Verdrängermaschine entsprechen.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet ist, einen charakteristischen Systemzustand zumindest einer weiteren fluiddynamische Komponente, beispielsweise Kessel, Becken oder Armaturen, vorzugsweise die Anlage des fluiddynamischen Systems, aus der Auswertung der Filterkoeffizienten zu identifizieren. Dies wird durch die akustische Entkopplung von der Strömungs- oder Verdrängermaschine ermöglicht, so dass die Systemzustände weiterer Komponenten identifiziert werden können, was beispielsweise zu deren Zustandsüberwachung und Wartungsplanung eingesetzt werden kann.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet ist, die Strömungs- oder Verdrängermaschine auf ein bestimmtes charakteristisches akustisches Verhalten zu regeln. In vorteilhaften Aus führungs formen kann die Drehzahl bzw. die Solldrehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine dementsprechend gesteuert und/oder geregelt werden, so dass ein bestimmter Systemzustand, beispielsweise Betrieb der Strömungs- oder Verdrängermaschine im Bestpunkt, eingenommen wird. Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die zweite Regeleinheit dazu eingerichtet ist, die Filterkoeffizienten zu speichern. Das Speichern kann hierbei kontinuierlich oder in Intervallen erfolgen. Auf diese Weise können beispielsweise die Filterkoeffizienten zu unterschiedlichen Zeitpunkten verglichen werden, wodurch auch schleichende Veränderungen im fluiddynamischen System erkannt und ausgewertet werden können .

In einer bevorzugten Aus führungs form ist die Ist-Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine erfassbar und von der ersten Reglereinheit empfangbar, wobei die erste Reglereinheit dazu eingerichtet ist, aus der Ist-Drehzahl der Strömungsoder Verdrängermaschine das Referenzsignal zu erzeugen.

Das Referenzsignal wird somit in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine generiert und unterliegt somit den gleichen zeitlichen Veränderungen wie die Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine.

Die Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors erfassbar sein. Weiterhin kann die Drehzahl bei elektrisch angetriebenen Strömungs- oder Verdrängermaschine unter Umständen direkt aus der elektrischen Ansteuerung der Strömungs- oder Verdrängermaschine erfasst werden, so dass die Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine als variable Messgröße von der Reglereinheit empfangen werden kann.

Neben dieser variablen Messgröße liegt in bevorzugten Ausführungsformen eine konstante Größe der Strömungs- oder Verdrängermaschine, insbesondere die Anzahl der Laufradschaufeln bzw . der Rotorblätter und/oder der Leitradschaufeln, auf der Reglereinheit vor .

Ferner kann eine Änderung der Drehzahl der Strömungs - oder Verdrängermaschine durch die direkte Berücksichtigung im Referenzsignal unmittelbar erfolgen, ohne dass die Optimierungs phase an das geänderte System durch die veränderte Drehzahl abgewartet werden muss . Daher ergibt sich durch die Veränderung der Drehzahl der Strömungs - oder Verdrängermaschine nicht zwangsläuf ig eine signif ikante Anpassung der Filterparameter , so dass die Optimierungsphase bis zum Erreichen eines Optimums deutlich verkürzt wird . Durch die kontinuierliche Optimierung erfolgt bei einer Veränderung der Drehzahl der Strömungs - oder Verdrängermaschine und somit einer Veränderung des Referenz signals eine Anpassung zum einen durch das veränderte Referenzsignal und zum anderen durch die kontinuierliche Optimierung bzw . Adaption des Filters .

Die Druckf luktuationen, die von einer Strömungs - oder Verdrängermaschine , insbesondere einer Pumpe , erzeugt werden, entsprechen bei einer einstuf igen Strömungs - oder Verdrängermaschine , in der Regel näherungsweise einem ganzzahligen Viel fachen der Drehzahl der Strömungs - oder Verdrängermaschine , wobei die Frequenz bzw . Frequenzen dieser Druckf luktuationen abhängig von der Drehzahl und der Art der Strömungs - oder Verdrängermaschine sind .

In einer alternativen Aus führungs form umfasst die Mess - und/oder Regelungsvorrichtung mindestens einen zweiten Drucksensor , und die erste Reglereinheit ist dazu eingerichtet , ein zweites Druckf luktuationssignal als Referenzsignal von dem zweiten Drucksensor zu empfangen . Die vom zweiten Drucksensor zu erfassenden Druckf luktuationen werden vorzugsweise zwischen der Strömungs- oder Verdrängermaschine und dem Druckfluktuationsgenerator gemessen, so dass diese in der Mess- und/oder Regelungsvorrichtung als Referenzsignal genutzt werden können.

