CN102095353A - 用于提高位移/位置测量系统的可用性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提高在封闭的调节回路中的位移/位置测量系统的可用性的方法，所述位移/位置测量系统基于滑动触头分压的电位器，该调节回路的调节器通过微控制器构成，滑动触头的位置经由模数转换器输送给该微控制器。在过程任务之外，通过临时中断在调节驱动装置(6)上的位移量取与电位器轴之间的作用连接，使工作范围(30)在传感器范围(20)之内至少以工作范围(30)的第一边界(31)与有故障的滑动触头位置(23)的距离朝工作范围(30)的第二边界(32)的方向移动。

Description

用于提高位移/位置测量系统的可用性的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提高位移/位置测量系统的可用性的方法，所述位移/位置测量系统基于滑动触头分压的电位器。
背景技术
这类位置测量系统主要使用在电-气的位置调节器以及电的调整驱动装置中以反馈实际值，并且因此是封闭的调节回路的一部分。因此位置测量系统的突然失灵导致设备功能性的直接失灵。因此限制了可用性。
封闭的调节回路的结构和工作方式是一般已知的，并且例如在http://de.wikipedia.org/wiki/Regelkreis下说明，并在图1中简要显示。
由产品说明书“Der kompakte，intelligente Stellungsregler”(ABBAutomation Products GmbH，印刷号：50/18-19DE RevA；2005年6月版)已知一种前述类型的用于气动调节驱动装置的电子位置调节器。
在这种位置调节器中参考图1，指令参量w经由额定值通道预定，它尤其是通过模拟的4～20mA输入端或现场总线例如HART、Porfibus PA、FoundationFieldbus等构成。
调节对象Fs在这种结构中构成要被定位的气动的调节驱动装置/调整驱动装置。在已知的位置调节器中，调节环节FR、调节环节Fst和测量环节FM装在壳体中。调节环节FR在已知的调节驱动装置中构成为微控制器支持的系统。测量环节FM在已知的调节驱动装置中构成为滑动触头分压的电位器，它测量要被调节的驱动装置的调节位置x。调节环节Fst在电-气的位置调节器中典型地构成为IP模块。
在此，电位器被供给恒定的且已知的基准电压，于是位置在模数转换器上通过与位移成比例的分接电压确定。在电路技术上，这种结构作为与位置相关地分接电压的分压器实现。因此在模数转换器中反馈参量r以数字形式存在。电压分接以测量电路的尽可能高的阻抗实现，以使得测量误差最小化。
微控制器支持的系统由调节差e借助于在调节器FR中的合适的调节算法构成调节器输出参量yr，该调节器输出参量经由合适的电子电路用于控制所述的IP模块。
在若干具体的应用中出现，属于位置测量系统的位置传感器或其它附属的组成部分不设置在相同的壳体内。在这种情况下，位置测量系统作为脱离的位移传感器设置在定位器之外。
滑动触头分压的电位器具有如下特性，即它们仅有限地抵抗振动。另外，滑动触头和电阻带(Widerstandsbahn)通过电腐蚀损耗，直至在最终数量的运动之后有故障。
在经常出现的故障中，由于滑动触头周期地围绕总是反复的点往复振动，电阻带通过磨蚀和/或电腐蚀而被损坏，因为位置调节器仅修正小的调节偏差。这主要在反馈系统中发生，例如这些系统在电-气的位置调节器或电的调整驱动装置中找到，此时它们长时间地以恒定的或基本上恒定的额定值工作。调节对象的不良的可调节性促进了故障，因为它倾向于所述的往复振动，以恒定的或基本上恒定的额定值进行调节的持续时间(此时附属的传感器范围/电位器范围被长时间地加载)以及故障的出现随着频率的增加而上升。
经常仅涉及若干角度度数的范围。滑动触头在此越来越深入到电阻带的材料中，直到它最后不能再建立接触。电位器在该点磨损并且因此不能继续用于测量。在工作范围内可能有传感器的多个点是有故障的。
另外化学影响不利地影响到滑动触头式电位器的寿命。电位器的故障导致位移/位置测量的失灵。
