DE102017223242A1

DE102017223242A1 - Steuervorrichtung, System und Verfahren zum Einstellen eines Werts einer Betriebsgröße

Info

Publication number: DE102017223242A1
Application number: DE102017223242.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reininger; Christian Stich
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: DE102017223242B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (1) zur Einstellung eines Werts einer den Betrieb eines Quetschventils (2) beeinflussenden Betriebsgröße (B), die einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil wirkenden Umgebungsparameter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, einen instabilen Zustand, insbesondere einen Schwingungszustand, des Quetschventils (2) zu erfassen und in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand den Wert der Betriebsgröße (B) anzupassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Einstellung eines Werts einer den Betrieb eines Quetschventils beeinflussenden Betriebsgröße. Die Betriebsgröße umfasst einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil wirkenden Umgebungsparameter.
Bei einem Quetschventil wird durch Betätigung einer Membran, beispielsweise eines Schlauchelements, ein Durchflussquerschnitt verändert, um so den Fluss eines durch das Quetschventil strömenden Fluids zu steuern. Die Betätigung der Membran erfolgt beispielsweise durch eine Druckbeaufschlagung und/oder durch Beaufschlagung mit einem Stellelement eines pneumatischen und/oder elektrischen Stellantriebs. Die Betätigung erfolgt zweckmäßigerweise gemäß der von der Steuervorrichtung bereitgestellten Betriebsgröße, insbesondere gemäß dem Betätigungssignal.
Ein Quetschventil ist beispielsweise aus der DE 10 2015 219 273 A1 bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Steuervorrichtung so zu modifizieren, dass die Lebensdauer eines von der Steuervorrichtung angesteuerten Quetschventils verlängert werden kann.
Die Aufgabe wird für eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung ausgebildet, einen instabilen Zustand, insbesondere einen Schwingungszustand, des Quetschventils zu erfassen und in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand den Wert der Quetschventil-Betriebsgröße anzupassen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Quetschventil bei bestimmten Werten einer Betriebsgröße, insbesondere auch bei bestimmten Wertkombinationen verschiedener Betriebsgrößen, einen instabilen Zustand, beispielsweise einen resonanten Schwingungszustand, einnehmen kann, der zu Verschleiß und damit zu einer reduzierten Lebensdauer führen kann. Insbesondere die Membran des Quetschventils kann unter bestimmten Voraussetzungen in resonante Schwingungen versetzt werden und dann schneller verschleißen.
Ferner beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass ein solcher instabiler Zustand häufig bereits durch eine einfache Anpassung des Werts einer Betriebsgröße beendet werden kann. Beispielsweise kann durch eine Anpassung des Sollwerts und/oder des gemäß dem Sollwert bereitgestellten Betätigungssignals und/oder durch eine Anpassung des Umgebungsparameters, beispielsweise einer Temperatur, der instabile Zustand beendet werden. Exemplarisch handelt es sich bei der Betriebsgröße um einen Druck, mit dem die Membran beaufschlagt wird, und bei der Anpassung wird dieser Druck leicht verändert. Nach der Anpassung liegen dann die Voraussetzungen für den instabilen Zustand, insbesondere für die resonante Schwingung, nicht mehr vor, so dass das Quetschventil in einen stabilen Zustand zurückkehrt und beispielsweise die Membran aufhört, resonant zu schwingen.
Indem also der instabile Zustand, der die Lebensdauer des Quetschventils potenziell beeinträchtigt, durch die Steuervorrichtung erfasst und durch eine Anpassung des Werts der Betriebsgröße beendet werden kann, wird es möglich, die Lebensdauer des Quetschventils zu verlängern.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, den Wert der Betriebsgröße so anzupassen, dass das Quetschventil in einem Normalbetrieb, insbesondere einem Proportionalbetrieb gehalten wird. Zweckmäßigerweise passt die Steuervorrichtung den Wert der Betriebsgröße im Rahmen des Normalbetriebs des Quetschventils an. Dies bedeutet, dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Wert derart anzupassen, dass sich das Quetschventil auch nach der Anpassung in dem Normalbetrieb befindet. Insbesondere ist die Steuervorrichtung ausgebildet, das Quetschventil auch nach der Anpassung weiterhin gemäß vorgegebener Sollwerte anzusteuern. Insbesondere ist die Steuervorrichtung ausgebildet, das Quetschventil durch die Anpassung nicht in einen Sicherheitszustand, beispielsweise einen abgeschalteten Zustand und/oder einen Sperrzustand zu versetzen.
Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand den Wert der Betriebsgröße um einen Anpassungswert anzupassen. Der Anpassungswert ist vorzugsweise in der Steuervorrichtung bereits im Voraus festgelegt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung ausgebildet, zur Anpassung des Werts der Betriebsgröße den Anpassungswert von dem Wert der Betriebsgröße zu subtrahieren oder zu addieren.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, iterativ weitere Anpassungen des Werts der Betriebsgröße durchzuführen, bis der instabile Zustand nicht mehr erfasst wird. Beispielsweise wird zunächst eine erste Anpassung durchgeführt, danach geprüft, ob der instabile Zustand noch vorliegt, und, falls dies der Fall sein sollte, eine weitere Anpassung vorgenommen. Dies wird zweckmäßigerweise so lange wiederholt, bis die Steuervorrichtung den instabilen Zustand nicht mehr erfasst. Zweckmäßigerweise kann als Anpassung eine kleinstmögliche Veränderung des Werts der Betriebsgröße vorgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung ausgebildet, den instabilen Zustand anhand eines Sensorsignals zu erfassen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung ausgebildet, den instabilen Zustand von einer gewöhnlichen Abweichung eines Istwerts von einem Sollwert, wie sie beispielsweise bei einer von der Steuervorrichtung durchgeführten Regelung des Quetschventils auftreten kann, zu unterscheiden. Beispielsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, in einem Sensorsignal eine bestimmte Charakteristik, insbesondere eine periodische Charakteristik, zu erkennen, und basierend darauf den instabilen Zustand zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuervorrichtung auch ausgebildet sein, auf Basis einer besonders großen Abweichung zwischen einem Istwert und einem Sollwert - also einer Abweichung, die einen bestimmten Schwellenwert übersteigt - auf den instabilen Zustand zu schließen. Dieser Schwellenwert wird insbesondere zusätzlich zu einem bereits für die Regelung des Istwerts auf den Sollwert eventuell vorhandenen Schwellenwert bereitgestellt.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, einen Wert der Betriebsgröße, bei dem der instabile Zustand erfasst wurde, als instabilen Wert zu registrieren und/oder einen Wert der Betriebsgröße, bei dem kein instabiler Zustand erfasst wurde, als stabilen Wert zu registrieren. Die registrierten Werte können beispielsweise in einem Speicher, insbesondere eine Datenbank abgelegt sein. Zweckmäßigerweise können die registrierten Werte als Wertebereiche gespeichert werden. Beispielsweise können instabile Werte als gesperrte Wertebereiche gespeichert werden und/oder stabile Werte als erlaubte Wertebereiche gespeichert werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, unter Berücksichtigung von registrierten Werten der Betriebsgröße ausschließlich Werte der Betriebsgröße einzustellen, bei denen zuvor kein instabiler Zustand erfasst wurde. Durch die Registrierung von instabilen/stabilen Werten können insbesondere gesperrte Wertebereiche und/oder erlaubte Wertebereiche definiert werden und bei der Ansteuerung des Quetschventils dann nur noch auf Werte aus einem erlaubten Wertebereich und/oder Werte, die nicht in einem gesperrten Wertebereich liegen, zurückgegriffen werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, zu bestimmen, ob ein vorgegebener Wert einer Betriebsgröße einem zuvor registrierten instabilen Wert entspricht und, falls das der Fall ist, den Wert der Betriebsgröße so anzupassen, dass er keinem zuvor registrierten instabilen Wert entspricht. Bei dem vorgegebenen Wert kann es sich beispielsweise um einen durch ein externes Signal vorgegebenen Wert der Betriebsgröße, beispielsweise einen Sollwert, handeln. Ferner kann es sich bei dem vorgegebenen Wert um einen Sollwert handeln, der von einem auf der Steuervorrichtung ablaufenden Steuer- und/oder Regler-Modell berechnet und damit vorgegeben wurde. Die Steuervorrichtung erkennt nun anhand der registrierten Werte ob der vorgegebene Wert ein stabiler oder instabiler Wert ist und kann dann eine entsprechende Anpassung des Werts vornehmen.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, auf Basis der registrierten instabilen Werte, insbesondere auf Basis einer Veränderung der registrierten instabilen Werte, eine Verschleißzustandsinformation und/oder eine Ausfallprognoseinformation für das Quetschventil bereitzustellen. Beispielsweise kann auf Basis des Anteils des instabilen Wertebereichs an dem insgesamt verfügbaren Wertebereich der Betriebsgröße ein Verschleißzustand des Quetschventils erkannt werden und eine entsprechende Verschleißzustandsinformation bereitgestellt werden. Ferner kann auf Basis dieses Anteils abgeschätzt werden, wann ein Ausfall des Quetschventils eintreten könnte und eine entsprechende Ausfallprognoseinformation bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch auf Basis der Veränderung der registrierten instabilen Werte die Verschleißzustandsinformation und/oder die Ausfallprognoseinformation bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck können instabile Werte, die an auseinanderliegenden Zeitpunkten erfasst wurden, miteinander verglichen werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung ausgebildet, eine Kalibrierungsprozedur durchzuführen, bei der der Wert der Betriebsgröße variiert wird und Werte der Betriebsgröße, bei denen der instabile Zustand auftritt, als instabile Werte registriert werden. Vorzugsweise wird der Wert der Betriebsgröße über den gesamten verfügbaren Wertebereich variiert. Der Kalibrierungsprozedur kann vorzugsweise bei der Inbetriebnahme und/oder regelmäßig, insbesondere in regelmäßigen Intervallen, durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise können die Ergebnisse einer Kalibrierungsprozedur und einer oder mehrerer vorheriger Kalibrierungsprozeduren verglichen werden, um beispielsweise die vorgenannte Veränderung von registrierten instabilen Betriebsgrößen festzustellen.
