DE102007040568A1

DE102007040568A1 - Verfahren zum Überwachen einer Lageregelung eines Ventilschiebers eines Stetigventils

Info

Publication number: DE102007040568A1
Application number: DE200710040568
Authority: DE
Inventors: Wilfried Osterfeld
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Lageregelung eines Ventilschiebers (20) eines Stetigventils (1), insbesondere eines Proportionalventils (1), wobei in einem aktiven Zustand (S3, S4) einer mittels des Stetigventils (1) beeinflussbaren hydraulischen Achse (2) ein Istwert (S2, S2a, S6) des Ventilschiebers (20) mit einem Sollwert (S1, S1a) des Ventilschiebers (20) verglichen wird und bei einer zu großen Abweichung (S5; S6/S1, S6/S1a) des Istwerts (S2, S2a, S6) vom Sollwert (S1, S1a) ein Alarm (S7, S8) ausgegeben wird, der eine Fehlfunktion der Lageregelung des Stetigventils (1) anzeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren einer Lageregelung eines Ventilschiebers eines Stetigventils, insbesondere eines Proportionalventils. Ferner betrifft die Erfindung ein Stetigventil, insbesondere ein Proportional-Druckventil, ein Proportional-Drosselventil oder ein Proportional-Wegeventil, welches ein erfindungsgemäßes Überwachungsverfahren durchführt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Maschine mit einem Stetigventil, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
Ein Stetigventil, insbesondere ein elektro-hydraulisches Stetigventil setzt ein sich veränderndes analoges oder digitales Eingangssignal – meist als Sollwert bezeichnet – nahezu stufenlos in ein hydraulisches Ausgangssignal um. Stetigventile – Proportionalventile, Regelventile und Servoventile – werden als Stellglieder in Steuerketten und Regelkreisen eingesetzt. Ihre statischen und dynamischen Eigenschaften haben einen entscheidenden Einfluss auf eine Gesamtcharakteristik eines – meist mit hydraulischer Achse bezeichneten – elektro-hydraulischen Systems.
Proportionalventile werden meist als Stellglieder in offenen Steuerketten, Regel- und Servoventile hingegen werden meist als Stellglieder in geschlossenen Regelkreisen eingesetzt. Proportionalventile werden darüber hinaus in Proportionalventile mit und ohne Lageregelung unterschieden. Die Proportionalventile unterscheiden sich von den Regel- und Servoventilen im Wesentlichen darin, dass sie in einer Mittelstellung eines Ventilschiebers eine mechanische, meist positive Ventilüberdeckung mit einer Steuereinheit aufweisen. Regel- und Servoventile hingegen besitzen in der Mittelstellung des Ventilschiebers eine sogenannte Nullüberdeckung mit der Steuereinheit.
Aufgabe der in der offenen Steuerkette eingesetzten Proportionalventile ist es, ein analoges, elektrisches Eingangssignal in ein proportionales, hydraulisches Ausgangssignal umzuwandeln. Dies gilt z. B. für einen Druck oder einen Volumenstrom eines durch das Proportionalventil hindurchtretenden Mediums, wie z. B. Wasser, Hydrauliköl und andere Fluide. Die stufenlose Änderung des hydraulischen Ausgangssignals erfolgt bevorzugt über einen als Proportionalmagneten ausgebildeten Stellmagneten.
Die Proportionalventile lassen sich in drei Gruppen einteilen, nämlich Proportional-Druckventile, Proportional-Drosselventile und Proportional-Wegeventile. Proportional-Druckventile sind elektrisch verstellbare Druckventile, bei welchen eine manuelle Verstelleinrichtung durch den Proportionalmagneten ersetzt wurde. Neben dieser Grundfunktion gibt es eine Vielzahl von Varianten, wie z. B. Proportional-Druck-Minderventile, etc. Proportional-Drosselventile sind verstellbare Drosseln, deren Verstellung mittels des Proportionalmagneten erfolgt. Auch hier gibt es wieder Unterformen; wird ein Proportional-Drosselventil z. B. mit einer Druckwaage kombiniert, so entsteht ein lastkompensiertes Proportional-Stromregelventil. Die Proportional-Wegeventile vereinigen die Funktion eines Proportional-Drosselventils und die eines richtungssteuernden Wegeventils innerhalb einer einzigen Einrichtung. Um beide Schaltrichtungen des Proportional-Wegeventils unterscheiden zu können, ist das analoge Eingangssignal bipolar.
Stetigventile, insbesondere Proportionalventile, weisen bevorzugt eine Lageregelung für den Ventilschieber auf. Der Zusatzaufwand für die Lageregelung wird durch wesentlich bessere Kenngrößen, wie Wiederholgenauigkeit, Ansprechempfindlichkeit, Umkehrspanne und Hysterese gerechtfertigt. Hierbei kann ein Wegmesssystem für die Lageregelung am Anker des Stellmag neten oder am Ventilschieber des Stetigventils vorgesehen sein.
Eine Endlage des Magnetankers und somit des Ventilschiebers wird eingenommen, wenn eine Magnetkraft des Stellmagneten und eine Kraft aus einer Rückstellfeder auf den Ventilschieber im Gleichgewicht sind. Dies heißt aber auch, dass bereits geringe mechanische oder thermische Störungen ausreichen, um den Anker aus seiner angestrebten Position zu verdrängen. Den Ausgleich dieser Störungen übernimmt dann die Lageregelung des Stetigventils. Ferner sind solche Störungen bei einer Änderung des Sollwerts des Ventilschiebers des Stetigventils zu beachten.
Insgesamt sind bei einer Regelung der Position des Magnetankers/Ventilschiebers sowie bei einer Änderung des Sollwerts des Magnetankers/Ventilschiebers Reibungskräfte und eine mechanische und magnetische Hysterese des Stetigventils zu beachten. Zur Erhöhung der Stellgenauigkeit, zur Verminderung des Einflusses von Störgrößen aller Art und zur Verbesserung der Hysterese, der Ansprechempfindlichkeit und der Umkehrspanne wird die Lage des Magnetankers und somit auch die Lage des Ventilschiebers über das Wegmesssystem erfasst, wobei die Lageregelung des Stetigventils eine Regelabweichung zur Stellgröße aufbereitet dem Stellmagneten zuführt.
Durch kleinste Schmutzpartikel im Druckmedium kann die Beweglichkeit des Ventilschiebers beeinträchtigt werden. Ferner kann eine Veränderung der Rückstellfeder des Stellmagneten die Bildung des Kräftegleichgewichts am Ventilglied beeinflussen. Viele dieser Veränderungen erfolgen schleichend oder entwickeln sie in kleineren Schritten auch über große Zeiträume hinweg.
