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Die Erfindung betrifft ein Servicegerät zur Installation und Wartung von Prozessventi len.
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Prozessventile sind wichtige Schaltelemente der Strömungstechnik. Ihre Aufgabe ist es, Fluide (Flüssigkeiten oder Gase) abzusperren, freizugeben, zu dosieren, zu verteilen oder zu mischen. Obwohl Absperr- und Steuer-Armaturen wie Absperrschieber, -klappen und -hähne im engeren Sinne nicht unter den Fachterminus „Ventil“ fallen, sollen auch diese Armaturen unter dem Begriff „Prozessventil“ zusammengefasst werden.
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Gerade in größeren prozesstechnischen Anlagen, zu diesen gehören unter anderem chemische Anlagen, lebensmittelverarbeitende Anlagen oder auch ganze Kraftwerke, ist der störungs- bzw. unterbrechungsfreie oder zumindest unterbrechungsarme Betrieb von großer Bedeutung.
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Vor diesem Hintergrund ist die Installation bzw. Inbetriebnahme und Wartung genannter Prozessventile zunehmend in den Fokus gerückt. Es besteht ein Streben danach die Installation und Wartung von Prozessventilen zu vereinfachen, Stillstandszeiten der prozesstechnischen Anlagen zu vermindern und die Anzahl möglicher Fehlerquellen zu reduzieren.
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Es wird ein Servicegerät für die Installation und Wartung von Prozessventilen bereitgestellt. Das Servicegerät umfasst ein Gehäuse, eine Signalverarbeitungseinrichtung, eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Prozessventil und/oder zur Identifikation von einem Prozessventil und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle für die Bedienung des Servicegerätes sowie einen Beschleunigungssensor.
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Mit dem Servicegerät wird ein Multifunktionsgerät für das Servicepersonal bereitgestellt, welches nicht nur verschiedene Funktionen unterschiedlicher Hilfsmittel bzw. Werkzeuge integriert, sondern das durch die Integration Medienbrüche im Informations- bzw. Signalfluss vermeidet, den Automatisierungsgrad erhöht und zusätzliche diagnostische Funktionen ermöglicht.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um Signale und Daten zu verarbeiten, die beispielsweise vom Prozessventil, den Sensoren oder einer Datenverarbeitungseinrichtung oder einem lokalen Speicher vorgehalten, bereitgestellt, übertragen und/oder erzeugt wurden.
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Über die Schnittstelle zur Identifikation von oder zur Kommunikation mit dem Prozessventil kann - wie die Bezeichnung es schon impliziert - das Prozessventil von dem Servicegerät identifiziert werden bzw. das Servicegerät mit dem Prozessventil kommunizieren (Informationen bzw. Daten austauschen). Bevorzugt kann es sich bei der Schnittstelle um eine bidirektionale Schnittstelle handeln. In anderen Worten können über die Schnittstelle Daten vom Prozessventil (bzw. dessen Steuerung) ausgelesen, vom Prozessventil an das Servicegerät oder vom Servicegerät an das Prozessventil übertragen bzw. Daten in einen Speicher des Prozessventils geschrieben werden.
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Über die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann das Servicegerät bedient werden. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann eine Eingabevorrichtung mit beispielsweise Tasten und/oder Drehreglern, eine Ausgabevorrichtung wie zum Beispiel einem Display oder auch eine Kombination von beidem, wie sie als Touchscreen beispielsweise von Smartphones und ähnlichen Geräten wohlbekannt ist, umfassen.
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Ein Beschleunigungssensor ist einer von verschiedenen Sensortypen, welche die Diagnose bzw. Wartung und Installation bzw. Inbetriebnahme von Prozessventilen besonders vorteilhaft und in verschiedener Hinsicht unterstützen. Mittels des Beschleunigungssensors des Servicegerätes können beispielsweise (Anlagen-)Vibrationen, Kavitationen und/oder ein Einbauwinkel des Prozessventils erkannt bzw. ermittelt werden. Vibrationen können ein Indikator für Verschleiß oder Resonanzen im System sein. Kavitation, also das Entstehen von Gasblasen in einer Flüssigkeit aufgrund lokaler Druckabsenkungen und das anschließende Implodieren bzw. Kollabieren dieser Gasblasen, kann zu ernsten mechanischen Schäden führen. Der korrekte Einbauwinkel ist besonders bei selbstentleerenden Ventilen von Bedeutung, damit in den Ventilen keine Flüssigkeit stehen bleibt.
