DE102019128180A1

DE102019128180A1 - Prozessventil mit Sicherheitskontakt

Info

Publication number: DE102019128180A1
Application number: DE102019128180.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Feinauer
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Es wird unter anderem ein Prozessventil umfassend zumindest ein Elektronikmodul und ein Pilotventil bereitgestellt. Das Elektronikmodul und das Pilotventil sind mit einer einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung gekoppelt. Das Prozessventil umfasst einen ersten elektrischen Anschluss und einen gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss. Der erste elektrische Anschluss ist mit der einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung und dem Elektronikmodul gekoppelt. Das Elektronikmodul stellt ein eine Schaltstellung des Pilotventils bestimmendes Steuersignal bereit. Der zweite elektrische Anschluss ist mit einem Sicherheitskontakt gekoppelt. Das Prozessventil ist derart eingerichtet, dass in einem Sicherheitsfall eine Unterbrechung der Kopplung zwischen dem Elektronikmodul und dem Pilotventil mittels des Sicherheitskontakts derart herbeiführbar ist, dass eine Stromversorgung des Pilotventils unterbrochen wird und eine Stromversorgung des Elektronikmoduls nicht unterbrochen wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Prozessventil und eine Ventilanordnung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Prozessventile weisen üblicherweise ein Elektronikmodul und ein Pilotventil (im Allgemeinen ein Magnetventil) auf. Basierend auf dem Pilotventil wird die Steuerung eines Arbeitsmediums beeinflusst. Aus sicherheitstechnischer Sicht sind Magnetventile in den Steuerköpfen fehleranfällig. Darunter versteht man beispielsweise einen auftretenden Defekt beim Öffnen oder Schließen des Magnetventils.
Es ist bekannt, an das Elektronikmodul und das Pilotventil zwei separate Spannungsversorgungen anzulegen. Dafür sind dann aber zwei externe Spannungsquellen auf Anwenderseite erforderlich, die in der Regel auch galvanisch getrennt sein müssen. Dadurch erhöht sich die Komplexität des Prozessventils und des damit verbundenen Aufbaus. Es ist auch bekannt nur eine einzige gemeinsame externe Spannungsversorgung für das Elektronikmodul und das Pilotventil (Magnetventil) zu verwenden. Beim Abschalten der einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung, beispielsweise im Sicherheitsfall, werden dann alle Komponenten des Prozessventils gleichzeitig abgeschaltet. Somit ist das Elektronikmodul dann nicht mehr in Betrieb. Der Betriebszustand des Prozessventils kann dann nicht mehr detektiert werden. Zudem kann nicht gewährleistet werden, dass das Prozessventil im Sicherheitsfall in eine Sicherheitsstellung verfährt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile von bekannten Prozessventilen und Ventilanordnungen auszuräumen oder zumindest zu verringern.
Es wird unter anderem ein Prozessventil bereitgestellt. Das Prozessventil umfasst zumindest ein Elektronikmodul und ein Pilotventil. Das Elektronikmodul und das Pilotventil sind mit einer einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung gekoppelt. Das Prozessventil umfasst einen ersten elektrischen Anschluss und einen gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss. Der erste elektrische Anschluss ist mit der einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung und dem Elektronikmodul gekoppelt. Das Elektronikmodul stellt ein eine Schaltstellung des Pilotventils bestimmendes Steuersignal bereit. Der zweite elektrische Anschluss ist mit einem Sicherheitskontakt gekoppelt. Das Prozessventil ist derart eingerichtet, dass in einem Sicherheitsfall eine Unterbrechung einer Kopplung zwischen dem Elektronikmodul und dem Pilotventil mittels des Sicherheitskontakts derart herbeiführbar ist, dass eine Stromversorgung des Pilotventils unterbrochen wird und eine Stromversorgung des Elektronikmoduls nicht unterbrochen wird. Das so ausgebildete Prozessventil ermöglicht es, lediglich eine einzige gemeinsame Spannungsversorgung für das Elektronikmodul und das Pilotventil vorzusehen. Dennoch ist das Prozessventil vorteilhafterweise derart eingerichtet, dass die Funktionalität des Elektronikmoduls im Sicherheitsfall gewährleistet ist, obwohl das Pilotventil im Sicherheitsfall von der Spannungsversorgung getrennt ist. Folglich ist das Prozessventil eingerichtet, dass einzelne Komponenten des Prozessventils sicherheitsgerichtet abschaltbar sind. Die Komplexität des erfindungsgemäßen Prozessventils ist vorteilhaft verringert, da getrennte Spannungsversorgungen des Elektronikmoduls und des Pilotventils vorteilhaft eingespart werden können.
Die einzige gemeinsame Spannungsversorgung kann eine externe Spannungsquelle sein, zum Beispiel das allgemeine Versorgungsnetz.
Das Pilotventil kann ein Magnetventil sein bzw. ein magnetisches Stellglied umfassen.
