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Die
Erfindung betrifft einen Grenzsignalgeber zum Bestimmen einer Position,
wie einer Endposition einer pneumatisch betriebenen Stellarmatur. Grenzsignalgeber
werden häufig an Sicherheitsverschlussventilen eingesetzt,
die pneumatisch betrieben sein können. Im Falle eines Störbetriebs
wird die pneumatische Energiequelle abgeschaltet, wodurch das Sicherheitsverschlussventil
selbsttätig aufgrund von gespeicherter Federenergie in
eine End- oder Sicherheitsposition gelangt, in der eine Fluidleitung
einer prozesstechnischen Anlage durch ein Ventilglied entweder vollständig
geöffnet oder vollständig geschlossen ist.
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Ein
herkömmlicher Grenzsignalgeber soll einem Bedienpersonal
durch Ermittlung eines entsprechenden Signals anzeigen können,
ob sich das Sicherheitsventil tatsächlich in der gewünschten
Endposition befindet.
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Zur
Erzeugung und Abgabe der gewünschten Signalinformation
bildet der bekannte Grenzsignalgeber einen Signalanschlusskontakt,
der im Allgemeinen als Namurkontakt bezeichnet wird. Ein Namurkontakt
ist unter anderem gemäß Norm „IEC69047-5-6" festgelegt.
Sollte die Stellarmatur die erwartete Endposition einnehmen, so
wird diese Positionseinnahme über den Signalanschlusskontakt durch
ein Stromsignal von unter etwa 1,2 mA, beispielsweise etwa 1,0 mA,
dargestellt. Bei Nicht-Einnahme der Endposition wird durch den Namurkontakt ein
anderes spezifisches Stromsignal von über etwa 2,1 mA dargestellt.
Zur Erzeugung dieser beiden binären Schaltzustände
kann ein an den Namurkontakt angeschlossener Trennschaltverstärker
eingesetzt werden, mit dem ein sogenannter Näherungsinitiator verbunden
sein kann. Der Näherungsinitiator wird mit einer Spannung
von etwa 8 V versorgt und ändert je nach Schaltzustand
entsprechend den oben genannten Beträgen dessen Versorgungsstrom,
nämlich zwischen den oben genannten Grenzwerten 1,2 mA und
2,1 mA. Unterschreitet aber der Strombetrag am Eingang des Trennschaltverstärkers
den Wert von etwa 0,1 mA oder ist der Eingang des Trennschaltverstärkers
stromlos, so wird dies normgemäß als ein Leitungsbruch
zum Namurkontakt interpretiert. Dann gibt der Trennschaltverstärker
gemäß der Norm EN 60947-5-6 ein
genormtes Notsignal von unter 0,1 mA ab. Gibt der Trennschaltverstärker
hingegen das genormte Notsignal mit einer Stromstärke von
mehr als etwa 6 mA ab, so ist von einem Leitungskurzschluss am Grenzsignalgeber
auszugehen. Die oben genannten zwei regulären Schaltzustände
(1,2 mA; 2,1 mA) werden von dem Trennschaltverstärker als
genormte Schaltsignale angezeigt und abgegeben, wobei auch zwei
zusätzliche Notsignale, nämlich ein Kurzschlußsignal
und ein Leitungsbruchsignal, erzeugt und abgegeben werden können.
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Es
besteht das allgemeine Interesse, einfache Grenzsignalgeber „intelligenter” auszuführen,
indem der Grenzsignalgeber mit einem Mikroprozessor und einem Positionssensor
versehen sind, aber weiterhin die einfache Grenzsignalgeberfunktion
bereitgestellt bleibt.
DE
10 2006 049 651 A1 offenbart einen derartigen intelligenten
Positionsgeber, bei dem der Mikroprozessor entweder durch die oben
genannte Namurkontaktversorgungsspannung von 7 bis 8 V oder durch
ein konstantes Spannungssignal von 24 V elektrisch gespeist ist,
das üblicherweise an einem Magnetventil anliegt, das wiederum
an einem pneumatischen Stellantrieb angeschlossen ist. Eine ebenfalls
intelligente Grenzschaltanordnung ist aus
EP 1 730 611 bekannt.
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Mit
der Erweiterung der Funktionsvielfalt des Grenzsignalgebers stellt
sich allerdings das Problem ein, dass im Hinblick auf bestehenden
restriktiven Sicherheitsbestimmungen für verfahrenstechnische Anlagen
die Funktionstüchtigkeit der intelligenten Grenzsignalgeber
ständig zu überprüfen ist und Fehlfunktionen
soweit als möglich auszuschließen sind.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik
zu überwinden, insbesondere die Betriebssicherheit und
-gewissheit eines sogenannten intelligenten Grenzsignalgebers zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
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Danach
ist ein Grenzsignalgeber zum Bestimmen zweier Positionen, wie zweier
Endpositionen, einer pneumatisch betriebene Stellarmatur, insbesondere
eines Sicherheitsventils, vorgesehen, das beispielsweise eine vollständig
geöffnete und eine vollständig geschlossene Endposition
einnehmen soll.