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Bevorzugt weist das Servicegerät durch eine Geometrie des Gehäuses definierte Anlagepunkte auf und ist eingerichtet, um in einer durch die Anlagepunkte definierten Lage an das Prozessventil angehalten bzw. an dem Prozessventil befestigt zu werden. Durch die bekannte Relation (Geometrie) lassen sich Sensordaten des Beschleunigungssensors besonders leicht interpretieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Servicegerätes sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination Aspekte der Erfindung darstellen können.
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Die Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Prozessventil kann eine drahtlose Schnittelle sein und einen Sendeempfänger (Transceiver) umfassen. Alternativ können Sender und Empfänger auch als separate Bauteile vorliegen. Bevorzugt handelt es sich bei der drahtlosen Schnittstelle um eine (aktive) RFID- bzw. NFC-Schnittstelle (Radio Frequency Identification, Near Field Communication). Über die Schnittstelle zur Kommunikation kann weiterhin der Steuerkopf des Ventils parametrisiert (eingestellt) werden, sodass das Steuer- bzw. Regelverhalten der Ventilsteuerung bzw. -regelung auf den Anwendungszweck, die Aktorik bzw. die Anlage eingestellt wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt umfasst das Servicegerät eine Sonde mit einem Sondenkopf sowie einem zwischen dem Sondenkopf und dem Gehäuse angeordneten Sondenhals. Eine Antenne des Sendeempfängers der Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Prozessventil kann in dem Sondenkopf angeordnet sein. Der Sondenhals kann biegsam sein. Der Sondenhals kann flexibel sein (in seine Ursprungsform selbstständig zurückkehren) oder sich reversibel verbiegen (verformen) lassen und in dieser Form verbleiben, bis der Bediener den Sondenhals wieder in eine neue Form bringt. Hierdurch können auch schlecht zugängliche Prozessventile leicht gewartet werden.
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Vorzugsweise kann die Sonde zumindest ein translatorisches und/oder rotatorisches Gelenk aufweisen und in einer ersten Stellung platzsparend im bzw. am Gehäuse angeordnet werden. In einer zweiten Stellung kann die Sonde vom Gehäuse abstehen, sich also vom Gehäuse weg erstrecken. Der Sondenhals kann verlängerbar (ausziehbar) sein, beispielsweise durch eine Teleskopmechanik, oder sich in eine Aussparung des Gehäuses schwenken lassen. Dieser Aspekt verbessert die Verstaubarkeit und Tragbarkeit und Servicegerätes.
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Der Sondenhals kann beispielsweise einen Schwanenhals oder einen Gliederarm umfassen. Ein Schwanenhals ist ein halbsteifes, biegsames Verbindungselement aus gewendeltem Metallschlauch. Gliederarme sind auch unter den Begriffen Segmentschlauch, Gelenkschlauch und Gliederschlauch bekannt. Gliederarme weisen eine Mehrzahl gelenkig verbundener Glieder auf. Jeweils eines der Glieder umgreift ein weiteres der Glieder abschnittsweise und bildet mit diesem zusammen ein Kugelgelenk aus. Vorzugsweise ist der Sondenhals hohl ausgebildet und weist eine Passage (ein Tunnel) für eine informationsübertragende Verbindung (z.B. einen oder mehrere elektrisch leitende Drähte) auf. Hierdurch können auch schwer erreichbare Prozessventile komfortabel ausgelesen werden.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann das Servicegerät einen Drucksensor und/oder einen Durchflusssensor aufweisen. Mit den genannten Sensoren können Durchfluss bzw. Druck in der Anlage gemessen werden. Bei medienbetätigten Ventilen - also solche, die beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch angesteuert werden - lässt sich mit den Sensoren die Funktion des Steuerkopfes überprüfen.
