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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Selbsttest pneumatischer Antriebe mit einem Stellungsregler.
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Einfach wirkende pneumatische Antriebe verfügen in der Regel über mehrere Federn, welche die für die Rückstellung des Antriebs erforderliche Gegenkraft zur pneumatischen Antriebskraft liefern. Bricht eine Feder oder lässt die Kraft der Federn durch Korrosion im Laufe der Zeit nach, so funktioniert der Antrieb zwar weiterhin, unter Umständen kann das Dichtschliessen eines damit betriebenen Stellventils aber nicht mehr sichergestellt werden. Eine weitergehende Störung, z. B. wenn noch eine Feder bricht oder sich die Ventilreibung erhöht, kann zum Totalausfall mit schwerwiegenden Folgen führen, da der Antrieb ein Ventil möglicherweise in einer Notsituation nicht mehr dicht schliessen kann. Derartige Ausfälle müssen durch routinemässige, vorsorgliche Wartungsarbeiten, die sehr aufwendig sind, vermieden werden.
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Darüber hinaus werden derartige pneumatische Antriebe zur Betätigung von Sicherheitsventilen eingesetzt, die Regelventilen beigeordnet sind. Dabei ist das Regelventil zur Erfüllung einer regelungstechnischen Aufgabe eingerichtet, während das beigeordnete Sicherheitsventil die verfahrenstechnische Anlage bei Ausfall des Regelventils in einen sicheren Zustand verfährt. Das bedeutet, dass das beigeordnete Sicherheitsventil über längere Zeiträume ruht und nicht betätigt wird. Dabei besteht die Gefahr, dass das beigeordnete Sicherheitsventil just zum Zeitpunkt einer Bedarfsanforderung versagt. Daher besteht ein Bedarf zur Überprüfung des Zustands der Betriebsfähigkeit des beigeordneten Sicherheitsventils und seines pneumatischen Antriebs.
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Aus der
WO 9802685 A1 ist eine Einrichtung zum Selbsttest pneumatischer Antriebe bekannt, bei der die Reaktionszeit des Antriebselements auf eine Ventilbetätigung gemessen und mit einem Referenzwert zur Ermittlung einer Abweichung verglichen wird.
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In der
US 6,089,269 A ist ein Verfahren zum Selbsttest pneumatischer Antriebe beschrieben, bei dem eine Selbstteststeuereinrichtung mit einem Selbstteststeuersignal vorgegebener Dauer beaufschlagt wird. Mit einem variablen Zeitgeber werden für unterschiedliche Ventile die Testzeiten angepasst.
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Ferner ist in der
DE 10 2007 029 148 A1 ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit von Armaturen, insbesondere von Sicherheitsarmaturen, in verfahrenstechnischen Anlagen bekannt, bei dem zur Vermeidung der Beeinflussung des technischen Prozesses vor dem Start der Durchführung der Partial Stroke Prüfung ein Anforderungssignal von der Testeinrichtung an die Steuerungseinrichtung gesendet wird. Durch die Steuerungseinrichtung wird zumindest auf Anforderung ein Freigabesignal abgegeben, wobei das Freigabesignal in Abhängigkeit vom aktuellen prozessualen Ablauf an der Armatur erteilt wird. Bis zum Vorliegen des Freigabesignals wird die Prüfung unterlassen. Dadurch wird erreicht, dass die Prüfung stets nur dann vorgenommen wird, wenn der technische Prozess nicht beeinträchtig wird.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2007 034 060 A1 eine Stelleinrichtung für ein Auf/Zu-Ventil mit einem pneumatischen Antrieb bekannt, der in Abhängigkeit von dem Vorliegen oder Nichtvorliegen einer von einem Leitsystem lieferbaren Steuerspannung belüftet oder entlüftet wird und das Ventil bei Belüftung in eine Betriebsstellung und bei Entlüftung in eine Sicherheitsstellung bewegt, und mit einem elektro-pneumatischen Stellungsregler, der zur Durchführung eines Partial-Stroke-Tests das Ventil kurzzeitig über einen Teil seines Stellweges in eine Soll-Position bewegt, dabei die Ist-Position des Ventils erfasst und in Abhängigkeit von der Ist-Position und der Soll-Position eine pneumatische Stellgrösse für den pneumatischen Antrieb erzeugt. Dabei ist der Stellungsregler stromversorgungsseitig an der von dem Leitsystem lieferbaren Steuerspannung angeschlossen und dazu ausgebildet, bei Ausfall der Stromversorgung den pneumatischen Antrieb zu entlüften, wobei in dem Stellungsregler eine Routine zur Durchführung des Partial-Stroke-Tests sowie ein Wert für die Soll-Position des Ventils in der Betriebsstellung hinterlegt sind.