Der erste elektrische Anschluss kann einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt umfassen. Der zweite elektrische Anschluss kann einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt umfassen. Ein Eingang des Elektronikmoduls kann mit dem ersten Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses gekoppelt sein. Ein Ausgang des Elektronikmoduls kann mit dem ersten Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses gekoppelt sein. Der zweite Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses kann mit dem Elektronikmodul gekoppelt sein. Der zweite Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses kann auch mit dem Pilotventil gekoppelt sein. Der zweite Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses kann mit dem Pilotventil gekoppelt sein. In anderen Worten, kann der erste elektrische Anschluss direkt mit dem Elektronikmodul gekoppelt sein. Das bedeutet, dass der zweite elektrische Anschluss und das Pilotventil eine Reihenschaltung zwischen dem Ausgang des Elektronikmoduls und dem zweiten Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses bilden können. Der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses können auch mit einem Sicherheitskontakt gekoppelt sein. Da der zweite elektrische Anschluss mit einem Sicherheitskontakt gekoppelt sein kann, kann beim Auslösen des Sicherheitskontakts im Sicherheitsfall eine Spannungsversorgung des Pilotventils unterbrochen werden. Da der erste elektrische Anschluss mit der einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung (extern) gekoppelt sein kann, wird die Funktionalität des Elektronikmoduls auch im Sicherheitsfall gewährleistet. Somit kann die Spannungsversorgung des Elektronikmoduls auch im Sicherheitsfall vorteilhaft aufrechterhalten werden, obwohl das Pilotventil dann von der gemeinsamen Spannungsversorgung getrennt ist. Das derart eingerichtete Prozessventil stellt einen Sicherheitsmechanismus im Feld und damit vorteilhafterweise dezentral bereit. Deshalb sind einzelne Komponenten des Prozessventils sicherheitsgerichtet separat abschaltbar, insbesondere das Pilotventil.
Das Elektronikmodul und das Pilotventil können Teile eines Steuerkopfes des Prozessventils sein. Der Sicherheitskontakt kann dann extern von diesem Steuerkopf des Prozessventils angeordnet sein. Da der Sicherheitskontakt zur Unterbrechung der Pilotventilversorgungsspannung schaltungstechnisch hinter dem Elektronikmodul und außerhalb des Steuerkopfes verschaltet sein kann, erlaubt das derart eingerichtete Prozessventil, Standardpilotventile mit einem einzigen Versorgungsanschluss verwenden zu können.
Das Prozessventil kann einen Prozessventilantrieb umfassen. Eine Position des Prozessventilantriebs kann von einer Beaufschlagung mit einem Prozessmedium durch das Pilotventil abhängen. Das Pilotventil kann also eingerichtet sein, um einen Prozessventilantrieb zu verfahren. Das Elektronikmodul kann im Sicherheitsfall eingerichtet sein, ein Signal basierend auf der Position des Prozessventilantriebs auszugeben. Das auf der Position des Prozessventilantriebs basierende Signal kann auch von dem Prozessventil für eine externe Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden. Dadurch, dass die Funktionalität des Elektronikmoduls auch im Sicherheitsfall aufgrund der aufrechterhaltenen Spannungsversorgung gewährleistet sein kann, kann die Position des Prozessventilantriebs auch im Sicherheitsfall für externe Komponenten bereitgestellt werden. Dadurch ist selbst im Sicherheitsfall der Status des Prozessventils und des Prozessventilantriebs präzise bestimmbar, wodurch das so eingerichtete Prozessventil verbesserte Überwachungsfunktionen bereitstellt.
Der Prozessventilantrieb kann als einfachwirkender Zylinder ausgebildet sein, welcher im Ausgangszustand, d.h. bei der Nichtbeaufschlagung mit einem Prozessmedium, ausgefahren sein kann. Der Zylinder kann alternativ aber auch ein einfachwirkender Zylinder mit umgekehrter Funktion sein, also eingefahren im Falle der Nichtbeaufschlagung mit einem Prozessmedium. Der Zylinder kann auch ein doppeltwirkender Zylinder sein.
Der Prozessventilantrieb kann einen Prozessmediumeingang, einen Entlüftungsanschluss, einen Kolben, eine Kolbenstange und eine Feder umfassen. Der Kolben kann über den Prozessmediumeingang mit einem Prozessmedium beaufschlagbar sein. Das Pilotventil kann einen Prozessmediumausgang umfassen, der mit dem Prozessmediumeingang des Prozessventilantriebs gekoppelt sein kann. Das Pilotventil kann andererseits mit einem Prozessmediumanschluss zur Bereitstellung des Prozessmediums für das Pilotventil gekoppelt sein. Im Fall der Beaufschlagung mit dem Prozessmedium durch das Pilotventil, kann sich der Kolben entlang einer Richtung einer Achse bewegen und gegen die Feder und deren Federkraft wirken. Die Kolbenstange kann mit dem Kolben kraftschlüssig verbunden sein und eine Kraft übertragen, sowie die Bewegung des Zylinders nach außen übertragen. Die Bewegung der Kolbenstange entlang der Achse kann an einem Ausgang des Prozessventilantriebs für das Steuern und Regeln von Arbeitsmedien (Stoffströmen) nutzbar gemacht sein.