Eine Reaktion des Stetigventils, insbesondere eine Reaktion des Ventilschiebers, wird in der Regel nicht überwacht. Vielmehr wird die Wirksamkeit der Lageregelung des Ventilschie bers vorausgesetzt. Bei einem schleichenden Ausfall wird es erst nach einiger Zeit zu einem nicht mehr akzeptablen Verhalten der hydraulischen Achse kommen. Ferner regelt, z. B. in einem Extremfall eines festsitzenden Ventilschiebers, die Lagerregelung den Stellmagneten richtig, es erfolgt jedoch keine adäquate Positionsveränderung des Ventilglieds. D. h. die Lageregelung funktioniert nach wie vor, jedoch zeigt das Stetigventil nicht mehr die gewünschte Reaktion.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Stetigventils, insbesondere eines Proportionalventils, anzugeben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungsverfahren für das Stetigventil anzugeben, dass eine Lageregelung eines Ventilsschiebers des Stetigventils überwacht. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Stetigventil und eine Maschine mit einem Stetigventil anzugeben, wobei das Stetigventil, bzw. die Maschine, ein erfindungsgemäßes Überwachungsverfahren durchführt.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Überwachung einer Lageregelung eines Ventilschiebers eines Stetigventils, insbesondere eines Proportionalventils, gemäß Anspruch 1, mittels eines Stetigventils, insbesondere eines Proportional-Druckventils, eines Proportional-Drosselventils oder eines Proportional-Wegeventils, gemäß Anspruch 32 und eine Maschine mit einem Stetigventil gemäß Anspruch 36 gelöst.
Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren für eine Lageregelung eines Stetigventils ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zu großen Abweichung eines Istwerts bzw. -signals des Ventilschiebers vom Sollwert bzw. -signal des Ventilschiebers, ein Signal, Wert und/oder Alarm ausgegeben wird, der eine Fehlfunktion der Lagerregelung des Stetigventils signalisiert. Bevorzugt erfolgt die Überwachung der Lagerregelung in einem aktiven Zustand einer hydraulischen Achse, welche mittels des Stetigventils beeinflussbar ist.
Erfindungsgemäß wird dabei für einen bestimmten aktiven Zustand der hydraulischen Achse das Istsignal (Istwert) des Ventilschiebers mit dem Sollsignal (Sollwert) des Ventilschiebers verglichen. Hierbei repräsentieren das Ist- und das Sollsignal jeweils eine Position des Ventilschiebers, wobei das Istsignal eine tatsächliche, aktuelle Position des Ventilschiebers repräsentiert, und das Sollsignal eine Position des Ventilschiebers repräsentiert, in welcher sich der Ventilschieber für eine gewünschte Funktion des Stetigventils befinden sollte.
Die hydraulische Achse ist dabei bevorzugt ein komplettes Arbeitssystem für Positionieraufgaben, das einen Hydrozylinder mit integriertem Stetigventil und integriertem Wegmesssystem aufweist. In einem optimalen Fall ist eine solche hydraulische Achse „steckerfertig", d. h. sie enthält eine Anpassung an einen zugeordneten Rechner und eine Lageregelung. Die hydraulische Achse braucht daher nicht mehr justiert zu werden.
Erfindungsgemäß werden nun zwei aktive Zustände der hydraulischen Achse unterschieden, nämlich ein aktiver Stillstand und eine aktive Bewegung. Im aktiven Stillstand der hydraulischen Achse ist das Stetigventil in dessen Schließposition und kann direkt aus dem Stand angefahren werden. Bei der aktiven Bewegung der hydraulischen Achse ist das Stetigventil in einer Offenposition und ein Druckmedium kann durch dieses hindurchtreten. Ferner umfasst die aktive Bewegung der hydraulischen Achse ein Verstellen des Ventilschiebers.
Erfindungsgemäß wird im aktiven Stillstand der hydraulischen Achse eine Abweichung zwischen dem Istsignal und dem Sollsignal ermittelt. Bei der aktiven Bewegung der hydraulischen Achse wird eine Abweichung des Durchflussverhaltens des Stetigventils durch einen Vergleich des Istsignals mit dem Soll signal ermittelt. Ist die jeweilige Abweichung zu groß, kann erfindungsgemäß getrennt voneinander ein Signal, Wert oder Alarm für den aktiven Stillstand und/oder ein Signal, Wert oder Alarm für die aktive Bewegung der hydraulischen Achse ausgegeben werden. Bevorzugt erfolgt das Vergleichen des Istsignals mit dem Sollsignal bei Vorliegen von prozessabhängigen Freigabesignalen.
Erfindungsgemäß wird durch Beobachtung des Sollsignals (Stellsignal) und des Istsignals (Rückmeldesignal) des Ventilschiebers des Stetigventils, bevorzugt unter der Berücksichtigung der Freigabesignale, ein Versatz der beiden Signale festgestellt. Beim aktiven Stillstand wird ein Offset und bei der aktiven Bewegung wird, bevorzugt unter Berücksichtigung dieses Offsets, ein Übertragungsfaktor des Stetigventils ermittelt. Beide Werte (Offset und Übertragungsfaktor) werden für eine Beurteilung des Ventilverhaltens verwendet. Es ist natürlich auch möglich, nur einen Wert (Offset und Übertragungsfaktor) für die Beurteilung des Ventilverhaltens heranzuziehen.
Die Erfindung ermöglicht eine Überwachung der Reaktion des Stetigventils. Hierdurch ermöglicht die Erfindung bei einem defekten oder einem schleichend ausfallenden Stetigventil, ein rechtzeitiges Eingreifen zu einem halbwegs planbaren Zeitpunkt, wodurch eine Beschädigung der Maschine und auch des Stetigventils verhindert werden kann. Insbesondere können dadurch nachfolgende lange Stillstandsphasen der Maschine verhindert werden.
Gemäß der Erfindung wird der Lageregler des Stetigventils beim Regeln beobachtet. Erfindungsgemäß kann dadurch ein Erfolg der Lageregelung beurteilt werden. D. h. erfindungsgemäß kann ein Maß dafür gebildet werden, ob es dem Lageregler gelingt, korrekt zu regeln, bzw. es kann erfindungsgemäß ein Maß dafür gebildet werden, bis zu einem welchem Grad, z. B. in Prozent, die Regelung erfolgreich ist.
Die erfindungsgemäße Überwachung des Stetigventils ist dazu geeignet, eine häufige Ursache von teuren Maschinenschäden und langen Produktionsausfällen, noch vor dem Eintritt des eigentlichen Schadens, zu erkennen. Das beschriebenen Verfahren erfordert keinen (bei Stetigventilen mit Feldbus-Schnittstelle) oder nur einen geringen zusätzlichen Kostenaufwand (bei Stetigventilen mit einer Analog-Schnittstelle ist ein Eingangskanal notwendig) und ist weitestgehend unabhängig vom Ventilfabrikat, da die Erfindung ausschließlich Standartsignale verwendet.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, eine vorhandene CPU, z. B. eine Maschinensteuerung oder ähnliches, zu verwenden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren jedoch auch in einer internen oder externen Ventilelektronik, einer separaten Elektronik oder in einem separaten System erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise nutzt sowohl Bewegungen als auch Stillstandsphasen der hydraulischen Achse. Eine Ausblendung von Situationen mit einem fremdbestimmten Ventilverhalten (kein Steueröldruck, etc.) ist einfach realisierbar, da der (Maschinen-)Steuerung diese Situationen bekannt sind.
