DE102014013245A1

DE102014013245A1 - Elektromagnetischer Stellantrieb für ein Magnetventil, Ventilinsel mit zumindest einem Magnetventil und Modulanordnung

Info

Publication number: DE102014013245A1
Application number: DE102014013245.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Bennek; Kai-Ulrich Seifer; Heiko Kurtz; Wolfgang Hess; Andreas Grau
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: DE202013007990U1; US9416891B2; CN104421485A; DE102014013245B4; CN104421485B; US20150069280A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb für ein Magnetventil, eine Ventilinsel mit zumindest einem Magnetventil und eine Modulanordnung. Der elektromagentische Stellantrieb umfasst eine Magnetspule und einen ersten elektrischen Anschluss, welcher dazu eingerichtet ist, ein die Schaltstellung des elektromagnetischen Stellantriebs bestimmendes Steuersignal zu empfangen. Es gibt einen direkt an dem elektromagnetischen Stellantrieb vorhandenen, gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss, wobei die Magnetspule und der erste elektrische Anschluss über eine elektrische Verbindung gekoppelt sind, die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb für ein Magnetventil. Außerdem betrifft die Erfindung eine Ventilinsel, umfassend zumindest ein Magnetventil mit zumindest einer Magnetspule. Schließlich betrifft die Erfindung eine Modulanordnung, umfassend eine Mehrzahl von entlang einer Reihenrichtung nebeneinander angeordneten Modulen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Elektromagnetische Stellantriebe werden für Magnetventile in vielen Bereichen der Prozess- und Fertigungsautomatisierung eingesetzt. Vielfach werden mehrere Magnetventile in einer Ventilinsel oder in einem Ventilblock zusammengefasst, beispielsweise zur elektropneumatischen Prozesssteuerung. Ventile in einer Ventilinsel werden typischerweise über einen Feldbus oder durch Einzelanschaltung gesteuert. Tritt in der Ansteuerung der Ventilinsel, beispielsweise auf dem Feldbus, ein Fehler auf, so ist es bei einer Bus-gesteuerten Ventilinsel technisch problematisch oder gar unmöglich, einzelne Ventile sicher abzuschalten oder in einen sicheren Betriebszustand zu versetzten. Dies ist jedoch wünschenswert, um im Fehlerfall eine ausgelöste Schutzmaßnahme innerhalb der Prozesskette sicher durchführen zu können.
Aus der EP 2 026 156 B1 ist eine Modulanordnung, bestehend aus Magnetventilen, Sensormodulen, Zwischenmodulen, etc., bekannt, welche außerdem ein Sicherheitsmodul umfasst. Dieses unterbricht die Stromversorgung einer sich an das Sicherheitsmodul direkt anschließenden Teilgruppe von Modulen der Anordnung, die so im Fehlerfall abgeschaltet werden können. Eine Abschaltung einzelner Module ist jedoch nicht vorgesehen. Außerdem wird auch das Sicherheitsmodul über den Bus der Modulanordnung angesteuert. Tritt auf dem Bus ein Fehler auf, so ist keine sichere Abschaltung möglich.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten elektromagnetischen Stellantrieb, eine verbesserte Ventilinsel und eine verbesserte Modulanordnung anzugeben, welche die im Stand der Technik vorhandenen Probleme zumindest teilweise überwinden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein elektromagnetischer Stellantrieb für ein Magnetventil angegeben. Dieser umfasst eine Magnetspule und einen ersten elektrischen Anschluss, welcher dazu eingerichtet ist ein Steuersignal zu empfangen, welches die Schaltstellung des elektromagnetischen Stellantriebs bestimmt. Der elektromagnetische Stellantrieb umfasst außerdem einen direkt an diesem Stellantrieb vorhandenen und gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss. Die Magnetspule und der erste elektrische Anschluss sind über eine elektrische Verbindung gekoppelt, die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochen ist. Bei den beiden separaten elektrischen Anschlüssen kann es sich insbesondere um räumlich und baulich getrennte Anschlussstecker handeln.