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Vorteilhaft kann das Servicegerät eine Messschaltung zur Erfassung elektrischer Messgrößen aufweisen. Eine solche Messschaltung kann eingerichtet sein, um elektrische Größen wie Spannung, Strom, Leistung und/oder Widerstand/Impedanz zu erfassen. In anderen Worten kann das Servicegerät im Wesentlichen die Funktionen eines Multimeters bereitstellen. Mit der Messschaltung zur Erfassung elektrischer Messgrößen können beispielsweise korrekte Verkabelung und insbesondere die Erdung eines Ventils überprüft und Berührströme erkannt werden.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann das Servicegerät einen Körperschallaufnehmer und/oder ein Mikrofon aufweisen. Mit dem Körperschallaufnehmer bzw. dem Mikrofon können Stell- und Fließgeräusche untersucht werden. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf Funktion bzw. mögliche Fehlerursachen ziehen und beispielsweise Art und Umfang von auftretender Kavitation ermitteln.
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Bevorzugt kann das Servicegerät einen Temperatursensor aufweisen. Bei dem Temperatursensor kann es sich beispielsweise um einen Messwiderstand oder ein Schwingquarz handeln. Der Temperatursensor kann auch ein Infrarot-Temperatursensor (Pyrometer) sein. Alternativ kann das Servicegerät neben dem Temperatursensor einen zusätzlichen IR-Temperatursensor aufweisen. Die Temperatur kann einen wichtigen Rückschluss auf ein defektes Bauteil (z.B. Kurzschluss) zulassen.
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Weiterhin kann das Servicegerät eine Kamera aufweisen. Mit der Kamera können Installation und Wartung sowie Zustand der Prozessventile dokumentiert werden. Mit der Kamera können weiterhin 2D-Codes wie „Code 49“ und insbesondere Matrix-Codes wie „QR-Code“ oder „DataMatrix“ erfasst werden. Bei der Kamera kann es sich also auch um eine optische Schnittstelle zur Identifikation eines Prozessventils bzw. seiner Komponenten handeln.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann das Servicegerät eine Ortungsfunktion aufweisen, um die Position des Servicegerätes relativ zu einer Mehrzahl von Sendern oder Markern zu erfassen. Beispielsweise kann das Servicegerät einen GPS- (Global Positioning System), Galileo- oder Glonass-Empfänger besitzen, der die Position des Servicegerätes in Relation zu mehreren Satelliten bestimmt. Da diese Satellitennavigationssysteme aber in Gebäuden einen meist schlechten Empfang haben und zusätzlich eine Ungenauigkeit von mehreren Metern aufweisen, kann vorzugsweise auf Indoor-Navigationssysteme auf Basis von beispielsweise UWB- (Ultra-Wide-Band) Sendern, Bluetooth-Beacons und/oder ein kamerabasiertes System mit entsprechenden Markern zurückgegriffen werden. Hierfür können vorzugsweise bereits zu anderen Zwecken genutzte und sowieso vorhandene Komponenten, z.B. Kamera und Bluetooth-Schnittstelle, genutzt werden.
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Ein (Bluetooth-)Beacon ist eine kleine autarke Sendeeinheit, welche kontinuierlich ein Informationssignal aussendet, welches eine eindeutige Identifikation (und Lokalisierung) ermöglicht.