Das zur Beaufschlagung des Prozessventilantriebs vorgesehene Prozessmedium kann Druckluft sein.
Das Prozessventil kann ein Wegmesssystem umfassen. Das Wegmesssystem kann mit dem Elektronikmodul gekoppelt sein. Das Wegmesssystem kann eingerichtet sein, bei einem Vorliegen und/oder Nichtvorliegen eines Sicherheitsfalls eine Position des Prozessventilantriebs zu erfassen und ein Messsignal für das Elektronikmodul bereitzustellen. Das Wegmesssystem kann mit zumindest einem Teil des Prozessventilantriebs mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt sein. Das Wegmesssystem kann zum Beispiel ein Wegsensor bzw. Positionssensor sein. Der Prozessventilantrieb kann eine Schaltspindel umfassen, deren Position von dem Wegsensor detektierbar sein kann. Das Wegmesssystem kann dann basierend auf der Position der Schaltspindel ein analoges und/oder digitales Signal für das Elektronikmodul bereitstellen bzw. ein solches Signal an das Elektronikmodul ausgeben. Das Elektronikmodul kann eingerichtet sein, basierend auf dem von dem Wegmesssystem empfangenen Signal eine Position des Prozessventilantriebs zu bestimmen. Das Elektronikmodul kann auch eingerichtet sein, basierend auf dem empfangenen Signal zu bestimmen, ob der Prozessventilantrieb eine Sicherheitsstellung eingenommen hat. Das Elektronikmodul kann eingerichtet sein, ein Signal auszugeben, das auf der Position des Prozessventilantriebs beruht. Das Elektronikmodul kann auch derart eingerichtet sein, dass das auf der Position des Prozessventilantriebs beruhende Signal durch das Prozessventil für externe Komponenten bereitgestellt wird. Das so eingerichtete Prozessventil ermöglicht es vorteilhafterweise, den Betriebszustand des Prozessventilantriebs auch im Sicherheitsfall bestimmen und/oder ausgeben zu können.
Das Elektronikmodul kann ein Schaltmittel umfassen. Die Stromversorgung des Pilotventils kann basierend auf dem Schaltmittel bzw. auf einer Stellung des Schaltmittels unterbrechbar sein. Das Elektronikmodul kann auch ein Steuermittel umfassen, basierend auf dem eine Stellung des Schaltmittels beeinflussbar ist. Das Schaltmittel kann beispielsweise ein durch elektrischen Strom betriebener, fernbetätigter Schalter (Relais) mit zwei Schaltstellungen sein.
Das Prozessventil ist dann nutzbar, um den Durchfluss des Arbeitsmediums zu beeinflussen. Die Beeinflussung des Arbeitsmediums kann dann letztendlich über die Stellung des Schaltmittels des Elektronikmoduls bestimmt sein.
Das Schaltmittel des Elektronikmoduls kann auch eingerichtet sein, um eine Stellung des Pilotventils in kontinuierlicher Weise zu bestimmen. Das bedeutet, dass eine Beaufschlagung des Prozessventilantriebs mit dem Prozessmedium auch Zwischenwerte zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert in Abhängigkeit der Stellung des Pilotventils annehmen kann. Dann kann der Prozessventilantrieb eingerichtet sein, Zwischenpositionen zwischen einem voll ausgefahrenen und einem total zurückgezogenen Zustand einnehmen zu können. Dabei kann die Stellung des Pilotventils durch die Stellung des Schaltmittels des Elektronikmoduls bestimmt sein. Das Schaltmittel des Elektronikmoduls kann ebenfalls eingerichtet sein, um (kontinuierliche) Zwischenwerte annehmen zu können. Folglich kann somit der durch das Prozessventil beeinflussbare Durchfluss des Arbeitsmediums variierbar sein.
Das Elektronikmodul kann seiner Bauart nach dazu ausgelegt sein, Steuersignale eines Feldbus oder Steuersignale zur Einzelansteuerung zu empfangen. Basierend auf den Steuersignalen kann die Stellung des Schaltmittels des Elektronikmoduls bestimmt sein. Das Prozessventil kann eingerichtet sein, um Steuersignale des Feldbus oder Steuersignale zur Einzelansteuerung zu empfangen und für das Elektronikmodul bereitzustellen. Das so eingerichtete Prozessventil kann vorteilhafterweise Einfluss auf den Prozessventilantrieb nehmen, ohne dass das Pilotventil mit einem Feldbus oder einer Einzelansteuerung gekoppelt sein muss.
