DE19516887C2 - PC-geführte Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beein­ flussung einer in einer Rohrleitung geführten Strömung eines Wärmeträgers bei einem Wärmesystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei vielen Prozessen, bspw. bei der Fernwärmeüber­ tragung, bei der Fernwärmenutzung in chemischen Prozessen, bei der Herstellung von Kunstfasern usw., sind häufig weit verzweigte Rohrleitungsnetze mit einer Vielzahl von Schie­ bern, Klappen und Ventilen vorhanden, die mittels Stell­ motoren von einer zentralen Steuerwarte aus betätigt werden. Die Ventile sind in der Regel mit einem Stellungs­ geber versehen, der die aktuelle Stellung des Ventils oder der Klappe an die zentrale Steuerwarte meldet, wenigstens aber eine Endabschaltung realisiert. Als Stellungsgeber werden Weggeber verwendet, bei denen bspw. die Bewegung des betreffenden Ventilverschlußgliedes oder der Klappe mittels eines Potentiometers in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Zur Anpassung der Bewegung des Stellmo­ tors, des Ventilverschlußgliedes oder der Klappe an den Arbeitsbereich des Potentiometers werden kleine Getriebe verwendet, die bspw. die Hubbewegung des Ventilverschluß­ gliedes in eine Drehbewegung umwandeln. Die Getriebe die­ nen der Anpassung, bspw. einer 90°-Bewegung einer Klappe oder einer entsprechenden Hubbewegung von bspw. 22 mm, wie sie bei vielen Ventilen üblich ist, an den betreffenden zu verwendenden Wegaufnehmer. Die Bereitstellung entsprechen­ der Getriebe stellt einen spürbaren Kostenfaktor bei der Erstellung größerer Systeme oder Anlagen dar.

Die Stellungsgeber sind elektromechanische Teile, die insbesondere bei rauheren Betriebsbedingungen wie sie in Folge häufiger Temperaturänderungen, in korrosiven Atmo­ sphären oder bei anderweitigem chemischen Angriff einem spürbaren Verschleiß unterworfen sind. Der Ausfall von Stellungsgebern oder diese treibenden Getrieben kann in der Praxis relativ unangenehme Folgen haben. Bei nicht erkannten Fehlern kann der zu steuernde Prozeß bspw. außer Kontrolle geraten, oder die Effizienz des betreffenden Systems leidet. Ein anderer Aspekt sind die häufig beacht­ lichen Reparaturkosten, wenn die betreffenden, mit den Stellungsgebern versehenen Ventile, wie in der Technik häufig anzutreffen, in großer Höhe, an verwinkelten oder anderweitig unzugänglichen Stellen eingebaut sind.

Die in der Praxis verwendeten Stellantriebe zur Betätigung von Ventilen oder Klappen, die zur Beeinflus­ sung einer Strömung in einer Rohrleitung vorgesehen sind, sind unabhängig davon, ob sie lediglich eine Auf-Zu-Funk­ tion ausführen oder eine proportionale Einstellung er­ möglichen sollen, mit Endlagenschaltern versehen, die eine Beschädigung des Ventiles durch den Stellmotor zu verhin­ dern haben. Fast alle mit Endlagenschalter versehenen Stellantriebe haben zusätzlich Tellerfedern zwischen ihrer Antriebsspindel und ihrem Getriebe. Wenn das Ventil mit der vorbestimmten Stellkraft von bspw. 2000 N in die Schließ- oder Offenstellung fährt, werden die entsprechend auf 2000 N dimensionierten Tellerfedern zusammengedrückt und ergeben eine Bewegung mit einem Weg von ca. 2 mm. Der Weg genügt, um die entsprechend vorgesehenen Endschalter zu betätigen, die den Strom für den Stellmotor unterbre­ chen. Bei Ausfall eines Endschalters treibt der Stell­ antrieb das Ventilverschlußglied, d. h. die Spindel jedoch so in den Sitz, daß Sitz und Ventilverschlußglied beschä­ digt werden oder sogar die Spindel verbogen wird.

Ein ähnliches Problem stellen ausfallende Stellungs­ geber dar, die erforderlich sind, wenn Zwischenwerte eingestellt werden sollen. Stellungsgeber liefern ein den Ist-Wert für Regelschleifen, die das Ventil einstellen sollen. Die sich bei Ausfall des Stellungsgeber einstel­ lende Fehlfunktion der Regelschleife kann zu gefährlichen Zuständen an der betreffenden Anlage und unter Umständen zu Zerstörungen führen.

Die Wartung und der Ersatz von Stellungsgebern oder anderweitiger elektromechanischer Teile, wie Endschalter oder dergl., ist insbesondere bei unzugänglich eingebauten Ventilen aufwendig und teuer.

Aus der US-PS 5.152.308 ist ein motorbetätigtes Ventil bekannt, bei dem der Motor von einer elektrischen Positioniereinheit betätigt wird. Zu dieser gehört ein mit dem Motor verbundenes Potentiometer, das als Stellungs­ geber dient. Ein mit einem nicht flüchtigen Speicher zusammenwirkender Mikroprozessor erfaßt die Potentiometer­ position und steuert den Motor entsprechend nach.

