DE4239431C2

DE4239431C2 - Positioner and actuator with such a positioner

Info

Publication number: DE4239431C2
Application number: DE4239431A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Kaspers
Original assignee: Arca Regler GmbH
Current assignee: Arca Regler GmbH
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2012-11-25
Also published as: DE4239431A1; DE9211165U1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungsregler für Stellglieder ge mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Stellglied gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention relates to a positioner for actuators ge according to the preamble of claim 1 and an actuator according to the preamble of claim 12.

Regelventile mit angebautem Stellungsregler sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt, z. B. aus der US 4 922 952 und der EP 0 462 432 A2. Solche Regelventile kommen vornehmlich im Regel kreis verfahrenstechnischer Anlagen zur Anwendung. Die dort of fenbarten Regelventile weisen unterseits ein Ventilgehäuse mit einem Durchlaufkanal für das zu regelnde Fluid auf. An das Ven tilgehäuse schließt sich nach oben ein Joch mit zwei vertikalen Jochstreben an. An der Oberseite des Joches ist ein pneumatisch betriebener Stellmotor angeordnet. Der Stellmotor weist ein re gelmäßig kreisrundes Gehäuse auf, dessen Innenraum durch ein An triebsorgan in zwei Kammern aufgeteilt wird. Das Antriebsorgan ist in dem einen Fall (US 4 922 952) als flexible Membran und in dem anderen Fall (EP 0 462 432 A2) als Kolben ausgebildet. Mit dem An triebsorgan verbunden ist eine vertikal beweglich geführte Ven tilstange als Antriebsglied. Die Ventilstange reicht nach unten in das Ventilgehäuse hinein und endet in einem meist als Ventil kegel ausgebildeten Verschlußorgan, welches mit einem Ventilsitz korrespondiert und den Durchflußquerschnitt je nach Stellung der Ventilstange im Bereich des Ventilsitzes bestimmt. Control valves with attached positioner are in multiples Embodiments known, e.g. B. from US 4 922 952 and EP 0 462 432 A2. Such control valves mainly come as a rule circle of process engineering systems for use. The of there Control valves have a valve housing on the underside a flow channel for the fluid to be controlled. To the Ven The til body closes at the top with two vertical yokes Yoke striving. At the top of the yoke is a pneumatic one operated servomotor arranged. The servomotor has a right irregular circular housing, the interior of which is connected to an drive organ is divided into two chambers. The drive element is in the one case (US 4 922 952) as a flexible membrane and in the other case (EP 0 462 432 A2) designed as a piston. With the An the driving element is connected to a vertically movable Ven til rod as a drive link. The valve stem extends downwards into the valve housing and usually ends in a valve cone-shaped closure member, which with a valve seat corresponds and the flow cross-section depending on the position of the Valve rod determined in the area of the valve seat.

Der Stellmotor der vorbekannten Regelventile wird pneumatisch be trieben. Von einer Luftdruckquelle wird hierzu Druckluft in einen Stellungsregler geführt. In dem Stellungsregler befinden sich Steuerventile, die die Luftzufuhr zu einer oder beiden Kammern des Stellmotors steuern. Die Betätigung der Steuerventile erfolgt aufgrund eines Regelsignals, das den Sollwert darstellt. Das Re gelsignal führt aufgrund der Ansteuerung der Steuerventile zu ei ner entsprechenden Stellung des Antriebsorgans im Stellmotor und damit des Verschlußorgans im Ventilgehäuse.The servomotor of the known control valves is pneumatic drove. For this purpose, compressed air is fed into an air pressure source Positioner guided. In the positioner are Control valves that supply air to one or both chambers control of the servomotor. The control valves are actuated based on a control signal that represents the setpoint. The Re Gel signal leads to egg due to the control of the control valves ner corresponding position of the drive member in the servomotor and thus the closure member in the valve housing.

