DE102019135575A1 - Valve terminal with diagnostic module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe (10) mit einer Mehrzahl von Prozessventilen (30, 31, 32, 33), einer Steuerung (40) und einem Diagnosemodul (22), wobei die Prozessventile (30, 31, 32, 33) von der Steuerung (40) so angesteuert werden können, dass sie einen Mediendurchgang öffnen oder schließen können, wobei die Prozessventile (30, 31, 32, 33) jeweils mindestens einen Sensor (30d, 30e, 31d, 31e, 32d, 32e, 33d, 33e) aufweisen, mit dem das Erreichen einer Schaltstellung erfasst werden kann, und wobei das Diagnosemodul (22) dafür vorgesehen und ausgelegt ist, eine Zykluszeit der Prozessventile (30, 31, 32, 33) zu ermitteln und diese zu analysieren.The invention relates to an assembly (10) with a plurality of process valves (30, 31, 32, 33), a controller (40) and a diagnostic module (22), the process valves (30, 31, 32, 33) being controlled by the controller (40) can be controlled so that they can open or close a media passage, the process valves (30, 31, 32, 33) each having at least one sensor (30d, 30e, 31d, 31e, 32d, 32e, 33d, 33e) have, with which the reaching of a switching position can be detected, and wherein the diagnostic module (22) is provided and designed to determine a cycle time of the process valves (30, 31, 32, 33) and to analyze it.
Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einer Vielzahl von Prozessventilen und einer Steuerung.The invention relates to an assembly with a plurality of process valves and a controller.
Prozessventile können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Ein Beispiel ist die Lebensmittelindustrie. Dort werden Abfüllanlagen verwendet, um Joghurt in Joghurtbecher abzufüllen, Getränke in Flaschen oder Getränkekartons einzufüllen, etc. Die Abfüllanlage weist Prozessventile auf, die wiederum von Magnetventilen gesteuert werden. Beispielsweise werden die Prozessventile pneumatisch angesteuert, und der hierfür notwendige Pneumatikdruck wird mittels der Magnetventile gesteuert.Process valves can be used in a wide variety of applications. One example is the food industry. There filling systems are used to fill yoghurt into yoghurt pots, to fill beverages into bottles or beverage cartons, etc. The filling system has process valves, which in turn are controlled by solenoid valves. For example, the process valves are controlled pneumatically, and the pneumatic pressure required for this is controlled by means of the solenoid valves.
Die Prozessventile können dadurch zu sogenannten Ventilinseln zusammengefasst werden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass entweder die Prozessventile oder meist die Magnetventile, die die Prozessventile ansteuern, an einem gemeinsamen Träger angeordnet werden. Der Träger kann dabei dazu dienen, elektrische Energie bereitzustellen oder auch ein Schaltfluid, das von den Magnetventilen geschaltet an die Prozessventile weitergeleitet wird, damit diese einen Mediendurchgang schließen oder öffnen, beispielsweise um den Joghurt in den Joghurtbecher einzufüllen oder das Getränk in die Flasche oder den Getränkekarton.The process valves can thus be combined into so-called valve islands. These are characterized by the fact that either the process valves or mostly the solenoid valves that control the process valves are arranged on a common carrier. The carrier can be used to provide electrical energy or a switching fluid that is switched by the solenoid valves and passed on to the process valves so that they close or open a media passage, for example to fill the yogurt into the yogurt cup or the drink into the bottle or the Beverage carton.
Eine Ventilinsel kann eine Vielzahl von Prozessventilen aufweisen. Hierbei kann es aufgrund von Verschleiß bei langen Betriebszeiten zu Störungen an einzelnen Prozessventilen kommen, die dann einen manuellen Eingriff erfordern. Falls dies zu einer Unterbrechung beispielsweise des Abfüllvorgangs führt, kann es zu einem Produktionsausfall kommen.A valve terminal can have a large number of process valves. Due to wear and tear during long operating times, individual process valves may malfunction, which then require manual intervention. If this leads to an interruption in the filling process, for example, it can lead to a loss of production.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um eine korrekte Funktion von Prozessventilen möglichst zu gewährleisten.Various approaches are known from the prior art in order to ensure the correct functioning of process valves as far as possible.