Zusätzlich ist eine Überwachung des Motorstroms vorgesehen, um die Endlagen des Motors erkennen zu können. Für den Zwischenbereich werden die Daten über die Motorpo­ sition bzw. die Ventilstellung jedoch von dem Potentiome­ ter geliefert, was Fehlermöglichkeiten in sich birgt.

Aus der DE 37 03 478 A1 ist ein Drehantrieb für ein Ventil bekannt, der zwischen seinem Antriebsmotor und dem Ventil ein Losreißgetriebe aufweist. Dieses erbringt eine hohe Untersetzung in den Endstellungen und eine niedrigere in Mittelstellungen. Dies dient der Überwindung der erhöh­ ten Festreibung in den Endstellungen des Ventils. Das ist erforderlich, weil der Motor im Schnellgang bis zur Bloc­ kierung in seine jeweilige Endstellung gefahren und erst dann ausgeschaltet wird. Damit kann das Ventil in seinen Endstellungen regelrecht festgezogen werden. Um es in Gegenrichtung betätigen zu können, sind große Drehmomente erforderlich die durch die vergrößerte Untersetzung er­ bracht werden.

Positionserfassende Elemente sind insbesondere für Zwischenpositionen nicht vorgesehen.

Aus der GB-2225415A ist ein Fluidsteuerventil be­ kannt, bei dem der Stellmotor nicht untersetzt ist. Der Stellmotor treibt die Ventilspindel über eine Kupplungs­ einrichtung an. Der Stellmotor ist als Schrittmotor ausge­ bildet und mit einem Computer verbunden. Zu gezielten Einstellung von Zwischenpositionen kann bedarfsweise ein Positionssensor vorgesehen werden, der dem Computer die Ist-Position der Ventilspindel meldet. Außerdem sind Endschalter zur Begrenzung des Bewegungsbereichs vorgese­ hen.

Sensoren und Endschalter können die Betriebssicher­ heit beeinflußen.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine fernsteuerbare Einrichtung zur Beeinflussung einer in einer Rohrleitung geführten Strömung eines fluiden Mediums zu schaffen, die robust ist und die kostengünstig her­ stellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Einrichtung weist wenigstens ein Ventil, eine Klappe, einen Schieber oder eine anderweitige Vorrichtung auf, deren Durchströmungswiderstand mechanisch durch Lageänderung eines Verschlußelementes einstellbar ist. Dieses Verschlußelement ist mechanisch mit dem Antrieb eines Schrittmotors verbunden, der seinerseits von einem bspw. in einer zentralen Prozeßleitstelle aufgestellten Rechner gesteuert ist. Ausgehend von einer Anfangsposition kann der Rechner auch ohne Lagerückmeldung durch Zählen der an den Schrittmotor abgegebenen Impulse und Auswertung des Zählergebnisses bestimmen, in welcher aktuellen Stel­ lung das Verschlußelement des Ventiles tatsächlich steht. Insbesondere Stellungsferngeber, Weggeber oder eine ander­ weitige, die Stellung des Verschlußelementes erfassende Einrichtung sind überflüssig. Die Verarbeitungseinheit des Rechners wird von einem Proramm gesteuert und legt den Ist-Wert der Position des Verschlußelementes in der Spei­ chereinheit ab. Der Wert wird jeweils aufgrund der an den Schrittmotor abgegebenen Befehle aktualisiert.

Aufgrund des Wegfalles von elektromechanischen Ein­ richtungen zur Stellungserfassung ist die Wahrscheinlich­ keit, daß in dem System insbesondere an den Stelleinrich­ tungen Fehler auftreten, drastisch reduziert. Das Gesamt­ system wird dadurch erheblich robuster und die Zuverläs­ sigkeit wird erhöht.

Eine höhere Betriebszuverlässigkeit der Ventil-, Schieber- oder Klappeneinrichtungen zur Steuerung von mehr oder weniger ausgedehnten Systemen verbessert gleichzeitig die Präzision der Prozeßführung, womit entsprechende Systeme effizienter betrieben werden können. Bspw. kann ein gewünschter, spezifischer Arbeitspunkt mit größerer Verläßlichkeit präzise eingehalten werden.

Darüberhinaus können die Wartungs- und Reparaturko­ sten deutlich gesenkt werden.

Der Schrittmotor, der prinzipiell ein Linearschritt­ motor sein kann, ist vorzugsweise ein drehender, d. h. rotatorischer Schrittmotor, der über ein Untersetzungs­ getriebe auf das Verschlußelement wirkt. Wenn hohe Drehmo­ mente, eine hohe Schrittfrequenz und gleichzeitig ein kleiner Schrittwinkel erforderlich ist, werden als Schrittmotoren Reluktanzschrittmotoren verwendet. Wenn hingegen polarisierte Schrittmotoren verwendet werden, weist auch der stromlose Schrittmotor ein Haltemoment auf, was bei einigen anderen Anwendungen vorteilhaft sein kann. Soll auf ein gesondertes Getriebe verzichtet werden, kommen bspw. lineare Mikroschrittmotoren oder Schritt­ motoren nach dem Taumelläuferprinzip in Frage.

Der Antrieb mittels Schrittmotor erhält eine beson­ ders hohe Dynamik, wenn der Schrittmotor ein Scheibenläu­ fermotor ist.