Der Stellungsregler hat über eine mechanische Übertragungsein richtung Verbindung zu der Ventilstange. Die Übertragungseinrich tung besteht aus einem am Stellungsregler drehbeweglich gelager ten Eingangshebel und einer mit der Ventilstange verbundenen An lenkvorrichtung. Auf diese Weise wird die Bewegung der Ventil stange als Ist-Wert auf den Stellungsregler übertragen. Der Stel lungsregler vergleicht dann das Regelsignal, d. h. den Soll-Wert mit dem durch die Übertragungseinrichtung eingegebenen Ist-Wert des Hubs der Ventilstange und steuert die Steuerventile solange an, bis die Ventilstange im vorgegebenen Zusammenhang zum Regel signal steht. Auf diese Weise werden Abweichungen aufgrund Rei bung in Stoffbuchsen oder durch Rückwirkungen vom Medium ausge glichen.The positioner has a mechanical transmission direction connection to the valve rod. The transfer device device consists of a rotatably mounted on the positioner input lever and an on connected to the valve stem steering device. This way the movement of the valve Transfer the rod as the actual value to the positioner. The stel The controller then compares the control signal, i. H. the target value with the actual value entered by the transmission device of the stroke of the valve rod and controls the control valves as long until the valve rod in the specified context to the rule signal stands. In this way, deviations due to Rei Exercise in fabric bushings or through reactions from the medium like.

Bei neueren Stellungsreglern geschieht die Verarbeitung der Si gnale des Soll-Wertes und des Ist-Wertes mit Hilfe eines Mikro prozessors (vgl. EP 0 462 432 A2; B. Koenig, O. Ohligschläger, Ein "intelligenter" elektropneumatischer Stellungsregler, Automa tisierungstechnische Praxis-atp, 31 (1989), Heft 8, Seiten 367 bis 373). Die Verwendung eines Mikroprozessors eröffnet eine Rei he von zusätzlichen Einstellmöglichkeiten und die Verarbeitung weiterer Eingangsdaten und -signalen. Voraussetzung hierfür ist, daß elektrische Eingangssignale vorliegen. Für den Ist-Wert ist es deshalb erforderlich, im Stellungsregler eine Umwandlungsein richtung vorzusehen, mit der die durch die Übertragungseinrich tung vermittelte Bewegung der Ventilstange in ein korrespondie rendes elektrisches Signal umgewandelt wird.The Si is processed in newer positioners gnale of the target value and the actual value with the help of a micro processor (cf. EP 0 462 432 A2; B. Koenig, O. Ohligschläger, An "intelligent" electropneumatic positioner, Automa tisierungstechnische Praxis-atp, 31 (1989), Issue 8, pages 367 to 373). The use of a microprocessor opens up a row he of additional setting options and processing further input data and signals. The prerequisite for this is that there are electrical input signals. For the actual value is it is therefore necessary to convert the positioner to provide direction with which through the transfer device movement mediated movement of the valve rod in a correspondie electrical signal is converted.

Im Stand der Technik (DE 72 39 645 U1) geschieht die Umwandlung über eine drehbeweglich angeordnete, mit Inkrementen besetzte Trommel, auf die ein mit der Ventilspindel verbundener Stellungs hebel einwirkt. Die Stellung der Trommel wird von einer opto elektrischen Abtasteinrichtung erfaßt, so daß der jeweilige Stel lungswert als elektrische, binäre Information vorliegt. Ein Code wandler setzt die Signale in einen geeigneten Code um und spei chert in ab. Die Signale können dann zu ihrer Verarbeitung einem Prozeßrechner zugeführt werden.The conversion takes place in the prior art (DE 72 39 645 U1) via a rotatably arranged, with increments Drum on which a position connected to the valve stem lever acts. The position of the drum is determined by an opto electrical sensing device detected so that the respective Stel value as electrical, binary information. A code converter converts the signals into a suitable code and stores them secures in. The signals can then be processed Process computers are fed.

