CN101603556A - 电动气动阀的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制气动调节驱动装置(30)的电动气动阀(10)的操作方法。电动气动阀具有至少一个电动气动换能器(16)和至少一个气动放大器，气动放大器包括至少一个具有密封介质位置的3/3换向阀(11)，具有密封介质位置的3/3换向阀(11)用于选择性地将通向调节驱动装置(30)的连接通道(18)与送风通道(12)或与排风通道(13)连接，通过电动气动换能器(16)依据电调节信号(22)对具有密封介质位置的3/3换向阀(11)进行操纵。为了改进品质，建议测量具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的至少一个位置，并根据测量值确定来自电调节信号(22)的调节量的校正值。

Description

电动气动阀的操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制气动(pneumatisch)调节驱动装置的电动气动(elektropneumatisch)阀(Ventil)的操作方法，该气动调节驱动装置用于操纵自动化技术设备中的阀门(Armatur)。
背景技术
电动气动阀用于控制调节或调整驱动装置以及对该装置进行位置调节，而且同样地用于单作用的和双作用的实施以及阻塞的和排气的实施。
这种阀在原理上由EP1758007A1公开。根据该文献，该阀至少由控制压力调节器、气动放大器和电动气动换能器(Wandler)组成，并包括供风通道、排风通道以及通向调节驱动装置的连接通道。
在本说明书的范围内，气动放大器要理解为一种借助于气动输入信号控制气动输出信号的技术设备。
在此，从供风通道向电动气动换能器供给工作介质(Betriebsmedium)。该工作介质通常是压缩气体，但是其它任何流体介质都是可行的。馈送给电动气动换能器的工作介质通常具有气动压力，该气动压力是调节驱动装置所需要的。为了内部地控制气动放大器，从供风通道吸取相同工作介质的明显更小的、尽可能恒定的控制压力。为此，该介质被馈送给控制压力调节器，该控制压力调节器将工作介质的压力减小到希望的控制压力并调节为恒定值。利用减小到控制压力的介质来控制气动放大器。借助过滤器防止可能的杂质进入气动系统。
在向电动气动阀供给以工作介质作为气动载能体之后，借助于电能的馈送来实现电动气动阀的启动。为此，电动气动阀配备有电动气动换能器，该换能器被电控制并且操纵控制压力以气动地控制气动放大器。
电动气动换能器是一种根据电输入信号有针对性地影响气动放大器的控制压力回路的转换器。借助该电动气动换能器，可以控制气动放大器，使得在第一工作状态，工作介质被有针对性地从供风通道引导至通向气动调节驱动装置的连接通道，或者在第二工作状态，工作介质被有针对性地从气动调节驱动装置通过排风通道引导至大气中，或者在第三工作状态，工作介质被有针对性地封闭在调节驱动装置中以保持调节驱动装置的当前(momentan)位置。为此，气动放大器具有第一气动阀，用于将供风通道与通向调节驱动装置的连接通道连接，并且具有第二气动阀，用于将排风通道与通向调节驱动装置的连接通道连接。这种结构按照规定被称为具有密封介质位置(Sperrmittelstellung)的3/3换向阀。
EP1758007A1还公开了为电动气动换能器配备压电弯曲换能器(Biegewandlern)，其中可以用很小的电能控制该弯曲换能器。很小的能量需求是对于在自动化技术的双线设备中使用的核心要求，该双线设备通过其控制信号从4到20mA电流回路吸收其能量。
通过传输特征曲线来描述在电动气动换能器处电单元中的电输入信号与作为被调节的孔口截面或作为流量单位的通向调节驱动装置的连接通道处的输出信号的对应关系。传输特征曲线通过3个特征区域表征，该传输特征曲线从排气(Entlueften)区域出发经过密封(Dichtschliessen)区域直到送风(Belueften)区域。
密封区域描述电控制的这样的区域，即在该区域中，电动气动阀将位于通向调节驱动装置的连接通道处的一侧相对于所有可能的送风和排气路径进行密封。在送风区域中，通过通向调节驱动装置的连接通道进行的空气输出以恒定斜率基本上与电控制信号成比例地进行，一直到完整的空气输出信号。在排气区域中，排气侧的空气输出信号以恒定斜率基本上与电控制信号成比例地进行，一直到完整的排气功率(Abluftleistung)。
从密封区域到排气区域的过渡是排气的开启点(Oeffnungspunkt)，从密封区域到送风区域的过渡是送风的开启点。对于在电动气动位置调节器中使用电动气动阀，送风的开启点和排气的开启点对于涉及所连接的调节驱动装置的高调节品质有着很大的意义。
