DE3721065C2

DE3721065C2 - Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs

Info

Publication number: DE3721065C2
Application number: DE19873721065
Authority: DE
Inventors: Hans-Richard Mueller; Hermann Klein
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1987-06-26
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2007-06-27
Also published as: DE3721065A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs für ein Stellglied, wobei der Weg und das Drehmoment des Stellgliedes erfaßt werden und der Stellantrieb in vorbestimmten Endpositionen des Weges und/oder des Drehmoments abgeschaltet wird.

Ein Stellantrieb der vorgenannten Art ist aus der Firmendruckschrift "Elektromechanische Stellantriebe DREHMO" der Elektro-Mechanik GmbH, Wendenerhütte, bekannt.

Die Stellantriebe werden in der Weise betrieben, daß in vorbestimmten Endpositionen, die entweder durch einen zurückgelegten Weg oder bei Erreichen eines bestimmten Drehmoments vorgegeben sind, elektromechanische Schalter betätigt werden, die den Antrieb ausschalten. Mit einem derartigen Antrieb können beispielsweise Schieberventile geöffnet und geschlossen werden. Bei Verwendung von elektromechanischen Schaltern ist es sehr aufwendig, die Endlagen für den Weg oder das Drehmoment einzustellen oder in vorbestimmter Weise zu verändern. Dazu müssen immer mechanische Eingriffe in das System vorgenommen werden. Ein weiterer Nachteil der elektromechanischen Schalter ist darin zu sehen, daß sich mit ihnen bzw. bei ihrem Betrieb keine Melde- oder Überwachungsfunktionen realisieren lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs verfügbar zu machen, mit der in einfacher Weise Weg- und Drehmomentendpositionen vorgeb- und einstellbar und gleichzeitig Über wachungs- und Meldefunktionen realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Weg und das Drehmoment von jeweils einem Meßwertaufnehmer erfaßt wird, die in Abhängig keit von der Größe des Meßwertes ein analoges elektrisches Signal abgeben, daß das Wegsignal einem Weg-Grenzwertgeber und das Drehmomentsignal einem Drehmoment-Grenzwertgeber zugeführt wird, die bei Erreichen der vorbestimm ten Endpositionen digitale Signale an eine Überwachungslogik abgeben, die das Ausschalten des Stellantriebs veranlaßt.

Mit dieser Einrichtung lassen sich die Endpositionen für den Weg und das Drehmoment ohne Eingriff in das Antriebssystem vorgeben und einstellen. Mittels digitaler Signale wird das Anfahren und das Abschalten des Stell motors gesteuert. Gleichzeitig läßt sich eine Vielzahl von Störungen, wie z. B. eine Übertemperatur des Motors oder ein Leitungsbruch, erfassen und zur Überwachung des Antriebs einsetzen.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Wesen der Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung stellt ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Betrieb des Stellantriebs dar.

Der Weg und damit die Position des Stellantriebs sowie das Drehmoment werden mit getrennten Meßwertaufnehmern 3 bzw. 3′ erfaßt. Als Meßwertaufnehmer dienen Potentiometer in Leitplastik-Ausführung. Derartige Potentiometer geben über lange Zeiträume stabile und reproduzierbare Spannungen am Potentiometerabgriff ab. Eine Versorgungseinrichtung 1 liefert die Hilfs spannung für die beiden Potentiometer 3 und 3′. Der Mittenabgriff des Potentio meters wird in Abhängigkeit von dem Weg oder dem Drehmoment eingestellt, so daß die Spannung am Potentiometerabgriff ein zu dem Weg oder dem Dreh moment analoges elektrisches Signal darstellt.

Das Wegsignal wird auf eine Einstelleinrichtung 5 zur Normierung des Weges gegeben, die in Form einer Lichtwaage mit LED′s ausgebildet ist. Wird der zu normierende Wert erreicht, verlöschen beide LED′s. Die zu normierende Wegespannung wird zu dem Weg-Grenzwertgeber 9, dem Blinker 11 und dem Spannungs-Strom-Wandler 12 weitergeleitet. Über den Blinker 11 wird eine Bewegung (du/dt) des Stellantriebs erfaßt. Mittels eines Potentiometers wird das Wegsignal bei der entsprechenden mechanischen Endlage auf 100% normiert. Die Normierung des anderen End-Anschlags des Stellgeräts, nämlich die Normierung des Nullpunkts (Null % Weg), geschieht automatisch durch Fahren des Stellantriebs in die "ZU"-Richtung des Stellgliedes, wobei der elektrische Nullpunkt mit dem mechanischen Nullpunkt zur Deckung gebracht wird.