Die Erfindung ist insbesondere bei Stetigventilen mit Feldbus-Schnittstelle von Vorteil, da hier das Istsignal und das Sollsignal in der Steuerung bzw. Regelung als normierte Datenwerte zur Verfügung stehen. Dies trifft auch dann zu, wenn die Regelung des Stetigventils vollständig digital erfolgt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung findet eine Messwert-Aufbereitung des Istsignals und/oder des Sollsignals des Ventilschiebers statt. Dies erfolgt bevorzugt durch einen Filter, insbesondere durch einen Tiefpassfilter, der das Istsignal und bevorzugt auch das Sollsignal von Störkomponenten befreit. Bevorzugt sind diese Filter als identische Tief passfilter ausgebildet. Darüber hinaus sind andere Filter für das Istsignal und/oder das Sollsignal anwendbar. Diese Filter sind z. B. Tiefpässe mit unterschiedlicher Ordnung (steigende Ordnung gleich steigende Filterwirkung), ein gleitender Mittelwert-Filter, ein Anstiegsbegrenzer, sowie Kombinationen daraus.
Ferner ist es bevorzugt, das Sollsignal mittels eines Ventilmodells aufzubereiten, welches ein bekanntes oder gemessenes Sprungverhalten des Stetigventils berücksichtigt.
Durch die erfindungsgemäße Messwert-Aufbereitung werden aufbereitete Ist- und Sollsignale erzeugt, die gut miteinander verglichen werden können.
Für den aktiven Stillstand der hydraulischen Achse findet bevorzugt eine erfindungsgemäße Offset-Erfassung und/oder eine erfindungsgemäße Offset-Bewertung statt. In der Offset-Erfassung wird eine Abweichung der aktuellen Position des Ventilschiebers von einer Idealposition bestimmt. In der Offset-Bewertung wird bewertet, ob diese Abweichung zu groß ist und ein nicht mehr akzeptables Verhalten des Stetigventils bzw. dessen Ventilschiebers vorliegt.
Die Offset-Erfassung vergleicht das Istsignal mit dem Sollsignal und bildet ein Offset-Signal. Hierbei wird bevorzugt durch ein Summierglied das Sollsignal und das Istsignal verarbeitet. Hierbei kann das Sollsignal vom Istsignal oder das Istsignal vom Sollsignal subtrahiert werden. Ferner ist es bevorzugt innerhalb des Summierglieds das jeweilige Offset-Signal zu berücksichtigen. Hierbei ist es bevorzugt, das Offset-Signal im Summierglied vom Sollsignal bzw. vom Istsignal zu subtrahieren.
Zeitlich daran anschließend wird mit Hilfe eines bevorzugt als glättenden Filter ausgebildeten Filters das Offset-Signal gebildet. Hierbei ist der Filter bevorzugt ein Integrierer – mit Rückführung oder ein Tiefpassfilter. Darüber hinaus sind andere Filter für ein Signal nach dem Summierglied anwendbar. Diese Filter sind z. B. Tiefpässe mit unterschiedlicher Ordnung, ein Nachlaufregler oder ein Integrierer. Darüber hinaus kann dieser Filter das Offset-Signal außerhalb des aktiven Stillstands speichern.
Die Offset-Bewertung verarbeitet erfindungsgemäß das Offset-Signal der Offset-Erfassung und gibt bei einem zu großen Offset-Signal ein Signal, einen Wert und/oder einen Alarm aus. Erfindungsgemäß erfolgt die Offset-Bewertung bevorzugt mit Hilfe eines Filters.
Dieser Filter ist bevorzugt als Schwellwertfilter ausgebildet. Insbesondere bevorzugt ist ein Schwellwertfilter mit Schalt-Hysterese, der bei einem Überschreiten des Offset-Werts über einen gewissen Schwellwert hinaus eine Alarmsituation feststellt und erst bei einem Unterschreiten des Offset-Werts unter einen, unter dem ersten Schwellwert liegenden, Schwellwert die Alarmsituation wieder freigibt. Ferner kann bei einer elektronischen Realisierung dieser Filter als ein Schmitt-Trigger ausgebildet sein. Alternativ kann dieser Filter als ein Komparator ausgebildet sein, der keine Hysterese besitzt.
Bevor das Offset-Signal dem Schwellwertfilter unterzogen wird, wird es bevorzugt mit einem Absolutwert-Bildner (hier auch als Filter bezeichnet) auf einen positiven Wert gebracht. Eine Kombination aus dem Absolutwert-Bildner und dem Filter der Offset-Bewertung kann durch einen Fensterkomparator realisiert sein, welcher ebenfalls keine Hysterese besitzt. D. h. es fehlen sowohl der Absolutwert-Bildner und auch der Filter.
Bei der Offset-Bewertung des Offset-Signals kann ein erwarteter Offset des Stetigventils berücksichtigt werden. Dies erfolgt bevorzugt über ein Summierglied, das ein entsprechend aufbereitetes Signal des erwarteten Offsets subtrahiert. Dies erfolgt bevorzugt zeitlich vor einem Filter der Offset-Bewertung. Bei einem zu großen Offset-Wert wird ein Signal, ein Signal, ein Wert ausgegeben, der einen Offset-Alarm repräsentiert.
Bei der aktiven Bewegung der hydraulischen Achse wird bei einem Vergleich des Istsignals mit dem Sollsignal eine Veränderungs- bzw. Verstärkungs-Ermittlung und -Bewertung der hydraulischen Achse bzw. des Durchflusses durch das Stetigventil durchgeführt. Bei einer zu großen Abweichung der Veränderung bzw. Verstärkung von einem Idealwert wird ein Signal, ein Wert und/oder ein Alarm ausgegeben.
Eine zu große Veränderung des Durchflusses durch das Stetigventil hindurch, kann aus einem zu großen oder einem zu kleinen Durchfluss resultieren. Erfindungsgemäß erfolgt die Veränderungs-Ermittlung mittels eines Filters, der z. B. als ein Vergleicher, ein Kennfeld oder eine Division ausgebildet ist.
Hierfür werden das Sollsignal und das Istsignal bevorzugt mit einem Absolutwert-Bildner (hierfür ebenfalls auch als Filter bezeichnet) auf einen positiven Wert gebracht. Es ist jedoch auch möglich, auf den Absolutwert-Bildner zu verzichten. Für diesen Fall muss die nachfolgende Signalverarbeitung bzw. Auswertung (Filter) auch negative Werte verarbeiten können.
Bevorzugt ist das in der Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung verwendete Istsignal ein offsetfreies Istsignal. Hierfür ist es bevorzugt, das Istsignal durch einen Offset-Wert zu vermindern und somit das offsetfreie Istsignal zu erhalten. Das Offset-Signal ist dabei bevorzugt das Offset-Signal aus der Offset-Erfassung und wird bevorzugt durch ein Summierglied vom Istsignal abgezogen.
Die Erfindung lässt sich auf Stetigventile mit und ohne Lagerregelung anwenden. Hierbei wird das Überwachungsverfahren bevorzugt in einer Steuerung für das Stetigventil angewendet. Insbesondere wird das Überwachungsverfahren in einer Steuerung einer Maschine angewendet, in welcher das Stetigventil verbaut ist.
Erfindungsgemäß kann bei einem lagegeregelten oder einem nicht lagegeregelten (gesteuerten) Stetigventil anstelle des (Positions-)Istsignals des Ventilschiebers des Stetigventils, ein Signal/Wert für einen elektrischen Strom durch eine Steuerspule eines Stellmagneten des Stetigventils herangezogen werden. Hierbei ist, wie oben schon beschrieben, ein erwarteter Offset zu berücksichtigen, der einen Strombedarf des Stetigventils im Ruhezustand wiedergibt. Dies ist analog auch auf eine elektrische Spannung an der Steuerspule des Stellmagneten übertragbar.
