CN113007430B - 智能安全阀及智能安全阀的控制方法 - Google Patents

智能安全阀及智能安全阀的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能安全阀及智能安全阀的控制方法。本发明涉及智能安全阀(1)，包括：具有第一阀入口(11)、阀出口(12)和第一传感器室(13)的阀体(10)，第一传感器室(13)包括第一传感器组件(2)，第一传感器室(13)被布置在阀体(10)中；适合于闭合智能安全阀(1)的第一闭合单元(15)；机械地连接到第一闭合单元(15)以便闭合第一闭合单元(15)的致动器(16)；控制单元(17)，被连接到致动器(16)并且适合于控制致动器(16)，其中，控制单元(17)连接到第一传感器组件(2)，以便评估来自第一传感器组件(2)的测量值的集合，其中，第一传感器组件(2)包括至少一个分析传感器，如pH传感器、电导率传感器或氧气传感器。

Description

智能安全阀及智能安全阀的控制方法
技术领域
本发明涉及一种智能安全阀及智能安全阀的控制方法。
背景技术
在分析测量技术中，尤其是在水管理、环境分析和工业领域中，例如在食品技术、生物技术和制药业中，以及对各种实验室应用，诸如，诸如气体或液体测量介质中的离子或溶解气体的被分析物的pH值、电导率或浓度的测量变量非常重要。例如，可以通过诸如电位、安培、伏安或库仑传感器，甚至电导率传感器的电化学传感器来识别和/或监视这些测量变量。
为了获取测量变量，使传感器经由例如处理槽或生产线中的传感器开口与测量介质接触。这些传感器开口例如经由法兰连接而连接到例如生产线的管道、用于改变和控制物料流的阀或其他处理组件。
这种传感器开口的缺点在于，它们通常具有非常复杂的形状，并且为了插入例如生产线中，必须断开生产线，然后必须将其牢固地重新连接到传感器开口。因此，多个传感器的使用与用于相应的传感器开口的高制造成本相关联。类似地，当使用多个传感器开口时，例如，生产线中的泄漏的可能故障源的数量增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种使得可以最小化传感器开口的数量的设备。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的智能安全阀来实现。
根据本发明的智能安全阀，包括：
-具有第一阀入口、阀出口和第一传感器室的阀体，第一传感器室包括第一传感器组件，第一传感器室被设置在阀体中，
-适合于闭合智能安全阀的第一闭合单元，
-机械地连接到第一闭合单元以便闭合第一闭合单元的致动器，
-控制单元，其被连接到致动器并且适合于控制致动器，
该控制单元被连接到第一传感器组件，以便评估第一传感器组件的测量值的集合。该第一传感器组件包括至少一个分析传感器，诸如pH传感器、电导率传感器、氧气传感器或光学传感器。
根据本发明的智能安全阀使得可以最小化处理系统中所需的传感器开口的数量，因为具有用于改变和控制物料流的阀的现有连接点还可以被用来测量值获取。由此减少了生产线或处理电路中的连接点，并且因此减少了潜在的泄漏点。智能安全阀的使用还使得能够减少或集中复杂组件的数量。由于减少了检查点的数量，因此简化了处理系统的维护。
根据本发明的实施例，控制单元具有通信模块，并且适合于与智能安全阀外部的系统通信。
根据本发明的实施例，通信模块是现场总线接口、网络接口或无线接口。
根据本发明的实施例，阀体具有第二阀入口。第一闭合单元适合于调节第一阀入口和第二阀入口之间的开口的预定比例。
根据本发明的实施例，阀体具有第二传感器室。第一传感器室被布置在阀出口处，且第二传感器室被布置在第一阀入口或第二阀入口处。
根据本发明的实施例，分析传感器包括离子敏感元件。离子敏感元件被安装在基板上。基板优选地包括搪瓷、陶瓷、塑料或金属。