Die Erfindung betrifft ferner ein System, das eine Steuervorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen sowie ein Quetschventil, ein Betätigungsmittel und eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des instabilen Zustands umfasst. Das Betätigungsmittel umfasst beispielsweise eine Druckluftzufuhr, einen pneumatischen Stellantrieb und/oder einen elektrischen Stellantrieb. Das Quetschventil umfasst wenigstens eine durch das Betätigungsmittel betätigbare Membran. Bei der Membran handelt es sich beispielsweise um ein Schlauchelement. Bei Betätigung der Membran wird ein Durchflussquerschnitt eines Fluidkanals verändert.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einstellen des Werts einer den Betrieb eines Quetschventils beeinflussenden Betriebsgröße. Die Betriebsgröße umfasst einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil wirkenden Umgebungsparameter. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen eines instabilen Zustands, insbesondere eines Schwingungszustands, des Quetschventils und Anpassen des Werts der Betriebsgröße in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand.
Vorzugsweise ist das Verfahren in Entsprechung zu einer der voranstehend diskutierten Ausgestaltungen der Steuervorrichtung weitergebildet.
Zweckmäßigerweise wird das Verfahren mit einer Steuervorrichtung gemäß einer der voranstehend diskutierten Ausgestaltung ausgeführt.
Weitere exemplarische Details sowie eine beispielhafte Ausführungsform werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung, einem Quetschventil, einem Betätigungsmittel und einer Sensoreinrichtung und
2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Registrierung von instabilen Werten einer Betriebsgröße.

Die 1 zeigt ein System 10 aus einer Steuervorrichtung 1, einem Quetschventil 2, Fluidleitungen 8, einem Betätigungsmittel 3, einer Sensoreinrichtung 4 und einem optionalen Umgebungsparametereinstellmittel 5. Das System 10 stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 dar. Das System 10 kann beispielsweise für die Prozessautomation eingesetzt werden.
Die Steuervorrichtung 1 dient der Einstellung eines Werts einer den Betrieb eines Quetschventils 2 beeinflussenden Betriebsgröße B. Die Betriebsgröße B umfasst einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil 2 wirkenden Umgebungsparameter.
Die Steuervorrichtung 1 ist ausgebildet, einen instabilen Zustand, insbesondere einen Schwingungszustand, des Quetschventils 2 zu erfassen und in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand den Wert der Betriebsgröße B anzupassen.
Auf diese Weise kann, wie vorstehend bereits erläutert, erreicht werden, dass das Quetschventil 2 weniger lang in dem instabilen Zustand ist, wodurch die Lebensdauer des Quetschventils 2 erhöht werden kann.
Das Quetschventil 2 ist exemplarisch zwischen die beiden Fluidleitungen 8 geschaltet, so dass ein durch die Fluidleitungen 8 strömendes Fluid das Quetschventil 2 durchläuft. Bei den Fluidleitungen 8 handelt es sich beispielsweise um Prozessfluidleitungen und bei dem Fluid um ein Prozessfluid.
Das Quetschventil 2 umfasst eine Membran 6 und einen zumindest teilweise durch die Membran 6 definierten Fluidkanal 7. Zweckmäßigerweise stellt die Membran 6 einen Abschnitt des Fluidkanals 7 oder den gesamten Fluidkanal 7 dar. Die Membran 6 bestimmt insbesondere einen Durchflussquerschnitt des Fluidkanals 7. Die Membran 6 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigt. Zweckmäßigerweise ist die Membran 6 rohrföhrmig ausgebildet und stellt insbesondere ein Schlauchelement dar.
Eine Veränderung des Durchflussquerschnitts des Fluidkanals 7 erfolgt über eine Betätigung der Membran 6. In der 1 ist rein exemplarisch eine Variante gezeigt, bei der die Membran 6 mit einem Druckfluid betätigt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Betätigung der Membran 6 auch mit einem auf die Membran 6 drückenden Stellelement eines elektrischen Stellantriebs und/oder eines pneumatischen Stellantrieb erfolgen.
Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, das Quetschventil 2 als Proportionalventil zu betreiben; d.h., dass über das Betätigungsmittel 3 die Membran 6 unterschiedlich stark betätigt werden kann, so dass eine Vielzahl verschiedener Durchflussquerschnitte einstellbar ist.