Im Vergleich zu den Positionsinformationen (Istsignal) des Ventilschiebers besitzt die Strominformation (umgebildetes Istsignal) des Stellmagneten jedoch eine geringere Signalgüte. Eine noch geringere Signalgüte besitzt eine Spannungsinformation (umgebildetes Istsignal) der Steuerspule.
Zur Vermeidung von Fehlalarmen kann ein Zeitglied zur Anwendung kommen, das kurzzeitige große Abweichungen des Istsignals vom Sollsignal ausfiltert.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1: In einer schematischen Darstellung ein Stetigventil zusammen mit einem Blockschaltbild einer erfindungs gemäßen Signalverarbeitung für ein erfindungsgemäßes Überwachungsverfahren einer Lagerregelung eines Ventilschiebers des Stetigventils;
2: in einem Blockschaltbild eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung für das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren;
3: eine erfindungsgemäße Messwert-Aufbereitung für einen Soll- und Istwert des Ventilschiebers des Stetigventils;
4: eine erfindungsgemäße Offset-Erfassung des Ventilschiebers einem aktiven Stillstand einer hydraulischen Achse;
5: eine erfindungsgemäße Offset-Bewertung des Ventilschiebers im aktiven Stillstand der hydraulischen Achse; und
6: eine erfindungsgemäße Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung bei einer aktiven Bewegung der hydraulischen Achse.
Im Folgenden ist von einem Sollwert und einem Istwert eines Ventilschiebers eines Stetigventils die Rede. Hierbei soll der Begriff Soll- und Istwert jeweils auch den Begriff Soll- und Istsignal umfassen. Der Sollwert (Sollsignal) repräsentiert eine Position bzw. Lage des Ventilschiebers, in welcher sich der Ventilschieber befinden soll, z. B. aufgrund einer Regelung oder einer Steuerung des Ventilschiebers. Der Istwert (Istsignal) entspricht analog einer Position bzw. Lage des Ventilschiebers, in welcher sich dieser auch tatsächlich aktuell befindet. Ferner soll im Folgenden – entgegen der üblichen Verwendung – der Begriff Regelung auch dem Begriff Steuerung bzw. rückkopplungsfreie Steuerung umfassen.
In der Zeichnung bezeichnen fett gedruckte Linien und fett gedruckte Kästen Merkmale der Erfindung, die entweder neu sind oder eine neue, erfindungsgemäße Verwendung innerhalb einer Signalverarbeitung besitzen.
1 zeigt oben in einer schematischen Darstellung ein Stetigventil 1, das als Proportional-Wegeventil 1 ausgebildet ist. Üblicherweise besitzen solche Proportional-Wegeventile 1 ein oder zwei Stellmagnete 30, die über einen Ventilschieber 20 auf je eine Rückstellfeder 40 wirken. In vorliegendem Ausführungsbeispiel besitzt das Proportional-Wegeventil 1 jedoch nur einen einzigen Stellmagneten 30, der mit einer einzigen Rückstellfeder 40 zusammenwirkt.
Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf solche Stetigventile 1 anwendbar, sondern auf sämtliche Stetigventile 1; insbesondere auf Proportionalventile 1, z. B.: Proportional-Druckventile 1, Proportional-Drosselventile 1 oder eben Proportional-Wegeventile 1; sowie auf Regelventile 1 und Servoventile 1.
1 zeigt einen Aufbau des lagegeregelten Proportionalventils 1, das eine hydraulische Achse 2 beeinflussen kann. Die hydraulische Achse 2 ist dabei bevorzugt ein komplettes Arbeitssystem für Positionieraufgaben und weist wenigstens einen Hydrozylinder mit integrierten Steuer-/Regelventilen und bevorzugt ein integriertes Wegmesssystem auf.
Eine Position bzw. Lage des Ventilschiebers 20 wird durch ein Kräftegleichgewicht zwischen der Rückstellfeder 40 und dem Stellmagneten 30 definiert. Der Stellmagnet 30 kann auch als Proportional- oder Betätigungsmagnet 30 bezeichnet werden. In Abhängigkeit der Position des Ventilschiebers 20 werden Durchlässe (in der Zeichnung nicht dargestellt), die mit Ventilanschlüssen 12 verbunden sind, für ein Druckmedium (Öl, Wasser, andere Fluide) variabel geöffnet oder geschlossen.
Ein Wegmesssystem 50 und eine elektronische Regelung eines elektrischen Stroms durch eine Steuerspule 32 des Stellmagneten 30 erlauben eine genaue Führung des Ventilschiebers 20, entsprechend eines von einer Steuerung 60 vorgegebenen Sollwerts S1 des Ventilschiebers 20. Das hierbei verwendete Soll wertsignal S1 steht in der Regel als eine elektrische Spannung zur Verfügung.
Die Durchlässe des Stetigventils 1 werden von einem Ventilglied 26 des Ventilschiebers 20 variabel geöffnet oder geschlossen. Hierbei ist das Ventilglied 26 einerseits über einen Stößel 24 mit einem Magnetanker 22 und andererseits auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Stößel 24 mit der Rückstellfeder 40 verbunden. Das Ventilglied 26 öffnet und verschließt die Ventilanschlüsse 12 bzw. die Durchlässe innerhalb einer Steuereinheit 10 des Stetigventils 1.
Eine Reaktion des Ventilschiebers 20 bei der Lagerregelung des Ventilschiebers 20 wird nicht überwacht. Die Wirksamkeit der Lagerregelung wird vorausgesetzt, was zu einem schleichenden Ausfall des Stetigventils 1 oder einem nicht mehr akzeptablen Verhalten der hydraulischen Achse 2 führen kann.
Erfindungsgemäß wird nun eine solche Überwachung der Lageregelung des Ventilschiebers 20 vorgestellt. Erfindungsgemäß wird dabei die Lagerregelung des Ventilschiebers 20 beim Regeln beobachtet und es wird überprüft, in wie weit es dem Regler gelingt die Lagerregelung korrekt durchzuführen. D. h. erfindungsgemäß kann beurteilt werden, in wie weit die Lagerregelung erfolgreich ist. Hierbei können Toleranzen, die frei wählbar sind, in die Überwachung des Stetigventils 1 miteinbezogen werden.
Erfindungsgemäß kann die Überwachung des Stetigventils 1 in einer Elektronik 60 oder einer Elektronik 62 stattfinden. Hierbei kann die Elektronik 62 Bestandteil der Elektronik 60 sein. Die Elektronik 60 ist z. B. eine Steuerung, bevorzugt eine Maschinensteuerung 60 oder ein separates System 60. Die Elektronik 62 kann z. B. eine interne oder externe Ventilelektronik 62 sein. Darüber hinaus kann die Elektronik 62 eine Regelung 62 für das Stetigventil 1 sein oder letztere enthalten. D. h. das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Stetigventils 1 kann Teil der Ventilregelung des Stetigventils 1 sein.
