DE102018218799B4

DE102018218799B4 - Aktoreinrichtung, Ventileinrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds

Info

Publication number: DE102018218799B4
Application number: DE102018218799.1A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bochterle; Ralf Höhn
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: DE102018218799A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung (10), umfassend: einen elektromagnetischen Aktor (1) mit einer Spule (2) und einem Stellglied (3), dessen Stellung durch Bestromung der Spule (2) veränderbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (1) ferner über eine manuelle Stelleinrichtung (19) zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds (3) unabhängig von der Bestromung der Spule (2) verfügt, eine Stellungserfassungseinheit (4) zur Erfassung der Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer mit der Spule (2) im Zusammenhangen stehenden elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss. Die Stellungserfassungseinheit (4) ist ausgebildet, die Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds (3) auftretenden Signalcharakteristik der elektrischen Größe zu erfassen, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds (3) zu ermitteln, ob sich die manuelle Stelleinrichtung (19) in einem aktivierten Zustand befindet, in dem die manuelle Stelleinrichtung (19) die Stellung des Stellglieds festlegt, und auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung (19) zu schließen, falls die erfasste Stellung des Stellglieds (3) von einer durch einen Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung, insbesondere für die Industrieautomatisierung, umfassend: einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule und einem Stellglied, dessen Stellung durch Bestromung der Spule veränderbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor ferner über eine manuelle Stelleinrichtung zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds unabhängig von der Bestromung der Spule verfügt. Die Aktoreinrichtung umfasst ferner eine Stellungserfassungseinheit zur Erfassung der Stellung des Stellglieds basierend auf einer mit der Spule im Zusammenhangen stehenden elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss.
Mit der manuellen Stelleinrichtung, beispielsweise einer mechanischen Handhilfsbetätigung, ist es möglich, die Stellung des Stellglieds unabhängig von der elektrischen Ansteuerung der Aktoreinrichtung manuell festzulegen. Eine manuelle Festlegung der Stellung des Stellglieds kann insbesondere außerhalb des Normalbetriebs erforderlich sein, beispielsweise im Rahmen einer Inbetriebnahme und/oder eines Wartungsvorgangs.
Zweckmäßigerweise lässt sich das Stellglied in wenigstens eine erste Stellung und eine zweite Stellung versetzen. Bei der ersten Stellung handelt es sich beispielsweise um eine unbetätigte Stellung. Die erste Stellung kann auch als neutrale Stellung bezeichnet werden. Bei der zweiten Stellung handelt es sich beispielsweise um eine betätigte Stellung. Die zweite Stellung kann vorzugsweise sowohl durch die Bestromung der Spule als auch durch die manuelle Stelleinrichtung erzielt werden.
Durch die genannte Stellungserfassungseinheit ist es insbesondere möglich, die Stellung des Stellglieds allein auf Basis der elektrischen Größe - beispielsweise dem Spulenstrom - zu erfassen. Die Stellungserfassung kann also insbesondere ohne Positionssensorik - also sensorlos - erfolgen.
Die DE 10 2007 045 028 B3 beschreibt ein Magnetventil mit einer Handhilfsbetätigung, durch deren Betätigungsglied ein Magnetkern ohne Erregung einer ihm zugeordneten Magnetspulenanordnung von einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung verschiebbar ist. Befindet sich der Magnetkern ohne Erregung der Magnetspulenanordnung bereits in der Arbeitsstellung, so findet bei Erregung der Magnetspulenanordnung keine Stellungsänderung des Magnetkerns statt. Dementsprechend bleibt ein Stromeinbruch aus, der andernfalls - also bei Stellungsänderung des Magnetkerns - im Spulenstrom sichtbar wäre. Anhand des Ausbleibens des Stromeinbruchs kann erkannt werden, dass sich der Magnetkern bereits in der Arbeitsstellung befindet.
In der US 6,300,733 B1 wird ein System zur Messung der Stellung einer Solenoidarmatur beschrieben. Eine hochfrequente Komponente einer Antriebsspannung (z.B. von einer Pulsweitenmodulation) und eine Messung eines hochfrequenten Strom stellen die Stellungserfassung bereit.
Die US 5,583,434 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Armatur eines Solenoids. Eine Spule wird mit einem Wechselstrom bestromt. Die Impedanz und der Widerstand der Solenoidspule können gemessen werden, um die Position der Armatur zu bestimmen.
Die DE 10 2015 213 206 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Ankers eines elektromagnetischen Aktors, der mittels Ansteuerung einer Spule des elektromagnetischen Aktors bewegbar ist, wobei die Position des Ankers unter Berücksichtigung einer Frequenz eines schwingenden Signals in einem schwingfähigen elektrischen System ermittelt wird, und wobei die Spule als ein frequenzbeeinflussendes Element des schwingfähigen elektrischen Systems verwendet wird, sowie eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Position eines Ankers eines elektromagnetischen Aktors.
Die EP 2 267 736 A1 beschreibt ein Einschraubventil, bei dem in einem verschlossenen Ende eines Magnetrohres eine Anker-Handnotbetätigung angeordnet ist.Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Aktoreinrichtung so zu modifizieren, dass die Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Aktoreinrichtung gemäß Anspruch 1. Die Stellungserfassungseinheit ist ausgebildet, die Stellung des Stellglieds basierend auf einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds auftretenden Signalcharakteristik der elektrischen Größe zu erfassen, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds zu ermitteln, ob sich die manuelle Stelleinrichtung in einem aktivierten Zustand befindet, in dem die manuelle Stelleinrichtung die Stellung des Stellglieds festlegt, und auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung zu schließen, falls die erfasste Stellung des Stellglieds von einer durch einen Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.
Folglich kann die Stellung des Stellglieds in einem stationären Zustand des Stellglieds erfasst werden, also insbesondere ohne dass für die Stellungserfassung eine Stellungsänderung durchgeführt wird. Dadurch, dass zur Stellungserfassung keine Stellungsänderung notwendig ist, kann die Betriebssicherheit erhöht werden.
Die Stellungserfassung wird insbesondere im Rahmen der Inbetriebnahme, beispielsweise im Rahmen einer Erst-Inbetriebnahme und/oder im Rahmen einer Neu-Inbetriebnahme, beispielsweise nach einer Wartung, durchgeführt. Die Aktoreinrichtung befindet sich bei der Stellungserfassung in der Regel in einem eingebauten Zustand in einer Anlage.
