Bestimmung Laufzeiten von Pumpen über Schwingungstransmitter

Guten Tag zusammen,

im Rahmen meiner bevorstehenden Bachelorarbeit ist eine Herausforderung, die Laufzeiten von Pumpen aufzuzeichnen.

Aber der Reihe nach: Ich habe Umwelttechnik studiert. Entsprechende Vorkenntnisse im Elektronikbereich und auch beim C++-Programmieren besitze ich. Für meine Bachelorarbeit muss ich die Pumpenlaufzeiten von Schöpfwerken aufzeichnen. Aus den Pumpenlaufzeiten werden wiederum indirekt die Volumenströme bestimmt. Die Pumpen sind nicht frequenzgeregelt, es gibt also nur die Zustände „EIN“ und „AUS“. Es besteht keine Möglichkeit, ein Signal am Relais oder dergleichen abzugreifen (was natürlich das Einfachste ist). Aus diesem und weiteren Gründen (stehen mehrere Pumpen nebeneinander, die unabhängig voneinander anlaufen können, was eine Schallmessung schwierig machen) bin ich zu der Idee gekommen, den Betriebszustand der Pumpen mit einem Schwingungstransmitter zu messen. Es sind je Schöpfwerk immer 2 Pumpen, dementsprechend auch 2 Schwingungstransmitter. Die ganze Messung sollte als Inselsystem funktionieren, also nur über einen Akku gespeist werden. Zur Aufzeichnung/Speicherung der Laufzeiten wurde mir zur Arduino geraten.

Ist die Speicherung der Laufzeiten (mit Uhrzeit) über eine Arduino grundsätzlich möglich?

Ist auch die Speicherung der Werte der Schwingungsmessung parallel möglich? Hintergrund der Frage ist, dass einer der Schwingungsmesser möglicherweise die Schwingung der anderen Pumpe aufzeichnet. In dem Fall könnte man das an Hand der geringen Werte erkennen und die Laufzeit herausrechnen.

Gibt es möglicherweise schon Programmcodes, die diese Anwendungen abdecken?

Das ist der angesprochene Schwingungstransmitter:

Tausend Dank, falls sich jemand die Zeit nimmt, um auf mein Vorhaben einzugehen! Damit helft ihr mir sehr weiter. Solltet Ihr weitere Ideen zu Realisierbarkeit der Messung haben, immer her damit.

Viele Grüße

Jan

Ich verstehe nicht wieso Du kein Relais paralell zum Motor schalten kannst.
Notfalls einen Stromtrafo über einen Fase der Pumpenzuleitung. Als Stromtrafo verstehe ich sowas:

.
Der kann über eine Ader des Versorgungskabels geklipt werden.

Ansonsten wenn das nicht möglich sein sollte würde ich die Drehung der Welle messen. Dazu braucht es nur eine Reflexionslichtschranke oder magnetisch.

Grüße Uwe

Ja.
DS3231 und SD-Kartenmodul.

Ja.

Davon abgesehen, das ich ähnlich wie Uwe agieren würde (Stichwort Zangenampermeter) frage ich mich, warum der Sensor?
Prinzipiell willst Du doch nur wissen, ob der Motor läuft oder nicht.
Die Transmitter arbeiten mit einer 4-20mA Stromschleife, das geht nicht direkt.
Wie es geht, hat @noiasca gezeigt. Nachzulesen:
https://werner.rothschopf.net/202009_arduino_stromschleifenschnittstelle_4mA_20mA.htm

Aber der Hersteller liefert doch auch Dinger mit digitalen Ausgängen.
Sprich mit Festwerten, an denen die digitalen Ausgänge schalten.

Das wäre wohl zu wenig für einen Bachelor.

Bei Vollauschlag des Sensors von 25 mm/s kommen mir Bedenken, ob das hinhaut. Gibt es schon eine Frequenzanalyse (FFT) der Schwingungen?

Betriebsspannung 9,6...32 DC
Also brauchst Du wenigstens 9,6V und 20mA für jeden Sensor. Das ist für Batteriebetrieb wenig zuträglich.

Grüß Uwe

Piezos wären als Aufnehmer deutlich sparsamer.

