DE102022122546A1 - Elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb und Stellgerät umfassend einen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler - Google Patents

Elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb und Stellgerät umfassend einen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler Download PDF

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Fausto Crespo Vidal
Sven Rausch
Christian Mellinger
Andreas Fiebiger
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Abstract

Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend einen elektropneumatischen Wandler (3), wie ein Strom-Druck-Wandler, wenigstens eine Verstärkerstufe für den pneumatischen Stellantrieb, wie eine Vorstufe (4) und/oder eine Hauptstufe (6), mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker (5, 7, 9), an der ein von dem elektropneumatischen Wandler (3) bereitgestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck (PC), anliegt, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (61) zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks (PC).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer Brauerei oder dergleichen. Die Erfindung betrifft auch ein Stellgerät für eine prozesstechnische Anlage, umfassend einen elektropneumatischen Stellungsregler und einen pneumatischen Stellantrieb.
  • Aus DE 42 40 802 C2 ist ein elektropneumatischer Umformer bekannt, der aus einer Vorsteuerstufe und einer Hauptsteuerstufe besteht. Die Vorsteuerstufe ist elektrisch ansteuerbar und umfasst ein Düse-Prallplatte-System, durch das Zuluft gedrosselt entweichen kann. Mit der Düse sind drei diskrete Vordruckwerte erzeugbar. Mit dem Vordruck wird ein pneumatisch angesteuertes Ventil der Hauptstufe betätigt, das drei diskrete Schaltstellungen zum Belüften, Entlüften und Inaktivieren aufweist, die abhängig von dem Vordruck aktiviert werden. Diese Anordnung ist ausschließlich für einfachwirkende Antriebe geeignet.
  • EP 3 271 624 B1 betrifft eine Flüssigkeitsventilanordnung und einen Prozessventilpositionierer, der auch für doppelt wirkende Antriebe geeignet ist. Der Prozessventilpositionierer besitzt eine Vorstufe zum Wandeln eines elektrischen Ansteuersignals in einen Vorfluiddruck. Der Vorfluiddruck wiederum reguliert eine Fluidventilanordnung. Die Fluidventilanordnung regelt die Fluidzufuhr eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators zum Betreiben eines Stellventils. Die Fluidventile der Anordnung sind mittels eines Schafts mechanisch miteinander gekoppelt. Eine Druckentlastung reduziert die Schaltkräfte, sodass mit wenig Vordruck ein sicheres Schalten ermöglicht wird.
  • Stellungsregler, die zum Abgeben von pneumatischen Stellsignalen mit hohem Druck und hohen Volumina, beispielsweise für große Stellantriebe, vorgesehen sind, sind erfahrungsgemäß anfällig gegenüber Störgrößen. Zudem hat sich gezeigt, dass das Regelverhalten derartiger Stellungsregler, etwa unter ungünstigen Prozessbedingungen oder bei suboptimaler Dimensionierung, zum Aufschwingen neigt. Wenn beispielsweise ausgehend von einem sehr kleinen Volumenstrom eines elektropneumatischen Wandlers eine große Verstärkung vorgenommen wird, können die Federkonstanten und Reibungen im System ein unerwünschtes Eigenverhalten zur Folge haben. Zum direkten schalten hoher Stellkräfte bedarf der elektropneumatische Wandler einer entsprechend hohen Leistung, was in der Regel mit einer Zweileitertechnik und Ex i Anforderungen nicht vereinbar ist.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektropneumatischen Stellungsregler und/oder ein Stellgerät bereit zu stellen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere eine schnelle, großvolumige und präzise Druckluftversorgung für Stellantriebe, insbesondere bei großen Stelldrücken, gewährleistet. Diese Aufgabe lösen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens eine Verstärkerstufe, wie eine Vorstufe und/oder eine Hauptstufe, mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker, an der ein von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellter Steuerdruck anliegt. Insbesondere liegt der Steuerdruck, insbesondere der Vorsteuerdruck, an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe an. Es ist denkbar, dass der elektropneumatische Wandler nur eine einzige Verstärkerstufe, d. h. nur eine Hauptstufe, aufweist. Dabei kann der für den pneumatischen Verstärker der Hauptstufe eingestellte Vorsteuerdruck dem von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellten Vorsteuerdruck entsprechen oder anders gesagt unmittelbar durch den elektropneumatischen Wandler eingestellt sein. Optional kann der elektropneumatische Stellungsregler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mehrere, beispielsweise zwei, insbesondere kaskadierte, Verstärkerstufen einschließlich einer Vorstufe und einer Hauptstufe umfassen, wobei vorzugsweise der von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellte Kaskadendruck an der Vorstufe anliegt und/oder der Vorsteuerdruck an der Hauptstufe anliegt. Insbesondere stellt die Vorsteuerstufe den Vorsteuerdruck für die Hauptstufe mittels des vom elektropneumatischen Wandler bereitgestellten Drucks ein. Ein elektropneumatischer Wandler kann ein Ventil mit einem piezoelektrischen oder elektromagnetischen Aktor zum Betätigen dieses Ventils, insbesondere eines Nadelventils, vorzugsweise mit sehr geringem maximalen Volumenstrom, umfassen. Vorzugsweise umfasst der elektropneumatische Stellungsregler eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den elektropneumatischen Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe, insbesondere den Versorgungseingang des pneumatischen Verstärkers oder die Versorgungseingänge der pneumatischen Verstärker, zum Verbinden mit der Pneumatikquelle. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, einem pneumatischen Stellantrieb ein pneumatisches Stellsignal bereitzustellen. Insbesondere ist der Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, ein vorzugsweise elektrisches und/oder digitales Leitsignal von einer übergeordneten Leiteinrichtung, wie einer zentralen Leitwarte einer prozesstechnischen Anlage, zu empfangen und das pneumatische Stellsignal auf Basis des Leitsignals zu erzeugen. Zusätzlich kann der elektropneumatische Stellungsregler vorzugsweise wenigstens ein Messsignal betreffend wenigstens eine Stör- oder Prozessgröße, wie eine Ist-Stellung eines Stellventils und/oder ein Ist-Druck, für die Erzeugung des pneumatischen Stellsignals berücksichtigen.
  • Ein elektropneumatischer Wandler realisiert eine elektropneumatische Komponente eines Stellungsreglers. Ein elektropneumatischer Wandler ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, einen Wandlerdruck abhängig von einem elektrischen Signal einzustellen. Vorzugsweise ist ein elektropneumatischer Wandler dazu ausgelegt und eingerichtet, den Wandlerdruck ausgehend von einerseits einer Pneumatikquelle, die ein unter Druck stehendes Pneumatikmedium, wie Umgebungsluft, Stickstoff, oder dergleichen, bei einem Versorgungsdruck bereitstellt, und andererseits einer Pneumatiksenke, wie der Atmosphäre, die einen Referenzdruck, beispielsweise entsprechend dem Umgebungsdruck, definiert, einzustellen. Weiter bevorzugt ist ein elektropneumatischer Wandler dazu eingerichtet, den Wandlerdruck unter Berücksichtigung eines, insbesondere analogen oder digitalen, elektrischen Signals, wie ein Stromsignal oder ein Spannungssignal, einzustellen. Beispielsweise kann der elektropneumatische Wandler als Strom-Druck-Wandler realisiert sein und insbesondere den Wandlerdruck proportional zu oder allgemein gemäß einer Regelungsfunktion einem Stromsignal einstellen. Der elektropneumatische Wandler ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, an einem Wirkeingang oder Wirkausgang den Wandlerdruck für wenigstens eine andere Pneumatikkomponente, wie einen pneumatischen Verstärker bereitzustellen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein elektropneumatischer Wandler zum einstellbaren Verschließen einer Öffnung einer durch eine Pneumatikquelle gespeisten Pneumatikleitung gegenüber der etwa als Atmosphäre realisierten Drucksenke eingerichtet ist, um den Wandlerdruck am Übergang dieser Pneumatikleitung zum Wandler einzustellen, wobei vorzugsweise zwischen dem Übergang und der Pneumatikquelle eine Drossel oder ähnliches in der Pneumatikleitung vorgesehen ist. Vorzugsweise stellt ein elektropneumatischer Wandler einen Wandlerdruck mit sehr geringem Volumenstrom bereit.