Exemplarisch verfügt das Quetschventil 2 über ein Gehäuse 17, in dem die Membran 6 angeordnet ist. In dem vorstehend diskutierten Fall, in dem die Membran 6 durch einen Druckfluid betätigt wird, verfügt das Quetschventil 2 zweckmäßigerweise über eine insbesondere in dem Gehäuse 17 vorgesehenen Druckkammer 18, die mit einem Druckfluid beaufschlagt werden kann. Die Druckkammer 18 wird vorzugsweise von der Membran 6 begrenzt, so dass bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer 18 die Membran 6 betätigt wird.
Zur Betätigung der Membran 6 ist das Betätigungsmittel 3 vorgesehen. Exemplarisch ist das Betätigungsmittel 3 als Druckluftzufuhr ausgebildet und führt der Druckkammer 18 den Druckfluid über eine Druckfluidleitung 9 zu. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Betätigungsmittel 3 einen elektrischen Stellantrieb und/oder einen pneumatischen Stellantrieb.
Das exemplarisch als Druckzufuhr ausgebildete Betätigungsmittel 3 umfasst eine Druckfluidquelle 11, eine Entlüftungsleitung 12 und eine Druckfluidventileinrichtung 14, mit der die Druckkammer 18 wahlweise mit der Druckfluidquelle 11 oder der Entlüftungsleitung 12 verbunden werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Druckfluidventileinrichtung 14 ferner ausgebildet, die Druckfluidleitung 9 zu sperren, so dass der in der Druckkammer 18 vorhandene Druckfluid in der Druckkammer 18 gehalten wird.
Das Betätigungsmittel 3 ist kommunikativ mit der Steuervorrichtung 1 gekoppelt und wird von dieser über ein Betätigungssignal angesteuert. Durch das Betätigungssignal wird insbesondere festgelegt, mit welchem Betätigungsgrad die Membran 6 betätigt werden soll. In dem dargestellten Fall wird mit dem Betätigungssignal beispielsweise der Druck festgelegt, mit dem die Membran 6 beaufschlagt werden soll. Das Betätigungssignal ist ein Beispiel der vorgenannten, durch die Steuervorrichtung 1 anpassbaren Betriebsgröße B.
Wird das Quetschventil 2, wie vorstehend erwähnt, von der Steuervorrichtung 1 als Proportionalventil betrieben, so kann das Betätigungssignal eine Vielzahl von verschiedenen Werten annehmen, die den Betätigungsgrad der Membran 6 festlegen. So kann die Membran 6 beispielsweise mit einem Betätigungsgrad von 0% betätigt werden, bei dem die Druckkammer 18 z.B. mit dem Atmosphärendruck beaufschlagt ist und bei dem der Durchflussquerschnitt maximal ist, mit einem Betätigungsgrad von 100%, bei dem die Druckkammer 18 z.B. mit dem maximal von der Druckquelle 11 bereitstellbaren Druck beaufschlagt ist und bei dem der Durchflussquerschnitt minimal ist, und mit einer Vielzahl von Betätigungsgraden zwischen 0% und 100%.
Das Betätigungssignal wird von der Steuervorrichtung 1 insbesondere auf Basis eines Sollwerts bereitgestellt. Der Sollwert kann intern in der Steuervorrichtung 1 erzeugt werden oder von extern als vorgegebener Sollwert empfangen werden. Der Sollwert kann sich beispielsweise auf eine Steuer- und/oder Regelgröße beziehen. Exemplarisch kann die Steuervorrichtung 1 ausgebildet sein, einen Durchfluss und/oder Druck eines durch die Fluidleitung 8 fließenden Fluids zu steuern und/oder regeln und der Sollwert kann einen entsprechenden auf das Fluid bezogenen Durchfluss-Sollwert und/oder Druck-Sollwert umfassen.
Zudem kann die Steuervorrichtung 1 ausgebildet sein, eine Steuerung und/oder Regelung des in der Druckkammer 18 herrschenden Drucks durchzuführen und der Sollwert kann einen entsprechenden auf das Druckfluid bezogenen Druck-Sollwert umfassen.
Rein exemplarisch umfasst das System 10 ein Umgebungsparameter-Einstellmittel 5. Beispielsweise kann durch das Umgebungsparameter-Einstellmittel 5 eine Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und/oder ein anderer Umgebungsparameter des Quetschventils 2 eingestellt werden. Ferner kann mit dem Umgebungsparameter-Einstellmittel 5 zweckmäßigerweise der Druck und/oder die Fließgeschwindigkeit des Fluids in der Fluidleitung 8 eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann das Umgebungsparameter-Einstellmittel 5 beispielsweise ein Ventil umfassen.
Die Steuervorrichtung 1 ist mit dem Umgebungsparameter-Einstellmittel 5 kommunikativ gekoppelt und insbesondere ausgebildet, das Umgebungsparameter-Einstellmittel 5 durch ein Einstellsignal anzusteuern, um so einen Umgebungsparameter anzupassen.
