DE102016105881A1

DE102016105881A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung und Überwachung eines Stellventils

Info

Publication number: DE102016105881A1
Application number: DE102016105881.5A
Authority: DE
Inventors: Heiko Sims
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung wenigstens eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils (V3), wobei das Stellventil (V3) einen Durchflussweg aufweist und eine Stelleinheit (V3S), die eine Feder und ein Stellorgan umfasst, wobei die Feder direkt oder indirekt öffnend oder schließend auf das Stellorgan wirkt, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu verschließen, wobei die Stelleinheit (V3S) über eine Steuerluftleitung (2) mit einem Lufttank (T1) verbunden ist, und wobei die Vorrichtung zumindest folgendes aufweist: den Lufttank (T1) mit einer Füllleitung (1), in welche ein ansteuerbares Ventil (V1) geschaltet ist, mit einer Entlüftungsleitung (4), in welche ein ansteuerbares Ventil (V4) geschaltet ist, und mit der Steuerluftleitung (2), in welche ein ansteuerbares Ventil (V2) geschaltet ist, ein Steuergerät (C1), das mit den Ventilen (V1, V2, V4) in der Füllleitung (1), in der Steuerluftleitung (2) und in der Entlüftungsleitung (4) verbunden ist, einen an das Steuergerät (C1) angeschlossenen Drucksensor (PT1) zur Messung des Luftdruckes (P) im Lufttank (T1), und ein auf dem Steuergerät (C1) ablaufendes und vorzugsweise gespeichertes Steuer- und Überwachungsprogramm zur Durchführung von einer oder mehreren Steuer- und Funktionsüberwachungsroutinen am Stellventil (V3) mittels einer rein pneumatischen Ansteuerung des Stellventils (V3). Es wird ferner ein dafür geeignetes Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung und Überwachung eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigte Stellventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Pneumatisch ansteuerbare federbetätigte Stellventile – auch Wegeventile genannt – dienen dazu, den Weg für ein Medium (beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit) freizugeben, zu sperren oder die Durchflussrichtung des Mediums zu ändern. Dazu weist das Stellventil eine Stelleinheit auf, die eine Feder umfasst, die auf ein Stell- bzw. Steuerorgan wirkt. Die Feder kann schließend wirken, d.h., mit einem Entspannen der Feder wird von dieser mit der Stelleinheit bzw. dessen Stellorgan ein Durchflussweg in dem Stellventil verschlossen. Durch Druckluftbetätigung wird mittels Druckluft, die auf einen Zylinderkolben wirkt, die Feder wieder gespannt. Hierdurch wird das Stellorgan (beispielsweise ein Schieber oder Teller), der mit dem Zylinderkolben wirkverbunden ist, zurückbewegt und der Durchflussweg wird geöffnet.
Die Feder kann alternativ auch öffnend wirken, d.h., mit einem Entspannen der Feder wird von dieser mit dem Stellorgan ein Durchflussweg in dem Stellventil geöffnet. Das Verschließen erfolgt in diesem Fall durch Druckluft, welche über den Zylinderkolben die Feder spannt.
Dabei sollen die Vorrichtung und das Verfahren eine Überwachung der Funktion des pneumatisch betätigten Stellventils ermöglichen, ohne dass dazu an das Stellventil und seine direkte Umgebung eine elektrische Einrichtung, beispielsweise ein Elektroniksensor oder dgl. angeschlossen werden muss. Diese Anforderung kann sich z.B. bei dem Betrieb des Ventils in einem explosionsgefährdeten Bereich (hazardous area) ergeben.
Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe der Erfindung.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 2. Anspruch 1 schafft eine Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung wenigstens eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils, wobei das Stellventil einen Durchflussweg aufweist und eine Stelleinheit, die eine Feder umfasst, die direkt oder indirekt öffnend oder schließend auf ein Stellorgan wirkt, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu verschließen, wobei die Stelleinheit über eine Steuerluftleitung mit einem Lufttank verbunden ist, und wobei die Vorrichtung zumindest folgendes aufweist: den Lufttank mit einer Füllleitung, in welche ein ansteuerbares Ventil geschaltet ist und mit einer Entlüftungsleitung, in welche ein ansteuerbares Ventil geschaltet ist, und mit der Steuerluftleitung, in welche ein ansteuerbares Ventil geschaltet ist, ein Steuergerät, das mit den Ventilen in der Füllleitung, in der Steuerluftleitung und in der Entlüftungsleitung verbunden ist, einen an das Steuergerät angeschlossenen Drucksensor zur Messung des Luftdruckes im Lufttank, und ein in dem Steuergerät gespeichertes Steuer- und Überwachungsprogramm zur Durchführung von einer oder mehreren Steuer- und Funktionsüberwachungsroutinen am Stellventil mittels einer rein pneumatischen Ansteuerung des Stellventils.
Anspruch 2 schafft ferner ein Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der auf die Vorrichtung bezogenen Ansprüche, wobei die Stelleinheit des pneumatisch ansteuerbaren Stellventils durch Druckabsenkung und/oder Druckanhebung des Druckes im Lufttank und/oder in der Steuerluftleitung angesteuert wird und wobei anhand von einer oder mehreren Messungen des Druckes im Lufttank nach einem Ansteuern die Funktion des Stellventils zumindest in Hinsicht auf die durchgeführte Ansteuerung überwacht wird.
Derart können auf einfache Weise die Funktionsstellungen des Stellventils verändert und/oder überwacht bzw. geprüft werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schaltplanartige Darstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines fluidbetätigten Wegeventils; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische, schaltplanartige Darstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils V3.
Das Stellventil V3 ist in eine Leitung 3 geschaltet. Es dient dazu, die Leitung 3 für den Durchfluss eines Medium (beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit) freizugeben, zu sperren (oder bei einem z.B. 3-Wegeventil die Durchflussrichtung zu ändern, hier nicht dargestellt).
Dazu weist das Stellventil V3 eine Stelleinheit V3S auf, die eine Feder umfasst, die auf ein Stellorgan wirkt (hier nur symbolisch dargestellt).
Die Feder kann schließend wirken, d.h., mit einem Entspannen der Feder wird von dieser mit dem Stellorgan ein Durchflussweg in dem Stellventil verschlossen. Durch Druckluftbetätigung wird mittels Druckluft als Steuermedium (zu unterscheiden von dem Durchflussmedium), die auf einen Zylinderkolben der Stelleinheit V3S wirkt, die Feder wieder gespannt. Hierdurch wird das Stellorgan V3S (beispielsweise ein Schieber) zurückbewegt und der Durchflussweg wird wieder geöffnet. Um der Stelleinheit V3S Druckluft zuleiten zu können, ist diese an eine Steuerluftleitung 2 für Druckluft angeschlossen.
Das Stellventil V3 ist hier in einer „harzardous area“ (rechts einer strichpunktierten Linie) angeordnet, also in einem „explosionsgefährdeten Bereich“, während die eigentliche Vorrichtung in einer sogenannten „safe area“ angeordnet ist (links der strichpunktierten Linie), also in einem sicheren Bereich.
Dies soll veranschaulichen, dass mit der Vorrichtung eine Überwachung des Stellventils (Wegeventils) V3 auch in einer Umgebung erfolgen kann, in der keine elektrische Verbindung zwischen dem Wegeventil V3 und der Vorrichtung gegeben sein soll oder darf, beispielsweise in einer explosionsgefährdeten Umgebung.
Die eigentliche Vorrichtung weist einen Lufttank (also einen luftdicht abschließbaren Behälter) T1 für Druckluft auf. In den Lufttank T1 mündet eine Füllleitung 1, durch die der Lufttank T1 mit Hilfe einer – hier nicht dargestellten – Druckluftquelle mit Druckluft gefüllt werden kann. Aus dem Lufttank T1 führt ferner eine Entlüftungsleitung 4 (die auch als verschließbare Öffnung im Lufttank selbst ausgebildet sein kann), durch die Druckluft aus dem Lufttank T1 (z.B. in die Atmosphäre) abgelassen werden kann.
Zudem ist an den Lufttank T1 die Steuerluftleitung 2 angeschlossen, die den Lufttank T1 mit der Stelleinheit V3S des Stellventils V3 verbindet. Die Stelleinheit V3S dient zur Umschaltung des Ventils V3, beispielsweise, um zwischen einer „Sperrstellung“ und einer „Durchlassstellung“ für das Durchflussmedium in der Leitung 2 umschalten zu können.