Mit anderen Worten ist die Versorgungsleitung der Magnetspule an dem zweiten elektrischen Anschluss aus einem Gehäuse des elektromagnetischen Stellantriebs herausgeführt und an diesem Anschluss unterbrochen. So wird die Möglichkeit geschaffen, den Stellantrieb unabhängig von den an dem ersten elektrischen Anschluss empfangenen Steuersignalen in einen sicheren Betriebszustand zu versetzten, indem die Stromversorgung der Magnetspule unterbrochen wird. Zu diesem Zweck kann insbesondere ein externer Schalter mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden sein. Im Normalbetrieb ist dieser geschlossen, so dass die Ansteuerung des Stellantriebs beispielsweise über eine Feldbusanschaltung oder durch Einzelanschaltung erfolgen kann. Die entsprechenden Steuersignale werden an dem ersten elektrischen Anschluss empfangen. Im Fehlerfall oder bei Auslösen einer Sicherheitskette, kann die Spannungsversorgung der Magnetspule mit Hilfe einer an den zweiten elektrischen Anschluss gekoppelten Sicherheitsschaltung unterbrochen werden. Durch die Reihenschaltung des externen Schalters mit der elektrischen Standardverbindung, ist im Fehlerfall garantiert, dass der elektromagnetische Stellantrieb in einen sicheren Betriebszustand versetzt wird. Dies geschieht vorteilhaft unabhängig von der im Normalbetrieb verwendeten Prozesssteuerung.
Der elektromagnetische Stellantrieb gemäß Aspekten der Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, vorhandene Installationen oder Anlagen im Hinblick auf ihre Sicherheitstechnik und Sicherheitsanforderungen um- bzw. aufzurüsten. Zu diesem Zweck kann ein herkömmlicher elektromagnetischer Stellantrieb einfach gegen einen elektromagnetischen Stellantrieb gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung ausgetauscht werden. Weitere Umbauten der Installation sind nicht notwendig. Durch den zusätzlichen elektrischen Anschluss kann problemlos für einzelne Magnetventile eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen werden, ohne dass dies weitere Maßnahmen nach sich zieht. Vorteilhaft kann beispielsweise auf zusätzlich zu montierende Klemmstellen oder Kabelköpfe verzichtet werden. Dies erleichtert die Um- und Aufrüstung bestehender Anlagen erheblich, und führt zu einem, im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, wesentlich verringerten Montageaufwand.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektromagnetische Stellantrieb außerdem ein Gehäuse, in dessen Innenraum die Magnetspule angeordnet ist. Der erste und der zweite elektrische Anschluss, bei denen es sich insbesondere um einen ersten und einen zweiten Stecker handelt, sind direkt an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Insbesondere sind der erste und der zweite elektrische Anschluss an unterschiedlichen Positionen an dem elektromagnetischen Stellantrieb, insbesondere an unterschiedlichen Orten an dem Gehäuse des elektromagnetischen Stellantriebs, angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss ist also ein gewisser Abstand vorgesehen.
Eine weitere Ausführungsform des elektromagnetischen Stellantriebs umfasst einen externen Schalter, welcher außerhalb eines Gehäuses des elektromagnetischen Stellantriebs angeordnet ist. Der externe Schalter ist mit dem zweiten elektrischen Anschluss so gekoppelt, dass er mit der Magnetspule und dem ersten elektrischen Anschluss eine Reihenschaltung bildet. Er ist außerdem dazu eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschluss und der Magnetspule abhängig von seiner Schalterstellung zu schließen oder zu unterbrechen. Bevorzugt ist der externe Schalter potentialfrei.
Der externe Schalter kann so eingerichtet sein, dass er von einer angelegten Spannung im geschlossen Zustand gehalten wird. Ist diese nicht mehr angelegt oder fällt unter einen vorgegebenen Grenzwert, öffnet der Schalter. Ebenso ist es möglich, einen Schalter zu verwenden, der bei angelegter Spannung in den geschlossenen Zustand versetzt wird.
Die genannten Ausführungsform erlauben es, mithilfe einer externen Sicherheitsschaltung, welche ein entsprechendes Unterbrechersignal an den externen Schalter anlegt, einzelne Magnetventile, insbesondere innerhalb einer Ventilinsel oder innerhalb eines Ventilblocks, gezielt abzuschalten oder in einen sicheren Betriebszustand zu versetzten. Zu diesem Zweck ist der externe Schalter dazu ausgelegt, ein entsprechendes Unterbrechersignal von einer sicherheitsgerichteten Steuerungslogik zu empfangen.
insbesondere kann ein erster und ein zweiter Stecker verwendet werden, welche den ersten und den zweiten elektrischen Anschluss bilden, wobei die verwendeten Stecker unterschiedlicher Bauart sind. Während es sich bei dem ersten elektrischen Anschluss insbesondere um einen Bus-Stecker handeln kann, welcher dazu eingerichtet ist, Feldbussignale oder Signale zur Einzelansteuerung zu empfangen, kann es sich bei dem zweiten elektrischen Anschluss bzw. Stecker insbesondere um einen Rundstecker handeln. Beispielsweise können Rundstecker vom Typ M8 oder M12 verwendet werden.