Der Sicherheitskontakt kann einen externen Schalter umfassen. Der Sicherheitskontakt kann eingerichtet sein, um eine Stromversorgung des Pilotventils basierend auf einem von einer sicherheitsgerichteten Steuerungslogik ausgegebenen und von dem Sicherheitskontakt empfangenen Unterbrechersignal mittels des externen Schalters zu unterbrechen. Die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik kann eingerichtet sein, um einen Betriebszustand des Prozessventils und/oder des Prozessventilantriebs zu überwachen. Die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik kann mit dem Elektronikmodul gekoppelt sein und von diesem Informationen über die Position des Prozessventilantriebs bzw. der Schaltspindel empfangen. Die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik kann auch eingerichtet sein, eine Stellung des Pilotventils zu überwachen bzw. eine Fehlfunktion des Pilotventils zu detektieren oder ein Signal, das eine Fehlfunktion des Pilotventils indiziert, zu empfangen. Basierend auf dem Betriebszustand kann die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik ein Unterbrechersignal an den Sicherheitskontakt ausgeben. Der externe Schalter und die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik können Teil einer externen Sicherheitsschaltung sein.
Der externe Schalter des Sicherheitskontakts kann potentialfrei sein. Der externe Schalter kann so eingerichtet sein, dass er von einer angelegten Spannung im geschlossen Zustand gehalten wird. Der externe Schalter kann so eingerichtet sein, dass er öffnet, sobald eine Amplitude der angelegten Spannung einen Schwellwert unterschreitet. Der externe Schalter kann auch so eingerichtet sein, dass er in den offenen Zustand übergeht, sobald die angelegte Spannung einen Schwellwert überschreitet.
Das Pilotventil kann einen Entlüftungsanschluss aufweisen. Der Entlüftungsanschluss kann derart eingerichtet sein, dass das Prozessmedium im Sicherheitsfall anhand des Entlüftungsanschlusses aus dem Pilotventil in einen Außenraum entweicht. Der Prozessventilantrieb kann eingerichtet sein, um aufgrund des Entweichens des Prozessmediums aus dem Pilotventil in eine Sicherheitsstellung verfahren zu können. Das Pilotventil kann derart eingerichtet sein, dass der Entlüftungsanschluss geschlossen bleibt, solange eine Spannungsversorgung des Pilotventils gewährleistet ist. Somit wird ein äußerst effizienter Mechanismus bereitgestellt, um den Prozessventilantrieb im Sicherheitsfall in eine Sicherheitsstellung zu verfahren. Der Prozessventilantrieb wird also im Sicherheitsfall in die Sicherheitsstellung verfahren, obwohl das Pilotventil von der Spannungsversorgung getrennt ist.
Das Prozessventil kann ein elektrisches Betätigungselement für das Pilotventil umfassen. Das Pilotventil kann mit dem elektrischen Betätigungselement gekoppelt sein. Das elektrische Betätigungselement kann mit dem Elektronikmodul und dem Sicherheitskontakt gekoppelt sein. Dadurch können das Elektronikmodul und der Sicherheitskontakt ein Steuersignal für das elektrische Betätigungselement bereitstellen. Das von dem Elektronikmodul für das elektrische Betätigungselement bereitgestellte Steuersignal kann analog und/oder digital sein und ebenfalls einen kontinuierlichen Wertebereich umfassen. Das Steuersignal kann auf der Amplitude einer Spannung basieren. Das Pilotventil kann auch ein Pneumatikstellglied zur Steuerung des Prozessmediums umfassen. Die Stellung des Pneumatikstellglieds kann die Beaufschlagung des Prozessventilantriebs mit dem Prozessmedium beeinflussen. Die Schaltstellung des Pilotventils bzw. des Pneumatikstellglieds kann auf der Stromversorgung des elektrischen Betätigungselements basieren. In anderen Worten kann die externe gemeinsame Spannungsversorgung über das Elektronikmodul dem elektrischen Betätigungselement eine Spannung zur Verfügung stellen, welche den Schaltzustand des Pilotventils bzw. des Pneumatikstellglieds bestimmt. Diese Spannung kann schaltungstechnisch vor dem Pilotventil im Sicherheitsfall durch das Öffnen des Sicherheitskontakts vom Rest der Ansteuerung unterbrochen werden. Die Unterbrechung dieser Spannungsversorgung kann dann wiederum zum Abfallen der Magnetkraft an dem elektrischen Betätigungselement führen, was wiederum ein Umschalten des Pneumatikstellglieds zur Folge haben kann. Dies kann zum Entweichen des Prozessmediums durch den Entlüftungsanschluss führen, was anschließend die Bewegung des Prozessventilantriebs in die Sicherheitsstellung nach sich ziehen kann. Da die Funktionalität des Elektronikmoduls auch im Sicherheitsfall noch gewährleistet ist, kann die Position des Prozessventilantriebs auch im Sicherheitsfall detektier- und kommunizierbar sein.
Der zweite elektrische Anschluss kann eine von einer ersten Bauart des ersten elektrischen Anschlusses verschiedene zweite Bauart aufweisen. Bei dem ersten elektrischen Anschluss und dem zweiten elektrischen Anschluss kann es sich um separate Stecker handeln. Dadurch kann den unterschiedlichen Anforderungen entsprochen werden. Zudem können somit Verwechslungen vermieden werden.