Wird nun die Stellungserfassung wie in der DE 10 2007 045 028 B3 beschrieben durchgeführt, so muss eine Stellungsänderung erfolgen. Durch die Stellungsänderung kann es jedoch zu einer ungewünschten Betätigung durch die Aktoreinrichtung kommen, wodurch die Betriebssicherheit beeinträchtigt werden kann.
Dadurch, dass bei der vorliegenden Aktoreinrichtung für die Stellungserfassung keine Stellungsänderung durchgeführt wird, kann es auch nicht zu einer ungewünschten Betätigung kommen. Folglich kann die Betriebssicherheit erhöht werden.
Ferner kann durch die vorliegende Aktoreinrichtung zweckmäßigerweise der Fall, in dem das Stellglied aufgrund eines Defekts in der ersten Stellung blockiert ist, von dem Fall unterschieden werden, in dem das Stellglied durch die manuelle Stelleeinrichtung in der zweiten Stellung gehalten wird. Bei der im Stand der Technik beschriebenen Vorgehensweise würde lediglich erkannt werden, dass der Stromeinbruch ausbleibt und es würde darauf geschlossen werden, dass das Stellglied durch die manuelle Stelleinrichtung in der zweiten Stellung gehalten wird, auch wenn das Stellglied tatsächlich in der ersten Stellung blockiert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ferner wird ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds eines elektromagnetischen Aktors bereitgestellt. Der elektromagnetische Aktor umfasst eine Spule und das Stellglied, dessen Stellung durch Bestromung der Spule veränderbar ist. Der elektromagnetische Aktor umfasst eine manuelle Stelleinrichtung zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds unabhängig von der Bestromung der Spule. Das Verfahren umfasst die Schritte: Durchführen einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds auftretenden Signalcharakteristik einer mit der Spule im Zusammenhang stehenden elektrischen Größe, Erfassen der Stellung des Stellglieds basierend auf der Detektion und Ermitteln, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds, ob sich die manuelle Stelleinrichtung in einem aktivierten Zustand befindet, in dem die manuelle Stelleinrichtung die Stellung des Stellglieds festlegt, wobei auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung geschlossen wird, falls die erfasste Stellung des Stellglieds von einer durch einen Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.
Das Verfahren wird zweckmäßigerweise mittels der beschriebenen Aktoreinrichtung ausgeführt und/oder ist gemäß einer beschriebenen Ausgestaltung der Aktoreinrichtung weitergebildet.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarische Details sowie eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Dabei zeigt

1 eine exemplarisch als Ventileinrichtung ausgebildete Aktoreinrichtung,
2 einen Schaltplan der Aktoreinrichtung,
3 ein Flussdiagramm einer Inbetriebnahmeprozedur,
4 ein Zustandsmodell.

Die 1 zeigt eine Ventileinrichtung 20, die eine exemplarische Ausgestaltung einer Aktoreinrichtung 10 darstellt. Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung als Ventileinrichtung 20 kann die Aktoreinrichtung auch anders ausgestaltet sein, z.B. als Antriebseinrichtung, elektromagnetischer Zuganker oder elektromagnetische Bremse. Die Aktoreinrichtung 10 ist vorzugsweise für den Einsatz in der Industrieautomatisierung, insbesondere für die Prozessautomatisierung und/oder Fabrikautomatisierung ausgebildet.
Die Aktoreinrichtung 10 umfasst einen elektromagnetischen Aktor 1 mit einer Spule 2 und einem Stellglied 3. Die Stellung des Stellglieds 3 ist durch Bestromung der Spule 2 veränderbar. Der elektromagnetische Aktor 1 verfügt ferner über eine manuelle Stelleinrichtung 19 zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds 3 unabhängig von der Bestromung der Spule 2.
Die Aktoreinrichtung 10 umfasst ferner eine (in der 1 nicht gezeigte) Stellungserfassungseinheit 4 zur Erfassung der Stellung des Stellglieds 3 basierend auf einer mit der Spule 2 im Zusammenhang stehenden elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss. Die Stellungserfassungseinheit 4 ist ausgebildet, die Stellung des Stellglieds 3 basierend auf einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds 3 auftretenden Signalcharakteristik der elektrischen Größe zu erfassen.
Nachfolgend werden weitere exemplarische Details erläutert.
Der elektromagnetische Aktor 1 umfasst exemplarisch einen Magnetkern 5, ein Joch 6 und zweckmäßigerweise ein Federelement 7. Das Stellglied 3 stellt exemplarisch den Magnetanker dar. Zwischen dem Magnetkern 5 und dem Stellglied 3 ist ein Luftspalt 8 vorhanden.
Der elektromagnetische Aktor 1 funktioniert auf die bekannte Art und Weise: durch Bestromen der Spule 2 wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch den aus Magnetkern 5, Luftspalt 8, Magnetanker und Joch 6 gebildeten Magnetkreis geführt wird. Der Magnetkreis ist bestrebt, seinen magnetischen Widerstand zu verringern; folglich entsteht bei Bestromung der Spule 2 eine Kraft, die den Magnetanker hin zu dem Magnetkern 5 drängt, so dass der Luftspalt 8 verkleinert oder komplett geschlossen wird.
Das Stellglied 3 ist ein bewegliches Teil und zweckmäßigerweise beweglich gegenüber dem Magnetkern 5, Joch 6, und Spule 2 gelagert, die vorzugsweise als feststehende Teile ausgebildet sind.
Das Stellglied 3 lässt sich durch Ansteuerung des Aktors 1 - insbesondere durch Bestromung der Spule 2 - wahlweise in eine erste oder eine zweite Stellung versetzen. In der zweiten Stellung befindet sich das Stellglied 3 näher an dem Magnetkern 5 als in der ersten Stellung. Exemplarisch liegt das Stellglied 3 in der zweiten Stellung an dem Magnetkern 5 an und/oder der Luftspalt 8 ist minimal oder geschlossen. In der ersten Stellung ist der Luftspalt 8 zweckmäßigerweise maximal. Die beiden Stellungen sind zweckmäßigerweise Endlagen des Stellglieds 3 oder befinden sich im Bereich der Endlagen. Die beiden Stellungen können auch als Schaltzustände oder Schaltstellungen bezeichnet werden. Exemplarisch ist das Stellglied 3 entlang eines Bewegungswegs in eine Richtung - in der 1 exemplarisch die x-Richtung - bewegbar. Zweckmäßigerweise stellen die beiden Stellungen die Endlagen in diese Richtung dar.
Exemplarisch dient das Federelement 7 dazu, das Stellglied 3 in die erste Stellung - also in Richtung weg von dem Magnetkern - zu drängen. Das Federelement 7 ist exemplarisch zwischen dem Magnetkern 5 und dem Stellglied 3 angeordnet.