Der elektromagnetische Stellantrieb ist insbesondere für Pilot- oder Steuerventile innerhalb einer Ventilinsel, einem Ventilblock oder in einem Steuerkopf geeignet. Eine im Fehlerfall ausgelöste Schutzmaßnahme kann so innerhalb der Prozesskette sicher erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der elektromagnetische Stellantrieb außerdem eine interne Steuerung, insbesondere eine Leistungssteuerung. Diese kann eingangsseitig mit dem ersten elektrischen Anschluss gekoppelt sein. Sie empfängt ein Steuersignal und gibt ausgangsseitig ein Leistungssignal an die Magnetspule aus. Die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochene elektrische Verbindung ist ein Teil einer elektrischen Verbindungsstrecke zwischen dem Ausgang der internen Steuerung und der Magnetspule. Indem die an dem zweiten elektrischen Anschluss vorgesehene Unterbrechung im Leistungsteil der genannten Schaltung erfolgt, kann eine sichere Abschaltung auch dann vorgenommen werden, wenn die interne Steuerung, beispielsweise bedingt durch einen Fehler auf dem internen Bus, eine Fehlfunktion zeigt. Diese Konstruktion des elektromagnetischen Stellantriebs verbessert die Zuverlässigkeit der Abschaltung im Fehlerfall.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Ventilinsel, umfassend zumindest ein Magnetventil mit zumindest einer Magnetspule, angegeben. Die Ventilinsel umfasst einen ersten elektrischen Anschluss, welcher dazu eingerichtet ist, ein die Schaltstellung des zumindest einen Magnetventils bestimmendes Steuersignal zu empfangen. Die Ventilinsel umfasst außerdem einen direkt an dem Magnetventil angeordneten, gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten, zweiten elektrischen Anschluss. Die Magnetspule des zumindest einen Ventils und der erste elektrische Anschluss sind über eine elektrische Verbindung gekoppelt, die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Magnetventil um ein Pilot- oder Steuerventil innerhalb der Ventilinsel.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ventilinsel aus einzelnen untereinander gekoppelten fluidischen Modulen aufgebaut. Jedes dieser Module weist ein Gehäuse auf, welches als Einzelgehäuse bezeichnet wird. Die Einzelgehäuse der Module bilden gemeinsam ein Gehäuse der Ventilinsel. Der erste und der zweite elektrische Anschluss, bei denen es sich insbesondere um einen ersten und einen zweiten Stecker handelt, sind direkt an einer Außenseite dieses gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Der erste und der zweite elektrische Anschluss können an unterschiedlichen Positionen bzw. Orten an diesem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Zwischen den beiden Anschlüssen ist also ein gewisser Abstand vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ventilinsel außerdem einen externen Schalter. Dieser ist so gekoppelt, dass er mit der Magnetspule und dem ersten elektrischen Anschluss eine Reihenschaltung bildet. Der externe Schalter ist außerdem dazu eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschluss an der Ventilinsel und der Magnetspule des zumindest einen Magnetventils abhängig von seiner Schalterstellung zu schließen oder zu unterbrechen. Der externe Schalter kann potentialfrei sein. Er kann außerdem so eingerichtet sein, dass er von einer angelegten Spannung im geschlossen Zustand gehalten wird. Sobald diese fehlt, öffnet der Schalter. Ebenso ist es jedoch möglich, einen Schalter zu verwenden, der bei angelegter Spannung in den geschlossenen Zustand versetzt wird. Der externe Schalter kann außerdem ein Teil einer externen Sicherheitsschaltung sein, welche zusätzlich eine sicherheitsgerichtete Steuerungslogik umfasst. Diese ist dazu eingerichtet, den Schaltzustand des Schalters entsprechend eines an diesen ausgegebenen Unterbrechersignals zu öffnen oder zu schließen.