高的调节品质在这种电动气动阀中受到正向行程特征曲线和回程特征曲线之间的滞后以及开启点的漂移的阻碍。这种效应在采用压电技术的电动气动换能器的情况下尤其对应于压电陶瓷，并且取决于环境影响，如压电陶瓷的温度和/或压电陶瓷表面上的湿度/污染以及由此产生的泄漏电流。在此，尤其是具有压电弯曲工具(Piezo-Biegern)的阀提供相应的表面。对于磁感应控制，出现类似形式的效应。但是其它可能尤其通过容许的温度范围上的温度循环而引起的影响，如所采用的材料的纵向膨胀(Laengendehnung)、整个结构中和校准装置中的摩擦以及电动气动换能器的机械置位特性(Setzverhalten)也是这种效应的原因。
由于开启点通过所述影响参数而漂移，因此针对事先确定的用于先导阀(Vorsteuerventil)的电调节量，无法可靠地为输出端处的开启点或对于调节来说足够的小流量分配在任何时刻都有效的恒定值，该恒定值通过启动时的校准来确定。
同样，对滞后的补偿对于调节品质也很重要。由于在正向行程特征曲线和回程特征曲线之间存在偏移，因此气动放大器不直接跟随电调节量。由于滞后的大小同样受到所述环境影响，因此在运行时不知道调节量必须被改变多大程度以便在相反方向上以期望的数量级控制气动放大器中的孔口截面或空气量。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种电动气动阀的操作方法，该方法使得可以与漂移和/或滞后无关地对在通向调节驱动装置的连接通道处的空气量进行对应于电调节信号的调节。
本发明基于一种用于控制气动调节驱动装置的电动气动阀，该电动气动阀具有至少一个电动气动换能器和气动放大器，其中气动放大器具有至少一个第一气动阀和第二气动阀，其中第一气动阀用于将供风通道与通向调节驱动装置的连接通道连接，第二气动阀用于将排风通道与通向调节驱动装置的连接通道连接，其中根据电调节信号，通过电动气动换能器来操纵该至少一个第一气动阀和第二气动阀。
本发明还基于以下认识，即仅当期望的阀横截面可以被可靠地调节或计量(dosieren)、并因此工作介质的量可以被可靠地调节或计量的时候，才能实现相应终端应用的所有应用领域、尤其是在电动气动位置调节器中的高调节品质。为此，知道实际的开启点是有决定意义的。特征曲线的斜率在此基本上未涉及。
根据本发明，测量具有密封介质位置的3/3换向阀的至少一个位置，并且根据测量值确定来自电调节信号的调节量的校正值。
通过检测所考察的气动阀的实际位置，既消除了开启点的漂移对调节在通向调节驱动装置的连接通道处的空气量的影响，又消除了滞后对调节在通向调节驱动装置的连接通道处的空气量的影响。
根据本发明的另一特征，在校准阶段期间，测量具有密封介质位置的3/3换向阀的位置。有利地，由此已经在所进行的操作开始时就实现了设置正确的空气量。
根据本发明的另一特征，校准在运行期间被适配。由此补偿了开启点漂移的影响。
附图说明
下面借助实施例详细解释本发明的其它优点和细节。为此所需的附图示出：
图1示出电动气动阀的原理图，
图2示出电动气动阀的特征线的原理图。
具体实施方式
图1示出用于控制气动调节驱动装置30的电动气动阀10，该电动气动阀10具有至少一个电动气动换能器16和至少一个气动放大器，该至少一个气动放大器包括具有密封介质位置的3/3换向阀11。具有密封介质位置的3/3换向阀11被构造为选择性地将通向调节驱动装置30的连接通道18与供风通道12或者与排风通道13连接。由电动气动换能器16根据电调节信号22进行对具有密封介质位置的3/3换向阀11的按照规定的操纵。为此，电动气动换能器16经由压力调节器14和节流装置(Drosseleinrichtung)15与供风通道12连接，并且由此被供给以小的恒定的压力。
调节驱动装置30经由提升杆(Hubstange)31与阀门32连接，该阀门32适于控制与过程有关的介质通过管线的流动。
借助于信号处理装置20，根据额定值21推导用于操纵电动气动换能器16的电调节信号22。其中应当考虑在图2中示出的电动气动阀10的传输特征曲线。空气流通效率(Luftleistung)L相对于电调节信号22的控制电压S的变化曲线示出3个主要区域，其中空气流通效率L是在流动方向(Durchtrittsrichtung)上每时间单位的空气流动量(Luftdurchtrittsmenge)的度量。
在0％控制电压S和用P1表示的开启点之间的第一区域中，空气流通效率L是负的；这意味着调节驱动装置30被排气。在此，具有密封介质位置的3/3换向阀11被设置为使得通向调节驱动装置30的连接通道与排风通道13连接。因此，存储在调节驱动装置30中的空气通过排风通道13泄漏到环境中。
在接下来的位于开启点P1和P2之间的控制电压S的第二区域中，空气流通效率L等于0；这意味着通向调节驱动装置30的连接通道18对所有可能的送风和排气路径都是密闭的。在此，具有密封介质位置的3/3换向阀11处于其密封介质位置。因此，空气存储在调节驱动装置30中。密封区域几乎对称地在大约50％控制电压S周围延伸。
最后，在接下来的位于开启点P2和100％控制电压S之间的控制电压S的第三区域中，空气流通效率L为正；这意味着调节驱动装置30被送风。其中，具有密封介质位置的3/3换向阀11被设置成使得通向调节驱动装置30的连接通道18与供风通道12连接。因此，调节驱动装置30被填充以空气。
