DE10254219B4

DE10254219B4 - Durchflussarmatureinheit und Überwachungsverfahren für Durchflussarmaturen

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Publication number: DE10254219B4
Application number: DE2002154219
Authority: DE
Original assignee: Helmut Baelz GmbH
Current assignee: Helmut Baelz GmbH
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE10254219A1

Abstract

Durchflussarmatureinheit (4) für Fluide
mit einer Durchflussarmatur (5), deren Durchflusswiderstand mittels einer Stelleinrichtung (7) veränderbar ist,
mit einer Sensoreinrichtung (8, 9) zur Erfassung von Messgrößen, die für Betriebbedingungen der Durchflussarmatur (5) kennzeichnend sind, und zur Erzeugung entsprechender Messsignale,
mit einer Regeleinrichtung (11), die die von der Sensoreinrichtung (8, 9) generierten Signale entgegen nimmt und in Abhängigkeit von diesen die Stelleinrichtung (7) zwecks gezielter Veränderung des Durchflusswiderstands ansteuert, und
mit einer Überwachungseinrichtung (12), zu der gehören:
eine Speichereinrichtung (14) zur Abspeicherung von Daten, zu denen instandhaltungsbezogene Daten (D_IH, D_II) gehören, die für den Zeitpunkt einer angestrebten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnend sind,
Eingabemittel (28), die zur Eingabe der instandhaltungsbezogenen Daten (D_IH, D_II) dienen, um diese gemäß dem Alter, dem aktuellen Verschleißzustand, dem Nutzungsgrad und/oder den Betriebsbedingungen der Durchflussarmatureinheit (4) festzulegen und in der Speichereinrichtung (14) abzuspeichern,
eine Verarbeitungseinrichtung (17), die vorgegebene Logikelemente (23) aufweist, um die instandhaltungsbezogenen...

Description

Durchflussarmaturen, wie Universal- oder Regelventile, Absperr- und Rückschlagventile und dgl., werden bspw. in Regelkreisläufen zur Bereitstellung von Prozesswärme für Maschinen und Anlagen in wärmetechnischen Produktionsprozessen eingesetzt, in denen ein Wärmeträger über Rohrleitungen und Ventile sowie bedarfsweise anderweitige Durchflussarmaturen zum Einsatzort geleitet und entsprechend rückgeführt wird. Als Wärmeträger können Wasser, Dampf, Öl oder anderweitige Fluide, die giftig, ätzend oder für die Umwelt oder den Menschen gefährlich sein können, verwendet werden.
Die Betriebsbedingungen, insbesondere Temperaturen, Drücke und Durchflussmengen, denen die Durchflussarmaturen ausge setzt sind, sind je nach Anlage und Anwendung unterschiedlich. In Abhängigkeit von diesen Bedingungen, den dynamischen Belastungen, den korrosiven, chemischen oder abrasiven Einflüssen des Mediums sowie äußeren Einflüssen, wie Rohrleitungskräften oder Schwingungen, sind insbesondere Durchflussarmaturen mit der Zeit einem steigenden Verschleiß unterworfen. Dieser führt zu einer Erhöhung der Gesamttoleranz und zu einer Schädigung der Durchflussarmaturen, was die Funktion der Anlage und die Qualität der Erzeugnisse beeinträchtigt. Es besteht dann die Gefahr, dass das Medium austritt, Personen und Umwelt gefährdet werden und/oder die Anlage abgeschaltet werden muss. Deshalb ist es wichtig, die Anlage und ihre Komponenten fortwährend zu überwachen und überprüfen.

Aus der DE 195 24 237 A1 ist es bekannt, Faltenbalgventile, die in industriellen Prozessen zur Steuerung von Medien eingesetzt werden, zu überwachen, indem die Bewegungsspiele des Stellglieds des Ventils erfasst und gezählt werden. Damit kann ein Schätzwert für den Verschleiß des Faltenbalgs des Ventils bestimmt und die Gefahr eines Bruchs des Faltenbalgs eingeschätzt werden. Verschleißzustände an dem Stellglied, Ventilsitz oder Ventilgehäuse z.B. infolge von Korrosion oder Erosion und Undichtigkeiten können hiermit aber, anders als bei einer Sichtprüfung, nicht festgestellt werden.

Aus der EP 0 637 713 A1 ist ein Diagnosesystem für Regel- und Absperrventile bekannt, das Einrichtungen zur Erfassung und Abspeicherung von Betriebsgrößen, Kennlinien und Körperschallspektren des Ventils sowie eine Einrichtung zur Überwachung der Dichtheit einer an dem Ventil vorgesehen Stopfbuchse aufweist. Durch Vergleich der erfassten Istwerte mit den abgespeicherten Sollwerten können aufgetretene Fehler, Schäden und Undichtigkeiten erkannt werden.

Die DE 196 15 176 A1 beschreibt eine regelbare motorge triebene Armatur mit einer Überwachungs- und Diagnoseeinrichtung, die Messwerte, wie Motorstrom, -spannung oder -wirkleistung, Drehmoment, Spindelkraft, Beschleunigungs- und Temperaturmesswerte, erfasst und mit bereits im Voraus abgespeicherten Referenzmesswerten vergleicht. Abweichungen vom normalen Betriebsverhalten der Armatur werden als Hinweis auf einen gegebenen Verschleiß gewertet.