  • Als pneumatischer Verstärker kann im Allgemeinen eine Pneumatikkomponente, die vorzugsweise frei von einer Elektronik ausgeführt ist, bezeichnet sein. Ein pneumatischer Verstärker ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, einen verstärkten Ausgangsdruck und/oder einen verstärkten Ausgangsvolumenstrom abhängig von einem pneumatischen Steuerdruck einzustellen, der vorzugsweise als Vorsteuerdruck bezeichnet sein kann. Es ist denkbar, mehrere pneumatische Verstärker mit derselben Pneumatikquelle zu verbinden. Pneumatische Verstärker können insbesondere invertiert parallel und/oder in Reihe geschaltet mit einer Pneumatikquelle verbunden sein. Ein pneumatischer Verstärker kann einen pneumatischen Steuereingang zum Empfangen des pneumatischen Steuerdrucks, einen mit einer Pneumatikquelle zur Versorgung mit Pneumatikmedium verbindbaren Versorgungseingang (Verstärkereingang) und einen Verstärkerausgang zum Abgeben von Pneumatikmedium mit verstärktem Ausgangsdruck und/oder verstärktem Ausgangsvolumenstrom haben. Der bzw. das von dem pneumatischen Verstärker maximal abgebbare verstärkte Ausgangsdruck und/oder verstärkte Ausgangsvolumenstrom ist im Allgemeinen beschränkt durch den am Versorgungseingang bereitstehenden Versorgungsdruck des Pneumatikmediums und durch die konstruktive Ausgestaltung des pneumatischen Verstärkers. Der Fachmann versteht, dass der Begriff „Verstärkung“ im Allgemeinen eine Relation zu dem pneumatischen Steuerdruck am pneumatischen Steuereingang des pneumatischen Verstärkers bezeichnet. Mehrere pneumatische Verstärker, insbesondere verschiedener Verstärkerstufen, eines Stellungsreglers können an ihrem jeweiligen Versorgungseingang mit derselben Pneumatikquelle verbunden sein, und insbesondere mit Pneumatikmedium bei demselben Versorgungsdruck versorgt zu sein. Ein pneumatischer Verstärker kann beispielsweise als pneumatisch betätigtes Doppelkegelventil ausgeführt sein. Bei einem elektropneumatischen Stellungsregler mit mehreren pneumatischen Verstärkern kann es bevorzugt sein, dass mehrere, insbesondere alle pneumatischen Verstärker jeweils als, insbesondere einfachwirkendes, pneumatisch betätigtes Doppelkegelventil ausgeführt sind.
  • Eine Verstärkerstufe kann beispielsweise einen Teil eines Stellungsreglers bezeichnen, in dem durch wenigstens einen pneumatischen Verstärker ein verstärkter Ausgangsdruck und/oder ein verstärktes Ausgangsvolumen ausgehend von einem Vorsteuersignal, insbesondere einem pneumatischen Vorsteuersignal, bereitgestellt wird. Innerhalb einer Verstärkerstufe können mehrere pneumatische Verstärker mit parallel geschalteten Versorgungseingängen vorgesehen sein. Mehrere pneumatische Verstärker derselben Verstärkerstufe können an ihrem jeweiligen Steuereingang insbesondere mit dem gleichen Steuersignal beaufschlagt sein. Ein Stellungsregler kann mehrere insbesondere kaskadenartig gekoppelte Verstärkerstufen umfassen, wobei eine erste Stufe als Vorstufe und eine zweite Stufe als Hauptstufe bezeichnet sein kann. Sind mehrere pneumatische Verstärker in verschiedenen kaskadierten Verstärkerstufen vorgesehen, ist typischerweise der Verstärkerausgang eines ersten pneumatischen Verstärkers mit dem Steuereingang eines zweiten pneumatischen Verstärkers der sukzessive nächsten Verstärkerstufe verbunden. Beispielsweise ist der Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Hauptstufe mit dem Verstärkerausgang es pneumatischen Verstärkers der Vorstufe verbunden. Bei Stellungsreglern mit mehreren Verstärkerstufen sind die pneumatischen Verstärker der unterschiedlichen Stufen vorzugsweise konstruktiv für verschiedene, insbesondere sukzessive steigende, maximal abgebbare verstärkte Ausgangsdrücke und/oder verstärkte Ausgangsvolumenströme eingerichtet, insbesondere aufeinander abgestimmt. Der Vorsteuerdruck am Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers eines Systems mit mehreren kaskadierten Verstärkerstufen kann als Kaskadendruck bezeichnet sein.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen Drucksensor zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Vorsteuerdrucks. Vorzugsweise ist der insbesondere erste oder zweite Drucksensor des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dazu ausgelegt und eingerichtet den Steuerdruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang wenigstens eines pneumatischen Verstärkers der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, zu erfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige Verstärkerstufe umfasst und der Drucksensor dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Steuerdruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang des wenigstens einen pneumatischen Verstärkers der einzigen Verstärkerstufe zu erfassen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung stellt der elektropneumatische Wandler den Steuerdruck, insbesondere den Vorsteuerdruck ein. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Wandler insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang des wenigstens einen pneumatischen Verstärkers angebunden, dass der Wandlerdruck dem Steuerdruck entspricht. Beispielsweise kann der Steuereingang unmittelbar verbunden sein mit dem einem Wirkeingang oder -ausgang des elektropneumatischen Wandlers. Vorzugsweise ist eine pneumatischen Verbindungsleitung zwischen dem elektropneumatischen Wandler und der mit dem Steuerdruck beaufschlagen Steuerstufe frei von einer Druckreduktions-Pneumatikkomponente, wie einer Drossel. Ohne Drossel ist das Eingangsverhalten des Verstärkers besonders dynamisch. Alternativ ist die pneumatischen Verbindungsleitung zwischen dem elektropneumatischen Wandler und der mit dem Steuerdruck beaufschlagen Steuerstufe mit einer Druckreduktions-Pneumatikkomponente, wie einer Drossel, ausgestattet. Mit einer Drossel ist das Eingangsverhalten des Verstärkers gedämpft.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung umfasst der elektropneumatische Wandler eine Vorstufe, die einen Vorverstärker aufweist, und eine Hauptstufe, die wenigstens einen weiteren pneumatischen Verstärker aufweist. Die Vorstufe stellt den Steuerdruck als Vorsteuerdruck für die Hauptstufe ein. Vorzugsweise entspricht der Vorsteuerduck dem verstärkten Ausgangsdruck am Verstärkerausgang des Vorverstärkers. Insbesondere ist der elektropneumatische Wandler mittelbar, insbesondere über die Vorstufe, mit dem Steuereingang der Hauptstufe verbunden. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Wandler insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang des Vorverstärkers angebunden, dass der Wandlerdruck dem Steuerdruck des Vorverstärkers entspricht und der Verstärkerausgang insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang wenigstens eines Hauptstufenverstärkers angebunden, dass der verstärkte Ausgangsdruck des Vorverstärkers dem Vorsteuerdruck entspricht. Beispielsweise kann der Steuereingang des wenigstens einen Verstärkers der Hauptstufe unmittelbar verbunden sein mit dem Verstärkerausgang des Vorverstärkers. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der anderen bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung stellt der elektropneumatische Wandler einen Kaskadendruck als weiteren Steuerdruck für die Vorstufe ein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens zwei Verstärkerstufen. Die zwei Verstärkerstufen sind in Reihe geschaltet. Der elektropneumatische Stellungsregler kann optional weitere insbesondere in Reihe geschaltete Verstärkerstufen aufweisen. Die Verstärkerstufen umfassen eine Vorstufe mit einem ersten pneumatischen Verstärker, der als Vorverstärker bezeichnet sein kann. An der Vorstufe liegt ein von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellter Kaskadendruck an. Insbesondere liegt der Vorsteuerdruck an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Vorstufe an. Die Verstärkerstufen umfassen eine Hauptstufe mit wenigstens einem zweiten pneumatischen Verstärker. An der Hauptstufe liegt ein von der Vorsteuerstufe, insbesondere dem ersten pneumatischen Verstärker, eingestellter Vorsteuerdruck an. Insbesondere liegt der Vorsteuerdruck an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers insbesondere der Hauptstufe an. Vorzugsweise umfasst der elektropneumatische Stellungsregler eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den elektropneumatischen Wandler als auch die wenigstens zwei Verstärkerstufen, insbesondere die Versorgungseingänge der pneumatischen Verstärker der verschiedenen Verstärkerstufen, zum Verbinden mit der Pneumatikquelle.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen Drucksensor zum Erfassen des Kaskadendrucks. Vorzugsweise ist der insbesondere erste oder zweite Drucksensor des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dazu ausgelegt und eingerichtet, den Kaskadendruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang des pneumatischen Vorverstärkers zu erfassen. Bei einer bevorzugten Ausführung des elektropneumatische Stellungsreglers, die den ersten und den zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert, umfasst der Stellungsregler einen ersten Drucksensor zum Erfassen des Kaskadendrucks und einen zweiten Drucksensor zum Erfassen des Vorsteuerdrucks. Optional kann der elektropneumatische Stellungsregler wenigstens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen von Drücken im oder am elektropneumatischen Stellungsregler umfassen.
