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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diagnosebetrieb einer Sicherheitsstellventilbaugruppe.
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Die
DE 10 2012 111 883 A1 offenbart eine gattungsgemäße Stellventilbaugruppe. Bei der gattungsgemäßen Stellventilbaugruppe ist ein Ventilantrieb über ein Joch mit einem Stellventil verbunden. Zwischen dem Ventilantrieb und dem Stellventil ist eine Drehmomentmesskupplung zwischen Antriebsstange und Ventilstange eingeschaltet, um die dort wirkenden Drehmomente zu erfassen. Die erfassten Messwerte werden an eine am Joch angebrachte Verstärkereinheit weitergegeben. Es sind Drehmomentsensoren vorgesehen, wobei eine Veränderung des benötigten Drehmomentes und oder ein Drehmomentverlauf über die Zeit während des Betriebes aufgezeichnet wird. Entsprechend können Veränderungen erkannt werden. Ebenfalls ist bekannt die Drehmomentverläufe mit Referenzkurven zu vergleichen, welche z.B. bei einer Inbetriebnahme aufgezeichnet wurden.
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Ferner ist gemäß der
DE 103 20 031 A1 bekannt, dass bei Sicherheitskreisen besondere Anforderungen bestehen, um z.B. die Wartungsintervalle solcher Sicherheitsventile zu verlängern und somit die Prozessanlage ohne Stillstand länger betreiben zu können. Die Anforderungen sind z.B. ein zyklisches Ausführen von Teilhubtests wobei das Ventilglied dabei nur eine kleine Wegstrecke zurücklegt und dann wieder in die Ausgangstelle zurückfährt. Solche Prüfzyklen werden elektronisch protokolliert und in einer Speichereinrichtung elektronisch gespeichert. Hierdurch stehen elektronische Informationen über die durchgeführten Prüfzyklen für eine stichprobenartige Kontrolle zur Verfügung. Die Speichereinrichtung ist bevorzugt netzunabhängig ausgeführt, d. h. sie verfügt über eine vom normalen Stromnetz unabhängige Energieversorgung, beispielsweise auf Basis einer Batterie. Auf diese Weise bleiben wichtige Informationen über durchgeführte Sicherheitstests auch bei einem Stromausfall erhalten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung die Diagnosemöglichkeit zu verbessern.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen und für die Schaltanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Weise umfasst eine Sicherheitsstellventilbaugruppe ein Sicherheitsventil, einen Antrieb und eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung des Antriebs, und eine Messeinrichtung zur Erfassung von Messwerten an der Sicherheitsventilbaugruppe, wobei ein Spannungseingang vorgesehen ist, der die Steuereinrichtung beeinflusst und der die Messeinrichtung mit Energie versorgt. Gemäß einem bekannten Diagnoseverfahren werden während des Stellventilbetriebs Messdaten zur Stellgliedbewegung aufgezeichnet und die Steuereinrichtung verfährt den Antrieb in eine Sicherheitsstellung, wenn der Spannungswert am Spannungseingang unter einen Schwellwert sinkt. Die Betriebsspannung sinkt insbesondere dann unter den Schwellwert, wenn die Betriebsspannung ausfällt.
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Erfindungsgemäß ist eine Notstromversorgung vorgesehen, die die Messeinrichtung mit Energie versorgt, wenn der Spannungswert am Spannungseingang unter einen Schwellwert sinkt. Die Notstromversorgung sorgt auch dafür, dass in einem solchen Betriebszustand die Messeinrichtung Messwerte erfasst. Die Notstromversorgung stellt die Versorgungsenergie bereit, um gleichzeitigen zum Verfahren des Stellventils in die Sicherheitsstellung, die Sensorwerte aufzuzeichnen und zu speichern.