Die
Die
Die Aufgabe besteht darin, einen Ausfall eines Prozessventils im laufenden Betrieb zu vermeiden.The task is to avoid a failure of a process valve during operation.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Baugruppe mit einer Mehrzahl von Prozessventilen, einer Steuerung und einem Diagnosemodul vorgesehen, wobei die Prozessventile von der Steuerung so angesteuert werden können, dass sie einen Mediendurchgang öffnen oder schließen können, wobei die Prozessventile jeweils mindestens einen Sensor aufweisen, mit dem das Erreichen einer Schaltstellung erfasst werden kann, und wobei das Diagnosemodul dafür vorgesehen und ausgelegt ist, eine Zykluszeit der Prozessventile zu ermitteln und diese zu analysieren.To solve this problem, the invention provides an assembly with a plurality of process valves, a controller and a diagnostic module, the process valves being able to be activated by the controller so that they can open or close a media passage, the process valves each having at least one sensor, with which the reaching of a switching position can be detected, and wherein the diagnostic module is provided and designed to determine a cycle time of the process valves and to analyze this.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Zykluszeiten und damit insbesondere die Schaltzeiten der Prozessventile kontinuierlich zu überwachen. Auf diese Weise können frühzeitig Abweichungen erkannt werden, die auf Verschleiß hindeuten. Dementsprechend kann rechtzeitig ein Austausch veranlasst werden, beispielsweise bei einer Umrüstung der Abfüllanlage auf ein neues Produkt, also zu einer Zeit, in der die Abfüllanlage sowieso stillsteht.The invention is based on the basic idea of continuously monitoring the cycle times and thus in particular the switching times of the process valves. In this way, deviations that indicate wear can be detected at an early stage. Accordingly, an exchange can be initiated in good time, for example when the filling system is converted to a new product, that is to say at a time when the filling system is at a standstill anyway.
Der Sensor kann insbesondere ein Positionssensor sein, mit dem die Position eines Ankers, eines Ventilelements, eines Kolbens oder eines anderen Bauteils, das für einen Schaltvorgang essentiell ist, erfasst werden kann. Mit einem Positionssensor kann direkt erfasst werden, ob sich dieses Bauteil in einer bestimmten Stellung befindet. Hierdurch ist die Messgenauigkeit höher als bei Methoden, die darauf beruhen, indirekt zu ermitteln, wo sich das Bauteil befindet.The sensor can in particular be a position sensor with which the position of an armature, a valve element, a piston or another component that is essential for a switching process can be detected. A position sensor can be used to directly detect whether this component is in a certain position. As a result, the measurement accuracy is higher than with methods that are based on indirectly determining where the component is located.
Vorzugsweise sind zwei Positionssensoren vorgesehen, sodass das Bauteil in jeder Endstellung (also mit vollständig geöffnetem Prozessventil und vollständig geschlossenem Prozessventil) erfasst werden kann.Two position sensors are preferably provided so that the component can be detected in every end position (that is, with the process valve fully open and the process valve fully closed).
Die Baugruppe kann eine Anzeige enthalten, auf der Fehler oder Wartungsbedarf für die Prozessventile individuell dargestellt werden können. Diese Anzeige kann direkt in die Ventilinsel integriert sein, an einem nahegelegenen Schaltschrank angeordnet oder Teil eines Steuerungsplatzes sein, von dem aus die Anlage gesteuert wird, in der die erfindungsgemäße Baugruppe verwendet wird.The assembly can contain a display on which errors or maintenance requirements for the process valves can be shown individually. This display can be integrated directly into the valve island, arranged in a nearby switch cabinet or part of a control station from which the system in which the assembly according to the invention is used is controlled.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Drucksensor vorgesehen, der einen Versorgungsdruck mit einem Schaltfluid erfasst und mit dem Diagnosemodul in Verbindung steht. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Diagnosemodul Abweichungen der Zykluszeiten, die aus einer Änderung des Versorgungsdrucks mit dem Schaltfluid resultieren (beispielsweise einem zu niedrigen Pneumatikdruck), nicht fälschlicherweise als Defekt der Prozessventile interpretiert. Gleichzeitig kann das Diagnosemodul eine Warnung ausgeben, dass die Versorgung mit dem Schaltfluid geprüft werden sollte.According to a preferred embodiment, a pressure sensor is provided which detects a supply pressure with a switching fluid and is connected to the diagnostic module. This ensures that the diagnostic module does not incorrectly interpret deviations in the cycle times that result from a change in the supply pressure with the switching fluid (for example, a pneumatic pressure that is too low) as a defect in the process valves. At the same time, the diagnostic module can output a warning that the supply with the switching fluid should be checked.