In gleicher Weise erfolgt die Normierung des Drehmoments mit der Einstelleinrichtung 6. Die 100%-Normierung läßt sich auch hier in einfacher Weise mittels einer aus zwei LED′s gebildeten Lichtwaage durchführen. Wird der zu normierende Wert erreicht, verlöschen beide LED′s. Das normierte Drehmomentsignal wird dem Drehmoment- Grenzwertgeber 10 zugeführt. Mit dem Weg-Grenzwertgeber lassen sich die Weg-Schaltpunkte für die "ZU"-Stellung und die "AUF"-Stellung des Stellglieds im Bereich von 0 bis 5% bzw. 95 bis 100% einstellen. Mit dem Drehmoment-Grenzwertgeber können die entsprechenden Drehmoment- Schaltpunkte eingestellt werden, die bei den End-Stellungen des Stellglieds auftreten sollen. Die Ausgangssignale der Grenzwertgeber 9 und 10 werden einer programmierbaren Überwachungslogik 14 zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Programmierung der Überwachungslogik 14 durch Drahtbrücken an den Anschlußpunkten 16 möglich. Auf diese Weise kann die Art der Abschaltung programmiert werden, und zwar, ob Weg- oder Drehmoment richtungsabhängig abgeschaltet werden sollen.

Bei kleinem Lastmoment und großem Schwungmoment (mD2) ergibt sich ein großer Nachlauf des Motors. Um einen derartigen Nachlauf zu korrigieren, ist eine Nachlaufeinrichtung 8 vorgesehen, mit welcher der Weg- Abschaltpunkt vorverlegt werden kann.

Auf den Eingang der Nachlaufeinrichtung 8 wird das Drehmomentsignal gegeben, während der Ausgang der Nachlaufeinrichtung 8 mit einem weiteren Eingang des Weg-Grenzwertgebers 9 verbunden ist. Die Nachlaufeinrichtung ist so ausgelegt, daß die Vorverlegung des Weg- Abschaltpunktes umgekehrt proportional zum Lastmoment erfolgt. Je geringer das Lastmoment ist, umso mehr muß der Abschaltpunkt vorverlegt werden. Anstelle der Nachlaufeinrichtung 8 kann zur Nachlaufkorrektur auch eine Differenzier-Schaltung 21 eingesetzt werden, deren Ausgang auf einen weiteren Eingang des Weg-Grenzwertgebers 9 führt. Mit der Differenzier- Schaltung 21 wird ein Voreilen der Wegspannung erzielt. Durch eine entsprechend geschaltete Differenzier-Schaltung 21 läßt sich ein Voreilen der zum Drehmoment proportionalen Spannung erzielen. Für beide Differenzierschaltungen gilt:
Je kürzer der Stellweg des Antriebs, desto größer ist der prozentuale Nachlauf, d. h. je kürzer die Stellzeit des Antriebs, desto größer muß die voreilende Spannung sein.

Zur Erfassung von Fehlern ist noch eine Störmeldelogik 15 vorgesehen. Dem Ausführungsbeispiel lassen sich mit dieser Störmeldelogik in Verbindung mit der Auswerteelektronik 2 für eine Drahtbruchüberwachung auch Leitungsbrüche erfassen. Ferner ist eine Überwachung der Motortemperatur mittels eines Kaltleiters 4 vorgesehen, der mit einer Überwachung 7 verbunden ist. Auch die Störmeldelogik läßt sich programmierbar ausführen. Im Ausführungsbeispiel sind Anschlußklemmen 17 vorgesehen, die mittels Drahtbrücken überbrückt werden können. Damit läßt sich erreichen, daß richtungsabhängig während der Anfahrphase die Drehmomentschaltung zeitlich außer Kraft gesetzt wird, um mit maximal möglichem Anlaufmoment anfahren zu können. Eine derartige Betriebsweise ist bei festsitzenden Armaturen erforderlich.