  • Mithilfe einen Drucksensors zum Erfassen des Steuerdrucks kann der elektropneumatische Stellungsregler kürzere Regelzeiten und/oder kleinere Regeltoleranzen realisieren, als ein konventioneller elektropneumatischer Stellungsregler mit einer oder mehreren Verstärkerstufen. Mithilfe des wenigstens einen Drucksensors können Störungen der Verstärkerstufe oder Verstärkerstufen verlässlich und frühzeitig erkannt werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten. Insbesondere kann mithilfe des wenigstens einen Steuerdrucksensors unerwünschtes Eigenverhalten unterbunden werden. Dabei kann es ausreichend oder aus Kostengründen bevorzugt sein, nur einen Drucksensor für entweder den Kaskadendruck oder den Vorsteuerdruck vorzusehen. Alternativ kann es bevorzugt sein, insbesondere für eine besonders präzise und/oder robuste Regelgüte, mehrere Steuerdrucksensoren in verschiedenen Verstärkerstufen des elektropneumatischen Stellungsreglers, insbesondere einen Kaskadendruck-Sensor und wenigstens einen Vorsteuerdruck-Sensor, vorzusehen.
  • Bei einem dritten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens eine Verstärkerstufe. Die wenigstens eine Verstärkerstufe des pneumatischen Stellantriebs umfasst einen ersten pneumatischen Verstärker zum Bereitstellen eines ersten Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb. Dieselbe wenigstens eine Verstärkerstufe umfasst ferner einen zweiten pneumatischen Verstärker zum Bereitstellen eines zweiten Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb. Insbesondere weist der elektropneumatische Stellungsregler eine Hauptstufe auf, die sowohl den ersten als auch den zweiten pneumatischen Verstärker umfasst.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass am ersten pneumatischen Verstärker und am zweiten pneumatischen Verstärker der gleiche, insbesondere derselbe, von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellte Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, anliegt, und dass der erste und der zweite pneumatische Verstärker frei von einer mechanischen Kopplung sind. Vorzugsweise sind sowohl der Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers als auch der Steuereingang des zweiten pneumatischen Verstärkers mit demselben Steuerdruck beaufschlagt. Vorzugsweise sind der Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers und der Steuereingang des zweiten pneumatischen Verstärkers fluidisch miteinander verbunden, sodass insbesondere ein Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Steuereingang gewährleistet ist. Der erste pneumatischer Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker enthalten vorzugsweise jeweils individuelle bewegliche mechanische Komponenten einschließlich beispielsweise Rückstellfeder, Ventilglied, Ventilsitz, Ventilstange, Membran und/oder Teller, sodass sie frei von einer mechanischen Kopplung sind. Die mechanischen Komponenten einerseits des ersten pneumatischen Verstärkers und andererseits des zweiten pneumatischen Verstärkers sind vorzugsweise unabhängig voneinander beweglich. Es sei klar, dass ein starres Gestell und/oder Gehäuse des elektropneumatischen Stellungsreglers sowohl den ersten als auch den zweiten pneumatischen Verstärker tragen kann. Der erste pneumatischer Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker sind pneumatisch jedoch nicht mechanisch mit einander gekoppelt.
  • Eine pneumatische Kopplung hat gegenüber einer mechanischen Kopplung den Vorteil, dass bei Verwendung mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb mit zwei entgegengesetzt wirkenden Pneumatikkammern, der jeweilige Stelldruck in den beiden Pneumatikkammern des Stellantriebs im Wesentlichen identisch ist und jeweils 50 % des von der vorzugweise selben Pneumatikquelle bereitgestellten Stellantrieb-Zuluftdrucks beträgt. Dadurch wird das pneumatische System steifer und weniger anfällig gegenüber Störgrößen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung, sowie optional zusätzlich dem ersten Aspekt der Erfindung, weist der erste Verstärker ein Belüftungsventil zum Bereitstellen des Stelldrucks an den pneumatischen Stellantrieb auf. Optional können der erste pneumatische Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker je ein Belüftungsventil zum Bereitstellen des jeweiligen Stelldrucks an den pneumatischen Stellantrieb aufweisen. Der erste Verstärker weist ferner ein Entlüftungsventil zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, auf. Optional können sowohl der erste als auch der zweite pneumatische Verstärker je ein Entlüftungsventil zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, aufweisen. Vorzugsweise sind der erste Verstärker der zweite Verstärker derart pneumatisch gekoppelt, dass in einem ersten Stellzustand bei einem ersten pneumatischen Steuersignal der erste Verstärker mittels seines Belüftungsventils den ersten Stelldruck an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine erste Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, bereitstellt und der zweite Verstärker mittels seines Entlüftungsventil den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine zweite Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, entlüftet. Alternativ oder zusätzlich sind der erste Verstärker und der zweite Verstärker derart pneumatisch gekoppelt, dass in einem zweiten Stellzustand bei einem zweiten pneumatischen Steuersignal der zweite Verstärker mittels seines Belüftungsventils den zweiten Stelldruck an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere die zweite Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, bereitstellt und der erste Verstärker mittels seines Entlüftungsventil den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere die erste Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, entlüftet.
  • Bei einer Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers ist bzw. sind der erste pneumatischer Verstärker sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker dazu ausgelegt und eingerichtet, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten mittleren Druckniveau, insbesondere zwischen einem ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwert und einem zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwert, einen Verblockzustand einzunehmen, in dem das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil geschlossen sind. Das mittlere Druckniveau kann als neutrales Druckniveau bezeichnet sein. Das neutrale Druckniveau ist vorzugsweise durch einen ersten und einen zweiten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert festgelegt. Vorzugsweise liegt das neutrale Druckniveau zwischen einem Absenk-Druckniveau und einem Hebe-Druckniveau.
  • Alternativ oder zusätzlich ist der erste pneumatischer Verstärker, bei einer anderen Weiterbildung dazu ausgelegt und eingerichtet, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten niedrigen Druckniveau, insbesondere unterhalb eines ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwerts, einen Absenkzustand einzunehmen. In dem Absenkzustand ist das Entlüftungsventil des ersten pneumatischen Verstärkers geöffnet und dessen Belüftungsventil geschlossen. Insbesondere ist in dem Absenkzustand das Entlüftungsventil des zweiten pneumatischen Verstärkers geschlossen und dessen Belüftungsventil geöffnet. Das niedrige Druckniveau kann als Absenk-Druckniveau bezeichnet werden. Das Absenk-Druckniveau ist vorzugsweise durch einen ersten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert begrenzt.
  • Weiter alternativ oder zusätzlich ist der elektropneumatischer Stellungsregler dergestalt, dass der erste pneumatischer Verstärker dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten hohen Druckniveau, insbesondere oberhalb eines zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwerts, einen Hebezustand einzunehmen. In dem Hebezustand ist das Entlüftungsventil des ersten pneumatischen Verstärkers geschlossen und dessen Belüftungsventil geöffnet ist. Insbesondere ist in dem Hebezustand das Entlüftungsventil des zweiten pneumatischen Verstärkers geöffnet und dessen Belüftungsventil geschlossen. Das hohe Druckniveau kann als Hebe-Druckniveau bezeichnet werden. Das Hebe-Druckniveau ist vorzugsweise durch einen zweiten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert begrenzt.