Diese Aus führungs form ist insbesondere für breitbandige akustische Anregungen eines fluiddynamischen Systems geeignet.

In der Mess- und/oder Regelungsvorrichtung können mehrere erste Drucksensoren vorgesehen sein. Weiterhin können in der Mess- und/oder Regelungsvorrichtung mehrere zweite Drucksensoren vorgesehen sein. Der zweite Drucksensor kann prinzipiell baugleich zu dem ersten Drucksensor ausgeführt werden.

Vorzugsweise wird Druckfluktuationsgenerator mit dem Steuersignal, welches in vorteilhaften Aus führungs formen zusätzlich verstärkt wird, angesteuert und betrieben. Der Druckfluktuationsgenerator erzeugt longitudinale Druckwellen durch die Verwendung einer oszillierenden Quellfläche des Oszillators. Der Druckfluktuationsgenerator kann beispielsweise ein fluidstatischer Aktuator sein. Die Druckwellen bzw. Druckfluktuationen verlaufen vorzugsweise zunächst in Längsrichtung eines Anschlussrohres des fluiddynamischen Systems, in dem der Druckfluktuationsgenerator positioniert ist, bevor diese mit den weiteren Druckfluktuationen im System interferieren. Die Quellfläche ist vorzugsweise planar. Die Quellfläche kann jedoch auch in nicht planarer Weise ausgeführt werden.

Das Anschlussrohr, in dem der Druckfluktuationsgenerator vorzugsweise angeordnet ist, ist in vorteilhaften Ausführungsformen über ein Verbindungsstück mit dem fluiddynamischen System verbunden. Die geometrische Gestaltung des Verbindungsstücks kann anwendungsbedingt variieren. Das Verbindungsstück kann beispielsweise als winkliges T- oder Y-Stück bzw. bogenförmi- ges Stück ausgeführt sein. Der Querschnitt des Anschlussrohres kann ebenfalls anwendungsbedingt variieren. Vorzugsweise werden im Verbindungsstück die Druckfluktuationen im fluiddynamischen System, insbesondere von der Strömungs- oder Verdrängermaschine, mit den Druckfluktuationen des Druckfluktuationsgenerators überlagert, wobei die Druckfluktuationen im fluiddynamischen System durch destruktive Interferenz minimiert werden können .

Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein fluiddynamisches System vorgeschlagen, welches eine Strömungs- oder Verdrängermaschine, Leitungen und zumindest eine weitere fluiddynamische Komponente umfasst, wobei das fluiddynamische System eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.

Ein entsprechendes fluiddynamisches System kann besonders energieeffizient und mit geringen unplanmäßigen Ausfallzeiten betrieben werden.

Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Druckfluktuationsgenerator stromabwärts der Strömungs- oder Verdrängermaschine und der erste Drucksensor stromabwärts des Druckfluktuationsgenerator im fluiddynamischen System angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann die aktive Reduktion der Druckfluktuationen durch den Druckfluktuationsgenerator mittels des ersten Drucksensors erfasst werden, so dass der adaptive Filter entsprechend kontinuierlich optimiert werden kann.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass der zweite Drucksensor stromabwärts der Strömungs- oder Verdrängermaschine und stromaufwärts des Druckfluktuationsgenerators angeordnet ist. Dies ermöglicht das Erfassen der Druckfluktuationen, welche von der Strömungs- oder Verdrängermaschine erzeugt werden, bevor diese mit den Druckfluktuationen des Druckfluktuationsgenerators interagieren, so dass auf diese Weise eine Referenzsignal erzeugt werden kann.

Ferner wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb einer Mess- und/oder Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein fluiddynamisches System mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

- Empfangen eines Druckfluktuationssignals von dem ersten Drucksensor,

- Empfangen oder Erzeugen eines Referenzsignals,

- Erzeugen eines Steuersignals aus dem Referenzsignal mittels des adaptiven Filters,

- Steuern des Druckfluktuationsgenerators mit dem Steuersignal ,

- kontinuierliches Optimieren oder Anpassen des adaptiven Filters, um das Druckfluktuationssignal zu minimieren,

- Auswerten der Filterkoeffizienten des adaptiven Filters der ersten Reglereinheit, und

- Identifizieren von Veränderungen im fluiddynamischen System aus Änderungen der Filterkoeffizienten im Zeitverlauf; und/ oder