Aufgrund der unterschiedlichen Verschleißeinflüsse und Auswirkungen ist eine zuverlässige Überwachung mit erheblichem Aufwand verbunden, was zu relativ kompliziert aufgebauten und kostspieligen Überwachungs- und Diagnoseeinrichtungen führt. Außerdem ist es erforderlich, nicht erst aufgetretene Fehler; sondern bereits drohende Gefahren rechtzeitig zu erkennen.

Aus der DE 201 02 601 U1 ist eine Vorrichtung für diverse Arbeitsgänge und Tätigkeiten mit einem Sprachmodul bekannt, das das Eintreten bestimmter Betriebszustände, wie Betriebszeit, Temperatur, Druck, Position oder Servicezeitpunkt, in Form einer nach außen wahrnehmbaren Sprachausgabe ausgibt.

Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Durchflussarmatureinheit und ein Verfahren zur Betriebsüberwachung einer Durchflussarmatur zu schaffen, die eine möglichst gute Sicherung der Funktionsfähigkeit und der Betriebsbereitschaft der Durchflussarmatur ermöglichen. Insbesondere soll dies durch möglichst einfache Maßnahmen ermöglicht sein.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Durchflussarmatureinheit mit einer regelbaren Durchflussarmatur und einer Überwachungseinrichtung sowie ein Überwachungsverfahren für eine Durchflussarmatur zu schaffen, die eine möglichst gute Beurteilung des Istzustandes und Bewahrung bzw. Wiederherstellung des Sollzustandes der Durchflussarmatur er möglichen.

Zur Lösung dieser Aufgaben sind eine Durchflussarmatureinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Überwachung einer Durchflussarmatur nach Anspruch 12 angegeben.

Gemäß der Erfindung ist eine Durchflussarmatureinheit für Fluide geschaffen, zu der eine Durchflussarmatur, deren Durchflusswiderstand mittels einer Stelleinrichtung veränderbar ist, eine Sensoreinrichtung mit ein oder mehreren Sensoren, die Messgrößen erfassen, die für Betriebsbedingungen der Durchflussarmatur kennzeichnend sind, um zugehörige Messsignale zu erzeugen, sowie eine Regeleinrichtung gehören, die die Messsignale entgegen nimmt und davon abhängig die Stelleinrichtung ansteuert, um den Durchflusswiderstand der Durchflussarmatur gezielt zu verändern. Die Durchflussarmatureinheit ist ferner mit einer Überwachungseinrichtung versehen, zu der eine Speichereinrichtung, in der instandhaltungsspezifische Daten, die zumindest für den Zeitpunkt der nächsten, angestrebten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnend sind, abgespeichert sind oder werden, Eingabemittel zur Eingabe dieser Daten, um sie in der Speichereinrichtung abzuspeichern, und eine Verarbeitungseinrichtung gehören, die mittels ihrer Logikelemente anhand dieser Daten bestimmt, wenn der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt, d.h. diese Maßnahme initiiert werden soll. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, erzeugt eine Signalisierungseinrichtung ein geeignetes Warnsignal, bspw. ein nach außen wahrnehmbares Alarmsignal, um den Betreiber einer Anlage auf die Erforderlichkeit der Durchführung einer Instandhaltungsmaßnahme hinzuweisen. Der Begriff „Instandhaltung" oder „Instandhaltungsmaßnahme" soll hier im weitesten Sinne verstanden werden und schließt sowohl einfache Inspektion als auch Wartung oder Instandsetzung mit ein. Der Begriff „Wartung" wird äquivalent verwendet.

Die Überwachungseinrichtung und das Überwachungsverfahren gemäß der Erfindung bieten eine wirksame Möglichkeit, die Betriebssicherheit der Durchflussarmatur und der Anlage aufrechtzuerhalten. Durch den in vorgegebenen Zeitabständen gegebenen Hinweis auf die Erforderlichkeit einer Instandhaltung und vorzugsweise auch auf die Art und den Umfang der erforderlichen Maßnahmen kann qualifiziertes Wartungspersonal sicherstellen, dass diese durchgeführt werden, mögliche Verschleißerscheinungen, Fehlfunktionen und sonstige drohende Schäden an der Durchflussarmatur rechtzeitig erkannt werden und durch Ausbesserung bzw. Austausch behoben werden. Im Allgemeinen ist eine Überwachung der Instandhaltungszeitpunkte und -maßnahmen bei der Vielfalt von Komponenten einer Anlage unterschiedlichen Ursprungs relativ schwierig. Diese sind allenfalls in den einzelnen Betriebsanleitungen oder Verträgen empfohlen oder vorgeschrieben. Die der Durchflussarmatur zugehörige erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung übernimmt diese Aufgabe und schafft mit Hilfe der Logikelemente eine Grundlage für die Einhaltung hoher Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist sehr einfach. Sie erfordert keine vielfältigen Sensoren, um die unterschiedlichen Verschleißzustände ständig zu beobachten, wie es aus der Technik bekannt ist. Der Aufwand bei der Überwachung ist gering. Vorhandene Steuer- oder Regeleinrichtungen für die Durchflussarmatur können schnell und aufwandsarm nachgerüstet werden.

Vorteilhafterweise können die instandhaltungsbezogenen Daten mit Hilfe der Eingabemittel individuell im Betrieb festgelegt werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Alter, dem aktuellen Verschleißzustand, dem Nutzungsgrad und/oder den Betriebsbedingungen der Armatur. Die Eingabemittel können auch zum Quittieren einer erfolgten Instandhaltung verwendet wer den, um mit der Überwachung der nächsten Instandhaltungsfrist zu beginnen. Die Eingabemittel und die Verarbeitungseinrichtung sind vorzugsweise derart gestaltet, dass lediglich berechtigte qualifizierte Personen eingreifen können. Hierzu kann eine Codewort-Überprüfung, ein Kartenleser oder dgl. vorgesehen sein.