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Vorteilhaft kann das Servicegerät eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Datenverarbeitungseinrichtung umfassen. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein handgehaltenes Gerät wie ein Smartphone oder Tablet-PC (ein sogenanntes „Handheld“) oder ein tragbares Gerät wie ein Notebook sein. Alternativ kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine übergeordnete Anlagensteuerung oder ein Server sein, der einen entfernten (Cloud-)Dienst zur Datenverarbeitung bzw. Daten zum Prozessventil bereitstellt. Es kann sich bei der Schnittstelle um eine drahtlose Schnittstelle handeln. Beispielsweise kann das Servicegerät und die Datenverarbeitungseinrichtung lokal über eine Funkverbindung wie Bluetooth oder WiFi/WLAN (Wireless Lan) bzw. über entsprechende Telekommunikationsstandards wie beispielsweise GPRS, UMTS, LTE oder G5 kommunizieren.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann die Signalverarbeitungseinrichtung eingerichtet sein, um Referenzwerte von dem Prozessventil und/oder der Datenverarbeitungseinrichtung zu empfangen bzw. auszulesen und bei einer Auswertung von ermittelten Sensordaten zu berücksichtigen. Beispielsweise können Sensorwerte automatisch in Bezug auf gespeicherte Daten vergangener Diagnosen/Wartungen interpretiert werden oder ventiltypspezifische Referenzwerte (beispielsweise ein einzuhaltender Einbauwinkel oder ein zulässiger elektrischer Maximal- bzw. Minimalwiderstand zwischen zwei Bauteilen) bei der Beurteilung von Messwerten automatisch berücksichtigt werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine vereinfachte Darstellung eines Ventils, eines Servicegerätes und eines tragbaren Gerätes,
- - 2 eine vereinfachte Darstellung der Komponenten eines Servicegerätes,
- - 3 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes bei der Erfassung des Einbauwinkels eines Prozessventils,
- - 4 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes bei der Erfassung eines elektrischen Messwertes an einem Prozessventil,
- - 5 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes mit einem Druck und/oder Durchflusssensor,
- - 6 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes bei der Erfassung von Schallemissionen eines Prozessventils,
- - 7 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes bei der Erfassung von Körperschall/Vibrationen an einem Prozessventil,
- - 8 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes bei der Temperaturmessung an einem Prozessventil, und
- - 9 eine vereinfachte Darstellung eines Servicegerätes mit einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse hervortretenden Sonde in zwei verschiedenen Ausführungsformen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Prozessventil 10 mit einem Servicegerät 70 und einer Datenverarbeitungseinrichtung 80. Das Prozessventil 10 ist bestückt mit mehreren RFID/NFC Tags/Chips 20. Diese befinden sich z.B. an der Armatur 30, im Steuerkopf 40, beim Antrieb 50 und/oder an der Membran 60. Das Servicegerät 70 dient dazu, Daten von den RFID/NFC Tags/Chips 20 auszulesen. Je nach Aufbau wird das Servicegerät 70 entweder die ausgelesenen Daten verarbeiten und anzeigen oder die verarbeiteten Daten an einen Handheld 80 schicken (z.B. an ein PDA, Tablet, Laptop, Smartphone). Alternativ kann das Servicegerät 70 die ausgelesenen Daten an einen Handheld 80 oder eine andere Datenverarbeitungseinrichtung weiterleiten, wobei die Daten dann dort verarbeitet werden.
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Die Daten können zur Identifikation der Komponenten des Prozessventils 10, zur Diagnose und auch zur Inbetriebnahme sowie Wartung verwendet werden. Bei einem RFID-Tag bzw. NFC-Chip können die Daten, selbst wenn das Prozessventil 10 stromlos ist, durch das Servicegerät 70 ausgelesen werden. Die dafür nötige Energie wird vom Servicegerät durch ein elektromagnetisches Wechselfeld bereitgestellt.
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Das Prozessventil 10 umfasst unter anderem eine Membran 60, einen Steuerkopf 40, einen Antrieb 50 und eine Armatur 30. An diesen Komponenten werden in der Regel RFIDs, NFCs, QR-Codes und Beacons zur Identifikation angebracht. Die RFIDs und NFCs unterscheiden sich von den QR-Codes und Beacons insofern, dass sich auch im Betrieb (nachträglich) Daten auf RFIDs und NFCs speichern/schreiben bzw. ändern lassen. Befindet sich im Steuerkopf 40 des Prozessventils 10 ein NFC-Chip 20, kann dieser auch im stromlosen Zustand noch ausgelesen werden. Auf diese Weise können Daten auslesen werden, die dabei helfen eine Fehlerdiagnose zu erstellen.