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Aus der
WO 2009/013184 A1 ist eine weitere Stelleinrichtung für ein Auf/Zu-Ventil mit einem pneumatischen Antrieb bekannt, der über ein Magnetventil an einer Druckluftversorgung angeschlossen ist, wobei das Magnetventil bei Ansteuerung mit einer Steuerspannung den pneumatischen Antrieb mit der Druckluft belüftet und bei Nichtvorhandensein der Steuerspannung den pneumatischen Antrieb entlüftet und wobei der pneumatische Antrieb das Ventil bei Belüftung in eine Betriebsstellung und bei Entlüftung in eine Sicherheitsstellung bewegt. Die Stelleinrichtung weist einen steuerbaren Schalter auf, der im Ruhezustand geschlossen ist und dabei die Steuerspannung dem Magnetventil zuführt und durch ein zur Durchführung des Partial-Stroke-Tests erzeugtes Steuersignal geöffnet wird, wobei das Steuersignal dem steuerbaren Schalter über einen Positionsschalter zugeführt wird, der in der Betriebsstellung des Ventils geschlossen ist und geöffnet wird, wenn das Ventil eine vorgegebene Position in Richtung der Sicherheitsstellung erreicht.
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Zusätzliche Magnetventile erhöhen den Aufwand und verringern die Zuverlässigkeit der Testeinrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Selbsttest pneumatischer Antriebe mit einem Stellungsregler anzugeben, dass auf zusätzlichen Aufwand verzichtet und zuverlässig bei möglichst geringer Beeinflussung des technischen Prozesses abläuft.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht aus von einem pneumatischen Antrieb zur Betätigung eines Stellgliedes mit einem Stellungsregler, der ausgebildet ist, ein Selbstteststeuersignal zu empfangen und die tatsächliche Position des Stellgliedes zu erfassen.
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Das Stellglied soll zum Selbsttest des pneumatischen Antriebs um einen vorgegebenen Testhub bewegt werden. Dazu wird dem Stellungsregler als Sollwert ein Sollhub vorgegeben, der größer ist als der Testhub. Der pneumatische Antrieb verfährt das Stellglied aus seiner Ruhelage in Richtung Sollhub. Im ordnungsgemäßen Zustand erreicht der pneumatische Antrieb dabei auf seinem Verfahrweg den Testhub. Bei Erreichen des vorgegebenen Testhubs wird der Selbsttest beendet und der pneumatische Antrieb unverzüglich in die Ruhelage zurückverfahren.
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Durch die Wahl eines den Testhub übersteigenden Sollhubs wird bei einem gegebenen gattungsgemäßen Antrieb eine kurze Zeit vom Testbeginn bis zum Erreichen des Testhubs erreicht. im Zusammenwirken mit der unverzüglichen Rücksteuerung in die Ruhelage nach Erreichen des Testhubs wird insgesamt eine kurze Testzeit und damit geringe Beeinflussung des technischen Prozesses erreicht.
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Soweit der vorgegebene Testhub in einer vorgegebenen Sollzeit erreicht wird, gilt der Selbsttest als erfolgreich bestanden. Der bestandene Selbsttest wird in eine übergeordnete Einrichtung gemeldet.
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Falls der vorgegebene Testhub in der vorgegebenen Sollzeit nicht erreicht wird, gilt der Selbsttest als fehlgeschlagen. Der fehlgeschlagene Selbsttest wird in eine übergeordnete Einrichtung alarmiert.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines als Hubantrieb ausgeführten Stellantriebs an einem Prozessventil
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2 eine Prinzipdarstellung eines Zeitverlaufs eines Selbsttests
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In der 1 ist eine fragmentarisch angedeutete Rohrleitung 1 einer nicht weiter dargestellten verfahrenstechnischen Anlage ein Prozessventil 2 als Stellorgan eingebaut. Das Prozessventil 2 weist in seinem Inneren einen mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkenden Schließkörper 4 zur Steuerung der Menge durchtretenden Prozessmediums 5 auf. Der Schließkörper 4 wird von einem pneumatischen Stellantrieb 6 über eine Hubstange 7 linear betätigt. Der Stellantrieb 6 ist über ein Joch 8 mit dem Prozessventil 2 verbunden. An dem Joch 8 ist ein digitaler Stellungsregler 9 angebracht. Über einen Positionsaufnehmer 10 wird der Hub der Hubstange 7 in den Stellungsregler 9 gemeldet. Der erfasste Hub wird mit dem über eine Kommunikationsschnittstelle 11 zugeführten Sollwert in einer Steuerelektronik 18 verglichen und der Stellantrieb 6 in Abhängigkeit von der ermittelten Regelabweichung angesteuert. Die Steuerelektronik 18 des Stellungsreglers 9 bedient einen I/P-Umsetzer Zur Umsetzung einer elektrischen Regelabweichung in einen adäquaten Steuerdruck auf. Der I/P-Umsetzer des Stellungsreglers 9 ist über eine Druckmittelzuführung 19 mit dem Stellantrieb 6 verbunden.