Der Elektronik 62 stehen zwei Werte S1, S2 zur Verfügung. Hierbei repräsentiert S1 einen Ventil- bzw. Ventilschieber-Sollwert S1 und der Wert S2 präsentiert ein Ventil- bzw. Ventilschieber-Istwert S2. Den Sollwert S1 erhält die Elektronik 62 z. B. von der Elektronik 60 oder von extern, bzw. der Sollwert S1 liegt schon in der Elektronik 62 vor. Dies hängt ganz davon ab, welche Elektronik 62 (siehe oben) verwendet wird. Den Istwert S2 enthält die Elektronik 62 vom Wegemesssystem 50.
Der Sollwert S1 und der Istwert S2 werden nun erfindungsgemäß verarbeitet, sodass die Elektronik 62 bei einem Abweichen von entsprechenden Kriterien einen Alarm S7, S8 ausgibt bzw. bei einem Erfüllen dieser Kriterien den Alarm S7, S8 unterdrückt. Erfindungsgemäß wird dabei zwischen einem Offset-Alarm S7 und einem Veränderungs-Alarm S8 bzw. Verstärkungs-Alarm S8 unterschieden, die sich auf einen jeweiligen aktiven Zustand der hydraulischen Achse 2 beziehen. So betrifft der Offset-Alarm S7 einen aktiven Stillstand der hydraulischen Achse 2 und der Veränderungs-Alarm S8 eine aktive Bewegung der hydraulischen Achse 2.
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Verarbeitung des Sollwerts S1 und des Istwerts S2. Hierbei wird erfindungsgemäß ein aktiver Stillstand und eine aktive Bewegung der hydraulischen Achse 2 berücksichtigt. Der aktive Stillstand wird durch den Wert S3 bzw. das Signal S3 repräsentiert bzw. berücksichtigt, und die aktive Bewegung wird durch den Wert S4 bzw. das Signal S4 repräsentiert bzw. berücksichtigt.
Ferner kann erfindungsgemäß ein erwarteter Versatz des Ventilschiebers 20 berücksichtigt werden. Dieser wird z. B. experimentell bei Inbetriebnahme des Stetigventils 1 ermittelt, oder kann ein anderer Einstellparameter des Stetigventils 1 sein. Der erwartete Versatz wird dabei durch einen erwarteten Offset P1 berücksichtigt bzw. repräsentiert und ist ebenfalls ein Wert P1 bzw. ein Signal P1.
Zunächst werden der Sollwert S1 und der Istwert S2 einer Messwert-Aufbereitung unterzogen, die einen aufbereiteten Sollwert S1a und einen aufbereiteten Istwert S2a erzeugt. Eine Ausführungsform einer solchen Messwert-Aufbereitung ist in 3 dargestellt und wird weiter unten näher erläutert. Liegen der Sollwert S1 und der Istwert S2 schon in einer entsprechenden (Signal-)Güte vor, so kann natürlich auf die Messwert-Aufbereitung verzichtet werden.
Die aufbereiteten Werte S1a und S2a werden bei einem aktiven Stillstand S3 der hydraulischen Achse 2 in einer Offset-Erfassung weiter verarbeitet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, dass die Offset-Erfassung den Sollwert S1 und den Istwert S2 verarbeitet. Eine Ausführungsform der Offset-Erfassung ist in 4 dargestellt und wird weiter unten näher erläutert.
Ein durch die Offset-Erfassung generierter Offset-Wert S5 wird zeitlich nach der Offset-Erfassung einer Offset-Bewertung zugeführt. Hierbei kann der erwartete Offset 21 des Ventilglieds 26 Berücksichtigung finden. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Offset-Bewertung ist in 5 dargestellt und wird weiter unten näher erläutert.
Für die aktive Bewegung S4 der hydraulischen Achse 2 wird erfindungsgemäß eine Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung (auch Verstärkungs-Ermittlung und -Bewertung genannt) durchgeführt. Diese hat als Eingangssignale den Sollwert S1 bzw. den aufbereiteten Sollwert S1a, und den Istwert S2 bzw. den aufbereiteten Istwert S2a bzw. einen offsetfreien Istwert S6. Bei der zu 6 weiter unten näher ausgeführten Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung wird festgestellt, ob eine Istaussteuerung des Ventilglieds 26 einer Sollaussteuerung des Ventilglieds 26, im Rahmen von bestimmten Toleranzen, folgt.
Erfindungsgemäß kann der offsetfreie Istwert S6 aus dem Istwert S2 oder dem aufbereiteten Istwert S2a gebildet werden. Hierfür ist es bevorzugt, wenn der Ausgangswert der Offset-Erfassung (Offset-Wert S5) vom aufbereiteten Istwert S2a oder vom Istwert S2 abgezogen wird. Es ist selbstverständlich möglich, den offsetfreien Istwert S6 auf eine andere Art zu generieren bzw. bei einer gemäß 4 unterschiedlichen Vorgehensweise zu erhalten.
Sollte erfindungsgemäß ein Offset im aktiven Stillstand der hydraulischen Achse 2 zu groß sein, so gibt die Offset-Bewertung einen entsprechenden Wert S7, ein entsprechendes Signal S7 bzw. einen entsprechenden Offset-Alarm S7 aus. Ist dies nicht der Fall, so unterbleibt der Offset-Alarm S7.
Analog verhält es sich mit der Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung, wobei bei einer zu großen Abweichung der Ist- von der Sollaussteuerung des Ventilglieds 26 ein entsprechender Wert S8, ein entsprechendes Signal S8 bzw. ein entsprechender Veränderungs-Alarm S8 ausgegeben wird. Bei der Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung wird ermittelt und bewertet, ob eine Aussteuerung des Ventilschiebers 20 im Rahmen gewisser Toleranzen zu klein oder zu groß ist. D. h. für den Fall eines Veränderungs-Alarms S8 (Aussteuerung des Ventilschiebers 20 zu groß oder zu klein) fließt entweder zu viel Medium bzw. Fluid durch das Stetigventil 1 oder zu wenig.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 eine erfindungsgemäße Messwert-Aufbereitung näher erläutert. Der Istwert S2 (Rückmeldesignal) enthält neben einer Reaktion des Stetigventils 1 eine Reihe von Störkomponenten, u. a. das sogenannte Dithering, die durch einen geeigneten Filter F1 beseitigt werden müssen. Durch den Filter F1 wird der aufberei tete Istwert S2a bebildet. Bevorzugt ist dabei der Filter F1, ein Tiefpass-Filter. Es ist jedoch möglich, andere geeignete Filter F1 anzuwenden. Dies sind z. B. Tiefpässe mit einer unterschiedlichen Ordnung, ein gleitender Mittelwert-Filter, ein Anstiegsbegrenzer, sowie Kombinationen daraus. Hierdurch wird der aufbereitete Istwert S1a generiert.
Der Sollwert S1 (Stellsignal) ist in seiner numerischen Darstellung und in seinem Zeitverhalten möglichst gut an den Istwert S2 anzupassen. Hierzu wird der Sollwert S1 bevorzugt mit einem identischen Filter F1 ausgestattet. Dadurch wird analog der aufbereitete Sollwert S1a gebildet. Darüber hinaus ist auf den Sollwert S1 erfindungsgemäß eine Ventilmodellierung anwendbar, die ein bekanntes oder ein gemessenes Sprungverhalten des Stetigventils 1 berücksichtigt.