Das System 10 verfügt ferner über die Sensoreinrichtung 4. Die Sensoreinrichtung 4 dient insbesondere dazu, den instabilen Zustand des Quetschventils 2 zu erfassen. Bei dem instabilen Zustand handelte es sich insbesondere um einen Schwingungszustand, vorzugsweise einen resonanten Schwingungszustand. Beispielsweise umfasst der instabile Zustand den Zustand, dass die Membran 6 zu Schwingungen, insbesondere resonanten Schwingungen, angeregt wurde.
Zweckmäßigerweise stellt die Sensoreinrichtung 4 ein Sensorsignal bereit, das von der Steuervorrichtung 1 ausgewertet wird und auf dessen Basis die Steuervorrichtung 1 den instabilen Zustand erkennt.
Der instabile Zustand kann insbesondere durch eine Detektion von Bewegungen der Membran 6 erfasst werden. Konkrete Ausgestaltungen von Sensoreinrichtungen zur Detektion der Bewegung einer Membran eines Quetschventils sind in der eingangs genannten Druckschrift DE 10 2015 219 273 A1 im Detail beschrieben.
Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 4 ausgebildet sein, auf Basis eines akustischen, elektromagnetischen, elektrischen, magnetischen und/oder optischen Messprinzips eine Bewegung der Membran 6 zu detektieren. Zweckmäßigerweise umfasst die Sensoreinrichtung 4 zur Detektion der Bewegung der Membran 6 einen ersten Sensor 15, der insbesondere als akustischer, elektromagnetischer, elektrischer, magnetischer und/oder optischer Sensor ausgebildet ist und vorzugsweise dem Quetschventil 2 zugeordnet ist. Auf Basis der detektierten Membranbewegung kann dann die Erfassung des instabilen Zustands durch die Steuervorrichtung 1 erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann der instabile Zustand auch indirekt erfasst werden, beispielsweise auf Basis des Drucks in der Druckkammer 18 und/oder auf Basis des Drucks und/oder der Fließgeschwindigkeit des Fluids in der Fluidleitung 8.
Vorzugsweise kann der erste Sensor 15 ausgebildet sein, den Druck in der Druckkammer 18 zu erfassen und die Steuervorrichtung 1 kann ausgebildet sein, auf Basis des erfassten Drucks den instabilen Zustand zu erfassen.
Ferner kann die Sensoreinrichtung 4 einen zweiten Sensor 16 umfassen, der ausgebildet ist, einen Druck und/oder einen Durchfluss des durch die Fluidleitung 8 fließenden Fluids zu erfassen. Zweckmäßigerweise kann die Steuervorrichtung 1 auf Basis eines erfassten Drucks und/oder des erfassten Durchflusses den instabilen Zustand des Quetschventils 2 erfassen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 1 im zeitlichen Verlauf eines mit dem zweiten Sensor 16 erfassten Drucks und/oder Durchflusses einen instabilen Zustand, insbesondere einen Schwingungszustand, erkennen, und basierend darauf auf den instabilen Zustand des Quetschventils 2 schließen.
Wird der instabile Zustand festgestellt, so reagiert die Steuervorrichtung 1, indem sie eine den Betrieb des Quetschventils 2 beeinflussende Betriebsgröße B anpasst. Bei dieser anzupassenden Betriebsgröße B kann es sich insbesondere um den vorstehend erwähnten Sollwert, also insbesondere einen Durchfluss-Sollwert und/oder einen Druck-Sollwert handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der anzupassenden Betriebsgröße B um das dem Betätigungsmittel 3 zugeführte Betätigungssignal handeln. Schließlich kann es sich bei der Betriebsgröße B auch um einen Umgebungsparameter, insbesondere um das Einstellsignal, mit dem der Umgebungsparameter eingestellt wird, handeln.
Durch die Anpassung der Betriebsgröße B können die Betriebsbedingungen des Quetschventils 2 so verändert werden, dass der instabile Zustand beendet wird; also insbesondere, so dass die Membran 6 aufhört zu schwingen. In der Regel liegt eine resonante Schwingung der Membran 6 nur dann vor, wenn ganz bestimmte Betriebsbedingungen gegeben sind. Schon durch eine recht kleine Anpassung einer Betriebsbedingung kann die Schwingung beendet werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, wird das Quetschventil 2 von der Steuervorrichtung vorzugsweise als Proportionalventil betrieben. Insbesondere wird das Quetschventil 2 derart angesteuert, dass es nicht nur eine Offenstellung und eine Sperrstellung einnimmt, sondern auch eine Vielzahl von Stellungen zwischen der Offenstellung und der Sperrstellung.
Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, in Ansprechen auf den instabilen Zustand die Betriebsgröße B so anzupassen, dass das Quetschventil in seinem Normalbetrieb, insbesondere einem Proportionalbetrieb gehalten wird. Zweckmäßigerweise basiert die angepasste Betriebsgröße B auch nach der Anpassung noch auf einem in der Steuervorrichtung 1 bereitgestellten Sollwert einer Steuerung und/oder Regelung; d.h., dass auch die angepasste Betriebsgröße B unter Berücksichtigung eines Steuerungs- und/oder Regelungsziels - der Sollgröße - bereitgestellt wird. Sofern es sich bei der Betriebsgröße B um das Betätigungssignal handelt, wird dieses beispielsweise derart angepasst, dass auch nach der Anpassung eine Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert minimiert wird. Wird durch den Sollwert beispielsweise eine Stellung des Quetschventils 2 zwischen einer Offenstellung und einer Sperrstellung gefordert, so passt die Steuervorrichtung 1 das Betätigungssignal zweckmäßigerweise derart an, dass auch nach der Anpassung noch eine Stellung zwischen der Offenstellung und der Sperrstellung erzielt wird.
Unter Bezugnahme auf die 2 wird die Anpassung der Betriebsgröße B nachstehend näher erläutert. Die 2 zeigt ein Diagramm, bei dem als Ordinate Werte der Betriebsgröße B und als Abszisse mehrere Erfassungszeitpunkte t1 bis t5 aufgetragen sind. Werte der Betriebsgröße B, bei denen ein instabiler Zustand des Quetschventils 2 erfasst wird, sind mit dem Bezugszeichen „IW“ (für „instabile Werte“) und einer vertikalen schwarzen Linie gekennzeichnet.
Die Betriebsgröße B kann exemplarisch innerhalb eines bestimmten Wertebereichs eingestellt werden, und zwar zwischen einem Minimalwert (hier exemplarisch 0%) und einem Maximalwert (hier exemplarisch 100%). Die Werte der Betriebsgröße B können beispielsweise dem Druck entsprechen, mit dem die Membran 6 beaufschlagt wird und/oder dem Wert des diesen Druck verursachenden Betätigungssignals.
Zweckmäßigerweise können die Werte der Betriebsgröße B jeweils um einen vorbestimmten Anpassungsbetrag angepasst werden. Bei dem Anpassungsbetrag handelt es sich insbesondere um den kleinstmöglichen Betrag, um den der Wert der Betriebsgröße B angepasst werden kann. Der Anpassungsbetrag ist zweckmäßigerweise ein Bruchteil des Wertebereichs. Im gezeigten Beispiel beträgt der Anpassungsbetrag exemplarisch 10%. Der Anpassungsbetrag kann aber auch größer oder kleiner sein. Ferner ist es möglich, dass der Anpassungsbetrag nicht vorbestimmt ist sondern bei einer Anpassung von der Steuervorrichtung 1 individuell festgelegt wird.
In dem Beispiel der 2 wird zum Zeitpunkt t1 der instabile Zustand bei einer Betriebsgröße B von 70% festgestellt. Die Steuervorrichtung 1 passt als Reaktion auf den instabilen Zustand die Betriebsgröße B an, beispielsweise um einen Anpassungsbetrag. Die Steuervorrichtung 1 kann die Betriebsgröße B dabei erhöhen oder reduzieren.
Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, iterativ weitere Anpassungen der Betriebsgröße B durchzuführen, bis der instabile Zustand nicht mehr erfasst wird. In dem vorstehend erläuterten exemplarischen Fall kann die Steuervorrichtung 1 die Betriebsgröße B beispielsweise zunächst auf 80% anpassen. Die Steuervorrichtung 1 würde dann feststellen, dass auch bei einer Betriebsgröße B von 80% der instabile Zustand gegeben ist und dementsprechend eine erneute Anpassung vornehmen, zweckmäßigerweise um den gleichen Anpassungsbetrag. Die Betriebsgröße B wäre dann bei 90%. Da die Steuervorrichtung 1 nach dieser Anpassung den instabilen Zustand nicht mehr erfasst, würde die Steuervorrichtung 1 den angepassten Wert der Betriebsgröße B beibehalten und keine weitere Anpassung vornehmen.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, einen Wert der Betriebsgröße B, bei dem der instabile Zustand erfasst wurde, als „instabilen Wert“ IW zu registrieren. Beispielsweise registriert die Steuervorrichtung 1 im Rahmen der zum Zeitpunkt t1 vorgenommenen Anpassungen die Werte „70%“ und „80%“ als instabile Werte IW. Die Registrierung der instabilen Werte IW kann vorzugsweise durch Speicherung in einem Speicher, insbesondere einer Datenbank, der Steuervorrichtung 1 erfolgen. Die instabilen Werte können als einzelne Werte und/oder Wertebereiche, die die einzelnen Werte umfassen, abgespeichert werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Registrierung der instabilen Werten können auch diejenigen Werte (im Folgenden „stabile Werte“) der Betriebsgröße B registriert werden, bei denen kein instabiler Zustand erfasst wurde.
Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, bei der weiteren Einstellung des Werts der Betriebsgröße B die zuvor registrierten Werte (stabil und instabil) zu berücksichtigen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, nur Werte der Betriebsgröße B einzustellen, bei denen zuvor kein instabiler Zustand erfasst wurde. In dem in der 2 gezeigten Beispiel würde die Steuervorrichtung 1 nach dem Zeitpunkt t1 den Wert der Betriebsgröße B nicht mehr auf 70% oder 80% einstellen.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, zu bestimmen, ob ein vorgegebener Wert einer Betriebsgröße B einem zuvor registrierten instabilen Wert IW entspricht und, falls das der Fall ist, den vorgegebenen Wert so anzupassen, dass er keinem zuvor registrierten instabilen Wert IW entspricht.
Bei dem vorgegebenen Wert kann es sich beispielsweise um einen vorgegebenen Wert der Betriebsgröße B handeln, der über ein an der Steuervorrichtung 1 empfangenes externes Signal übermittelt wird. Ferner kann es sich bei dem vorgegebenen Wert um einen Sollwert handeln, der von einem auf der Steuervorrichtung 1 ablaufenden Steuer- und/oder Regler-Modell berechnet und damit vorgegeben wurde.
Die Steuervorrichtung 1 ist ausgebildet, anhand der registrierten Werte zu erkennen, ob es sich bei dem vorgegebenen Wert um einen registrierten instabilen Wert handelt. Ist dies der Fall, so passt die Steuervorrichtung 1 den vorgegebenen Wert an, beispielsweise, indem sie ihn um einen Anpassungsbetrag erhöht oder verringert, so dass der angepasste Werte keinem registrierten instabilen Wert entspricht.
Wird also im Beispiel der 1 nach dem Zeitpunkt t1 ein Wert von 70% oder 80% vorgegeben, so erkennt die Steuervorrichtung, dass es sich um einen instabilen Wert handelt und passt den vorgegebenen Wert auf 60% oder 90% an. Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, auf Basis der registrierten instabilen Werte der Betriebsgröße B, insbesondere auf Basis einer Veränderung der registrierten instabilen Werte eine Verschleißzustandsinformation und/oder eine Ausfallprognoseinformation für das Quetschventil 2 bereitzustellen.
Beispielsweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, zu erkennen, ob ein registrierter instabiler Wert einem vorbestimmten Indikatorwert entspricht, der ein Indikator für einen bestimmten Verschleißzustand und/oder eine bestimmte Ausfallprognose für das Quetschventil 2 darstellt. Ist dies der Fall, so kann die Steuervorrichtung eine entsprechende Verschleißzustandsinformation und/oder eine Ausfallprognoseinformation für das Quetschventil 2 bereitstellen.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, zu prüfen, ob der Anteil des instabilen Wertebereichs an dem gesamt verfügbaren Wertebereich einen bestimmten Schwellenwert übersteigt und auf Basis dieser Prüfung die Verschleißzustandsinformation und/oder die Ausfallprognoseinformation bereitzustellen. In der 2 werden beispielsweise zum Zeitpunkt t4 70% des verfügbaren Wertebereichs der Betriebsgröße B von instabilen Werten IW eingenommen. Die Steuervorrichtung 1 kann nun feststellen, dass der Anteil von 70% einen vorbestimmten Schwellenwert - beispielsweise 50% - überschreitet und eine entsprechende Verschleißzustandsinformation und/oder Ausfallprognoseinformation bereitstellen, beispielsweise, dass das Quetschventil 2 verschlissen ist und/oder ein Ausfall bevorsteht.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, zu prüfen, wie sich die registrierten instabilen Werte IW über die Zeit hinweg verändern und auf Basis dieser Prüfung die Verschleißzustandsinformation und/oder die Ausfallprognoseinformation bereitzustellen. Beispielsweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, die an einem ersten Erfassungszeitpunkt erfassten registrierten instabilen Werte IW mit den an einem zweiten Erfassungszeitpunkt erfassten registrierten instabilen Werten IW zu vergleichen, festzustellen, wie groß die Veränderung zwischen den beiden Erfassungszeitpunkten ist, und darauf basierend die Verschleißzustandsinformation und/oder die Ausfallprognoseinformation bereitzustellen.
Bei der festzustellenden Veränderung kann es sich insbesondere um eine Zunahme der registrierten instabilen Werte IW handeln. In der 2 liegt beispielsweise zwischen dem Erfassungszeitpunkt t3 und dem Erfassungszeitpunkt t4 eine Zunahme von drei instabilen Werten vor. Auf Basis der Zunahme kann insbesondere prognostiziert werden, wann ein kompletter Ausfall des Quetschventils 2 vorliegt und eine entsprechende Ausfallprognoseinformation bereitgestellt werden.
Ein kompletter Ausfall des Quetschventils 2 liegt z.B. im Erfassungszeitpunkt t5 vor - hier ist bei jedem möglichen Wert der Betriebsgröße B der instabile Zustand des Quetschventils 2 gegeben.
