DE3345830A1 - Vorrichtung und verfahren zum ueberwachen des betriebes von pumpeneinheiten - Google Patents

Description

—If—

FMC Corporation 19. 12. 1983

200 East Randolph Drive Bd/IV/he

Chicago, IL 60601 /USA F 5126

Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zum überwachen des Betriebes von Pumpeneinheiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum überwachen des Betriebes von Saugstangen-Schachtpumpenanlagen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen eines Fluid-Schlagens (fluid pound) in Schächten, wobei Saugstangen-Pumpeinheiten verwendet werden.

Saugstangenartige Pumpeneinheiten werden weitgehend in der Erdölindustrie eingesetzt, um Fluid aus Schächten zu gewinnen, die sich in unterirdische Formationen erstrekkcn. Solche Einheiten umfassen einen Saugstangenstrang bz\ii. -zug, der sich in den Schacht erstreckt und eine Einrichtung an der Oberfläche für eine Auf- und Abbewegung des Stangenzuges, um eine Bohrlochpumpe zu betreiben. Typische solcher Einheiten sind die sogenannten "Schwengel-

BQ typ"- Pumpeinheiten, deren Saugstangenstrang an der Oberfläche des Schachtes an einer Konstruktion aufgehängt ist, welche aus einem Schwengelbock bzw. Samson-Ständer und einem Bohrschwengel besteht, der schwenkbar an dem Samson-Ständer gelagert ist. Der Saugstangenzug ist normalerweise an einem Ende mit dem Bohrschwengel verbunden, und das andere Ende des Bohrschwengels ist mit einem Primärantrieb,

wie beispielsweise einem Motor über eine geeignete Kurbel- und "Pitman"-Verbindung verbunden. Bei dieser Anordnung werden der Bohrschwengel und der Saugstangenzug sich hin- und herbewegend von dem Primärantrieb angetrieben.

Eine Vielzahl von Funktionsstörungen wie beispielsweise verschlissene Pumpen, gebrochene Saugstangen, geplatzte Rohre und festsitzende Pumpventile können das Pumpen von Fluid aus einem Schacht unterbrechen. Derartige Funktionsstörungen können durch normalen Verschleiß und Abrieb an der Ausrüstung, durch die Natur des Pumpmediums oder aber durch abnormale Pumpbedingungen verursacht werden.

Eine abnormale Pumpbedingung ist als "Fluid-Pound" bekannt.

Ein Fluid-Pound tritt ein, wenn der Schacht abgepumpt ist, d.h. wenn Fluid aus dem Schacht mit einer Geschwindigkeit abgezogen wird, die größer als die Geschwindigkeit ist, mit welcher Fluid in den Schacht aus der Formation eintritt Wenn dieses eintritt, ist der Arbeitsschacht der Bohrlochpumpe nur teilweise während eines Aufwärtshubes des Kolbens gefüllt, und beim Abwärtshub trifft der Kolben bzw. Plunger auf das Fluid oder "schlägt" es in dem Pumpengehäuse, wodurch eine ernste Erschütterung der gesamten Pumpeinheit verursacht wird. Dies verursacht eine Be-Schädigung des Stangenzuges bzw. Stangenstranges und der Oberflächenausrüstung und kann zum Ausfallen der Pumpeinheit führen.

Die Erfindung schafft neue und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Anzeigen eines "Fluid-Pound" in einer Schachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Antriebseinheit aufweist, um den Stangenzug hin- und herzubewegen, um Fluid aus einem Schacht zu erzeugen bzw. zu pumpen. Eine Lastzelle ist zwischen dem Saugstangen- ®° zug und der Antriebseinheit angeschlossen, um ein Signal zu entwickeln, welches repräsentativ für die Last auf den

Stangenzug ist. Ein Wandler ist angeschlossen, um ein Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für die Position des Stangenzuges bzw. Stangenstranges ist. Bei einer ersten Betriebsart der Erfindung verwendet eine Änderungseinrichtung das Lastsignal, um einen gewählten Wert dieses Lastsignales zu errichten und verwendet die Stangenzug-Position, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten. Es ist eine Einrichtung zum überwachen des Lastsignales vorgesehen, wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht, und eine Einrichtung ist vorgesehen, um die Antriebseinheit unwirksam zu machen, wenn eine Abwesenheit an Fluid unter dem Pumpenplunger verursacht, daß das Lastsignal den gewählten Wert überschreitet, wobei der Stangenzug an der Bezugsposition ist.

Bei einem zweiten Betriebsmodus der Erfindung verwendet die Änderungseinrichtung die Stangenzug-Position, um eine Bezugsposition des Stangenzuges aufzubauen und verwendet das Lastsignal, um die Änderungsgeschwindigkeit der Last auf den Stangenzug zu errichten, wenn sich der Stangenzug in einer abwärts weisenden Richtung bewegt. Wenn das Fluidniveau unterhalb des Pumpenkolbens ist, bewegt sich der Kolben abwärts mit einer beschleunigten Geschwindigkeit, und die Stangenposition, bei welcher die maximale Ände-

^° rungsgeschwindigkeit an einer unteren Position beim Abwärtshub, wenn sich das Fluidniveau abwärts bewegt. Es ist eine Einrichtung zum überwachen der Stangenposition vorgesehen, wo die Änderungsgeschwindigkeit der Stangenlast einen Maximalwert beim Abwärtshub der Stange aufweist. Eine Einrichtung ist vorgesehen, um die Energieeinheit unwirksam zu machen, wenn die Stangenposition, bei welcher die Stangenlast-Änderungsgeschwindigkeit einen maximalen Wert hat, unterhalb der Bezugsposition ist.

Bei einem dritten Betriebsmodus der Erfindung verwendet die Änderungseinrichtung die Verschiebung der Position

des Maximalwertes des Lastsignales, um zu bestimmen, wenn sich der Pumpenkolben progressiv tiefer bewegt, bevor der Kolben das Niveau des Fluids in dem Schacht erreicht. Wenn dieser minimale Lastwert angezeigt wird und die Stangen-Position unterhalb der Bezugsposition ist, wird die Energieeinheit unwirksam gemacht.

Die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Stangenzug-Position-Signale beim Aufbauen einer Bezugsposition für einen besonderen Schacht zu verwenden, gestattet das Einsetzen der Vorrichtung bei einer Vielzahl von Schächten und erlaubt, daß die Schächte automatisch nachgeeicht werden, so daß die Schachtausrüstung während langer Zeitperioden ohne menschlichen Eingriff betrieben werden kann. Die Errichtungseinrichtung umfaßt einen Mikroprozessor, welcher Programme und bestimmte Schachtparameter in leistungslosen Speichern speichert, so daß ein Energieverlust an der Errichtungseinrichtung nicht einen Verlust der Programme oder Schachtparameter verursacht, und somit wird der Betrieb und die Kontrolle des Schachtes wieder beginnen, wenn Energie wieder zugeführt bzw. die Leistung erneuert wird.

Die Programme in dem Mikroprozessor können ausgewählt sein, so daß irgendeine oder alle drei Betriebsarten gemäß Erfindung bei einem Schacht verwendet werden, der von der · Schachtausrüstung gesteuert wird. Schächte unterscheiden sich in ihren individuellen Eigenschaften, und eine Betriebsart kann für einen besonderen Schacht am besten °Q sein. Gewünschtenfalls können alle Betriebsarten bei einem gegebenen Schacht eingesetzt werden, und der Mikroprozessor kann programmiert werden, um die Energieeinrichtung unwirksam zu machen, wenn eine oder mehrere der Arten bestimmt, daß ein Abpumpen (pump-off) eingetreten ist. Der Mikroprozessor kann auch programmiert sein, um die Energie- bzw. Antriebseinheit nur dann unwirksam zu

machen, wenn eine Mehrheit der Betriebsarten bestimmt, daß ein "pump-off" eingetreten ist. Jedoch wurde gefunden, daß eine einzige Betriebsart normalerweise eine verlässliche Anzeige eines "pump-off" schafft.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:
10

Fig. 1 schematisch einen Schacht, der mit einer

Saugstangen-Pumpeinheit ausgerüstet ist,

Fig. 2 ein Diagramm von Position gegen Last der Saugstange der Pumpe für einen Zyklus nor

malen Betriebes, wobei ein Bezugspunkt gezeigt ist,

Fig. 3 ein Diagramm der Position gegen Last der Saugstange, wenn der Schacht zu "Fluid-

Pound" fortschreitet,

Fig. 4 ein Diagramm der Position gegen Last der Saugstange, wenn der Schacht zu "Gas-Pound" fortschreitet,

Fig. 5 ein Diagramm, wobei das Interpolations-Verfahren von Werten der Saugstangen-Position und Lastwerte gezeigt ist, um

genau den Lastwert an einer Bezugsposition zu bestimmen,

Fig. 6 ein Nachrichtenverlaufsdiagramm, wobei

ein erster Betriebsmodus der Vorrichtung nach Fig. 1 gezeigt ist,

-JS-

Fig. 7 ein Statusdiagramm eines Soll-Wert-Fluid-

Pound-Detektors nach Fig. 6, welcher zum Anzeigen des Schachtauspumpens (well pumpoff) verwendet wird,

Fig. 8a, 8b Computerschaltkreise, die bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden können,

Fig. 9 ein Matrixdiagramm, wobei der Betrieb von Software-Statusmaschinen (software state

machines) gezeigt ist, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden,

Fig. 10 schematisch die Symbologie einer Software-Statusmaschine, wie sie erfindungsgemäß

verwendet wird,

Fig. 11 ein Nachrichten-geschaltetes Software-Arbeitssystem gemäß Erfindung, 20

Fig. 12 einen Software-Statusmaschinen-Scheduler

gemäß Erfindung,

Fig. 13 und 14 den Datenfluß durch das Arbeitssystem gemaß Erfindung,

Fig. 15 typische Positions- und Positionsablei-

tungs-Wellenformen in der Vorrichtung

gemäß Erfindung,
30

Fig. 16 die Beziehung zwischen geglätteten (gefilterten) Datensignalen und geräuschvollen (ungefilterten) Signalen, wobei die Signalphasenverschiebungen gezeigt

^ sind, die bei der Vorrichtung gemäß Er

findung zu beachten sind,

10	Fig.	20
	Fig.	21
15

Fig. 17 ein Nachrichtenflußdiagramm eines Hub-

diskriminators gemäß Erfindung,

Fig. 18 ein Software-Statusdiagramm des Hubdiskriminators gemäß Erfindung,

Fig. 19 ein Software-Statusdiagramm eines Hubabweichdetektors gemäß Erfindung,

ein Software-Statusdiagramm eines Hubextreme-Anzeigers gemäß Erfindung,

ein Software-Statusdiagramm eines Hubbereichrechners gemäß Erfindung,

Fig. 22 ein Verfahren, welches beim Berechnen des

Bereiches innerhalb einer Dynagraph-Kurve für einen typischen Schacht verwendet wird,
20

Fig. 23 ein Nachrichtenflußdiagramm eines zweiten

Betriebsmodus des "Fluid-Pound"-Detektors gemäß Erfindung,

ein Nachrichtenflußdiagramm für den Fluid-Pound-Detektor nach Fig. 23,

ein Diagramm von Position gegen Last ähnlich Fig. 3, wobei jedoch ein zweiter Betriebsmodus der Vorrichtung nach Fig.1 gezeigt ist,

Fig. 26 das Eichen bzw. Kalibrieren der Vorrichtung nach Fig. 1 für die Verwendung bei dem dritten Betriebsmodus, um die Effekte von Geräuschsignalen in der Vorrichtung zu reduzieren,

25	Fig.	24
	Fig.	25
30

"* 33458 -χι Fig. 27 ein Diagramm von Position/Last ähnlich

Fig. 3, wobei jedoch ein dritter Betriebsmodus der Vorrichtung nach Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 28 ein Nachrichtenflußdiagramm für den dritten Betriebsmodus nach Fig. 1,

Fig. 29 und 30 Software-Statusdiagramme, wobei der dritte Betriebsmodus der Vorrichtung nach Fig.1

gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Schachtkopf 10 eines Schachtes gezeigt, der sich von der Erdoberfläche 11 in eine (nicht gezeigte) Tiefschacht-Formation erstreckt.

Der Schachtkopf umfaßt die oberen Abschnitte eines Gehäusezuges 12 mit einem Saugstangenstrang bzw. Saugstangenzug 16, der sich abwärts in eine Tieflochpumpe (nicht gezeigt) erstreckt, welche Flüssigkeit zur Oberfläche bewegt, wo sie in eine Strömungsleitung 17 strömt. Der Saugstangenzug 16 hängt in dem Schacht von einer Stützeinrichtung herab, die aus einem Stützständer 18 und einem Bohrschwengel 22 besteht, der an dem Stützständer mittels einer Stiftverbindung 23 schwenkbar angeordnet ist. Eine Lastzelle 24 ist zwischen dem oberen Ende des Saugstangenzuges 16 und dem unteren Ende eines Kabelabschnittes 28 angeschlossen. Der Kabelabschnitt 28 ist mit dem Bohrschwengel 22 mit Hilfe eines Stützkopfes 29 verbunden.

Der Bohrschwengel 22 ist von einem Primärantrieb, wie beispielsweise einem Elektromotor 30 hin- und herbewegbar. Der Primärantrieb treibt den Bohrschwengel über ein Antriebssystem an, welches ein Antriebsband 34, eine Kurbel 35, eine Kurbelwelle 36, einen Kurbelarm 27 und einen Pitman bzw. Hebel 41 einschließt, der schwenkbar

3345830 -«τι zwischen dem Kurbelarm und dem Bohrschwengel mittels Stiftverbindungen 42, 43 verbunden ist. Das Außenende des Kurbelarmes 37 ist mit einem Gegengewicht 47 versehen, welches einen Teil der Last auf den Saugstangenzug ausgleicht, um eine konstantere Last für den Primärantrieb zu schaffen.

Die Lastzelle 24 schafft ein DC-Ausgangssignal, welches zu der Last an dem Saugstangenzug 16 proportional ist; ein Analog-zu-Digital-Wandler 48a schafft ein entsprechendes Digitalsignal für einen Computer 49a. Eine Positionsmeßeinrichtung oder ein Wandler 53 umfaßt einen Betätigungsarm 54 zum Messen der Vertikallage des Saugstangenzuges 16 durch Schaffen einer Spannung, die proportional zu dem Winkel des Bohrschwengels 22 und somit proportional zu der Position des Stangenzuges 16 ist. Der Digital-Analog-Umsetzer bzw. Digital-zu-Analog-Wandler 48a wandelt ebenfalls das Signal aus dem Meßwertumformer 53 in ein digitales Signal um, welches von dem Computer 49a verwendet wird.