Das Prozessventil kann ein Steuerkopfgehäuse umfassen, wobei das Elektronikmodul und das Pilotventil innerhalb des Steuerkopfgehäuses angeordnet sein können. Der erste elektrische Anschluss und der zweite elektrische Anschluss können voneinander beabstandet an zumindest einer Außenseite des Steuerkopfgehäuses angeordnet sein.
Es wird auch eine Ventilanordnung bereitgestellt. Die Ventilanordnung kann eine Mehrzahl von entlang einer Reihenrichtung nebeneinander angeordneten und untereinander elektrisch und/oder fluidisch gekoppelten Prozessventilen der hierin beschriebenen Art umfassen. Prozessventile können derart eingerichtet sein, dass fluidische Verbindungen für das Prozessmedium untereinander bereitgestellt werden. Prozessventile können auch derart eingerichtet sein, dass die einzige gemeinsame Spannungsversorgung mehrere Prozessventile entsprechend einer Parallel- und/oder Reihenschaltung mit einer Spannung versorgt.
Figurenliste

- 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Prozessventils.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Prozessventils 10. Das Prozessventil 10 umfasst einen Prozessventilantrieb 20, einen Steuerkopf 30 und einen Sicherheitskontakt 50.
Der Prozessventilantrieb 20 ist vorliegend als einfachwirkender Zylinder ausgebildet, welcher im Ausgangszustand, also im Falle der Nichtbeaufschlagung mit einem Prozessmedium 25, ausgefahren ist. Der Ausgangszustand kann auch eine Sicherheitsstellung des Prozessventilantriebs 20 darstellen. Vorliegend ist das Prozessmedium 25 Druckluft. Alternativ kann der Prozessventilantrieb 20 auch als ein einfachwirkender Zylinder mit umgekehrter Funktion ausgebildet sein, also im Falle der Nichtbeaufschlagung mit dem Prozessmedium 25 eingefahren bzw. zurückgezogen sein.
Der Prozessventilantrieb 20 umfasst einen Prozessmediumeingang A1, einen Entlüftungsanschluss R1, einen Kolben 21, eine Feder 22, eine Kolbenstange 23 und eine Schaltspindel 24. Der Entlüftungsanschluss R1 wird aus dem Prozessventilantrieb 20 hinausgeführt. Der Prozessmediumeingang A1 des Prozessventilantriebs 20 ist mit einem Prozessmediumausgang A2 des Steuerkopfes 30 zum Austausch des Prozessmediums 25 fluidisch gekoppelt. Der Kolben 21 kann über den Prozessmediumeingang A1 mit dem Prozessmedium 25 beaufschlagt werden. Im Fall der Beaufschlagung mit dem Prozessmedium 25 bewegt sich der Kolben 21 in einer Richtung entlang der Achse X. Dann wirkt der Kolben 21 gegen die Feder 22 und deren Federkraft. Die Kolbenstange 23 ist mit dem Kolben 21 kraftschlüssig verbunden und überträgt die durch das Prozessmedium 25 bzw. die Feder ausgeübte Kraft. Durch die Kolbenstange 23 wird die Bewegung des Zylinders nach außen übertragen bzw. fortgeführt. Die Bewegung der Kolbenstange 23 entlang der Achse X kann an einem Ausgang des Prozessventilantriebs 20 für das Steuern und Regeln von Arbeitsmedien (nicht gezeigt) nutzbar gemacht werden. Die Sicherheitsstellung des Prozessventilantriebs 20 kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Durchfluss eines Arbeitsmediums minimal ist und/oder maximal ist und/oder einen vorbestimmten Sollwert einnimmt.
Der Steuerkopf 30 weist ein Steuerkopfgehäuse 31 auf. Ein Pilotventil 32 und ein Elektronikmodul 34 sind innerhalb des Steuerkopfgehäuses 31 angeordnet, das insofern für das Pilotventil 32 und das Elektronikmodul 34 ein gemeinsames Gehäuse darstellt.
Das Prozessventil 10 umfasst ein elektrisches Betätigungselement 32a. Das Pilotventil umfasst ein Pneumatikstellglied 32b. Das Pilotventil 32 umfasst zudem den Prozessmediumausgang A2, einen Prozessmediumanschluss P und einen Entlüftungsanschluss R2. Der Prozessmediumanschluss P, der Entlüftungsanschluss R2 und der Prozessmediumausgang A2 werden aus dem Steuerkopfgehäuse 31 hinausgeführt. Der Prozessmediumanschluss P ist mit einer externen Versorgung zur Bereitstellung des Prozessmediums 25 gekoppelt. Eine Stellung des Pneumatikstellglieds 32b ist durch das elektrische Betätigungselement 32a bestimmt. Die Stellung des Pneumatikstellglieds 32b hängt vorliegend davon ab, ob das elektrische Betätigungselement 32a mit einem Steuersignal beaufschlagt ist. Insofern stellen das Elektronikmodul 34 anhand des Schaltmittels 34b und der Sicherheitskontakt 50 ein Steuersignal für das elektrische Betätigungselement 32a bereit. Das Steuersignal ist vorliegend eine Spannung mit einer Amplitude, die oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt.
