DE1908607A1 - Stellantrieb - Google Patents

Description

Bes chreibung zum Patentgesuch

der Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft« Winterthur / Schweiz

betreffend:

"Stellantrieb"

sssssssssssssss

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem Asynchronmotor, der ein Stellglied, z.B. ein Ventil, antreibt und über erste Schaltmittel in der einen sowie über zweite Schaltmittel in der anderen Drehrichtung betrieben werden kann, wobei eine auf Überstrom ansprechende Meßeinrichtung für den Motorstrom vorhanden ist, die auf Schaltmittel zum Ausschalten des Motorstromes einwirkt.

Bei Stellantrieben, die ein mechanisches Stellglied, z.B. ein Ventil in einer Leitung einer Dampfkraftanlage, einstellen, erfordern die Stellungsgeber für die Stellung des Stellgliedes, - z.B. die bekannten, zum Schutz der mechanischen Teile notwendigen, mechanisch durch die bewegten Teile des Stellgliedes ausgelösten Endschalter - einen erheblichen Aufwand» Weiterhin bereitet ihre genaue Einstellung Schwierigkeiten; ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind darüber hinaus sehr oft nicht ausreichend«

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Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde _s einen Stellantrieb zu schaffen, bei dem die genannten Endschalter entbehrlich sind· Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, für die Ausgabe eines Ausschaltbefehls nicht mehr die Endstellung des Stellgliedes direkt zu ermitteln, sondern dadurch anzuzeigen, daß der Mbtorstrom für den Antriebsmotor einen fest vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

Es ist zwar bekannt_f bei derartigen Antrieben Motorschutzschalter vorzusehen, die den Motor vor Öberstrombelastungen schützen und auf den Hauptschalter im Netzanschluß wirken. Abgesehen von ihrer Trägheit sind diese Schalter zur Lösung der gestellten Aufgabe deshalb nicht geeignet, weil durch sie jedes Wiedereinschalten, also auch ein Anfahren aus einer Endlage heraus in Gegenrichtung verhindert wird. Demgegenüber ist der Gegenstand der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die ansprechende Meßeinrichtung jeweils auf die der eingeschalteten Drehrichtung zugeordneten ersten oder zweiten Schaltmittel einwirkt.

Der Gegenstand der Erfindung kann für die Abschaltung in einer Endlage sowohl bei Stellantrieben mit kontinuierlich einstellbaren Stellgliedern, die mit Hilfe eines Stellungsreglers geregelt werden, als auch bei solchen mit nur zwei definierten Stellungen des Stellgliedes Verwendung finden. Vorzugsweise wird die Erfindung bei den zuletzt genannten Stellantrieben angewendet, da diese Stellantriebe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders einfach und wirtschaftlich verwirklicht werden können« Selbstverständlich können bei derartigen Stellgliedern auch Zwischenstellungen durch vorzeitige Löschung der Einschaltsignale erreicht werden.

Um während der Anlaufphase ein vorzeitiges Abschalten

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des Motors infolge des während dieser Phase erhöhten Strombedarfs zu verhindern, können Mittel vorgesehen sein, durch die der Motorstrom während der Anlaufphase für ein vorgegebenes Zeitintervall einen höheren Wert annehmen kann, ohne daß eine Abschaltung erfolgt.

Einen besonderen Schutz der bewegten Teile des Stell glieds gegen mechanische Überbeanspruchung kann man darüber hinaus erreichen, wenn Sperrmittel vorgesehen sind, die beim Abschalten des Motors durch die Strommeßeinrichtung ein Wiedereinschalten in der vorhergehenden Drehrichtung verhindern, und die durch das Einschaltsignal für den Motor in Gegenrichtung gelöscht werden·

Ist weiterhin das Stellglied derart ausgebildet, daß Zwischenstellungen durch Löschungen des Einschaltsignals eingestellt werden können, so ist es vorteilhaft, wenn in der Schaltlogik Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die nach einer Abschaltung ein Wiedereinschalten des Motors nur nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ermöglichen. Dadurch wird verhindert, daß der Motor bei fortgesetztem "Tasten" mit seinem Einschaltsignal in kurzen Zeitabständen hintereinander mit dem erhöhten Anlaufstrom belastet und damit thermisch überlastet wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, in der ein Stellantrieb für ein Ventil mit zwei de&iierten Endlagen, d.h. ein "Auf-Zu^l!-Ventil, gezeigt ist.