Signale werden von dem Computer 49a zu einem Computer 49b durch ein Paar universaler Synchron-Asynchron-Empfänger-Sender (USARTs) 55a, 55b übermittelt, um den Betrieb eines XY-Plotters 59 zu steuern. Instruktionen von einer Tastatur- und Darstellungseinheit 60 und Ausgangssignale aus der Lastzelle 24 werden von dem XY-Plotter verwendet, um eine visuelle Darstellung der Eigenschaften des besonderen Schachtes zu schaffen, welchen der Stangenzug bedient. Der Plotter 59 kann zum Beobachtungsbetrieb des Schachtes und zum Einstellen bzw. Programmieren der

®Q Anordnung verwendet werden, um den Schacht zu überwachen. Wenn das Einstellen bzw. Programmieren abgeschlossen ist, kann der Plotter abgetrennt werden, oder gewünschtenfalls kann der Plotter insgesamt eliminiert werden, und eine andere Einrichtung zum Programmieren der Anordnung kann verwendet werden. Analog-Signale von dem XY-Plotter 59 werden in digitale Signale durch einen Analog-Digital-

334b83U -Μι Wandler 48b für die Verwendung seitens des Computers 49b umgewandelt, und digitale Signale von dem Computer 49b werden in Analog-Signale von einem Digital-Analog-Umsetzer 61 für die Verwendung seitens des Plotters bzw. Aufzeichners umgewandelt.

Eine Darstellung der Position gegen Last des Stangenzuges 16 für einen typischen Zyklus des Stangenzuges, wenn der Schacht mit Fluid gefüllt ist, ist in Fig. 2 gezeigt.

Es ist erkennbar, daß wenn der Stangenzug sich beim Aufwärtshub von der Xmin-Position zu der Xmax-Position bewegt, die Last an dem Strang auf einen Maximumwert ansteigt und dann zu annähernd dem anfänglichen Wert zurückkehrt. Von größerer Bedeutung ist die Änderung der Last, wenn sich der Stangenzug abwärts bewegt, wobei die Last bei einer ziemlich hohen Geschwindigkeit auf einen Minimalwert abfällt und sich dann aufwärts auf annähernd den ursprünglichen Wert an der Xmin-Position bewegt.

Wenn sich der Schacht einem Abpumpen (pump-off - Fig. 3) nähert, ändert sich die Last an dem Stangenzug schneller, wenn sich letzterer in einer abwärts weisenden Richtung bewegt. Wenn das Fluid in dem Schacht abfällt, fällt ein Pumpenkolben bzw. Plunger in der Pumpe und trifft auf die Oberfläche des Fluids in dem Schacht, wodurch ein "Fluid-Pound" hervorgerufen wird, welcher den Stangenzug und andere Teile des Pumpsystemes beschädigen kann. Wenn der Fluid-Level in dem Schacht abnimmt, bewegt sich der Pumpenkolben progressiv in einem größeren Abstand beim Abwärtshub, bevor er die Fluidoberflache in dem Schacht berührt, so daß verursacht wird, daß die aufgezeichnete Lastkurve progressiv sich von der vollen Schachtkurve 65 zu den gestrichelten Kurven 66-69 ändert, wobei die Kurbe sich progressiv nach links bewegt, wenn das Fluid

in dem Schacht weiter abfällt. Dieser Bewegungstrend kann beobachtet und die Pumpe abgeschaltet werden, um eine

-VT-Beschädigung der Ausrüstung bzw. Anordnung zu verhindern.

Die Erfindung schafft ein erstes Verfahren zum Erfassen bzw. Anzeigen eines sogenannten "Pump-Off" durch Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1, um einen Fix- bzw. Soll-Wert (Xset, Yset) (Fig. 2, 3) zu wählen, der einen bestimmten Wert hat, welcher von den Eigenschaften eines jeden individuellen Schachtes bestimmt ist und ein Verfahren zur Änderung dieses Soll-Wertes, wenn sich diese Eigenschaften ändern. Der Computer 49a (Fig. 1) vergleicht die Fluid-Pound-Kurven 66-69 mit der Position des Soll-Wertes und schaltet den Motor 30 herunter, wenn die Fluid-Pound-Kurve sich nach links vom Soll-Wert bewegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Ein Operator benutzt das Tastenfeld 60 oder einen anderen Eingang in den Computer 49b (Fig. 1), um einen X-Prozentwert und einen Y-Prozentwert in den Computer. 49b einzugeben, welcher diese Werte zu dem Computer 49a übermittelt, so daß verursacht wird, daß der Computer 49a einen Xset-Wert, das eingegebene Prozent des Abstandes zwischen Xmin und Xmax (Fig. 2) und einen Yset-Wert, das eingegebene Prozent des Abstandes zwischen Ymin und Ymax, errechnet, so daß hierdurch die Position des Soll-Wertes erhalten wird. Der Wert von Xset und Yset kann unter Verwendung der folgenden Formeln errechnet werden:

Xset = (Xmax - Xmin) (X% C 100) + Xmin Yset = (Ymax - Ymin) (Y% f 100) + Ymin

Die Werte von Xmax, Xmin, Ymax und Ymin, die verwendet werden können, sind die maximalen und minimalen Werte der Kurve nach Fig. 2 und 3. X% und Y% sind die Prozent-Werte, die von dem Operator gewählt sind, welcher die

Kenntnis des Schachtes und der Pumpausrüstung bei der Auswahl dieser Prozent-Werte verwendet. Auch können zwei

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Nominalwerte von X und zwei Nominalwerte von Y ausgewählt werden, anstatt die Maximum- und Minimum-Werte zu verwenden, wie dies angedeutet ist. Wenn die Eigenschaften des Schachtes oder der Pumpe u.dgl. sich ändern sollten, so ändert sich die Kurve nach Fig. 2 und 3; der Computer wird die Position des Soll-Wertes bzw. Fixpunktes neu berechnen.

Wenn der Soll-Wert (Xset, Yset) ausgewählt ist, überwacht der Computer kontinuierlich den X-Wert der Kurve (Fig. 3) während des Abwärtshubes des Plungers, bis die Kurve den Wert von Xset erreicht, wenn sich die Kurve . von Xmax zu Xmin bewegt. Bei der Kurve am Soll-Punkt überprüft der Computer den Wert von Y. Wenn der Wert von Y größer als der Wert von Yset ist, schafft der Computer 49a (Fig..1) ein Signal, welches verursacht, daß der Motor 30 anhält und der Schacht heruntergefahren bzw. eingestellt wird. Um zu gewährleisten, daß der Schacht zu dieser Zeit wirklich abgepumpt ist, kann es wünschenswert sein, zu erlauben, daß sich die Pumpe über zwei oder mehrere Zyklen bewegt, wobei die Kurve (Fig. 2) immer nach links vom Soll-Wert liegt, bevor der Motor 30 abgeschaltet wird. Hierdurch wird ein Stillegen des Schachtes aufgrund eines erratischen Signales von der Lastzelle oder von dem Wandler 53 oder von einer anderen elektronischen Anordnung oder von dem Verhalten des Schachtes bzw. des Bohrloches selbst verhindert.

Es ist ebenfalls wichtig, fähig zu sein, den Unterschied zwischen Fluid-Pound und "Gas-Pound" in dem Schacht zu erkennen, welcher überwacht wird. Ejin "Gas-Pound" tritt ein, wenn der Schacht mit Fluid gefüllt ist, jedoch Gas in dem Fluid vorhanden ist, welches aus dem Schacht abgezogen wird, und das Gas verzögert die Verschiebung der ° Fluidlast von einem Ventil in der Pumpe beim Abwärtshub, weil das Gas komprimierbar ist. Jecjoch bietet das Gas-

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und Fluidgeraisch mehr Widerstand gegen eine Abwärtsbewegung des Kolbens, als dies bei einem "Pump-Off"-Zustand angeboten wird, so daß der Plunger langsamer als beim "Fluid-Pound" fällt. Diese Unterschiede können gesehen werden, wenn das Voll-Schacht-Diagramm nach Fig. 2 mit der Fluid-Pound-Kurve nach Fig. 3 und mit der Gas-Pound-Kurve nach Fig. 4 verglichen wird.

Der Gasgehalt des Fluids, welches aus einem Schacht gepumpt wird, kann in nicht voraussagbarer Weise variieren, so daß der Abwärtshub des Pumpenkolbens zurückschnellen und weiter in einer wahllosen Weise zwischen den Abwärtshub-Kurven 70a bis 7Oe nach Fig. 4 zurückspringen kann. Beispielsweise kann bei einem Abwärtshub die Lastzelle 24 und der Hubwandler 53 (Fig. 1) die Kurve 70b schaffen, während der nächste Abwärtshub die Kurve 70e und der nächste Abwärtshub die Kurve 70c entwickelt.

Wenn ein Schacht abgepumpt wird, fällt der Fluid-Level graduell, so daß die Pumpenstangenlast der Kurve 65 (Fig. 3) bei einem Abwärtshub, dann der Kurve 66, dann 67 usw. bis zur Kurve 69 folgt, wobei sich der Ausgang der Lastzelle 24 (Fig. 1) graduell nach links bei nachfolgenden Abwärtshüben bewegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Dieser Unterschied zwischen einem nach links gerichteten Trend bei "Fluid-Pound" und einer wahllosen Bewegung im "Gas-Pound" kann als Hilfe beim Unterscheiden zwischen diesen beiden Bedingungen verwendet werden.

Einzelheiten des Verfahrens und einer Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren bzw. Eichen eines Schachtes und zum überwachen des Betriebes sind in Fig. 6 bis 8A und 8b gezeigt. Wenn Fig. 8A, 8B Seite an Seite gelegt werden und Leitungen von der rechten Seite der Fig. 8A sich zu entsprechenden Leitungen von der linken Seite der Fig. 8B erstrecken, umfassen diese beiden Zeichnungen ein

/ο -XM-

Blockdiagramm einer Ausführungsform der Computer 49a, 49b (Fig. 1).

Der Abschnitt des Computersystems nach Fig. 8A umfaßt einen Motor-Steuerer 71 zum Empfangen von Signalen von der Lastzelle 24 und von dem Wandler 53 und zum Verwenden dieser Signale, um die Folge zum Steuern des Motors 30 zu bestimmen. Der ^Computer 49b nach Fig. 8B umfaßt einen Aufzeichner-Steuerer bzw. Kontroller 72 zur Verwendung der Lastzellen- und Wandlersignale, die von dem Computer 49a übermittelt werden, um den XY-Plotter 59 zu betreiben. Signale werden zwischen dem Kontroller 71 und dem Kontroller 72 über ein Paar Verbindungsdrähte 66, 67 ausgetauscht. Jeder Kontroller 71, 72 umfaßt eine Zentraleinheit 73a, 73b, einen programmierbaren Unterbrechungskontroller 74a, 74b, einen programmierbaren peripheren Interface 75a, 75b und einen Speicherdecoder 76a, 76b, welcher für das Austauschen von Informationen und Instruktionen über eine S'ystemsammelschiene 80a, 80b angeschlosen ist. Eine Zentraleinheit 73a, 73b, die bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag verwendet werden kann, ist das Modell 8088 von der Firma Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, USA.

Ein programmierbarer peripherer Interface 75a, 75b, welcher verwendet werden kann, ist das Modell 8255A, und ein programmierbarer Unterbrechungs-Kontroller 74a, 74b, welcher verwendet werden kann, ist das Modell 8259A, jeweils von der Firma Intel Corporation. Ein Eingangs/Ausgangs-Decoder 77a, 77b dekodiert Nachrichtensignale, um wahlweise die peripheren Interfaces 75a und 75b zu befähigen, Informationen von der System-Sammelschiene 80a, 80b zu senden und zu empfangen.

Taktimpulse zum Betreiben der Zentraleinheiten 73a, 73b werden von einem Paar Taktgeberantriebe 81a, 81b geschaf-

fen, welche von einem Paar von "Energie-Rückstell"-Generatoren (power on reset generators) 82a, 82b gesetzt werden. Der Generator 82a umfaßt ebenfalls einen Stromausfall-Schaltkreis, um zu warnen, daß die Energie zum Kontroller versagt. Ein Taktgeber-Antrieb 8ia, 81b, welcher erfindungsgemäß verwendet werden kann, ist das Modell 8284A der Intel Corporation. Ein Paar von Anzeige-Vorrichtungen 83a, 83b schafft eine visuelle Darstellung von Informationen von den peripheren Interfaces 75a, 75b. Die Anzeigevorrichtung 83a umfaßt ebenfalls eine Vielzahl von Schaltern zum Eingeben von Informationen in den Motor-Kontroller. Ein Paar Zeitgeber 84a, 84b schafft Taktsignale, um die Kontroller 74a, 74b zu betreiben, und Information wird zwischen dem Motor-Kontroller 71 und dem Plotter-Kontroller 72 mittels des Paares der universalen Synchron-Asynchron-Empfänger/Sender (USART) 55a, 55b übermittelt. Ein derartiger USART, welcher erfindungsgemäß verwendet werden kann, ist das Modell 8251A der Intel Corporation. Programme zum Betreiben des Motor-Kontrollers 71 und des Plotter-Kontrollers 72 werden in einem PROM 86a, 86b gespeichert, und Daten für die Verwendung in dem System sind in einem RAM 87a, 87b gespeichert. Daten, die während eines Energieausfalles zurückzuhalten sind, können in einem leistungslosen RAM 85 gespeichert werden. Ein Last/Hub-Konditionierapparat 88 (Fig. 8A) verstärkt und filtert Signale, die von der Lastzelle 24 und dem Wandler 53 übermittelt werden und sendet die abgeglätteten Signale zu der Sammelschiene 80a über einen Multiplexer 89a und den Analog-Digital-Umsetzer 48a. Ein Paar Digital-Analog-Wandler 61a, 61b (Fig. 8B) schafft Analogsignale, um den XY-Plotter 59 in Ansprechen auf Digitalsignale an der Systemsammeischiene 80b zu betreiben. Ein Multiplexer 89b und der Analog-Digital-Wandler 48b schaffen Digitalsignale, die den X- und Y-Positionen des Plotters 59 entsprechen. Ein Analog-Digital-Wandler, welcher verwendet werden kann, ist das Modell AD574A der Firma Analog Devices.