  • Eine Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung zum Abgeben wenigstens eines Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfasst eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Steuersignal für den elektropneumatischen Wandler zu erzeugen, damit der elektropneumatische Wandler den wenigstens einen pneumatischen Verstärker zum Abgeben des Stelldrucks veranlasst. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik ist ferner zur Modulation des elektrische Steuersignals für den elektropneumatischen Wandler basierend auf der Messung des Drucksensors, insbesondere des ersten Drucksensors zum Erfassen des Vorsteuerdrucks und/oder des zweiten Drucksensors zum Erfassen des Kaskadendrucks, eingerichtet.
  • Vorzugsweise ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, ein pneumatisches Stellsignal für wenigstens einen pneumatischen Stellantrieb auf Basis eines Leitsignals zu Erzeugen und das pneumatische Stellsignal auf Basis der Messung des wenigstens einen Drucksensors, insbesondere des ersten Drucksensors, der den Vorsteuerdruck erfasst, und/oder des zweiten Drucksensors, der den Kaskadendruck erfasst, zu modulieren. Beispielsweise kann der elektropneumatische Stellungsregler mit einer PID-Regelung zum Bestimmen des pneumatischen Stellsignals ausgestattet sein, wobei der I-Anteil, der P-Anteil und/oder der D-Anteil der Regelung in Abhängigkeit von dem Messsignal des wenigstens einen Drucksensors angepasst oder bestimmt wird. Bevorzugt ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, bei der Regelung des übergeordneten Regelkreises, in dem der Stelldruck auf Basis des Leitsignals und wenigstens einer gemessenen Prozessgröße, wie einer Ist-Stellung eines Stellventils, bestimmt wird, zusätzlich einen unterlagerten Pneumatik-Regelkreis, der den Vorsteuerdruck sowie gegebenenfalls den Kaskadendruck enthält, zur Verbesserung der Regelgüte zu berücksichtigen, um zum Beispiel ein Aufschaukeln zu verhindern.
  • Bei einer Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler wenigstens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in oder an dem elektropneumatischen Stellungsregler. Der weitere Drucksensor ist vorzugsweise dazu ausgelegt, den ersten Stelldruck, den zweiten Stelldruck oder einen Versorgungsdruck an einem Versorgungseingang des elektropneumatischen Stellungsreglers zu erfassen, der auch als Hauptversorgungseingang bezeichnet sein kann. Der elektropneumatische Stellungsregler kann mehrere weitere Drucksensoren umfassen, um entsprechend viele verschiedene Drücke in oder an dem elektropneumatischen Stellungsregler zu erfassen. Bei einer Kombination dieser und der oben beschriebenen Ausführung mit Steuerungs- und/oder Regelungselektronik kann die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik dazu ausgelegt sein, den oder die Druckmesswerte des wenigstens einen weiteren Drucksensors zur Überwachung und/oder Diagnose des Stellungsreglers zu verarbeiten.
  • Gemäß einer Ausführung kann der elektropneumatische Stellungsregler ein Gehäuse aufweisen, das wenigstens zwei Kompartimente umfasst. Insbesondere sind in dem ersten Gehäusekompartiment des Stellungsregler-Gehäuses vorzugsweise ausschließlich rein pneumatische Komponenten untergebracht. Eine rein pneumatische Komponente realisiert beispielsweise der wenigstens eine pneumatische Verstärker. Andere Beispiele für rein pneumatische Komponenten sind ein Druckminderer und/oder ein Durchflussbegrenzer. In einem zweiten Gehäusekompartiment des Stellungsregler-Gehäuses sind vorzugsweise ausschließlich elektronische, elektrische und/oder elektropneumatische Komponenten untergebracht, wie der elektropneumatische Wandler, ein Sensor, wie ein Drucksensor, eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik, oder ähnliches. Das erste Kompartiment und das zweite Kompartiment sind in demselben, insbesondere bauteileinheitlichen, Gehäuse des Stellungsreglers angeordnet. Vorzugsweise ist das erste Kompartiment von dem zweiten Kompartiment pneumatisch getrennt, insbesondere durch eine massive Trennwand.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers weist das Stellungsegler-Gehäuse einen Gehäusedeckel auf, der lösbar mit dem Gehäuse verbunden oder verbindbar ist. Es kann bevorzugt sein, dass der Gehäusedeckel in das erste Gehäusekompartiment zumindest teilweise einsetzbar ist, wobei insbesondere der Gehäusedeckel zum Verschließen einer Öffnung, insbesondere gegenüber der Umgebung, wie der Atmosphäre, auf das erste Gehäusekompartiment abgestimmt ist. Der Gehäusedeckel ist vorzugsweise mit der wenigstens einen Verstärkerstufe, insbesondere der Vorstufe und/oder der Hauptstufe, ausgestattet. Vorzugsweise umfasst die pneumatische Trennung des Gehäuses, insbesondere die massive Trennwand, wenigstens eine Schnittstelle zum pneumatischen Koppeln der deckelseitigen pneumatischen Komponenten, insbesondere der Verstärkerstufe, an elektropneumatische Komponenten in dem zweiten Gehäusekompartiment.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers umfasst dieser wenigstens eine Zünddurchschlagsperre, vorzugsweise mehrere Zünddurchschlagsperren, insbesondere einen Sinterfilter, in einer Pneumatikleitung. Beispielsweise kann eine Zünddurchschlagsperre vorgesehen sein in wenigstens einer dem elektropneumatischen Wandler zugeordneten Pneumatikleitung, insbesondere einer dem Wirkeingang zugeordneten Pneumatikleitung oder einer dem Wirkausgang zugeordneten Pneumatikleitung. Alternativ oder zusätzlich kann in wenigstens einer Pneumatikleitung, die einem Drucksensor, insbesondere dem ersten Drucksensor, dem zweiten Drucksensor und/oder optional einem jeweiligen weiteren Drucksensor, zugeordnet ist, eine Zünddurchschlagsperre angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß kann ein Stellgerät vorgesehen sein, das einen pneumatischen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung umfasst. Der pneumatische Stellantrieb des erfindungsgemäßen Stellgeräts ist mit dem elektropneumatischen Stellungsregler zum Empfangen eines durch den elektropneumatischen Stellungsregler bereitgestellten verstärkten Ausgangsdruck und/oder einen verstärkten Ausgangsvolumenstrom verbunden.
  • Bei einer Weiterbildung eines erfindungsmäßen Stellgeräts ist der pneumatische Stellantrieb pneumatisch einfach wirkend, insbesondere mit einer Rückstellfeder, ausgeführt und der elektropneumatische Stellungsregler in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, umfasst nur einen vorzugweise pneumatischen Verstärker. Über die gemeinsame Versorgungsleitung ist vorzugsweise sowohl der elektropneumatische Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe mit der Pneumatikquelle verbunden oder verbindbar.
  • Bei einer anderen Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts ist der pneumatische Stellantrieb pneumatisch doppeltwirkend ausgeführt und der elektropneumatische Stellungsregler umfasst, insbesondere in der Hauptstufe, genau zwei vorzugsweise pneumatische Verstärker. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts der dritte Aspekt der Erfindung realisiert, wobei der erste pneumatische Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker die genau zwei pneumatischen Verstärker der Hauptstufe realisieren. Der pneumatisch doppelt wirkende Stellantrieb umfasst eine erste Pneumatikkammer und eine zweite Pneumatikkammer. Bei einem pneumatischen Stellantrieb mit einer Stellstange oder Stellwelle wirken die erste Pneumatikkammer und die zweite Pneumatikkammer in entgegengesetzter Richtung auf diese Stellstange oder -Welle. Besonders bevorzugt weist das Stellgerät eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den Stellantrieb-Zuluftdruck beider Pneumatikkammern als auch zur Versorgung des elektropneumatischen Stellungsreglers aus derselben Pneumatikquelle auf. Über die gemeinsame Versorgungsleitung ist vorzugsweise sowohl der elektropneumatische Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe mit der Pneumatikquelle verbunden oder verbindbar.
  • Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
    • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführung einer Pneumatik eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers;
    • 2 eine Schnittdarstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers in einem Verblockzustand;
    • 3 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß 2 in einem Hebezustand;
    • 4 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß 3 in einem Absenkzustand;
    • 5 eine schematische Darstellung eines Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsregler; und
    • 6 eine schematische Darstellung der Regelung eines Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsregler.