Also wenn denn noch mehr Details beschrieben würden könnte man sich konkretere Gedanken machen. "Schöpfwerk" hört sich nicht nach klassischer Pumpe an sondern eher nach Archimedischer Schraube oder Eimerketten-Schöpfwerk. Also sind es es Pumpen im Sinne von Kreiselpumpe?

weitere Details die interessant zu wissen wären:

  • Leistungsaufnahme der Pumpen?
  • was wird da für eine Flüssigkeit gefördert? (wahrscheinlich Wasser) Ja aber was für welches? Flußwasser? Abwasser? Mit was drin?
  • Ort an dem die Pumpen montiert sind
  • Zugänglichkeit des elektrischen Anschlusses der Pumpen
  • wo befindet sich der Stromanschluss?
  • mit welcher Art "Schalter" werden die Pumpen ein/ausgeschaltet?
  • Wie viel Druck erzeugen die Pumpen dabei angeben saugseitiger Unterdruck / Förder-Überdruck
  • wie sehen die Förderleitungen aus?
  • Wie sehen die Elektroleitungen aus?

Wenn all diese Details bekannt gegeben wurden kann man konkrete Vorschläge machen wie man "Pumpe läuft" "Pumpe steht" noch detektieren kann.
Das Endziel ist ja Volumenströme bestimmen. Möglicherweise gibt es für dieses Endziel noch einen ganz anderen Ansatz.

Deshalb mal die Details beschreiben
vgs

Moin,

ich freue mich über die zahlreichen Anregungen und Tipps! Vielen, vielen Dank.

Es ist leider so, dass ich an die elektrische Anlage nicht heran darf, weil das Pumpwerk nicht unserer Firma gehört, sondern dem Deich- und Sielverband. Aus dem Grund kann ich keine Stromzange über eine Ader legen oder ein Relais parallel zum Motor schalten.
Ich bin also gezwungen, die Motorlaufzeit "von außen" aufzunehmen.

Allerdings läuft die Motorwelle zum Teil frei (glatte Welle, ohne Nut oder Langloch), wodurch auch eine Messung mit der Hall-Sonde möglich wäre. Ich denke, diese Messanordnung ist die bessere Wahl, besonders wenn ich die Bedenken hier zum Schwingungstransmitter lese.

Ausgehend davon, dass ich die Messung mit dem Hall-Sensor vornehmen möchte, benötige ich folgende Bauteile:

  • Arduino UNO
    -Echtzeituhr DS 3231
    -SD-Kartenmodul (SPI Reader Micro Speicher)
    -SD-Karte
    -Hall-Sensor
    -Magneten
    -Batterie zur Spannungsversorgung

Ist diese Auflistung vollständig?

Nochmal vielen Dank für die Kommentare und viele Grüße

Jan

Das dachte ich mir schon - weil Bachelorarbeit ist meisst mit Mehraufwand verbunden, der nur einmalig angebaut wird und davor scheuen viele. (St.w. Versicherungsgründe...)

Ja.
Der Aufbau mit Magnet und Hallsensor ist evtl. fummelig.

Und jetzt: Es könnte für Dich wichtig sein, darauf zu achten, das die Umgebung doch nicht 100% EMV ist.
Die Pumpenmotoren bauen ein nicht unerhebliches Feld auf.

Ich würde für jede Pumpe eine Einheit vorsehen - nicht eine für zwei.
Alternativ einen ESP nehmen und die Daten an eine "Zentrale" via Wifi und dort die Daten speichern.
Dann haste sogar ggfls. nen kleinen Webserver mitdrin und kannst die Werte auslesen und mit Buttons auch noch aus der Ferne steuern.... Ungeahnte Möglichkeiten :slight_smile:

neulich bin ich an diesem Sensor vorbeigekommen
AEDR-8300 optischer optical Encoder Bewegungs- Gestik- Motion- Sensor Modul | eBay?

Tja und das hat mich dann noch auf die Idee gebracht.
Optische Maus! gleich mal getestet. Hm funktioniert nur wenn die Maus auf der Oberfläche
gleitet.