Eine Registrierung von (stabilen und/oder instabilen) Werten kann nicht nur im normalen Betrieb des Quetschventils 2 erfolgen sondern - alternativ oder zusätzlich dazu - auch im Rahmen einer speziellen Kalibrierungsprozedur. Zweckmäßigerweise ist die Steuervorrichtung 1 ausgebildet, eine Kalibrierungsprozedur durchzuführen, bei der die Betriebsgröße B variiert wird und Werte der Betriebsgröße B, bei denen der instabile Zustand auftritt, als instabile Werte IW registriert werden. Die in der 2 gezeigten instabilen Werte IW können beispielsweise im Rahmen einer solchen Kalibrierungsprozedur registriert worden sein. Die Kalibrierungsprozedur wurde hier an mehreren Zeitpunkten - hier t1, t2, t3, t4, t5 - ausgeführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anpassung und Registrierung von Werten nicht auf eine einzige Betriebsgröße B beschränkt ist, sondern dass die Steuervorrichtung 1 auch ausgebildet sein kann, Werte mehrere, insbesondere verschiedener, Betriebsgrößen B anzupassen und/oder zu registrieren. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 1 ausgebildet sein, bei Erfassen des instabilen Zustands ein Tupel aus Werten verschiedener Betriebsgrößen, die bei dem instabilen Zustand vorliegen, als „instabil“ zu registrieren. Ferner kann die Steuervorrichtung 1 ausgebildet sein, in Ansprechen auf den instabilen Zustand einen, mehrere, oder sämtliche, der Werte der verschiedenen Betriebsgrößen anzupassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015219273 A1 [0003, 0043]

Claims

Steuervorrichtung (1) zur Einstellung eines Werts einer den Betrieb eines Quetschventils (2) beeinflussenden Betriebsgröße (B), die einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil wirkenden Umgebungsparameter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, einen instabilen Zustand, insbesondere einen Schwingungszustand, des Quetschventils (2) zu erfassen und in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand den Wert der Betriebsgröße (B) anzupassen.
Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, den Wert der Betriebsgröße (B) so anzupassen, dass das Quetschventil (2) in einem Normalbetrieb, insbesondere einem Proportionalbetrieb gehalten wird.
Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, iterativ weitere Anpassungen des Werts der Betriebsgröße (B) durchzuführen, bis der instabile Zustand nicht mehr erfasst wird.
Steuervorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, einen Wert der Betriebsgröße (B), bei dem der instabile Zustand erfasst wurde, als instabilen Wert (IW) zu registrieren und/oder einen Wert der Betriebsgröße (B), bei dem kein instabiler Zustand erfasst wurde, als stabilen Wert (SW) zu registrieren.
Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, unter Berücksichtigung von registrierten Werten der Betriebsgröße (B) ausschließlich Werte der Betriebsgröße (B) einzustellen, bei denen zuvor kein instabiler Zustand erfasst wurde.
Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine vorgegebener Wert einer Betriebsgröße (B) einem zuvor registrierten instabilen Wert (IW) entspricht und, falls das der Fall ist, den vorgegebenen Wert so anzupassen, dass er keinem zuvor registrierten instabilen Wert (IW) entspricht.
Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, auf Basis der registrierten Werte (IW), insbesondere auf Basis einer Veränderung der registrierten instabilen Werte (IW), eine Verschleißzustandsinformation und/oder eine Ausfallprognoseinformation für das Quetschventil (2) bereitzustellen.
Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ausgebildet ist, eine Kalibrierungsprozedur durchzuführen, bei der der Wert der Betriebsgröße (B) variiert wird und Werte der Betriebsgröße (B), bei denen der instabile Zustand auftritt, als instabile Werte (IW) registriert werden.
System (10) umfassend eine Steuervorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche sowie ein Quetschventil (2), ein Betätigungsmittel (3), insbesondere eine Druckluftzufuhr, ein pneumatischer und/oder ein elektrischer Stellantrieb, und eine Sensoreinrichtung (4) zur Erfassung des instabilen Zustands, wobei das Quetschventil (2) wenigstens ein durch das Betätigungsmittel (3) betätigbare Membran (6), insbesondere ein Schlauchelement, umfasst, die ausgebildet ist, bei Betätigung einen Durchflussquerschnitt eines Fluidkanals (7) zu verändern.
Verfahren zum Einstellen eines Werts einer den Betrieb eines Quetschventils (2) beeinflussenden Betriebsgröße (B), die einen Sollwert und/oder ein insbesondere gemäß dem Sollwert bereitgestelltes Betätigungssignal und/oder einen auf das Quetschventil wirkenden Umgebungsparameter umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte: Erfassen eines instabilen Zustands, insbesondere eines Schwingungszustands, des Quetschventils (2) und Anpassen des Werts der Betriebsgröße (B) in Ansprechen auf den erfassten instabilen Zustand.