  • In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der Figuren werden zur Vereinfachung der Lesbarkeit dieselben oder ähnliche Komponenten mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
  • In den nachfolgenden Abbildungen bevorzugter Ausführungen der Erfindung ist ein elektropneumatischer Stellungsregler im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Als Bestandteile umfasst der erfindungsgemäße elektropneumatische Stellungsregler 1 einen elektropneumatischen Wandler 3 und wenigstens eine Verstärkerstufe mit einem pneumatischen Verstärker. Vorzugsweise umfasst der Stellungsregler eine Positionsmesseinrichtung und eine Regeleinrichtung (nicht dargestellt).
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Pneumatik eines elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit einem elektropneumatischen Wandler 3 und zwei kaskadenartig gekoppelten Verstärkerstufen 4, 6. Die erste Verstärkerstufe 4, die auch als Vorstufe bezeichnet sein kann, ist mit einem Pneumatikverstärker 5 ausgestattet. Die zweite Verstärkerstufe 6 enthält zwei pneumatische Verstärker 7, 9.
  • Der Fachmann versteht, dass gemäß einer (nicht abgebildeten) Ausgestaltung die Hauptstufe 6 mit nur einem Pneumatikverstärker, entweder 7 oder 9, ausgestattet sein kann. Ferner versteht der Fachmann, dass bei einer alternativen (nicht abgebildeten) Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige Verstärkerstufe umfasst, deren Betätigung entsprechend der Betätigung der abgebildeten Vorstufe 4, wie nachfolgend beschrieben, mittels des Wandlerdrucks erfolgt und die den Stelldruck für einen Pneumatikaktor, wie einem pneumatischen Stellantrieb 110, bereitstellt, wie nachfolgend bezüglich der Hauptstufe 6 beschrieben.
  • Der elektropneumatische Stellungsregler 1 wird mit Druckluft oder einem anderen Pneumatikmedium von einer Pneumatikquelle 101 versorgt. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 hat einen Hauptversorgungseingang 10 zum Anschließen an eine Pneumatikquelle 101. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst eine Versorgungsleitung 11, durch die das Pneumatikmedium den pneumatischen bzw. elektropneumatischen Funktionskomponenten des Stellungsreglers 1 bereitgestellt wird. Die Versorgungsleitung 11 führt in die erste Verstärkerstufe 4 und ist an den Versorgungseingang 51 des Vorverstärkers 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 11 führt in die Hauptstufe 6 hinein. In der Hauptstufe 6 ist die pneumatische Versorgungsleitung 11 an den Versorgungseingang 71 des ersten Pneumatikverstärkers 7 sowie den Versorgungseingang 91 des zweiten Pneumatikverstärkers 9 angebunden. Durch die Versorgungsleitung 11 wird auch der elektropneumatische Wandler 3 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit dem Pneumatikmedium versorgt. Der elektropneumatische Wandler 3 ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Steuersignal zu empfangen, und einen zum elektrischen Steuersignal korrespondierenden Steuerdruck für wenigstens einen mit dem elektropneumatischen Wandler 3 wirkverbundenen Pneumatikverstärker bereitzustellen.
  • Bei der in 1 abgebildeten Ausführung ist der elektropneumatische Wandler 3 als analoger Strom-Druck-Wandler realisiert, der beispielsweise einen Wandlerdruck proportional zu einem Stromsignal einstellt. Der elektropneumatische Wandler ist in der abgebildeten Ausführung an seinem pneumatischen Wirkeingang 31 über die Versorgungsleitung 11 mit der Pneumatikquelle 101 verbunden und hat andererseits einen Pneumatikausgang, der mit einer Pneumatiksenke (hier: der Atmosphäre 109) verbunden ist.
  • Bei der in 1 dargestellten Ausführung sind zwischen dem Wirkeingang 31 des elektropneumatischen Wandlers 3 und der Pneumatikquelle 101 ein Durchflussbegrenzer 32 und ein Druckminderer 30 vorgesehen. Der elektropneumatische Wandler 3 ist derart mit dem pneumatischen Vorverstärker 5 verbunden, dass der am Wirkeingang 31 anliegende Wandlerdruck dem am Steuereingang 33 des Vorverstärkers 5 anliegenden Steuerdruck (hier: Kaskadendruck) entspricht.
  • Der elektropneumatische Wandler 3 stellt den Wandlerdruck am Wirkeingang 31 entsprechend dem elektrischen Steuersignal ein, indem ausgehend vom für den elektropneumatischen Wandler 3 durch den Druckminderer 30 und den Durchlassbegrenzer 32 bereitgestellten Pneumatikmedium eine selektive Entlüftung zur Drucksenke erfolgt. Wenn der elektropneumatische Wandler 3, wie abgebildet, als analoger elektropneumatischer Wandler realisiert ist, kann die selektive Entlüftung beispielsweise durch eine getaktete (beispielsweise pulsweitenmodulierte) Betätigung des Wandlers, also durch getaktetes Öffnen des Wandlers, erfolgen. Die Taktung kann beispielsweise konstant sein und jeder Takt sich aus einer Schließdauer und einer Öffnungsdauer zusammensetzen. Bei konstanter Taktung hat die Summe von Schließdauer und Öffnungsdauer stets die gleiche Länge. Mittels des elektrischen Signals sind die Länge der Schließ- und Öffnungsdauer variierbar. Eine relativ lange Öffnungsdauer bewirkt dann einen niedrigen Wandlerdruck am Wirkeingang, gegebenenfalls entsprechend oder nahe dem Druck der Drucksenke. Eine relativ lange Schließdauer Takt bewirkt einen Wandlerdruck am Wirkeingang näher am maximal möglichen Steuerdruck, welcher vorzugsweise durch den Druckminderer 30 definiert ist. Wenn der elektropneumatische Wandler kontinuierlich verschlossen ist, entspricht der Wandlerdruck an seinem Wirkeingang 31 dem von der Pneumatikquelle 101 durch den Druckminderer 30 an den elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellten maximalen Steuerdruck. Andere Ausführungen sind denkbar, beispielsweise kann der elektropneumatische Wandler 3 dazu ausgelegt und eingerichtet sein, einen Steuerdruck korrespondierend zum elektrischen Steuersignal beispielsweise gemäß einer Auf/Zu-Funktion bereitzustellen.
  • Bei der abgebildeten Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit zwei Verstärkerstufen 4, 6, kann der Steuerdruck, der vom elektropneumatischen Wandler 3 am Pneumatikverstärker 5 bereitgestellte Steuerdruck, als Kaskadendruck PC bezeichnet sein.
  • Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst einen Drucksensor 41 zur Kaskadendruckerfassung. Der vom elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellte Steuerdruck (hier: Kaskadendruck PC) wird durch diesen Drucksensor 41 erfasst. Der zum Erfassen des Kaskadendrucks PC eingerichtete Drucksensor 41 kann als Kaskadendrucksensor bezeichnet sein. Bei der nicht dargestellten oben erwähnten Ausführung mit nur einer Verstärkerstufe wurde der elektropneumatische Wandler 3 unmittelbar den Wandlerdruck als Steuerdruck für diese nur eine einzige Verstärkerstufe bereitstellen, der als Vorsteuerdruck bezeichnet werden könnte (nicht dargestellt).
  • Bei der in 1 abgebildeten Ausführung ist der Pneumatikverstärker 5 der ersten Verstärkerstufe 4 mit der Versorgungsleitung 11 verbunden, um am Versorgungseingang 51 das Pneumatikmedium von der Pneumatikquelle 101 (vgl. 5) bereitgestellt zu bekommen. Der pneumatische Steuereingang 53 des Pneumatikverstärkers 5 ist mit dem elektropneumatischen Wandler 3 zum Empfangen des pneumatischen Steuersignals verbunden. Der Vorverstärker 5 empfängt an seinem Steuereingang 53 den Kaskadendruck PC. Der Pneumatikverstärker 5 ist in der ersten Verstärkerstufe 4 durch seinen Verstärkerausgang 59 verbunden mit einem zur Drucksenke, insbesondere der Atmosphäre 109, durch einen weiteren Druckminderer 50 und einen weiteren Durchflussbegrenzer 52 entlüftende Pneumatikleitung 15. Der Pneumatikverstärker 5 stellt an seinem Verstärkerausgang 59 einen Steuerdruck für die Hauptstufe 6 bereit, der als Vorsteuerdruck PP bezeichnet sein kann. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst einen Drucksensor 61 zur Vorsteuerdruckerfassung. Der Vorverstärker 6 ist mit einem Drucksensor 61 zum Erfassen des Steuerdrucks PP am Verstärkerausgang 59 des Pneumatikverstärkers 5 verbunden.