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So ist gewährleistet, dass die Sensoren bei fehlender Versorgung trotzdem aufzeichnen können, die Notstromversorgung umfasst einen Energiespeicher, der insbesondere so viel Energie gespeichert hat, dass der komplette Hub aufgezeichnet und die Daten z.B. per BLE / HART / Bus-signal gesendet werden können oder auf dem internen Speicher dauerhaft abgelegt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Vorrangschaltung vorgesehen, die die Versorgung der Messeinrichtung über die Beeinflussung der Steuereinrichtung priorisiert, so dass bei einem Wiedereinschalten der Betriebsspannung nach einem Spannungsverlust zuerst die Messeinrichtung und anschließend die Steuereinrichtung mit Strom versorgt wird. Dadurch können schon Messdaten beim Bewegen des Stellgliedes aufgezeichnet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitsventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Sicherheitsventil mit einer Vorrangschaltung betreffen, wobei die Vorrangschaltung so ausgebildet ist, dass sie die Versorgung der Messeinrichtung über die Beeinflussung der Steuereinrichtung am Spannungsausgang priorisiert, so dass bei einem Wiedereinschalten nach einem Spannungsverlust zuerst die Messeinrichtung und anschließend der Spannungsausgang mit Strom versorgt wird.
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Dadurch können bereits Messdaten beim Bewegen des Stellgliedes, nachdem das Stellventil wieder bestromt wird, aufgezeichnet werden.
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Bevorzugt wird sichergestellt, dass die Messeinrichtung vollständig im Betrieb ist, bis die Steuereinrichtung mit Energie versorgt wird, um das Aufzeichnen aller notwendigen Messdaten beim Bewegen des Stellgliedes sicherzustellen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Messeinrichtung die Vorrangschaltung erst freigibt, wenn diese bereit zur Messwertaufnahme ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Steuereinrichtung einen I/P Wandler, wobei der Antrieb ein hydraulischer Antrieb ist, wobei der I/P Wandler den Antrieb zum Einnehmen der Sicherheitsstellung vollständig be- oder entlüftet, wenn die Betriebsspannung am I/P-Wandler unter den Schwellwert sinkt.
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Alternativ kann insbesondere die Entlüftung eines Antriebs über eine als Magnetventil ausgebildete Steuereinrichtung realisiert werden, wobei in dem Fall in dem das Magnetventil stromlos wird, dieses in eine mechanisch vordefinierte Stellung verfährt, bei der der Antrieb entlüftet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellventils, aufweisend einen Spannungsversorgungseingang und einen Spannungsausgang zur Ansteuerung einer Steuereinrichtung, der mit dem Spannungsversorgungseingang verbunden ist. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Messeinrichtung, die über den Spannungsversorgungseingang mit einer Betriebsspannung versorgbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem Spannungsversorgungseingang und der Messeinrichtung eine Notstromversorgung derart eingeschaltet ist, dass diese, die Messeinrichtung mit Energie versorgt, wenn die Eingangsspannung unter einen Schwellwert fällt. Die Schaltungsanordnung ist ferner so gestaltet, dass der Spannungsausgang dem Spannungsabfall der Eingangsspannung folgt.
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Dadurch bewirkt ein Abfall am Spannungsversorgungseingang zwar das Verfahren der Stellventilbaugruppe in die Sicherheitsstellung, dennoch ist gewährleistet, dass während des Verfahrens des Stellventils in die Sicherheitsstellung Messdaten während dieses Vorgangs erfasst werden können.
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Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise zwischen der elektrischen Verbindung einer zentralen Leitwarte oder einer beliebigen Steuereinheit zum Schalten des Sicherheitsmagnetventils und dem Sicherheitsmagnetventil eingeschaltet sein. Diese Verschaltung ist bevorzugt in der Weise aufgebaut, dass der Sicherheitskreis nicht beeinträchtigt wird. Auf diese Weise können auch während das Magnetventil bestromt ist, Messdaten aufgezeichnet werden. Dies kann bevorzugt beim Ausführen eines Teilhubtestes erfolgen. Zum Ausführen von Teilhubtests können zusätzlich Stellungsregler parallel verbaut sein oder in der Messeinrichtung integriert sein, welche ebenfalls an dem Spannungsversorgungseingang angeschlossen sein können oder an einen eigenen Strom und Steuerkreis angeschlossen sein können. Sind die Stellungsregler über einen eigenen Steuerkreis angeschlossen, ist dieser bevorzugt als 4-20mA Stromschleife ausgeführt.