-Κι Der allgemeine Betrieb eines ersten Verfahrens zum Anzeigen eines "Pump Off" unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung der Auswahl des SoIl-Punktes (Xset, Yset) und das Verfahren der Verwendung des Motor-Kontrollers 71 und des Plotter-Kontrollers 72 zum Bestimmen, wann der Schacht im "Fluid-Pound" ist, wird in Verbindung mit Fig. 5 bis 22 beschrieben, die den Hintergrund der Verwendung von Software-Status-Maschinen (software state machines) und deren Verwendung beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1, 8A und 8B schafft und Details des Betriebes eines Computerprogramms beim Durchführen der verschiedenen Operationen mit dem Computer

nach den Fig. 8A, 8B gibt.
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Das Programm des vorliegenden Computers wird von einem Echtzeit-Operationssystem getragen, das verschiedene Programme aufweist, die nicht-anwendungsorientiert sind und welche insbesondere ausgebildet sind, um Programme

^O _zu tragen, die mit dem Status-Maschinen-Konzept ausgerichtet sind, d.h. ein Status-Eingangsprogramm. Einige der Programme sind Sub-Programme, während andere ein Modul bilden, das eine einfache Echtzeit-Umgebung schafft, unter welcher Software-Status-Maschinen arbeiten können.

^ Das Operationssystem schafft eine Anordnung, bei welcher eine Kollektion von Software-Status-Maschinen betreibbar sind.

Eine "Software State Maschine" ist ein Verfahren, das

an dem Digital-Computer zu jeder Zeit ausgeführt werden kann, wenn eine Nachricht zu der Status-Maschine gesandt wird. Das Verfahren führt nicht exakt den gleichen Weg immer aus, wenn eine ähnliche Nachricht dorthin gesandt wird, weil das für eine Nachricht auszuführende Verfah-

ren von dem Status der Maschine abhängt, d.h. ihrem Speicher für jeden vorhergehenden Vorgang, der in Ansprechen auf die vorhergehenden Nachrichten ausgeführt

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wurde. Der Status kann von irgendeiner Länge sein, von acht Binärziffern bis einigen Tausend Binärziffern in Abhängigkeit von der Komplexität einer gegebenen Maschine. Wenn der Status der Maschine und die laufende Nachricht gegeben sind, wird die Maschine einen gegebenen Satz von Vorgängen ausführen, der vollständig vorhersehbar ist. Eine Maschine kann als eine Matrix von Verfahren dargestellt sein, indiziert durch einen Status und eine Nachricht, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn beispielsweise die Statusmaschine nach Fig. 9 eine Nachricht Nr. 1 in Status 1 empfängt, wird Verfahren A ausgeführt. Wenn Verfahren A den Status zu Status 2 ändert, wird eine zweite Nachricht Nr. 1, die .rechts nach der ersten Nachricht kommt, verursachen, daß Prozeß D eintritt, welches verursacht, daß die Maschine zum Status 3 geändert wird. Es ist nicht notwendig, daß ein Verfahren eine Änderung des Status verursacht, obwohl es dies in vielen Fällen tun kann.

Eine Software-Status-Maschine (software state machine) retourniert bei Vervollständigung ihres Prozesses, definiert von dem Status und von der Nachricht, die Steuerung zu dem Programm, welches es gerufen hat, wobei der Status-Maschinen-Scheduler nachfolgend erläutert wird. Während des gegebenen Verfahrens wird die Maschine nicht unter- ^5 brochen, um Prozeßzeit zu einer anderen Maschine des gleichen Systems zu geben. Somit erfolgt die Prozeßzeit-Feststellung zwischen einer gegebenen Maschine und einer ihrer Artgenossen in dem System auf einer Nachrichtgegen-Nachrichtbasis, und ein-e solche Einrichtung wird

ein durch Nachricht geschaltetes Betriebssystem (MSOS) genannt. Keines der Maschinenverfahren wird je für die Verfahren einer anderen Maschine eingestellt bzw. aufgeschoben. Beispielsweise, wenn Nachricht 3 im Zustand 1 kommt, wird Prozeß C beginnen und enden, bevor eine andere Status-Maschine die Zentralprozeßeinheit (CPU) 73a (Fig. 8a) beeinflußt, um auf ihre nächste Nachricht in dem gegebenen Zustand zu antworten.

Bestimmte Dinge können verursachen, daß ein Status-Maschinen-Verfahren "aufgeschoben" wird. Beispielsweise kann eine asynchrone Programmanforderung bzw. Unterbrechung registriert und bearbeitet werden. Ein Erfordernis einer Betriebseinrichtung besteht darin, daß solche Hardware-Ereignisse in Software-Nachrichten geändert werden, welche in der Ordnung von der verantwortlichen Status-Maschine zu verarbeiten sind. Lediglich die Verarbeitung, die in dem genauen Augenblick der Unterbrechung zu tun ist, wird ausgeführt, und dann wird der Unterbrechungs-Service-Prozeß verursachen, daß ein Software-Kennzeichen erhoben wird, um das Unterbrechungsverfahren zu beenden. Wenn das Betriebssystem eine asynchrone Flagge (Semaphor) bemerkt, erzeugt es die geforderte Software-Nachricht, die zu der Status-Maschine zu senden ist, welche den nichtzeit-kritischen Abschnitt des Unterbrechungsverarbeitens ausführt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist das Sammeln von Daten in genau eingeteilten Intervallen. Wenn die Zeitgeberunterbrechung signalisiert, daß Daten gesammelt werden müssen, wird er in der erforderlichen Weise in Abhängigkeit von der Art der Daten gelesen, die in einem Speicherbereich zur Verarbeitung zu einer späteren Zeit eingereiht sind, und eine Markierung bzw. Flagge wird erhoben. Wenn diese erhobene Markierung bzw. Kennzeichnung von dem Betriebssystem bemerkt wird, wird eine Software-Nachricht erzeugt, die Daten werden gespeichert und die Status-Maschine, die für die Verarbeitung dieser Daten verantwortlich ist, empfängt die Nachricht zu einer

späteren Zeit.
30

Einer Status-Maschine wird kein Zugang zu dem Prozessor durch das Betriebssystem auf einer regulär eingeteilten Basis gegeben, sondern sie ist mit dem Prozessor lediglich deshalb verbunden, um eine Nachricht zu verarbeiten. Wenn immer das Verarbeiten einer Nachricht vervollständigt ist, muß die Status-Maschine gewährleisten,

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daß sie eine weitere Nachricht zu einer Zeit in der Zukunft erhält. Dies erfolgt auf folgende Wege:

1. Eine andere Maschine sendet eine Nachricht für Synchronisierzwecke.

2. Eine Zeitperiode verstreicht, signalisiert durch eine Zeitgebernachricht.

3· Echtzeitdaten werden aus einer Warteschlange verfügbar.

4. Ein Eingang, welcher abgerufen wird, erreicht den gewünschten Zustand und leitet die Software-Nachricht ein.

5- Eine Unterbrechung wird abgetastet,und eine Software-Nachricht wird gesandt, um die Status-Maschine über

dieses Ereignis zu informieren.
20

Die einzige Zeit, in welcher eine Maschine nicht sich selbst versorgen kann, ist vor dem Empfang der ersten Nachricht, so daß das Betriebssystem die Verantwortung des Einleitens des Systemes übernimmt, indem zu allen Software-Status-Maschinen, die darin arbeiten, eine Einleitnachricht gesandt wird, die nachfolgend als "Energie-an"-Nachricht bezeichnet wird. Unabhängig vom Zustand der Maschine wird sie mit einem vorbestimmten gegebenen Verfahren antworten, wenn diese Nachricht unabhängig von dem Status der Maschine empfangen ist.

Eine zweckmäßige Einrichtung zum Darstellen des Betriebes einer Software-Status-Maschine ist in der Status-Maschinen Symbologie nach Fig. 10 gezeigt, wobei die Nachrichten nach Fig. 9 verwendet werden, um einige der Verfahren

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-ΦΙ durchzuführen und zwecks Bewegung in einige der Zustände, die in Fig. 9 gezeigt sind. Unter der Annahme, daß die Maschine (Fig. 10) anfänglich im Status 1 ist, verursacht der Empfang der Nachricht 1 das Durchführen des Verfahrens A, wenn die Übergangswirkung für Nachricht 1 im Status 1 empfangen ist und verursacht weiterhin, daß die Maschine sich in den Status 2 bewegt. Im Status 2 veranlaßt der Empfang der Botschaft 2 das Verfahren E, eine Botschaft zu einer anderen Status-Maschine und bewegt diese Status-

XO Maschine zurück in Status 1. Im Status 1 verursacht der Empfang der Nachricht 3 Verfahren C als die Übergangswirkung zum Empfangen der Nachricht 3 im Status 1, versacht jedoch nicht eine Änderung des Status der Maschine. Einige der anderen Verfahren und Zustände nach Fig. 9 werden nicht in Fig. 10 wiederholt, um die Zeichnung zu vereinfachen.

Ein nachrichten-geschaltetes Betriebssystem der in Fig.11 gezeigten Art umfaßt ein Hauptverfahren, welches Signale zum Einleiten des Systemes über ein Systemeinleitverfahren schafft und umfaßt das Einleiten verschiedener Programmanforderungen bzw. Unterbrechungen, Zeitgeber, den Scheduler, Eingänge, Datenbeschaffung, die leistungslosen RAMSs, die "math utility" (mathematische Einsetzbarkeit) und Ausgänge als auch das Einleiten der verfügbaren Nachrichtenblocks, so daß der gesamte dynamische Speicher in eine verfügbare Raum-Warteschlange zum Speichern von Daten gesetzt wird. Das Verfahren ruft dann das Arbeitszyklusverfahren ab, welches aufeinanderfolgend die asynchrone Verarbeitung, den Status-Maschinen-Scheduler und das synchrone Verarbeiten immer wieder abruft. Alle Unterbrechungsprogramme stehen mit dem Arbeitszyklusprogramm mittels Semaphoren in Verbindung. Das Arbeitszyklusprogramm läuft unbegrenzt, wobei die Status-Maschinen-Nachrichtenabgabe, ein asynchroner Betrieb und alle synchronen Betriebe von der Echtzeit-Uhr bzw. dem Zeitgeber für jeden

Zyklus der Schleife eingeteilt werden. Asynchrone Arbeiten, die auftreten können, sind: Dateneingang von einer Echtzeit-Datenbeschaffungswarteschlange und Kommunikatiorislinienunterbrechungen, um Zeichen in und aus dem System zu bewegen. In dem asynchronen Betrieb verursachen bemerkenswerte auftretende Ereignisse, daß ein verfügbarer Nachrichtenblock festgelegt wird und in eine Nachricht umgesetzt wird, welche zu liefern ist, welche Status-Maschine auch mit dem Verarbeiten der besonderen Unterbrechung bzw. Programmanforderung chargiert ist. Da die Daten zu der Zeit der Beschaffung aufgereiht sind, ist die Übertragungsoperation asynchron. Wenn die Datenverarbeitung hinter den Dateneingang fällt, kann das System die Zeit zwischen synchronen Zeitgebertakten verwenden, um die geforderte Operation aufzufangen. Einzelheiten des Datenflusses beim asynchronen Verarbeiten des DQ-Blockes nach Fig. 11 sind in Fig. 13 gezeigt. Signale von der Lastzelle 2k und dem Hubwandler 53 (Fig. 13) werden durch das GET-XY-Datenverfahren gewonnen und in XY-Daten-Q im ram 87a (Fig. 8A) durch das PUT XY-Q-Verfahren in Ansprechen auf eine Echtzeit-Taktgeberunterbrechung übertragen und von dem GET XY-Q-Verfahren entfernt.

Wenn einmal die Daten gewonnen sind, werden sie von der "math utility" (bei PM, Fig. 11) verarbeitet. Die Math Utility übernimmt die Hubgrobwerte (¹X) und Last (Y) und glättet die Werte von X und Y. Die geglätteten Werte von X (1) (Fig. 14) und der geglättete Wert von Y (Y) werden erhalten, indem ein sich bewegendes Durchschnittsglätt^ow verfahren verwendet wird, wobei die letzten η-Werte von X (oder Y), welche erhalten sind, addiert und durch die Zahl der Werte (n) dividiert werden, um einen ersten abgeglätteten Wert zu erhalten. Um den nächsten abgeglätteten Wert 1 zu erhalten, wird der neueste Wert in die Summe eingeschlossen, jedoch der älteste empfangene Wert wird nicht eingeschlossen.

■ΟΙ»

Die erste Ableitung X' wird dann berechnet, und X wird für die Zeitverzögerung korrigiert, die von der Berechnung der ersten Ableitung eingeführt ist, um das Ergebnis Klag zu erhalten. Die Werte von X¹, Xlag, ?' und Ylag werden dann zu einer Status-Maschine gesandt, die diese Werte aufgezeichnet haben, wobei das "Sende-Nachrichf'-Verfahren (Fig. 12) angewandt wird, um die Nachrichten in der Nachrichtenwarteschlange anzuordnen, welche geliefert werden sollen.

Die erste Ableitung wird berechnet, wobei ein Verfahren von A. Savitzky und M. Golay verwendet wird, das auf S. 1627 - 1638 der Juli 1964-Ausgabe des "Analytical Chemistry"-Magazins beschrieben ist. Dieses Verfahren ver wendet ein quadratisches Polynom kleinster Quadrate entsprechend einer ungeraden Zahl von Punkten und einen entsprechenden Satz von ganzen Zahlen, um den Mittelpunkt auszuwerten. Die errechnete Ableitung entspricht dem Wert am Mittelpunkt eines Fensters von gleichmäßig beabstandeten Beobachtungen. Der Wert, welcher erhalten ist, ist identisch mit der besten Anpassung der beob-

2 achteten Werte an das quadratische Polynom A„X + A₁X

+A₀ = y. A₂, A₁ und A werden so gewählt, daß wenn jedes X (für die Anzahl von Punkten in dem Fenster) in dieser Gleichung substituiert wird, das Quadrat der Unterschiede zwischen den errechneten Werten y und der erhaltenen Anzahl ein Minimum für die Gesamtzahl von Beobachtungen (Fenstergröße) ist. Wenn einmal A₂, A. und A₀ gefunden sind, wird der Mittelpunkt ausgewertet. Das

^O Savitzky-Golay-Verfahren verwendet einen Satz von ganzen Zahlen und die beobachteten Datenpunkte, um den Mittelpunkt auszuwerten.