Der Stellantrieb besitzt einen Asynchronmotor 2, der über ein Getriebe 3 ein Ventil 4 in der Leitung 5 einstellt. Der Motor 2 ist über Leitungen 6, 7, 8, in denen

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Schaltmittel 9v und 9r sowie eine Strommeßeinrichtung 11 angeordnet sind, mit den drei Phasen R, S und T eines Drehstromnetzss 12 verbunden. Zwischen der Einrichtung 11 und dem Netzanschluß 12 kann noch ein nicht dargestellter Hauptschalter vorgesehen sein· Die Schalter 9v und 9r sind als solenoidbetätigte, mechanische Schalter dargestellt, wobei ihre Solenoide mit 13v und 13r bezeichnet sind«

Die in der Zeichnung paarweise auftretenden Elemente und Signale für eine Bewegung des Stellgliedes in Öffnungsbzw. Schließrichtung sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei durch Zusätze "v" die entsprechenden Elemente für die Öffnungsrichtung und mit dem Zusatz ^Mr" diejenigen für die Schliaßrichtung voneinander unterschieden sind.

Das Ein— und Ausschalten des Motors 2 v;ird von einer Schaltlogik 15 gesteuert, deren Signalflußbild in einer in den USA üblichen Symboldarstellung dargestellt und die in der Digitaltechnik mit bekannten Elementen ausgeführt ist. Als Signale werden in der Schaltlogik 15 durchgehend elektrische Spannungen \^rerYiSndet_e

Der Motor 2 wird durch Betätigung zweier Druckknopfschalter ±6v oder 16r eingeschaltet, durch die -von einer positiven Spannungsquelle 20 Siitschaltsignal© av ©der ar auf zwei Und-Glieder 18v bzw« 18r geführt werden«

Die Steoiamaßeinrichtusig 11 basitst für jede Phas© ■ R, S ujftd T <ä@s Drehstr&nmetssee aintSH Ksßwaadler 21, dessen Sekundärwicklung über je einen Widerstand 22 abgeschlossen ist und mit eimern Jteschluß auf um& SJizll» fesw© Beziagspotential 23 der Steuereinrichtung 25 liegt» Über Di©dea 24 werden die von den durch die Widerstände 22 fli©ß@aöea StrBraeia abhäiagigen Potentiale an de«a Mteilen 25 iss Parallelsehaltusig auf

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den Ausgang 26 der Einrichtung 11 geführt. Auf diese Weise ist der Momentanwert der an der Stelle 26a auftretenden Spannung U26 gleich dem Maximalwert- der in jedem Augenblick in den Leitern 6, 7 und 8 fließenden Ströme, Das Potential U26 an der Stelle 26a bildet das Ausgangssignal c der Meßeinrichtung 11. Aufgabe und Wirkungsweise des durch die Widerstände 27 und 28 gebildeten Spannungsteilers sowie eines damit in Verbindung stehenden, als Schalter wirkenden Transistors 29 werden später beschrieben.

Das Signal c, das erfindungsgemäß als Ausschaltsignal für das Ausschalten des Motors 2 nach Einlaufen des Ventils 4 in eine der beiden Endstellungen dient, wird als Eingangssignal einem Trigger 30 zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal d entsteht, sobald das positive Signal e ein zweites, negatives Eingangssignal e, das einen fest eingestellten Soliwert für den maximal zulässigen Strom I „ durch den Motor 2 wiedergibt, übersteigt.

Ein derartiges Ansteigen des Motorstromes tritt immer dann auf, wenn das von ihm angetriebene Stellglied stazic abgebremst wird₉ also entweder beim Erreichen der beiden Endställungen des Stellgliedes oder bei Störungen. Bas erfindungsgemäß erzeugte Signal d kann daher in bekannter Weise auch als Sicherheitssignal für das Abschalten des Motors 2 bei Störungen dienen, z.B. wenn die Endstellung des Ventils 4 in Schiießrichtung wegen eines zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz eingeklemmten Fremdkörpers nicht erreicht werden kann.

Das Ausgangssignal d des Triggers 30 gelangt auf awei Ünd-Glieder 31v und 31r, denen als weitere Fortschaltbedingungen entweder die Einschaltbefehle av für das Einschalten in Öffnungsrichtung (Und-Glied 3Iv) oder ar für

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das Einschalten in Schließrichtung (Und-Glied 3Ir) aufgeschaltet werden.

Wie die Zeichnung zeigt, sind von dem Trigger 30 ab die Und-Glieder 31 sowie die weiteren Elemente der Schaltlogik 15 bis auf wenige Ausnahmen_? die besonders beschrieben werden, jeweils paarweise vorhanden. Es erscheint daher zweckmäßig, eine genaue Beschreibung nur für den einen Signalstrang, der ein Ein- und Ausschalten in Öffnungsrichtung bewirkt, zu geben. Die Wirkungsweise des anderen Signale-Strangs ergibt sich dann analog mit Hilfe einer Vertauschung der für das Schalten in einer bestimmten Richtung spezifischen Signale. So entspricht z.B. der Einschaltbedingung av am Und-Glied 31v die Einschaltbsdingung ar am Und-Glied 3Ir usw..