In die Füllleitung 1 ist vor dem oder an dem Lufttank T1 ein weiteres ansteuerbares Ventil V1 geschaltet. Dieses ist vorzugsweise elektrisch ansteuerbar ausgebildet, beispielsweise als Magnetventil. In die Entlüftungsleitung 4 ist hinter dem oder an dem Lufttank T1 ein weiteres ansteuerbares Ventil V4 geschaltet. Dieses ist wiederum vorzugsweise elektrisch ansteuerbar ausgebildet, beispielsweise als Magnetventil. Und in die Steuerluftleitung 2 ist ein ansteuerbares Wegeventil V2 geschaltet. Auch dieses ist vorzugsweise elektrisch ansteuerbar und vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet.
An den Lufttank T1 ist ferner ein Drucksensor PT1 angeschlossen, der mit einem (elektronischen) Steuergerät C1 drahtlos oder drahtgebunden verbunden ist. Mit dem Drucksensor PT1 kann der Druck im Lufttank T1 bestimmt werden. Die Ventile V1, V2, V4 sind vorzugsweise mit dem Steuergerät C1 ansteuerbar und entsprechend mit diesem Steuergerät drahtlos oder über Leitungen verbunden. Das Steuergerät kann ein Mikroprozessor sein oder auch eine Mehrzahl einzelner Steuerungsrechner, die miteinander verbunden sind und sich zu einer Art übergeordnetem Steuergerät ergänzen.
Aus der „safe area“ ist hier lediglich die Steuer(luft)leitung 2 in die „hazard area“ geführt, aber keine elektrische Leitung zu dem Stellventil V3.
Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung lässt sich das Stellventil V3 in einfacher Weise einerseits ansteuern (zum Umschalten) und andererseits überwachen (Funktionsüberwachung). Hierzu ist im Steuergerät ein Steuer- und Überwachungsprogramm gespeichert, mit dem eine oder mehrere der folgenden Steuer- und/oder Überwachungsroutinen ausführbar sind:
Dabei ist es zweckmäßig und einfach, wenn ein Ansteuern des Ventils und/oder und ein Überwachen des Ventils V3 nach einem Verfahren mit folgenden Schritten „a.“ bis „f.“ (siehe 2) durchgeführt wird:
Schritt „a.“:
Im Lufttank T1 wird ein Arbeitsluftdruck – P1 oder P2 oder P3 – eingestellt und nach dem Einstellen des Arbeitsluftdruckes – P1 oder P2 oder P3 – werden das Ventil V1 in der Füllleitung 1, das Ventil V4 in der Entlüftungsleitung 4 und das Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 geschlossen oder – falls eines oder mehrere dieser Ventile bereits geschlossen ist/sind – weiter geschlossen gehalten.
Schritt „b.“:
Es wird der Druck im Lufttank T1 mit dem Drucksensor PT1 gemessen und der Messwert wird an das Steuergerät C1 geleitet. Dieser Schritt kann nach Schritt a. durchgeführt werden oder auch ein Teil des Schrittes a. sein bzw. mit dem Einstellen des Druckes einhergehen.
Schritt „c.“:
Das Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 wird geöffnet und die Verbindung zwischen dem Lufttank T1 und dem Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 und der Stelleinheit V3S des Stellventils V2 wird geöffnet, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Tank T1 und dem Abschnitt der Steuerluftleitung 2 zwischen dem Ventil V2 und der Stelleinheit V3S des Stellventils V3 erfolgt. Durch diesen Druckausgleich liegt ein Steuerdruck an der Stelleinheit V3S an und es erfolgt ggf. ein Umschalten des Stellventils V3.
Schritt „d.“:
Der Druck im Lufttank T1 wird nach dem Druckausgleich des Schrittes c. erneut mit dem Drucksensor PT1 gemessen und der Messwert wird dem Steuergerät C1 zugeleitet.
Schritt „e“:
Im Steuergerät C1 wird die Differenz zwischen den Messwerten aus den Schritten b und d. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich des Ergebnisses mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich.