Da die Ableitung an der Mitte des Datensatzes ausgewertet wird, wird eine Nacheilung bzw. Verzögerung gleich (Fenstergröße -1), dividvert durch 2 eingeführt. Einzel-

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heiten der mathematischen Anwendbarkeit (math-utility) zum Erhalten der Werte für X¹, Xlag, Y' und "?lag sind in Fig. gezeigt.

Das synchrone Verarbeiten führt Hardware-Eingangs-Abrufer, Zeitgeber-Beeinflussungen und Signallieferung durch. Wenn ein Eingang, der zum Abrufen von einer Status-Maschine angefordert wird, zu dem gewünschten Zustand wie beispielsweise einen Aus-Zustand, An-Zustand oberhalb eines Levels oder unterhalb eines Levels u.dgl. erreicht, wird ein verfügbarer Nachrichtenblock als Nachricht zu der anfordernden Maschine gesangt, wobei angezeigt wird, daß ein gegebener Eingang in dem gewünschten Zustand ist. Der Eingang wird nicht länger abgerufen, bis eine andere Anfrage erfolgt.

Der Zeitgeberprozeß ist etwas unterschiedlich, weil die Zeitgeber-Warteschlange Nachrichtenblocks umfaßt, die als Behälter für die Maschine dienen, welche das Markieren des Zeitdurchflußes und der Tageszeit erfordlern, wenn die Zeit komplettiert wird. Wenn die Zeit komplettiert ist, wird der Block von der Zeitgeber-Warteschlange entfernt und an der Nachrichtenabgabe-Warteschlange als eine Nachricht angeordnet. Somit werden alle an der Status-Maschine angeordneten Aufgaben in dem Betriebssystem durchgeführt, in dem Software-Nachrichten übertragen werden und durch Verwendung von Echtzeit-Flaggen und Warteschlangen (Semaphoren).

Die erste Komponente des Betriebssystemes (Fig. 11) ist ein Programm zum Liefern einer Nachricht zu einer Status-Maschine (Fig. 11, 12). Eine Nachricht ist ein kleiner Block eines dynamischen Speichers, der zum Abgeben zu einer bezeichneten Status-Maschine aufgestellt ist. Dieses Programm wird ein Status-Maschine-Scheduler genannt und im einzelnen in Fig. 12 gezeigt und wählt die nächste höchste Prioritäts-Nachricht aus den Nachrichten-

Warteschlangen, die fertig zur Ablieferung sind. Die Maschine sucht den Bestimmungs-Status-Maschinen-Code auf, welcher in der Nachricht gespeichert ist, und verwendet diesen Code dazu, um das zweckmäßige Status-Maschinen-Programm auszuwählen, das mit einem Zeiger zu dem Nachrichtenblock als Eingang zu rufen ist. In dem Programm enthalten ist ein Status-Speicher. Mit dem Speicher und dem Status kann das geeignete Verfahren geliefert und ausgeführt werden, wobei der Memory-Block von der Abgabe-Warteschlange zu der verfügbaren Platzschlange zwecks nachfolgender Wiederverwendung transferiert wird. Zwei Beispiele von Daten, die wiederverwendet werden, sind Instruktionen zum Senden von Nachrichten oder zum Einstellen von Zeitgebern. Diese Verfahren nehmen verfügbare Blocks und setzen sie in Nachrichten um, die zu einer bestimmten späteren Zeit in der Nachrichtenabgabe-Warteschlange vorhanden sind. Programme, Wie beispielsweise Nachrichtensender und Zeitgeberstarter sind Service-Einrichtungen bzw. Verwendbarkeiten, die von der Status-Maschine abgerufen werden, um die Aufgaben zu erfüllen, auf welche sich früher bezogen wurde. Das Status-Maschinen-Scheduler-Programm ist die niedrigste Form der Rangordnung, welche den Hauptbetriebszyklus des Betriebssystemes bildet. In dem Diagramm nach Fig. 11 ist die Beziehung des Schedulers zu dem Rest des Betriebssystemes gezeigt.

Wenn der Strom in den Computer nach Fig. 8A, SB eingeschaltet ist, schafft die Energie an den Rückstellgeneratoren 82a, 82b Signale, die verschiedene Hardware in den Computer zurückstellen und verursachen, daß die erste Instruktion des Computerprogrammes, gespeichert in den Proben 86a, von dem Zentralprozessor 73a auszuführen ist. Eine "Energie-an-" Nachricht wird in der obenbeschriebenen Weise zu jedem der Status-Maschinen-Module 91-9¹J (Fig. 6) in den Computer gesandt, und diese

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Status-Maschinen-Module werden eingeleitet. Die Lastsignal-. werte aus der Lastzelle 24 (Fig. 8A) und die Hubsignalwerte aus dem Wandler 53 werden von dem Prozessor 73a über den Konditionierer 88 und dem Wandler 48a erhalten und in dem RAM 87a (Fig. 8A, 13) zur Verwendung durch den Hubdiskriminator gespeichert, welcher diese Signale verwendet, um die Maximal- und Minimal-Werte von Last und Stangenposition zu erfassen. Die Maximal- und Minimal-Werte von Last und Stangenposition sind für andere Status-Maschinen-Module auf Anfrage verfügbar.

Der Hubdiskriminator 93 (Fig. 6) schafft Signale zum "Fluid-Pound"-Detektor 92 zu Beginn des Abwärtshubes am Ende des Abwärtshubes und schafft Spitzen-Berichte von Xmax, Xmin, Ymax und Ymin und Bereichsberichte. Einzelheiten des Hubdiskriminators 93 (Fig. 6) und sein Betriebsverfahren sind in Fig. 15-22 erläutert, wobei Kurve 104 (Fig. 16) eine typische Grobableitung der Stangenzug 16 (Fig. 1)-Position gegen die Zeit, und die Kurve 105 die abgeglättete Ableitung dieser zeigt. Ein Durchschnitt an verschiedenen Werten der Grobableitung von einer eingestellten Folge von Werten wird zum Erhalten der abgeglätteten Ableitung verwendet, wodurch eine Verzögerung bzw. Nacheilung zwischen der Phase der geglätteten Ableitung und der Grobableitung verursacht wird, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Die verzögerte geglättete Ableitung wird von einem Hubableitungs-Detektor 109 (Fig. 17) verwendet, um den Maximum- und Minimum-Wert des Hubwertes zu erhalten. Wenn einmal die Maximum- und Minimum-Werte

"^ erhalten sind, hält das System an, nach anderen Extrem-Werten für eine vorbestimmte "Blackout-Zeit" zu schauen, um den durchschnittlichen tatsächlichen Verfahrenszeitverbrauch durch den Hubableitungs-Detektor zu reduzieren. Die Blackout-Zeit macht auch das Hubsystem immuner gegen Geräusche in dein Dateneingang aus dem Hubwandler 53 (Fig. 1).

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Es sind verschiedene Software-Nachrichten vorhanden, die für den Hubdiskriminator von den "Pump-Off"-Anzeigesystemen und von anderen Maschinen eingehen, die nicht Nachbarn in der Status-Maschinen-Rangordnung sind. Diese Nachrichten umfassen eine "Energie-an"-Nachricht, die allen Maschinen gemeinsam ist, Start- und Stop-Nachrichten von anderen Maschinen, die nach einem Bericht des unteren Hubpunktes, Notierung des Hubhochpunktes, Spitzenberichte von X und Y (Hub- und Lastextreme) und Bereichsberichte tragen. Die Xlag, Ylag und X-Ableitungsnachrichten werden von der "math utility" empfangen.

Der Hubdiskriminator 93 (Fig. 17) steht direkt mit dem Pumpmanager 91 und mit dem untergeordneten Hubableitungsdetektor 109, einem Hubbereich-Rechner 110, einem Hubextreme-Detektor 111 und anderen Status-Maschinen 112 in Verbindung. Der Hubextreme-Detektor 111 verwendet die Grobwerte von Signalen von der Lastzelle 24 (Fig. 1) und dem Positionswandler 53, um Xmax, Xmin, Ymax und Ymin zu finden. Der Bereichrechner 110 integriert den Bereich des Dynagraphen (Fig. 2), und der Hubdiskriminator 93 leitet die Operation der anderen Status-Maschinen 109-112, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist.

Nachdem der Pumpen-Manager 91 (Fig. 17) den Motor 30 (Fig. 1) anschaltet, wird eine Motor-an-Nachricht und eine Start-BDC (bottom dead center)-Nachricht (d.h. ein Zeichen zum Start des Abwärtshub-Berichtes) (Fig. 17) zu. dem Hubdiskriminator 93 gesandt. Der Hubdiskriminator

wartet 3 Sekunden, damit sich das Hubsignal stabilisieren kann und sendet ein Startsignal zu den Status-Maschinen 109-111, um den Schachtbetrieb -zu überwachen. Wenn ein Fluid-Pound während der überwachung erfaßt ist, wird ein Alarmsignal zu dem Pumpen-Manager 91 gesandt, welcher den Motor abschaltet und ein Motor-aus-Signal für den Hubdiskriminator schafft.

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Wenn der Hubdiskriminator 93 ein Motor-an-Signal von dem Pumpen-Manager 91 erhält, schafft er ein Startsignal, welches verursacht, daß der Hubableitungs-Detektor 109 ein Hubableitsignalgeräusch während einer Verzögerungsperiode von 3 Sekunden mißt. Am Ende der 3 Sekunden-Verzögerung verwendet der Detektor 109 das gemessene Geräusch und die Hubsignale, um Aufwärtshub- und Abwärtshub-Signale zu schaffen, bis der Hubdiskriminator 93 an den Ableitungsdetektor eine Stop-Nachricht sendet.

Der Hubextreme-Detektor 111 (Fig. 17) schafft eine min-Hubposition, Last bei min-Hub, max-Hubposition, Last bei max-Hub; min-Last-, Hubp'osition bei min-Last, max-Last und Hubpositionr.bei max-Last zu jeder Zeit, wenn eine Status-Anforderung von dem Hubdiskriminator 93 empfangen ist. Zu der Zeit, wenn eine Statusanforderung erhalten ist, tritt ein Wiedereinstellen auf, und die Berechnung eines neuen Satzes von Extremwerten wird begonnen. Dieses Verfahren setzt sich fort, bis ein Stop-Signal durch den Detektor 111 von dem Hubdiskriminator 93 erhalten ist.

Wenn der Hubbereich-Rechner 110 (Fig. 17) ein Startsignal von dem Hubdiskriminator 93 erhält ,empfängt Berichte (downside and extreme reports), welche verwendet werden, um den Dynagraph-Bereich (Fig. 2) zu berechnen. Der berechnete Wert des Bereiches wird von dem Bereichsrechner 110 zu dem Hubdiskriminator 93 in Ansprechen auf ein Status-Anforderungssignal gesandt.

Wenn ein Energie-an-Signal von dem Hubdiskriminator (bei A, Fig. 18) empfangen ist, wird sein Speicher eingeleitet und Versandlisten der Status-Maschinen vorbereitet, welche Berichte empfangen wollen. Wenn das Motor-an-Signal bei B von dem Pumpenmanager empfangen ist, bewegt sich der Hubdiskriminator (Fig. 18) von dem Motor-aus-Status zu dem Motor-Start-Status, startet einen 3 Sekunden-Zeit-

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geber und sendet eine Start-X-üeräuschmeßnachricht zu dem Ableitungsdetektor, um sein Messen des Geräusches an der Hubableitung während dieser 3 Sekunden-Periode einzuleiten. Wenn der 3 Sekunden-Motor-an-Verzögerungszeitgeber abgelaufen ist (bei C), empfangen der Detektor 109 (Fig. 17), der Hubbereichrechner 110 und der Detektor 111 Start-Nachrichten, und die BDC-Zählung wird auf Null gestellt. Die BDC-Position ist der Bodentotpunkt des linken Endes des Schwengels 22 (Fig. 1) und entspricht dem Beginn des Abwärtshubes des Saugstangenzuges 16. Ein Startreport-Signal (bei G, Fig. 18) von einer Status-Maschine plaziert die anfordernde Maschine auf der besonderen Versandliste, wenn sie nicht schon dort ist. Ein Stopreportsignal (bei F) von einer der Status-Maschinen entfern die anfordernde Maschine von der spezifizierten Versandliste.

Wenn ein Upside-Signal (bei H, Fig. 18) von dem Ableitungsdetektor in dem Motor-an-Status erhalten ist, beträgt die BDC-Zählung weniger als 2, und die BDC-Zählung wird erhöht. Eine Statusanforderung wird zu dem Detektor 111 (Fig. 17) gesandt, und ein BDC-Bericht wird zu allen Maschinen gesandt, die über eine Start-BDC-Report-Nachricht aufgezeichnet ist, wie dies oben erläutert ist.

²^ Wenn ein Downside-Signal (I, Fig. 18) von dem Ableitungsdetektor in dem Motor-ein-Zustand erhalten ist, wird ein Bericht hinsichtlich TDC oder oberen Totpunkt in Bezug auf das Außenende des Bohrschwengels zu allen gesandt, die einen solchen Bericht angefordert haben. Eine Down-

side-Nachricht wird ebenfalls zu dem Hubbereich-Rechner 110 (Fig. 17) gesandt. Wenn eine Extreme-Nachricht (J, Fig. 18) von dem Hubextreme-Detektor 111 (Fig. 17) in dem Motor-an-Status empfangen wird, wird eine Extreme-Nachricht zu den Hubbereich-Rechner gesandt, eine Statusanforderung wird zu dem Hubbereich-Rechner gesandt, und ein Spitze-Bericht wird zu allen Status-Maschinen gesandt,

die aufgezeichnet haben, wenn die BDC-Zählung wenigstens 2 beträgt. Wenn ein Bereich-Report (bei K, Fig. 18) von dem Bereichrechner in dem Motor-an-Status empfangen wird, wird ein Bereich-Report zu allen Status-Maschinen gesandt, welche aufgezeichnet haben, wenn die BDC-Zählung wenigstens 2 beträgt.