位移/位置测量系统的失灵不利地导致设备功能的失灵，结果位置调节器执行这样一种为其预定的定位反应，它坚持该定位反应，直到排除失灵的原因。为此设定一些定位反应，它们可以在没有位移/位置测量系统的情况下被执行。根据相应的应用可以设定，给驱动装置加载或卸载即所谓的“故障安全(Fail Safe)”，或者在实时的位置上闭锁驱动装置即所谓的“故障冻结(Fail Freeze)”。
因为失灵不能典型地预测并且在有规律的服务间歇中也不被诊断，在这样的失灵时发生过程的无计划的损失，它在使用者方面经常与高成本相关联。
在力求提高传感器的可用性中已经尝试非接触式的测量方法，例如由DE 42 39 635A1以及DE 10 2007 019 045A1已知。但是已经证实，它们在相对于基于电位器的测量的较高技术耗费的情况下还具有高的能耗，这使得它们对于在由有限功率的电流环供电的装置中的应用变得不能实用。
发明内容
因此本发明的目的在于，在保持测量原理的情况下提高基于电位器的位移/位置测量系统的可用性。
按本发明，上述目的通过权利要求1的措施达到。本发明的有利的进一步方案在从属权利要求中说明。
本发明出发于一种在封闭调节回路中的基于滑动触头分压的电位器的位移/位置测量系统，该调节回路的调节器通过微控制器构成，滑动触头的位置经由模数转换器输送给微控制器。
本发明另外出发于电位器的技术特性，“埋入的”滑动触头不中断电阻带，而是仅在个别的被腐蚀的位置上的分压不再是可能的。
本发明还出发于电位器的实际的工作范围远小于电位器的传感器范围。
按本发明在过程任务之外，通过临时中断在调节驱动装置上的位移量取与电位器轴之间的作用连接(Wirkverbindung)，使工作范围在传感器范围之内至少以工作范围的第一边界与有故障的滑动触头位置的距离朝工作范围的第二边界的方向移动。
通过所述移动使得有故障的滑动触头位置现在处于工作范围之外以及在位移/位置测量中被避开。
移动的方向由在传感器范围之内的当前的工作范围的地点得出。
优选工作范围在传感器范围之内至少以工作范围的最近的边界与有故障的滑动触头位置的距离朝工作范围的较远的边界的方向移动。
为了确定有故障的滑动触头位置，按照要求通过预定一系列的调节参量扫过电位器的传感器范围的至少一部分并且以高采样率记录表示位置数值的可用的调节回路参量。通过调节回路参量关于相配的调节参量的分析，确定电位器的有故障的滑动触头位置的精确位置。
在具有模数转换器的位移/位置测量系统中，有故障的滑动触头位置识别为在电位器工作范围中的数字输出端的无效数值。在设备工作时至少一次扫过电位器的测量范围内的整个工作范围。因此工作范围的界限在相应的应用中是已知的。在有故障的滑动触头位置上，在滑动触头上的分接的分电压处于在工作时求得的工作范围的界限之外。
按本发明的另一特征，为了确定有故障的滑动触头位置的地点，连续地以尽可能恒定、缓慢、相同的速度经过传感器范围的至少一个部分范围，并且在识别相应有故障的传感器位置时存储该有故障位置之前和之后分别与该有故障位置最近的有效数值。
按本发明的另一特征，有目的地靠近已经求得的有故障的滑动触头位置，并且用小步距扫描其周围。因此精确地求得有故障的滑动触头位置的地点和尺寸，并且使得位移/位置测量系统的要被避免的范围保持得尽可能小。
按本发明的另一特征，通过在多个测量值之间与电位器的滑动触头上的分电压的期望的特性曲线相比的不期望的偏差例如强烈的不连续性、突变或强烈的改变，识别有故障的滑动触头位置。电位器的传递曲线典型地是线性的。与期望的线性的偏差可以简单地识别。
按本发明的另一特征，与期望曲线的偏差具体地通过实际曲线与非易失地存储的基准的比较而被识别。
附图说明
下面借助于实施例详细解释本发明。为此必要的附图如下：
图1显示现有技术的调节回路的原理图；
图2显示包括基于电位器的位置确定装置的调节驱动装置的原理图；
图3显示位置传感器的工作范围在传感器范围中的原理图。
具体实施方式
在图1中显示已经在说明书背景技术部分中解释的调节回路的原理结构，如它由现有技术已知。
在图2中，在未另外描述的工艺装置的局部表示的管道1中安装一个作为调节机构的过程阀2。过程阀2在其内部具有与阀座3共同作用的关闭体4，用于控制通过的过程介质5的量。关闭体4由气动的调节驱动装置6经由升降杆7直线操纵。调节驱动装置6经由轭部8与过程阀2连接。在轭部8上安装数字的位置调节器9。通过位置记录器10将升降杆7的行程报告给位置调节器9。探测的行程与经由通信接口11输入的额定值在控制电子装置18中比较并且根据求得的调节偏差控制调节驱动装置6。位置调节器9的控制电子装置18操纵I/P转换器，用于将电的调节偏差转换成相当的控制压力。位置调节器9的I/P转换器经由压力介质输送装置19与调节驱动装置6连接。