Das in der informationsverarbeitenden Einheit wirken­ de und über den Schrittmotor die Stellung des Verschluß­ stückes steuernde Programm kann so beschaffen sein, daß anhand der an den Schrittmotor abgegebenen Befehle in der Speichereinheit die tatsächliche Stellung des Verschluß­ stückes oder der tatsächliche Durchflußwiderstand des Ventiles oder der Klappe bestimmt werden. Wenn lediglich die tatsächliche Stellung des Verschlußstückes registriert werden soll, kann unter Umständen eine einfache Zählung der als Schrittbefehle an den Schrittmotor abgegebenen Impulse zur Datenregistrierung genügen. Soll der tatsäch­ liche Durchflußwiderstand des Ventils oder der Klappe ab mittels des zu registrierenden Wertes in dem Speicher abgebildet werden, ist zuvor eine Umrechnung anhand der speziellen Kennlinie des Ventils oder der Klappe erforder­ lich. Diese Variante hat den Vorteil, das als Kenngröße für die Beeinflussung weiterer Prozeßparameter, bspw. im Rahmen einer Regelschleife, ein von Nichtlinearitäten des Ventils oder der Klappe unabhängiger Wert zur Verfügung steht.

Darüberhinaus ist es möglich, daß die informations­ verarbeitende Einheit den Soll-Wert für die Stellung des Verschlußelementes oder für den Durchflußwert vorzugsweise im hand-shake-Verfahren an eine nachgeordnete, in der Nähe des betreffenden Ventiles befindliche Einheit gibt, die aus diesem Wert und dem Ist-Wert die Anzahl der erforder­ lichen Schritte bestimmt und die entsprechenden Impuls­ folgen an den Schrittmotor liefert. Der Ist-Wert für den Strömungswiderstand oder die Stellung des Verschlußstückes erhält diese Einheit zuvor von der Verarbeitungseinheit. Wenn die Speichereinheit des informationsverarbeitenden Systems einen nichtflüchtigen Abschnitt, wie bspw. einen Plattenspeicher, einen batteriegepufferten RAM-Bereich oder ähnliches aufweist, können die aktuellen Stellungen der Ventile auch nach zeitweiligem Abschalten des informa­ tionsverarbeitenden Systems, das vorzugsweise ein PC ist, verfügbar gemacht werden. Dies bringt den Vorteil, daß nicht nach jedem Abschalten des informationsverarbeitenden Systems oder nach jedem Stromausfall erneut eine Bestim­ mung der aktuellen Zustände und Stellungen der Ventile, Klappen, Schieber oder ähnlichen, von den Schrittmotoren bewegten Elemente vorgenommen werden muß.

Um dem informationsverarbeitenden System eine feste Bezugsstellung des Verschlußelementes verfügbar zu machen, von dem ausgehend der gesamte, in Einzelschritte aufgelö­ ste Verstellbereich des Verschlußelementes durch fort­ laufendes Registrieren der an den Schrittmotor gelieferten Befehle hinsichtlich der Position des Verschlußelementes auflösbar ist, gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten.

Die erste Möglichkeit liegt darin, für jeden Schritt­ motor einen einzigen Signalgeber zu verwenden, der ein Signal abgibt, wenn das Verschlußelement eine vorbestimmte Lage einnimmt. Dies kann sowohl eine der beiden Endlagen des Verschlußelementes, als auch eine beliebige Zwischen­ stellung sein. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei jedem Durchlaufen durch die oder Erreichen der Differenzlage ein Abgleich des in dem informationsver­ arbeitenden System registrierten Wertes mit dem tatsächli­ chen Ist-Wert erfolgen kann. Auf diese Weise können unter Umständen eingetretene Schrittfehler des Schrittmotors eliminiert werden.

Eine andere Möglichkeit liegt darin, den Schrittmotor zu wählbaren Zeitpunkten mit einer Impulsfolge zu beauf­ schlagen, die einer Schrittzahl entspricht, die größer ist, als die Gesamtschrittzahl des Verstellbereiches des Verschlußelementes. Dies führt dazu, daß der Schrittmotor in eine seiner Endlagen fährt, dort blockiert und die folgenden Schrittimpulse in der gleichen Drehrichtung nicht ausführt. Dies sind gewissermaßen bewußt herbei geführte Schrittfehler. Als Extremstellung wird dabei jeweils die sichere Stellung des betroffenen Ventils oder Schiebers, bzw. der Klappe verwendet. Das ist die (Offen- oder Schließ-) Stellung, bei der in der betreffenden Anlage keine gefährlichen Zustände auftreten. Wenn die betreffende Impulsfolge zu Ende ist, befinden sich alle Schrittmotoren des Systems in einer definierten Lage, von der ausgehend durch einfaches Registrieren der an den betreffenden Schrittmotor abgegebenen Befehle dessen tatsächliche Stellung bestimmt werden kann.

Die Abgleichprozedur kann in festen Zeitabständen, jeweils bei Systemstart oder jeweils dann erfolgen, wenn aufgrund von Systemreaktionen zu vermuten ist, daß bei einem oder mehreren Schrittmotoren Schrittfehler aufgelau­ fen sind, was bedeutet, daß der in der Speichereinheit registrierte Wert mit dem Ist-Wert nicht mehr überein­ stimmt.