通过根据权利要求7的控制方法，根据本发明，也可以实现上述目的。
根据本发明的控制方法包括下述步骤：
-提供根据本发明的智能安全阀，
-通过第一传感器组件获取测量介质的测量值的第一集合，
-通过控制单元，将测量值的第一集合与极限值的第一集合进行比较，
-如果测量值的第一集合已经超过极限值的第一集合，则通过致动器闭合第一闭合单元。
根据本发明的实施例，在闭合第一闭合单元的步骤之后，控制方法另外包括下述步骤：
-从控制单元接收启动信号，
-打开第一闭合单元，其中，仅部分打开第一闭合单元，
-通过第一传感器组件，获取测量介质的测量值的第二集合，
-通过控制单元，将测量值的第二集合与极限值的第一集合进行比较，
-如果测量值的第二集合未超过极限值的第一集合，则完全打开第一闭合单元。
根据本发明的实施例，智能安全阀具有第二阀入口，其中，第一闭合单元适合于彼此独立地闭合第一阀入口和第二阀入口，其中，阀体具有第二传感器室，并且第二传感器组件被设置在第二传感器室中，其中，第一传感器室被布置在第一阀出口处，且第二传感器室被布置在第一阀入口或第二阀入口处，控制方法另外包括下述步骤：
-通过第二传感器组件获取测量介质的测量值的第二集合，
-通过控制单元评估测量值的第二集合，
-取决于测量值的第二集合的评估，通过致动器闭合或打开第一闭合单元。
根据本发明的实施例，输送添加介质的流体管线被连接到第二阀入口，其中，添加介质适合于以使得通过添加介质能够调节测量介质的至少一个测量变量的方式来改变测量介质，其中，评估测量值的第二集合的步骤包括将测量值的第二集合与设定值的集合进行比较的步骤，以及以使得从测量值的第二集合开始近似该设定值的集合的方式闭合或打开第一闭合单元的步骤。
根据本发明的实施例，智能安全阀具有通信模块。控制方法包括如果测量值的第一集合超过极限值的第一集合则输出警报信号的步骤。
根据本发明的实施例，智能安全阀具有通信模块和闭合开关。闭合开关适合于识别第一闭合单元是否被闭合。控制方法包括如果测量值的第一集合已经超过第一极限值并且闭合开关识别出第一闭合单元未被闭合则输出警报信号的步骤。
附图说明
在附图的下述描述的基础上，将更详细地解释本发明。示出了如下内容：
-图1：根据本发明的智能安全阀的示意性表示；
-图2：图1所示的智能安全阀的实施例的示意性表示；
-图3：图1所示的智能安全阀的另一实施例的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了智能安全阀1的实施例，该智能安全阀1包括阀体10、第一闭合单元15、致动器16、控制单元17、通信模块18和闭合开关20。智能安全阀1适合于测量介质M流过。智能安全阀1适合于通过连接元件5被连接到例如具有例如管道的容器的法兰。
阀体10具有第一阀入口11、阀出口12和第一传感器室13。第一传感器室13被设置在阀体10中并且适合于容纳第一传感器组件2。阀体10使得第一传感器组件2与阀体10的内部中的测量介质接触。第一传感器腔室13优选地被设置在阀出口12附近。当然，第一传感器腔室13也可以被设置在第一阀入口11处。
第一传感器组件2包括至少一个分析传感器。第一传感器组件2还可以包括多个分析传感器。分析传感器是例如pH传感器、电导率传感器或氧气传感器。分析传感器是例如光学传感器。分析传感器是例如浊度传感器或吸收传感器。如果分析传感器是pH传感器，则将优选地包括安装在基板上的离子敏感元件。基板优选地包括搪瓷、陶瓷、塑料或金属。
第一闭合单元15适合于闭合智能安全阀1。例如，第一闭合单元15适合于例如完全闭合智能安全阀1，使得没有测量介质能够从阀入口11流到阀出口12。可替代地，第一闭合单元15还适合于部分地闭合智能安全阀1。以下将进一步详细地讨论智能安全阀1的操作模式。通过第一闭合单元15来实现改变和控制物料流。