Die Ventilinsel kann gemäß einer weiteren Ausführungsform aus einzelnen untereinander gekoppelten fluidischen Modulen aufgebaut sein. Die einzelnen Module können elektrisch und/oder fluidisch miteinander gekoppelt bzw. verbunden sein. Der zweite elektrische Anschluss, bei dem es sich insbesondere um einen Stecker handeln kann, kann direkt an der Außenseite des Gehäuses desjenigen Magnetventils angeordnet sein, welches mit der entsprechenden Sicherheitsfunktion ausgestattet werden soll. Der erste und der zweite elektrische Anschluss sind separat, was bedeutet, dass sie an unterschiedlichen Orten der Ventilinsel angeordnet sind. Insbesondere können der erste elektrische Anschluss an dem Einzelgehäuse eines Kopfmoduls der Ventilinsel und der zweite elektrische Anschluss direkt an dem Einzelgehäuse des Magnetventils, welches über die Möglichkeit einer Sicherheitsabschaltung verfügt, angeordnet sein.
Gemäß weiterer Ausführungsformen kann der erste elektrische Anschluss dazu eingerichtet sein, Feldbussignale oder Signale zur Einzelansteuerung für das zumindest eine Magnetventil zu empfangen. Der zweite elektrische Anschluss unterscheidet sich bzgl. seiner Bauart von dem ersten elektrischen Anschluss, insbesondere kann es sich um einen Rundstecker handeln. Geeignet sind Rundstecker beispielsweise vom Typ M8 oder M12.
Zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss, gleiches gilt für den ersten bzw. zweiten elektrischen Stecker, ist ein gewisser Abstand vorgesehen. Der erste und der zweite Stecker sind in sich abgeschlossen und baulich voneinander getrennt. Die Anschlüsse sind in diesem Sinne separat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ventilinsel ein Kopfmodul. An diesem kann der erste elektrische Anschluss angeordnet sein. Die an dem ersten elektrischen Anschluss empfangenen Steuersignale werden auf einem internen Bus zwischen den einzelnen Modulen der Ventilinsel kommuniziert. Der zweite elektrische Anschluss ist nicht an dem Kopfmodul, sondern direkt am Gehäuse des zumindest einen Magnetventils angeordnet.
Weitere Vorteile und Möglichkeiten zur Weiterbildung, die bereits im Hinblick auf den elektromagnetischen Stellantrieb erwähnt wurden, treffen in gleicher oder ähnlicher Weise auch auf die Ventilinsel zu, und sollen daher nicht wiederholt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, wird eine Modulanordnung angegeben. Es kann sich bei dieser um eine Ventilinsel oder einen Ventilblock handeln. Die Modulanordnung umfasst eine Mehrzahl von entlang einer Reihenrichtung nebeneinander angeordneten und untereinander elektrisch und fluidisch verbundenen Modulen. Zumindest eines dieser Module ist ein Magnetventil. Dieses kann mit einem elektromagnetischen Stellantrieb gemäß Aspekten der Erfindung versehen sein, und wird durch diesen angetrieben.
Die Modulanordnung bietet gleiche oder ähnliche Vorteile, die bereits im Hinblick auf den elektromagnetischen Stellantrieb und für die Ventilinsel erwähnt wurden. Außerdem kann die Modulanordnung entsprechend der im Hinblick auf den elektromagnetischen Stellantrieb und die Ventilinsel erwähnten Aspekte weitergebildet werden.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die Zeichnungen Bezug nehmen. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines elektromagnetischen Stellantriebs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine vereinfachte Seitenansicht eines Magnetventils, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
3 eine vereinfachte Prinzipskizze einer Ventilinsel, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines elektromagnetischen Stellantriebs 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser umfasst eine Magnetspule 4 zum Antrieb eines Kerns 6, welcher mit einer nicht dargestellten Ventilanordnung gekoppelt ist, um diese zu betätigen. An der Außenseite eines Gehäuses 8 des elektromagnetischen Stellantriebs 2 befindet sich ein erster elektrischer Anschluss 10 und in einem bestimmten Abstand dazu ein zweiter elektrischer Anschluss 12. Der erste und zweite elektrische Anschluss 10, 12 sind separat, d. h. sie befinden sich an unterschiedlichen Orten, bevorzugt an der Außenseite des Gehäuses 8. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss 10, 12 um separate Stecker. Beispielsweise kann der erste elektrische Anschluss 10 ein für eine Feldbusansteuerung oder Einzelanschaltung geeigneter mehrpoliger Busstecker sein. Bei dem zweiten elektrischen Anschluss 12 kann es sich insbesondere um einen Rundstecker, beispielsweise vom Typ M8 oder M12 handeln.