Die instandhaltungsbezogenen Daten, die abgespeichert werden, können im einfachsten Fall die nächste Instandhaltungsfrist oder mehrere nachfolgende, nicht unbedingt regelmäßige Instandhaltungsfristen selbst enthalten. Es ist auch möglich, das oder die Fristen durch das Instandhaltungsintervall oder die -intervalle, also den Zeitraum zwischen zwei aufeinander folgenden Instandhaltungsmaßnahmen, vorzugeben. Die Daten können vorteilhafterweise bereits werksseitig, z.B. vor der Auslieferung der Durchflussarmatur, einmal bei der Inbetriebnahme oder nach jeder durchgeführter Instandhaltungsmaßnahme neu festgelegt werden.

Es ist sinnvoll, ein den Inbetriebnahmezeitpunkt kennzeichnendes Datum mit abzuspeichern, von dem ausgehend die Überwachungseinrichtung zunächst die erste Instandhaltungsfrist bestimmt. Dieses Inbetriebnahmedatum sollte möglichst dauerhaft in der Speichereinrichtung verbleiben, um dem Wartungspersonal Aufschluss über die Nutzungsdauer und den möglichen Verschleißzustand der Durchflussarmatur zu geben. Die Art der erforderlichen Wartungsmaßnahmen kann abhängig von der Nutzungsdauer gewählt werden.

Die instandhaltungsbezogenen Daten werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anwendung und den Betriebsbedingungen der Durchflussarmatur geeignet festgelegt. Neben Betriebsdrücken, -temperaturen und Durchflussmengen können auch belastungsabhängige Faktoren berücksichtigt werden. Bei häufigen Arbeitsspielen und/oder großen Arbeitshüben, also Hin- und Herbewe gungen des Stellglieds der Durchflussarmatur, ist z.B. das Wartungsintervall entsprechend zu verkürzen. Sofern erfasst, kann auch die Anzahl und das Ausmaß von Annäherungen an für die Durchflussarmatur festgelegte Grenzbedingungen oder deren Überschreitungen die Festlegung der nächsten Instandhaltungsfrist mit bestimmen. Außerdem sollte eine Durchflussarmatur mit steigendem Alter öfters gewartet werden. Die Festlegung der Wartungsintervalle bzw. -zeitpunkte in Abhängigkeit von dem Alter und/oder der Einsatzdauer der Durchflussarmatur hat gegenüber einer lediglich von der tatsächlichen Betriebsdauer abhängigen Festlegung den Vorteil, dass hierdurch auch Korrosions-, Alterungs- und sonstige Einflüsse mit berücksichtigt werden, die auch gegeben sind, selbst wenn die Anlage bspw. in der Nacht oder am Wochenende abgeschaltet ist.

Unabhängig davon, welche Daten nun den nächsten, angestrebten Instandhaltungszeitpunkt kennzeichnen, kann die Verarbeitungseinrichtung stets sehr einfach aufgebaut sein. Es sind lediglich einfache Logikelemente, wie Addierer- und/der Dekrementierer- sowie Vergleicherelemente erforderlich.

In einer vereinfachten Ausführungsform enthalten die Logikelemente eine Dekrementierlogik, die von einem Zeitgeber gesteuert den Wert des Instandhaltungsintervalls zu vorgegebenen Zeitpunkten, bspw. einmal täglich um Eins erniedrigt, sowie eine Vergleicherlogik, die den dekrementierten Wert, der die bis zu der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme verbleibende Zeitspanne kennzeichnet, mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht, bei dessen Erreichen das Warnsignal generiert wird. Der Zeitgeber kann durch einen ausreichend genauen Quarz und die Verarbeitungseinrichtung im Wesentlichen durch einen Timer gebildet sein, der bei Inbetriebnahme oder Instandhaltung angestoßen wird.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungseinrichtung mit Hilfe eines Zeitgebers das aktuelle Kalenderdatum und vergleicht dieses mit dem Datum, das die nächste Instandhaltungsfrist kennzeichnet. Die Differenz zwischen diesen beiden Daten wird mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.

Bei beiden Ausführungsformen kann der Grenzwert gleich Null oder, um den Betreiber der Anlage genügend Zeit zu Verfügung zu stellen, die Maßnahmen einzuleiten, auch größer Null gewählt werden. Das Warnsignal wird dann also wenige Tage oder Wochen vor dem Ablauf der Instandhaltungsfrist erzeugt.

Die Signalisierungseinrichtung gibt in Abhängigkeit von dem von der Verarbeitungseinrichtung bestimmten Ergebnis ein vorzugsweise unmittelbar nach außen wahrnehmbares Warnsignal aus. Die Signalisierungseinrichtung kann eine an der Überwachungseinrichtung vorgesehene optische Anzeige enthalten, um ein optisches Warnsignal auszugeben. Sie kann auch statt dessen oder zusätzlich einen akkustischen Alarm auslösen. Das Warnsignal kann an dem Ort der Überwachungseinrichtung ausgegeben oder auch zu einem entfernten Ort, bspw. zu einer Warte einer Prozessleitsystems, zu einem Bedienpult oder einem anderweitigen für kompetentes Personal zugänglichen Ort übermittelt werden, um das Warnsignal dort wahrnehmbar auszugeben. Ebenfalls ist es denkbar, das Wartungserfordernis aus- oder einschließlich über ein Funkmodul oder einen Rechner und ein Telekommunikations- oder Datennetz, z.B. via Internet, an die zuständige Instandhaltungsstelle, bspw. an den Hersteller der Durchflussarmatur, zu signalisieren.