Das oben genannte feste Zeitregime zur Überführung der Ventile, Klappen oder ähnlichem in die jeweilige Referenzstellung, die entweder durch einen Signalgeber bestimmt ist oder die, wie dargelegt, eine der Endlagen des Verschlußelementes ist, wird sichergestellt, daß jedes Ventil des Systems in festem Zeitplan wenigstens einmal bewegt wird. Dadurch wird es, insbesondere wenn Signalge­ ber zur Erkennung der Referenzlage vorgesehen sind, er­ möglicht daß ein nicht funktionsfähiges Ventil, das bspw. durch Korrosion blockiert ist, von dem informationsver­ arbeitenden System erkannt werden kann.

Bei Ausbildung des Ventils, der Klappe oder ähnlichem derart, daß das Verschlußelement bei Überführung durch den Schrittmotor in eine seiner Extremlagen nicht blockiert, wird sichergestellt, daß der Schrittmotor das Verschluß­ element mit normalem Anlaufdrehmoment aus seiner Extremla­ ge herausbewegen kann. Dies ist durch mechanische Maßnah­ men an dem betreffenden Ventil oder der Klappe, d. h. durch eine geeignete Konstruktion desselben sicherzustellen.

Es ist jedoch auch möglich, das Programm so zu ge­ stalten, das die Schrittmotoren bei Annäherung an Extrem­ lagen des Verschlußelementes mit verminderten Drehmoment arbeiten. Im übrigen sind die an den Schrittmotor zu liefernden Impulse hinsichtlich ihrer Impulsfolgefrequenz und ihrer Impulsgröße so bemessen, daß die betreffenden Schrittmotoren mit großer Wahrscheinlichkeit keine Schrittfehler machen. Darüberhinaus kann der Schrittmotor zum Herausführen aus einer Extremstellung auch zeitweilig mit Impulsen beaufschlagt werden, die ein erhöhtes Drehmo­ ment verursachen.

Zur Visualisierung des ablaufenden Prozesses kann es vorteilhaft sein, wenn die Verarbeitungseinheit aus den an den Schrittmotor gelieferten Befehlen oder den in der Speichereinheit abgelegten, registrierten Wert einen die Stellung des Steuerelementes oder einen den Durchflußwi­ derstand kennzeichnenden Wert bestimmt. Dieser kann mit­ tels der Anzeigeeinheit grafisch oder numerisch darge­ stellt werden. Das kann bspw. als Prozentwert, als Balken­ diagramm oder als anderweitige Grafik erfolgen.

Das informationsverarbeitende System kann mit wenig­ stens einem Sensor zur Bestimmung eines Prozeßparameters wie Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Stoffkon­ zentration oder ähnlichem verbunden sein. Dieses Programm kann dann die an den Schrittmotor zu liefernden Befehle anhand des erfaßten Prozeßparameters bestimmen. Auf diese Weise wird eine Regelschleife ausgebildet, die sowohl ein linearer Regler mit I-, PI- oder PID-Charakteristik als auch ein nicht linearer Regler sein. Außerdem kann das Programm die an den Schrittmotor zu liefernden Signale zusätzlich anhand über die Eingabeeinheit eingegebener Daten sowie berechneter Werte bestimmen. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn als externe Daten Ein- und Ausschalt­ zeiten, bspw. einer Heizungsanlage, Außentemperaturen oder ähnliches zu berücksichtigen sind. Außerdem können die Befehle anhand zusätzlich abgespeicherter Daten generiert werden.

Eine solche Einrichtung zur Beeinflussung einer in einer Rohrleitung geführten Strömung ist insbesondere bei Wärmeversorgungssystemen vorteilhaft verwendbar, bei denen eine größere Anzahl von Ventilen, Schiebern oder Klappen zentral zu steuern ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Wärmeversorgungssystem mit einem ferngesteu­ erten Sitzventil und einer dieses steuernden, informationsverarbeitenden Einheit in einer schematisierten, vereinfachten und ausschnitts­ weisen Darstellung,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Wärmever­ sorgungssystems nach Fig. 1 in einer aus­ schnittsweisen Prinzipdarstellung, und

Fig. 3 ein über einen Schrittmotor betätigtes Ventil eines Wärmeversorgungssystems, einer gegenüber der Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform in ausschnittsweiser Prinzipdarstellung.

Bei einem Wärmeversorgungssystem, bei dem ein von einer Quelle kommender Wärmeträger zu einem Wärmeverbrau­ cher zu leiten ist, bei dem der Wärmeträger mit anderen Medien zu mischen ist oder bei dem ähnliche Stellaufgaben durchzuführen sind, ist die in Fig. 1 dargestellte Ein­ richtung 1 vorgesehen, mit der die in einer Rohrleitung 3 geführte Strömung eines fluiden Mediums, wie bspw. Dampf, Heißwasser, Kondensat, Warmwasser oder ähnliches, beein­ flußbar ist. In die Rohrleitung 3 ist ein Sitzventil 5 eingefügt, dessen ein Verschlußelement bildender Ventilke­ gel 7 gegen einen Ventilsitz 9 in durch einen Pfeil 11 angedeuteten Richtungen bewegbar ist. Der Ventilkegel 7 ist dabei kontinuierlich verstellbar und befindet sich in Offen-Stellung, wenn er von dem Ventilsitz 9 weitestmög­ lich entfernt ist, sowie in Verschlußstellung, wenn er auf dem Ventilsitz 9 aufsitzt. Durch diese Lageänderung des Ventilkegels 7 ist der Durchströmungswiderstand des Sitz­ ventils 5 zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert (unendlich) einstellbar. Der Hub des Ventilkegels 7 in Richtung des Pfeiles 11 beträgt 22 mm.