Die Überwachungslogik 14 hat zwei Ausgänge und die Störmeldelogik 15 einen Ausgang, die jeweils ein digitales Signal abgeben können.

Diese Signale werden über die Verstärker 18, 19 und 20 verstärkt und störfest ausgegeben. Die digitalen Signale beziehen sich auf: Freigabe auf, Freigabe zu und Funktion o. k. Mit diesen Signalen können acht Zustände des Antriebs gemeldet werden. In dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die folgenden Meldungen:

- Fahren in Auf- oder Zu-Richtung möglich; Antrieb o. k.
- Antrieb in Zu-Stellung; Abschaltung o. k.
- Übertemperatur des Motors
- falsche Abschaltung in Auf-Richtung; Stellglied noch nicht in Auf-Stellung
- Antrieb sitzt in einer Endlage fest oder Unterbrechung des Meßwertauf nehmers für das Drehmoment
- Antrieb sitzt in einer Endlage fest oder Unterbrechung des Meßwertauf nehmers für den Weg; keine Versorgungsspannung oder Leitungsunter brechung.

Für die Differenzierung der beiden letzten Meldungen muß noch die Weg information herangezogen werden. Dazu dient ein Spannungs-Strom-Wandler 12, der das Wegsignal in einen eingeprägten Strom von 4 bis 20 mA umwandelt. Für andere Zwecke kann es auch erforderlich sein, einen entsprechenden Stromwert für das Drehmoment vorliegen zu haben. Dazu dient der Span nungs-Strom-Wandler 13, der das Drehmomentsignal in einen eingeprägten Strom umwandelt.

Claims

1. Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs für ein Stellglied, wobei der Weg und das Drehmoment des Stellgliedes erfaßt werden und der Stellantrieb in vorbestimmten Endpositionen des Weges und/oder des Drehmoments abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Weg und das Drehmoment von jeweils einem Meßwertaufneh mer (3, 3′) erfaßt werden, die in Abhängigkeit von der Größe des Meßwertes ein analoges elektrisches Signal abgeben,
daß das Wegsignal einem Weg-Grenzwertgeber (9) und das Drehmoment signal einem Drehmoment-Grenzwertgeber (10) zugeführt wird, die bei Erreichen der vorbestimmten Endpositionen des Stellgliedes digitale Signale an eine Überwachungslogik (14) abgeben, die das Ausschalten des Stellantriebs veranlaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (3, 3′) Potentiometer sind, an die eine Hilfsspannung angelegt ist und deren Mittenabgriff in Abhängigkeit von dem Weg bzw. dem Drehmoment positioniert ist, wobei die zwischen dem Mittenabgriff und einem Endabgriff anstehende Spannung das analoge elektrische Signal bildet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabgriff bzw. die Schleiferstellung der Potentiometer proportional zum Weg bzw. Drehmoment ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer ein Leitplastik-Potentiometer ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik (14) als programmierbare Logik ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertgeber (3) für den Weg eine Einstellvorrichtung (5) zur Normierung des Wegs nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertgeber (3′) für das Drehmoment eine Einstelleinrich tung (6) zur Normierung des Drehmoments nachgeschaltet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen (5, 6) jeweils mit zwei LED′s als Lichtwaage ausgebildet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (8) zur Nachlaufkorrektur vorgesehen ist, deren Ausgang mit einem weiteren Eingang des Weg-Grenzwertgebers (9) verbunden ist und die ein zu dem Lastmoment umgekehrt proportionales Ausgangssignal abgibt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einem weiteren Eingang des Weg-Grenzwertgebers (9) eine Dif ferenzier-Schaltung (21) vorgeschaltet ist, an deren Eingang das normierte Wegsignal anliegt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einem weiteren Eingang des Drehmoment-Grenzwertgebers (10) eine Differenzier-Schaltung (22) vorgeschaltet ist, an deren Eingang das normierte Drehmomentsignal liegt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungslogik (14) eine Störmeldelogik (15) zur Erfassung von Fehlern zugeordnet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Störmeldelogik (15) programmierbar ausgebildet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik (14) zwei Ausgänge und die Störmelde logik (15) einen Ausgang aufweisen, an denen jeweils ein digitales Signal abgegeben wird, mit denen acht Betriebszustände gemeldet werden können.