第一闭合单元15被机械地连接到致动器16。致动器16适合于打开和闭合第一闭合单元15或部分打开或部分闭合第一闭合单元15。
控制单元17被连接到致动器16，并且适合于控制致动器16。控制单元17还被连接到第一传感器组件2，以便从第一传感器组件2接收和评估测量值的集合。如果第一传感器组件2包括多个传感器，则控制单元17当然将被连接到传感器中的每一个，并且适合于同时处理来自传感器的测量值的集合。
此外，控制单元17被连接到通信模块18。例如，通信模块18使得能够与外部系统或外部移动设备进行无线通信。然而，可替代地，通信模块18还可以经由现场总线接口或网络接口连接到外部系统。通信模块18使得测量值的集合能够被传送到外部系统或外部移动设备。通信模块18还使得例如将第一闭合单元15的当前位置或过去位置的历史传送给用户，或者用于用户对智能安全阀1进行某些调节，例如定义极限值的集合。以下将进一步讨论极限值的集合。
图2示出了与上述实施例兼容的另一实施例。在该另一实施例中，阀体10另外具有第二传感器室14，在其中设置有第二传感器组件3。第二传感器室14优选地被设置在第一阀入口11附近。
第二传感器组件3被连接到控制单元17，以便从第二传感器组件3接收和评估测量值的集合。
图3示出了与上述实施例兼容的智能安全阀1的另一实施例的示意图。在该另一实施例中，阀体10具有智能安全阀1和第二阀入口19。例如，另一管道可以连接到第二阀入口19，以便例如将添加介质A与测量介质M混合。
第二阀入口19被布置成使得第二阀入口19适合于被第一闭合单元15闭合或部分闭合。第一闭合单元15优选地被设计成使得可以通过第一闭合单元15彼此独立地闭合第一阀入口11和第二阀入口19。这意味着可以以任何期望的比例来调节测量介质M的体积流量和添加介质A的体积流量。因此可以通过第一闭合单元15如期望地闭合由第一阀入口11和第二阀入口19限定的总通道开口。
在替代实施例(未示出)中，智能安全阀1包括第二闭合单元，其适合于闭合第二阀入口19并且被连接至控制单元17，而且其开口受另一致动器控制。
在替代实施例(未示出)中，第一闭合单元15包括第二闭合单元。这意味着第一闭合单元15被构造为两部分。第二闭合单元适合于闭合第二阀入口19。
图1和图2示出了适合于识别第一闭合单元15的位置的闭合开关20。例如，闭合开关20识别第一闭合单元15是否正在闭合第一阀入口11和/或第二阀入口19。如果使用第二闭合单元，则闭合开关20还将使得能够识别第二闭合单元的位置。
以下描述智能安全阀1的控制方法。
在第一步骤中，提供上文所述的智能安全阀1。这意味着智能安全阀1准备好使用，即，被安装在例如处理系统中。第一阀入口11和阀出口12被连接到例如测量介质M所处的罐、反应器、净化池或管道。
接下来，由第一传感器组件2获取测量介质M的测量值的第一集合。取决于第一传感器组件2，测量值的该集合将是例如pH值、电导率值、氧含量或另一测量值。取决于被布置在第一传感器室13中的传感器的数量，测量值的第一集合将包括多个第一测量值。
然后，控制单元17将测量值的第一集合与极限值的第一集合进行比较。极限值的第一集合被存储在控制单元17中，例如被存储在存储器(未示出)中，并且包括第一极限值或多个第一极限值。极限值的第一集合可以由用户例如经由通信模块18来调节。
在下一步骤中，如果测量值的第一集合已经超过极限值的第一集合，则第一闭合单元15由致动器16闭合。“超出”在此将被广义地理解。这意味着高于或低于极限值的第一集合。如果极限值的第一集合包括多个第一极限值并且测量值的第一集合包括多个第一测量值，但是仅一个第一极限值被第一测量值超过，则仍然有可能闭合第一闭合单元15。另外，可以例如经由通信模块18输出警报信号。
然后执行从控制单元17接收启动信号的步骤。启动信号是例如用户经由通过信息技术连接到通信模块18的移动通信单元或控制系统的输入。可替代地，启动信号也可以由控制单元17本身产生。