- Zuordnen zu bekannten Systemzuständen der Strömungs- oder Verdrängermaschine und/oder des fluiddynamischen Systems und/oder Teilen des fluiddynamischen Systems aus den Filterkoeffizienten; und/oder

- Regeln der Leistung und/oder Drehzahl der Strömungs- oder Verdrängermaschine des fluiddynamischen Systems mittels der Auswertung der Filterkoeffizienten auf einen effizienten, insbesondere optimalen, Betriebspunkt, vorzugsweise Bestpunkt, der Strömungs- oder Verdrängermaschine im fluiddynamischen System.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert . Dabei zeigt

Fig. 1 ein fluiddynamisches System mit Mess- und/oder Regelungsvorrichtung; und

Fig. 2 ein weiteres fluiddynamisches System mit Mess- und/oder Regelungsvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines fluiddynamischen Systems 11 mit einer Mess- und/oder Regelungsvorrichtung 10. Fluiddynamische Systeme 11 können offen oder geschlossen sein, wobei in der schematischen Darstellung der Figur 1 ein geschlossenes fluiddynamisches System 11 mit einer Strömungsoder Verdrängermaschine 12 in einem einfachen Kreislauf aus Leitungen 13 und zwei symbolischen weiteren fluiddynamischen Komponenten 14, beispielsweise Ventile, Thermostate, Wärmetauscher, Heizkörper, hydraulische Steller, in dem Kreislauf gezeigt ist.

Die Strömungs- oder Verdrängermaschine 12 bewirkt eine Erhöhung des statischen Drucks im fluiddynamischen System 11 sowie in Abhängigkeit von der fluiddynamischen Komponenten 14 einen Volumenstrom mit einer Strömungsrichtung 23. Bei dem fluiddynamischen System 11 kann es sich beispielsweise um den Heizkreislauf eines Wohnhauses handeln.

Druckfluktuationen werden insbesondere durch die Strömungsoder Verdrängermaschine 12 in ein fluiddynamisches System 11 eingebracht, welche sich im fluiddynamischen System 11 aus- breiten und die Struktur, insbesondere die Leitungen 13, zu Schwingungen anregen. Dies kann unter anderem zu unerwünschten akustischen Emissionen führen.

Die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung 10 weist einen Druckfluktuationsgenerator 16 zur aktiven Reduktion von Druckfluktuationen auf, welcher Druckfluktuation gezielt in das fluiddynamische System einbringt, um diese destruktiv mit den vorhandenen von der Strömungs- oder Verdrängermaschine 12 und/oder der fluiddynamischen Komponenten 14 erzeugten Druckfluktuationen zu interferieren.

Der Druckfluktuationsgenerator 16 ist daher hydraulisch bzw. fluiddynamisch mit dem fluiddynamischen System 11 verbunden, was im Ausführungsbeispiel der Figur 1 mittels eines winkligen T-Verbindungsstück 24 erfolgt.

Stromabwärts des Verbindungsstücks 24 ist an der Leitung 13 ein erster Drucksensor 15 angeordnet, welcher die Druckfluktuationen erfassen und somit den Druck in der Leitung 13 des fluiddynamischen Systems 11 entsprechend zeitlich auflösen kann. Die Druckfluktuationen werden von dem ersten Drucksensor 15 als Druckfluktuationssignal 18 an eine erste Reglereinheit 17 übertragen.

Die erste Reglereinheit 17 empfängt die Ist-Drehzahl 22 der Strömungs- oder Verdrängermaschine 12, welche mittels eines Drehzahlmessers erfasst wird. Die Strömungs- oder Verdrängermaschine 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Blattzahl sieben auf sowie eine angenommene Drehzahl von 1450 Umdrehungen pro Minute. Die Reglereinheit 17 erfasst die Drehzahl, multipliziert die Drehzahl mit der eingestellten Blattzahl und erzeugt hieraus ein sinusförmiges Referenzsignal mit 169,2 Hz, was der ersten Blattpassierfrequenz entspricht. Phasenlage und Amplitude des sinusförmigen Referenzsignals können in der Reglereinheit 17 voreingestellte Werte annehmen.

In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird neben der ersten Blattpassierfrequenz auch die zweite und dritte Blattpassierfrequenz in dem Referenzsignal berücksichtigt. Demnach werden weitere Sinusschwingungen bei 338,4 Hz und 676,8 Hz in das Referenzsignal moduliert. Phasenlage und Amplitude des höheren Referenzsignals können in der Reglereinheit 17 voreingestellte Werte annehmen, wobei die Amplitude für die zweite und dritte Blattpassierfrequenz im Referenzsignal vorzugsweise geringer ist als Amplitude der ersten Blattpassierfrequenz.