Das Diagnosemodul weist vorzugsweise einen Speicher für verschiedene Betriebsmodi auf, in dem Werte von „Soll-Zykluszeiten“ für verschiedene Betriebsmodi hinterlegt sind; diese unterscheiden sich abhängig von der jeweiligen Betriebsart der Anlage, in der die Prozessventile verwendet werden.The diagnostic module preferably has a memory for different operating modes, in which values of “target cycle times” for different operating modes are stored; these differ depending on the operating mode of the system in which the process valves are used.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Diagnosemodul einen Speicher für verschiedene Zykluszeiten aufweist, in dem die Ergebnisse früherer Messungen hinterlegt sind, sodass das Diagnosemodul durch Vergleich der früheren Messwerte mit den aktuellen Messwerten erkennen kann, ob sich die Zykluszeiten ändern.It can also be provided that the diagnostic module has a memory for different cycle times in which the results of previous measurements are stored so that the diagnostic module can recognize whether the cycle times change by comparing the previous measured values with the current measured values.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Diagnosemodul einen Eingang für ein Testsignal auf. Wenn ein Testsignal empfangen wird, kann das Diagnosemodul eine Testsequenz durchführen, in der aktuelle Zykluszeiten erfasst und mit gespeicherten Werten verglichen werden. Eine Testsequenz kann beispielsweise dann ausgelöst werden, wenn die Anlagen, in denen die Prozessventile verbaut sind, von einem Produkt auf ein anderes umgestellt wurden.According to one embodiment of the invention, the diagnostic module has an input for a test signal. When a test signal is received, the diagnostic module can carry out a test sequence in which current cycle times are recorded and compared with stored values. A test sequence can be triggered, for example, when the systems in which the process valves are installed have been switched from one product to another.
Erfindungsgemäß ist das Diagnosemodul in eine Ventilinsel integriert, sodass es möglich ist, Änderungen im Prozess, vorliegend der Schaltzeit von Prozessventilen, zu erkennen. Hierzu sind in der Ventilinsel bereits digitale Eingänge zur Zustandsüberwachung der Prozessventile integriert. Diese haben vorwiegend die Aufgabe, die Endstellungen der Prozessventile an das Diagnosemodul der Ventilinsel zurückzumelden. Die digitalen Eingänge sind direkt zum jeweiligen Pneumatikventilplatz bzw. Prozessventil der Ventilinsel zugeordnet.According to the invention, the diagnostic module is integrated into a valve terminal so that it is possible to detect changes in the process, in the present case the switching time of process valves. For this purpose, digital inputs for monitoring the status of the process valves are already integrated in the valve terminal. The main task of these is to report the end positions of the process valves back to the diagnostic module of the valve terminal. The digital inputs are assigned directly to the respective pneumatic valve position or process valve on the valve terminal.
Bei der erfindungsgemäßen Diagnoseinitialisierung lässt sich über eine Software der Ventilinsel die Dauer ermitteln, wie lange ein Prozessventil für das Verfahren von einer zur anderen Endlage benötigt.With the diagnostic initialization according to the invention, software in the valve terminal can be used to determine the duration of how long a process valve needs to move from one end position to the other.
So werden beispielsweise 20 Messungen zur Dauer bzw. Schaltzeit durchgeführt und anschließend wird vom Diagnosemodul der Ventilinsel das arithmetische Mittel der Schaltzeit errechnet und gespeichert.For example, 20 measurements are carried out on the duration or switching time and then the arithmetic mean of the switching time is calculated and saved by the valve terminal's diagnostic module.
Je nachdem, wie viele Prozessventile zeitgleich geschaltet werden, wird sich eine unterschiedliche Laufzeit jedes einzelnen an die Ventilinsel angeschlossenen Prozessventils ergeben. Bei gleichen Prozessen wird dieser Zeitunterschied bereits beim Ermitteln der Prozesslaufzeit festgestellt und ebenfalls als Referenz abgespeichert. Durch die Schaltzeitüberwachung kann die Dauer im tatsächlichen Anwendungsfall ermittelt und mit jeder erneuten Schaltung verglichen werden. Deutet sich ein Verschleiß an, kann dieser frühzeitig erkannt werden. In der Folge können vorbeugende Maßnahmen getroffen werden.Depending on how many process valves are switched at the same time, each individual process valve connected to the valve terminal will have a different runtime. With the same processes, this time difference is already determined when determining the process runtime and is also saved as a reference. With the switching time monitoring, the duration can be determined in the actual application and compared with each new switching. If there is any sign of wear, it can be detected at an early stage. As a result, preventive measures can be taken.