Wie eingangs erwähnt, zeigt die 1 eine exemplarische Ausgestaltung der Aktoreinrichtung 10 als Ventileinrichtung 20. Das Stellglied 3 dient hier exemplarisch als Ventilglied, um eine fluidische Leitung 28 wahlweise zu unterbrechen/zu schließen oder zu öffnen. Zweckmäßigerweise unterbricht/schließt das Stellglied 3 die fluidische Leitung 28 in der zweiten Stellung und öffnet die fluidische Leitung 28 in der ersten Stellung.
Als Nächstes soll auf die manuelle Stelleinrichtung 19 eingegangen werden.
Die manuelle Stelleinrichtung 19 ist insbesondere als Handhilfsbetätigung ausgebildet. Die manuelle Stelleinrichtung 19 dient zweckmäßigerweise dazu, die Stellung des Stellglieds 3, insbesondere des Magnetankers, manuell - also durch eine manuelle Benutzerbetätigung - zu verändern. Zweckmäßigerweise ist das Stellglied 3, insbesondere der Magnetanker, durch die manuelle Stelleinrichtung 19 mechanisch betätigbar, sodass das Stellglied 3, insbesondere der Magnetanker, seine Stellung ändert. Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung 19 ein Stelleinrichtungsglied 21, das mechanisch mit dem Stellglied 3 gekoppelt ist. Vorzugsweise liegt das Stelleinrichtungsglied 21 direkt an dem Stellglied 3, insbesondere dem Magnetanker, an. Das Stelleinrichtungsglied 21 kann von einem Benutzer manuell bewegt werden, um so eine Stellungsänderung des Stellglieds 3 zu bewirken. Die manuelle Stelleinrichtung 19 ist insbesondere dazu geeignet, bei manueller Benutzerbetätigung eine Stellungsänderung von der ersten Stellung in die zweite Stellung und/oder von der zweiten Stellung in die erste Stellung zu bewirken.
Die Stellungsänderungen durch die manuelle Stelleinrichtung 19 erfolgt zweckmäßigerweise unabhängig von der Bestromung der Spule 2 und/oder unabhängig von einem Stellungsbefehl, der eine Stellung für das Stellglied 3 vorgibt. Auch wenn die Spule 2 nicht bestromt wird und/oder kein Stellungsbefehl vorliegt, kann mit der manuellen Stelleinrichtung 2 eine Stellungsänderung des Stellglieds 3 insbesondere in die erste und/oder zweite Stellung bewirkt werden. Zweckmäßigerweise kann mit der manuellen Stelleinrichtung 19 ferner eine Stellungsänderung des Stellglieds 3 entgegen einer mit einer Bestromung der Spule 2 beabsichtigten Stellungsänderung bewirkt werden. Wird die Spule 2 gemäß einer vorgegebenen Stellung bestromt, beispielsweise um das Stellglied 3 in die erste und/oder zweite Stellung zu versetzen und/oder zu halten, so ist es mit der manuellen Stelleinrichtung 19 zweckmäßigerweise möglich, das Stellglied 3 manuell in eine von der vorgegebenen Stellung abweichende Stellung zu versetzen.
Die manuelle Stelleinrichtung 19 ist insbesondere ausgebildet, das Stellglied 3 in einer bestimmten Stellung, beispielsweise der ersten und/oder zweiten Stellung zu halten, insbesondere zu fixieren. Zweckmäßigerweise ist die Stelleinrichtung 19 ausgebildet, das Stellglied 3 auch dann noch in einer bestimmten Stellung zu halten, wenn der Benutzer die Stelleinrichtung 19 nicht mehr manuell betätigt. Die manuelle Stelleinrichtung 19 verfügt beispielsweise über einen Haltemechanismus, insbesondere einen Rastmechanismus, der bei Betätigung der manuellen Stelleinrichtung 19 auslösbar ist, um das Stellglied 3 in einer bestimmten Stellung zu halten, insbesondere zu fixieren. Bei der bestimmten Stellung handelt es sich insbesondere um diejenige Stellung, in die das Stellglied 3 zuvor mittels der manuellen Stelleeinrichtung 19 versetzt wurde.
Die manuelle Stelleinrichtung 19 verfügt zweckmäßigerweise über einen Bedienabschnitt 22, beispielsweise einen Griff, der von einem Benutzer manuell betätigt werden kann, um die Stellungsänderung des Stellglieds 3 zu bewirken. Der Bedienabschnitt 22 ist zweckmäßigerweise aus einem (in den Figuren nicht gezeigten) Gehäuse des elektromagnetischen Aktors 1 herausgeführt, so dass der Bedienabschnitt 22 zweckmäßigerweise im normalen Betriebszustand des elektromagnetischen Aktors von außen für den Benutzer zugänglich und betätigbar ist. In dem nicht gezeigten Gehäuse des Aktors 1 ist vorzugsweise das Stellglied 3, die Spule 2, das Joch 6, der Magnetkern 5 und/oder das Federelement 7 angeordnet.
Die manuelle Stelleinrichtung 19 ist vorzugsweise rein mechanisch realisiert. Insbesondere umfasst die Aktoreinrichtung 10 keine dedizierte Sensorik zur Erfassung des Zustands der manuellen Stelleinrichtung 19, insbesondere keine dedizierte Sensorik zur Erfassung der Stellung des Stelleinrichtungsglieds 21.
Ein Zustand, in dem die manuelle Stelleinrichtung 19 die Stellung des Stellglieds 3 festlegt, insbesondere ein Zustand, in dem die manuelle Stelleinrichtung 19 das Stellglied 3 in der ersten oder zweiten Stellung hält oder fixiert, soll nachstehend auch als aktivierter Zustand der manuellen Stelleinrichtung 19 bezeichnet werden.
Als Nächstes soll unter Bezugnahme auf die 2 näher auf die Stellungserfassungseinheit 4 eingegangen werden.
Die 2 zeigt die Aktoreinrichtung 10 als Schaltbild. Der elektromagentische Aktor 1 wird durch die Induktivität der Spule 2 und eine optionale, parallel zur Spule 2 geschaltete Freilaufdiode 9 repräsentiert. Die Freilaufdiode 9 ist in Sperrrichtung geschaltet.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist exemplarisch Teil der Aktoreinrichtung 10. Die Stellungserfassungseinheit 4 dient insbesondere dazu, die elektrische Größe zu detektieren und/oder die Stellung des Stellglieds 3 basierend auf der elektrischen Größe zu erfassen und/oder ein Ansteuersignal bereitzustellen und/oder ein Stellungserfassungssignal bereitzustellen.
Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst exemplarisch eine Steuereinheit 11, beispielsweise einen Mikrocontroller, die ausgebildet ist, die mit der Spule 2 im Zusammenhang stehende elektrische Größe zu erfassen. Zweckmäßigerweise werden Strom und/oder Spannung gemessen und von der Steuereinheit 11 ausgewertet. Vorzugsweise wird als die elektrische Größe ein Spulenstrom erfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu kann als die elektrische Größe auch eine Spannung, eine Induktivität und/oder ein verketteter Fluss erfasst werden. Die erfasste elektrische Größe hängt zweckmäßigerweise von der Induktivität der Spule 2 und/oder dem Spulenstrom ab.
Exemplarisch umfasst die Stellungserfassungseinheit 4 eine Strommesseinheit 15, die mit einem ersten Eingang 17 der Steuereinheit 11 verbunden ist. Die Strommesseinheit 15 ist derart geschaltet, dass ein durch die Strommesseinheit 15 fließender Strom, insbesondere ein Wechselstrom, von der Induktivität der Spule 2 abhängt. Exemplarisch ist die Strommesseinheit 15 in einen Strompfad geschaltet, der von der Spannungsversorgung zu der Spule 2 führt. Ferner kann die Strommesseinheit 15 auch auf einem Strompfad zwischen der Spule 2 und der Masse liegen. Bei der Strommesseinheit 15 kann es sich exemplarisch um einen ohmschen Widerstand handeln; die Stellungserfassungseinheit 4 ist in diesem Fall zweckmäßigerweise ausgebildet, die über dem Widerstand abfallende Spannung und/oder eine davon abhängende Spannung als die elektrische Größe zu erfassen. Die Strommessung kann beispielsweise über einen Shuntwiderstand geschehen und vorzugsweise temperaturkompensiert sein.
Die Steuereinheit 11 verfügt exemplarisch über einen zweiten Eingang 18, der zweckmäßigerweise mit dem Strompfad verbunden ist. Die Steuereinheit 11 ist exemplarisch ausgebildet, über den zweiten Eingang 18 eine Spannung zu erfassen. Vorzugsweise wird eine Spannung erfasst, die von der Induktivität der Spule 2 und/oder dem Spulenstrom abhängen kann. Insbesondere wird die über der Strommesseinheit 15, dem Schalter 12 und der Spule 2 abfallende Spannung erfasst. Exemplarisch findet die Strom- und/oder Spannungserfassung auf der Spannungsversorgungsseite des Aktors 1 statt. Ferner kann die Stromerfassung auch auf der Masseseite vorgenommen werden.
Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst exemplarisch einen Schalter 12, beispielsweise einen Transistor, um ein Ansteuersignal für die Spule 2 bereitzustellen. Über den Schalter 12 kann die Spule 2 elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden werden, um die Spule 2 mit einer Spannung zu beaufschlagen.
Die Steuereinheit 11 ist zweckmäßigerweise mit einem Steuereingang 14, exemplarisch einem Gate-Anschluss, des Schalters 12 verbunden, über den der Schalter 12 wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Exemplarisch weist die Steuereinheit 11 einen Ausgang 16 auf, an den der Steuereingang 14 angeschlossen ist. Zwischen dem Ausgang 16 und dem Schalter 12 kann zweckmäßigerweise eine (nicht gezeigte) Treiberstufe geschaltet sein.
Im geschlossenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 mit der (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden, so dass ein Spulenstrom durch die Spule 2 fließt. Im offenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 von der Spannungsversorgung getrennt, so dass zweckmäßigerweise kein Strom durch die Spule 2 fließt.
Bei der gezeigten Ausgestaltung sind der Schalter 12 und die Strommesseinheit 15 zusätzlich zu der Steuereinheit 11 vorgesehen. Alternativ dazu können der Schalter 12 und/oder die Strommesseinheit 15 auch in der Steuereinheit 11 integriert sein. Zwischen der Stellungserfassungseinheit 4 und dem Aktor 1 kann zweckmäßigerweise eine (nicht gezeigte) Kabelstrecke verbaut sein.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 als zentrale Steuerung ausgeführt, in der die zur Stellungserfassung benötigte Elektronik integriert ist. Die Stellungserfassungseinheit 4 ist in bevorzugter Weise dazu ausgebildet, mehrere Aktoren anzusteuern und/oder die Stellungen von Stellgliedern mehrerer Aktoren zu erfassen. In diesem Fall kann die Stellungserfassungseinheit 4 zweckmäßigerweise eine Mehrzahl an Schaltern 12, Strommesseinheiten 15, Ausgängen 16, ersten Eingängen 17 und/oder zweiten Eingängen 18 umfassen. Die Stellungserfassungseinheit 4 kann insbesondere eine Mehrzahl an Steuereinheiten 11 umfassen.
Nachstehend soll näher auf die Ansteuerung des Aktors 1 eingegangen werden.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungerfassungseinheit 4 ausgebildet, den Aktor 1 anzusteuern, um das Stellglied 3 in eine vorgegebene Stellung, insbesondere die erste Stellung oder die zweite Stellung, zu versetzen. Die vorgegebene Stellung wird zweckmäßigerweise durch einen in der Stellungserfassungseinheit 4 bereitgestellten Stellungsbefehl vorgegeben. Die Stellungserfassungseinheit 4 ist vorzugsweise ausgebildet, gemäß dem Stellungsbefehl ein Ansteuersignal für die Spule 2 bereitzustellen.
Beispielsweise wird das Ansteuersignal dadurch bereitgestellt, dass der vorstehend erläuterte Schalter 12 in entsprechender Weise angesteuert wird, vorzugsweise mit einem PWM-Signal.
Bei dem Ansteuersignal handelt es sich vorzugsweise um ein Wechselsignal. Mit dem Begriff „Wechselsignal“ soll in diesem Zusammenhang ein Signal gemeint sein, das einen Wechselanteil aufweist. Das Wechselsignal kann zusätzlich zu dem Wechselanteil auch einen Gleichanteil oder keinen Gleichanteil aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Ansteuersignal ein Pulsweitenmodulationssignal - also ein PWM-Signal.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, ein erstes Ansteuersignal bereitzustellen, um das Stellglied 3 in die erste Stellung zu versetzen. Bei dem ersten Ansteuersignal handelt es sich beispielsweise um ein Nullsignal, bei dem z.B. durch die Spule 2 kein Strom fließt. Ferner ist die Aktoreinrichtung 10 zweckmäßigerweise ausgebildet, ein zweites Ansteuersignal bereitzustellen, um das Stellglied 3 in die zweite Stellung zu versetzen. Das zweite Ansteuersignal ist zweckmäßigerweise stärker als das erste Ansteuersignal und weist beispielsweise eine größere Amplitude und/oder einen größeren Tastgrad als das erste Ansteuersignal auf.