In der ersten Reglereinheit 17 ist ein adaptiver Filter mit endlicher Impulsantwort (finite impulse response filter) implementiert, welcher das Referenzsignal filtert. Alternativ ist ein adaptiver Filter mit unendlicher Impulsantwort (infinite impulse response filter) oder weiterhin alternativ ein adaptiver Filter aus einer Kombination adaptiver Filter mit endlicher und unendlicher Impulsantwort implementiert. Das gefilterte Referenzsignal wird als Steuersignal 19 zu einem Druckfluktuationsgenerator 16 geleitet, welcher dementsprechend angesteuert wird.

Der Druckfluktuationsgenerator 16 erzeugt Druckfluktuationen bzw. Druckimpulse, welche sich entlang der Wandung der Leitung 13 ausbreiten und im Verbindungsstück 24 in Interferenz mit den Druckfluktuationen im fluiddynamischen System 11 treten, insbesondere mit den Druckfluktuationen, welche von der Strö- mungs- oder Verdrängermaschine 12 induziert werden. Die resultierenden Druckf luktuationen werden wiederum von dem ersten Drucksensor 15 erfasst und an die Reglereinheit 17 als Druckf luktuationssignal 18 übertragen, so dass eine Rückkopplung über die Wirkung des Druckf luktuationsgenerator 16 erfolgt . In der Reglereinheit 17 wird ein kontinuierlicher Mini - mierungsprozess durchgeführt , welcher als Zielgröße das Druckf luktuationssignal 18 durch Variationen der Filterparameter des digitalen, adaptiven FIR- Filters in der Reglereinheit 17 minimiert . Folglich werden die Filterparameter nach Ablauf ei nes Zeitintervalls entsprechend des Minimierungsverf ährens , beispielsweise des mittleren quadratischen Fehlers (LMS) , variiert und das Ergebnis als Druckf luktuationssignal 18 ausgewertet . Die kontinuierliche Optimierung des adaptiven Filters ermöglicht zudem eine Anpassung an die Veränderungen in dem f luiddynamischen System 11 , in dem die Mess - und/oder Regelungsvorrichtung 10 eingesetzt ist . Die Veränderungen des Fil terverhaltens des adaptiven Filters wird unter anderem zur Anpassung von Phase und Amplitude des vom Druckf luktuationsgenerator 16 erzeugten Gegendrucks bzw . erzeugten Druckf luktuationen eingesetzt . Das Filterverhalten des adaptiven Filters wird durch entsprechende Filterkoef f izienten 20 beschrieben, welche bei der kontinuierlichen Optimierung des adaptiven Filters zur Minimierung des Druckf luktuationssignals 18 das akustische Verhalten des f luiddynamischen Systems 11 beschreiben .

Änderungen in oder am f luiddynamischen System 11 wirken sich direkt auf das Betriebsverhalten der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 und somit auf die von ihr erzeugten Druckf luktuationen aus . Änderungen sind z . B . das Zu- und Abschalten von seriellen oder parallelen Leitungssträngen mit den f luiddynamischen Komponenten 14 ( z . B . Heizkörper an oder aus) als auch deren gezielte Drosselung durch Anpassung der Ventilstel lung . Infolge des sich ändernden Systemzustands des f luiddyna- mischen Systems 11 ist eine permanente Identifikation des Kreislaufs und Anpassung der Regelparameter in der Reglereinheit 17 für den Aktuator 16 besonders vorteilhaft, was durch den adaptiven Filter und den Optimierungsprozess erreicht wird .

Die Filterkoeffizienten 20 des adaptiven Filters, beispielsweise Parameter 1 bis n, werden von der ersten Regeleinheit 17 auf die zweite Reglereinheit 21 übertragen. In möglichen Ausführungsformen können die erste Regeleinheit 17 und die zweite Regeleinheit 21 auch innerhalb einer gemeinsamen elektronischen Verarbeitungseinheit angeordnet sein.

Die zweite Regeleinheit 21 wertet die Filterkoeffizienten 20 aus, wodurch der Systemzustand des fluiddynamischen Systems 11 identifiziert werden kann. Durch die Kompensation der Druckfluktuationen kann auch der charakteristische Systemzustand der Strömungs- oder Verdrängermaschine 12 separat mittels der Filterkoeffizienten 20 ausgewertet und identifiziert werden.