Der Hubableitungsdetektor 109 (Fig. 17) identifiziert die Maximum- und Minimum-Hubpositionen durch Verwendung des Null-Durchganges (zero crossing) der ersten Ableitung des Hubsignales (Fig. 15) von dem Hubumsetzer 53 (Fig.1). Die erste Stufe im Betrieb ist eine tote Zone (dead band) oder Geräuscfrband (noise band) um den Null-Durchgangswert (X¹ = 0) zu bestimmen, wie dies in Fig. 15 und.16 gezeigt ist. Ein "Noise Value" (Geräuschwert) "d" ist ein Maximalunterschied zwischen X' von der"Math Utility" und dem X', geglättet von einem Fünfzehn-Punkt-Bewegungsdurchschnitt (fifteen point moving average), erfaßt während der 3 Sekunden-Monitorperiode und korrigiert für Phasenverschiebung. Das Geräuschband wird zur Erklärung verwendet, daß eine obere Totpunkt- (.TDC) Position erreicht worden ist, wenn X' größer als +d ist, und eine Bodentotpunkt- (BDC) Position erreicht ist, wenn X¹ geringer als -d ist. Der Betrieb des Hubableitungsdetektors 109 (Fig. 17) ist im einzelnen im Diagramm nach Fig.19 gezeigt. Wenn das System ein Energie-an-Signal (bei A, Fig. 19) schafft, wird der Ableitungsdetektor eingeleitet und fordert einen Bericht von X^f von der Einheit 94 (math utility) (Fig. 6). Dieser Detektor stellt eben-

° falls einen "Blackouf-Zeitgeber auf 2 Sekunden ein. An diesem Punkt startet ein nachfolgendes Start-X'-Geräuschmeßsignal von dem Hubdiskriminator den Ableitungsdetektor (bei B, Fig. 19). Eine sich bewegende Durchschnittsglättung von X' wird eingeleitet, wobei der letzte vorhergehende Wert der Ableitung als Startwert verwendet wird, und wobei das maximale Geräusch (maximum noise) auf einen Wert von Null eingestellt wird.

Das Start-X'-Geräuschmeßnachrichtensignal (bei B, Fig. 19) bewegt den Ableitungsdetektor in den X'-Geräuschüberwachungsstatus (2). Wenn ein X-Wert von der "Math Utility" erhalten wird, wird er abgeglättet. Der absolute Wert des Unterschiedes zwischen dem geglätteten und den Grobwerten von X¹ wird dann errechnet. Wenn dieser Wert größer als der maximale Geräuschwert ist; dann wird das Maximalgeräusch auf diesen WePt eingestellt. Wenn ein Startsignal von dem Hubdiskriminator (bei E, Fig. 19) erhalten wird, welches anzeigt, daß die Geräuschmeßperiode von 3 Sekunden vorbei ist, wird das X¹-Nullgeräuschband eingestellt (Fig. 15 und 16). Der maximale Geräuschwert wird dann um einen 10%igen Sicherheitsbereich erhöht, und -d wird auf -max-Geräusch und +d auf +max-Geräusch eingestellt (Fig. 16).

Wenn der letzte X'-Wert, der empfangen ist, größer als Null ist, wird der Zunahmestatus eingegeben. Wenn jedoch der letzte X-Wert kleiner als Null ist, dann wird der Abnahmestatus eingegeben,' der Ableitungsdetektor überwacht nun die X'-Werte, um das obere und untere Ende des Hubes (Fig. 15) zu erfassen.

Der Betrieb für die Erfassung des Beginns des Aufwärtshubes (Status 3 bis 5 bis 8 bis 4, Fig. 19) ist der gleiche (mit Ausnahme des Richtungssinnes) wie der Betrieb für das Erfassen des Beginnes des Abwärtshubes, welcher vom Status 4 zu 6 zu 7 zu 3 verläuft, so daß lediglich

ein Erfassungsvorgang nachfolgend erläutert wird. 30

Wenn der Hubableitungsdetektor sich im abnehmenden Status (3, Fig. 19) befindet und ein X'-Wert von der "Math-Utility" erhalten ist, wird der X'-Wert gegen das obere Ende des Geräuschbandes +d überprüft. Wenn der X'-Wert geringer als +d ist, erfolgt keine Aktion, und der Hubdiskriminatordetektor verbleibt im Status 3· Wenn jedoch

-yf-

X' größer als +d ist, hat das Signal sich durch das NuIl-X'-Band in zunehmender Richtung bewegt und kann demzufolge die negative Positionsspitze erfaßt haben (TDC oder Ende des Abwärtshubes und Beginn eines Aufwärtshubes). Jedoch ist es möglich, daß das Geräusch eine Falscherfassung verursacht hat; demzufolge wird ein 3"point timer" (die geforderte Zeit, um 3 Datenpunkte bei der Datenerfassungsgeschwindigkeit zu erfassen) gestartet, und Status 5 (Fig. 19) wird eingegeben. X'-Werte werden auch in diesen Status während der Zeit aufgezeichnet, die erforderlich ist, um die 3 Datenpunkte zu sammeln. Wenn diese Zeit abgelaufen ist, wird X' wieder mit +d verglichen, und wenn X' kleiner als +d ist, ist ein "noise glitch" eingetreten. Das Nullgeräuschband zwischen +d und -d wird durch 10% oder durch eine Zählung von 1 erhöht, je nachdem welche größer ist, und der Hubdiskriminatordetektor kehrt zu Status 3 zurück. Wenn jedoch X' größer als der Wert d ist, ist eine negative Positionsspitze erfaßt worden. Ein Blackout-Zeitgeber wird gestartet, Status 8 wird eingegeben und eine Abwärtshub-Nachricht wird zu dem Hubdiskriminatoir 93 (Fig. 17) gesandt. Während der Aus-Zeit (blackout time) wird X' nicht geprüft. Wegen der zyklischen Natur des Pumpenhubes wird eine andere Spitze nicht erwartet, bis eine bekannte Minimalzeit verstrichen ist. Die Verwendung der Blackout-Zeit verbessert die Störfestigkeit bzw. die Geräuschbeständigkeit des Detektors. Wenn die Blackout-Zeit abgelaufen ist, wird wieder ein X' Math-Fluß gestartet, der zunehmende Status (4) wird eingegeben und das System schaut nach positiver Positionsspitze. Das Verfahren

ist das gleiche wie oben mit der Ausnahme des Vergleichssinnes, wie dies oben erläutert ist.

Details des Hubextreme-Detektors 111 (Fig. 17), welcher Xmax, Xmin, Ymax und Ymin-Werte erfaßt, ist in dem Hubextreme-Detektorstatusdiagramm nach Fig. 20 gezeigt. Wenn Strom eingeschaltet wird, bewegt sich der Hubextreme-

Detektor in den Ruhe-Status (1, Fig. 20). In Ansprechen auf ein Startsignal (bei B) von dem Hubdiskrirainator 93 (Fig. 17) werten die Werte Xlag und Ylag gestartet (Xlag and Ylag math flow) und die Extreme werden eingeleitet. Beim Einleiten der Hubextreme wird Xmin auf den maximalen positiven Wert eingestellt, der in dem Detektor verwendet wird, Y bei Xmin wird auf den Wert Null eingestellt, Xmax wird auf Null eingestellt und Y bei Xmax wird auf einen Wert von Null eingestellt.

Der Hubextreme-Detektor (bei C, Fig. 20) verwendet das Xlag-Signal von der "Math Utility" 9²J (Fig. 6), um auf den neuesten Stand gebrachte Werte von Xmax und Xmin zu berechnen und verwendet die Xlag-Signale (bei D, Fig.20), um die auf den neuesten Stand gebrachten Werte von Ymax und Ymin zu berechnen. Die auf den neuesten Stand gebrachten Werte des Maximums und des Minimums für X und Y sind wie folgt berechnet. Wenn das erhaltene X größer als Xmax ist, wird Xmax auf den erhaltenen X-Wert eingestellt, und Y bei Xmax wird auf den entsprechenden Y-Wert eingestellt. Das gleiche Verfahren wird für Y-max durchgeführt. Wenn das empfangene X kleiner als Xmin ist, wird Xmin auf den erhaltenen X-Wert eingestellt, und Y bei Xmin wird auf den entsprechenden Y-Wert eingestellt, und die gleiche Prozedur wird für Ymin ausgeführt. Diese Werte werden zu dem Hubdiskriminator 93 (Fig. 6) in Ansprechen auf eine Statusanforderung (bei E, Fig. 20) gesandt, und die Extreme werden dann eingeleitet.

Der Hubbereich-Detektor 110 (Fig. 17) berechnet den gesamten Dynagraph-Kartenbereich (Fig. 2) unter der Richtung des Hubdiskriminators 93. Wenn eine Energie-an-Nachricht erhalten wird (bei A, Fig. 21) wird der Status-Report-Gesamtkurvenbereich auf einen Wert von Null eingestellt. Wenn eine Startnachricht von dem Hubdiskriminator erhalten ist, bewegt sich der Hubbereich-Kalkulator zu

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"warte auf ersten Report-Status" (wait for first report state). Wenn ein Start eines Aufwärtshubes (D) oder ein Start eines Abwärtshubes (C) als Bericht in den Wartezustand auf den ersten Report empfangen wird, wird der zweckmäßige Status entweder 3 oder 4' eingegeben, und die Parameter werden eingeleitet. Der Pufferstufe-Index (Fig.22) und der Gesamtbereich werden beide auf einen anfänglichen Wert von Null eingestellt, und dann wird der "Math"-Strom eingeleitet. Wenn die Ylag (Last) - Werte erhalten sind, werden diese Werte in der Weise verarbeitet, welche von dem Bereichsrechner-Status (Aufwärtshub oder Abwärtshub) bestimmt.

Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtung zum Errechnen des Gesamtbereiches des Dynagraphen sind in

Fig. 22 gezeigt, wo Lastwerte Ul - Un in regulären Intervallen während des Aufwärtshubes geprüft und in Speicherpositionen Ml - Mn eines Lastpuffers LB1 gespeichert werden. Zu Beginn eines jeden Aufwärtshubes (Fig. 22) wird ein ^O Index Il auf Null eingestellt, so daß er zur Speicherposition M1 des Puffers LB1 in den RAM 87a (Fig. 8A) weist und der gesamte Bereich wird auf Null eingestellt. In regulären Intervallen des Aufwärtshubes wird jeder der Lastwerte Ul - Un geprüft und in einem der Memory-Positio- ^5 nen Ml - Mn des Puffers LBl unter der Leitung des Index In plaziert. Der Index wird dann auf die nächste Position erhöht.

Beim Abwärtshub, wenn jeder der neuen Werte empfangen ist, wird der Index Il verringert, jeder der geringeren Lastwerte Ln - Ll wird von den entsprechenden oberen Lastwerten Un - Ul abgezogen, im Puffer LBl gespeichert und die Differenzwerte werden verwendet, um den Bereich des Dynagraphen zu errechnen, indem der Dynagraph in schmale vertikale Streifen unterteilt wird, wobei der Bereich eines jeden Streifens berechnet wird und diese Streifenbereiche

addiert werden, um den Gesamtbereich zu erhalten. Beispielsweise wird der untere Lastwert L14 (Fig. 22) von dem entsprechenden oberen Lastwert U1M subtrahiert und mit der Breite zwischen den Grenzen B13 und B14 multipliziert, um den Bereich des Streifens A14 zu erhalten. Weil lediglich die relativen Bereiche des Dynagraphen zwischen unterschiedlichen Schachtbedingungen erforderlich sind, kann angenommen werden, daß die Breite eines jeden Streifens den Wert 1 hat, obwohl die Breiten der Streifen von einem Abschnitt des Dynagraphen zum anderen variieren. Jeder Streifen, wie beispielsweise der Streifen A14, weist im wesentlichen die gleiche Breite zu jeder Zeit auf, wenn die Lastwerte geprüft werden.

Die Bereichsstreifen (Fig. 22) sind als relativ breit dargestellt, um das Diagramm zu vereinfachen, aber eine größere Anzahl von Lastproben, die schmalere Streifen ergeben, kann verwendet werden, um die Genauigkeit der Berechnungen zu erhöhen. Wenn eine Streifenbreite von 1 angenommen wird, ist es notwendig, lediglich jeden Lastwert Ll - Ln von dem entsprechenden Lastwert Ul - Un abzuziehen, um den Bereich eines jeden Streifens zu erhalten.

Die Energie-an-Nachricht verursacht, daß der Modul 91 (pump manager software state machine modul) (Fig. 6) Energie zum Pumpenmotor 30 (Fig. 8A) über den Interface 75a und ein Motorrelais 98 schafft. Eine "Power on"-Nachricht zu dem Einstellpunktdetektor (Fig. 7) bewegt

diese Status-Maschine in den Motor-Warte-Status. Der Motor 30 bewegt den Saugstangenzug 16 (Fig. 1) über eine vorbestimmte Anzahl von Inbetriebnahme-Zyklen, um zu gestatten, daß der Fluid-Level in dem Schacht sich stabilisiert, dann sendet der Pumpenmanagermodul 91 (Fig. 6) eine "Motor-an"-Nachricht zu dem Fluid-Pound-Detektor 92, welcher den Einstellpunkt-Detektor (Fig. 7)

von dem "Motor-Warte"-Status zu dem Eich- bzw. Kalibrierungsstatus bewegt. Bei diesem übergang wird ein Satz von vier Abglätt-Puffern (nicht gezeigt) in dem RAM 87a (Fig. 8a) zum Empfangen der Werte von Xmax, Xmin, Ymax und Ymin zum Glätten eingeleitet, und die Eichzykluszählung wird auf Null eingestellt.

Die Hubdiskriminator 93 (Fig. 6) sendet einen Spitzenbericht und einen Bereichbericht zu dem Fluid-Pound-Detektor 92 zu Beginn eines jeden Absatzhubes. Der Spitzenbericht (peak-report) enthält Werte für Xmax, Xmin, Ymax und Ymin. Die vorliegende Erfindung verwendet vier aufeinanderfolgende Zyklen eines Pumpenbetriebes, um abgeglättete Werte der Spitzenwerte Xmax, Xmin, Ymax und Ymin zu erhalten, obwohl eine größere oder geringere Anzahl von Zyklen verwendet werden kann. Wenn ein Bereichbericht (area report) empfangen wird (bei E, Fig. 7), wird der Bereich mit einem vorher berechneten Bereich verglichen, der in dem leistungslosen RAM 85 (Fig. 8A) gespeichert ist.