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Der
Grenzsignalgeber kann mit einem Positionssensor, beispielsweise
einem analog arbeitenden Hall-Sensor oder einem Näherungsschalter,
versehen sein, um die Position der Stellarmatur, insbesondere deren
Endpositionen, zu erfassen. Der Grenzsignalgeber hat einen ersten
Signalanschlusskontakt, der beispielsweise als erster genormter
Narmurkontakt ausgebildet sein kann. Des Weiteren hat der Grenzsignalgeber
einen zweiten Signalanschlusskontakt, der ebenfalls beispielsweise
als zweiter genormter Narmurkontakt ausgebildet sein kann. Schließ lich
hat der Grenzsignalgeber einen Mikroprozessor. Der Grenzsignalgeber
ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Grenzsignal jeweils an dem
ersten und dem zweiten Signalanschlusskontakt auszugeben. Das Grenzlagensignal
stellt das Einnehmen der ersten und zweiten Position bzw. zumindest
einer dazu unterschiedlichen Position der Stellarmatur oberhalb
oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzsollwertes, wie unterhalb
von 1,2 mA oder oberhalb 2,1 mA, dar. Zumindest einer der Signalanschlusskontakte
ist insbesondere mit einem Schaltverstärker zur Signalübermittelung
des Grenzlagensignals verbunden, der im Falle einer Störung
der Signalübermittlung, wie eines Leitungskurzschlusses
oder eines Leitungsbruchs, dazu geeignet ist, ein Notsignal oberhalb
eines Obergrenzwertes, wie von etwa 6 mA, oder unterhalb eines Untergrenzwertes,
wie von etwa 0,1 mA, zu erzeugen und das Notsignal an eine externe
Prozessstelle, wie eine Leitwarte, zu übertragen. Erfindungsgemäß führt
der Mikroprozessor beim Erfassen einer spezifischen Betriebsstörung des
Grenzsignalgebers, der Stellarmatur und/oder eines die Stellarmatur
betätigenden Antriebs eine Notprozedur aus, gemäß der
das gleiche Notsignal erzeugt und an den zweiten Signalanschlusskontakt abgegeben
wird, als läge die Störung der Signalübermittlung
vor.
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Erfindungsgemäß ist
also der Mikroprozessor derart mit dem zweiten Signalanschlusskontakt elektrisch
verbunden, dass beim Erfassen einer spezifischen Betriebsstörung
des Grenzsignalgebers, der Stellarmatur und/oder eines die Stellarmatur
betätigenden Antriebs, also bei einer gegenüber
der Leitungsstörung unterschiedlichen Betriebsstörung, der
Mikroprozessor eine Notprozedur ausführt, gemäß der
das gleiche Notsignal, wie oberhalb von etwa 6 mA oder unterhalb
von etwa 0,1 mA, erzeugt und an dem zweiten Signalanschlusskontakt
abgegeben wird.
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Der
erfindungsgemäße Gedanke besteht im Wesentlichen
darin, dass die spezifischen, durch Norm EN 60947-5-6 vorbestimmten
Notsignale beispielsweise bei Leitungsbruch oder Leitungskurzschluss
als grenzsignalgeberallgemeines Fehlersignal ausgegeben werden,
um eine Fehlfunktion des Grenzsignalgebers oder damit verbundenen
Komponenten, wie Stellarmatur oder des pneumatischen Antriebs, darzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Grenzsignalge ber ist
es geboten, einen zweiten Signalanschlusskontakt bereitzustellen,
weil der Mikroprozessor ausschließlich über den
ersten Signalanschlusskontakt energetisch versorgt sein könnte. Eine
tatsächliche Notsignalabgabe bei einer Leitungsstörung
an den ersten Signalanschlusskontakt durch den Mikroprozessor kann
insofern nicht vorgenommen werden, als damit auch eine Energieversorgungstrennung
zum Mikroprozessor einhergehen würde.
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Sollte
der Grenzsignalgeber am zweiten Signalanschlusskontakt ein Endpositionssignal
von beispielsweise unter 1,2 mA oder über 2,1 mA ausgeben und
wird gleichzeitig eine Betriebsstörung festgestellt, welche
eine Notsignalabgabe über den zweiten Signalanschlusskontakt
erforderlich macht, kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass das Notsignal das Positionssignal überschreibt.