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Abgesehen von dem Auslesen der Daten von den Chips, Tags bzw. Transpondern 20, spielt auch die Verarbeitung der Daten eine wichtige Rolle. Unter der Verarbeitung der Daten versteht man hier das Auswerten, Synchronisieren und Parametrieren der Daten.
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Neben passiven RFID/NFC-Tags, die selbst keine Kommunikationsverbindung initiieren und für ihren Betrieb auf eine Energieversorgung durch ein elektromagnetisches Feld eines aktiven RFID/NFC-Transmitters als Kommunikationspartner angewiesen sind, sind vorzugsweise auch aktive NFC- bzw. RFID-Chips (auch Transmitter/Transponder genannt) im Prozessventil vorgesehen. Diese aktiven Chips können aktiv Kommunikationsverbindungen mit einem entsprechenden Kommunikationspartner, beispielsweise dem Servicegerät, herstellen. Häufig weisen aktive RFID-/NFC-Chips zusätzliche I/O-Schnittstellen auf, mittels derer beim Prozessventil die Ventilsteuerung Daten in den RFID-/NFC-Chip schreiben oder aus diesem auslesen kann. Diese Daten können beispielsweise für die Diagnose oder eine Parametrisierung des Prozessventils genutzt werden.
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Unter der Identifikation von Prozessventilen 10 oder deren Komponenten wird die eindeutige Zuordnung eines Prozessventils 10 oder einer Komponente zu einem Datensatz verstanden. Der Benutzer kann somit z.B. das Baujahr und die Charge erfahren. Die einzelnen Komponenten sollen über ihre gesamte Lebensdauer lückenlos rückverfolgbar sein.
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Unter der Diagnose von Prozessventilen 10 versteht man die Auswertung von Daten, die während des Betriebs anfallen oder bei der Wartung erhoben werden und mit denen es möglich ist auf den Zustand des Prozessventils 10 im Gesamten oder auf einzelne Komponenten des Prozessventils zu schließen. Der Betrieb des Prozessventils 10 soll dabei nicht gestört werden.
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2 stellt den Aufbau eines Servicegerätes 70 für die Wartung und Installation von einem Prozessventil 10 vereinfacht dar.
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Das Servicegerät 70 weist eine Signalverarbeitungseinrichtung 310, eine Schnittstelle 210, 190, 150 zur Kommunikation mit und/oder Identifikation von dem Prozessventil 10, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 90, 120 und einen Beschleunigungssensor 250 auf.
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Weiterhin weist das Servicegerät 70 durch die Geometrie des Gehäuses 100 definierte Anlagepunkte auf. Es ist eingerichtet, um in einer durch die Anlagepunkte definierten Lage an das Prozessventil 10 angehalten oder an dem Prozessventil 10 befestigt zu werden und beispielsweise Vibrationen, Kavitationen und/oder einen Einbauwinkel des Prozessventils 10 zu erkennen.
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Die Schnittstelle 210, 190 zur Kommunikation mit dem Prozessventil 10 ist eine drahtlose Schnittelle und umfasst einen Sendeempfänger. In der gezeigten Ausführungsvariante ist die drahtlose Schnittstelle eine (aktive) RFID/NFC-Schnittstelle 210.
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Das Servicegerät 70 weist in einer Variante einen (externen) Drucksensor 240, 330 und einen (externen) Durchflusssensor 330 auf. Alternativ kann es auch lediglich einen (internen oder externen) Drucksensor 240 aufweisen.
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Das Servicegerät 70 weist eine Messschaltung 290 zur Erfassung elektrischer Messgrößen auf.
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Das Servicegerät 70 weist einen Körperschallaufnehmer 350 und/oder ein Mikrofon 350 auf. Es kann also jeweils einen der Sensoren oder beide Sensoren aufweisen.
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Das Servicegerät 70 weist einen Temperatursensor 360, 280 oder einen Infrarot-Temperatursensor 280 auf. Bevorzugt verfügt das Servicegerät über beide Sensoren.