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Der Ablauf des Selbsttests wird anhand von 2 beschrieben, die eine Prinzipdarstellung dessen Zeitverlaufs eines im Ruhezustand geschlossenen Prozessventils zeigt, das zum Zwecke des Selbsttests teilweise geöffnet wird. Ein im Ruhezustand offenes Prozessventil wird zum Zwecke des Selbsttests teilweise geschlossen.
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Zum Startzeitpunkt T0 wird auf ein Selbstteststeuersignal ST der Selbsttest gestartet, bei dem der pneumatische Antrieb innerhalb einer vorgegebenen Sollzeit, beginnend mit dem Startzeitpunkt T0 und endend mit dem Sollzeitpunkt TS um einen vorgegebenen Testhub HT bewegt werden soll. Dazu wird dem Stellungsregler als Sollwert ein Sollhub HS vorgegeben, der größer ist als der Testhub HT. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Sollhub HS doppelt so groß wie der Testhub HT ist, HS = 2*HT. Der pneumatische Antrieb verfährt das Stellglied aus seiner Ruhelage in Richtung des Sollhubs HS. Im ordnungsgemäßen Zustand des erreicht der pneumatische Antrieb dabei auf seinem Verfahrweg zum Testzeitpunkt TT den Testhub HT. Bei Erreichen des vorgegebenen Testhubs HT wird der Selbsttest beendet und der pneumatische Antrieb unverzüglich in die Ruhelage zurückverfahren.
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Soweit der vorgegebene Testhub HT in einer vorgegebenen Sollzeit erreicht wird, gilt der Selbsttest als erfolgreich bestanden. Das ist der Fall, wenn der Testzeitpunkt TT vor oder auf dem Sollzeitpunkt TS liegt. Der bestandene Selbsttest wird in eine übergeordnete Einrichtung gemeldet.
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Falls der vorgegebene Testhub HT in der vorgegebenen Sollzeit nicht erreicht wird, gilt der Selbsttest als fehlgeschlagen. Das ist der Fall, wenn der Testzeitpunkt TT nach dem Sollzeitpunkt TS liegt. Der fehlgeschlagene Selbsttest wird in eine übergeordnete Einrichtung alarmiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anfahrzeitüberwachung vorgesehen, bei der geprüft wird, ob der pneumatische Antrieb innerhalb einer vorgegebenen Anfahrzeit überhaupt verfährt. Dazu wird ausgehend vom Startzeitpunkt T0 zu einem Anfahrzeitprüfpunkt TA geprüft, ob der Antrieb mindestens den Anfahrhub HA erreicht hat.
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Falls der vorgegebene Anfahrhub HA bis zum vorgegebenen Anfahrzeitprüfpunkt TA nicht erreicht wird, gilt der Selbsttest als fehlgeschlagen. Der fehlgeschlagene Selbsttest wird in eine übergeordnete Einrichtung alarmiert.
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Durch die Anfahrzeitüberwachung wird vermieden, dass der Stellungsregler 9 bei einer Blockage des Stellantriebs 6 die Kammer des Stellantriebs 6 so lange mit Luft befüllt, bis der vorhandene Druck ausreicht, um das Prozessventil 2 komplett zu schließen. Es steht aber noch offen, da der Stellantrieb 6 blockiert ist. Jetzt wird der Druck noch etwas erhöht, die Blockade wird überwunden und aufgrund des hohen Drucks wird das Prozessventil 2 in kürzester Zeit vollständig geschlossen, ohne dass der Stellungsregler 9 noch reagieren kann. Das komplette Schließen soll auf jeden Fall vermieden werden. Die Zeit bis zum Anfahrzeitprüfpunkt TA wird so konfiguriert, dass der Stellantrieb 6 selbst bei voller Luftleistung nicht geschlossen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrleitung
- 2
- Prozessventil
- 3
- Ventilsitz
- 4
- Schließkörper
- 5
- Prozessmedium
- 6
- Stellantrieb
- 7
- Ventilstange
- 8
- Joch
- 9
- Stellungsregler
- 10
- Positionsaufnehmer
- 11
- Kommunikationsschnittstelle
- 12
- Schwenkwinkel
- 13
- Welle
- 18
- Steuerelektronik
- 19
- Druckmittelzuführung
- HA
- Anfahrhub
- HS
- Sollhub
- HT
- Testhub
- ST
- Selbstteststeuersignal
- T0
- Startzeitpunkt
- TA
- Anfahrzeitprüfpunkt
- TS
- Sollzeitpunkt
- TT
- Testzeitpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9802685 A1 [0004]
- US 6089269 A [0005]
- DE 102007029148 A1 [0006]
- DE 102007034060 A1 [0007]
- WO 2009/013184 A1 [0008]