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Bei
dem alternativen, mit dem oben genannten Erfindungsaspekt kombinierbaren
Erfindungsgegenstand betrifft die Erfindung einen Grenzsignalgeber
zum Bestimmen zweier Positionen, wie zweier Endpositionen, einer
pneumatisch betriebenen Stellarmatur. Der Grenzsignalgeber hat einen
Positionssensor zum Erfassen der Position der Stellarmatur, einen
Signalanschlusskontakt, insbesondere einen ersten Namurkontakt,
einen zweiten Signalanschlusskontakt, insbesondere einen zweiten
Namurkontakt, und einen Mikroprozessor. Der erfindungsgemäße
Grenzsignalgeber ist zur Abgabe jeweils eines elektrischen Grenzlagensignals
an dem ersten und dem zweiten Signalanschlusskontakt ausgelegt. Diese
Grenzlagensignale stellen das Einnehmen der ersten und der zweiten
Position oder zumindest einer dazu unterschiedlichen Position der
Stellarmatur oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzsollwertes,
wie oberhalb oder unterhalb von etwa 1,2 mA oder 2,1 mA, dar. Zumindest
einer der Signalanschlusskontakte ist insbesondere mit einem Schaltverstärker
zur Signalübermittlung verbunden, der im Fall einer Störung
der Signalübermittlung, wie eines Leitungskurzschlusses
oder eines Leitungsbruchs, dazu geeignet ist, ein Notsignal oberhalb
eines Obergrenzwertes, wie von etwa 6 mA, oder unterhalb eines Untergrenzwertes,
wie von etwa 0,1 mA, zu erzeugen und das Notsignal an eine externe
Prozesstelle, wie eine Leitwarte, zu übertragen. Erfindungsgemäß hat
der Grenzsignalgeber einen dritten Signalanschlusskontakt, insbesondere einen
dritten Namurkontakt, und gegebenenfalls weitere Signalanschlusskontakte,
insbesondere gegebenenfalls weitere Namurkontakte. Dabei führt
der Mikroprozessor beim Erfassen einer Betriebsstörung
des Grenzsignalgebers, der Stellarmatur und/oder des die Stellarmatur
betätigenden Antriebs eine Notprozedur aus, gemäß der
ein Alarmsignal erzeugt und an den dritten und gegebenenfalls weiteren
Signalanschlusskontakt abgegeben wird. Das Alarmsignal stellt die Betriebsstörung
oberhalb oder unterhalb des vorbestimmten Grenzsollwertes, wie unterhalb
von etwa 1,2 mA oder oberhalb von 2,1 mA, oder oberhalb des Obergrenzwertes,
wie von etwa 6 mA, oder unterhalb des Untergrenzwertes wie von etwa
0,1 mA, dar. Mit diesem Erfindungsaspekt werden auf einfache Weise vier
zusätzliche Schaltzustände, kleiner als 1,2 mA, größer
als 2,1 mA, kleiner als 0,1 mA, größer 6 als mA,
geschaffen und dazu genutzt, im Allgemeinen Fehlfunktionen des Grenzsignalgebers
oder der damit verbundenen Komponenten darzustellen. Die ersten
und zweiten Signalanschlusskontakte werden vorzugsweise nicht mit
derartigen Notsignalen beaufschlagt. Die ersten und zweiten Signalanschlusskontakte
können dazu dienen, die ausschließliche Energieversorgung
für den Mikroprozessor bereitzustellen.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Anordnung umfassend einen erfindungsgemäßen
Grenzsignalgeber und jeweils einen an den jeweiligen Grenzsignalkontakt
angeschlossenen Schaltverstärker.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Mikroprozessor
ausschließlich über den ersten, den zweiten oder
den dritten Signalanschlusskontakt oder gegebenenfalls über
einen weiteren Signalanschlusskontakt mit elektrischer Energie versorgt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Mikroprozessor mit dem
ersten, mit dem zweiten und/oder mit dem dritten Signalanschlusskontakt und/oder
gegebenenfalls mit weiteren Signalanschlusskontakten über
eine Kabelleitung derart verbunden, dass das von dem Mikroprozessor
erzeugte Not- oder Alarmsignal zum jeweiligen Signalkontaktanschluss
leitbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Mikroprozessor, insbesondere der Grenzsignalgeber, nur von
einer konstanten Versorgungsspannung insbesondere in Höhe
von etwa 7 bis 8 V, die an einem oder mehreren Signalanschlusskontakten
anliegt, betrieben.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Grenzsignalgeber
ein Betätigungselement auf, das über eine Bedienperson
betätigt werden kann, um Positionsgeberparameter für
den Grenzsignalgeber an dem Mikroprozessor einstellen zu können,
insbesondere Diagnoseroutinen, etc. zu aktivieren.