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Der Spannungsversorgungseingang ist bevorzugt als 24V-Eingang ausgebildet, da Sicherheitsmagnetventile in der Regel mit 24V versorgt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Messeinrichtung und der Spannungsversorgungsausgang über eine Vorrangschaltung derart mit dem Spannungsversorgungseingang verbunden, dass die Messeinrichtung priorisiert ist.
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Dies sorgt bei einer Rückkehr der Spannung am Spannungsversorgungseingang dafür, dass zuerst die Messeinrichtung mit Energie versorgt wird, bevor der Spannungsversorgungsausgang bestromt wird.
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Der Spannungsversorgungsausgang ist mit der Steuereinrichtung verbunden und sorgt dafür, dass bei rückkehrender Spannung der Antrieb aus der Sicherheitsposition in die Betriebsposition gefahren werden kann. Da der Spannungsversorgungsausgang nachrangig zur Messeinrichtung bestromt wird, ist gewährleistet, dass während das Stellventil wieder in die Betriebsposition gefahren wird, Messdaten aufgenommen werden können.
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Die Energie der Notstromversorgung kann insbesondere durch einen Kondensator gewährleistet werden. Als Energiespeicher kann auch eine Batterie verbaut sein.
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Insbesondere kann die Messeinrichtung einen Mikrokontroller umfassen, der bevorzugt eine Aufbereitung der Messdaten vornehmen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Messeinrichtung Kommunikationsanschlüsse zur Kommunikation mit externen Funktionseinheiten auf.
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Erfindungsgemäß umfasst die Messeinrichtung eine Drehmomenterfassungseinrichtung.
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Die Notstromversorgung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung kann bevorzugt einen Energiespeicher, einen Schaltregler, einen Linearregler
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Der Schaltregler dient der Versorgung der Messeinrichtung und der Linearregler wirkt bei einer Netzversorgung als auch bei Versorgung über den Ernegiespeicher um eine definierte Spannungsversorgung der Messeinrichtung zu gewährleitsten.
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Die Messeinrichtung kann bevorzugt einen Prozessor und einen Datenspeicher zur Erfassung und / oder Auswertung der Meessergebnisse umfassen. Alternativ kann die Messeinrichtung auch analog aufgebaut sein. Bei Verwendung von analogen Sensoren muss dann keine A/D Wandlung vorgenommen werden. Die Signale werden dann höchstens verstärkt und /oder linearisiert und an eine andere Einheit zur Auswertung weitergegeben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausfü hrungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung;
- 2 eine Implementierungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung
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1 zeigt eine einfache erfindungsgemäße Schaltanordnung 10 zur Diagnose einer Stellventilbaugruppe, umfassend einen Spannungseingang 14, der an eine Spannungsquelle 24 angeschlossen ist, wobei der Spannungseingang 14 mit einer Vorrangschaltung 18 verbunden ist, die einerseits eine über eine Notstromversorgung 20 eine Messeinrichtung 22 mit Energie versorgt, andererseits die Vorrangschaltung 18 mit einem Ausgang 16 verbunden ist, der insbesondere mit einem Magnetventil 26 verbunden sein kann. Die Vorrangschaltung 18 ist so ausgestaltet, dass die Messeinrichtung 22 priorisiert ist. Die Notstromversorgung 18 sorgt dafür, dass im Falle eines Spannungsabfalls bzw. eines Spannungsausfalls an dem Spannungseingang 14 die Messeinrichtung 22 weiter mit Energie versorgt wird, wohingegen der Spannungsausgang 16 und damit das dort angeschlossenen Magnetventil 26 dem Spannungsabfall folgt und einen an das Magnetventil 26 angeschlossenen Antrieb entlüftet. Die Ausgestaltung einer Stellventilbaugruppe ist in der 1 nicht dargestellt, da diese dem Fachmann hinlänglich bekannt ist. Wenn der Antrieb entlüftet wird, wird der Antrieb und damit das Stellventil mechanisch in eine Sicherheitsstellung verfahren. Durch die Notstromversorgung 20 wird die Messeinrichtung 22 in diesem Fall weiterhin mit ausreichend Energie versorgt, so dass die Messeinrichtung 22 während des mechanischen Verfahrens des Stellventils in Sicherheitsstellung noch Messwerte zur Diagnose des Stellventils aufnehmen und speichern bzw. über Kommunikationsschnittstellen an eine Leitwarte weitergeben kann. Die Notstromversorgung umfasst dazu einen Energiespeicher 28, der derart bemessen ist, dass ausreichend Energie vorhanden ist, um eine Diagnose des Stellventils während des Verfahrens in den Sicherheitszustand zu ermöglichen.