Ein Systemzustand, insbesondere ein statischer Systemzustand, führt zu einem charakteristischen Schallfeld am ersten Drucksensor 15 und resultiert bei Auslöschung in einem charakteristischen Satz von Filtergewichten und -parametern bzw. den Filterkoeffizienten 20. Die Filterkoeffizienten 20 korrespondieren mit den ausgelöschten Schwingungsanteilen im Schallfeld. Durch den adaptiven Filter in der ersten Regeleinheit 17 werden aufgrund seiner adaptiven Eigenschaft die Filterkoeffizienten 20 bzw. die Filtergewichte und -parameter bei einer Veränderung im Schallfeld des fluiddynamischen Systems 11 angepasst. Die veränderten Filterkoeffizienten 20 ermöglichen daher Rückschlüsse auf die Veränderungen im fluiddynamischen System 11. In vorteilhaf ten Aus führungs formen wird mittels eines neuronalen Netzes in der zweiten Reglereinheit 21 , welches mit bekannten Systemzuständen des f luiddynamischen Systems 11 oder auch der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 trainiert wurde , eine Zuordnung zu bekannten Systemzuständen der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 und/oder des f luiddynamischen Sys tems 11 vorgenommen . Durch das Erkennen bekannter Systemzustände , -eigenschaf ten und -ereignisse können diese im Betrieb des f luiddynamischen Systems 11 mit der Mess - und/oder Regeleinerichtung 10 von unbekannten Systemzuständen, - eigenschaf ten und -ereignissen unterschieden werden . Auf diese Weise können beispielsweise normale und abnormale Systemzustände unterschieden werden .

Weiterhin kann das Identif izieren der Systemzustände des hydrodynamischen Systems 11 und der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 genutzt werden, um die Betriebszustände der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 zu beschreiben . Das Betriebsverhalten der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 ergibt sich aus der Wechselwirkung mit dem weiteren hydrodynamischen System 11 .

Eine Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 bei Betrieb im Bestpunkt zeigt stets ein charakteristisches akustisches Verhalten . Beispielsweise nehmen in Kreiselpumpen breitbandige Geräusche mit zunehmendem Betrieb außerhalb des Bestpunktes zu , da es infolge der Fehlanströmung des Pumpenlauf rads zu zusätzlichen, ablösungsbedingten Mischungsverlusten kommt , wel che sich als akustische Quellen manifestieren . Derartige Änderungen einer Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 im charakteristischen akustischen Verhalten können aufgrund der Kompensation der Druckf luktuationen durch den Druckf luktuationsgene- rator 16 überhaupt erst erfasst werden, welche sich dann di rekt in den Filterkoef f izienten 20 des adaptiven Filters der ersten Reglereinheit widerspiegeln . Die geänderten Filterkoef f izienten 20 können mittels maschinellen Lernens oder auch mittels des neuronalen Netzes in der zweiten Reglereinheit 21 derart ausgewertet werden, dass in Abhängigkeit des erkannten Systemzustands der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 eine optimale Soll -Drehzahl 25 der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 bestimmt und ausgegeben werden kann . Hierdurch wird eine bedarf sgerechte Regelung der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 durch die zweite Regeleinheit 21 erreicht , wodurch erhebliche Einsparungen an Energie und Kosten bei Betrieb der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 erreicht werden können .

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren f luiddynamischen Systems 11 mit einer Mess - und/oder Regelungsvorrichtung 10 . Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist die Mess - und/oder Regelungsvorrichtung 10 der Figur 2 einen zweiten Drucksensor 26 auf , welcher stromabwärts der Strömungs - oder Verdrängermaschine 12 und stromaufwärts des Druckf luktuationsgenerators 16 bzw . des winkligen T- Verbindungsstücks 24 angeordnet ist . Der zweite Drucksensor 26 erfasst insbesondere die Druckf luktuationen bevor diese mit den Druckf luktuationen des Druckf luktuationsgenerator 16 im Bereich des Verbindungsstücks 24 interferieren, womit die Druckf luktuationen aktiv reduziert werden . Die vom zweiten Drucksensor 26 auf genommenen Druckf luktuationen werden in diesem Ausführungsbeispiel von der ersten Reglereinheit 17 empfangen und als Referenzsignal verarbeitet . Mittels des adapti ven Filters wird dementsprechend ein Steuersignal ( 19) für den Druckf luktuationsgenerator 16 erzeugt .