Wenn ich mich richtig erinnere dann geht es nur darum Pumpe läuft / Pumpe steht.
Es muss nicht exakt jede Umdrehung mitgezählt werden. Ist das richtig?
Je nach Drehzahl der Achse fliegt der Magnet vielleicht auch wieder ab.

Dann könnte man es optisch machen. Schwarz/weiß gemusterte Folie und Reflexlichtschranke.

Wenn der Pumpenmotor nur während er läuft ein Magnetfeld erzeugt dann könnte man auch das als berührungsloses Signal nehmen.

Sind das große Drehstrommotoren mit Lüfter? Dann könnte man auch den Luftstrom als "Signal" verwenden.

Du siehst je präziser die Sache beschrieben wird desto mehr Ideen wie man etwas realisieren kann.

Noch einmal weitergegoogelt:

https://www.komputer.de/zen/index.php?main_page=product_info&products_id=377

schwarz-weiß-Muster und helle LED
APDS9900 Licht-/Gesten Sensor | Roboter-Bausatz.de?
müsste man testen ob er bei der Wellendrehzahl mitkommt.

Wenn es so geht alles prima.
Jetzt will ich aber noch eine Geschichte aus meiner Studienzeit erzählen:
Ich hatte einen Studienkollegen der sollte bei einer Produktionsfirma Lastverlaufmessungen machen. Als wann werden wie viel kW aus dem Netz gezogen. Zu der Idee da könnte man doch euren Mittelspannungstrafo anzapfen wurde zunächst gesagt: "Um Gottes willen! am Mittelspannungstrafo!? (20.000 Volt) Das geht auf gar keinen Fall!"
Bis der Professor ihnen klar gemacht hat: Also wenn die Messung nicht am Mittelspanungstrafo gemacht wird dann bauen wir euch 20 bis 50 einzelne Messstationen in die Firma in jeden Unterverteiler und dann wird das gleich noch eine zweite Diplom-Arbeit die Messdaten zu synchronisieren. Und dann ging es auf einmal am Mittelspannungstrafo direkt zu messen.

vgs

Hallo ,
Wenn die Lüfter der Motoren zugänglich sind kann man auch das lufterrad mit einem ind. Näherungsinitiator abfragen. Kann aber sein das das Lufterrad aus Kunststoff ist. Die Inis sind zwar in der Regel für 10-30 Volt aber das ist ja kein KO.
Das mit dem Luftstrom wird eventuell schwierig da der Lüfter hinten saugt und dann die Luft über die Rippen des Motors bläst.

Wenn Du an die Nut der Motorwelle drankommst dann nimm einen kleinen induktiven Naherungsinitistor. 18X1 sollte es tun wenn die Nut 4 mm breit ist . Sonst ne Nummer kleiner.

Heinz

Könnte es sein, dass Du anstelle von Insistor etwas anderes schreiben woilltest (z.B. Sensor)?

Gruß Tommy

Ne das sind spezielle Schalter :wink: Eigentlich Initiatoren - kenn ich aber auch kurz so...

Hallo Tommy
Ja stimmt Initiator , Handy ist hat mit einem eigenen Willen
Gruß Heinz

Gesture-Sensor sind mir persönlich zu schmutzempfindlich und darum würde ich sie ausschließen.

Einen Magneten auf die Welle kleben sehe ich einen schlimmeren Eingriff als einen Stromsensor um ein Kabel legen.

Man könnte die Temperatur des Motors oder des Rohrs messen. Die verändern sich beide wenn der Motor dreht. Aber die Antwort ist etwas langsam.

Hast Du schon mal bei der anderen Firma nachgefragt ob Du einen Stromsensor montieren darfst oder ob sie am Schütz noch einen Kontakt für Dich frei haben?

Grüße Uwe

Hi Uwe, weil das ja nicht geht, hatten wir hier andere Ideen. :wink:
Aber neben dem messen der Temperatur, oder wie oben dem Magnetfeld, wäre vielleicht auch ein "Soundsensor" ne Alternative, der bei einer dichten Montage evtl. mit einem definierten Schalldruck konfrontiert wird.

Bei der Temperatur sehe ich das Problem, selbst wenn nach dem Anlauf sich die Temp signifikant verändert, dann wird das nach dem Ende des Pumpvorgangs ewig dauern, bis sich das wieder auf Umgebungstemepartur stabilisiert.