Im Folgenden soll auf die Stellungserfassung auf Basis der elektrischen Größe eingegangen werden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, die Stellung des Stellglieds 3 basierend auf einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds 3 auftretenden Signalcharakteristik der elektrischen Größe zu erfassen.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist insbesondere ausgebildet, die Detektion auf Basis eines aufgezeichneten zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe durchzuführen. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, den zeitlichen Verlauf aufzuzeichnen, wenn sich das Stellglied 3 in einem stationären Zustand befindet - also wenn es sich gerade nicht bewegt.
Beispielsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, als die elektrische Größe den Spulenstrom aufzuzeichnen und zu prüfen, ob der aufgezeichnete Verlauf des Spulenstroms die Signalcharakteristik aufweist.
Bei der Signalcharakteristik handelt es sich beispielsweise um eine Signalamplitude größer oder kleiner als ein Schwellenwert und/oder um eine bestimmte Signalform. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Signalcharakteristik um eine Eigenschaft der elektrischen Größe, die von der Induktivität der Spule 2 abhängt. Die Induktivität der Spule 2 ist von der Stellung des Stellglieds 3, insbesondere des Magnetankers, abhängig.
Die Signalcharakteristik hängt von der Induktivität der Spule 2 ab, die wiederum von der Stellung des Stellglieds 3 abhängt. Dementsprechend kann aus der Signalcharakteristik - beispielsweise der Amplitude des (als Wechselsignal) vorliegenden Spulenstroms - auf die Stellung des Stellglieds 3 geschlossen werden.
Die Aktoreinrichtung 10, insbesondere die Stellungserfassungseinheit 4, ist vorzugsweise ausgebildet, die Spule 2 für die Detektion der Signalcharakteristik mit einem Stellungserfassungssignal anzusteuern. Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10, insbesondere die Stellungserfassungseinheit 4, ausgebildet, für die Detektion der Signalcharakteristik das Ansteuersignal zu dem Stellungserfassungssignal zu ändern. Das Stellungserfassungssignal ist insbesondere ein Signal, bei dem die aktuelle Stellung des Stellglieds 3 beibehalten wird. Bei dem Stellungserfassungssignal handelt es sich beispielsweise um ein Wechselsignal, das nicht stark genug ist, um (in einem unbetätigten Zustand der manuellen Stelleinrichtung 19) eine Stellungsänderung des Stellglieds 3 von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewirken.
Die Aktoreinrichtung 10, insbesondere die Stellungserfassungseinheit 4, ist zweckmäßigerweise ausgebildet, während der Ansteuerung der Spule 2 mit dem Stellungserfassungssignal die elektrische Größe aufzuzeichnen, zu prüfen, ob die aufgezeichnete elektrische Größe die Signalcharakteristik enthält, und auf Basis des Prüfungsergebnisses die Stellung des Stellglieds 3 zu bestimmen.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10, insbesondere die Stellungserfassungseinheit 4, ausgebildet, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds zu ermitteln, ob sich die manuelle Stelleinrichtung 19 in einem aktivierten Zustand befindet. Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, auf Basis der Ermittlung des aktivierten Zustands der manuellen Stelleinrichtung eine Aufforderung an einen Benutzer auszugeben und/oder eine entsprechende Information in der Aktoreinrichtung 10 und/oder eine übergeordneten Steuerung zu speichern.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, die Stellungserfassung im Rahmen einer Inbetriebnahmeprozedur durchzuführen.
In der 3 ist eine exemplarische Inbetriebnahmeprozedur gezeigt. Beispielsweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, die Inbetriebnahmeprozedur bei der Erst-Inbetriebnahme und/oder bei einer Neu-Inbetriebnahme, beispielsweise nach einer Wartung, durchzuführen.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, im Rahmen der Inbetriebnahmeprozedur zu prüfen, ob die manuelle Stelleinrichtung 19 aktiviert ist. Vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, die Inbetriebnahmeprozedur nur dann mit der Inbetriebnahme abzuschließen, wenn sich die manuelle Stelleinrichtung 19 nicht aktiviert ist.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, im Rahmen der Inbetriebnahmeprozedur die erfasste Stellung mit einer Soll-Stellung zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs ein von einem Benutzer wahrnehmbares Aufforderungssignal bereitzustellen, um den Benutzer dazu aufzufordern, das Stellglied 3 durch die manuelle Stelleinrichtung 19 in die Soll-Stellung zu versetzen. Beispielsweise handelt es sich bei der Soll-Stellung um die erste Stellung. Zweckmäßigerweise umfasst das Aufforderungssignal die Aufforderung, die manuelle Stelleinrichtung 19 zu deaktivieren, so dass das Stellglied 3 in die erste Stellung versetzt wird.
Der Vergleich der erfassten Stellung mit der Soll-Stellung erfolgt insbesondere im Rahmen einer Prüfung, ob die manuelle Stelleinrichtung 19 aktiviert ist. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung 19 zu schließen, falls die zweite Stellung des Stellglieds 3 detektiert wurde und/oder falls die detektierte Stellung des Stellglieds 3 von einer durch den Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.
Vorzugsweise umfasst die Aktoreinrichtung eine Mehrzahl an Aktoren mit manuellen Stelleinrichtungen und ist zweckmäßigerweise ausgebildet, im Rahmen der Inbetriebnahmeprozedur für mehrere manuelle Stelleinrichtungen zu prüfen, ob sie sich in dem aktivierten Zustand befinden. Vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung ausgebildet, die Inbetriebnahmeprozedur nur dann mit der Inbetriebnahme abzuschließen, wenn sich keine der geprüften Stelleinrichtungen in dem aktivierten Zustand befindet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Aktoreinrichtung auch ausgebildet sein, eine Konfigurationsinformation zu speichern, gemäß welcher bei der Inbetriebnahme eine oder mehrere manuelle Stelleinrichtungen aktiviert sein dürfen und/oder eine oder mehrere manuelle Stelleinrichtungen nicht aktiviert sein dürfen, und im Rahmen der Inbetriebnahme zu prüfen, ob die Zustände der manuellen Stelleinrichtungen der Konfigurationsinformation entsprechen oder nicht. Vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung ausgebildet, die Inbetriebnahmeprozedur nur dann mit der Inbetriebnahme abzuschließen, wenn die erfassten Zustände der Konfigurationsinformation entsprechen.