一旦已经成功接收到启动信号，就进行打开第一闭合单元15的步骤。当打开时，优选地仅部分地打开第一闭合单元15。以这种方式，仅一小部分测量介质M可以前进到阀出口12和第一传感器组件2。在执行打开步骤之前优选地经过了一定的时间间隔。例如，可以调查超出极限值的第一集合的原因。第一闭合单元15优选地打开达预定的时间段。
然后，由第一传感器组件2获取测量介质M的测量值的第二集合。测量值的第二集合可以具有与测量值的第一集合相对应的多个第二测量值。
然后，控制单元17将测量值的第二集合与极限值的第一集合进行比较。执行一种测试测量，以便检查测量介质M现在是否具有不超过极限值的第一集合的测量值的集合。如果测量介质M仍然具有超过极限值的第一集合的测量值的集合，则将再次闭合第一闭合单元15。如果测量介质M具有不再超过极限值的第一集合的测量值的集合，则将打开、优选地完全打开第一闭合单元15。
在其中智能安全阀1具有第二阀入口19的上述实施例中，控制方法包括其他可选步骤。这些可选步骤可以与上述步骤并行地进行。可选步骤也可以在上述步骤之后或之前进行。
在一个可选步骤中，由第二传感器组件3确定测量介质M的测量值的第二集合。测量值的第二集合可以具有与测量值的第一集合和测量值的第二集合相对应的多个第二测量值。
随后由控制单元17评估测量值的第二集合。然后，取决于测量值的第二集合的评估，第一闭合单元15将由致动器16闭合或部分闭合。
图3示出了输送添加介质A的流体管线4被连接到第二阀入口19。添加介质A优选地适合于以通过添加介质A调节测量介质M的至少一个测量变量的方式来改变测量介质M。例如，添加介质A适合于调节测量介质M的pH值。对其附加地或可替代地，添加介质A适合于调节测量介质M的电导率和/或氧气含量。
评估测量值的第二集合的步骤优选地包括将测量值的第二集合与设定值的集合进行比较的步骤。评估步骤还包括以从测量值的第二集合开始近似设定值的集合的方式，闭合或打开第一闭合单元15的步骤。这意味着，例如，当测量到的pH值略低于pH设定值时，取决于添加介质A对测量介质M的影响程度，仅稍微闭合或打开第一闭合单元15。例如，如果添加介质A具有降低pH的效果，则将稍微闭合第一闭合单元15。由此产生控制回路。通过这种调节，例如，可以获得安全的pH值。
如上所述，智能安全阀1可以具有闭合开关20。在这种情况下，该控制方法可选地包括如果测量值的第一集合已经超过第一极限值并且闭合开关20识别出没有闭合第一闭合单元15则输出警报信号的步骤。这使得可以快速识别智能安全阀1的错误状态。
参考符号列表
1 智能安全阀
2 第一传感器组件
3 第二传感器组件
4 流体管线
10 阀体
11 第一阀入口
12 阀出口
13 第一传感器室
14 第二传感器室
15 第一闭合单元
16 致动器
17 控制单元
18 通信模块
19 第二阀入口
20 闭合开关
M 测量介质
A 添加介质

Claims (6)

1.一种智能安全阀的控制方法，包括下述步骤：
-提供智能安全阀(1)，所述智能安全阀(1)包括：
-具有第一阀入口(11)、阀出口(12)和第一传感器室(13)的阀体(10)，所述第一传感器室(13)包括第一传感器组件(2)，所述第一传感器室(13)被布置在所述阀体(10)中，
-适合于闭合所述智能安全阀(1)的第一闭合单元(15)，
-机械地连接到所述第一闭合单元(15)以便闭合所述第一闭合单元(15)的致动器(16)，
-控制单元(17)，所述控制单元(17)被连接到所述致动器(16)并且适合于控制所述致动器(16)，
其中，所述控制单元(17)被连接到所述第一传感器组件(2)，以便评估来自所述第一传感器组件(2)的测量值的集合，
其中，所述第一传感器组件(2)包括至少一个分析传感器，
-通过所述第一传感器组件(2)获取测量介质的测量值的第一集合，