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Vorzugsweise
ist ein zweiter Mikroprozessor vorgesehen, der zwischen dem Betätigungselement und
dem ersten Mirkoprozessor angeordnet ist.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung hat der Grenzsignalgeber ein geschlossenes
Gehäuse, in dem außer dem Mikrorechner auch ein
elektropneumatischer Wandler (E/P-Wandler), insbesondere ein Magnetventil,
aufgenommen ist, wobei das Gehäuse einen pneumatischen
Eingang für den Anschluss an eine Pneumatikquelle und einen
Ausgang für eine Pneumatikkopplung an den Stellantrieb
aufweist. Dabei kann der E/P-Wandler an der innenseitigen Ausgangsseite
angeschlossen sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Einrichtung
zum Erfassen eines von dem Mikroprozessor erzeugten, für
den E/P-Wandler vorgesehenen Spannungssignals vorgesehen, wobei das
gemessene Spannungssignal den Betriebszustand des E/P-Wandlers anzeigen
soll. Das Spannungssignal kann an einer Anzeige an der Außenseite
des Signalgebers visualisiert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Mikroprozessor
zum Differenzieren von Not- oder Alarmsignalen geeignet, das insbesondere genormte
Not- oder Alarmsignal frequenzspezifisch zu takten, um ein für
die erfasste Betriebsstörung eindeutig identifizierbares
elektrisches Signal an dem jeweiligen Signalanschlusskontakt abzugeben.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Grenzsignalgebers zum Bestimmen zweier Positionen, wie zweier Endpositionen,
einer pneumatisch betriebenen Stellarmatur, wobei jeweils ein elektrisches
Grenzlagensignal an einem ersten Signalanschlusskontakt, insbesondere an
einem ersten Namurkontakt, und an einem zweiten Signalanschlusskontakt,
insbesondere einem zweiten Namurkontakt erzeugt und abgegeben wird, wenn
die Position oder zumindest eine davon unterschiedliche Positionen
der Stellarmatur eingenommen wird. Beide Grenzlagensignale stellen
die Position oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzsollwertes,
wie unterhalb von 1,2 mA oder oberhalb von 2,1 mA dar. Zumindest
einer der Signalanschlusskontakte wird insbesondere mit einem Schaltverstärker
zur Signalübermittlung verbunden, der im Fall einer Störung
der Signalübermittlung, wie eines Leitungskurzschlusses
oder eines Leitungsbruchs, dazu geeignet ist, ein Notsignal oberhalb
eines Obergrenzwertes, wie von etwa 6 mA, oder unterhalb eines Untergrenzwertes,
wie von etwa 0,1 mA, zu erzeugen und das Notsignal an eine externe Prozessstelle,
wie eine Leitwarte zu übertragen. Erfindungsgemäß wird
beim Erfassen einer Betriebsstörung des Grenzsignalgebers,
der Stellarmatur und/oder eines die Stellarmatur betätigenden
Antriebs durch den Mikroprozessor eine Notprozedur ausgeführt,
gemäß der das Notsignal erzeugt und einen zweiten
Signalanschlusskontakt abgeben wird.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Grenzsignalgebers zum Bestimmen zweier Positionen, wie zweier Endpositionen,
einer pneumatischen betriebenen Stellarmatur, wobei jeweils ein
elektrisches Grenzlagensignal an einem ersten Signalanschlusskontakt,
insbesondere einem ersten Namurkontakt, und an einem zweiten Signalanschlusskontakt,
insbesondere einem zweiten Namurkontakt, abgegeben wird, wenn die
Position oder zumindest eine dazu unterschiedliche Position der
Stellarmatur eingenommen wird. Die beiden Grenzlagensignale stellen
die Position oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Grenzsollwerts,
wie unterhalb von etwa 1,2 mA oder oberhalb von 2,1 mA, dar. Einer
der Signalanschlusskontakte wird insbesondere mit einem Schaltverstärker
zur Signalübermittlung verbunden, der im Fall einer Störung
der Signalübermittlung, wie eines Leitungskurzschlusses oder
eines Leitungsbruchs, dazu geeignet ist, ein Notsignal oberhalb
eines Ober grenzweites, wie von etwa 6 mA, oder unterhalb eines Untergrenzwertes, wie
von etwa 0,1 mA, zu erzeugen und das Notsignal an eine externe Prozessstelle,
wie eine Leitwarte, zu übertragen. Erfindungsgemäß wird
beim Erfassen einer Betriebsstörung des Grenzsignalgebers,
der Stellarmatur und/oder eines die Stellarmatur betätigenden
Antriebs eine Notprozedur durch den Mikroprozessor ausgeführt,
gemäß der ein Alarmsignal erzeugt und an einen
dritten oder ebenfalls weiteren Signalanschlusskontakt abgegeben
wird, welches Alarmsignal die Betriebsstörung entweder
a) oberhalb oder unterhalb des vorbestimmten Grenzsollwertes, wie
unterhalb von etwa 1,2 mA oder oberhalb von 2,1 mA, b) oberhalb
des Obergrenzwertes, wie von etwa 6 mA, oder c) unterhalb des Untergrenzwertes,
wie von etwa 0,1 mA, darstellt. Erfindungsgemäß wird
beim Erfassen einer Betriebsstörung des Grenzsignalgebers,
der Stellarmatur und/oder eines die Stellarmatur betätigenden
Antriebs durch den Mikroprozessor eine Notprozedur ausgeführt,
gemäß der ein Notsignal erzeugt und an einen dritten
oder gegebenenfalls weiteren Signalanschlusskontakt abgegeben wird.