Es ist prinzipiell möglich, die Überwachungseinrichtung in die Durchflussarmatur zu integrieren. Vorzugsweise ist die Überwachungseinrichtung jedoch räumlich von der Durchflussarmatur getrennt, an einer übersichtlichen und gut zugänglichen Stelle angeordnet.

Die Überwachungseinrichtung kann z.B. gemeinsam mit der Regeleinrichtung Teil einer Mikrorechnereinheit bilden, die bspw. einen digitalen Signalprozessor enthält und über Steuerleitungen mit der Durchflussarmatur verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dann vorteilhaft in Form eines ablauffähigen Programms für die Mikrorechnereinheit oder einen sonstigen Computer zur Steuerung der Durchflussarmatur realisieren. Insbesondere kann das Programm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens Teil eines Programms zur Steuerung bzw. Regelung der Durchflussarmatur sein.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, gehört zu der Überwachungseinrichtung eine Diagnoseeinrichtung. Diese dient dazu, an der Durchflussarmatur, der Sensoreinrichtung und vorzugsweise sonstigen Komponenten der Anlage eingetretene oder sich anbahnende Alterungs- oder Verschleißzustände durch Erfassen von Betriebsparametern zu erkennen und bekannt zu geben.

Vorteilhaft ist es, wenn weitere instandhaltungsspezifische Daten mit abgespeicherten werden, die später Aufschluss über den Verschleißzustand der Durchflussarmatur geben können. Beispielsweise ist es vorteilhaft, bei der Inbetriebnahme die Dicke des Gehäuses der Durchflussarmatur als Sollwert mit abzuspeichern. Bei einer Instandhaltung kann dann der Istwert der Wanddicke des Armaturgehäuses mit Hilfe eines Wanddicken messgeräts, bspw. durch Schallmessung bestimmt werden und mit dem Sollwert verglichen werden. Hat die Wanddicke infolge Korrosion, Erosion und/oder Kavitation um einen vorbestimmten Betrag zwischen 20% und 40%, z.B. um ca. 30%, abgenommen, ist die Durchflussarmatur vorbeugend auszutauschen.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung, bspw. das Programm zur Durchführung des Überwachungsverfahrens bedarfsweise zu- und abschaltbar.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung, ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Regelkreis für eine wärmetechnische Anlage mit Tempexaturregelung, mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, in ausschnittsweiser, stark schematisierter Darstellung,
2 den funktionellen Aufbau einer Steuerung für den Regelkreis nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, als Blockschaltbild, stark schematisiert,
3 einen beispielhaften strukturellen Aufbau für die Steuerungseinrichtung nach 1 und 2, in einer schematisierten Darstellung,
4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung im Form eines vereinfachten Flussdiagramms und
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung als Flussdiagramm.
In 1 ist in einer vereinfachten, stark schematisierten Darstellung ein Ausschnitt einer wärmetechnischen Anlage 1 mit einem Regelkreis 2 zur Regelung der Temperatur eines in einer Leitung 3 geführten Heizmediums veranschaulicht. Dazu ist in der Leitung 3 zwischen einem hinführenden Leitungsabschnitt 3a und einem wegführenden Leitungsabschnitt 3b, eine Ventileinheit 4 angeordnet, zu der ein die Leitungsabschnitte 3a, 3b strömungsmäßig miteinander verbindendes Ventils 5 und eine Mikrorechnereinheit 6 gehören. Die von dem Ventil 5 räumlich entfernt angeordnete Mikrorechnereinheit 6 steuert über eine Stelleinrichtung 7, bspw. einen Synchronmotor mit integriertem Getriebe, das Ventil 5 anhand der von einem Sensor 8 ermittelten Temperatur des Heizmediums.
Zusätzlich zu dem Temperatursensor 8 ist hier ein weiterer Sensor 9, z.B. ein Drucksensor oder ein Durchflusswächter, vorgesehen, um den Druck oder Volumenstrom des Heizmediums mit Hilfe der Mikrorechnereinheit 6 zu überwachen. Der Regelkreis könnte auch zur Regelung des Drucks oder Volumenstroms des Prozessmediums eingerichtet sein. Als Prozessmedium kann Wasser, Dampf, irgendein geeignetes Gas oder auch Mineralöl verwendet werden, die unterschiedliche Temperaturen und Drücke annehmen können.