-通过控制单元(17)，将所述测量值的第一集合与极限值的第一集合进行比较，
-如果所述测量值的第一集合已经超过所述极限值的第一集合，则通过致动器(16)闭合第一闭合单元(15)，
其中，所述智能安全阀(1)具有第二阀入口(19)，其中，所述第一闭合单元(15)适合于彼此独立地控制所述第一阀入口(11)和所述第二阀入口(19)，其中，所述阀体(10)具有第二传感器室(14)，并且第二传感器组件(3)被布置在所述第二传感器室(14)中，
其中，所述第一传感器室(13)被布置在阀出口(12)处，且所述第二传感器室(14)被布置在所述第一阀入口(11)处或所述第二阀入口(19)处，
其中，所述控制方法另外包括下述步骤：
-通过所述第二传感器组件(3)获取所述测量介质的测量值的第二集合，
-通过所述控制单元(17)评估所述测量值的第二集合，
-取决于所述测量值的第二集合的评估，通过所述致动器(16)闭合或打开所述第一闭合单元(15)，
其中，输送添加介质(A)的流体管线(4)被连接到所述第二阀入口(19)，其中，所述添加介质(A)适合于以使得通过所述添加介质(A)能够调节所述测量介质(M)的至少一个测量变量的方式来改变所述测量介质(M)，
其中，评估所述测量值的第二集合的步骤包括将所述测量值的第二集合与设定值的集合进行比较的步骤，以及以使得从所述测量值的第二集合开始近似所述设定值的集合的方式闭合或打开所述第一闭合单元(15)的步骤。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述第一传感器组件(2)包括pH传感器、电导率传感器、氧气传感器或光学传感器。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在闭合所述第一闭合单元(15)的步骤之后，所述控制方法附加地包括下述步骤：
-从所述控制单元(17)接收启动信号，
-打开所述第一闭合单元(15)，其中，仅部分打开所述第一闭合单元(15)，
-通过所述第一传感器组件(2)，获取所述测量介质的测量值的第二集合，
-通过所述控制单元(17)，将所述测量值的第二集合与所述极限值的第一集合进行比较，
-如果所述测量值的第二集合未超过所述极限值的第一集合，则完全打开所述第一闭合单元(15)。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其中，在闭合所述第一闭合单元(15)的步骤之后，所述控制方法附加地包括下述步骤：
-从所述控制单元(17)接收启动信号，
-打开所述第一闭合单元(15)，其中，仅部分打开所述第一闭合单元(15)，
-通过所述第一传感器组件(2)，获取所述测量介质的测量值的第二集合，
-通过所述控制单元(17)，将所述测量值的第二集合与所述极限值的第一集合进行比较，
-如果所述测量值的第二集合未超过所述极限值的第一集合，则完全打开所述第一闭合单元(15)。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制方法，其中，所述智能安全阀(1)包括通信模块(18)，其中，所述控制方法包括如果所述测量值的第一集合超过所述极限值的第一集合则输出警报信号的步骤。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制方法，其中，所述智能安全阀(1)包括通信模块(18)和闭合开关(20)，所述闭合开关(20)适合于识别所述第一闭合单元(15)是否被闭合，
其中，所述控制方法包括如果所述测量值的第一集合已经超过所述极限值的第一集合并且所述闭合开关(20)识别出所述第一闭合单元(15)未被闭合则输出警报信号的步骤。
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