Das Notsignal stellt die Betriebsstörung oberhalb und unterhalb
eines vorbestimmten Grenzsollwerts, wie unterhalb von etwa 1,2 mA
oder oberhalb von etwa 2,1 mA, oder oberhalb einer Obergrenze, wie
von etwa 6 mA, oder unterhalb einer Untergrenze, wie von etwa 0,1
mA, insbesondere 50 μA, dar.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird bei Erzeugung
eines Notsignals ein möglicherweise abzugebendes Endlagensignal
an den zweiten Signaleingangsanschluss überschrieben.
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Es
sei klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren
entsprechend der Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Grenzsignalgebers ausgeführt sein kann.
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Weitere
Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch
die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen
Grenzsignalgebers und einer pneumatisch angetriebenen Stellarmatur;
und
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2 ein
Blockschaltbild einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen
Grenzsignalgebers und einer pneumatisch betriebenen Stellarmatur.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Grenzsignalgebers 1 mit
einem Magnetventil 3 angedeutet, das zum Steuern eines pneumatischen
Stellantriebs 5 an letzteren angeschlossen ist. Der pneumatische
Stellantrieb 5 ist ein Schwenkantrieb, was durch die Kreispfeile
K angedeutet ist. Eine Stellwelle 7 des pneumatischen Stellantriebs 5 erstreckt
sich durch ein Stellantriebsgehäuse 9 hindurch
auf eine dem Stellventil 11 zugewandte Seite des Stellantriebsgehäuses 9.
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Auf
der dem Stellventil 11 abgewandten Seite des Stellantriebgehäuses 9 ragt
ein Stellwellenende 13 vor, an dem der erste Teil 15a eines
Positionssensors 15 angeordnet ist, der einen berührungslosen
Abgriff der Schwenkposition der Stellwelle 7 durch den
zweiten Teil 15b des Positionssensors 15 zulässt.
Der zweite Teil 15b des Positionssensors 15 ist
in einem geschlossenen eigensicher ausgebildeten Gehäuse 17 des
Grenzsignalgebers 1 angeordnet. Der erste Teil 15a liegt
außerhalb des Gehäuses 17. Der Positionssensor
kann als Näherungsschalter oder als analog arbeitender
Hall-Sensor ausgeführt sein.
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Das
Magnetventil 3 ist an eine konstante 24 V-Versorgungsspannung 19 über
eine Versorgungsleitung 21 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 21 verläuft über
einen Eingangsanschluss 23 in das Gehäuse 17 des
Grenzsignalgebers 1 und verlässt dasselbe Gehäuse 17 an
einem Ausgangsanschluss 25, von dem sie direkt mit dem
Magnetventil 3 verbunden ist. Ein Auf-/Zu-Schalter 27 zum Öffnen
und Unterbrechen der Versorgungsleitung 21 ist innerhalb
des Gehäuses 17 des Grenzsignalgebers 1 angeordnet. Die
Versorgungsleitung 21 dient ausschließlich zur elektrischen
Energieversorgung des Magnetventils 3.
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Das
Magnetventil 3 steht in pneumatischer Verbindung mit einer
6-bar-Druckquelle 29, welche eine Druckbeaufschlagung des
pneumatischen Stellantriebs 5 nur dann zulässt,
wenn an dem Magnetventil 3 die 24 V-Versorgungsspannung 19 auch
anliegt. In dieser „normalen” Betriebssituation
des pneumatischen Stellantriebs befindet sich das Stellventil 11 in
einer Betriebsstellung, die häufig durch ein vollständiges Öffnen
einer nicht dargestellten Fluidleitung einer Prozessanlage definiert
ist. Das Stellventil 11 soll bei einem Störfall
der prozesstechnischen Anlage (nicht dargestellt) üblicherweise
selbsttätig in eine Sicherheitsstellung verfahren, wobei
für das Verfahren in die Sicherheitsstellung gespeicherte interne
Federkräfte des Stellantriebs 5 genutzt werden.
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Sollte
nun die 24 V-Spannung ausfallen oder die Versorgungsleitung 21 durch
Betätigen des Schalters 27 unterbrochen werden,
entlüftet das Magnetventil 3 den pneumatischen
Stellantrieb 5 von der pneumatischen Drückquelle 29,
so dass das Stellventil 11 durch die Federkräfte
in die gewünschte Sicherheitsposition verfährt.