Die in der 3 gezeigte Inbetriebnahmeprozedur wird zweckmäßigerweise durch die Aktoreinrichtung durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Inbetriebnahmeprozedur für eine Anlage und/oder Maschine durchgeführt, die zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Aktoren, insbesondere Ventilen, mit manuellen Stelleinrichtungen umfasst.
Die Inbetriebnahmeprozedur wird vorzugsweise durch den Schritt S1 gestartet, beispielsweise durch den Abschluss einer zuvor durchgeführten Wartungsprozedur. Im Rahmen der Inbetriebnahmeprozedur erfolgt eine Zustandsprüfung der manuellen Stelleinrichtungen. Die der Zustandsprüfung zugehörigen Schritte sind in der 3 in dem gestrichelten Kasten angeordnet.
Bei Schritt S2 wird die Zustandsprüfung gestartet. Bei Schritt S3 wird die Stellung des Stellglieds eines Aktors erfasst, insbesondere auf die vorstehend erläuterte Weise, nämlich durch Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds 3 auftretenden Signalcharakteristik. Sofern mehrere Aktoren vorhanden sind, werden die Stellungen mehrerer Stellglieder erfasst, insbesondere auf die vorstehend erläuterte Weise.
Zweckmäßigerweise wird im Rahmen der Stellungserfassung das Ansteuersignal eines oder mehrerer Aktoren zu dem Stellungserfassungssignal geändert. Zweckmäßigerweise werden bei der Stellungserfassung ein, mehrere oder sämtliche Ansteuersignale von dem ersten Ansteuersignal zu dem Stellungserfassungssignal geändert. Bei dem Stellungserfassungssignal handelt es sich vorzugsweise um ein Signal, durch das kein Stellungswechsel in die zweite Stellung erfolgt.
Bei Schritt S4 wird für einen, zweckmäßigerweise mehrere, vorzugsweise sämtliche Aktoren geprüft, ob die manuelle Stelleinrichtung aktiviert ist. Hierzu wird für ein, zweckmäßigerweise mehrere oder sämtliche Stellglieder eine Stellungserfassung auf die vorstehend erläuterte Weise durchgeführt und geprüft, ob sich das/die Stellglieder in der ersten Stellung befindet. Falls sich ein Stellglied nicht in der ersten Stellung befindet, wird darauf geschlossen, dass die zugehörige manuelle Stelleinrichtung aktiviert ist.
Sofern sich ein Stellglied nicht in der ersten Stellung befindet, fährt die Inbetriebnahmeprozedur mit dem Schritt S5 fort. Im Schritt S5 wird eine Aufforderung an den Benutzer ausgegeben, die aktivierte manuelle Stelleinrichtung zu deaktivieren. Die Inbetriebnahmeprozedur kehrt dann zu Schritt S3 zurück. Die Schritte S3, S4 und S5 werden zweckmäßigerweise solange wiederholt, bis für sämtliche Stellglieder die erste Stellung erfasst wurde.
Sofern sich sämtliche Stellglieder in der ersten Stellung befinden, fährt die Inbetriebnahmeprozedur mit dem optionalen Schritt S6 fort. Bei dem Schritt S6 wird eine Meldung an einen Benutzer ausgegeben, dass die Zustandsprüfung erfolgreich war.
Nach dem Schritt S6, oder, sofern der optionale Schritt S6 nicht vorhanden ist, nach dem Schritt S5, fährt die Inbetriebnahmeprozedur mit dem Schritt S7 fort. Bei Schritt S7 wird die Zustandsprüfung beendet.
Die Inbetriebnahmeprozedur fährt dann mit dem Schritt S8 fort, bei dem die Inbetriebnahme der Aktoreinrichtung erfolgt. Beispielsweise werden weitere Schritte für einen Maschinenanlauf durchgeführt. Zweckmäßigerweise wird ein Stellungsbefehl bereitgestellt, der für einen Aktor die zweite Stellung vorgibt, und das Stellglied des Aktors wird durch Bestromung einer Spule gemäß dem Stellungsbefehl in die zweite Stellung versetzt.
Optional kann die Inbetriebnahmeprozedur einen weiteren Pfad zwischen dem Schritt S5 und dem Schritt S7 umfassen. Beispielsweise kann die Möglichkeit vorgesehen sein, dass der Benutzer eine Bestätigung eingibt, dass die manuelle Stelleinrichtung tatsächlich aktiviert sein soll. Zweckmäßigerweise weist die Aktoreinrichtung die Möglichkeit einer solchen Bestätigung durch den Benutzer auf. Die Aktoreinrichtung ist zweckmäßigerweise ausgebildet, für einen, vorzugsweise mehrere oder sämtliche, manuelle Stelleinrichtungen eine Konfigurationsinformation zu speichern, ob die jeweilige manuelle Stelleinrichtung aktiviert sein soll oder nicht. Zweckmäßigerweise fährt die Inbetriebnahmeprozedur mit dem Schritt S7 fort, sofern nur diejenigen manuellen Stelleinrichtungen, die gemäß der gespeicherten Konfigurationsinformation und/oder der Bestätigung durch den Benutzer aktiviert sein sollen, aktiviert sind. Zweckmäßigerweise wird die Bestätigung und/oder die Konfigurationsinformation, welche manuellen Stelleinrichtungen aktiviert sind und/oder aktiviert sein sollen, einer übergeordneten Steuerung bereitgestellt.
Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die 4 ein Zustandsmodell 30 erläutert werden, gemäß welchem ein aktueller Betriebsstatus der Aktoreinrichtung erkannt werden kann. Die Aktoreinrichtung 10 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, im Normalbetrieb - also beispielsweise nach einer Inbetriebnahme - anhand des Zustandsmodells 30 einen Betriebsstatus zu ermitteln.
Vorzugsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, ein Zustandsmodell 30 bereitzustellen, das eine Mehrzahl von möglichen Zuständen Z1, Z2, Z3, Z4 des Aktors 1 enthält, und auf Basis der erfassten Stellung und einer Soll-Stellung einen der möglichen Zustände Z1, Z2, Z3, Z4 als einen aktuellen Zustand zu bestimmen.