Schritt „f“:
In Abhängigkeit von dem Vergleich des Schrittes e. wird eine Funktionsstörung des Stellventils V3 erkannt oder nicht und ggf. werden wenigstens eine oder mehrere Warnmeldungen z.B. an einem optischen Ausgabegerät (Schritte f.1 und f.2) erzeugt und ausgegeben oder nicht.
Mit den Schritten a. bis f. lassen sich auf einfache Weise ein Ansteuern und ein Funktionsüberwachen einer oder mehrerer folgender Funktionen realisieren, so eine Steuer- und Prüfroutine „Öffnen des Ventils und Überwachen der Öffnungsfunktion des Stellventils V3“ oder eine Prüfroutine „Stellventil geöffnet“ oder eine Steuer- und Prüfroutine „Stellventil (V3) Schließen und Überwachen, ob das zu überwachende Stellventil (V3) geschlossen ist“.
Die Steuer- und Prüfroutine „Öffnen des Ventils und Überwachung des Ventils V3 in Hinsicht auf die Öffnungsfunktion“ weist vorzugsweise folgende Variante der Schritte a. bis f. auf:

a. Der Lufttank T1 mit einem definiertem Volumen VOL wird mit einem Arbeitsluftdruck P1 (z.B. 6,0 bar) gefüllt (Ventil V1 geöffnet, Ventil V2 und Ventil V4 geschlossen), der derart gewählt und bestimmt ist, dass mit ihm, wenn er an die Stelleinheit V3S des zu schaltenden und zu überwachenden Stellventils V3 gelegt wird, das Stellventil V3 in seine Offenstellung bzw. seine Durchlassstellung gestellt wird.
b. Das Ventil V1 in der Füllleitung 1 wird geschlossen. Der Druck P1 im Lufttank T1 und in den angrenzenden Leitungen (bis zu den Ventilen V1 und V4 sowie bis zum Ventil V2) wird jetzt mit dem Drucksensor PT1 gemessen und der gemessene Messwert wird an das Steuergerät C1 gemeldet/geleitet.

Sodann werden die Schritte c. bis f. wie durchlaufen, und zwar vorzugsweise wie folgt:

c. Das Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 wird betätigt, so dass Druckluft als Steuerluft in der Steuerluftleitung 2 zur Stelleinheit V3S des anzusteuernden und zu überwachenden Stellventils V3 durchströmen kann. Hierdurch wird das Stellorgan des Stellventils V3 druckluftbetätigt gegen die Kraft der Feder der Stelleinheit V3S bewegt und der Durchflussweg im Stellventil V3 wird geöffnet. Die Volumenänderung durch die Bewegung des Zylinderkolbens in der Stelleinheit V3S, ausgelöst durch das Freigeben der Steuerluftleitung 2 durch das Schalten des Ventils V2, führt zu einem Druckabfall im Lufttank T1 und den angrenzenden Leitungsbereichen.
d. Der Druckabfall aus Schritt c. kann – wenn er eingetreten ist – durch den Drucksensor PT1 gemessen und an das Steuergerät C1 gemeldet werden. Daher wird jetzt der Luftdruck im Lufttank T1 mit dem Drucksensor PT1 gemessen.
e. Im Steuergerät C1 wird dann die Differenz des im Schritt d) gemessenen Luftdrucks zu P1 ermittelt und diese Differenz wird mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich verglichen. Ist der Druckabfall zu klein, deutet dies auf einen Fehler hin: Das zu überwachende Stellventil V3 ist entweder blockiert oder die Steuerluftleitung 2 zum Stellantrieb bzw. zur Stelleinheit V3S des Stellventils V3 ist trotz des Durchschaltens des Ventils V2 in der Steuerluftleitung 2 noch verschlossen. Ist der Druckabfall hingegen zu groß, liegt wahrscheinlich eine Undichtigkeit im System von. Es wird somit jeweils ein Fehlerfall angenommen.
f. Beides führt vorzugsweise zur Ausgabe einer Fehlermeldung (Schritt f1 oder f2). Liegt der Druckabfall hingegen innerhalb eines vorgegebenen bzw. vordefinierten Bereiches, hat das Stellventil V3 fehlerfrei geschaltet (in diesem Fall den Durchflussweg geöffnet). Das Ventil V2 kann in diesem Fall geschlossen werden.