Der Ventilkegel 7 ist über ein Getriebe 12 mit einem fünfphasigen Reluktanzschrittmotor 14 verbunden, der von einem informationsverarbeitenden System 16 gesteuert ist.

Während der Schrittmotor 14 und das in der Rohrlei­ tung 3 angeordnete Sitzventil 5 an einer durch den zu beeinflussenden technischen Prozeß vorgegebenen Stelle angeordnet sind, ist das informationsverarbeitende System 16 in einer üblicherweise weiter abliegenden Zentrale aufgestellt und mit dem Schrittmotor 14 über entsprechende Leitungen 17 verbunden. Die räumliche Trennung wird in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie symbolisiert.

Das informationsverarbeitende System 16 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit 18 auf, an die eine Spei­ chereinheit 19, eine Anzeigeeinheit 21, eine Eingabeein­ heit 23 sowie eine Ansteuereinheit 25 für den Schrittmotor 14 angeschlossen sind.

Die Speichereinheit 19 weist einen flüchtigen Bereich 27 für temporäre Daten und Programme sowie einen nicht­ flüchtigen Bereich 29 für Daten auf, die auch nach einem Abschalten des informationsverarbeitenden Systems 16 verfügbar sein müssen. Das informationsverarbeitende System 16, im einfachsten Falle ein entsprechend lei­ stungsfähiger PC, weist als flüchtigen Speicherbereich 27 seinen üblichen Arbeitsspeicher auf, wobei als nichtflüch­ tiger Bereich 29 sowohl ein batteriegepufferter RAM, als auch ein Festplattenlaufwerk oder ähnliches dient. Die Anzeigeeinheit 21 umfaßt zunächst den an dem PC ohnehin vorhandenen Monitor, wobei zusätzlich Plotter, Kurven­ schreiber, akustische und optische Warneinrichtungen und ähnliches vorgesehen sein können. Die Eingabeeinheit 23 enthält die an dem PC ohnehin vorhandene Tastatur sowie zusätzlich Schnittstellen, AD-Wandler und ähnliches zur Aufnahme externer Daten.

Sowohl die Speichereinheit 19, als auch die Anzeige­ einheit 21 und die Eingabeeinheit 23 kommunizieren mit der Verarbeitungseinheit 18 über einen entsprechenden, in Fig. 1 lediglich symbolisch angedeuteten Bus, wobei der Datan­ austausch von die Verarbeitungseinheit 18 steuernden Programmen geregelt ist. Außerdem steht die Verarbeitungs­ einheit 18 mit der Ansteuereinheit 25 in Verbindung, die von der Verarbeitungseinheit 18 gelieferte Befehle in fünfphasige Impulsfolgen für den Schrittmotor 14 umsetzt, diesen entsprechend verstärkt und auf die erforderlichen Pegel bringt und über die Leitungen 17 an den Schrittmotor 14 sendet. Wenn bspw. ein Schrittmotor mit sechsundvierzig Schritten pro Umdrehung so angesteuert werden soll, daß er drei Umdrehungen vollführt, übergibt die Verarbeitungsein­ heit 18 eine die Zahl "138" kennzeichnende Information sowie eine Drehrichtungsinformation an, die an Steuer­ einheit 25, die auf jeder Phasenleitung der Leitungen 17 138 Impulse mit der vorgegebenen Drehrichtung entsprechen­ der Phasenlage an den Schrittmotor abgibt. Bei einer entsprechenden Bemessung des Getriebes 12 kann der 22 mm Hub des Sitzventiles 5 bspw. in 22.000 Schritte aufgelöst werden, so daß eine insgesamt sehr präzise Einstellung des Sitzventiles 5 möglich ist. Die Auflösung ist dabei derart fein, daß selbst einige, normalerweise nicht vorkommende Schrittfehler des Schrittmotores zu keinen merklichen Abweichungen im Betrieb des Systems führen.

Zur Steuerung des Sitzventiles 5 anhand bspw. der in dem auf das Sitzventil 5 folgenden Abschnitt der Rohrlei­ tung 3 vorhandenen Temperatur, ist an der Rohrleitung 3 ein Temperatursensor 31 angeordnet, der über eine ent­ sprechende Leitung 33 mit der Eingabeeinheit 23 verbunden ist. Der Sensor 31 gibt ein Analogsignal ab, das von einem in der Eingabeeinheit 23 vorhandenen Analog/Digital-Um­ setzer in Daten umgesetzt wird, die von der zentralen Verarbeitungseinheit 18 verarbeitbar sind. Es können jedoch auch Sensoren verwendet werden, die regelmäßig oder bei Abfrage binär kodierte Informationen abgeben. Enthal­ ten diese Informationen sowohl Kennungen als auch Daten, können alle Sensoren eines Systems bspw. an einer gemein­ samen Leitung (party line) angeschlossen sein.