Das Elektronikmodul 34 umfasst ein Steuermittel 34a und ein Schaltmittel 34b. Das Schaltmittel 34b kann beispielsweise ein elektrisch betriebener, fernbetätigter Schalter (Relais) mit zwei Schaltstellungen sein. Die Betätigung des Schaltmittels 34b wird durch das Steuermittel 34a veranlasst. Optional kann das Elektronikmodul 34 analoge und/oder digitale Eingänge oder Kommunikationsschnittstellen (Feldbusse) zur Kopplung mit externen und/oder internen Kommunikationskomponenten umfassen. Das Elektronikmodul 34 kann eingerichtet sein, um mittels der analogen und/oder digitalen Eingänge oder Kommunikationsschnittstellen Signale von externen Komponenten zu empfangen, die das Steuermittel 34a veranlassen, ein Signal derart auszugeben, dass ein Schaltzustand des Schaltmittels 34b eingenommen wird und/oder verändert wird.
Das Steuerkopfgehäuse 31 umfasst an einer Außenseite einen ersten elektrischen Anschluss 36 und einen zweiten elektrischen Anschluss 37. Der erste und der zweite elektrische Anschluss 36, 37 sind separat. In anderen Worten sind sie an unterschiedlichen Orten voneinander beabstandet an dem Steuerkopfgehäuse 31 angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss 36, 37 um separate Stecker.
Der erste elektrische Anschluss 36 ist mit einer externen Spannungsversorgung 38 gekoppelt. Die externe Spannungsversorgung 38 kann beispielsweise das herkömmliche Versorgungsnetz sein. Der erste elektrische Anschluss 36 umfasst einen ersten Kontakt 36a und einen zweiten Kontakt 36b. Die externe Spannungsversorgung 38 ist mit dem ersten Kontakt 36a und dem zweiten Kontakt 36b gekoppelt. Der erste Kontakt 36a ist zudem mit einem Eingang des Schaltmittels 34b des Elektronikmoduls 34 gekoppelt. Der zweite Kontakt 36b des ersten elektrischen Anschlusses 36 ist ebenfalls mit dem Elektronikmodul 34 gekoppelt. Der zweite Kontakt 36b des ersten elektrischen Anschlusses 36 ist auch mit dem elektrischen Betätigungselement 32a gekoppelt.
Der zweite elektrische Anschluss 37 umfasst einen ersten Kontakt 37a und einen zweiten Kontakt 37b. Ein Ausgang des Schaltmittels 34b ist mit dem ersten Kontakt 37a des zweiten elektrischen Anschlusses 37 gekoppelt. Der zweite Kontakt 37b des zweiten elektrischen Anschlusses 37 ist mit dem elektrischen Betätigungselement 32a gekoppelt. Der erste Kontakt 37a und der zweite Kontakt 37b des zweiten elektrischen Anschlusses 37 sind auch mit dem Sicherheitskontakt 50 gekoppelt.
Der Sicherheitskontakt 50 umfasst einen Schalter, um eine Kopplung zwischen dem ersten Kontakt 37a und dem zweiten Kontakt 37b des zweiten elektrischen Anschlusses 37 zu unterbrechen. Die Schaltstellung des Sicherheitskontakts 50 wird durch ein Unterbrechersignal 52 gesteuert, welches von einer sicherheitsgerichteten Steuerungslogik 54 an den Sicherheitskontakt 50 ausgegeben wird. Der Sicherheitskontakt 50 und die sicherheitsgerichtete Steuerungslogik 54 sind außerhalb also extern zu dem Steuerkopf 30 bzw. dem Steuerkopfgehäuse 31 angeordnet. Sie sind insofern separat.
Im Sicherheitsfall, also wenn der Sicherheitskontakt 50 offen ist und eine Kopplung zwischen dem ersten Kontakt 37a und dem zweiten Kontakt 37b des zweiten elektrischen Anschlusses 37 unterbrochen wird, wird das elektrische Betätigungselement 32a des Pilotventils 32 stromlos geschaltet. Die Unterbrechung der Spannungsversorgung des Pilotventils 32 führt zum Abfallen der Magnetkraft an dem elektrischen Betätigungselement 32a. Das hat ein Umschalten des Pneumatikstellglieds 32b zur Folge. Dadurch öffnet sich der Entlüftungsanschluss R2 und das Prozessmedium 25 entweicht aus dem Pilotventil 32 in einen Außenraum des Prozessventils 10. Das Umschalten des Pneumatikstellglieds 32b führt somit auch zu einem Abfall des Drucks des Prozessmediums 25 innerhalb des Prozessventilantriebs 20. Deshalb verfährt der Kolben 21 mit der Kolbenstange 23 und der Schaltspindel 24 in eine Sicherheitsstellung.