Stellungsregler und Stellglieder müssen gewartet werden, damit ihre einwandfreie Funktion stets gewährleistet ist. Bisher mußten die Wartungsintervalle in Anpassung an die zu erwartende Höchst beanspruchung festgelegt werden. Häufig liegen jedoch die tat sächlichen Beanspruchungen wesentlich niedriger, so daß die War tungsintervalle dann unnötig kurz sind und der Wartungsaufwand entsprechend hoch ist.Positioners and actuators must be serviced so that their perfect function is always guaranteed. So far we had to the maintenance intervals in line with the expected maximum stress can be determined. Often, however, the deeds lie material stresses significantly lower, so that the war maintenance intervals are then unnecessarily short and the maintenance effort is correspondingly high.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Stel lungsregler sowie ein damit ausgerüstetes Stellglied der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Wartungsintervalle an die tatsächliche Beanspruchung des Stellglieds angepaßt werden kön nen.The invention is therefore based on the object, a stel regulator and an actuator of the input equipped with it mentioned type so that the maintenance intervals to the actual stress on the actuator can be adjusted nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stel lungsregler einen Mikroprozessor zur Verarbeitung u. a. der Si gnale der Umwandlungseinrichtung aufweist, welcher Speicherplätze für die Aufsummierung der Signale der Umwandlungseinrichtung auf weist. Mit dieser Lösung können die zurückgelegten Stellbewegun gen im Lauf der Betriebsdauer erfaßt und registriert werden, um solche Daten für eine vorsorgliche Wartung zu nutzen. Die Wartung kann also an die tatsächliche Beanspruchung des jeweiligen Stell glieds angepaßt werden. Hierdurch lassen sich erhebliche Kosten einsparungen erzielen. Damit geht ein wesentlich niedrigerer Ma terialeinsatz einher, insbesondere was Dichtungen etc. betrifft. Dies spart auch Kosten bei der Entsorgung der zu ersetzenden Ma terialien.This object is achieved in that the Stel a microprocessor for processing u. a. the Si Gnale of the conversion device, which memory locations for the summation of the signals of the conversion device points. With this solution, the actuating movements covered conditions are recorded and registered in the course of the operating period in order to use such data for preventive maintenance. The maintenance can therefore be based on the actual stress of the respective position be adjusted. This can result in significant costs make savings. This is a much lower measure use of materials, especially when it comes to seals etc. This also saves costs in the disposal of the materials to be replaced materials.

Für das der Umwandlungseinrichtung zugrundeliegende Prinzip der direkten Umwandlung von Weg- bzw. Winkelbewegung in ein digitales elektrisches Signal kommen verschiedene Ausführungen in Frage. Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Kodierung optoelektronisch abtastbar und die Abtasteinrichtung einen Licht geber und einen optoelektronischen Lichtsensor aufweist. Für die Kodierung können dabei Kodierlöcher verwendet werden, wenn der Lichtgeber auf der einen Seite und der Lichtsensor auf der ande ren Seite des Kodierelements angeordnet sind. Stattdessen können als Kodierung auch Kodierfelder unterschiedlicher Absorption bzw. Reflexion vorgesehen sein, wobei dann Lichtsensor und Lichtgeber auf derselben Seite des Kodierelements angeordnet sind.For the principle of the conversion device on which direct conversion of path or angular movement into a digital one electrical signal, different versions are possible. An expedient embodiment is that the coding optoelectronically scanned and the scanning device emits a light encoder and has an optoelectronic light sensor. For the Coding holes can be used if the Light transmitter on one side and the light sensor on the other ren side of the coding element are arranged. Instead, you can as coding also coding fields of different absorption or Reflection can be provided, in which case the light sensor and light transmitter are arranged on the same side of the coding element.

Alternativ zu einer optoelektronisch abtastbaren Kodierung kann aber auch eine magnetisch wirksame Kodierung vorgesehen sein, welche mit hierfür üblichen Mitteln abgetastet werden kann, bei spielsweise induktiv. Die Kodierung kann dabei ebenfalls mit Hil fe von Kodierlöchern oder durch Magnetisierung entsprechender Ko dierfelder verwirklicht werden.As an alternative to an optoelectronically scannable coding but also a magnetically effective coding can be provided, which can be scanned with the usual means for this for example inductive. The coding can also be done with Hil Fe of coding holes or by magnetizing corresponding Ko fields are realized.