  • Der Pneumatikverstärker 5 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, an seinem Verstärkerausgang 59 einen Vorsteuerdruck PP bereitzustellen, der aus dem Pneumatikdruck der Pneumatikquelle 101 gespeist und abhängig von dem Kaskadendruck PC eingestellt ist. Wie anhand der 2-5 nachfolgend im Detail erläutert, ist der pneumatische Vorverstärker 5 realisiert durch ein pneumatisch betätigtes Ventil mit Federrückstellung. Dir Rückstellkraft der Federrückstellung wirkt dem Kaskadendruck PC am pneumatischen Steuereingang 53 entgegen, um eine Öffnungsweite des Pneumatikverstärkers 5 einzustellen.
  • Die zweite Verstärkerstufe empfängt aus der Versorgungsleitung 11 das Pneumatikmedium von der Pneumatikquelle 101. Eine Steuerleitung 16 ist mit dem Verstärkerausgang 59 des pneumatischen Verstärkers 5 der Vorstufe 4 verbunden. Die Steuerleitung 16 ist mit dem pneumatischen Steuereingang 73 des ersten Pneumatikverstärkers 7 und dem pneumatischen Steuereingang 93 des zweiten Pneumatikverstärkers 9 verbunden. An den Versorgungseingang 71 des ersten Verstärkers 7 wie auch an den Versorgungseingang 91 des zweiten Verstärkers 9 der Hauptstufe 6 ist die pneumatische Versorgungsleitung 11 angeschlossen. Der Verstärkerausgang 79 des ersten Verstärkers 7 der Hauptstufe 6 ist verbunden mit einem ersten Stelldruck-Ausgang 17 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 zum Versorgen einer ersten Pneumatikkammer oder Antriebskammer eines Stellaktors 110 mit dem ersten Stelldruck Y1. Der Verstärkerausgang 99 des zweiten Verstärkers 9 der Hauptstufe 6 ist verbunden mit einem zweiten Stelldruck-Ausgang 19 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 zum Versorgen einer zweiten Pneumatikkammer des Stellaktors 110 mit dem zweiten Stelldruck Y2. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 kann einen oder mehrere weitere Drucksensoren 72, 92 an dem oder den Verstärkerausgängen 79, 99 zum Erfassen des dort bereitgestellten Stelldrucks Y1 bzw. Y2 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der elektropneumatische Stellungsregler 1 noch einen weiteren Drucksensor 12 zum Erfassen des Versorgungsdrucks PS in der Versorgungsleitung 11.
  • Die Pneumatikverstärker 7, 9 oder der Pneumatikverstärker der Hauptstufe 6 sind im Wesentlichen entsprechend dem oben beschriebenen Verstärker 5 der Vorstufe 4 ausgebildet. Es kann zweckmäßig sein, dass die Pneumatikverstärker 7,9 der Hauptstufe 6 für signifikant größere Durchflussvolumina ausgelegt sind als der Verstärker 5 der Vorstufe 4 und der elektropneumatische Wandler 3. Beispielsweise kann der Vorverstärker 5 für Durchflussvolumina ausgelegt sein, die wenigstens 10-mal, vorzugsweise 100-mal größer sind als das betriebsgemäße Nenn-Durchflussvolumen des elektropneumatischen Wandlers 3. Weiter alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Nenn-Durchflussvolumen der Hauptstufenverstärker 7, 9 wenigstens 10-mal, vorzugsweise wenigstens 100-mal, größer sind als das Nenn-Durchflussvolumen des pneumatischen Vorverstärkers 5. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Hauptstufenverstärker 7, 9 gleich groß dimensioniert, insbesondere baugleich, sind. Es sei klar, dass ein erfindungsgemäßer elektropneumatischer Stellungsregler alternativ zu der abgebildeten Ausführung mehr als zwei pneumatische Verstärkerstufen, die kaskadiert miteinander gekoppelt sind, umfassen kann. Ferner versteht der Fachmann, dass bei einer spezifischen Ausführung gemäß dem ersten und/oder dritten Aspekt der Erfindung der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige pneumatische Verstärkerstufe aufweist (nicht abgebildet). In dieser Ausführung wäre der vom elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellte Wandler- und Steuerdruck unmittelbar an den pneumatischen Steuereingang 73 und/oder 93 des Pneumatikverstärkers 7 oder 9 oder der einzigen Verstärkerstufe 6 ohne zwischengeschaltete Vorstufe 4 angebunden. Dank der erfindungsgemäßen Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers mit einer oder mehreren pneumatischen Verstärkerstufen kann ein pneumatischer Stelldruck Y1 und/oder Y2 für einen pneumatischen Stellaktor mit einem großen Volumenstrom und hohem Steuerdruck bereitgestellt werden. Dabei ist der elektropneumatische Stellungsregler 1 zu einer besonders präzisen und robusten Regelbarkeit in der Lage. Es kann besonders bevorzugt sein, dass der Vorverstärker 5 und/oder der wenigstens eine Hauptverstärker 7, 9 frei von einem jeweiligen Druckausgleich ausgefüllt sind. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass entgegen gängigen Vorurteilen, wonach zur stabilen Regelung mit Hilfe eines elektropneumatischen Stellungsreglers Pneumatikverstärker mit Druckausgleich erforderlich wären, unter Ausnutzung der hier offenbarten Bauart, vorzugsweise mit mehreren Verstärkerstufen, eine besonders stabile Regelung auch ohne Druckausgleich des einen und/oder der mehreren, insbesondere aller, pneumatischer Verstärkerkomponenten 5, 7, 9 realisierbar ist.
  • Wie im Detail in den 2 bis 4 dargestellt, wirken die mehreren Pneumatikverstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 gegenläufig. Der erste Pneumatikverstärker 7 öffnet sein Belüftungsventil 74 bei erhöhtem Vorsteuerdruck PP', insbesondere oberhalb eines ersten Schwellwerts, wohingegen der zweite Pneumatikverstärker 9 sein Entlüftungsventil 95 öffnet. Liegt an den Pneumatikverstärkern 7, 9 ein niedriger Vorsteuerdruck PP an, insbesondere unterhalb eines zweiten Schwellwerts, der niedriger ist als der erste Schwellwert, so öffnet der erste Pneumatikverstärker 7 sein Entlüftungsventil 75 und der zweite Pneumatikverstärker 9 sein Belüftungsventil 94. Die Pneumatikverstärker 7 und 9 der Hauptstufe 6 sind optional ferner dahingehend ausgestaltet, dass in einem mittleren Druckbereich des Vorsteuerdrucks PP, insbesondere unterhalb des ersten Schwellenwerts und oberhalb des zweiten Schwellenwerts, sämtliche Belüftungsventile 74, 94 und Entlüftungsventile 75, 95 verschlossen sind, sodass sich ein Verblockzustand einstellt, wie in 2 abgebildet.
  • Am pneumatischen Steuereingang 53 des Vorverstärkers wirkt ein niedriger Kaskadendruck PC. Der Kaskadendruck PC wirkt auf die auf die Steuermembran 151 entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 152. An der Membran 151 ist ein Entlüftungs-Ventilsitz 155 für das Entlüftungsventil 55 des Vorverstärkers 5 gehalten, der durch den Kaskadendruck PC gegen einen Ventilkegel 156 eines Doppelkegels 150 gedrängt wird. Die Rückstellfeder 152 drängt beide Ventilkegel 153, 156 des Doppelkegels 150 gegen den jeweils korrespondierenden Ventilsitz 154, 155.
  • 3 zeigt die Verstärkerstufen 4, 6 bei erhöhtem Kaskadendruck PC und entsprechend erhöhtem Vorsteuerdruck PP. Der auf die Steuermembran 151 wirkende erhöhte Kaskadendruck PC hebt mittels des Entlüftungs-Ventilsitzes 155 den Doppelkegel 150 an löst den Belüftungs-Ventilkegel 153 vom Belüftungs-Ventilsitz 154. Der am Versorgungseingang 51 bereitstehende Versorgungsdruck PS kann durch das geöffnete Belüftungsventil 54 zum Verstärkerausgang 59 kommuniziert werden. Der Verstärkerausgang 59 des Vorverstärkers 5 ist fluidisch mit den Steuereingängen 73, 93 der Pneumatikverstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 verbunden. Das Entlüftungsventil 55 verbleibt verschlossen. Solange der pneumatische Vorverstärker 5 im Belüftungszustand verbleibt, steigt der Vorsteuerdruck PP zu seinem Maximum hin an, das durch den Versorgungsdruck Ps sowie gegebenenfalls einen Überströmer 50, 52 bestimmt ist. Die Komponenten 50, 52 realisieren einen Überströmer, durch den Umsteuerfehler des Vorverstärkers minimiert werden. Der Überströmer kann beispielsweise einen Druckminderer und/oder einen Durchflussbegrenzer umfassen.