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Der
Grenzsignalgeber 1 hat einen einzigen Energieeingangsanschluss 33,
der an eine konstante Spannungssignalversorgung von 7 bis 8 V anliegt. Die
konstante Spannung von 7 bis 8 V wird von einem Trennschaltverstärker 35 bereitgestellt.
Der Eingangsanschluss 33 ist über eine Energieleitung 37 an eine
grenzsignalgeberinterne Leistungsversorgungseinrichtung 39 angeschlossen,
die auch als Netzteil ausgebildet sein kann. Die Leistungsversorgungseinrichtung 15 empfängt
die einzige Betriebsenergie für sämtliche elektrische
Verbraucher des Grenzsignalgebers 1 nur über den
Energieeingangsanschluss 33 von dem Trennschaltverstärker 35.
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In
dem Blockschaltbild des Grenzsignalgebers 1 sind zwei Pfeiltypen
verwendet, ein Pfeiltyp mit gefülltem Pfeilkopf und ein
anderer Pfeiltyp mit zwei Linienpfeilschenkeln. Die Pfeile mit gefülltem
Pfeilkopf stellen den elektrischen Energieversorgungsfluss der jeweiligen
Bauteile des Grenzsignalgebers 1 dar. Die Pfeile mit Linienpfeilschenkeln
stellen ausschließlich mögliche elektrische Signalübertragungsvorgänge
dar.
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Die
Leistungsversorgungseinrichtung 15 betreibt energetisch
nicht nur einen Mikrorechner oder Mikroprozessor 41 des
Grenzsignalgebers 1 über eine Energieleitung 43,
sondern auch eine visuelle Anzeige 45 für Bedienpersonal.
Der Mikrorechner 41 erhält auch Positionssignale
der Stellwelle 7 von dem Positionssensor 15 über
eine Kommunikationsleitung 49. Ebenso erhält der
Mikrorechner 41 von einem Betätigungselement 51 Funktionsparameter,
wie die Definition der zu ermittelnden Endkontakte des Grenzsignalgebers 1,
Aktivierungssignale zur Durchführung von Diagnosen, etc.
Das Betätigungselement 51 kann als Drehknopf oder
Druckknopf ausgeführt sein und ist von außerhalb
des Gehäuses 17 des Grenzsignalgebers 1 manuell
betätigbar. Wie in 1 dargestellt
ist, besteht eine Kommunikationsleitung 53 zwischen dem
Betätigungselement 51 und dem Mikrorechner 41.
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Außerdem
ist der Mikrorechner 41 mit dem Auf-/Zu-Schalter 27 über
einen Optokoppler 55 verbunden. Mittels des Optokopplers 55 kann
der Mikrorechner während der Inbetriebnahme oder zu weiteren
Diagnosezwecken das Magnetventil, schalten um beispielsweise die
Endlagen zu detektieren, Verzugszeiten oder Laufzeiten zu bestimmen.
Auch bei Ausfall der Energieversorgung des Grenzsignalgebers an
Anschluss 33 bleibt die Signalversorgung des Magnetventils
davon jedoch unberührt.
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Befindet
sich das Stellventil 11 in einer normalen Betriebssituation,
d. h. das Magnetventil 3 lässt einen pneumatischen
Druck von 6 bar in dem pneumatischen Antrieb 5 zu, so dass
ein selbständiges federgetriebenes Verfahren in die Verschlussstellung
verhindert wird, wird die „normale” Position des
Stellventils 11 von dem Positionssensor 15 erfasst
und ein entsprechendes Positionssignal über die Kommunikationsleitung 49 an
den Mikrorechner 41 übermittelt. Entsprechend
dem Positionssignal gibt der Mikrorechner 41 über
die Kommunikationsleitung 65 ein Signal unter 1,2 mA und über
die Kommunikationsleitung 67 ein Signal über 2,1
mA ab, wodurch an den Anschlüssen 33, 65 entsprechende
binäre Grenzsignalkontakte abgreifbar sind, nach denen
sich das Stellventil in der normalen Betriebsstellung und sich nicht
in der Notstellung befindet.
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Kommt
es zu einem gefährlichen Störfall der verfahrenstechnischen
Anlage, bei dem die 24 V-Spannung nicht mehr an dem Magnetventil 3 anliegt
und der pneumatische Antrieb 5 entlüftet wird, wird
das Stellventil 11 in dessen Notposition geschwenkt, was
der Positionssensor 15 erfasst und dem Mikrorechner 41 mitteilt.
Mit Hilfe der energetischen Versorgung über den Schaltverstärker 35 gibt der
Mikrorechner 41 entsprechende Positionssignale an die Eingangsanschlüsse 33, 61 ab,
wodurch wieder sowohl ein Stromsignal unter 1,2 mA an dem einen
Anschluss 65, als auch ein 2,1 mA an dem anderen Anschluss 31 abgreifbar
ist. Auf diese Weise ist es möglich, die genaue Position
des Stellventils redundant auch dann mit Sicherheit feststellen
zu können, wenn die Spannungsversorgung der 24 V unterbrochen
ist.