Wenn der neu errechnete Kurvenbereich gleich oder größer als 80% des vorherigen Bereiches ist, werden die Werte von Xset und Yset (Fig. 2) berechnet, wobei die zuletzt geglätteten Werte von Xmax, Xmin, Ymax und Ymin und die zuletzt eingegebenen Werte von X% und Y% in den Formeln verwendet werden:

Xset = (Xmax - Xmin) (X% t 100) + Xmin Yset = (Ymax - Ymin) (Y% t 100) + Ymin.

Alle Werte von Xset, Yset, Xmax, Xmin, Ymax, Ymin und der Dynagraph-Eich (card) - Bereich werden in RAM 85 (Fig. 8A) für den Fall gespeichert, daß der Bereichstest unter 80% zu einer späteren Zeit fällt. Wenn die Eichzählung einen Wert von 4 erreicht und der Bereichsrest

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den 80%-Test bei jedem der vier Zyklen überschritten hat, wird die Monitor-Periode bei dem nächsten Abwärtshub der Pumpenstange 16 (Fig. 1,7) gestartet.

Wenn der neu berechnete Kurvenbereich geringer als 80% des vorhergehenden Bereiches ist, werden die vorigen Werte von Xmax, Xmin, Ymax und Ymin aus ihrer gespeicherten Position in dem RAM 87a (Fig. 8A) wiedergefunden und verwendet, um die Werte von Xset und Yset (Fig. 2) zu berechnen. Wenn Xset und Yset erhalten sind, wird die Überwachungsperiode (Fig. 7) beim nächsten Abwärtshub der Pumpenstange 28 (Fig. 1) gestartet, weil ein Eichen nicht empfohlen wird, wenn der Bereich des Dynagraphen reduziert ist.

Das obere Eichverfahren erlaubt, daß der Einstellpunkt (Xset, Yset) auf den neuesten Stand gebracht wird, um langsam sich ändernden Schachtbedingungen zu folgen, wie beispielsweise einer Änderung des Fluidniveaus aufgrund eines Überlaufens von Wasser, verhindert jedoch, daß der Einstellpunkt sich aufgrund eines Pumpproblemes oder eines hohen Fluid-Niveaus ändert, das sich aus einem Energieausfall oder einem Einfluß seitens des Schachtes ergibt. Jede plötzliche Änderung des Bereiches der Dynagraph-Kurve würde wahrscheinlich-aufgrund eines Abpumpens oder Pumpprobleme erfolgen, die weiterhin die Pumpenanordnung beschädigen könnte, und solch plötzliche Änderungen sollten als Probleme erfaßt werden. Diese Probleme könnten nicht erfaßt werden, wenn die Einstellpunkte (Xset, Yset) die Positionen in Bezug auf den Dynagraphen geändert hätten.

Nachdem der Einstellpunktdetektor (Fig. 6) sich selbst geeicht hat, beginnt er, den Schacht auf Fluid-Pound während des Pumpenabwärtshubes zu überwachen, wobei die Hub (Xlag) - und die Last (Ylag) - Werte verwendet werden,

-πι die von der Einheit 94 erhalten sind. Da jeder laufende Wert (XC, Yc) erhalten ist, wird der letzte vorhergehende Wert Xl, Yl in dem RAM 87a (Fig. 8A) gespeichert, und diese Werte Xc, Xl, Yc, Yl werden verwendet, um die Werte zwischen überwachten Punkten (Fig. 5) zu interpolieren, um einen wahren Wert von Y bei Xset zu erhalten. Dies ist notwendig, weil das periodisch geprüfte überwachen der Werte von X und Y nicht ein Lesen genau an dem Punkt Xset erhalten könnte. Wenn ein laufender Wert X kleiner als Xset ist (Fig. 2-5), ist der nächste Wert von Y (Yc) mit dem vorhergehenden Y-Wert (Yl) verwendet, um einen Wert von Y bei Xset zu erhalten. Wenn Y bei Xset größer als der Wert Yset (Fig. 2) ist, wird eine Verletzungszählung (violation count) erhöht. Wenn diese Zählung eine vorbestimmte Zahl erreicht, wird ein "Pump-Off-detected"-Signal zu dem Pumpenmanager 91 (Fig. 6) gesandt.

Wenn der errechnete Wert von Y bei Xset kleiner oder gleich Yset ist, wird die Violation-Zählung auf Null eingestellt, um zu gewährleisten, daß eine spezifische Anzahl aufeinanderfolgender Violationen erhalten worden ist, bevor das "Pump-Off detected"-Signal zu dem Pumpenmanager (Fig. 6) gesandt ist.

Ein zweites Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1, 8a und 8B zum Anzeigen eines "Pumpe-aus" (pump-off) ist in den Nachrichtenflußdiagrammen nach Fig. 23 und 24 und in der Lastkurve nach Fig. 25 beschrieben. Die Schleife der Lastkurve zwischen der oberen Stangenzugposition Xmax

und der unteren Stangenzugposition Xmin ist überwacht, und die Position, bei welcher die Schleife der Lastkurve den größten negativen Wert X(Ypmin) hat, wird zu jedem Betriebszyklus berechnet. Die Bewegungsrichtung dieses Punktes X(Ypmin) wird verwendet, um ein Fluid-Pound zu erfassen. Wenn das Fluidniveau in einem Schacht abnimmt, bewegt sich der Punkt X(Ypmin) progressiv vom Punkt X(Ypmin 1) nach Fig. 25 zu X(Y'min 2) zum Punkt X(Y'min 5). Ein Wert

X, genannt Xset, kann ausgewählt werden, und wenn der Punkt X(Y'min) Xset erreicht, kann der Motor 30 (Fig.1) ausgeschaltet werden.

Der Wert Xset wird im Computer 49a (Fig. 1) berechnet, indem zunächst ein Wert Xav berechnet wird, welcher einen Durchschnittswert von X ist, bei welchem X(Y'min) positioniert ist, wenn der Schacht mit Fluid gefüllt ist. Ein Operator benutzt ein Tastenfeld 60 (Fig. 1, 8B) oder einen anderen Eingang zu dem Computer 49 (Fig. 1), um einen Empfindlichkeitswert (%) einzugeben, der verursacht, daß der Computer 49 einen Xset-Wert in einem bestimmten Prozentteil des Abstandes zwischen Xmin und Xav (Fig. 25) errechnet. Wenn die Eigenschaften des Schachtes oder der Pumpe beispielsweise sich ändern sollten, so daß sich die Kurve nach Fig. 25 ändert, kann der Computer verwendet werden, um die Position des Einstellpunktes Xset neu zu berechnen.

^O Wenn Xset ausgewählt ist, überwacht der Computer kontinuierlich den Wert X(Y'min) der Kurve (Fig. 25), bis X(Y'min) den Wert von Xset erreicht, wenn sich die Kurve von Xmax zu Xmin bewegt. Wenn der Wert von X(Y'min) geringer als der Wert von Xset ist, schafft der Computer 49a (Fig.1)

ein Signal, welches verursacht, daß der Motor 30 angehalten und der Schacht abgeschaltet wird. Um zu gewährleisten, daß der Schacht zu dieser Zeit wirklich abgepumpt ist, kann es wünschenswert sein, den Durchschnittswert von X(Y'min) zu verwenden, der über verschiedene Pumpzyklen

berechnet ist und zu gestatten, daß sich die Pumpe über

zwei oder mehrere Zyklen bewegt, wobei die Kurve (25) zu jeder Zeit links vom Einstellpunkt ist, bevor der Motor 30 abgeschaltet wird. Dies verhindert das Herunterfahren des Schachtes aufgrund eines erratischen Signales 35

von der Lastzelle 24 oder vom Wandler 53 oder von einer anderen elektronischen Anordnung oder vom Schacht selbst.

Der Betrieb, um ein Abpumpen zu erfassen bzw. anzuzeigen, wobei die Position der Maximum-Schleife der Lastkurve verwendet wird, wird von den "Energie-an"-Rückstellgeneratoren 82a, 82b eingeleitet, welche Signale schaffen, die verschiedene Hardware in dem Computer wiedereinstellen bzw. rückstellen und verursachen, daß die Instruktion des Computerprogramms, das in dem PROM 86a gespeichert ist, von dem Zentralprozessor 73a ausgeführt wird. Eine "Energie-an"-Nachricht wird zu jedem der Status-Maschinen-Module 91-94 (Fig. 23) in dem Computer gesandt, und diese Module werden eingeleitet, wobei der Fluid-Point-Detektor 92 (Fig. 23) in den Motorwartezustand (Fig. 24) geht.

Die "Energie-an"-Nachricht verursacht, daß der Pumpenmanagermodul 91 (Fig. 23) Energie zum Pumpenmotor 30 (Fig. 8A) über ein Motorrelais 98 schafft. Der Motor 30 bewegt den Saugstangenzug 16 (Fig. 1) über eine bestimmte Anzahl von Zyklen, um zu gestatten, daß sich das Fluid-Niveau in dem Schacht stabilisiert, dann sendet der Modul 91 (Fig. 23) eine "Motor-an"-Nachricht zu dem Fluld-Pound-Detektormodul 92.

Der Fluid-Pound-Detektor wird in dem Monitor-Modus (Fig.24) eingestellt, wo er den laufenden Durchschnittswert von X (Xav) an dem Punkt X(Y'min)(Fig. 25) wiederauffindet, wo die maximale negative Schleife der Schachtkennlinienkurve auftritt. Dieser Wert von Xav wird von einem leistungslosen Speicher wiederaufgefunden, der verwendet wird, um einen Datenverlust zu verhindern, wenn Energie in dem

Computer verloren gehen sollte. Vor dem ersten Eichzyklus ist der Wert von Xav Null. Ein Eichknopf 100 (Fig. 8B, 9) ist betätigt, so daß das Eichen beginnt, wenn der Knopf gedrückt ist, die Zykluszählung wird auf Null eingestellt, die Schleife Y'min wird auf einen Wert von -1 gestellt, und Xav bei Y'min wird auf einen Wert von Null gestellt.

Zu Beginn des nächsten Abwärtshubes empfängt der Fluid-Pound-Detektor 92 den Wert Xmin (Fig. 25) von dem Hubdiskriminator 93 (Fig. 23). Wenn Xav Null ist, dann wird Xset auf Null eingestellt, sonst wird der Wert von Xset aus der folgenden Formel errechnet:

Xset = (100 - X%) (Xav - Xmin) + Xmin,

wobei X% ein Prozentwert zwischen Null und 100 ist und von einem Operator gewählt wird,

Xav der Durchschnittswert von X, wo die Schleife Ypmin der Kurve einen maximalen negativen Wert aufweist, Xmin die Minimal-Position des Stangenzuges. Die Zykluszählung wird erhöht.

Wenn der Kalibrier- bzw. Eichknopf 100 (Fig. 23, 8B) gedrückt wird, wird die Betriebsart eingestellt auf Eichen, und die Zykluszählung wird auf Null eingestellt (Fig.24). Zu Beginn eines jeden Abwärtshubes wird der Wert von Ypmin bei -1 eingestellt. Während des Abwärtshubes werden Kennwerte der Kurve Y¹ von dem Fluid-Pound-Detektor 92 von der "Math"-Einheit erhalten, wie dies oben erläutert ist, und sie werden mit dem höchsten Negativwert der Schleife verglichen, der vorher während des laufenden Abwärtshubes bestimmt ist. Wenn die Schleife negativer als der vorher bestimmte Wert ist, wird der alte Wert von Y¹ durch das neue Y' ersetzt, und der Wert von X, bei dem diese negativere Schleife eintritt, X(Y^fmin), wird behalten und mit den vorherigen Werten gemittelt, um einen Wert von Xav zu erhalten. Am Ende des Abwärtshubes wird die Zykluszählung erhöht. Wenn eine vorbestimmte Zahl von Werten von X bei Y'min verwendet wird, um einen Durchschnitt zu berechnen, d.h. wenn die Zykluszählung die gewünschte Zahl von Eichzyklen erreicht hat, wird der Wert von Xav in einem leistungslosen Speicher gespeichert, und der Modus wird auf überwachung eingestellt. Dieses Eichen tritt in der Abwärtshub-Aufwärtshub-Schleife 101 (Fig. 24) ein. Der Wert

-n-

von Xset wird wiederberechnet, wobei der gerade bestimmte Xav-Wert, der erhaltene Wert von Xmin und X% verwendet werden, wie dies oben beschrieben ist.

Bei dem Monitor-Modus wird der Wert von Y'min auf -1 beim Start eines jeden Abwärtshubes eingeleitet. Die Werte der Schleife der Kurve Y¹ werden empfangen und wie vorher mit dem negativsten Wert der Schleife verglichen, der vorher während des laufenden Abwärtshubes erhalten worden ist.

Wenn die Schleife negativer als der vorher bestimmte Wert ist, wird der alte Wert von Y' durch den neuen Y'-Wert ersetzt und der Wert von X, wo diese negativere Schleife vorkommt, X(Y'min) wird beibehalten und mit den vorgehenden Werten gemittelt, um einen Wert für Xav zu erhalten. Wäh-

¹^ rend des Monitor-Modus wird Xav über eine besondere Zahl von Fluid-Pound-Empfindlichkeitszyklen anstatt über Eichzyklen wie vorher gemittelt. Wenn der gemittelte X-Wert an dem Punkt der negativsten Schleife ist, ist Xav geringer als Xset. Der Fluid-Pound-Detektor 92 (Fig. 23, 24) sendet eine Fluid-Pound-Nachricht zu dem Pumpenmanager 91, und der Motor 30 (Fig. 1) wird unwirksam gemacht.

Die vorliegende Erfindung verwendet die Position der negativsten Schleife der Saugstangenposition/Saugstangen- ° lastkurve, um zu bestimmen, wenn ein "Fluid-Pound" in einem unterirdischen Schacht vorhanden ist. Die negative Schleife der Kurve wird beim Abwärtshub der Saugstange berechnet, und die Stangenposition an der Position, wo die Schleife der Laständerung ein Maximum ist, wird mit

einer Bezugsposition der Saugstange verglichen, welche während einer Eichperiode errichtet worden ist. Wenn die tatsächliche Stangenposition am Punkt der negativsten Schleife unterhalb der Bezugsposition ist, wird die

Schachtpumpeinheit angehalten.
35

Ein drittes Verfahren der Verwendung der Vorrichtung

nach Fig. 1, 8A, 8B zum Erfassen bzw. Anzeigen eines

„Abpumpens ist in den Nachrichtenflußdiagrammen nach Fig. 28-30, in der Lastkurve nach Fig. 27 und dem Eichdiagramm nach Fig. 26 gezeigt. Der Minimumwert der Last an dem Stangenzug Ymin wird überwacht, und die Bewegungsrichtung von Ymin wird verwendet, um ein Fluid-Pound zu erfassen. Wenn sich das Fluid-Niveau in einem Schacht ver ringert, bewegt die Position der Minimumlast, X(Ymin) sich progressiv vom Punkt X(Ylmin) (Fig. 27) zum Punkt X(Y2min) zum Punkt X(Y5min). Diese progressive Bewegung wird von der Vorrichtung nach Fig. 8A, 8B erfaßt, und wenn die Bewegung über einen vorbestimmten Betrag fortgeschritten ist, wird ein Fluid-Pount-Signal erzeugt. Ein Wert von X, genannt Xset, kann gewählt werden, und wenn X(Ymin) Xset erreicht, wird der Motor 30 (Fig.1) heruntergefahren.