  • 4 zeigt die Verstärkerstufen 4, 6 bei verringertem Kaskadendruck PC und entsprechend verringertem Vorsteuerdruck PP. Wenn ein verringerter Kaskadendruck PC auf die Steuermembran 151 wirkt, drängt die Rückstellfeder 152 den Belüftungs-Ventilkegel 153 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 154 und schließt das Belüftungsventil 54. Die Steuermembran 150 und der damit verbundene Entlüftungs-Ventilsitz 155 entfernen sich vom Entlüftungs-Ventilkegel 156, sodass der Verstärkerausgang 59 pneumatisch mit einer Entlüftungsöffnung 58 des Pneumatikverstärkers 5 fluidisch verbunden wird. Während der Vorverstärker 5 im Entlüftungszustand ist, wird der Vorsteuerdruck PP bis hin zum Druck der Drucksenke, beispielsweise der Atmosphäre 109, abgesenkt.
  • Der Vorsteuerdruck PP liegt an den Steuereingängen 73, 93 der pneumatischen Verstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 an. Der erste pneumatische Verstärker 7 hat eine Steuermembran 170, die fest mit einem Entlüftungsventilsitz 175 verbunden ist, der oberhalb eines niedrigen Vorsteuerdrucks PP gegen den Doppelkegel 170 gedrängt wird und so das Entlüftungsventil 74 schließt. Bei erhöhtem Vorsteuerdruck PP öffnet der Belüftungs-Ventilkegel 173 den Belüftungs-Ventilsitz 174. Der Verstärkerausgang 79 ist dann in fluidischer Verbindung mit dem Versorgungseingang 71, sodass der erste Stelldruck Y1 angehoben wird.
  • Beim ersten pneumatischen Verstärker 7 der Hauptstufe 6 wird der Entlüftungs-Ventilsitz 175 durch eine Rückstellfeder 172 gegen den Vorsteuerdruck PP fort vom Entlüftungs-Ventilkegel 176 gedrängt. Eine zweite Rückstellfeder 172' drängt den Belüftungs-Ventilkegel 173 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 174. Durch die zweite Rückstellfeder 172' kann der Doppelkegel 170 gegen den Entlüftungs-Ventilsitz 175 gedrängt werden.
  • Der zweite pneumatische Verstärker 9 hat eine Steuermembran 191, die über eine Stellstange 191' mit einem Entlüftungsventilsitz 195 verbunden ist, der ab einem erhöhten Vorsteuerdruck PP vom Entlüftungs-Ventilkegel 196 abgehoben wird und so das Entlüftungsventil 95 öffnet, wie in 3 dargestellt. Daraufhin wird der zweite Stelldruck Y2 durch Entlüften via der Entlüftungsöffnung 98 an die Drucksenke, wie die Atmosphäre 109, verringert.
  • Beim zweiten pneumatischen Verstärker 9 der Hauptstufe 6 wird der Entlüftungs-Ventilsitz 194 durch eine Rückstellfeder 192 im Sinne des Vorsteuerdrucks PP fort vom Entlüftungs-Ventilkegel 196 gedrängt. Entgegen gerichtet zum am Verstärker 9 anliegenden Vorsteuerdruck PP kann in einer zweiten Arbeitskammer auf die Membran 191 der Versorgungsdruck PS wirken Eine zweite Rückstellfeder 192' drängt den Belüftungs-Ventilkegel 193 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 194. Durch die zweite Rückstellfeder 192' kann der Doppelkegel 190 gegen den Entlüftungs-Ventilsitz 195 gedrängt werden. Umgekehrt wird bei verringertem Vorsteuerdruck PP durch Öffnen des Belüftungsventils 94 im zweiten Verstärker 9 der zweite Stelldruck Y2 entsprechend dem Versorgungsdruck PS angehoben und durch Öffnen des Entlüftungsventils 75 im ersten Verstärker 7 der erste Stelldruck Y1 auf das Niveau der Drucksenke verringert. Bei niedrigem Vorsteuerdruck PP wird das Pneumatikmedium vom Verstärkerausgang 79 durch die Entlüftungsöffnung 78 zur Drucksenke entlüftet.
  • Der in den 1 und 2-4 dargestellte Pneumatik des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 kann zweckmäßigerweise mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb 110 kombiniert sein.
  • In 5 ist ein Stellgerät 100 mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb 110 und daran angeschlossenen elektropneumatischen Stellungsregler 1 schematisch dargestellt. Der doppelt wirkende pneumatische Stellantrieb 110 hat entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern, von denen eine mit dem ersten Stelldruck Y1 und die andere mit dem zweiten Stelldruck Y2 beaufschlagt wird, um durch die Differenz der Stelldrücken Y1, Y2 eine Stellkraft zur Betätigung eines Stellventils 120 bereitzustellen.
  • Das Stellgerät 100 wird aus einer Pneumatikquelle 101 mit dem Pneumatikmedium versorgt, welche den Hauptversorgungseingang 10 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 speist. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 empfängt ein elektrisches Leitsignal xsoll von einer übergeordneten Steuerung- und/oder Regelungseinheit einer prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einer Leitwarte 201. Das Leitsignal repräsentiert einen Soll-Stellwert xsoll für den Stellungsregler 1. Der Soll-Stellwert xsoll kann beispielsweise eine Soll-Stellung für das Stellventil 120 vorgeben. Das Stellgerät 100 kann mit einem Stellungssensor 130 zum Erfassen einer ist-Stellung des Stellventils 120 als Messsignal xist ausgestattet sein.
  • Wie in 6 schematisch dargestellt, ist der elektropneumatische Stellungsregler 1 dazu ausgelegt und eingerichtet, die Stellwertdifferenz dx zwischen dem ist-Messsignal xist und dem Soll-Stellwert xsoll zu bestimmen und gemäß einer übergeordneten Regelungsroutine 301 wenigstens einen Soll-Steuerdruck Psoll zur Betätigung des pneumatischen Aktors 110 vorzugeben. Bei dem hier beschriebenen Stellungsregler 1 ist wenigstens ein Drucksensor 41, 61, zum Erfassen eines in dem Stellungsregler 1 generierten Steuerdrucks PC, PP für wenigstens eine pneumatische Verstärkerstufe 4, 6 vorgesehen. Der Stellungsregler 1 kann auch noch einen oder mehrere weitere Drucksensoren 12, 72, 92 umfassen, die ein den Versorgungsdruck PS, ersten Stelldruck Y1 und/oder zweiten Stelldruck Y2 repräsentierendes Messsignal Erzeugen können. Der Fachmann kennt zahlreiche gebräuchliche Regelungsroutinen zur Bestimmung eines Soll-Steuerdrucks Psoll für elektropneumatische Stellgeräte 100, beispielsweise nach Art eines PID-Reglers, eines PI-Reglers, eines PD-Reglers oder ähnlichem.