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Der
Grenzsignalgeber 1 hat einen weiteren Signaleingangsanschluss 61,
der mit einem Trennschaltverstärker 63 verbunden
ist, der ein konstantes Spannungssignal von 7 bis 8 V an dem Signaleingangsanschluss 61 anlegt.
Die Signaleingangsanschlüsse 33, 61 sowie
die damit verbundenen Trennschaltverstärker 35, 63 sind
als sogenannte Namurkontakte bekannt. Der Signaleingangsanschluss 61 dient
nicht zur Energieversorgung elektrischer Verbraucher des Grenzsignalgebers 1 sondern
zur Erzeugung eines binären Informationssignals über
die Funktionsweise des Grenzsignalgebers 1.
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Der
Mikrorechner 41 gibt über beide Eingangsanschlüsse 33, 61 Binärsignale
an eine nicht dargestellte Leitwarte ab, um anzugeben, ob sich das Stellventil 11 in
der vordefinierten Grenzlage befindet. Über die Eingangsanschlüsse 33, 61 werden entweder
Ströme von weniger als 1,2 mA oder über 2,1 mA
erzeugt, welche den zwei unterschiedlichen Binärzuständen
entsprechen.
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Sollte
es zu einem Leitungsbruch bzw. einem Leitungskurzschluss an dem
Grenzsignalgeber 1 kommen, ist der Trennschaltverstärker 35 dazu
ausgelegt, ein Notsignal in Form eines Stromsignals unter 0,1 mA
bzw. größer 6 mA zu detektieren und diesen Alarm
an die Leitwarte abzugeben.
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Der
Mikroprozessor 41 ist nun dazu ausgelegt, eine andere Betriebsstörung
am Grenzsignalgeber 1, also einer anderen als der Leitungsbruch
oder der Leitungskurzschluss, oder eine Betriebsstörung an
dem Stellventil 11, an dem pneumatischen Stellantrieb 5,
etc., zu signalisieren, indem an dem zweiten Signaleingangsanschluss 61 ein
Notsignal über die Kommunikationsleitung 65 abgegeben
wird, welches dem Leitungsbruch- und dem Leitungskurzschluss entsprechenden
Notsignal an dem Signaleingangsanschluss 33 vom Betrag
und der Signalstruktur entspricht. Auf diese Weise wird eine Bedienperson
oder der Leitwarte angezeigt, dass ein Fehler an der Gesamtanordnung
besteht. Anschließend kann eine Diagnoseroutine von dem
Mikrorechner 41 oder einer anderen Logikeinheit initiiert
werden, um den Fehlerursprung zu ermitteln.
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Der
Grenzsignalgeber 1 kann auch dessen Funktionsweise und/oder
die Funktionsweise des Magnetventils 3 sowie des pneumatischen
Stellantriebs 5 und des Stellventils 11 diagnostizieren.
Der Mikrorechner 41 kann entsprechend einer externen Steuerung über
das Betätigungselement 51 oder durch eigens ausgelöste
Routinen eine Diagnoseprozedur ausführen, indem der Auf-/Zu-Schalter 27 über den
Optokoppler 55 insbesondere kurzzeitig geöffnet wird.
Auf diese Weise wird das Magnetventil 3 entlüftet,
wodurch das Stellventil 11 aus der Normalstellung in die
Verschlussposition verfährt. Mit Hilfe des weiterhin energetisch
versorgten Mikrorechners 41 kann die gewünschte
Verschlussposition des Stellventils 11 überprüft
werden.
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In 2 ist
eine weitere erfindungsgemäße Ausführung
dargestellt, wobei für ähnliche oder identische
Bau- und Funktionsteile dieselben Bezugsziffern verwendet werden.
Die Anordnung gemäß 2 unterscheidet
sich von der gemäß 1 dadurch,
dass das Magnetventil 3 innerhalb des abgeschlossenen Gehäuses 17 des
Grenzsignalgebers 1 angeordnet ist. Insofern hat das Gehäuse 17 sowohl einen
Pneumatikeingang 71 als auch einen Pneumatikausgang 73,
der mit dem pneumatischen Stellantrieb 5 verbunden ist.
Auf diese Weise kann eine kompakte intelligente Grenzsignalgeberstruktur
mit dem Magnetventil 3 bereitgestellt werden. Des Weiteren
hat die Ausführung gemäß 2 einen
zweiten Mikrorechner 75, der ebenfalls von der Leistungsversorgungseinrichtung 39 energetisch
betrieben ist. Der zweite Mikrorechner 75 empfängt
sowohl Daten von dem ersten Mikrorechner 41 als auch überträgt er
Parameterdaten an den ersten Mikrorechner 41. Der zweite
Mikrorechner 75 ist mit dem Betätigungselement 51 verbunden.