Der Wert Xset wird im Computer 49a (Fig.1) berechnet, indem zunächst ein geglätteter (Durchschnitts-) Wert von χ berechnet wird, bei welchem Ymin auftritt, X(Ymin), wenn der Schacht mit Fluid gefüllt ist. Ein Operator benutzt ein Tastenfeld 99 (Fig. 8B) oder einen anderen Eingang zu dem Computer, um einen Empfindlichkeitswert (Prozent) anzugeben, welcher verursacht, daß der Computer 49a einen Xset-Wert, einen vorbestimmten Prozentsatz des Abstandes zwischen Xmin und Xmax (Fig. 27) errechnet. Wenn die Eigenschaften des Schachtes oder der Pumpe u.dgl. sich ändern sollten, ändert sich die Kurve nach Fig. 23, der Computer .kann die Position des Einstellpunktes bzw. SoIl-

Wertes Xset neu berechnen.

Wenn der Einstellpunkt Xset gewählt worden ist, überwacht der Computer kontinuierlich den Wert X(Ymin) der Kurve (Fig. 23), ein geglätteter Wert wird errechnet, und die Bewegungsrichtung des Wertes von X(Ymin) wird beobachtet.

Wenn der Wert von X(Ymin) geringer als der Wert von Xset ist und wenn sich der Wert von X(Ymin) in einer negativen Richtung (nach links in Fig. 23) bewegt, schafft der Computer 49 (Fig. 1) ein Signal, welches verursacht, daß der Motor 30 angehalten wird und der Schacht heruntergefahren wird.

Der Betrieb zum Erfassen eines "Pump-Off" unter Verwendung des Bewegungstrends des Minimumpunktes der Lastkurve wird von den Energie-an-Rückstellgeneratoren 82a, 82b (Fig.8A, 8b) eingeleitet, welche Signale schaffen, welche verschiedene Hardware in dem Computer rückstellen und verursachen, daß die Instruktion des Computerprogramms, das in dem PROM 86a gespeichert ist, von dem Zentralprozessor 73a ausgeführt wird. Eine "Energie-an"-Nachricht wird zu jedem der Status-Maschinen-Module 91, 93, 94, 116 und 117 (Fig.28) in den Computer gesandt,und diese Status-Maschinen-Module werden eingeleitet. Die Lastsignalwerte aus der Lastzelle 24 (Fig. 8A) und die Hubsignalwerte von dem Wandler 53 werden von der "Math"-Einheit (math utility) erhalten.

Die "Energie-an"-Nachricht verursacht, daß der Trenddetektor-Überwacher 116 (Fig. 28, 29) in den "Start-Warte"-Status eingestellt wird, der Monitor 117 (Fig. 28,

29) in den Befehl-Warte-Status eingestellt wird, und verursacht, daß ein X%-Wert zu dem min - Positionsüberwacher gesandt wird. Die "Energie-an"-Nachricht verursacht, daß der Pumpenmanagermodul 91 (Fig. 28) Energie für den Pumpenmotor 30 (Fig. 8A) über ein Motorrelais 98 schafft.

®® Der Motor 30 bewegt den Saugstangenzug 16 (Fig. 1) während einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen, um zu gestatten, daß sich der Fluid-Pegel in dem Schacht stabilisiert. Dann sendet der Pumpenmanagermodul 91 (Fig. 28) eine "Motor-an"-Nachricht zu dem überwacher 116, wodurch verursacht wird, daß der überwacher (Fig. 28) sich in den Abwärtshub-Warte-Zustand bewegt.

-Μι Beim Start des nächsten Abwärtshubes wird eine "Starteichungs"-Nachricht (Fig. 28, 29) zu dem Monitor 117 gesandt, und die Zykluszählung wird auf Null eingestellt. Wenn der min-Positions-Monitor (Fig. 30) die Starteichnachricht empfängt, wartet er auf einen Spitzen-Report von dem Hubdiskriminator 93 (Fig. 28). Der Spitzenbericht, welcher beim Start des Abwärtshubes auftritt, umfaßt Werte von Xmax, Xmin und X(Ymin), (Fig. 27, 28). Wenn der erste Spitzenbericht empfangen ist (bei A, Fig. 30), wird min' max auf einen Wert von Null eingestellt, und min' min wird auf einen Wert von -1 eingestellt. Bei nachfolgenden Berichten während des Eichens (bei B) werden diese Werte zu der Einheit 9^ (Fig. 28) gesandt, welche sich bewegende durchschnittliche geglättete Werte von Xmin schafft und eine erste Ableitung des glatten Wertes von Xmin schafft. Der Wert der ersten Ableitung des glatten Wertes von Xmin wird nun als min' bezeichnet und mit min' max und min' min verglichen. Wenn der laufende Wert von min' min größer als min' max ist, wird min' max auf den laufenden Wert von min' eingestellt. Wenn der laufende Wert von min' kleiner als min' min ist, wird min¹ min auf den laufenden Wert von min' eingestellt. Min' max und min' min sind tatsächliche Grenzen eines Geräuschbandes um den Wert der Ableitung. Eine Konstante K wird gewählt und multipliziert mit dem Wert von min' max und dem Wert von min' min, um ein Paar von Nullband-Grenzen (Fig. 26) zu errechnen, die min' hoch und min' niedrig genannt werden. Kein Trend im Wert von X(Ymin) ist innerhalb dieses Bandes angezeigt.

Beim Eichen oder Kalibrieren zu Beginn eines jeden Abwärtshubes erhöht der Trenddetektor-überwacher (Fig. 29) die Anzahl der Eichzyklen, bis die Zahl der Zyklen größer als die Zahl der Eichzyklen ist, die erforderlich sind. Wenn die Zahl der Eichzyklen die Zahl der notwendigen Eichzyklen überschreitet, wird eine "Stop-Eich"-Nachricht

S3 33A583Ü

von dem Trenddetektor-Überwacher 116 (Fig. 28) zu dem min-Position-Monitor 117 gesandt. Dieser Monitor stellt das min'-Nullband (Fig. 26) auf einen Wert ein, bei welchem min' hoch gleich K mal dem min' max-Wert ist und der min' niedrig gleich K mal dem min¹ min-Wert ist und Xset ist = X(Ymin - X% (Xmax - Xmin),und der min-Position-Monitor kehrt in den_#Befehl-Warte-Status (Fig. 30) zurück, bis er eine "Start-Monitor"-Nachricht von dem Überwacher 116 (Fig. 28) erhält.
10

Wenn der Trend-Detektor 116 (Fig. 28) eine Start-Monitor-Nachricht zu dem min-Positions-Monitor 117 sendet, bewegt sich der Trenddetektor-überwacher in eine der beiden Richtungen längs des Diagramms nach Fig. 29. Wenn dies das erste Mal ist, daß der Pumpen-Motor in der vorhandenen Folge eingeschaltet ist, nimmt der Trenddetektorüberwacher die Route der Schritte 1, 2, 3, 4 (Fig. 29) über den Abwärtshub-Warte-Status zu dem Eichung-Warte-Status beim Abwärtshub des Stangenzuges. Der min-Position-

²^ Monitor (Fig. 30) bewegt sich in den"Monitor-Spitze-Warte-Status. Wenn der min-Positions-Monitor einen Spitzen-Bericht enthaltend X(Ymin) erhält, ruft der Monitor 117 (Fig. 28, 30) die Einheit (math utility) 94, um einen glatten sich bewegenden gemittelten Wert von X(Ymin) und eine erste Ableitung des geglätteten Wertes X(Ymin) zu schaffen. Der min-Position-Monitor (Fig. 30) bewegt sich dann in den Monitorstatus.

In dem Monitorstatus empfängt der min-Position-Monitor

einen neuen Spitzen-Report zu Beginn eines jeden Abwärtshubes. Dieser Bericht umfaßt die laufenden Werte der Hubposition bei minimaler Last X(Ymin). Wenn die laufende Ableitung kleiner als des Nullband nach Fig. 26 ist,

wodurch ein negativer Trend von X(Ymin) angezeigt wird, 35

und wenn die laufende Hubposition der minimalen Last kleiner als Xset ist, wird ein "Fluid-Pound" angezeigt,

wobei das folgende Verfahren angewandt wird: Der Monitor 117 (Fig. 28) empfängt die laufenden Werte von Xmin, Xmax und X(Ymin). Der Monitor 117 sendet die Werte von X(Ymin) zu der Einheit (math utility) 94 (Fig. 28) zwecks Glättens und empfängt den geglätteten Wert von X(Ymin). Der Monitor 117 sendet dann den geglätteten Wert X(Ymin) zu der Einheit 94 und empfängt einen geglätteten Wert von X(Ymin) = min'. Wenn min¹ kleiner als min' niedrig (Fig. 26) ist und X(Ymin) (Fig. 27) geringer als Xset ist, ·//
wird eine "Fluid-Pound --erfaßt-Nachricht zu dem uber-

wacher 116 (Fig. 28, 29) und zu dem Pumpenmanager 92 gesandt. Der Pumpenmanager schaltet den Pumpenmotor aus, und der Überwacher informiert den min-Position-Monitor 117, das Überwachen einzustellen.
15

Wenn der Pumpenmotor 30 (Fig. 1, 8A) wieder eingeschaltet wird, nimmt der Trenddetektor die Route der Stufen 1, 5, U (Fig. 29) und eliminiert den Eichabschnitt des Diagramms nach Fig. 29. Gewünschtenfalls kann das Eichen auch zu Beginn eines jeden Pumpvorganges durch Folgen der Route 1, 2, 3, 4 ausgeführt werden.

Es lassen sich zweckmäßige Änderungen und Modifikationen bei der beschriebenen Anordnung und dem erläuterten ^° Verfahren durchführen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims (1)

1. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE BARDEHLE, PAGENBERG, DOST, ALTENBURG & PARTNER

   RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

   ¹OCHEN PAGENBERG dr jur . u. μ harvard·- HEINZ BARDEHLE dipl ing

   ^v JRNHARD FROHWITTER dipl-ing - WOLFGANG A. DOST dr. dipl-chem

   GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl-ing ₍fh>- UDO W. ALTENBURG dipl -phys

   *■} ^ L ζ ß Q Π POSTFACH 860620, 8000 MÜNCHEN O O H O O 0 U telefon (089)98 0361 TELEX 522791 pad d CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN BÜRO: GALILEIPLATZ 1. 8 MÜNCHEN

   * ¹⁹⁸³

   Patentansprüche

   T/ Vorrichtung zum überwachen des Betriebes einer Schachtpumpeneinheit mit einem Saugstangenzug und einer Antriebseinheit, um den Saugstangenzug hin- und herzubewegen, um Fluid von einer unter der Erdoberfläche liegenden Stelle zu produzieren, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine erste Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß eine zweite. Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß eine Einrichtung zum Verwenden dieses Lastsignales vorgesehen ist, um einen ausgewählten Wert zu errichten, welcher diesem Lastsignal entspricht, wobei die Einrichtung dieses Signal verwendet, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, und daß eine Einrichtung zum Unwirksammachen der Antriebseinheit vorgesehen ist, wenn der dem Lastsignal entsprechende Wert den ausgewählten Wert bei dem Stangenzug an der Bezugsposition übertrifft.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsposition an einem Abwärtshub des Stangenzuges liegt.

   3. Vorrichtung zum Überwachen des Betriebes einer Schachtpumpeinheit mit einem Saugstangenzug und einer Antriebseinheit, um den Stangenzug hin- und herzubewegen und Fluid von einem unter Tage liegenden Ort zu produzieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß eine zweite Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß eine auf den neuesten Stand bringende Einrichtung zur Verwendung dieses Lastsignales vorgesehen ist, um einen gewählten Wert zu errichten, welcher diesem Lastsignal entspricht, wobei dieses Stangensignal verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, daß eine Einrichtung

   ^O zum überwachen des Lastsignales vorgesehen ist, wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht, und daß eine Einrichtung zum Unwirksammachen der Antriebseinheit vorgesehen ist, wenn der dem Lastsignal entsprechende Wert den ausgewählten Wert bei dem Stangenzug in der Bezugsposition überschreitet.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsposition auf einem Abwärtshub

   des Stangenzuges ist.
   30

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit unwirksam gemacht wird, nachdem das Lastsignal den gewählten Wert irgendeiner

   vorbestimmten Zahl von aufeinanderfolgenden Malen in die-35

   ser Bezugsposition überschreitet.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangseinrichtung zum Eingeben eines Prozentwertes des Stangensignales und eine Einrichtung zum Verwenden dieses Prozentwertes vorgesehen ist, um die Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, wobei sich die Bezugsposition aufgrund einer graduellen Änderung des Wertes des Stangensignales ändert.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß eine Einrichtung zum Eingeben eines Prozentwertes des Lastsignales und eine Einrichtung zum Verwenden dieses Prozentwertes beim Errichten des vorgewählten Wertes dieser Last vorgesehen sind, wobei sich der gewählte Wert aufgrund einer graduellen Änderung des Wertes des Lastsignales ändert.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangseinrichtung zum Eingeben eines Prozentwertes von X und eines Prozentwertes von Y in die

   ^2<-* auf den neuesten Stand bringende Einrichtung vorgesehen ist, wobei der Prozentwert von X ein vorbestimmter Prozentgehalt des Unterschiedes zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert der Stangenzugposition ist und wobei der Prozentwert von Y ein vorbestimmter Prozentgehalt des Unterschiedes zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert des Lastsignales ist, und daß eine Einrichtung zum Verwenden der X-Prozent- und Y-Prozent-Werte vorgesehen ist, um die Bezugsposition des Stangenzuges und des ausgewählten Wertes des Lastsignales zu errichten.