  • Eine untergeordnete Regelungsroutine 303 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, einen angepassten Soll-Steuerdruck Psoll* auf Basis des Soll-Steuerdrucks Psoll unter Berücksichtigung eines Stellungsregler-internen Steuerdrucks PP, PC zu generieren 305. Dazu kann der Kaskadendruck PC erfasst werden 304 und/oder der Vorsteuerdruck PP wird erfasst 306. Beispielsweise kann die untergeordnete Regelungsroutine 303 den von der übergeordneten Regelungsroutine 301 bestimmten Soll-Steuerdruck Psoll modifizieren. Alternativ oder zusätzlich können Parameter der übergeordneten Regelungsroutine 301, beispielsweise Gewichtungsfaktoren für ein proportional-, differential- und/oder integral-Regelungselement unter Berücksichtigung des im elektropneumatischen Stellungsregler vorherrschenden Kaskadendrucks PC und/oder Vorsteuerdrucks PP angepasst werden.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein
  • Bezugszeichen:
    • 1
    elektropneumatischer Stellungsregler
    3
    elektropneumatischer Wandler
    4
    Vorstufe
    5
    Verstärker
    6
    Hauptstufe
    7,9
    Verstärker
    10
    Hauptversorgungseingang
    11
    Versorgungsleitung
    12
    Drucksensor
    15, 16
    Leitung
    30
    Druckminderer
    32
    Durchflussbegrenzer
    50, 52
    Überströmer
    33
    elektrischer Steuereingang
    31
    pneumatischer Wirkeingang
    41,61
    Drucksensor
    51, 71, 91
    Versorgungseingang
    53, 73, 93
    pneumatischer Steuereingang
    54, 74, 94
    Belüftungsventil
    55, 75, 95
    Entlüftungsventil
    58, 78, 98
    Entlüftungsöffnung
    59, 79, 99
    Verstärkerausgang
    72, 92
    Drucksensor
    100
    Stellgerät
    101
    Pneumatikquelle
    109
    Atmosphäre
    110
    pneumatischer Stellantrieb
    120
    Stellventil
    130
    Stellungssensor
    150
    Doppelkegel
    151
    Steuermembran
    152
    Rückstellfeder
    153
    Belüftungs-Ventilkegel
    154
    Belüftungs-Ventilsitz
    155
    Entlüftungs-Ventilsitz
    156
    Entlüftungs-Ventilkegel
    170, 190
    Doppelkegel
    171, 191
    Steuermembran
    191'
    Stellstange
    172, 192
    Rückstellfeder
    172', 192'
    Rückstellfeder
    173, 193
    Belüftungs-Ventilkegel
    174, 194
    Belüftungs-Ventilsitz
    175, 195
    Entlüftungs-Ventilsitz
    176, 196
    Entlüftungs-Ventilkegel
    201
    Leitwarte
    301
    Regelungsroutine
    303
    untergeordnete Regelungsroutine
    304
    Kaskadendruck erfassen
    305
    Steuerdrucks generieren
    306
    Vorsteuerdruck erfassen
    PP
    Vorsteuerdruck
    PC
    Kaskadendruck
    PS
    Versorgungsdruck
    Psoll
    Soll-Steuerdruck
    Psoll*
    angepasster Soll-Steuerdruck
    Y1, Y2
    Stelldruck
    xist
    Ist-Stellwert
    xsoll
    Soll-Stellwert
    dx
    Stellwertdifferenz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4240802 C2 [0002]
    • EP 3271624 B1 [0003]

Claims (15)

  1. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3), wie ein Strom-Druck-Wandler; wenigstens eine Verstärkerstufe für den pneumatischen Stellantrieb, wie eine Vorstufe (4) und/oder eine Hauptstufe (6), mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker (5, 7, 9), an der ein von dem elektropneumatischen Wandler (3) bereitgestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck (PC), anliegt, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (61) zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks (PC).
  2. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektropneumatischen Wandler (3) den Steuerdruck, insbesondere den Vorsteuerdruck (PP), einstellt.
  3. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorstufe (4) umfassend einen Vorverstärker (5) und eine Hauptstufe (6) umfassend wenigstens einen pneumatischen Verstärker (7, 9), wobei die Vorstufe (4) den Steuerdruck als Vorsteuerdruck (PP) für die Hauptstufe (6) einstellt.
  4. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektropneumatischen Wandler (3) einen Kaskadendruck (PC) als weiteren Steuerdruck für die Vorstufe (4) einstellt.
  5. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3), wie ein Strom-Druck-Wandler; zwei Verstärkerstufen für den pneumatischen Stellantrieb, umfassend eine Vorstufe (4) mit einem ersten pneumatischen Verstärker (5), an der ein von dem elektropneumatischen Wandler (3) eingestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck (PC), anliegt, und eine Hauptstufe (6) mit wenigstens einem zweiten pneumatischen Verstärker (7, 9), an der ein von der Vorsteuerstufe (4) eingestellter Vorsteuerdruck (PP) anliegt, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (41) zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks (PC).
  6. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3); wenigstens eine Verstärkerstufe an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine Hauptstufe (6), mit einem ersten pneumatischen Verstärker (7) zum Bereitstellen eines ersten Stelldrucks (Y1) für den pneumatischen Stellantrieb und einem zweiten pneumatischen Verstärker (9) zum Bereitstellen eines zweiten Stelldrucks (Y2) für den pneumatischen Stellantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten pneumatischen Verstärker (7) und am zweiten pneumatischen Verstärker (9) der gleiche von dem elektropneumatischen Wandler (3) bereitgestellte Steuerdruck, insbesondere Kaskadendrucks (PC) und/oder Vorsteuerdruck (PP), anliegt, und dass der erste und der zweite pneumatische Verstärker (7, 9) frei von einer mechanischen Kopplung sind.
  7. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) und gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) ein Belüftungsventil (74, 94) zum Bereitstellen des Stelldrucks (Y1, Y2) an den pneumatischen Stellantrieb aufweist bzw. aufweisen und dass der erste pneumatischer Verstärker (7) sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) ein Entlüftungsventil (75, 95) zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, aufweist bzw. aufweisen.
  8. Elektropneumatischer Stellungsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) dazu ausgelegt und eingerichtet ist bzw. sind, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck (PP), mit einem vorbestimmten mittleren Druckniveau, insbesondere zwischen einem ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwert und einem zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwert, einen Verblockzustand einzunehmen, in dem das Belüftungsventil (74, 94) und das Entlüftungsventil (75, 95) geschlossen sind.
  9. Elektropneumatischer Stellungsregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck (PP), mit einem vorbestimmten niedrigen Druckniveau, insbesondere unterhalb eines ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwerts, einen Absenkzustand einzunehmen, in dem das Entlüftungsventil (75) des ersten pneumatischen Verstärkers (7) geöffnet und dessen Belüftungsventil (74) geschlossen ist, wobei insbesondere in dem Absenkzustand das Entlüftungsventil (95) des zweiten pneumatischen Verstärkers (9) geschlossen und dessen Belüftungsventil (94) geöffnet ist.
  10. Elektropneumatischer Stellungsregler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Vorsteuerdruck (PP) mit einem vorbestimmten hohen Druckniveau, insbesondere oberhalb eines zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwerts, einen Hebezustand einzunehmen, in dem das Entlüftungsventil (75) des ersten pneumatischen Verstärkers (7) geschlossen und dessen Belüftungsventil (74) geöffnet ist, wobei insbesondere in dem Hebezustand das Entlüftungsventil (95) des zweiten pneumatischen Verstärkers (9) geöffnet und dessen Belüftungsventil (94) geschlossen ist.
  11. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) zum Abgeben wenigstens eines Stelldrucks (Y1, Y2) für den pneumatischen Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik, die dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Steuersignal für den elektropneumatischen Wandler (3) zu erzeugen, damit der elektropneumatische Wandler (3) den wenigstens einen pneumatischen Verstärker (7, 9) zum Abgeben des Stelldrucks (Y1, Y2) veranlasst, wobei Steuerungs- und/oder Regelungselektronik zur Modulation des elektrische Steuersignals für den elektropneumatischen Wandler (3) basierend auf der Messung des Drucksensors (61) eingerichtet ist.
  12. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren Drucksensor (12, 72, 92) zum Erfassen des ersten Stelldrucks (Y1), des zweiten Stelldrucks (Y2) und/oder eines Versorgungsdrucks (PS) an einem Versorgungseingang (10) des elektropneumatischen Stellungsreglers (1), wobei vorzugsweise die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik die Druckmesswerte des wenigstens einen weiteren Drucksensors (12, 72, 92) zur Überwachung und/oder Diagnose des Stellungsreglers verarbeitet.
  13. Stellgerät (100) umfassend einen elektropneumatischen Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einen pneumatischen Stellantrieb (110).
  14. Stellgerät (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Stellantrieb (110) pneumatisch einfach wirkend ausgeführt ist und dass der elektropneumatische Stellungsregler (1), in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, nur einen Verstärker (7, 9) umfasst.
  15. Stellgerät (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Stellantrieb (110) pneumatisch doppelt wirkend ausgeführt ist und dass der elektropneumatische Stellungsregler (1), in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, zwei Verstärker (7, 9) umfasst.
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