In Signalflußrichtung folgt auf das Und-Glied 3Iv ein Speicher 32V₁ der eine definierte Einschaltlage besitste Dieser Speicher wird realisiert durch eine bistabile Kippschaltung bekannter Bauart, die außer bei Anstehen eines Signals an ihrem Eingang A auch beim Einschalten ihrer Speisespannung in die dargestellte Grundoder Einschaltlage kippt.

Neben seinem Eingang A besitzt der Speicher 32v zwar einen zweiten Eingang B, jedoch nur ein@n Ausgang S# An diesem tritt ein Signal gv auf, sobald tcx Speeches' 32v durch Einschalten der Speisespannung oder durch ein Signal ar am Eingang A in seine dargestellte Stellung gekippt" ist.

Wird dieser Speicher 32v jedoch durch das Ausgangssignal fv des Und-Gliedes 31v an seinem Eingang B in die andere Lage gekippt, so verschwindet sein Ausgaagssignal gv am Ausgang X und darait ®1κβ der Fortschaltbedingungen

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am Und-Glied 18v. Da das Und-Glied 18v an seinem Ausgang den Schaltbefehl hv für den Schalter 33v weitergibt, der seinerseits den Strom durch das Solenoid 13v und damit den Schalter 9v für das Laufen des Motors in Öffnungsrichtung einschaltet, stellt das Verschwinden des Signals gv erfindungsgemäß den Ausschalt&efehl für den Motor 2 in der genannten Richtung dar» Bei Anstehen des Signals av am Und-Glied.31v bewirkt also das Auftreten des Signals d und damit das Auftreten eines Überstromes in den Leitungen 6 bis 8 die gewünschte Abschaltung des Motors 2 in seiner A Stellung "offen".

Die Maßnahme, daß der Speicher 32v nur durch ein Signal ar, also durch einen Einschaltbefehl für die Schließrichtung, in seine Grundstellung zurückgekippt wird und erst damit die am Und-Glied 18v notwendige Fortschal tbedingung gv für den Einschaltbefehl in Öffnungsrichtung ansteht, dient als Sperrmittel, das bei Abschalten des Motors durch die Stronnmeßeinrichtung 11 ein Wiedereinschalten in der vorhergehenden Drehrichtung verhindert. Diese Sperrmittel werden durch das Einschaltsignal ar für das Anlaufen in Gegenrichtung freigegeben.

Dem Und-Glieö 13v werden noch zwei weitere Portschal tbedingungen zugeführt, die zusammen mit den Signalen av und gv anstehen müssen, ehe am Ausgang des Und-Gliedes 18v ein Signal Siv erscheint? die eine dieser zusätzlichen Bedingungen wird aus dawn Signal hr, also aus dem Einschaltbefehl für das Einschalten der Schalter 33r und 9r bein Anfahren des Motors in Schließrichtung gebildet« Das genannt® Signal hr wird dabei in einem Nicht-Glied 34v invertiert und als Signal hr («'nicht hr" oder "hr quer") auf das Uß&~©lied 18v geführt. Ein Anstehan dieses Signals hr an dem Und-Glied 18v zeigt an, '

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daß kein Einschaltbefehl für den Motor 2 in Schließrichtung vorliegt» Es wird daher durch dieses Signal hF gewährleistet, daß nicht gleichzeitig sich widersprechende Einschaltsignale h für beide Drehrichtungen gegeben werden können.

Die letzte der vier gezeigten Fortschaltbedingungen am Und-Glied 18v wird von einem Zeitglied 35 als dessen Ausgangssignal k erzeugt, das wie die Zeichnung zeigt, in gleicher Weise auf das Und-Glied 18r wirkt, also auch dort eine der Fortschaltbedingungen bildet.

Das Zeitglied 35, das durch eine mono-stabile Kippschaltung bekannter Bauart realisiert ist, erzeugt bei Anstehen eines Signals m an seinem Eingang ein Ausgangssignal k. Verschwindet sein Eingangssignal m, so verschwindet sein Ausgangssignal k ebenfalls, tritt jedoch nach einem durch die Größe eines in der Kippschaltung enthaltenen RC-Gliedes bestimmten Zeitintervall auch bei fehlendem Eingangssignal m wieder auf.