Die insoweit beschriebene Einrichtung 1 arbeitet wie folgt:

Nach dem Einschalten wird zunächst das für den Be­ trieb der Verarbeitungseinheit 18 erforderliche Programm in einen Arbeitsbereich der Speichereinheit 19 geladen. Nach einem ersten Programmstart ist die tatsächliche Stellung des Ventilkegels 7 in Bezug auf den Ventilsitz 9 zunächst unbekannt. Das Programm steuert den Schrittmotor 14 über die Ansteuereinheit 25 deshalb zunächst so an, daß der Ventilkegel 7 gegen den Ventilsitz 9 in seine ge­ schlossene Stellung überführt wird. Die von der Verarbei­ tungseinheit 18 an die Ansteuereinheit 25 übergebene Schrittzahl ist dabei so groß, daß das Sitzventil 5 un­ geachtet der Anfangsstellung in jedem Falle geschlossen wird.

Sobald der Ventilkegel 7 den Ventilsitz 9 berührt und fest auf diesem sitzt, kann der Schrittmotor 14 der über die Leitungen 17 anliegenden Impulsfolge nicht mehr folgen und bleibt stehen. Die nun noch von der Ansteuereinheit 25 kommenden Impulse werden ignoriert. Das Programm geht nun davon aus, daß das Sitzventil 5 ganz geschlossen ist und speichert einen entsprechenden Zahlenwert in dem nicht­ flüchtigen Bereich 29 der Speichereinheit 19 ab. Für das betreffende Sitzventil 5 wird eine entsprechende grafische Darstellung für die geschlossene Stellung auf der Anzeige­ einheit 21 wiedergegeben. Dies kann bspw. ein entsprechend kurzer Balken eines Balkendiagrammes sein.

Wird der das informationsverarbeitende System 16 bildende PC nun abgeschaltet, verfügt er bei erneutem Einschalten über den tatsächlichen Ist-Wert der Stellung des Ventilkegels 7, so daß keine erneute Referenzbestim­ mung vorgenommen werden muß. Soll nun bspw. das Sitzventil 5 in eine bestimmte Stellung überführt werden, um in dem auf das Sitzventil 5 folgenden Systemabschnitt eine be­ stimmte Temperatur aufzubauen oder um über die Eingabeein­ heit 23 eingegebenen Daten Rechnung zu tragen, bestimmt das Programm die erforderliche Ventilstellung und übergibt eine entsprechende Information, verbunden mit einer Infor­ mation über die Drehrichtung des Schrittmotors 14 an die Ansteuereinheit 25. Diese sendet die entsprechende Impuls­ folge an den Schrittmotor 14, der über das Getriebe 12 den Ventilkegel 7 in die gewünschte Stellung verfährt.

Wenn das den Schrittmotor 14 steuernde Programm eine Temperaturregelung bewerkstelligen soll, wertet es bspw. den von dem Temperatursensor 31 abgegebenen Temperaturwert aus, indem es die Differenz mit einem Soll-Wert bildet. Anhand dieser Differenz werden Nachstellsignale bestimmt, die über die Ansteuereinheit 25 an den Schrittmotor gege­ ben werden. Die Nachstellsignale können sowohl lediglich anhand der bestimmten Differenz bestimmt werden, was einen P-Regler ergibt, als auch anhand des zeitlichen Verlaufes der Differenz. Durch Aufsummierung (Integration) dieser Differenz bzw. durch Differenzsertion dieser Differenz kann ein PI- bzw. PID-Regler erhalten werden.

Darüberhinaus kann das Programm die Daten mehrerer in Fig. 1 nicht weiter dargestellter Sensoren verarbeiten. Es ist außerdem möglich, über die Ansteuereinheit 25 eine größere Anzahl von nicht weiter dargestellten Schritt­ motoren und entsprechenden Ventilen, Klappen, Schiebern oder ähnlichen zu steuern. Zu nicht weiter dargestellten Schrittmotoren führende Leitungen 17; sind in Fig. 1 lediglich symbolisch angedeutet.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung 1 ist in Fig. 2 ausschnittsweise dargestellt. Bei dieser Einrichtung, die mit der in Fig. 1 dargestellten Einrich­ tung weitgehend baugleich ist und deshalb insoweit die gleichen zur Kenntlichmachung mit einem a versehenen Bezugszeichen trägt, ist der Schrittmotor 14a zur Bestim­ mung einer Referenzlage mit einem entsprechenden Geber 33 versehen. Dieser Geber ist mit einer den Ventilkegel 7a mit dem Getriebe 12a verbindenden Spindel 34 verbunden und erfaßt, ob diese in einer vorgegebenen Referenzlage steht, oder nicht. Diese Information wird über eine Leitung 35 an die Eingabeeinheit 23 des informationsverarbeitenden Systems 16 gemeldet. Die Referenzlage ist im dargestellten Beispiel die Mittelstellung des Ventilkegels 7a, d. h. eine mittig zwischen seiner Offen- und seiner Schließstellung festgelegte Lage.

Sobald der Ventilkegel 7a bei einem Arbeitsspiel des Sitzventiles 5a die betreffende Referenzstellung durch­ läuft oder einnimmt, erhält die Verarbeitungseinheit 18 die entsprechende Information und gleicht dem in dem Speicherbereich 29 abgelegten Ist-Wert mit dem tatsächli­ chen Ist-Wert ab. Die Verarbeitungseinheit 18 erhält dazu von der Ansteuereinheit 25 die Information über die be­ reits ausgeführte Anzahl der angewiesenen Schritte, die mit dem in dem Speicherbereich 29 abgelegten Ist-Wert verrechnet wird, bevor dieser mit dem Referenzwert abge­ glichen wird.