Exemplarisch bildet jeder Zustand Z1, Z2, Z3, Z4 eine Kombination aus einer Soll-Stellung und einer erfassten Stellung - also einer Ist-Stellung - ab. Im ersten Zustand Z1 sind die Soll-Stellung und die Ist-Stellung jeweils die erste Stellung. Im zweiten Zustand Z2 ist die Soll-Stellung die zweite Stellung und die Ist-Stellung die erste Stellung. Im dritten Zustand Z3 sind die Soll-Stellung und die Ist-Stellung jeweils die zweite Stellung. Im vierten Zustand Z4 ist die Soll-Stellung die erste Stellung und die Ist-Stellung ist die zweite Stellung.
Zweckmäßigerweise sind keine Zwischenzustände vorgesehen. Die Stellungserfassungseinheit 4 ist vorzugsweise ausgebildet, einen Fehlerzustand festzustellen, sofern eine Ist-Stellung und/oder eine Soll-Stellung nicht eindeutig erfasst wird.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, den Ist-Zustand, auf dessen Basis der Zustand bestimmt wird, eine vorbestimmte Zeitperiode nach einer Änderung des Soll-Zustands zu erfassen. Die Zeitperiode ist vorzugsweise gleich oder größer als eine Schaltzeit - also die für eine Stellungsänderung benötigte Zeit - des Aktors 1.
Vorzugsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, einen Zustandsübergang von einem zuvor erfassten Zustand zu einem aktuellen Zustand zu erfassen und auf Basis des erfassten Zustandsübergangs einen Betriebsstatus des Aktors 1 zu bestimmen.
Exemplarisch gibt es vierzehn verschiedene Zustandsübergänge ZU11 bis ZU44. Die Zustandsübergänge sind als ZUij bezeichnet, wobei i für den zuvor erfassten Zustand und j für den aktuell erfassten Zustand steht.
Aus einem erfassten Zustandsübergang kann auf einen Betriebszustand geschlossen werden, beispielsweise kann als Betriebszustand auf ein blockiertes Stellglied 3, eine verspätete Stellungsänderung, eine fehlerhafte Stellungsänderung, einen ordnungsgemäßer Betrieb, und/oder eine aktivierte manuelle Stelleinrichtung 19 geschlossen werden.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, bei einem Zustandsübergang ZU11, ZU13, ZU31 und/oder ZU44 einen ordnungsgemäßen Betrieb als Betriebsstatus festzustellen. Ferner ist die Aktoreinrichtung 10 vorzugsweise ausgebildet, bei einem Zustandsübergang ZU13 und/oder ZU31 eine erfolgreiche Stellungsänderung des Stellglieds 3 als Betriebsstatus festzustellen.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ferner ausgebildet, einen oder mehrere der nachstehend aufgelisteten Betriebsstatus gemäß dem jeweils zugeordneten Zustandsübergang festzustellen:

ZU12: momentan ablaufende Stellungsänderung, insbesondere von der ersten Stellung in die zweite Stellung, oder blockiertes Stellglied in erster Stellung;
ZU14: Aktivierung der manuellen Stelleinrichtung 19;
ZU21: blockiertes Stellglied in vorgegebener Stellung, insbesondere in erster Stellung;
ZU22: blockiertes Stellglied in erster Stellung;
ZU23: verspätete Stellungsänderung des Stellglieds, insbesondere von erster in zweite Stellung;
ZU32: fehlerhafte Stellungsänderung des Stellglieds, insbesondere von zweiter in erste Stellung;
ZU34: momentan ablaufende Stellungsänderung, insbesondere von der zweiten Stellung in die erste Stellung, oder blockiertes Stellglied in der zweiten Stellung;
ZU41: verspätete Stellungsänderung des Stellglieds, insbesondere von der zweiten Stellung in die erste Stellung;
ZU43: blockiertes Stellglied in vorgegebener Stellung, insbesondere in zweiter Stellung;
ZU33: blockiertes Stellglied in zweiter Stellung.

Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, gemäß dem festgestellten Betriebsstatus ein Betriebsstatus-Signal, insbesondere ein von einem Benutzer wahrnehmbares Betriebsstatus-Signal, bereitzustellen.
Nachstehend sollen weitere exemplarische Aspekte erläutert werden.
Bei dem Aktor 1 handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Magnetventil. Die manuelle Stelleinrichtung 19 ist vorzugsweise eine Handhilfsbetätigung, HHB. Mit der HHB kann das Magnetventil manuell in die aktivierte Stellung überführt werden. Manuell heißt insbesondere, dass das Magnetventil ohne Stellungsbefehl einer zugehörigen Steuerung, beispielsweise der Stellungserfassungseinheit 4 schaltet. Die HHB ist zweckmäßigerweise rein mechanisch realisiert.
Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 zur sensorlosen Schaltstellungsüberwachung ausgebildet. Damit wird zweckmäßigerweise kein zusätzliches Schalten benötigt und es kann insbesondere auch zwischen HHB und Blockade in der neutralen Stellung unterschieden werden. Die sensorlose Schaltstellungsüberwachung beruht insbesondere darauf, dass auch in der neutralen, eigentlich stromlosen Stellung die Spule zur Messung mit einem Diagnosestrom - insbesondere dem Stellungserfassungssignal - beaufschlagt wird. Dieser Diagnosestrom ist zweckmäßigerweise so klein, dass das Magnetventil nicht schaltet. Vorzugsweise wird ein Strom- und/oder Spannungssignal gemessen, aus dem entweder die Induktivität oder der verkettete Fluss des Magnetventils bestimmt wird, und daraus die Schaltstellung abgeleitet wird.
Die Überwachung der HHB ist besonders nach Wartungen vorteilhaft. Bevor die Anlage wieder in Betrieb genommen wird muss sichergestellt sein, dass keine rastende HHB aktiviert ist.
Beim Anlaufen einer Maschine nach einer Wartung wird zweckmäßigerweise als erstes eine HHB-Kontrolle für jedes verbaute Magnetventil gestartet. Ein Beispiel einer HHB-Kontrolle ist der in der 3 gezeigte gestrichelte Kasten bzw. die vorstehend bereits erläuterte Zustandsprüfung. Hierbei wird das zu überprüfende Magnetventil in der neutralen, stromlosen Stellung belassen. Nun wird die Schaltstellung des Magnetankers überprüft. Befindet sich der Magnetanker nicht in der neutralen Stellung, so wird der Betreiber zum Lösen der HHB aufgefordert. Die Schaltstellung wird so lange gemessen, bis die neutrale Schaltstellung gemessen wird. Daraufhin kann optional eine Erfolgsnachricht erzeugt werden. Danach ist die Überprüfung erfolgreich abgeschlossen und die weiteren Schritte für den Maschinenanlauf können folgen.