Wird also ein Einschaltbefehl a gegeben^ehe das Signal k nach äner Abschaltung, also nach einenteVe.rschwinden von m, wieder auftritt, so wird die Einschaltung, bis zum Ablauf des Zeitintervalls verzögert. Dieses ist dabei so gewählt, daß der Motor 2 nach einem Abschalten durch Verschwinden des Einschaltbefehls a — also nicht durch die Einrichtung 11 - mindestens annähernd bis zum Stillstand gekommen ist. Nach Ablauf des Zeitintervalls wird der Motor bei Anstehen eines Signals a angeschaltet, es tritt dann wiederum am Eingang des Zeitgliedes 35 ein Signal m auf, ohne daß sich vor der' nächsten Abschaltung an seinem Ausgangssignal k etwas ändert«

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Das Anstehen des Signals k realisiert damit die Einschal tbedingung, daß der Motor 2 nach einer Abschaltung erst mit einer bestimmten Verzögerung wieder eingeschaltet werden kann. Das Zeitglied 35 verhindert also, wie bereits erwähnt, ein "Tasten" in kurzen Zeitintervallen mit den Einschaltsignalen h mit Hilfe der entsprechenden Druckknopfschalter 16. Im Symbol 35 der Zeichnung sind in Abhängigkeit von der Zeit t die Verläufe des Eingangssignals m und des Ausgangssignals k des Zeitgliedes dargestellt.

Das Signal m wird als Ausgangssignal eines Oder-Gliedes 36 gebildet, wenn an dessen Eingang einer der Einschaltbefehle hv und hr für die Schalter 33 ansteht.

Weiterhin gelangt das Signal m auf ein zweites Zeitglied 37. Auch dieses wird durch eine mono-stabile Kippschaltung realisiert. Es ist zu dem vorher genannten Zeitglied 35 komplementär ausgebildet und besitzt eine andere, in diesem Fall kürzere, Zeitkonstante. Die Bezeichnung "komplementär" bedeutet, daß nicht bei Abschalten des Eingangssignals m das Ausgangssignal, das mit ρ bezeichnet ist, für eine bestimmte Zeit auch verschwindet, sondern daß bei Auftreten von m für eine bestimmte Zeitspanne ein Aus- " gangssignal ρ auftritt, das bei vorhandenem Eingangssignal m nach einer bestimmten Zeit wieder verschwindet. In der Zeichnung sind in dem Symbol 37 in Abhängigkeit von der Zeit t ebenfalls wieder die Verläufe des Eingangssignals m und des Ausgangssignals ρ des Zeitgliedee 37 eingetragen.

Das Signal ρ wirkt über einen Ohmschen Widerstand 38 auf die Basis des Transistors 29 und macht diesen für die Zeitdauer des Signals ρ leitend. Dadurch wird für die Zeit der Impulsdauer des Ausgangssignals ρ des Zeit gliedes 37 das Signal c durch den Spannungsteiler 27 und 28 im Verhältnis dieser Widerstände geteilt, so daß für

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diese Zeltdauer das Eingangssignal c des Triggers 30 künstlich erniedrigt ist· Damit wird sichergestellt, daß während der Anlaufphase ein während dieser Phase benötigter, den eingestellten Sollwert !___ um einen bestimmten Betrag übersteigender Strom durch den Motor 2 fließen kann.

Es sei nochmals betont, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel des Stellgliedes mit lediglich zwei definierten Stellungen beschränkt ist, sondern ebenso bei kontinuierlich regelbaren Stellgliedern Verwendung finden kann, bei denen mit Hilfe eines Stellungsgebers für die Stellung des Stellgliedes jede beliebige definierte Stellung zwischen den beiden Endstellungen eingestellt werden kann· Darüber hinaus ist es möglich, die Schaltlogik 15 auch als Steuerung in Analogtechnik auszuführen oder den Asynchronmotor mit Ein- oder Zweiphasen-Wechselstrom statt mit Drehstrom zu betreiben.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (l·) Stellantrieb mit einem Asynchronmotor, der ein Stellglied, z.B· ein Ventil, antreibt und über erste Schaltmittel in der einen sowie über zweite Schaltmittel in der anderen Drehrichtung betrieben werden kann, wobei eine auf Überstrom ansprechende Meßeinrichtung für den Motorstrom ä vorhanden ist, die auf Schaltmittel zum Ausschalten des Motorstromes einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die ansprechende Meßeinrichtung (11) auf die der jeweils eingeschalteten Drehrichtung zugeordneten ersten oder zweiten Schaltmittel (9v oder 9r> einwirkt»

   2, Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (27,28,29,37 und 38) vorgesehen sind, durch die der Motorstrom während der Anlaufphase für ein vorgegebenes Zeitintervall einen höheren Wert annehmen kann, ohne daß eine Abschaltung erfolgt»

   3, Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- f net, daß Sperrmittel (32) vorgesehen sind, die bei Abschalten des Motors (2) durch die Strommeßeinrichtung (11) ein Wiedereinschalten in der vorhergehenden Drehrichtung verhindern und die durch das Einschaltsignal für den Motor (2) in Gegenrichtung gelöscht werden·

   4, Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltlogik Verzögerungsmittel (35) vorgesehen sind, die nach einer Abschaltung ein Wiedereinschalten des Motors (2) erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ermöglichen»

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