An den ersten elektrischen Anschluss 12 ist eine externe Stromquelle 14 gekoppelt. Diese wird so gesteuert, dass über den ersten elektrischen Anschluss 10 ein die Schaltstellung des elektromagnetischen Antriebs 2 bestimmendes Steuersignal empfangen wird. Insbesondere kann die externe Stromquelle 14 der Magnetspule 4 einen Steuerstrom zur Verfügung stellen, welcher den Schaltzustand eines mit dem Kern 6 gekoppelten Ventils bestimmt. Eine erste elektrische Verbindungsleitung 16 zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 10 und der Magnetspule 4 ist an dem zweiten elektrischen Anschluss 12 unterbrochen. Mit anderen Worten, führt ein erster Abschnitt 18 dieser ersten elektrischen Verbindungsleitung 16 von einem ersten Kontakt 20 des ersten elektrischen Anschlusses 10 zu einem ersten Kontakt 22 des zweiten elektrischen Anschlusses 12. Der zweite Kontakt 24 des ersten elektrischen Anschlusses 10 ist über eine zweite elektrische Verbindungsleitung 26 direkt mit der Magnetspule 4 gekoppelt. Ein zweiter Abschnitt 19 der ersten elektrischen Verbindungsleitung 16 verbindet einen zweiten Kontakt 28 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 mit der Magnetspule 4. Die Stromversorgung der Magnetspule 4 ist also zwischen den beiden Kontakten 22, 28 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 unterbrochen. Mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 ist ein externer Schalter 30 gekoppelt. Genauer gesagt ist dieser externe Schalter 30 auf einer Seite mit dem ersten Kontakt 22 und mit seiner gegenüberliegenden zweiten Seite mit dem zweiten Kontakt 28 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 gekoppelt.
Bei den zuvor genannten elektrischen Kopplungen kann es sich insbesondere um direkte elektrische Verbindungen bzw. Verbindungsleitungen handeln.
Die Schaltstellung des externen Schalters 30 wird durch ein Unterbrechersignal 32 gesteuert, welches von einer sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 34 an diesen ausgegeben wird. Der externe Schalter 30 bildet gemeinsam mit der Steuerungslogik 34 eine externe Sicherheitsschaltung. Sowohl der Schalter 30 als auch die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik 34 befinden sich außerhalb des Gehäuses 8 des elektromagnetischen Stellantriebs 2 und sind in diesem Sinne separat bzw. extern.
Der externe Schalter 30 ist insbesondere potentialfrei geführt. Er kann außerdem so eingerichtet sein, dass er von einer angelegten Spannung im geschlossen Zustand gehalten wird. Sobald diese fehlt, öffnet der Schalter 30.
Ebenso ist es möglich, dass der Schalter 30 so ausgelegt ist, dass er bei angelegter Spannung in den geschlossenen Zustand versetzt wird. Das von der sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 34 ausgegebene Unterbrechersignal 32 besteht also im ersten Fall darin, dass eine Spannung abgeschaltet wird. Im zweiten Fall wird als Unterbrechersignal 32 eine entsprechende Spannung an den Schalter 30 angelegt, so dass dieser öffnet.
Der in 1 gezeigte elektromagnetische Stellantrieb 2 dient der Umsetzung von Sicherheitsrichtlinien, insbesondere in einer elektropneumatischen Ansteuerung im Bereich der Prozess- und Fertigungsautomatisierung. So kann der Stellantrieb 2 insbesondere für Pilot- oder Steuerventile auf Ventilinseln, Ventilblöcken oder Steuerköpfen verwendet werden.