Wie bereits angedeutet, dient die Mikrorechnereinheit 6 sowohl zur Steuerung als auch zur Überwachung des Ventils 5 bzw. des Prozesses. Ein vereinfachter Funktionsaufbau der Mikrorechnereinheit 6 ist in 2 veranschaulicht. Die Mikrorechnereinheit 6 enthält eine Regeleinrichtung 11 und eine Überwachungseinrichtung 12. Die Regeleinrichtung 11 ist hier in der gewohnten Weise aufgebaut. Sie enthält einen Addierer 13, der die Differenz zwischen einem von dem Temperatursensor 8 erfassten Temperatur-Istwert T_ist und einem in einer Speicher einrichtung 14 der Überwachungseinrichtung 12 abgespeicherten Temperatur-Sollwert T_soll bildet, und einen Regler 15, der anhand dieser Differenz ein geeignetes Ansteuersignal für die Stelleinrichtung 7 des Ventils 5 generiert und an seinem Ausgang 16 ausgibt. Der Regler 15 kann mit beliebiger Reglerstruktur aufgebaut sein, die geeignet ist, einer Abweichung der überwachten physikalischen Größe, hier der Temperatur T_ist von ihrem Sollwert T_soll entgegenzuwirken. Konventionelle PI- oder PID-Regler werden bevorzugt verwendet.
Zu der Überwachungseinrichtung 12 gehören in der dargestellten Ausführungsform nach 2 die Speichereinrichtung 14, eine Verarbeitungseinrichtung 17 und eine Signalisierungseinrichtung 18. Die Überwachungseinrichtung 12 sorgt hier u.a. für eine Visualisierung von Betriebsparametern, insbesondere der von den Sensoren 8, 9 empfangenen Ist-Temperatur T_ist und des Ist-Drucks p_ist. Hierzu weist die Signalisierungseinrichtung 18, wie 1 zeigt, ein an dem Gehäuse der Mikrorechnereinheit 6 vorgesehenes Display 20, auf dem die Ist- und Sollwerte und bedarfsweise weitere Informationen optisch dargestellt werden können. Ferner gehört zu der Signalisierungseinrichtung eine Warnleuchte 21 sowie ein Lautsprecher 22. Es kann auch nur eine optische oder nur eine akkustische Signalisierungseinrichtung 18 vorgesehen sein.
Zu einer wesentlichen Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung 17 gehört die Überwachung der einzuhaltenden Wartungszeitpunkte, um so die Funktionsfähigkeit und Betriebsbereitschaft der Durchflussarmatur 5 aufrecht zu erhalten und eine möglichst hohe Betriebssicherheit der Anlage 1 zu erreichen. Zu diesem Zweck sind in der Speichereinrichtung 14 Daten gespeichert, die für den Zeitpunkt der nächsten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnend sind. Die Verarbeitungseinrichtung 17 empfängt diese Daten von der Speichereinrichtung 14 und verarbeitet diese mit Hilfe von vorgegebenen logischen Elementen 23, um ein Signal für die Signalisierungseinrichtung 18 zu liefern, falls der Zeitpunkt der angestrebten Inbetriebnahme als erreicht gilt. Abhängig von diesem Signal steuert die Signalisierungseinrichtung 18 die Ausgabeeinheiten 20, 21 bzw. 22 entsprechend an, um nach außen zu signalisieren, dass eine Wartungsmaßnahme erforderlich ist.
Eine mögliche Realisierung der in 2 gezeigten Funktionsbausteine ist in Form eines vereinfachten Blockschaltbilds in 3 schematisiert dargestellt. Wie zu erkennen, ist die Mikrorechnereinheit 6 im Wesentlichen durch einen Mikroprozessor 24 gebildet, der in gewohnter Weise an einen Festwertspeicher (ROM) 25 und einen flüchtigen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 26 der Speichereinrichtung 14 angeschlossen ist, um gemäß in dem ROM 25 gespeichertem Programm für die Regelung und Überwachung der Ventilseinheit 4 zu sorgen. Das benötigte Taktsignal wird dem Mikroprozessor 24 von einem geeigneten Taktgeber 27 zugeführt. Ferner empfängt der Mikroprozessor 24 die für die Regelung erforderlichen Signale T_ist bzw. p_ist von den analogen Sensoren 8, 9, um an seinem Ausgang 16 Steuersignale für die Stelleinrichtung 7 zu liefern. Gegebenenfalls erforderliche Multiplexer 6, Analog-Digital-Wandler, Verstärker und dgl. sind in 3 zur Vereinfachung nicht dargestellt. Der Mikroprozessor 24 steuert ferner die Ausgabeeinheiten 20, 21 und 22 über die hier in Form von I/O-Schnittstellen und gegebenenfalls zugehöriger Controller gebildete Signalisierungseinrichtung 18. Außerdem ist an dem Gehäuse der Mikrorechnereinheit 6 eine Eingabeeinrichtung 27, bspw. ein Tastenfeld, vorgesehen (vgl. 1), über die Sollwerte, zu denen auch instandhaltungsbezogene Werte gehören, eingegeben werden können, um über den Mikroprozessor 24 in der Speichereinrichtung 24 gespeichert zu werden.
Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ist vorliegendenfalls in Form eines Programmabschnitts realisiert, der Teil des von dem Mikroprozessor 24 ausgeführten Programms zur Regelung der Ventileinheit 4 ist. Das erfindungsgemäße Überwachungsprogramm wird periodisch, vorzugsweise einmal pro Tag aufgerufen, um die Notwendigkeit einer Wartung zu überprüfen. Wird die Anlage täglich ein- und abgeschaltet, kann die Überwachungsroutine Teil der Anlaufroutine sein.
Die einzelnen Schritte des Überwachungsverfahrens sind in 4 veranschaulicht. Die insoweit beschriebene Überwachungseinrichtung 12 arbeitet wie folgt:
Wie zu erkennen, liest der Mikroprozessor 24 beim Aufruf des Überwachungs-Unterprogramms zunächst gemäß Block 30 den Sollwert D_IH aus der Speichereinrichtung 14 ein, der die Instandhaltungsfrist, also den Zeitpunkt, an dem die zukünftig als nächste angestrebte Instandhaltungsmaßnahme durchgeführt werden soll, kennzeichnet. Das Datum D_IH kann bei der Inbetriebnahme und bedarfsweise auch bei jeder nachfolgenden Instandhaltungsmaßnahme, sei es einer Inspektion, Wartung oder Instandsetzung, beispielsweise gemäß den Empfehlungen des Herstellers der Ventileinheit 4 vorgegeben werden. Insbesondere kann der Sollwert D_IH entsprechend dem Alter, dem aktuellen Verschleißzustand, dem Nutzungsgrad und/oder den Betriebsbedingungen der Ventileinheit festgelegt werden.
Anschließend liest der Mikroprozessor 24 gemäß Schritt 31 den Istwert D_ist ein, der für das momentane Kalenderdatum steht. Dieser Istwert D_ist wird vorzugsweise von einer anderen Routine täglich aktualisiert. Alternativ kann auch die Überwachungsroutine für die Instandhaltung den Wert für D_ist aktualisieren und in der Speichereinrichtung 14 abspeichern, wie dies durch den optionalen Block 32 gezeigt ist.
Anschließend wird in Block 33 die Differenz zwischen dem Sollwert D_IH und dem Istwert D_ist gebildet, um den aktuellen zeitlichen Abstand bis zu der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme zu erhalten. Diese Differenz D_IH – D_ist wird dann mit einem Grenzwert G verglichen, der Größer Null gewählt ist, falls das Fachpersonal bereits mehrere Tage vor dem Ablauf der Instandhaltungsfrist über diese informiert werden soll. Ansonsten ist der Grenzwert G gleich Null zu wählen oder bei der Festlegung des Sollwerts D_IH zu berücksichtigen. Ist die Differenz D_IH – D_ist größer als der Wert G, so ist keine Maßnahme erforderlich, und das Unterprogramm kann gemäß Block 34 verlassen werden. Ansonsten gilt der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht, und es wird ein Alarm ausgelöst, der zum Durchführen dieser Maßnahme auffordert (Block 35).
Im allgemeinen wird die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme lediglich auf dem Display 20 angezeigt und/oder mittels der Warnleuchte 21 signalisiert, wobei zusätzlich oder alternativ auch ein akkustisches Warnsignal über den Lautsprecher 22 ausgegeben werden kann. Das Alarmsignal kann auch über eine standardmäßige Schnittstelle 36 an eine zentrale Steuerwarte oder ein sonstiges Prozessleit- und -überwachungssystem gesandt werden. Es werden jedoch keine Maßnahmen eingeleitet, die eine Herabsetzung oder sonstige Beeinträchtigung der Funktionsweise der Ventileinheit 4 zufolge hätten.
In 5 ist eine leicht modifizierte Form der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung 12 veranschaulicht. Im Unterschied zu der in 4 veranschaulichten Ausführungsform, bei der unmittelbar das den Zeitpunkt der nächsten Instandhaltung kennzeichnende Datum D_IH bei der Überprüfung verwendet wird, wird bei der Ausführungsform nach 5 von dem Instandhaltungsintervall ausgegangen. Ein Datum D_II, das das Instandhaltungsintervall kennzeichnet, wird im Speicher 14 abgelegt. Gemäß dem Überwachungsverfahren wird der Wert von D_II im Schritt 37 eingelesen und gemäß Schritt 38 aktualisiert, bspw. um Eins erniedrigt, wenn die Überwachungsroutine einmal pro Tag aufgerufen wird. Der aktualisierte Wert D_II kann dann direkt mit dem vorgegebenen Grenzwert G verglichen werden (Block 39), um bedarfsweise einen Alarm auszulösen. Diese Vorgehensweise kommt mit einfacher Dekrementier- und Vergleicherlogik aus (Block 38 und 39) und ist somit auch schaltungstechnisch sehr einfach zu realisieren.
Unabhängig von der speziellen Art der Überprüfung muss eine Fachperson bspw. über die Tastatur 28 bestätigen, dass das Warnsignal wahrgenommen wurde. Ansonsten wird bspw. das akustische Alarmsignal periodisch wiederholt. Die optische Warnanzeige wird vorzugsweise beibehalten, bis der Wartungstechniker die erforderlichen Maßnahmen durchgeführt hat und nachfolgend den Sollwert D_IH bzw. D_II auf den Ausgangswert zurückgesetzt oder neu festgelegt hat.
Es ist vorteilhaft, das Datum, das den Zeitpunkt der Inbetriebnahme kennzeichnet, in der Speichereinrichtung 14 zu belassen. Dieses Datum kann dem mit der Instandhaltung betrauten Fachmann Aufschluss über das Alter und somit über den Verschleißzustand des Ventils 5 geben.
Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung 12 ermöglicht es, durch den von der Mikrorechnereinheit generierten Hinweis auf die Notwendigkeit der Durchführung einer vorbeugenden Instandhaltungsmaßnahme auf einfache Weise die Betriebssicherheit der Anlage 1 zu erhöhen. Im allgemeinen entzieht sich das Wissen um die notwendigen Wartungsintervalle der Kenntnis des Betreibers, oder es ist für diesen relativ aufwendig, für die Überwachung der Zeitpunkte selbst zu sorgen. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung erledigt dies selbstständig und zuverlässig.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung 12 in Form einer Mikrorechnereinheit 6 mit einem Mikroprozessor 24 und einem geeigneten Ablaufprogramm realisiert. Wie bereits angedeutet, können aber die Logikelemente auch in Form einer Schaltung verwirklicht werden. Ferner ist es möglich, statt der Mikrorechnereinheit 6 einen Personalcomputer und entsprechende Software zu verwenden, insbesondere wenn der Personalcomputer auch die Ventileinheit 4 steuert. Es ist auch möglich, bei der Überwachungseinrichtung ein Funkmodul oder ein anderes geeignetes Datenübertragungsmittel vorzusehen, um das Warnsignal auch bspw. an den Hersteller der Durchflussarmatur 4 zu übermitteln. Darüber hinaus können die Wartungszeitpunkte mehrerer in einer Anlage vorhandenen Ventile von einem Rechner einer Zentralsteuerung überwacht oder von den zentralen Rechnern bestimmt und an die Zentralsteuerung gemeldet werden. Bei dieser Variante kann insbesondere bei größeren Anlagen eine bessere Übersichtlichkeit verbunden mit erhöhter Sicherheit erreicht werden.
Ferner kann die beschriebene Überwachungseinrichtung vorteilhafterweise mit einem Diagnosesystem gekoppelt werden, das Betriebsparameter, wie Temperatur, Druck, Durchfluss, Arbeitshübe oder dgl. erfasst und diese Parameter mit vorgegebenen Kennlinien oder Grenzwerten vergleicht, um eine Fehlfunktion oder einen Ausfall von Komponenten der Anlage 1 festzustellen. Dadurch kann eine sehr hohe Zuverlässigkeit der Komponenten und eine gute Fehlererkennung und Schadensminimierung erreicht werden, um eine maximale Standzeit zu erhalten.
Sind der Nutzungsgrad und andere Betriebsparameter von Anfang an bekannt, können die Wartungsintervalle oder -zeitpunkte vorteilhafterweise bereits bei der Inbetriebnahme der Durchflussarmatur 4 über ihre Lebenszeit festgelegt werden, wobei auch Informationen abgespeichert werden können, die die jeweils erforderlichen Inspektions-, Wartungs- oder Instand setzungsmaßnahmen selbst betreffen. Das Wartungspersonal kann anhand dieser abgespeicherten Listen die jeweils erforderlichen Maßnahmen treffen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden neben den Wartungszeiträumen oder -punkten weitere instandhaltungsbezogene Daten mit abgespeichert. Insbesondere wird vorzugsweise die Wanddicke des Gehäuses des Ventils 5 im Neuzustand mit abgespeichert. Diese Wanddicke ist je nach Art des Ventils 5 unterschiedlich und nimmt im Betrieb infolge Korrosion, Erosion und Kavitation ab. Bei der Instandhaltung wird der Istwert der Wanddicke des Ventilgehäuses mit Hilfe eines Wanddickenmessgeräts bestimmt und in die Mikrorechnereinheit 6 eingegeben. Die Überwachungseinrichtung 12 stellt dann durch Vergleich des Istwerts mit dem abgespeicherten Sollwert, also dem Wanddickenwert im Neuzustand fest, wenn der Verschleiß derart hoch ist, dass die Armatur ausgetauscht werden muss. Als Kriterium kann z.B. angegeben sein, dass bei einer Verringerung der Wanddicke um mehr als 30% die Armatur auszutauschen ist.
Weitere instandhaltungsbezogene Daten, die abgespeichert werden können, sind z.B. die Prüfdrücke für die Dichtheitsprüfung von Gehäuse, Spindelführung und Sitz des Ventils 5 in Abhängigkeit von dem eingesetzten Medium, oder die zu prüfenden Ventilhübe.
Bei einer Durchflussarmatureinheit 4 ist zusätzlich zu einem mikroprozessgesteuerten Regler 11 eine Überwachungseinrichtung 12 vorgesehen, die die erforderlichen Instandhaltungszeitpunkte überwacht und die erforderlichen Maßnahmen rechtzeitig anzeigt. Dazu weist die Überwachungseinrichtung 12 eine Speichereinrichtung 14, in der instandhaltungsspezifische Daten zumindest in Bezug auf den Zeitpunkt einer angestrebten Instandhaltungsmaßnahme abgespeichert sind, eine Verarbeitungseinrichtung 17, die mit Hilfe vorgegebener logischer Re geln 23 bestimmt, wenn der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt und eine Signalisierungseinrichtung 18 auf, die in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Überprüfung durch die Verarbeitungseinrichtung 17 ein nach außen wahrnehmbares Warnsignal ausgibt. Dadurch wird für die Einhaltung der Wartungsintervalle gesorgt.