   9- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den neuesten Stand bringende Einrichtung wenigstens einen Maximumwert des Lastsignales ur-d wenigstens 35

   einen Minimumwert des Lastsignales verwendet, um den ausgewählten Wert des Lastsignales zu errichten.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieeinheit unwirksam gemacht wird, nachdem das Lastsignal den vorgewählten Wert während einer vorbestimmten Zahl von Malen an der Bezugsposition innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer überschreitet.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gewählte Wert des Lastsignales in einer Position vorliegt, wo die Abnahmegeschwindigkeit der Stangenzuglast einen Maximumwert aufweist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Wert des Lastsignales an einer Position ist, wo die Stangenzuglast einen Minimumwert aufweist.

   13· Vorrichtung zum Überwachen des Betriebes einer Schachtpumpeinheit mit einem Saugstangenzug und einer Antriebseinheit, um den Stangenzug hin- und herzubewegen ^O und Fluid von einer Stelle unterhalb des Erdbodens zu produzieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß eine zweite Wandlereinrichtung zum Erzeugen eines Signales vorgesehen ist, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß ein Schreiber bzw. Darstellungsaufzeichner bzw. Plotter vorgesehen ist, welcher das Lastsignal und das Positionssignal verwendet, um ein Diagramm von Stangenzuglast gegen Stangenzugposi-

   tion zu erzeugen, daß eine Einrichtung zum Eingeben eines ausgewählten Wertes entsprechend dem Lastsignal und einer Bezugsposition des Stangenzuges als Einstellpunkt bzw. Sollwert in das Diagramm vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Überwachen des Lastsignales vorgesehen ist,

   wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht, und daß eine Einrichtung zum Unwirksammachen der Antriebseinrich-

   -δι tung vorgesehen ist, wenn das Lastsignal den ausgewählten Wert überschreitet, wobei sich der Stangenzug in dieser Bezugsposition befindet.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den neuesten Stand bringende Einrichtung für Verwendung eines Maximumwertes des Lastsignales und eines Minimumwertes des Lastsignales vorgesehen ist, um den vorgewählten Wert des Lastsignales an dem Einstellpunkt zu bestimmen und um einen Maximumwert der Stangenposition und einen Minimumwert der Stangenposition zu verwenden, um die Bezugsposition der Stange an dem Einstellpunkt zu bestimmen.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für einen Operator vorgesehen ist, um den Sollwert bzw. den Einstellpunkt in das Diagramm in Ansprechen auf eine visuelle Beobachtung des Diagramms einzugeben.

   1-6. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug, eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Zuges bzw. Stranges zum Pumpen von Fluid, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signales, das repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist und eine Einrichtung einschließt, um ein Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal verwendet wird, um einen ausgewählten Wert entsprechend dem Lastsignal zu errichten, daß das Stangenzugpositionssignal verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, und daß die Pumpeneinheit angehalten wird, wenn dieser dem Signal entsprechende Wert den vorgewählten Wert überschreitet, wenn sich der

   ^° Stangenzug in der Bezugsposition befindet.

   17. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, wobei ein Saugstangenzug, eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stranges bzw. Zuges zum Pumpen von Fluid, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signales, welches repräsentativ für die Last an dem Stangenzug ist und eine Einrichtung umfaßt, um ein Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal verwendet wird, um einen gewählten Wert entsprechend dem ¹^ Lastsignal zu errichten, daß das Stangenzugpositionssignal verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, daß das Lastsignal überwacht wird, wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht, und daß die Pumpeinheit gestoppt wird, wenn dieser dem Signal entsprechende Wert den ausgewählten Wert übertrifft, wobei der Stangenzug in dieser Bezugsposition ist.

   18. Verfahren zum Überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit , welche einen Saugstangenzug

   und eine Einrichtung umfaßt, um den Stangenzug zum Pumpen hin- und herzubewegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß

   dieses Lastsignal verwendet wird, um einen gewählten Wert

   entsprechend dem Lastsignal zu errichten, daß das Strangbzw. Zugpositionssignal verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, daß dieses Lastsignal überwacht wird, wenn der Stangenzug die Bezugs-30

   position erreicht hat, und daß die Pumpeneinheit angehalten wird, wenn der dem Lastsignal entsprechende Wert den ausgewählten Wert überschreitet, wobei der Stangenzug in der Bezugsposition ist.

   19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Anhalten der Pumpeneinheit ein überprüfen der Anzahl der Male einschließt, in welchen das Lastsignal den gewählten Viert überschreitet, und daß die Pumpeneinheit unwirksam gemacht wird, nachdem das Lastsignal den gewählten Wert während einer bestimmten Anzahl von Malen überschreitet.

   20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des Zugpositionssignales

   zum Errichten einer Bezugsposition die Schritte des Prüfens der Bewegungsrichtung des Stangenzuges und das Auswählen der Bezugsposition bei einem Abwärtshub des Stangenzuges umfaßt.
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   21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung des Lastsignales zum Errichten eines ausgewählten Wertes die Stufe des Verwendens eines Paares von Werten des Lastsignales einschließt, um den gewählten Wert zu bestimmen, und daß die Stufe der Verwendung des Zugpositionssignales zum Errichten einer Bezugsposition das Verwenden eines Paares von Werten der Stangenzugpositionssignale zum Bestimmen der Bezugsposition einschließt.

   22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Verwendung des Lastsignales zum Errichten eines ausgewählten Wertes und der Verwendung des Zugpositionssignales zum Errichten einer Bezugsposition den

   ° Schritt umfaßt, daß ein Operator die Bezugsposition auswählt und den ausgewählten Wert in Ansprechen auf eine Beobachtung des Lastsignales und der Zug- bzw. Strangpositionen wählt.

   3345830 -δι 23· Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche ein Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges zum Pumpen von Fluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß ein Maximumwert und ein Minimumwert des Lastsignales verwendet wird, um einen ausgewählten Wert des Lastsignales zu errichten, daß ein Maximumwert und ein Minimumwert der Zugposition verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, daß das Lastsignal überwacht wird, wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht, und daß die Pumpeinheit angehalten wird, wenn das Lastsignal den ausgewählten Wert überschreitet, wobei sich der Stangenzug in der Bezugsposition befindet.

   24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Anhalten der Pumpeinheit ein Prüfen der Anzahl von Malen einschließt, bei denen das Lastsignal den vorgewählten Wert überschreitet, und daß die Pumpeinheit unwirksam, gemacht wird, nachdem das Lastsignal den gewählten Wert während einer vorbestimmten Anzahl von Malen überschreitet.

   25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes der Strangposition zum Errichten einer Bezugsposition die Stufen einer Überprüfung der Bewegungsrichtung des Stangenzuges und des Auswählens der

   ^ow Bezugsposition bei einem Abwärtshub des Stangenzuges einschließt.

   26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes zum Errichten eines gewählten Wertes die Stufe des Wählens eines Wertes eines vorbestimmten Prozent-

   gehaltes zwischen den Minimum- und Maximumwerten einschließt und daß die Stufe der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes zum Errichten einer Bezugsposition die Stufe des Auswählens einer Position eines vorbestimmten Prozentsatzes des Abstandes zwischen der minimalen und der maximalen Positionen einschließt.

   27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes zum Errichten eines gewählten Wertes des Lastsignales und der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes zum Errichten einer Bezugsposition die Stufe einschließt, einen Operator die Bezugsposition wählen zu lassen und den gewählten Wert in An-

   *5 sprechen auf eine Beobachtung des Lastsignales und der Strangpositionen zu wählen.

   28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung eines Maximumwertes und eines Minimumwertes zum Errichten eines gewählten Wertes des Lastsignales die Stufe einschließt, daß ein Operator einen Signalwert als ein Prozentanteil des Unterschiedes zwischen dem Minimumwert und dem Maximumwert des Lastsignales wählt, und daß die Stufe der Verwendung eines

   ^° Maximumwertes und eines Minimumwertes der Strang- bzw. Zugposition die Stufe einschließt, daß ein Operator die Bezugsposition als ein Prozentanteil des Unterschiedes zwischen dem Minimumwert und dem Maximumwert der Strangposition wählt.

   29. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges zum Pumpen von Fluid einschließt, dadurch gekennzeichnet,

   daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt

   3345830 -ιοί wird, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß ein Diagramm von Lastsignal gegen Lastposition aufgezeichnet wird, daß dieses gezeichnete Diagramm verwendet wird, um einen Operator beim Auswählen eines gewählten Wertes des Lastsignales und beim Wählen einer Bezugsposition des Stangenzuges zu führen, daß das Lastsignal überwacht wird, wenn der Stangenzug die Bezugsposition erreicht und daß die Pumpeneinheit angehalten wird, wenn das Lastsignal den gewählten Wert überschreitet, wobei sich der Stangenzug in der Bezugsposition befindet.

   30. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges

   ¹^ zum Pumpen von Fluid aus einem Schacht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, das repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß diese Zugposition verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu errichten, daß das Lastsignal verwendet wird, um die Änderungsgeschwindigkeit der Last an dem Stangenzug zu errichten, wenn sich der Stangenzug in einer abwärts weisenden Richtung bewegt, daß ein Maximumwert der Änderungsgeschwindigkeit der Last an dem Stangenzug gewählt wird, daß die Stangenposition überwacht wird, wenn diese Änderungsgeschwindigkeit den Maximumwert aufweist, und daß die Pumpeinheit angehalten wird, wenn die Stangenposition unterhalb dieser Bezugsposition zu einer Zeit ist, bei welcher die Änderungsgeschwindigkeit ihren Maximalwert aufweist.

   31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Anhaltens der Pumpeneinheit die Stufen eines ijberprüfens der Anzahl von Malen einschließt, bei

   welchen die Stangenzugposition unterhalb der Bezugsposition zu der Zeit ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit

   den Maximumwert aufweist, wobei die Pumpeneinheit unwirksam gemacht wird, nachdem die Stangenzugposition unterhalb der Bezugsposition während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Male ist, wenn sich die Änderungsgeschwindigkeit auf dem Maximumwert befindet.

   32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung der Zugposition zum Errichten einer Bezugsposition die Stufen eines Auswählens einer Durchschnittsposition des Stangenzuges einschließt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit den Maximumwert aufweist, wobei der Schacht mit Fluid gefüllt ist, und daß dieser Durchschnittswert als Bezugsposition verwendet wird.

   33- Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung der Zugposition zum Errichten einer Bezugsposition die Stufe des Auswählens einer Position in vorbestimmten] Prozentanteil des Abstandes zwischen einer Stangenzug-Minimumposition und einer Durchschnittsposition des Stangenzuges umfaßt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit den Maximalwert bei mit Fluid gefülltem Schacht aufweist.

   3^. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Errichtens einer Position als vorbestimmten Prozentanteil des Abstandes die Stufe einschließt, daß ein Operator den vorbestimmten Prozentsatz dieses Abstandes wählt.

   35. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges zum Pumpen von Fluid aus einem Schacht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird,

   welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ

   für eine Position des Stangenzuges ist, daß das Lastsignal verwendet wird, um die Änderungsgeschwindigkeit der Last an dem Stangenzug zu errichten, wenn sich der Stangenzug in einer abwärts weisenden Richtung bewegt, daß eine Durchschnittsposition des Stangenzuges ausgewählt wird, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Last einen Maximalwert aufweist, wobei Fluid die Pumpeneinheit füllt, daß die Stangenzug-Durchschnittsposition und eine Stangenzug-Minimumposition verwendet werden, um eine Bezugsposition des Stangenzuges zu bestimmen, und daß die Pumpeneinheit angehalten wird, wenn die Stangenzugposition unterhalb der Bezugsposition zu einer Zeit ist, wenn die Laständerungsgeschwindigkeit einen Maximumwert aufweist.

   36. Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges zum Pumpen von Fluid aus einem Schacht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß die Zugposition verwendet wird, um eine Bezugsposition des Stan-

   *° genzuges zu errichten, daß die Lastsignale und die Positionssignale verwendet werden, um die Position des Stangenzuges zu bestimmen, wenn das Lastsignal einen Minimumwert aufweist, daß der Bewegungstrend der Stangenposition bei dem minimalen Lastsignal überwacht wird,

   und daß die Pumpeneinheit gestoppt wird, wenn sich die Stangenposition progressiv abwärts in aufeinanderfolgenden Minimallastpositionen zu einer Position unterhalb der Bezugsposition bewegt.

   -J3-

   37. Verfahren zum überwachen nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung der Stangenzugposition zum Errichten einer Bezugsposition die Stufe einschließt, eine Position in vorbestimmtem Prozentsatz des Abstandes zwischen einer Stangenzug-Minimumposition und einer Position des Stangenzuges zu wählen, wenn bei mit Fluid gefülltem Schacht das Lastsignal einen Minimumwert aufweist.

   38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Ausv/ählens einer Position einschließt, daß ein Operator den vorbestimmten Prozentsatz des Abstandes wählt.

   ¹^ 39- Verfahren zum überwachen des Betriebes einer Untergrundschachtpumpeinheit, welche einen Saugstangenzug und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen des Stangenzuges zum Pumpen von Fluid aus einem Schacht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird,

   ^iU welches repräsentativ für eine Last an dem Stangenzug ist, daß ein Signal erzeugt wird, das repräsentativ für eine Position des Stangenzuges ist, daß das Lastsignal und das Positionssignal verwendet werden, um die Stangenzugposition jedesmal zu bestimmen, wenn das Lastsignal während des Abwärtshubes des Stangenzuges einen Minimumwert aufweist, daß eine Eichposition des Stangenzuges bei einem minimalen Lastsignal errichtet wird, wobei Fluid die Pumpeinheit füllt, daß diese Eichposition und eine Stangenzug-Minimumposition verwendet werden, um eine Be-

   zugsposition der Zugstange zu bestimmen, und daß die Pumpeneinheit angehalten wird, wenn die Stangenposition sich progressiv zu sukzessiven Minimallastpositionen zu einer Position unterhalb der Bezugsposition bewegt.

   40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Verwendung der Eichposition (calibrate position) und einer Stangenzug-Minimumposition die Stufe einschließt, eine Position eines vorbestimmten Prozentsatzes des Abstandes zwischen der minimalen Stangenzugposition und der Eichposition zu wählen, um die Bezugsposition zu bestimmen.