Ggf. kann jetzt wenigstens ein weiteres Stellventil V3a in einer weiteren Steuerluftleitung 2a mit einem weiteren Ventil V2a (hier nicht dargestellt) geschaltet und überwacht werden.
Die Prüfroutine: „Überwachung (Prüfung), ob das Stellventil V3 geöffnet ist“ wird vorzugsweise mit folgender Variante der Schritte a. bis f. durchgeführt:

a. Der Luftdruck in Lufttank T1 wird bei geschlossenem Ventil V1 in der Füllleitung 1 und bei geschlossenem Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 mit Hilfe eines Öffnens des Ventils V4 in der Entlüftungsleitung 4 gesenkt bzw. auf einen niedrigeren Druck P2 (z.B. 4,0 bar) eingeregelt, als er in 1) zum Öffnen an das Stellventil V3 gelegt wird. Dieser niedrigere Druck P2 wird so gewählt, dass er noch oberhalb des Schließdruckes der Feder in der Stelleinheit des zu überwachenden Stellventils V3 liegt, d.h. das Stellventil V3 schließt bei diesem Druck noch nicht. Über eine optionale Drossel O1 in der Entlüftungsleitung 4 kann die Geschwindigkeit der Druckabsenkung im Lufttank T1 und den angrenzenden Leitungsbereichen verändert werden.
b. Das Ventil V4 wird geschlossen, der Druck P2 im Drucktank T1 wird mittels des Drucksensors PT1 gemessen und an das Steuergerät C1 gemeldet.
c. Das Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 wird geöffnet. Derart wird die Verbindung zwischen dem Lufttank T1 und dem Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 und der Stelleinheit V3S des Stellventils V3 geöffnet. Ist das Stellventil V3 geöffnet worden, sollte im Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2 und im Zylinderkolben der Stelleinheit V3S des Stellventils V3 der Arbeitsluftdruck P1 anliegen (z.B. 6 bar). Wird das Ventil V2 bzw. die Verbindung zum Lufttank T1 geöffnet, strömt die höher komprimierte Luft aus diesem Bereich „zurück“ in den Lufttank T1, da der Druck P1 höher sein sollte als der Druck P2 im Lufttank T1, der etwas abgesenkt worden ist. Dies sollte dann zu einer Druckerhöhung im Lufttank T1 führen.
d. In dieser Situation wird der Luftdruck im Lufttank T1 vom Drucksensor PT1 gemessen. Das Messergebnis wird an das Steuergerät C1 geleitet.
e. Es wird die Differenz des Messwertes aus d. zu P2 ermittelt. Dieses Ergebnis wird wiederum mit einem vorgespeicherten Referenzwert/-bereich verglichen.
f. Wird der Referenzwert überschritten, wertet das Steuergerät C1 dies als Rückmeldung „Ventil offen“, ansonsten wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die Steuer- und Prüfroutine: „Stellventil V3 Schließen und Überwachen, ob das zu überwachende Stellventil V3 geschlossen ist“ wird vorzugsweise mit folgender Variante der Schritte a. bis f. durchgeführt:

a. Der Lufttank T1 wird gegen Atmosphäre entlüftet. Hierzu ist bzw. wird das Ventil V1 in der Füllleitung 1 geschlossen, das Ventil V2 bleibt geschlossen und das Ventil V4 in der Entlüftungsleitung 4 wird geöffnet.
b. Nach vollständiger Entlüftung wird das Ventil V4 in der Entlüftungsleitung 4 geschlossen und der Druck P3 im Lufttank T1 mittels des Drucksensors PT1 gemessen und an das Steuergerät C1 gemeldet.
c. Jetzt wird das Ventil V2 in der Steuerluftleitung 2, das den Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil V2 und der Stelleinheit V3S des Ventils V3 mit dem Lufttank T1 verbindet, geöffnet (die Ventile V1 in der Füllleitung 1 und V4 in der Entlüftungsleitung 4 sind/bleiben weiterhin geschlossen). Hierdurch strömt die höher komprimierte Luft aus der Stelleinheit V3S bzw. der Steuerluftleitung 2 hinter dem Ventil 2 in der Steuerluftleitung 2 in den Lufttank T1 zurück, was zu einer Druckerhöhung im Lufttank T1 führt bzw. führen sollte.