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Das Servicegerät 70 enthält eine Ortungsfunktion. In einer bevorzugten Ausführungsform wird mit der Ortungsfunktion die Position des Servicegerätes 70 relativ zu einer Mehrzahl von Sendern oder Markern erfasst.
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Das Servicegerät 70 umfasst eine Schnittstelle 190, 200 zur Kommunikation mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 80. Die Datenverarbeitungseinrichtung 80 kann beispielsweise ein tragbares Gerät wie ein Smartphone, Tablet-PC oder Notebook sein (wie hier gezeigt) oder alternativ einen entfernten Dienst zur Datenverarbeitung bereitstellen.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung 310 des Servicegerätes 70 ist eingerichtet, um Referenzwerte von dem Transponder des Prozessventils 10 oder der Datenverarbeitungseinrichtung 80 zu empfangen und bei einer Auswertung von Sensordaten zu berücksichtigen.
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In anderen Worten kann sich auf der Vorderseite des Servicegerätes 70 ein Display 90, z.B. ein Touch Display, befinden. Auf der Vorderseite des Gehäuses 100 sind Anschlüsse 110 für Sensoren, Kabel bzw. Schläuche sowie Bedienelemente 120 angeordnet. An der Seite des Gehäuses 100 befindet sich eine Öffnung für ein Mikrofon 350. Im Inneren des Gehäuses 100 sind die verschiedenen Sensoren und Kommunikationseinheiten angeordnet. Zudem befindet sich ebenfalls im Gehäuse 100 eine Hauptplatine 130. Über Löt- und/oder Steckverbindungen sind die einzelnen Sensoren mit der Hauptplatine 130 verbunden.
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Das Servicegerät 70 umfasst eine Kamera 150 mitsamt Kameraplatine 160, die sich auch auf der Hauptplatine befinden kann oder über ein Kabel mit dieser verbunden ist. Die Kamera 150 ist auf der Rückseite des Servicegerätes 70 angeordnet.
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Ebenfalls auf der Rückseite ist ein Energiespeicher 170 angeordnet. Dieser lässt sich über eine Klappe im Gehäuse 100 einsetzen und entfernen. Er kann aber auch über ein Kabel geladen werden.
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Zu den Kommunikationseinheiten gehören ein Bluetooth Adapter 190, ein WLAN Adapter 200, ein (aktives) RFID/NFC Kommunikationsmodul 210, umfassend einen Transceiver und eine Antenne. Zu den möglichen Sensoren, die im Service Adapter 70 verbaut sein können, gehört ein Drucksensor 240, ein Beschleunigungssensor 250, ein GPS- oder UWB-Empfänger 260, ein Temperatursensor 280 und ein Mikrofon 350 und/oder ein Schallwandler. Darüber hinaus, befindet sich auf der Hauptplatine 130 auch eine Messschaltung 290 zur Messung der Erdung und Verkabelung vom Prozessventil 10. Die Messschaltung 290 kann optional auf einer weiteren Platine angeordnet sein. Auf der Hauptplatine 130 befinden sich zudem noch die notwendigen Komponenten, die für den Betrieb eines solchen Systems wichtig sind, wie z.B. ein Mikrochip 310.
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Die Anschlüsse am Gehäuse 100 sind z.B. für die Temperatur- und Druckmessung sowie für die Messschaltung bzw. deren Tastköpfe, mit denen beispielsweise die Erdung und Verkabelung des Ventils überprüft werden kann, vorgesehen.
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Die Kamera 150 kann vielseitig genutzt werden. Sie dient dazu Aufnahmen zu erstellen für die Wartung, die Inbetriebnahme, bei Schäden und zur allgemeinen Dokumentation. Zudem kann sie zum Auslesen von QR-Codes und somit zur Identifikation von Komponenten oder kompletten Prozessventilen verwendet werden.