此外，电动气动阀10的特性容易产生滞后。这意味着，控制电压S的方向变化要在稳定(Beharrung)之后才变成空气流通效率L的等效变化。这种称为滞后的特性在图2中通过在所涉及的特征曲线片段上的阴影面积示出。
根据图1，由具有密封介质位置的3/3换向阀11构成的气动放大器具有至少一个传感器17，用于检测具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置。在电动气动阀10的优选实施中，传感器17是无接触检测类型的。在此可以规定，传感器17是磁感应检测类型的。传感器17尤其是通过空芯线圈形成。
该传感器17与信号处理装置20连接。根据具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置的测量值，在信号处理装置20中确定来自电调节信号22的调节量的校正值。为此，对于对应于被操纵的控制压力的可预给定的电信号，测量具有密封介质位置的3/3换向阀11的至少一个位置，并根据测量值确定来自电调节信号22的调节量的校正值。在优选实施中，在校准阶段期间测量具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置。
根据调节信号以及所测得的具有密封介质位置的3/3换向阀11的实际位置确定校正值，该校正值作为与额定值21之间的偏移量而给出相应的电调节信号22。优选地，在完全送风位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置。
可替换地，可以在完全排风位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置。
根据本发明的另一实施方式，可以在密封位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀11的位置。
在本发明的进一步的实施中，校准在运行期间被适配。由此对开启点的漂移产生反作用。
在本发明的另一优选实施中，在校准受控气动调节驱动装置30期间执行对电动气动阀10的校准。
所描述的所有实施方式都具有很小的能量需求，使得可以在以自动化技术实现的双线设备中使用，该双线设备通过其控制信号从4到20mA电流回路中吸收该双线设备的能量。
附图标记列表
10电动气动阀
113/3换向阀
12送风通道
13排风通道
14压力调节器
15节流装置
16电动气动换能器
17传感器
18连接通道
20信号处理装置
21额定值
22电调节信号
30调节驱动装置
31提升杆
32阀门
L空气流通效率
S控制电压
P1，P2开启点

Claims (7)

1.一种用于控制气动调节驱动装置(30)的电动气动阀(10)的操作方法，所述电动气动阀具有至少一个电动气动换能器(16)和至少一个气动放大器，其中所述气动放大器包括至少一个具有密封介质位置的3/3换向阀(11)，所述具有密封介质位置的3/3换向阀(11)用于选择性地将通向调节驱动装置(30)的连接通道(18)与送风通道(12)或者与排风通道(13)连接，其中通过所述电动气动换能器(16)根据电调节信号(22)对所述具有密封介质位置的3/3换向阀(11)进行操纵，
其特征在于，测量所述具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的至少一个位置，并且根据测量值确定来自所述电调节信号(22)的调节量的校正值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在校准阶段期间测量所述具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述校准在运行期间被适配。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在完全送风位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的位置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在完全排风位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的位置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在密封位置测量具有密封介质位置的3/3换向阀(11)的位置。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在校准受控气动调节驱动装置(30)期间执行对电动气动阀(10)的校准。
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Application publication date: 20091216