Im übrigen arbeitet das in Fig. 2 dargestellte System wie das vorstehend beschriebene; lediglich der Abgleich des in dem Speicherbereich 29 abgelegten Referenzwertes ist, wie vorstehend beschrieben, unterschiedlich. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber dem System nach Fig. 1 liegt darin, daß der Abgleich des Ist-Wertes relativ häufig erfolgt, ohne daß dazu eine besondere, die Ventil­ bewegung zusätzlich beeinflussende Abgleichroutine durch­ laufen werden müßte. Das System ist deshalb besonders unempfindlich gegen Schrittfehler. Gegenüber Systemen aus dem Stand der Technik besteht der Vorteil darin, daß als Geber 33 lediglich ein einzelner Schalter Verwendung finden kann, dessen Schaltflanke die Referenzstellung kennzeichnet, wohingegen beim Stand der Technik ein Endla­ genschalter für die Offen-Stellung sowie ein Endlagen­ schalter für die Geschlossen-Stellung des betreffenden Ventils erforderlich sind.

Es ist auch möglich, die Datenübertragung zwischen der Verarbeitungseinheit 18 und der Ansteuereinheit 25 auf Einzelschritte auszulegen. In diesem Fall gibt die Ver­ arbeitungseinheit 18 nur Einzelschrittbefehle an die An­ steuereinheit 25 und erwartet die Bestätigung der Aus­ führung des betreffenden Schrittes. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß ein Signal des Gebers ohne weitere Umrechnungen mit dem in der Speichereinheit 29 mitgeschriebenen Wert verglichen werden kann.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung des in Fig. 1 darge­ stellten Systems 1 dargestellt, das ebenfalls einen fünf­ phasigen Reluktanzschrittmotor 14; aufweist, der über ein Getriebe 12b ein Ventil 5b steuert. Der Unterschied zu der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß die Ansteuereinheit 25 dezentral nahe bei dem jeweiligen zu steuernden Ventil 5b bzw. Schritt­ motor 14b angeordnet ist. Dabei ist jedem in dem System vorhandenen Schrittmotor eine entsprechende, nur für ihn zuständige Ansteuereinheit 25b zugeordnet. Die Ansteuer­ einheit 25b erhält über ein erstes Leitungsbündel 37 die erforderlichen Betriebsspannungen sowie ein Bezugspotenti­ al. Außerdem ist die Ansteuereinheit 25b über ein Lei­ tungsbündel 39 mit der Verarbeitungseinheit 18 verbunden. Weitere, nicht dargestellte Ansteuereinheiten sind pa­ rallel zu der Ansteuereinheit 25b an die Leitungsbündel 37, 39 angeschlossen. Während die entsprechenden Versor­ gungsspannungen über das Leitungsbündel 37 permanent anliegen, wird die Ansteuereinheit 25b über eine entspre­ chende, ihr zugeordnete Adresse angesprochen, wenn diese auf dem Leitungsbündel 39 erscheint. Die daraufhin gesen­ deten Daten werden als Steuerbefehl für das betreffende Sitzventil 5b interpretiert und in entsprechende Impuls­ folgen umgesetzt. Diese werden über Leitungen 17b an den Schrittmotor 14b übergeben, der die entsprechende Stell­ bewegung ausführt.

Bei dieser Anordnung können Sensoren und Schritt­ motoren gemeinsam an einen Feldbus mit paralleler oder serieller Datenübertragung angeschlossen sein, was den Installationsaufwand reduziert und die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Verdrahtungsfehlern verringert.

Anstelle der fünfphasigen Reluktanzschrittmotoren 14, 14a, 14b können permanent erregte Schrittmotoren, Line­ arschrittmotoren oder ähnliche verwendet werden.

Anstelle der Darstellung der aktuellen Stellung des Ventilkegels 7 an der Anzeigeeinheit 21 mittels Balkendia­ gramms können auch andere Darstellungen wie Kreisdiagramm usw. verwendet werden. Außerdem ist es möglich, daß die Verarbeitungseinheit 18 aus der Stellung des Ventilkegels 7 den Durchflußwiderstand des Sitzventiles 5 bestimmt und diesen grafisch darstellt. Dies gilt ebenso, wenn anstelle des Sitzventiles 5 Klappen, Schieber oder ähnliches Ver­ wendung findet. Für den Bediener des Systems ergibt sich dann insbesondere bei Ventilen mit stark nicht linearer Charakteristik ein erleichterter Überblick über das Sy­ stem.

Bei einer Einrichtung zur Beeinflussung einer Fluid­ strömung in einer Rohrleitung ist ein Ventil, eine Klappe oder ähnliches vorgesehen, die mittels eines Schrittmotors eingestellt wird. Der Schrittmotor wird von einem informa­ tionsverarbeitenden System wie bspw. einem PC oder ähn­ lichem, angesteuert, wobei die an den Schrittmotor abgege­ benen Befehle registriert und zur Lagebestimmung benutzt werden. Deshalb kann auf gesonderte Positionsgeber ver­ zichtet werden, bzw. ist es möglich, lediglich einen einzigen Geber zum Abgleich des in dem Rechner registrier­ ten Wertes mit dem Ist-Wert zu ermöglichen.