Im Normalbetriebszustand ist der Sicherheitskontakt 50 geschlossen. Um einen Einfluss auf ein Arbeitsmedium anhand des Prozessventilantriebs 20 auszuüben, kann dann die Stellung des Schaltmittels 34b des Elektronikmoduls 34 variiert werden. Wird das Schaltmittel 34b geöffnet, wird das elektrische Betätigungselement 32a des Pilotventils 32 stromlos geschaltet. Die weiteren Auswirkungen auf das Pilotventil 32 und den Prozessventilantrieb 20 entsprechen den bereits zuvor beschriebenen. Folglich kann die externe Spannungsversorgung 38 über das Elektronikmodul 34 dem elektrischen Betätigungselement 32a eine Spannung zur Verfügung stellen, welche den Schaltzustand des mit dem Pilotventil 32 gekoppelten Pneumatikstellglieds 32b bestimmt.
Die Kopplung des Elektronikmoduls 34 mit dem ersten elektrischen Anschluss 36 ist derart, dass eine Spannungsversorgung des Elektronikmoduls 34 aufrechterhalten wird, auch wenn das Schaltmittel 34b geöffnet ist bzw. offen ist. Diese zur Verfügung gestellte Spannung (im Allgemeinen das bereitgestellte Steuersignal) kann schaltungstechnisch vor dem Pilotventil 32 im Sicherheitsfall durch das Öffnen des Sicherheitskontakts 50 vom Rest der Ansteuerung unterbrochen werden.
Der Steuerkopf 30 umfasst zumindest einen Sensor, der eingerichtet ist, eine Position des Prozessventilantriebs 20 zu erfassen. Der Sensor kann ein Teil des Elektronikmoduls 34 sein und/oder mit dem Elektronikmodul 34 gekoppelt sein. Vorliegend ist der Sensor ein Wegmesssystem 34c mit einem Wegsensor bzw. Positionssensor. Um die Position des Prozessventilantriebs 20 detektieren zu können, ragt die Schaltspindel 24 des Prozessventilantriebs 20 in den Steuerkopf 30 bzw. das Steuerkopfgehäuse 31 hinein. Die Schaltspindel 24 ist dazu eingerichtet, mit dem Wegmesssystem 34c gekoppelt zu werden. Bei einer Bewegung der Schaltspindel 24 in einer Richtung entlang der Achse X, detektiert das Wegmesssystem 34c eine Bewegung bzw. eine Position der Schaltspindel 24. Basierend auf dem Messwert des Wegmesssystems 34c wird ein Signal für das Elektronikmodul 34 bereitgestellt. Das Elektronikmodul 34 kann eingerichtet sein, um das von dem Wegmesssystem 34c empfangene Signal zu verarbeiten und/oder zu bestimmen, ob der Prozessventilantrieb 20 eine Sicherheitsstellung eingenommen hat. Das Elektronikmodul 34 kann eingerichtet sein, um die Position des Prozessventilantriebs 20 und/oder das Vorliegen der Sicherheitsstellung des Prozessventilantriebs 20 mit Hilfe eines Feldbusses oder einer Kommunikationsschnittstelle für externe Komponenten bereitzustellen. Der Sensor bzw. das Wegmesssystem 34c ist derart eingerichtet, dass er bzw. es auch im Sicherheitsfall mit der Spannungsversorgung 38 gekoppelt ist und die Funktionalität gewährleistet bleibt.
Tritt in einer Anlage, in der ein Prozessventil 10 mit Steuerkopf 30 integriert ist, ein Sicherheitsfall auf, kann über den Sicherheitskontakt 50 das Pilotventil 32 von der Spannungsversorgung 38 getrennt werden. Die restlichen Komponenten (Elektronikmodul 34 mit Wegmesssystem 34c) werden dabei weiterhin über die Spannungsversorgung 38 versorgt und verbleiben somit in Betrieb. Das Trennen der Versorgungsspannung des Pilotventils 32 sorgt dafür, dass der Prozessventilantrieb 20 durch die Bauart des Pilotventils 32 und des Prozessventilantriebs 20 eine Sicherheitsstellung einnimmt und diese auch detektiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Prozessventil
20: Prozessventilantrieb
21: Kolben
22: Feder
23: Kolbenstange
24: Schaltspindel
25: Prozessmedium
30: Steuerkopf
31: Steuerkopfgehäuse
32: Pilotventil
32a: Elektrisches Betätigungselement
32b: Pneumatikstellglied
34: Elektronikmodul
34a: Steuermittel
34b: Schaltmittel
34c: Wegmesssystem
36: Erster elektrischer Anschluss
36a: Erster Kontakt
36b: Zweiter Kontakt
37: Zweiter elektrischer Anschluss
37a: Erster Kontakt
37b: Zweiter Kontakt
38: Spannungsversorgung
50: Sicherheitskontakt
52: Unterbrechersignal
54: Steuerungslogik
X: Vertikale Achse
P: Prozessmediumanschluss
A1: Prozessmediumeingang
A2: Prozessmediumausgang
R1: Entlüftungsanschluss
R2: Entlüftungsanschluss

Claims