@jansen21 Ich hab nochmal drüber nachgedacht... An den Kreiselpumpen sind eigentlich Kupplungen zwischen Antrieb und Pumpenkörper. An denen könnte man versuchen auch mit einer Reflexlichtschranke ohne Eingriff zu arbeiten.

Aber wie gesagt - ich bin noch immer auf der Seite das Magnetfeld am Antrieb auszuprobieren.

Moin allerseits,

ich hatte die Möglichkeit mir die Pumpen genauer anzuschauen, hier einmal die entsprechenden Fotos (mit Daten):

Das ist die linke Pumpe:



Das ist die rechte Pumpe:



Mit Hilfe eine Lichtschranke am Lüfterrad zu messen fällt flach, weil beide Motoren so von oben aussehen:

Wie auch auf einem der Bilder zu sehen, ist zwischen Kupplung und umliegenden Gehäuse sehr wenig Platz, wodurch die Messung mit einer Lichtschranke entfällt. Ich denke bei den verhältnismäßig geringen Drehzahlen werde ich am ehesten was mit einem kleinem starken Magneten. Der wird halten, ich habe bereits kleine, sehr starke Magneten vorliegen (die ich aber noch nicht ausprobieren konnte)
Oder wie seht ihr das?

Übrigens, ich dürfte vor Ort durchaus mit meinem Arduino System an die Steckdose.

Schönes Wochenende!
Jan

Ja Magnet könnte gehen. Oder eine Reflex-Lichtschranke mit Katzenaugen-Reflektor.
Katzenaugen-Reflektoren müssen nicht superpräzise ausgerichtet werden. Die pyramidische Oberfläche sorgt dafür das das Licht in genau die Richtung zurück gespiegelt wird aus der es kommt.

Ein rundum laufender Klebestreifen mattschwarz und ein schmaler Bereich weiß tut es wahrscheinlich auch.

Wenn du da eine Steckdose benutzen darfst ist ja prima. Für ganz besorgte könne man noch einen mobilen FI-Schalter dazwischen schalten. Die gibt es im Baumarkt. Sieht dann so ähnlich aus wie ein Funkschaltsteckdose.

Für das Testen würde ich mir ein Oszilloskop mit nehmen um den Signalverlauf genau mitverfolgen zu können. Eventuell braucht man einen Schmitt-Trigger mit Hysterese (kleine Operationsverstärker-Schaltung mit einem LM339)
http://www.ermicro.com/blog/?p=1578
vgs

Hallo,

ich bin eigentlich nicht der Freund von optischen Sensoren, da die verschmutzen können. Allerdings soll Dein Aufbau ja nicht jahrelang laufen.

schau Dir mal sowas an

es gibt Refektorfolien zum aufkleben dazu die kannst Du an der Kupplung anbringen.
Die 10-30 Volt machst Du mit einem Netztgerät oder Stepup, den Ausgang teilst Du mit einem Spannungsteiler wieder runter. Damit kannst D dann sogar die Drehzahl messen, allerdings willst Du ja nur wissen ob das Ding sich dreht.
Heinz

Gute Idee,

fertige Reflex-Lichtschranke. Jetzt wäre noch interessant zu wissen wie schnell die Lichtschranke schaltet. Die eine Pumpe hat eine Drehzahl 725 U/min

1/(725/60) = 82,7 Millisekunden pro Umdrehung.
Wenn man jetzt eine Hälfte mit Reflektorfolie beklebt sind das ca. 40 Millisekunden.

Dieses Modul hat auch keine Angabe zur maximalen Schaltfrequenz aber es wird moduliertes Laserlicht verwendet = unempflich gegen Umgebungslicht

Noch eine Anmerkung:
Es zeigt sich mal wieder wenn man sich gaaaanz am Anfang mehr Zeit nimmt um Fotos, Bilder und eine umfangreiche Beschreibung zu erstellen und zu posten dann kommt man schneller voran. Wenn du die Fotos gleich als erstes gepostest hättest dann wären wir da schon auf die Lösung mit der Reflexlichtschranke gekommen.

vgs