Claims (15)

1. Einrichtung (1) zur Beeinflussung einer in einer Rohrleitung (3) geführten Strömung eines Wärmeträgers bei einem Wärmesystem,
mit einer Vorrichtung (5), die in die Rohrleitung (3) einfügbar ist und deren Durchströmungswiderstand durch Lageänderung eines Verschlußelementes (7) zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert einstellbar ist,
mit einem rotatorischen Schrittmotor (14), dessen Ab­ trieb über ein eine Drehbewegung in eine Linearbewegung wandelndes Getriebemittel (Spindel 34) derart mit dem Verschlußelement (7) verbunden ist, daß die Position des Verschlußelementes (7) mittels des Schrittmotors (14) einstellbar ist,
mit einem informationsverarbeitenden System, das wenigstens einen über ein Programm gesteuerten Computer (16) enthält und das den Schrittmotor (14) steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Abtrieb des Schrittmotors (14) und dem Getriebemittel (Spindel 34) ein Untersetzungsgetriebe (12) angeordnet ist,
daß der Computer (16) eine auf einem Mikroprozessor basierende zentrale Verarbeitungseinheit (18), wenigstens eine Speichereinheit (19), eine Anzeigeeinheit (21) und eine Eingabeeinheit (23) aufweist, die miteinander ver­ bunden sind und die zusammenwirken,
wobei das Programm derart ausgelegt ist, daß die aktuelle Position des Steuerelementes (7) anhand der an den Schrittmotor (14) abgegebenen Daten bestimmbar ist, und
wobei die Speichereinheit (19) des informationsver­ arbeitenden Systems (16) einen nichtflüchtigen Abschnitt (29) aufweist, dessen Daten bei abgeschaltetem System (16) nicht verloren gehen und der zur Registrierung der an den Schrittmotor (14) abgegebenen Befehle zur Bestimmung der Position des Steuerelementes (7) eingerichtet und vor­ gesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die in ihrem Durchflußwiderstand einstellbare Vorrichtung (5) derart ausgebildet ist, daß das Verschluß­ element (7) nicht blockiert ist, wenn es von dem Schrittmotor (14) in eine Extremlage überführt worden ist, so daß es mittels des Schrittmotors aus seiner Extremstellung herausbewegt werden kann.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das informationsverarbeitende System (16) und das Programm derart beschaffen sind, daß die an den Schritt­ motor (14) abgegebenen Befehle registrierbar und anhand der so gewonnenen Daten der aktuelle Durchflußwiderstand der in die Rohrleitung (3) einfügbaren Vorrichtung (5) bestimmbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schrittmotor (14) ein Reluktanzschrittmotor ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schrittmotor (14) einen Scheibenläufer auf­ weist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die in die Rohrleitung (3) einfügbare Vorrichtung (5) mit verstellbarem Strömungswiderstand ein Sitzventil ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die in die Rohrleitung (3) einfügbare Vorrichtung (5) mit verstellbarem Strömungswiderstand eine Klappe oder ein Schieber ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Schrittmotor (14a) ein Signalgeber (33) zugeordnet ist, der ein Signal abgibt, wenn das Verschluß­ element (7a) eine vorbestimmte Lage einnimmt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Programm Maßnahmen beinhaltet, gemäß derer die Schrittmotoren (14) bei Annäherung an Extremlagen des Verschlußelementes (7) mit vermindertem Drehmoment be­ treibbar sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Programm Maßnahmen beinhaltet, gemäß derer die Schrittmotoren (14) bei Herausführung aus einer Ex­ tremlage des Verschlußelementes (7) mit erhöhtem Drehmo­ ment betreibbar sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das System (16) den Schrittmotor (14) zur Bestim­ mung eines definierten Ist-Wertes des Schrittmotores (14) und des Steuerelementes (7) mit einer Impulsfolge beauf­ schlagt, die das Steuerelement (7) in eine Extremlage überführt, so daß dieses den Schrittmotor (14) ungeachtet der zunächst weiter laufenden Impulsfolge zunächst bloc­ kiert und nach Beendigung der Impulsfolge eine definierte Stellung des Steuerelementes (7) vorhanden ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verarbeitungseinheit (18) aus den an den Schrittmotor (14) gelieferten Befehlen einen die Stellung des Steuerelementes (7) oder einen den Durchflußwiderstand kennzeichnenden Wert bestimmt und diesen mittels der Anzeigeeinheit (21) graphisch oder numerisch darstellt.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das informationsverarbeitende System (16) mit wenigstens einem Sensor (31) zur Bestimmung eines Prozeß­ parameters verbunden ist, wobei das Programm die an den Schrittmotor (14) zu liefernden Befehle anhand des erfaß­ ten Prozeßparameters bestimmt.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Programm die an den Schrittmotor (14) zu liefernden Befehle zusätzlich anhand der über die Eingabeein­ heit (23) eingegebenen Daten sowie berechneter Werte bestimmt.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Programm die an den Schrittmotor (14) zu liefernden Befehle anhand zusätzlich abgespeicherter Daten bestimmt.