Im Idealfall (Neuzustand des Stetigventils 1) ergeben sich beim Überprüfen der Lagerregelung des Stetigventils 1 identische Soll- S1, S1a und Istwerte S2, S2a.
Erfindungsgemäß werden aus Kontroll- und Statussignalen bzw. -werten der hydraulischen Achse 2 zwei Situationen ermittelt. Dies sind zwei aktive Zustände S3, S4 der hydraulischen Achse 2, nämlich der aktive Stillstand S3 und die aktive Bewegung S4. In beiden Fällen ist die hydraulische Achse 2 im aktiven Zustand, wobei in der erstgenannten Situation (repräsentiert durch S3) die hydraulische Achse 2 stillsteht und in der letzten Situation (repräsentiert durch S4) eine beabsichtigte Bewegung ausführt.
Im aktiven Stillstand S3 wird durch eine langsame Nachführung des Ventilglieds 20 ein Offset aktualisiert, der eine Differenz zwischen dem Sollwert S1, S1a und dem Istwert S2, S2a darstellt. Hierbei kann der erwartete Offset P1 berücksichtigt werden. Durch eine Verrechnung dieses erwarteten Offsets P1 mit dem Istwert S2, S2a kann ein offsetfreies Signal S6 (siehe 2) gebildet werden, welches eine proportionale Auslenkung des Stetigventils 1 wiedergibt.
Alternativ kann (in der Zeichnung nicht dargestellt) ein ermittelter Offset mit dem Sollwert S1, S1a verrechnet werden, um einen fiktiven offset-behafteten Istwert zu bilden, der mit dem Istwert S2, S2a verglichen wird.
4 zeigt die erfindungsgemäße Offset-Erfassung für den aktiven Stillstand der hydraulischen Achse 2. Zunächst erhält ein Summierglied S als Eingangssignale wenigstens den Sollwert S1, S1a und den Istwert S2, S2a. Hierbei wird der Istwert S2, S2a vom Sollwert S1, S1a abgezogen. Der in 4 dargestellte Schalter (S3 aktiver Stillstand) soll verdeutlichen, dass dieser im aktiven Stillstand S3 der hydraulischen Achse 2 geschlossen ist und der sich an das Summierglied S zeitlich danach anschließende Filter F2 arbeiten kann.
Der Filter F2 ist bevorzugt ein glättender Filter wie z. B. in 4 dargestellt, ein Integrierer mit Rückführung. Ferner sind andere Filter F2, wie z. B. ein Integrierer, ein Nachlaufregler, ein Tiefpass und/oder Tiefpässe unterschiedlicher Ordnung, oder Kombinationen davon anwendbar. Der Filter F2 dient zum Glätten, sodass der Offset-Wert S5 nicht gegen unendlich strebt.
Es ist bevorzugt, dem Summierglied S den durch den Filter F2 generierten Offset-Wert S5 zur Verfügung zu stellen (Rückführung). Hierbei ist es bevorzugt, den Offset-Wert S5 ebenfalls vom Istwert S2, S2a zu subtrahieren.
Erfindungsgemäß erfolgt zeitlich nach der Offset-Erfassung eine Offset-Bewertung, die in 5 dargestellt ist, und ebenfalls für den Zustand aktiver Stillstand der hydraulischen Achse 2 gilt. Es wird bewertet, ob der Offset-Wert S5 zu groß ist oder nicht.
Hierbei ist es bevorzugt, den Offset-Wert S5 durch einen Filter F3 aufzubereiten, um aus negativen Offset-Werten S5 positive zu machen. Hierfür eignet sich ein Absolutwert- bzw. Betrags-Bildner F3. Im eigentlichen Sinne ist der Filter F3 keiner, er soll jedoch zu einer Vereinfachung der Darstellung als ein solcher bezeichnet werden.
Danach wird der absolute Offset-Wert S5 einem geeigneten Filter F4 zugeführt, der bestimmt, ob der Offset-Wert S5 in einem Toleranzrahmen (S5 in Ordnung (i. O.)) liegt, oder ob der Offset-Wert S5 zu groß (S5 nicht in Ordnung (n. i. O.)) ist.
Für den Filter F4 eignet sich z. B. ein Schwellwertfilter F4. Bevorzugt ist ein solcher Schwellwertfilter F4, ein Schwellwertfilter F4 mit einer Schalt-Hysterese, der bei Überschreiten einer gewissen Grenze einen entsprechenden Wert bzw. ein entsprechendes Signal ausgibt und erst nach Unterschreiten einer Grenze, die unter dieser Grenze liegt, wieder entsprechend umschaltet.
Ist der Offset-Wert S5 zu groß, so gibt der Filter F4 ein Signal, einen Wert bzw. einen Alarm S7 aus, der als Offset-Alarm S7 bezeichnet wird und eine Fehlfunktion bzw. eine beginnende Fehlfunktion des Stetigventils 1 im aktiven Stillstand der hydraulischen Achse 2 repräsentiert.
Ferner eignet sich bei einer elektronischen Realisierung der Erfindung für den Filter F4 ein Schmitt-Trigger. Eine Alternative dazu ist ein Komperator, der jedoch keine Hysterese zeigt. Eine Hysterese macht den erzeugten Offset-Wert S5 eindeutiger, gibt aber den Offset-Alarm S7 auch etwas später aus, als ein Filter F4 ohne eine Hysterese. Durch die Vorgabe einer entsprechenden Schwelle kann dies jedoch kompensiert werden, sodass der Offset-Alarm S7 nicht zu spät ausgegeben wird.
Bei der Offset-Bewertung kann der erwartete Offset P1 berücksichtigt werden. Hierfür ist es bevorzugt, dem Absolutwert- bzw. Betrags-Bildner F3 ein Summierglied S vorzuschalten, das diesen erwarteten Offset P1 entsprechend berücksichtigt. Bevorzugt wird dabei der erwartete Offset P1 vom Offset-Wert S5 abgezogen.
Der Absolutwert- bzw. Betrags-Bildner F3 in einer Kombination mit dem Filter F4 kann auch durch einen Fensterkomperator ersetz werden, der ebenfalls keine Hysterese besitzt (siehe hierzu auch oben).
In der aktiven Bewegung S4 (siehe Schalter in der 6, der analog dem Schalter in der Offset-Erfassung arbeitet) wird eine Veränderung (Erhöhung oder Verminderung des Durchflusses) des Stetigventils 1 ermittelt. Hierbei ergibt sich die Abweichung bevorzugt aus einer Subtraktion des Offset-Werts S5 vom Istwert S2, S2a (siehe 2), wobei dieses Ergebnis mit dem Sollwert S1, S1a bevorzugt in einem Kennfeld oder durch eine Division weiter verarbeitet wird.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei kleinen Aussteuerungen des Ventilschiebers 20 eine Beurteilung nicht immer sinnvoll möglich ist. Hierbei sind insbesondere die zu erwartenden Probleme bei der Division zu berücksichtigen. Wird eine Division verwendet, so wird das Ergebnis der Division mit einem Idealwert (bevorzugt 1) unter einer Berücksichtigung von Toleranzen verglichen.