Im Fall, dass die HHB absichtlich aktiviert wurde, ist zweckmäßigerweise ein zusätzlicher Pfad zwischen dem Schritt S5 und dem Schritt S7 eingerichtet, der durch Bestätigung, dass die HHB gewollt aktiviert ist durchlaufen wird. Die Information, dass die HHB aktiviert ist liegt in diesem Fall vorzugsweise einer übergeordneten Steuerung vor.
Neben dem Prozess während des Anlaufens einer Maschine kann die HHB auch zweckmäßigerweise während des Betriebs überwacht werden. Die in der 4 gezeigte vier Zustände Z1, Z2, Z3, Z4 sind exemplarisch Zustände eines Magnetventils im Betrieb.
Die vier Zustände Z1, Z2, Z3, Z4 unterscheiden sich im Soll- und im Ist-Zustand des Magnetventils. Beide können entweder „ein“, also angezogen sein, oder „aus“ d.h. abgefallen. Zwischenzustände sind nicht berücksichtigt. Diese sollen direkt zu einer Fehlermeldung führen.
Ist der Anker eines Magnetventils abgefallen und das Ventil soll auch aus sein, so befindet es sich im Zustand Z1. Soll das Magnetventil nun schalten und auch der Ist-Zustand geht in angezogen über dann erfolgt ein Zustandsübergang nach Z3.
Der Zeitraum nach einer Sollzustandsänderung, nach dem der Ist-Zustand überprüft wird, ist vorzugsweise gleich oder größer als die Schaltzeit eines funktionsfähigen Magnetventils.
Ändert sich der Ist-Zustand nach einer Sollzustandsänderung nicht, so erfolgt eine Zustandsänderung in einen der beiden anderen Zustände Z2 oder Z4, je nachdem, welches der vorherige Zustand war. So findet nach Z1 ein Zustandsübergang nach Z2 und nach Z3 ein Zustandsübergang nach Z4 statt.
Für die Ermittlung des Betriebsstatus des Magnetventils werden zweckmäßigerweise nicht die Zustände ausgewertet. Vorzugsweise werden für die Ermittlung des Betriebsstatus stattdessen die Zustandsübergänge ausgewertet. Die Zustandsübergänge sind in der 4 als Pfeile gezeigt.
Exemplarisch wird die Betätigung der HHB dann eindeutig erkannt, wenn das Magnetventil vom Zustand Z1 in den Zustand Z4 wechselt. Bleibt die HHB aktiviert, so verbleibt das Magnetventil in Zustand 4.
Wenn das Magnetventil beim Ausschalten von Zustand Z3 in den Zustand Z4 übergeht, wird zweckmäßigerweise eine Blockade erkannt.

Claims

Aktoreinrichtung (10), umfassend: einen elektromagnetischen Aktor (1) mit einer Spule (2) und einem Stellglied (3), dessen Stellung durch Bestromung der Spule (2) veränderbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (1) ferner über eine manuelle Stelleinrichtung (19) zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds (3) unabhängig von der Bestromung der Spule (2) verfügt, eine Stellungserfassungseinheit (4) zur Erfassung der Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer mit der Spule (2) im Zusammenhang stehenden elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss, wobei die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, die Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds (3) auftretenden Signalcharakteristik der elektrischen Größe zu erfassen, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds (3) zu ermitteln, ob sich die manuelle Stelleinrichtung (19) in einem aktivierten Zustand befindet, in dem die manuelle Stelleinrichtung (19) die Stellung des Stellglieds festlegt, und auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung (19) zu schließen, falls die erfasste Stellung des Stellglieds (3) von einer durch einen Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, als die Signalcharakteristik eine durch eine Induktivitätsänderung der Spule (2) verursachte Signalcharakteristik zu detektieren.
Aktoreinrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (10) ausgebildet ist, die Spule (2) für die Detektion der Signalcharakteristik mit einem Stellungserfassungssignal anzusteuern, durch das die aktuelle Stellung des Stellglieds (3) beibehalten wird.
Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, eine Stellungserfassung im Rahmen einer Inbetriebnahmeprozedur durchzuführen.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, im Rahmen der Inbetriebnahmeprozedur die erfasste Stellung mit der Soll-Stellung zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs ein von einem Benutzer wahrnehmbares Aufforderungssignal bereitzustellen, um den Benutzer dazu aufzufordern, das Stellglied (3) durch die manuelle Stelleinrichtung (19) in die vorgegebene Soll-Stellung zu versetzen.
Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, ein Zustandsmodell (30) bereitzustellen, das eine Mehrzahl von möglichen Zuständen (Z1, Z2, Z3, Z4) des Aktors (1) enthält, und auf Basis der erfassten Stellung und der Soll-Stellung einen der möglichen Zustände (Z1, Z2, Z3, Z4) als einen aktuellen Zustand zu bestimmen.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, einen Zustandsübergang (ZU11, ..., ZU44) von einem zuvor erfassten Zustand zu einem aktuellen Zustand zu erfassen und auf Basis des erfassten Zustandsübergangs (ZU11, ..., ZU44) einen Betriebsstatus des Aktors (1) zu bestimmen,
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der Betriebsstatus umfasst: ein blockiertes Stellglied (3), eine verspätete Stellungsänderung, eine fehlerhafte Stellungsänderung, ein ordnungsgemäßer Betrieb, eine durch die manuelle Stelleinrichtung (19) bewirkte Stellungsänderung.
Ventileinrichtung (20), umfassend eine Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche sowie ein Ventilglied, wobei das Stellglied (3) als das Ventilglied oder zur Betätigung des Ventilglieds dient.
Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds (3) eines elektromagnetischen Aktors (10) mit einer Spule (2) und dem Stellglied (3), dessen Stellung durch Bestromung der Spule (2) veränderbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (1) ferner über eine manuelle Stelleinrichtung (19) zur manuellen Stellungsänderung des Stellglieds (3) unabhängig von der Bestromung der Spule (2) verfügt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Durchführen einer Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds (3) auftretenden Signalcharakteristik einer mit der Spule (2) im Zusammenhang stehenden elektrischen Größe, Erfassen der Stellung des Stellglieds (3) basierend auf der Detektion und Ermitteln, auf Basis der erfassten Stellung des Stellglieds (3), ob sich die manuelle Stelleinrichtung (19) in einem aktivierten Zustand befindet, in dem die manuelle Stelleinrichtung (19) die Stellung des Stellglieds festlegt, wobei auf den aktivierten Zustand der manuellen Stelleinrichtung (19) geschlossen wird, falls die erfasste Stellung des Stellglieds (3) von einer durch einen Stellungsbefehl vorgegebenen Soll-Stellung abweicht.