Vorteilhaft löst in einem Fehlerfall die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik 34 eine Schutzmaßnahme aus, indem sie das Unterbrechersignal 32 ausgibt. Dies hat zur Folge, dass der Schalter 30 öffnet, sodass die Stromzufuhr zu der Magnetspule 4 unterbrochen wird. So kann mit Hilfe des elektromagnetischen Stellantriebs 2 ein einzelnes Magnetventil, insbesondere innerhalb einer Ventilinsel oder innerhalb eines Ventilblocks, separat und sicher abgeschaltet werden. Im Normalbetrieb erfolgt die Ansteuerung des elektromagnetischen Stellantriebs 2 beispielsweise über eine Feldbusanschaltung oder Einzelanschaltung, deren Signale auf dem ersten elektrischen Anschluss 10 empfangen werden. Tritt auf der BUS-Steuerung ein Fehler auf, so ist es aufgrund des separaten zweiten elektrischen Anschlusses 12 möglich, mit Hilfe der separaten sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 34 den elektromagnetischen Stellantrieb 2 in einen sicheren Zustand zu versetzten. Die Abschaltung erfolgt vollkommen unabhängig von der BUS-Steuerung.
2 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht eines Magnetventils 40, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Magnetventil 40 ist mit einem elektromagnetischen Stellantrieb 2 gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele versehen.
Das Magnetventil 40 verfügt über fluidische Versorgungskanäle 42, welche sich bevorzugt in einer Reihenrichtung erstrecken, sodass eine Mehrzahl von einzelnen Modulen, wie beispielsweise das gezeigte Magnetventil 40, nebeneinander in dieser Reihenrichtung angeordnet und über die fluidischen Versorgungskanäle 42 versorgt werden können. Eine entsprechende Modulanordnung kann zusätzlich Versorgungs- und Sensormodule, Zwischenmodule, etc. umfassen. Außerdem ist das Magnetventil 40 mit fluidischen Anschlüssen 44 versehen, an welche beispielsweise Druckleitungen zur Prozesssteuerung angeschlossen werden können. Der elektromagnetische Stellantrieb 2 umfasst einen ersten elektrischen Anschluss 10, bei dem es sich gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 um einen Busanschluss handelt. Außerdem umfasst der elektromagnetische Stellantrieb 2 einen separaten zweiten Anschluss 12. An diesem kann, wie in 1 dargestellt, eine externe Sicherheitsschaltung, umfassend insbesondere einen externer Schalter 30, angeschlossen werden.
3 zeigt eine Ventilinsel 50, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in schematischer Ansicht. Die Ventilinsel 50 umfasst eine Mehrzahl von Modulen, beispielhaft ein Steuermodul 52, eine Sensormodul 54, ein Magnetventil 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein herkömmliches Magnetventil 56. Die gezeigte Anzahl und Konfiguration der Module 52, 54, 40 und 56 ist lediglich beispielhaft. Selbstverständlich kann die Ventilinsel 50 um weitere Module, beispielsweise zusätzliche Magnetventile, Sensormodule, Einspeisemodule, Zwischenmodule, etc. erweitert werden.
An dem Steuermodul 52 befindet sich ein erster elektrischer Anschluss 10, bei dem es sich ebenfalls beispielhaft um einen Busanschluss handelt. Dieser ist über eine externe Busleitung 58 mit einer Steuerungseinrichtung 60 gekoppelt. Die von der Steuerungseinrichtung 60 an dem ersten Anschluss 10 empfangenen Steuersignale werden auf einem internen Bus 62 zwischen den einzelnen Modulen 52, 54, 40 und 56 weitergeleitet. Außerdem umfasst das Steuermodul 52 einen elektrischen Versorgungsanschluss 64, welcher eine interne elektrische Versorgungsleitung 66 speist. Der Versorgungsanschluss 64 ist mit einer externen Stromquelle 14 gekoppelt. Über eine erste und eine zweite interne elektrische Versorgungsleitung 70, 68 werden die einzelnen Module 52, 54, 56 und 40 der Ventilinsel 50 mit der notwendigen Betriebsspannung versorgt.
Die elektromagnetischen Stellantriebe (nicht separat dargestellt) der einzelnen Module 40 sind mit einer internen Steuerung 55 versehen, welche eingangsseitig sowohl mit der internen Busleitung 62 als auch mit der internen elektrischen Versorgungsleitung 66 gekoppelt sind. In 3 ist dies beispielhaft für das Magnetventil 40 gezeigt. Auf der internen Busleitung 62 wird ein Steuersignal empfangen, so dass ausgangsseitig an der internen Steuerung 55 ein Leistungssteuersignal an die Magnetspule 4 ausgegeben werden kann. An dem zweiten elektrischen Anschluss 12 ist die elektrische Verbindungsstrecke zwischen dem Ausgang der internen Steuerung 55 und der Magnetspule 4 unterbrochen.