Hat sich beispielsweise bei der Diagnoseausführung bzw. bei laufendem Prozess die Schaltzeit um mehr als den definierten Toleranzbereich (z.B. 20%) verändert, visualisiert die Ventilinsel diese Information über eine Anzeige des Diagnosemoduls der Ventilinsel und somit in einem der Produktionsanlage nahen Schaltschrank. Parallel meldet Sie die Information an eine Steuerung (SPS) zurück. Die Steuerung kann eine Fehlermeldung mit genauer Angabe der Position im Prozess ausgeben und dadurch eine Fernwartung ermöglichen.If, for example, the switching time has changed by more than the defined tolerance range (e.g. 20%) when executing the diagnosis or while the process is running, the valve terminal visualizes this information via a display on the diagnosis module of the valve terminal and thus in a control cabinet close to the production plant. At the same time, it reports the information back to a controller (PLC). The control can output an error message with precise details of the position in the process and thus enable remote maintenance.
Ein in die Ventilinsel (genauer gesagt; in ein Anschlussmodul) integrierter Drucksensor kann dazu eingesetzt werden, Fehler, die durch einen Einbruch der Druckluftversorgung entstehen, von verschleißbedingten Fehlern zu unterscheiden. Prozessbedingte Druckschwankungen können so durch die Software gefiltert werden.A pressure sensor integrated in the valve terminal (more precisely, in a connection module) can be used to distinguish errors that arise from a collapse in the compressed air supply from errors caused by wear. Process-related pressure fluctuations can be filtered by the software.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:
- - Integration der Diagnosefunktion in die Ventilinsel durch Nutzung von vorhandener Elektronik (digitale Eingänge und Anzeige)
- - Anzeigeoption, welcher Ventilplatz der Ventilinsel bzw. welches daran angeschlossene Prozessventil möglicherweise defekt ist.
- - Die Messung der Zykluszeit bzw. Laufzeit zwischen den Endstellungen der an die Ventilinsel angeschlossenen Prozessventile mittels der Detektion von Positionssensoren über die digitalen Eingänge der Ventilinsel ist vorliegend die entscheidende Neuerung.
- - Es ist kein Einrichtebetrieb notwendig. Die Initialisierung (neue Laufzeitmessung) kann im laufenden Produktionsbetrieb jederzeit gestartet und durchgeführt werden.
- - Die Diagnose ist jederzeit auf neue Prozessparameter ohne zusätzlichen Aufwand einstellbar: Bei Umstellung einer Prozesslandschaft (z.B. größere Verpackungseinheit bei Joghurtbechern oder Getränkekartons) kann mit einem Tastendruck eine neue Laufzeitmessung angestoßen werden.
- - Durch einen eingebauten Drucksensor können Fehler auf Grund von unzureichender Druckluftversorgung ausgeschlossen werden. Ausgabe eines Hinweises auf einem Display der Ventilinsel zur Überprüfung der Druckluftversorgung
- - Regelmäßig wiederkehrende Schaltungen können hinterlegt werden.
- - Erkennen von möglichen Fehlern im Voraus. Dies hat folgende Vorteile:
- - Optimierung der Wartungsrate
- - Verkürzung der Stillstandszeit
- - Verschleiß des Prozessventils erkennen
- - Optimierung der Verschleißteilbeschaffung
- - Integration of the diagnostic function in the valve terminal by using existing electronics (digital inputs and display)
- - Display option indicating which valve position on the valve terminal or which process valve connected to it is possibly defective.
- - The measurement of the cycle time or runtime between the end positions of the process valves connected to the valve terminal by means of the detection of position sensors via the digital inputs of the valve terminal is the decisive innovation here.
- - No setup operation is necessary. The initialization (new runtime measurement) can be started and carried out at any time during ongoing production operations.
- - The diagnosis can be set to new process parameters at any time without additional effort: When a process landscape is changed (e.g. larger packaging units for yoghurt cups or beverage cartons), a new runtime measurement can be initiated at the touch of a button.
- - With a built-in pressure sensor, errors due to insufficient compressed air supply can be excluded. Output of a message on a display of the valve terminal to check the compressed air supply
- - Regularly recurring switching operations can be stored.
- - Detection of possible errors in advance. This has the following advantages:
- - Optimization of the maintenance rate
- - Reduction of the downtime
- - Detect wear of the process valve
- - Optimization of the procurement of wearing parts
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- -
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Baugruppe; - -
2 schematisch verschiedene Betriebsmodi der Baugruppe von1 ; und - -
3 ein Zeit-Weg-Diagramm für ein Prozessventil der Baugruppe von1 .
- -
1 a block diagram of an assembly according to the invention; - -
2 schematically different operating modes of the assembly of1 ; and - -
3 a time-distance diagram for a process valve of the assembly of1 .