位置记录器10在位置调节器9中与电位器的转轴连接并且具有一个孔眼，在升降杆7上的随动件嵌入到该孔眼内。
在图3中画出在电位器的传感器范围20中的位置记录器10的工作范围30。电位器的传感器范围20通过其边界21和22表示，它们是滑动接触带(Schleifbahn)的末端。在传感器范围20的边界21和22之内有工作范围30，其边界31和32标记过程阀2的移动范围。按图3在标记a处，有故障的滑动触头位置23位于位置记录器10的工作范围30的边界31和32之内。
在本发明的第一实施形式中，位置记录器10经由滑动离合器(Rutschkupplung)与电位器的转轴连接。通过滑动耦联的轴的相对转动，在调节驱动装置6上的位置记录器10与位置调节器9的电位器轴之间的作用连接被临时中断。在此轴彼此相对转动到使工作范围30按图3在标记b处在传感器范围20之内离开有故障的滑动触头位置23，即工作范围30朝工作范围30的第二边界32的方向至少移动如下一段距离，该段距离为工作范围30的第一边界31与有故障的滑动触头位置23的距离。
由工作范围30的边界31和32的地点、传感器范围20的边界21和22的地点以及有故障的滑动触头位置23的地点求得旋转方向。要旋转多远的报告可以朝一个方向作为以％为单位的距离或者作为角度予以说明，或者只要滑动离合器允许以等距的单位的形式的调整，则也可以是调整步数。
在本发明的一种有利的实施形式中，位置调节器9具有用于调整滑动离合器的执行机构。
在本发明的有一种有选择的实施形式中，位置记录器10经由齿轮传动机构与电位器的转轴连接。此时工作范围30在传感器范围20之内的移动在使参与的齿轮临时脱离啮合的情况下通过量化为步数的齿轮相对转动而实现。
附图标记列表
1   管道
2   过程阀
3   阀座
4   关闭体
5   过程介质
6   调节驱动装置
7   阀杆
8   轭部
9   位置调节器
10  位置记录器
11  通信接口
18  控制电子装置
19  压力介质输送装置
20  传感器范围
21  传感器范围的边界
22  传感器范围的边界
23  有故障的滑动触头位置
30  工作范围
31  工作范围的边界
32  作范围的边界

Claims (7)

1.用于提高在封闭的调节回路中的位移/位置测量系统的可用性的方法，所述位移/位置测量系统基于滑动触头分压的电位器，该调节回路的调节器通过微控制器构成，滑动触头的位置经由模数转换器输送给该微控制器，其特征在于：在过程任务之外，通过临时中断在调节驱动装置(6)上的位移量取与电位器轴之间的作用连接，使工作范围(30)在传感器范围(20)之内至少以工作范围(30)的第一边界(31)与有故障的滑动触头位置(23)的距离朝工作范围(30)的第二边界(32)的方向移动。
2.按权利要求1的方法，其特征在于：为了确定有故障的滑动触头位置(23)的地点，连续地以尽可能恒定、缓慢、相同的速度经过传感器范围(20)的至少一个部分范围，并且在识别相应有故障的传感器位置时存储在该有故障位置之前和之后分别与该有故障位置最近的有效数值。
3.按上述权利要求任一项的方法，其特征在于：有目的地靠近已经求得的有故障的滑动触头位置(23)，并且用小步距扫描有故障的滑动触头位置的周围。
4.按上述权利要求任一项的方法，其特征在于：有故障的滑动触头位置(23)识别为在电位器工作范围中的数字输出端的无效数值。
5.按上述权利要求任一项的方法，其特征在于：通过在多个测量值之间与电位器的滑动触头上的分电压的期望的特性曲线相比的不期望的偏差例如强烈的不连续性、突变或强烈的改变，识别有故障的滑动触头位置(23)。
6.按上述权利要求任一项的方法，其特征在于：通过实际曲线与非易失地存储的基准的比较，识别与期望曲线的偏差。
7.按上述权利要求任一项的方法，其特征在于：有故障的滑动触头位置(23)的地点通过实时的指令参量与反馈参量的相配来求得。
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