Prozessventil (10) umfassend zumindest ein Elektronikmodul (34) und ein Pilotventil (32), wobei das Elektronikmodul und das Pilotventil mit einer einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung (38) koppelbar sind, wobei das Prozessventil einen ersten elektrischen Anschluss (36) und einen gegenüber dem ersten elektrischen Anschluss separaten zweiten elektrischen Anschluss (37) umfasst, wobei der erste elektrische Anschluss mit der einzigen gemeinsamen Spannungsversorgung und dem Elektronikmodul gekoppelt ist, wobei das Elektronikmodul ein eine Schaltstellung des Pilotventils bestimmendes Steuersignal bereitstellt, wobei der zweite elektrische Anschluss mit einem Sicherheitskontakt (50) gekoppelt ist, und wobei das Prozessventil derart eingerichtet ist, dass in einem Sicherheitsfall eine Unterbrechung einer Kopplung zwischen dem Elektronikmodul und dem Pilotventil mittels des Sicherheitskontakts derart herbeiführbar ist, dass eine Stromversorgung des Pilotventils unterbrochen wird und eine Stromversorgung des Elektronikmoduls nicht unterbrochen wird.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste elektrische Anschluss (36) einen ersten Kontakt (36a) und einen zweiten Kontakt (36b) umfasst, wobei der zweite elektrische Anschluss (37) einen ersten Kontakt (37a) und einen zweiten Kontakt (37b) umfasst, wobei ein Eingang des Elektronikmoduls (34) mit dem ersten Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses gekoppelt ist, wobei ein Ausgang des Elektronikmoduls mit dem ersten Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses gekoppelt ist, wobei der zweite Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses mit dem Elektronikmodul und/oder dem Pilotventil (32) gekoppelt ist, und wobei der zweite Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses mit dem Pilotventil gekoppelt sind.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prozessventil einen Prozessventilantrieb (20) umfasst, wobei eine Position des Prozessventilantriebs von einer Beaufschlagung mit einem Prozessmedium (25) durch das Pilotventil (32) abhängt, und wobei das Elektronikmodul (34) im Sicherheitsfall eingerichtet ist, ein Signal basierend auf der Position des Prozessventilantriebs auszugeben.
Prozessventil (10) nach Anspruch 3, wobei das Prozessventil ein Wegmesssystem (34c) umfasst, wobei das Wegmesssystem mit dem Elektronikmodul (34) gekoppelt ist, wobei das Wegmesssystem eingerichtet ist, bei einem Vorliegen und/oder Nichtvorliegen des Sicherheitsfalls eine Position des Prozessventilantriebs (20) zu erfassen und ein Messsignal für das Elektronikmodul bereitzustellen.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektronikmodul (34) ein Schaltmittel (34b) umfasst, wobei die Stromversorgung des Pilotventils (32) basierend auf dem Schaltmittel unterbrechbar ist.
Prozessventil (10) nach Anspruch 5, wobei das Elektronikmodul (34) seiner Bauart nach dazu ausgelegt ist, Steuersignale eines Feldbus oder Steuersignale zur Einzelansteuerung, zumindest für das eine Schaltmittel (34b) zu empfangen.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitskontakt (50) einen externen Schalter umfasst, wobei der Sicherheitskontakt eingerichtet ist, um eine Stromversorgung des Pilotventils (32) basierend auf einem von einer Steuerungslogik (54) ausgegebenen und von dem Sicherheitskontakt empfangenen Unterbrechersignal (52) mittels des externen Schalters zu unterbrechen.
Prozessventil (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Pilotventil (32) einen Entlüftungsanschluss (R2) aufweist, wobei das Prozessmedium (25) im Sicherheitsfall anhand des Entlüftungsanschlusses in einen Außenraum entweicht, um den Prozessventilantrieb (20) in eine Sicherheitsstellung zu verfahren.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prozessventil ein elektrisches Betätigungselement (32a) aufweist, wobei das elektrische Betätigungselement mit dem Elektronikmodul (34) und dem Sicherheitskontakt (50) gekoppelt ist, und wobei die Schaltstellung des Pilotventils (32) auf der Stromversorgung des elektrischen Betätigungselements basiert.
Prozessventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prozessventil ein Steuerkopfgehäuse (31) umfasst, wobei das Elektronikmodul (34) und das Pilotventil (32) innerhalb des Steuerkopfgehäuses angeordnet sind, und wobei der erste elektrische Anschluss (36) und der zweite elektrische Anschluss (37) voneinander beabstandet an zumindest einer Außenseite des Steuerkopfgehäuses angeordnet sind.
Ventilanordnung umfassend eine Mehrzahl von entlang einer Reihenrichtung nebeneinander angeordneten und untereinander elektrisch und/oder fluidisch gekoppelten Prozessventilen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.