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In 3 ist ein gekippt montiertes Prozessventil 10 dargestellt. Mit Hilfe des Servicegerätes 70 bzw. dessen Beschleunigungssensors 250 kann der Einbauwinkel kontrolliert werden, damit die in der Armatur 30 enthaltene Flüssigkeit rückstandslos abläuft. Dafür wird bei der Montage das Servicegerät 70 vorzugsweise von unten mit der durch die Geometrie des Gehäuses 100 definierten Anlagefläche an die Armatur 30 bzw. an eine Referenzfläche des Prozessventils 10 angelegt und das Prozessventil solange gekippt, bis der gewünschte Winkel eingestellt ist.
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Darüber hinaus lassen sich mit dem Beschleunigungssensor Vibrationen von Ventilen und anderen Anlagenbauteilen messen. Es ist aber auch möglich eine Neigungsmessung von statischen Systemen durchzuführen.
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In 4 ist ein Prozessventil 10 abgebildet, welches mit einem Servicegerät 70 elektrisch ausgemessen wird. Dabei kann z.B. bei dem Ventil mit Hilfe der integrierten Multimeterplatine 290 und den Multimeterkabeln/Proben 320 das Potenzial (gegen Erde) gemessen werden. Die Multimeterkabel 320 werden an verschiedenen Stellen des Ventils angelegt. Das Multimeterkabel 320 ist mit den Anschlüssen 110 verbunden.
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Bei Geräten, die keinen Schutzleiter haben, wird der Berührstrom gemessen, da ein Stromfluss nur bei Berührung mit den Gegenständen zustande kommt. Aufgrund von metallischen Werkstoffen und freiliegenden Kabeln bzw. Kabelstellen können Ströme anliegen, die dann gegen Erde abfließen. Der Berührungsstrom wird am metallischen Teil des Gehäuses des Prozessventils gemessen.
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Die 5 zeigt ein Servicegerät 70 und ein Prozessventil 10. Am Servicegerät 70 ist ein Druckschlauch 340 angebracht, der den anliegenden Steuerdruck im Prozessventil 10 zum Drucksensor 240 im Servicegerät 70 weiterleitet, wo er dann gemessen wird. Der Druckschlauch 340 wird an einem T-Stück 330 am Prozessventil 10 angeschlossen.
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In einer alternativen Ausführungsform wird über ein Kabel ein externer Inline-Durchflussmesser/Drucksensor 330 an dem Servicegerät 70 angeschlossen.
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6 stellt ebenfalls ein Servicegerät 70 und ein Prozessventil 10. Das Servicegerät 70 wird in unmittelbare Nähe zum Prozessventil 10 gehalten und misst die abgegeben Schallemissionen des Prozessventils 10 über ein integriertes Mikrofon 350. Bei Kavitation entstehen lokal hohe Drücke, die Bauteile auf Dauer schädigen können. Der Zusammenfall der Dampfblasen lässt sich per Schall- und Vibrationsauswertung messen.
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Die 7 zeigt ein Servicegerät 70 und ein Prozessventil 10. Das Servicegerät 70 wird an das Prozessventil 10 mit einer definierten Fläche des Gehäuses 100 angelegt, sodass die Vibrationen ausgehend vom Betrieb des Prozessventils 10 auf den Service Adapter 70 übertragen und durch einen integrierten Beschleunigungssensor 250 bzw. einen Körperschallaufnehmer gemessen werden.
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Im Betrieb von Anlagen werden in der Regel eine Vielzahl von Ventilen 10 und damit Aktoren und Antriebe angesteuert. Hinzu kommt das Medium, das durch die Leitungen strömt. Jede Bewegung von Komponenten führt unmittelbar zu Schwingungen an den anliegenden Komponenten. Diese können sich in ungünstigen Fällen aufgrund von Resonanzen verstärken und Bauteile schädigen oder feste Verbindungen lösen. Es kann auch sein, dass die Schwingung bzw. Vibration von vorneherein zu groß für die umliegenden Bauteile ist und diese sofort beschädigt. Über einen Vibrationssensor, z.B. Beschleunigungssensor 250, werden die Anlagenvibrationen gemessen. Über einen Abgleich mit z.B. vorherigen Messungen können Rückschlüsse auf den Zustand des Prozessventils 10 bzw. der Anlage gezogen werden.