Mit anderen Worten ist der erste Kontakt 22 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 über den ersten Abschnitt 18 mit der ersten internen elektrischen Versorgungleitung 70 gekoppelt. Der zweite Kontakt 28 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 ist über den zweiten Abschnitt 19 mit der Magnetspule 4 gekoppelt. Die zweite Verbindungsleitung 26 koppelt die zweite interne Versorgungsleitung 68 direkt mit der Magnetspule 4. Die erwähnten Kopplungen können direkte elektrische Verbindungen sein. Sie können beispielsweise durch Leiterbahnen oder Kabel realisiert sein.
Bei dem Magnetventil 40 kann es sich insbesondere um ein Ventil mit einer sicherheitsrelevanten Funktion handeln. So kann der fluidische Anschluss 44 beispielsweise Druckleitungen versorgen, welche eine sicherheitsrelevante Funktion in einem Prozess- und Automatisierungssystem erfüllt. Im Gegensatz dazu handelt es sich beispielhaft bei dem Magnetventil 56 um ein herkömmliches Ventil ohne sicherheitsrelevante Funktion. Dies bedeutet, dass an seinem fluidischen Anschluss 44 eine nicht oder weniger sicherheitsrelevante Steuerung erfolgt. Aus diesem Grund ist das Magnetventil 56 nicht mit einem zweiten Anschluss 12 versehen und wird lediglich über die interne Busleitung 62 gesteuert.
Um das sicherheitsrelevante Magnetventil 40 auch bei einer Störung auf der internen Busleitung 62 zuverlässig in einen sicheren Betriebszustand versetzten zu können, ist mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 ein externer Schalter 30 verbunden, welcher Teil einer externen Sicherheitsschaltung ist. Dieser ist auf einer ersten Seite mit dem ersten Kontakt 22 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 und mit seiner gegenüberliegenden zweiten Seite mit dem zweiten Kontakt 28 des zweiten elektrischen Anschlusses 12 verbunden. Der Schaltzustand des externen Schalters 30 wird durch das Unterbrechersignal 32, welches von der sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 34 empfangen wird, bestimmt.
Bei der in 3 gezeigten Ventilinsel 50 kann mithilfe der externen sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 34, unabhängig von der Kommunikation auf der internen Busleitung 62, insbesondere in einem Störungsfall, das Magnetventil 40 separat abgeschaltet oder in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden, indem die Stromversorgung der zu der Magnetspule 4 unterbrochen wird. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, dass das Magnetventil 40 über einen separaten zweiten und direkt an dem Magnetventil 40 vorhandenen elektrischen Anschluss 12 verfügt, welcher unabhängig von der im Normalbetrieb über den ersten Anschluss 10 erfolgenden Steuerung ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2026156 B1 [0003]

Claims

Elektromagnetischer Stellantrieb für ein Magnetventil, umfassend eine Magnetspule und einen ersten elektrischen Anschluss, welcher dazu eingerichtet ist, ein die Schaltstellung des elektromagnetischen Stellantriebs bestimmendes Steuersignal zu empfangen, gekennzeichnet durch einen direkt an dem elektromagnetischen Stellantrieb vorhandenen, gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss, wobei die Magnetspule und der erste elektrische Anschluss über eine elektrische Verbindung gekoppelt sind, die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochen ist.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 1, außerdem ein Gehäuse umfassend, in dessen Innenraum die Magnetspule angeordnet ist, wobei der erste und der zweite elektrische Anschluss, bei denen es sich insbesondere um einen ersten und einen zweiten Stecker handelt, direkt an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet sind.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite elektrische Anschluss, bei denen es sich insbesondere um einen ersten und einen zweiten Stecker handelt, an unterschiedlichen Positionen an dem elektromagnetischen Stellantrieb, insbesondere an unterschiedlichen Orten an dem Gehäuse des elektromagnetischen Stellantriebs, angeordnet sind, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss ein Abstand vorhanden ist.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend einen externen Schalter, welcher außerhalb eines Gehäuses des elektromagnetischen Stellantriebs angeordnet und mit dem zweiten elektrischen Anschluss so gekoppelt ist, dass er mit der Magnetspule und dem ersten elektrischen Anschluss eine Reihenschaltung bildet, wobei der externe Schalter dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschluss und der Magnetspule, abhängig von seiner Schalterstellung, zu schließen oder zu unterbrechen.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 4, bei dem der externe Schalter ein Teil einer externen Sicherheitsschaltung ist, welche außerdem eine sicherheitsgerichtete Steuerungslogik umfasst, die den Schaltzustand des externen Schalters über ein Unterbrechersignal steuert.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der externe Schalter potentialfrei ist.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste elektrische Anschluss seiner Bauart nach dazu ausgelegt ist, Steuersignale eines Feldbus oder Steuersignale zur Einzelansteuerung, insbesondere zur Ansteuerung der Magnetspule zu empfangen, und der zweite elektrische Anschluss eine von der ersten Bauart des ersten Steckers verschiedene zweite Bauart aufweist.
Elektromagnetischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend eine interne Steuerung, welche eingangsseitig mit dem ersten elektrischen Anschluss gekoppelt ist und ein Steuersignal empfängt, und welche ausgangsseitig ein Leistungssteuersignal an die Magnetspule ausgibt, wobei die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochene elektrische Verbindung ein Teil einer elektrischen Verbindungsstrecke zwischen dem Ausgang der internen Steuerung und der Magnetspule ist.
Ventilinsel, umfassend zumindest ein Magnetventil mit zumindest einer Magnetspule und einen ersten elektrischen Anschluss, welcher dazu eingerichtet ist, ein die Schaltstellung des zumindest einen Magnetventils bestimmendes Steuersignal zu empfangen, gekennzeichnet durch zumindest einen direkt an dem zumindest einen Magnetventil angeordneten, gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss, wobei die Magnetspule des zumindest einen Ventils und der erste elektrische Anschluss über eine elektrische Verbindung gekoppelt sind, die an dem zweiten elektrischen Anschluss unterbrochen ist.
Ventilinsel nach Anspruch 9, bei der das zumindest eine Magnetventil ein Pilot- oder Steuerventil der Ventilinsel ist.
Ventilinsel nach Anspruch 9 oder 10, welche aus einzelnen untereinander gekoppelten fluidischen Modulen aufgebaut ist, deren Einzelgehäuse ein gemeinsames Gehäuse der Ventilinsel bilden, wobei der erste und der zweite elektrische Anschluss, bei denen es sich insbesondere um einen ersten und einen zweiten Stecker handelt, direkt an einer Außenseite des gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind.
Ventilinsel nach Anspruch 11, bei der der erste und der zweite elektrische Anschluss an unterschiedlichen Positionen an dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss ein Abstand vorhanden ist.
Ventilinsel nach Anspruch 12, bei der der erste elektrische Anschluss an dem Einzelgehäuse eines Kopfmoduls und der zweite elektrische Anschluss direkt an dem Einzelgehäuse des Magnetventils angeordnet sind.
Ventilinsel nach einem der Ansprüche 9 bis 13, außerdem umfassend einen externen Schalter, welcher außerhalb eines gemeinsam, von den Einzelgehäusen der Modulen der Ventilinsel gebildeten Gehäuses der Ventilinsel angeordnet und mit dem zweiten elektrischen Anschluss so gekoppelt ist, dass er mit der Magnetspule und dem ersten elektrischen Anschluss eine Reihenschaltung bildet, wobei der externe Schalter dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschluss und der Magnetspule des zumindest einen Magnetventils, abhängig von seiner Schalterstellung, zu schließen oder zu unterbrechen.
Ventilinsel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der der externe Schalter ein Teil einer externen Sicherheitsschaltung ist, welche außerdem eine sicherheitsgerichtete Steuerungslogik umfasst, die den Schaltzustand des externen Schalters über ein Unterbrechersignal steuert.
Ventilinsel nach Anspruch 14 oder 15, bei der der externe Schalter potentialfrei ist.
Ventilinsel nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei der der erste elektrische Anschluss seiner Bauart nach dazu ausgelegt ist, Steuersignale eines Feldbus oder Steuersignale zur Einzelansteuerung, zumindest für das zumindest eine Magnetventil zu empfangen, und der zweite elektrische Anschluss eine von der ersten Bauart des ersten Steckers verschiedene zweite Bauart aufweist.
Modulanordnung, umfassend eine Mehrzahl von entlang einer Reihenrichtung nebeneinander angeordneten und untereinander elektrisch und fluidisch verbundenen Modulen, welche zumindest ein Magnetventil als eines der Module umfasst, wobei dieses Magnetventil durch einen elektromagnetischen Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angetrieben ist.