In
Die Ventilinsel
Die Ventilinsel
Dabei ist beispielsweise einem ersten Magnetventil
Die Anschlussmodule
Das Diagnosemodul
Weiterhin weist das Gateway
Der Analog/Digital-Wandler
Die Mehrzahl an Aktoren
Im Folgenden wird beispielhaft der Aufbau und die Verschaltung eines Aktors
Weiterhin sind an den beiden Endlagen zwei Positionssensoren vorgesehen , also an der Position des eingefahrenen Kolbens
Die
Die
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt nur im Produktionsbetrieb
Der Initialisierungsbetrieb zur Laufzeitmessung der Aktoren kann nur parallel zum Produktionsbetrieb
Der Produktionsbetrieb
Für die Laufzeitmessung ist es entscheidend, dass der zu initialisierende Aktor
Wie in
Gemäß Schritt
Die Betriebszustandsänderung des Aktors
Im Schritt
Durch das Abfallen der Erregung der Spule des Magnetventils
Mit dem Erreichen des ersten Positionssensors
Die Schritte
Durch mehrmalige Bestimmung der Ist- Zykluszeit hintereinander lässt sich feststellen, ob sich diese mit der Zeit verändert, insbesondere erhöht, was für einen Verschleiß des Aktors
Weichen die Ist- Zykluszeiten im Diagnosebetrieb
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- fluidisches Systemfluidic system
- 11 a, b, c, d11 a, b, c, d
- fluidische Verbindungfluidic connection
- 12 a, b, c, d12 a, b, c, d
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 2020th
- VentilinselValve terminal
- 21a, b, c, d21a, b, c, d
- Magnetventilmagnetic valve
- 2222nd
- DiagnosemodulDiagnostic module
- 22 a, b, c, d22 a, b, c, d
- Anzeige des Diagnosemoduls (des jeweils angeschlossenen Prozessventi ls)Display of the diagnostic module (of the connected process valve)
- 2323
- erstes Anschlussmodulfirst connection module
- 23a23a
- FluidanschlussFluid connection
- 23b23b
- DrucksensorPressure sensor
- 2424
- zweites Anschlussmodulsecond connection module
- 2525th
- GatewayGateway
- 25a25a
- Mikroprozessormicroprocessor
- 25b25b
- Analog/Digital-WandlerAnalog / digital converter
- 30, 31, 32, 3330, 31, 32, 33
- Aktor/ ProzessventilActuator / process valve
- 30a, 31a, 32a, 33a30a, 31a, 32a, 33a
- Kolbenpiston
- 30b, 31b ,32b, 33b30b, 31b, 32b, 33b
- Federfeather
- 30c, 31c ,32c, 33c30c, 31c, 32c, 33c
- KolbenstangePiston rod
- 30d, 31d, 32d, 33d30d, 31d, 32d, 33d
- erster Positionssensorfirst position sensor
- 30e, 31e, 32e, 33e30e, 31e, 32e, 33e
- zweiter Positionssensorsecond position sensor
- 4040
- Steuerung (SPS)Control (PLC)
- 100100
- EinrichtebetriebSet-up company
- 200, 210200, 210
- ProduktionsbetriebProduction plant
- 201, 202, 203201, 202, 203
- ProduktionsschritteProduction steps
- 200a, 200b, 200c, 200d, 200e200a, 200b, 200c, 200d, 200e
- Schritte zur Laufzeitmessung (Initialisierungsbetrieb)Steps for runtime measurement (initialization mode)
- E0, E1, E2, E3E0, E1, E2, E3
- SteuerfluideingangControl fluid inlet
- A0, A1, A2, A3A0, A1, A2, A3
- SteuerfluidausgangControl fluid output
- R0, R1, R2, R3R0, R1, R2, R3
- EntlüftungVenting
- T1, T2T1, T2
- Zykluszeit/ Schaltzeit/ Laufzeit des ersten AktorsCycle time / switching time / runtime of the first actuator
- t0t0
- StartzeitpunktStart time
- t1t1
- erster Zwischenzeitpunktfirst intermediate point
- t2t2
- zweiter Zwischenzeitpunktsecond intermediate point
- t3t3
- EndzeitpunktEnd time
- XX
- BewegungsachseAxis of motion
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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---|---|---|---|---|
DE102021210500A1 (en) | 2021-09-21 | 2023-03-23 | Festo Se & Co. Kg | Valve assembly and method |
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2019
- 2019-12-20 DE DE102019135575.3A patent/DE102019135575A1/en active Pending
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