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In 8 ist ein Serviceadapter 70 mit einem Prozessventil 10 abgebildet. An dem Prozessventil wird mit Hilfe eines in dem Servicegerät 70 integrierten (IR-)Temperatursensors 280 bzw. mit einem dafür geeigneten externen Temperatursensor 360 die Temperatur an verschiedenen Stellen des Prozessventils gemessen.
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9 zeigt das Servicegerät 70 mit zwei Varianten von Sonden 370, 380. Einmal gezeigt ist ein biegsamer Stab 370 aus einem Teil und zum anderen eine unterteilte Vorrichtung 380 aus mehreren Gliedern 390, die sich zueinander drehen können.
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Das Servicegerät 70 weist also eine Sonde 370, 380 mit einem Sondenkopf sowie einem Sondenhals auf. Der Sendeempfänger der Schnittstelle 210 zur Kommunikation mit dem Prozessventil 10 umfasst eine Antenne, welche in dem Sondenkopf angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist die Sonde 370, 380 zumindest ein translatorisches und/oder rotatorisches Gelenk auf und kann in einer ersten Stellung platzsparend im bzw. am Gehäuse 100 angeordnet sein sowie in einer zweiten Stellung vom Gehäuse 100 abstehen.
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Der Sondenhals ist biegsam. Der Sondenhals umfasst beispielsweise einen Schwanenhals 370 oder in einer alternativen Ausführungsvariante einen Gliederarm 380. Vorzugsweise ist der Sondenhals hohl und weist eine Passage für eine informationsübertragende (elektrische) Verbindung auf.
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In anderen Worten kann durch den Schwanenhals 370, einen biegsamen Stab, ein Kabel geführt werden. Die Hülle des Stabes besteht beispielsweise aus einem verformbaren, biegsamen Material, das in einer vom Bediener vorgebogenen Position verharrt. Am oberen Ende des Stabes ist eine Antenne angeordnet für die Kommunikation mit aktiven oder passiven RFID- bzw. NFC-Transpondern.
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Der alternative Gliederarm 380 besteht aus mehreren Teilkomponenten, die zueinander gedreht werden können. Auch hier ist es möglich ein Kabel hindurch zu führen. Am oberen Ende des Gliederarms 380 ist die Antenne angeordnet für die Kommunikation mit den RFID- und NFC-Transpondern. Die Teilkomponenten (Glieder) sind so geformt, dass sie ineinandergreifen, sich aber untereinander bis zu einem Grenzwinkel drehen lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Prozessventil
- 20
- RFID Tag bzw. NFC Chip (Transponder)
- 30
- Armatur
- 40
- Steuerkopf
- 50
- Antrieb
- 60
- Membran
- 70
- Servicegerät
- 80
- Datenverarbeitungseinrichtung, tragbares Gerät / Handheld
- 90
- Mensch-Maschine-Schnittstelle, Display
- 100
- Gehäuse
- 110
- Anschlüsse
- 120
- Mensch-Maschine-Schnittstelle, Bedienelemente
- 130
- Hauptplatine
- 150
- Kamera
- 160
- Kameraplatine
- 170
- Energiespeicher
- 190
- Kommunikationsschnittstelle / Bluetooth Adapter
- 200
- Kommunikationsschnittstelle / WLAN Adapter
- 210
- Kommunikationsschnittstelle / RFID- bzw. NFC-Transceiver
- 240
- Drucksensor
- 250
- Beschleunigungssensor
- 260
- GPS- bzw. UWB-Empfänger
- 280
- (IR-)Temperatursensor
- 290
- Messschaltung/Messplatine
- 300
- Datenspeicher
- 310
- Signalverarbeitungseinrichtung / Mikrochip
- 320
- Multimeterkabel
- 330
- Druck-/Durchflusssensor, alternativ T-Stück
- 340
- Sensorkabel, alternativ Druckschlauch
- 350
- Mikrofon, Körperschallaufnehmer
- 360
- Temperatursensor
- 370
- Sonde mit Schwanenhals
- 380
- Sonde mit Gliederarm