Claims

Durchflussarmatureinheit (4) für Fluide mit einer Durchflussarmatur (5), deren Durchflusswiderstand mittels einer Stelleinrichtung (7) veränderbar ist, mit einer Sensoreinrichtung (8, 9) zur Erfassung von Messgrößen, die für Betriebbedingungen der Durchflussarmatur (5) kennzeichnend sind, und zur Erzeugung entsprechender Messsignale, mit einer Regeleinrichtung (11), die die von der Sensoreinrichtung (8, 9) generierten Signale entgegen nimmt und in Abhängigkeit von diesen die Stelleinrichtung (7) zwecks gezielter Veränderung des Durchflusswiderstands ansteuert, und mit einer Überwachungseinrichtung (12), zu der gehören: eine Speichereinrichtung (14) zur Abspeicherung von Daten, zu denen instandhaltungsbezogene Daten (D_IH, D_II) gehören, die für den Zeitpunkt einer angestrebten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnend sind, Eingabemittel (28), die zur Eingabe der instandhaltungsbezogenen Daten (D_IH, D_II) dienen, um diese gemäß dem Alter, dem aktuellen Verschleißzustand, dem Nutzungsgrad und/oder den Betriebsbedingungen der Durchflussarmatureinheit (4) festzulegen und in der Speichereinrichtung (14) abzuspeichern, eine Verarbeitungseinrichtung (17), die vorgegebene Logikelemente (23) aufweist, um die instandhaltungsbezogenen Daten (D_IH, D_II) aus der Speichereinrichtung (14) auszulesen und diese Daten (D_IH, D_II) zu verarbeiten, um zu bestimmen, ob der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt, und eine Signalisierungseinrichtung (18), die dazu dient, in dem Fall, wenn die Verarbeitungseinrichtung (17) feststellt, dass der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt, ein Warnsignal auszugeben.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den instandhaltungsbezogenen Daten ein Istwert, der für Zeitpunkt der Inbetriebnahme und/oder der letzten Instandhaltung der Durchflussarmatur kennzeichnend ist, sowie ein Sollwert (D_IH, D_II) gehören, der den Zeitpunkt der nächsten angestrebten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnet.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu den instandhaltungsbezogenen Daten ein Sollwert (D_II) gehört, der das Instandhaltungsintervall kennzeichnet.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikelemente (23) eine Dekrementierlogik (38) enthalten, um den Wert (D_II), der das Instandhaltungsintervall kennzeichnet, zu vorgegebenen Zeitpunkten um einen vorgegebenen Betrag zu reduzieren und mit einem Grenzwert (G) zu vergleichen, bei dessen Erreichen der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltung als erreicht gilt.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikelemente (23) eine Vergleicherlogik (33) aufweisen, um den Wert (D_IH), der für den Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltung kennzeichnend ist, mit einem Datum zu vergleichen, das das aktuelle Kalenderdatum kenn zeichnet.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungseinrichtung (18) eine optische Anzeige (20, 21) enthält.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungseinrichtung (18) ein akustisches Warnsignal ausgibt.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungseinrichtung (18) ein Warnsignal generiert, das zu einer Warte eines Prozessleitsystems oder einer zugehörigen Instandhaltungsstelle übertragen wird.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Überwachungseinrichtung (12) ferner eine Diagnoseeinrichtung gehört, die dazu eingerichtet ist, eingetretene oder sich anbahnende Verschleißerscheinungen an der Durchflussarmatur (5) und/oder der Sensoreinrichtung (8, 9) und/oder Schäden in einer Anlage (1), in der die Durchflussarmatureinheit (4) eingebaut ist, zu erkennen und bekannt zu geben.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) und die Überwachungseinrichtung (12) Teil einer gemeinsamen Rechnereinheit, vorzugsweise einer auf einem digitalen Signalprozessor (24) basierenden Mikrorechnereinheit (6) sind.
Durchflussarmatureinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (6) räumlich von der Durchflussarmatur (5) getrennt angeordnet ist.
Verfahren zur Betriebsüberwachung einer Durchflussarmatur (5), die in einem Regelkreis (2) zur Regelung wenigstens eines Betriebsparameters (T, p) eines durch die Durchflussarmatur (5) geführten Heizmediums enthalten ist und die eine Überwachungseinrichtung (12) mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Daten, eine Speichereinrichtung (14) zur Abspeicherung dieser Daten und eine Verarbeitungseinrichtung (17) zur Verarbeitung dieser Daten aufweist, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören, wonach: instandhaltungsbezogene Daten (D_IH, D_II), die für den Zeitpunkt einer angestrebten Instandhaltungsmaßnahme kennzeichnend sind, gemäß dem Alter, dem aktuellen Verschleißzustand, dem Nutzungsgrad und/oder den Betriebsbedingungen der Durchflussarmatur (5) festgelegt werden, die instandhaltungsbezogenen Daten (D_IH, D_II) mittels der Eingabeeinrichtung (28) eingegeben und in einer Speichereinrichtung (14) abgespeichert werden, die instandhaltungsbezogenen Daten (D_IH, D_II) im Betrieb verarbeitet werden, um zu bestimmen, ob der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt, und in dem Fall, wenn der Zeitpunkt der angestrebten Instandhaltungsmaßnahme als erreicht gilt, ein Warnsignal über eine Signalisierungseinrichtung (18) ausgeben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Daten, die für den Zeitpunkt der Inbetriebnahme oder der letzten Instandhaltung der Durchflussarmatur (5) kennzeichnend sind, und/oder den Zeitpunkt der nächsten Instandhaltungsmaßnahme oder das Instandhaltungsintervall kennzeichnende Daten abgespeichert und verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die instandhaltungsbezogenen Daten in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Durchflussarmatur (5) festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem zusätzlich auch die durchzuführenden Instandhaltungsmaßnahmen und/oder Prüfbedingungen und/oder Prüfkenngrößen, insbesondere die Wanddicke der Durchflussarmatur im Neuzustand, mit abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Teil eines auf einem Computer, insbesondere einem Mikrorechner (6), ablauffähigen Programms zur Steuerung bzw. Regelung der Durchflussarmatur (5) ist.