d. Der Druck im Lufttank (T1) wird nach dem Druckausgleich des Schrittes c. erneut mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und der Messwert wird dem Steuergerät (C1) zugeleitet.
e. Im Steuergerät (C1) wird die Differenz zwischen den Messwerten aus den Schritten d. und Schritt b. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich des Ergebnisses mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich.
f. In Abhängigkeit von dem Vergleich des Schrittes e. wird eine Funktionsstörung des Stellventils (V3) erkannt oder nicht und ggf. eine Warnmeldung erzeugt: wird ein unterer Referenzwert erreicht bzw. überschritten, wertet die Steuerung dies als Rückmeldung „Ventil geschlossen“, ansonsten wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die vorstehende Beschreibung verdeutlicht, dass im Bereich der Stelleinrichtung des Stellventils V3 keinerlei elektrische Komponenten verbaut werden müssen bzw. verbaut worden sind.
Die Überwachungsroutine „Überprüfung, ob Stellventil V3 geöffnet?“ kann periodisch durchgeführt werden. Zur zeitlichen Steuerung kann das Steuergerät C genutzt werden, dass dazu mit den ansteuerbaren Komponenten V1, V2, V4 sowie verbunden ist (sowie ggf. mit weiteren hier nicht dargestellten Komponenten wie einem Drucklufterzeuger, z.B. einem Kompressor).
Mittels der Routine „1)“ kann festgestellt werden, ob eine Druckluftleckage im Luftsystem zum Stellantrieb vorliegt. Zudem kann mittels der Prüfung festgestellt werden kann, ob eine Ventilblockade vorliegt bzw. die Luftverbindung zum Stellantrieb blockiert ist.
Vorteilhaft ist auch, dass mit der Vorrichtung mehrere pneumatisch wirkende Ventile bzw. Stelleinheiten überprüfbar sind. Die Anzahl der anschließbaren und zu steuernden /überprüfenden Stellantriebe ist praktisch nicht oder quasi nicht begrenzt, da die Stellungsprüfung sequenziell erfolgen kann.
Es ist insofern auch sehr vorteilhaft, dass mit nur einem Drucksensor eine große Anzahl von Stellantrieben überwacht werden kann. Dies führt zu einer sehr hohen Zuverlässigkeit. Dabei können die Vorrichtung und das Verfahren für federschließende aber auch für federöffnende Stellantriebe angewendet werden. Hierzu wird das Verfahren entsprechend angepasst eingesetzt.
Bezugszeichenliste

1: Füllleitung
2: Steuerluftleitung
3: Leitung
4: Entlüftungsleitung
T1: Lufttank
PT1: Drucksensor
C1: Steuergerät
V3: Stellventil
V3S: Stelleinheit
V1, V2, V4: Ventil
VOL: Volumen
P1, P2, P3: Drücke
O1: Drossel

Claims

Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung wenigstens eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils (V3), a. wobei das Stellventil (V3) einen Durchflussweg aufweist und eine Stelleinheit (V3S), die eine Feder und ein Stellorgan umfasst, wobei die Feder direkt oder indirekt öffnend oder schließend auf das Stellorgan wirkt, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu verschließen, wobei die Stelleinheit (V3S) über eine Steuerluftleitung (2) mit einem Lufttank (T1) verbunden ist, b. und wobei die Vorrichtung zumindest folgendes aufweist: i. den Lufttank (T1) mit einer Füllleitung (1), in welche ein ansteuerbares Ventil (V1) geschaltet ist, mit einer Entlüftungsleitung (4), in welche ein ansteuerbares Ventil (V4) geschaltet ist, und mit der Steuerluftleitung (2), in welche ein ansteuerbares Ventil (V2) geschaltet ist, ii. ein Steuergerät (C1), das mit den Ventilen (V1, V2, V4) in der Füllleitung (1), in der Steuerluftleitung (2) und in der Entlüftungsleitung (4) verbunden ist, iii. einen an das Steuergerät (C1) angeschlossenen Drucksensor (PT1) zur Messung des Luftdruckes (P) im Lufttank (T1), und iv. ein auf dem Steuergerät (C1) ablaufendes und vorzugsweise gespeichertes Steuer- und Überwachungsprogramm zur Durchführung von einer oder mehreren Steuer- und Funktionsüberwachungsroutinen am Stellventil (V3) mittels einer rein pneumatischen Ansteuerung des Stellventils (V3).
Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines pneumatisch ansteuerbaren, federbetätigten Stellventils (V3) mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (V3S) des pneumatisch ansteuerbaren Stellventils (V3) durch Druckabsenkung und/oder Druckanhebung des Druckes im Lufttank und/oder in der Steuerluftleitung (2) angesteuert wird und dass anhand von einer oder mehreren Messungen des Luftdrucks im Lufttank (T1) nach einem Ansteuern die Funktion des Stellventils (V3) zumindest in Hinsicht auf die durchgeführte Ansteuerung überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Messungen des Druckes im Lufttank (T1) nach einem Druckabsenken im Lufttank und nach einem anschließenden Öffnen des Ventils (V2) in der Steuerluftleitung (2) überwacht wird, ob das Stellventil (V3) geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuern des Ventils und/oder und ein Überwachen des Ventils V3 mit folgenden Schritten durchgeführt wird: a. im Lufttank (T1) wird ein Arbeitsluftdruck (P1 oder P2 oder P3) eingestellt und nach dem Einstellen des Arbeitsluftdruckes (P1 oder P2 oder P3) werden das Ventil (V1) in der Füllleitung (1), das Ventil (V4) in der Entlüftungsleitung (4) und das Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) geschlossen oder weiter geschlossen gehalten; b. Es wird der Druck im Lufttank (T1) mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und der Messwert wird an das Steuergerät (C1) geleitet; c. das Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) wird geöffnet und die Verbindung zwischen dem Lufttank (T1) und dem Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) und der Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V2) wird geöffnet, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Tank (T1) und dem Abschnitt der Steuerluftleitung (2) zwischen dem Ventil (V2) und der Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V3) erfolgt, d. der Druck im Lufttank (T1) wird nach dem Druckausgleich des Schrittes c. erneut mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und der Messwert wird dem Steuergerät (C1) zugeleitet; e. im Steuergerät (C1) wird die Differenz zwischen den Messwerten aus den Schritten b. und d. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich des Ergebnisses mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich; und f. in Abhängigkeit von dem Vergleich des Schrittes e. wird eine Funktionsstörung des Stellventils (V3) erkannt oder nicht und ggf. eine Warnmeldung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Schritten a. bis f. des Anspruchs 4 eine Steuer- und Prüfroutine „Öffnen des Ventils und Überwachen der Öffnungsfunktion des Stellventils V3“ oder eine Prüfroutine „Stellventil geöffnet“ oder eine Steuer- und Prüfroutine „Stellventil (V3) Schließen und Überwachen, ob das zu überwachende Stellventil (V3) geschlossen ist“ durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfroutine „Öffnen des Ventils und/oder Überwachen der Öffnungsfunktion des Stellventils V3“ mit den Schritten a. bis f. wie folgt durchgeführt wird: a. der Lufttank (T1) wird mit einem Arbeitsluftdruck (P1) befüllt, der derart ausgelegt ist, dass mit ihm das Stellventil (V3) in seine Offenstellung gestellt wird; b. das Ventil (V1) in der Füllleitung (1) und wird daraufhin geschlossen und der Druck (P1) im Lufttank (T1) und in den angrenzenden Leitungen bis zu den Ventilen (V1) in der Füllleitung (1) und dem Ventil (V4) in der Entlüftungsleitung (4) sowie bis zum Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) wird mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und an das Steuergerät (C1) gemeldet/geleitet; c. das Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) wird geöffnet, so dass die Luft aus dem Lufttank (T1) mit dem Druck (P1) durch die Steuerluftleitung (2) zur Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V3) durchströmt, so dass das Stellorgan des Stellventils (V3) druckluftbetätigt gegen die Kraft der Feder der Stelleinheit (V3S bewegt) und der Durchflussweg im Stellventil (V3) geöffnet wird; d. der Druck im Lufttank (T1) wird erneut mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und der Messwert wird dem Steuergerät (C1) zugeleitet; e. im Steuergerät (C1) wird die Differenz zwischen den Messwerten aus den Schritten d. und Schritt b. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich des Ergebnisses mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich; f. in Abhängigkeit von dem Vergleich des Schrittes e. wird eine Funktionsstörung des Stellventils (V3) erkannt oder nicht und ggf. eine Warnmeldung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfroutine „Stellventil geöffnet“ mit den Schritten a. bis f. wie folgt durchgeführt wird: a. es wird der Luftdruck im Lufttank (T1) bei geschlossenem Ventil (V1) in der Füllleitung (1) und bei geschlossenem Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) mit Hilfe eines vorübergehenden Öffnens des Ventils (V4) in der Entlüftungsleitung (4) auf einen niedrigeren Druck (P2) als der Öffnungsdruck (P1) gestellt, wobei der niedrigere Druck (P2) ferner so gewählt wird, dass er oberhalb des Schließdruckes des zu überwachenden Stellventils (V3) liegt; b. der Druck im Lufttank (T1) wird nach Schritt a. vom Drucksensor (PT1) gemessen und das Messergebnis wird an das Steuergerät (C1) geleitet, c. das Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) wird geöffnet und die Verbindung zwischen dem Lufttank (T1) und dem Leitungsabschnitt zwischen dem Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) und der Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V2) wird geöffnet; wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Tank (T1) und dem Abschnitt der Steuerluftleitung (2) zwischen dem Ventil (V2) und der Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V3) erfolgt, d. der Druck im Lufttank (T1) wird nach Schritt c. vom Drucksensor (PT1) gemessen und das Messergebnis wird an das Steuergerät (C1) geleitet, e. im Steuergerät (C1) wird die Differenz aus den Messwerten der Schritte d. und b. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich der Ergebnisses mit einem vorgespeicherten Referenzwert/-bereich; und f. in Abhängigkeit von dem Vergleich im Schritt d. wird eine Funktionsstörung angenommen oder nicht und ggf. eine Warnmeldung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Routine „Stellventil (V3) Schließen und Überwachen, ob das zu überwachende Stellventil (V3) geschlossen ist“ mit den Schritten a. bis f. wie folgt angesteuert und überwacht wird: a. der Lufttank (T1) wird gegen Atmosphäre entlüftet, wozu das Ventil (V1) in der Füllleitung (1) geschlossen und das Ventil (V4) in der Entlüftungsleitung (4) geöffnet wird; b. nach vollständiger Entlüftung (Schritt a.) wird das Ventil (V4) in der Entlüftungsleitung (4) geschlossen und der Druck P3 im Lufttank T1 mittels des Drucksensors PT1 gemessen und an das Steuergerät C1 gemeldet; c. das Ventil (V2) in der Steuerluftleitung (2) wird geöffnet, so dass die Luft aus dem Lufttank (T1) mit dem Druck (P1) durch die Steuerluftleitung (2) zur Stelleinheit (V3S) des Stellventils (V3) durchströmt, so dass das Stellorgan des Stellventils (V3) druckluftbetätigt gegen die Kraft der Feder der Stelleinheit (V3S bewegt) und der Durchflussweg im Stellventil (V3) geöffnet wird; d. der Druck im Lufttank (T1) wird erneut mit dem Drucksensor (PT1) gemessen und der Messwert wird dem Steuergerät (C1) zugeleitet; e. im Steuergerät (C1) wird die Differenz zwischen den Messwerten aus den Schritten d. und Schritt b. ermittelt und es erfolgt ein Vergleich des Ergebnisses mit einem vorbestimmten Referenzwert/Referenzbereich; f. in Abhängigkeit von dem Vergleich des Schrittes e. wird eine Funktionsstörung des Stellventils (V3) erkannt oder nicht und ggf. eine Warnmeldung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Routine „Stellventil geöffnet“ periodisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr der Stellventile (V3) von einer einzigen Vorrichtung angesteuert und/oder überwacht werden, wobei die Ansteuerung und/oder Überwachung sequenziell erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Stellantriebes (V3S) des Stellventils (V3) keinerlei elektrische Komponenten verbaut sind.