6 zeigt nun eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung. Zunächst ist es bevorzugt, den Soll-Wert S1, S1a und den Istwert S2, S2a, S6 jeweils mit einem Filter F5, der bevorzugt ein Absolutwert-Bildner ist, aufzubereiten und anschließend diese Werte einem geeigneten Filter F6 zuzuführen. Hierbei ist der Filter F6, ein Vergleicher, der mit einem Kennfeld arbeitet. Die Filter F5 können auch entfallen; für einen solchen Fall muss der Filter F6 auch negative Werte verarbeiten.
Erfindungsgemäß wird ein Übertragungsfaktor α des Stetigventils 1 gebildet und anhand eines Toleranzbands beurteilt, ob der Istwert S2, S2a, S6 innerhalb dieses Toleranzbands liegt oder nicht. Dies ist in 6 im Filter F6 dargestellt, wobei es Positionen außerhalb des Toleranzbands gibt, in welchen der Istwert S6 nicht in Ordnung (n. i. O.) ist und in welchen der Istwert S6 in Ordnung (i. O.) ist.
Der Filter F6 nimmt bevorzugt einen Bereich aus, der kleine Aussteuerungen des Ventilschiebers 20 repräsentiert (in 6 grau hinterlegt). Das Toleranzband erstreckt sich dabei entlang eines idealen Übertragungsfaktors α. Das sich entlang des idealen Übertragungsfaktors α erstreckende Toleranzband kann mit seinen Enden dabei parallel zum idealen Übertragungsfaktor α liegen oder bei größer werdenden Durchflüssen durch das Stetigventil 1 hindurch, zunehmen (gepunktete Linien im Filter F6).
Ist der Istwert S2, S2a, S6 zu groß, so gibt der Filter F6 einen Wert S8, ein Signal S8 bzw. einen Alarm S8 aus. Dieser Alarm wird als Veränderungsalarm S8 bezeichnet. Der Veränderungsalarm S8 signalisiert ein fehlerhaft bzw. ein beginnendes fehlerhaftes Verhalten der hydraulischen Achse 2 bzw. des Stetigventils 1 bei einer Bewegung der hydraulischen Achse 2.
Wird erfindungsgemäß die ermittelte Veränderung als zu stark von einem Idealwert abweichend beurteilt, so ist ein Problem erkannt. Es wird durch der Offset-Alarm S7 bzw. der Veränderungs-Alarm S8 ausgegeben. Liegt der ermittelte Offset bzw. die ermittelte Veränderung innerhalb bestimmter Toleranzen, so unterbleibt die Ausgabe des entsprechenden Alarms S7, S8.
Zur Ausfilterung kurzzeitiger Abweichungen und somit zur Vermeidung von Fehlalarmen kann ein Zeitglied zur Ausfilterung eingesetzt werden. Hierdurch kann z. B. eine ungenaue oder eine fehlende Modellbildung in der Messwert-Aufbereitung unterdrückt werden.

1: Stetigventil; insbesondere Proportionalventil, z. B.: Proportional-Druckventil, Proportional-Drosselventil oder Proportional-Wegeventil; Regelventil; Servoventil
2: hydraulische Achse
10: Steuereinheit
12: Ventilanschluss
20: Ventilschieber
22: Magnetanker, Anker
24: Stößel
26: Ventilglied
30: Stellmagnet, Proportionalmagnet, Betätigungsmagnet
32: Steuerspule
40: Rückstellfeder
50: Wegmesssystem, Wegaufnehmer
60: Elektronik: (Maschinen-)Steuerung, separates System, CPU
62: Elektronik: Ventilelektronik, intern oder extern; kann Ventilregelung enthalten, CPU
S: Summierglied
F1: Filter, z. B.: Tiefpass, Tiefpässe unterschiedlicher Ordnung, gleitender Mittelwert, Anstiegsbegrenzer, sowie Kombinationen daraus
F2: Filter, z. B.: glättender Filter, Integrierer mit Rückführung, Nachlaufregler, Tiefpass, Tiefpässe unterschiedlicher Ordnung
F3: Filter, z. B.: Absolutwert-, Betrags-Bildner
F4: Filter, z. B.: Schwellwertfilter, bevorzugt Schwellenfilter mit Schalt-Hysterese, Schmitt-Trigger, Komparator
F3/F4: Fensterkomparator
F5: Filter (kann obsolet sein), z. B.: Absolutwert-, Betrags-Bildner
F6: Filter, z. B.: Vergleicher, Kennfeld, Division
I: elektrischer Strom
I₃₂: elektrischer Strom durch die Steuerspule 32
U: elektrische Spannung
U₃₂: elektrische Spannung an der Steuerspule 32
Q: Volumenstrom
y: Amplitude
α: Übertragungsfaktor
S1: Wert/Signal für Sollstellung des Ventilschiebers 20, Sollwert/-signal des Ventilschiebers 20
S1a: Wert/Signal aufbereitet von S1, Sollwert/-signal
S2: Wert/Signal für Iststellung des Ventilschiebers 20, Istwert/-signal des Ventilschiebers 20
S2a: Wert/Signal aufbereitet von S2, Istwert/-signal
S3: Wert/Signal für aktiven Zustand der hydraulischen Achse 2, Wert/Signal für aktiven Stillstand der hydraulischen Achse 2
S4: Wert/Signal für aktiven Zustand der hydraulischen Achse 2, Wert/Signal für aktive Bewegung der hydraulischen Achse 2
S5: Wert/Signal für Offset des Ventilschiebers 20, Offsetwert/-signal
S6: Wert/Signal für offsetfreien Istwert bzw. offsetfreies Istsignal des Stetigventils 1, Istwert/-signal
S7: Wert/Signal für Offset-Alarm des Stetigventils 1
S8: Wert/Signal für Veränderungs-Alarm des Stetigventils 1
P1: Wert/Signal für erwarteten Offset des Ventilschiebers 20

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Lageregelung eines Ventilschiebers (20) eines Stetigventils (1), insbesondere eines Proportionalventils (1), wobei in einem aktiven Zustand (S3, S4) einer mittels des Stetigventils (1) beeinflussbaren hydraulischen Achse (2), ein Istwert (S2, S2a, S6) des Ventilschiebers (20) mit einem Sollwert (S1, S1a) des Ventilschiebers (20) verglichen wird, und bei einer zu großen Abweichung (S5; S6/S1, S6/S1a) des Istwerts (S2, S2a, S6) vom Sollwert (S1, S1a) ein Alarm (S7, S8) ausgegeben wird, der eine Fehlfunktion der Lageregelung des Stetigventils (1) anzeigt.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein aktiver Zustand (S3, S4) der hydraulischen Achse (2) ein aktiver Stillstand (S3) und/oder eine aktive Bewegung (S4) der hydraulischen Achse (2) ist.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Vergleichen des Istwerts (S2, S2a, S6) mit dem Sollwert (S1, S1a) unter einer Berücksichtigung eines Freigabesignals des Stetigventils (1) durchgeführt wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im aktiven Stillstand (S3) der hydraulischen Achse (2) ein Offset-Wert (S5) zwischen dem Istwert (S2, S2a) und dem Sollwert (S1, S1a) ermittelt wird, und bei einem zu großen Offset-Wert (S5) ein Wert oder Signal (S7) für einen Offset-Alarm des Stetigventils (1) ausgegeben wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei der aktiven Bewegung (S4) der hydraulischen Achse (2) eine Veränderung (S6/S1, S6/S1a) des Stetigventils (1) durch die Abweichung des Istwerts (S6) vom Sollwert (S1, S1a) bestimmt wird, und bei einer zu großen Abweichung der Veränderung (S6/S1, S6/S1a) von einem Idealwert ein Wert oder Signal (S8) für einen Veränderungs-Alarm des Stetigventils 1 ausgegeben wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei der aktiven Bewegung (S4) der hydraulischen Achse (2) unter einer Berücksichtigung der Veränderung (S6/S1, S6/S1a) ein Übertragungsfaktor (α) des Stetigventils (1) gebildet wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zeitlich vor dem Vergleichen des Istwerts (S2) mit dem Sollwert (S1) eine Messwert-Aufbereitung (3) durchgeführt wird, durch welche ein aufbereiteter Istwert (S2a) und ein aufbereiteter Sollwert (S1a) erzeugt werden.