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Bei Wiederherstellen der Stromversorgung am Spannungseingang 14 versorgt die Vorrangschaltung zuerst die Messeinrichtung 22 mit der Eingangsspannung, wonach diese betrieben werden kann, bevor das Magnetventil 26 bestromt wird und den Antrieb bzw. das Stellventil wieder in Betriebsstellung verfährt.
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Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch während des Verfahrens in Betriebsstellung Messwerte zur Diagnose des Stellventils aufgenommen werden können.
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2 zeigt eine etwas detailliertere Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung 30. Die Schaltanordnung 30 weist, wie bereits beschrieben einen Spannungseingang 34 und einen damit über eine Vorrangschaltung 60 verbundenen Spannungsausgang 36 auf. Der Spannungseingang 34, an dem eine Spannungsquelle 44 angeschlossen ist, ist zudem über eine Notstromversorgung 70 mit einer Messeinrichtung 50 verbunden. Die Messeinrichtung umfasst einen Mikrokontroller 52, eine Drehmoment- und Drehwinkel-Erfassungseinrichtung 54, einen Anschluss für Drucksensoren 56 und einen Kommunikationsanschluss 58 zur Kommunikation mit einer Leitwarte, insbesondere via kabelgebundenen Bussystemen z.B. mittels HART oder drahtlos mittels Bluetooth oder WLAN.
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Ferner ist der Mikrokontroller 52 mit dem Spannungseingang 34 über eine Spannungsversorgungserkennung 80 verbunden, so dass der Mikrokontroller 52 erkennen kann, ob eine Spannung am Spannungseingang 34 anliegt. Der Mikrokontroller 52 ist mit der Vorrangschaltung 60 verbunden, wobei dieser ein Signal an die Vorrangschaltung 60 anlegt, so lange im Betriebsfall der Mikrokontroller 50 über den Spannungseingang 34 versorgt wird.
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Die Notstromversorgung 70 umfasst einen Linearregler 74, einen Schaltregler 72 und Kondensatoren 76, die bei Wegfall der Betriebsspannung die Versorgung der Messeinrichtung 50 übernehmen und bei Anliegen der Versorgungsspannung geladen werden.
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So kann, wenn der Spannungsausgang 36 stromlos geschaltet wird und das Magnetventil 46 in den Entlüftungszustand verfährt, während des Entlüftens über die Drehmoment- und Drehwinkel-Erfassungseinrichtung 54 der Moment -Verlauf über den Drehwinkel aufgezeichnet werden.
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Liegt nach dem Spannungsausfall wieder eine Betriebsspannung am Spannungseingang 34 an, kann der Moment -Verlauf über den Drehwinkel abermals zuverlässig aufgezeichnet werden, da der Mikrokontroller 52 die Vorrangschaltung 60 erst wieder für die Bestromung des Spannungsausgangs 36 freigibt wenn eine Messwerterfassung zuverlässig möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltanordnung
- 14
- Spannungseingang
- 16
- Spannungsausgang
- 18
- Vorrangschaltung
- 20
- Notstromversorgung
- 22
- Messeinrichtung
- 24
- Spannungsquelle
- 24
- Spannungsquelle
- 26
- Magnetventil
- 28
- Energiespeicher
- 30
- Schaltanordnung
- 34
- Spannungseingang
- 36
- Spannungsausgang
- 44
- Spannungsquelle
- 46
- Magnetventil
- 50
- Messeinrichtung
- 52
- Mikrokontroller
- 54
- Drehmoment- und Drehwinkel-Erfassungseinrichtung
- 56
- Drucksensoren
- 58
- Kommunikationsanschluss
- 60
- Vorrangschaltung
- 70
- Notstromversorgung
- 72
- Schaltregler
- 74
- Linearregler
- 76
- Kondensatoren
- 80
- Spannungsversorgungserkennung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012111883 A1 [0002]
- DE 10320031 A1 [0003]