Der zweite Mikrorechner 75 dient zur Abfrage des Betätigungselements 51 und wird
bei Nichtbetätigung des Betätigungselements 51 in
einem leistungsarmen Schlafmodus versetzt. Auf diese Weise ist die
Leistungsaufnahme des Grenzsignalgebers 1 niedrig.
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Die
Ausführung gemäß 2 ist außerdem mit
einem vierten elektrischen Signaleingangsanschluss 81,
der mit einem externen Schaltverstärker 83 verbunden
ist, der an dem Signalseingangsanschluss 81 eine 7 bis
8 V-Versorgungsspannung anlegt. Diese Versorgungsspannung dient
nur zur Signalübertragung und nicht zur Energieversorgung
der Verbraucher des Grenzsignalgebers 1.
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Über
den dritten Signaleingangsanschluss 81 können
vier Einzelsignale i1, i2,
i3, i4 abgegeben werden,
nämlich ein erstes Stromsignal i1,
das kleiner als 1,2 mA ist, ein zweites Stromsignal i2,
das größer als 2,1 mA ist, ein drittes Stromsignal
i3, das kleiner als 0,1 mA ist und ein viertes
Stromsignal i4, das größer
als 6 mA ist. Es werden also am dritten Signaleingangsanschluss
normierte Namurkontaktsignale bereitgestellt, um verschiedene Betriebsstörungszustände
voneinander individualisiert zu signalisieren. Dabei kann der Mikrorechner
derart programmiert sein, dass er für jede spezifische
Betriebsstörung ein jeweiliges Einzelsignal i1,
i2, i3 und i4 erzeugen und abgeben kann.
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An
dem zweiten Signaleingangsanschluss 61 können
ebenfalls zwei weitere Notsignale i5, i6 abgegeben werden, welche durch ein Stromsignal
kleiner als 0,1 mA und größer als 6 mA definiert
sind.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführung des Grenzsignalgebers
sind also sechs Betriebsstörungszustände über
die normierten Namurkontakte 61, 63, 81, 83 abgebbar,
welche bestimmte Betriebsstörungen der Gesamtanordnung
individualisieren können. Des Weiteren sind die Namurkontakte 33, 35 und 65, 63 dazu
geeignet das Einnehmen oder nicht Einnehmen der Endposition des
Stellventils sowie den Leitungsbruch als auch einen Leitungskurzschluss
anzugeben.
-
Sollte
eines der Notsignale an den Signaleingangsanschlüssen 33, 65, 81 anliegen,
kann eine Diagnoseroutine von den Mikrorechnern 41, 75 ausgeführt
werden, um die Ursache des Fehlers zu eruieren.
-
Um
noch weitere Betriebsstörungen individualisieren zu können,
können die einzelnen Notsignale i1 bis
i6 durch entsprechende Taktung und Frequenzabänderung
individualisiert sein.
-
Es
sei klar, dass die Energieversorgung der Verbraucher des Grenzsignalgebers 1 ausschließlich über
den Energieeingangsanschluss 23 und somit über
den Schaltverstärker 35 realisiert sei, der eine konstante
Spannung von 7 bis 8 V an den Energieeingangsanschluss 33 anlegt.
-
Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung
in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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- 1
- Grenzsignalgeber
- 3
- Magnetventil
- 5
- pneumatischer
Stellantrieb
- 7
- Stellwelle
- 9
- Stellantriebsgehäuse
- 11
- Stellventil
- 13
- Stellwellenende
- 15
- Positionssensor
- 15a,
b
- Teile
des Positionssensors
- 17
- Gehäuse
- 19
- 24
V-Versorgungsspannung
- 21
- Versorgungsleitung
- 23
- Eingangsanschluss
- 25
- Ausgangsanschluss
- 27
- Auf-/Zu-Schalter
- 29
- 6
bar-Druckquelle
- 33
- Energieeingangsanschluss
- 35
- Schaltverstärker
- 37
- Energieleitung
- 39
- Leistungsversorgungseinrichtung
- 41
- Mikroprozessor
- 43
- Energieleitung
- 49
- Kommunikationsleitung
- 51
- Betätigungselement
- 53
- Kommunikationsleitung
- 55
- Optokoppler
- 61
- Signaleingangsanschluss
- 63
- Trennschaltverstärker
- 65,
76
- Kommunikationsleitung
- 71
- Pneumatikeingang
- 73
- Pneumatikausgang
- 75
- Mikrorechner
- 81
- Signaleingangsanschluss
- 83
- Schaltverstärker
- K
- Kreispfeil
- i1 bis i6
- Notsignale
gemäß Namur-Kontakt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006049651
A1 [0004]
- - EP 1730611 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm „IEC69047-5-6” [0003]
- - Norm EN 60947-5-6 [0003]
- - Norm EN 60947-5-6 [0011]