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 7, wobei in der Messwert-Aufbereitung (3) der Istwert (S2) und der Sollwert (S1) durch einen Filter (F1), insbesondere einen oder eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern (F1), einen gleitenden Mittelwert-Filter (F1), einen Anstiegsbegrenzer (F1), oder Kombinationen daraus, aufbereitet werden.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Filter (F1) für den Istwert (S2) und der Filter (F1) den Sollwert (S1) identisch sind.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sollwert (S1, S1a) einer Ventil-Modellierung unterzogen wird, die bevorzugt ein Sprungverhalten des Stetigventils (1) berücksichtigt.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für den aktiven Stillstand (S3) der hydraulischen Achse (2) eine Offset-Erfassung (4) durchgeführt wird, die den Istwert (S2, S2a) mit dem Sollwert (S1, S1a) vergleicht und daraus einen Offset-Wert (S5) bildet.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Offset-Erfassung (4) mittels eines Filters (F2) erfolgt, der bevorzugt ein glättender Filter (F2), insbesondere ein Integrierer mit Rückführung (F2), ein oder eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern (F2), oder ein Nachlaufregler (F2) ist.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 12, wobei dem Filter (F2) ein Summierglied (S) der Offset-Erfassung (4) vorgeschaltet ist, welches den Sollwert (S1, S1a) vom Istwert (S2, S2a) subtrahiert.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Summierglied (S) der Offset-Erfassung (4) ferner den Offset-Wert (S5) des Filters (F2) berücksichtigt und diesen bevorzugt vom Istwert (S2, S2a) subtrahiert.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Filter (F2) den Offset-Wert (S5) außerhalb des aktiven Stillstands speichert.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei für den aktiven Stillstand (S3) der hydraulischen Achse (2) eine Offset-Bewertung (5) durchgeführt wird, die den Istwert (S2, S2a) mit dem Sollwert (S1, S1a) vergleicht (S5) und bei einem zu großen Offset-Wert (S5) den Alarm (S7) ausgibt.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Offset-Bewertung (5) durch einen Fensterkomparator (F3/F4) oder durch einen Filter (F4) erfolgt, der bevorzugt ein Schwellwertfilter (F4), insbesondere ein Schwellenfilter mit Schalt-Hysterese (F4), ein Komparator (F4) oder ein Schmitt-Trigger (F4) ist.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 17, wobei dem Filter (F4) ein Absolutwert- bzw. Betrags-Bildner (F3) vorgeschaltet ist.
Überwachungsverfahren Anspruch 17 oder 18, wobei dem Fensterkomparator (F3/F4) oder dem Filter (F4) ein Summierglied (S) der Offset-Bewertung (5) vorgeschaltet ist, welches einen erwarteten Offset (P1) des Stetigventils (1) berücksichtigt und diesen bevorzugt vom Offset-Wert (S5) subtrahiert.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei bei einem zu großen Offset-Wert (S5) ein Wert oder Signal (S7) für einen Offset-Alarm des Stetigventils (1) ausgegeben wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei für die aktive Bewegung (S4) der hydraulische Achse (2) eine Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung (6) durchgeführt wird, die den Istwert (S6) mit dem Sollwert (S1, S1a) vergleicht und bei einer zu großen Abweichung den Alarm (S8) ausgibt.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Veränderungs-Ermittlung und -Bewertung (6) mittels eines Filters (F6) erfolgt, der die Veränderung durch den Istwert (S6) bevorzugt durch ein Kennfeld (F6) oder eine Division (S1/S6; S1a/S6) bestimmt.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 22, wobei bei der Division (S1/S6; S1a/S6) ein Ergebnis mit einem Idealwert unter einer Berücksichtigung von Toleranzen verglichen wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die beiden Eingangswerte (S1, S1a; S6) des Filters (F6) jeweils durch einen Absolutwert- bzw. Betrags-Bildner (F5) aufbereitet werden, und/oder der Filter (F6) negative Eingangswerte (S1, S1a; S6) verarbeiten kann.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der Istwert (S6) ein offsetfreier Istwert (S6) ist.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 25, wobei der offsetfreie Istwert (S6) durch ein Summierglied (S) aus dem Istwert (S2, S2a) und dem Offset-Wert (S5) gebildet wird und dabei bevorzugt der Offset-Wert (S5) vom Istwert (S2, S2a) subtrahiert wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei bei einer zu großen Abweichung ein Wert oder Signal (S8) für einen Veränderungs-Alarm des Stetigventils (1) ausgegeben wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei zur Vermeidung von Fehlalarmen ein Zeitglied zur Ausfilterung kurzzeitiger zu großer Abweichungen (S5; S6/S1, S6/S1a) des Istwerts (S2, S2a, S6) vom Sollwert (S1, S1a) verwendet wird.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Lageregelung des Stetigventils (1) eine rückkopplungsfreie Steuerung des Ventilschiebers (20) ist.
Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei anstelle des Istwerts (S2) des Ventilschiebers (20) des Stetigventils (1), ein vergleichbarer Wert eines elektrischen Stroms (I₃₂) durch eine Steuerspule (32) eines Stellmagneten (30) und/oder ein vergleichbarer Wert einer elektrischen Spannung (U₃₂) an der Steuerspule (32) des Stellmagneten (30) des Stetigventils (1) herangezogen wird.
Überwachungsverfahren gemäß Anspruch 30, wobei die hydraulische Achse (2) ein Arbeitssystem, bevorzugt ein vollständiges Arbeitssystem, für Positionieraufgaben ist.
Stetigventil, insbesondere Proportional-Druckventil (1), Proportional-Drosselventil (1) oder Proportional-Wegeventil (1), welches ein Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 durchführt.
Stetigventil gemäß Anspruch 32, wobei das Verfahren in einer internen oder einer externen Ventil-Elektronik (62) durchführbar ist.
Stetigventil gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei das Verfahren innerhalb einer Lageregelung für einen Ventilschieber (20) des Stetigventils (1) durchführbar ist.
Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei das Stetigventil (1) ein lagegesteuertes oder ein lagegeregeltes Stetigventil (1) ist.
Maschine mit einem Stetigventil (1), wobei eine Maschinensteuerung (60), eine separate Elektronik (60) oder ein separates System (60) ein Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 durchführt.
Maschine gemäß Anspruch 36, wobei das Stetigventil (1) ein lagegesteuertes oder ein lagegeregeltes Stetigventil (1) ist.