Als Kodierelement kommt insbesondere eine drehbar gelagerte Ko dierscheibe in Frage, auf deren äußerem Rand die Kodierung endlos angeordnet ist. Alternativ dazu kann auch eine Kodiertrommel mit einer Kodierung auf dem Umfang der Trommel vorgesehen sein. Stattdessen eignet sich aber auch ein über Umlenkrollen geführtes Kodierband, wobei die Verbindung zur Übertragungseinrichtung bei einer translatorischen Bewegung direkt auf das Kodierband und bei einer Winkelbewegung auf eine der Umlenkrollen erfolgen kann. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, das Kodierelement als Kodierschieber auszubilden.As a coding element comes in particular a rotatably mounted Ko disc in question, on the outer edge of which the coding is endless is arranged. Alternatively, a coding drum can also be used a coding can be provided on the circumference of the drum. Instead, however, one that is guided over deflection rollers is also suitable Coding tape, the connection to the transmission device at a translational movement directly on the coding tape and at an angular movement can take place on one of the deflection rollers. Finally, there is also the possibility of using the coding element Form coding slides.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Übertragungseinrichtung ein Getriebe zur Übersetzung der Stellbe wegung aufweist. Hierdurch werden die Beträge der Stellbewegung vergrößert, was eine entsprechende Verbesserung der Auflösung der Kodierung zur Folge hat. Dabei kann das Getriebe je nach Bedarf dazu benutzt werden, eine translatorische Bewegung in eine Win kelbewegung oder umgekehrt umzuwandeln.In a further embodiment of the invention it is provided that the Transmission device a gear for translation of the Stellbe shows movement. As a result, the amounts of the actuating movement enlarged, which is a corresponding improvement in the resolution of the Coding. The gearbox can be used as required to be used to translate a win to convert movement or vice versa.

Nach der Erfindung ist ferner vorgeschlagen, daß der Mikroprozes sor Speicherplätze für die Speicherung der Endpunkte der Stellbe wegung aufweist. Dies erübrigt die aufwendige mechanische Ein stellung des Nullpunkts.According to the invention it is further proposed that the microprocesses sor memory locations for storing the end points of the Stellbe shows movement. This eliminates the costly mechanical one position of the zero point.

Bei einem Stellglied mit dem erfindungsgemäßen Stellungsregler kann der Mikroprozessor auch für weitere Überwachungsmaßnahmen genutzt werden. So kann beispielsweise ein elektrischer Druck schalter vorgesehen sein, der Verbindung zu wenigstens einer ein Druckmittel führenden Druckleitung, beispielsweise zur Versorgung des Stellmotors, hat und dabei den Druck in der Druckleitung ab tastet. Bei Über- und/oder Unterschreitung eines bestimmten ein gestellten Druckes gibt der Druckschalter ein entsprechendes Sig nal an den Stellungsregler. Das Signal kann zur Auslösung einer Alarmmeldung oder auch zur Durchführung einer Sicherheitsroutine verwendet werden. Der Druckschalter kann direkt in der Drucklei tung oder aber auch im Stellungsregler mit einer druckdichten Verbindung zu der Druckleitung angeordnet werden.In an actuator with the positioner according to the invention the microprocessor can also be used for further monitoring measures be used. For example, an electrical pressure switches are provided, the connection to at least one Pressure line carrying pressure medium, for example for supply of the servomotor, and the pressure in the pressure line gropes. When exceeding and / or falling below a certain one pressure, the pressure switch gives a corresponding sig to the positioner. The signal can trigger a Alarm message or to carry out a safety routine be used. The pressure switch can be directly in the printing line device or in the positioner with a pressure-tight seal Connection to the pressure line can be arranged.

Sofern das Stellglied eine Dichtung, insbesondere eine Gleitdich tung aufweist, sollte auf der druckabgewandten Seite ein Leckage raum vorgesehen sein, welcher mit einem Druckschalter verbunden ist, der bei Überschreiten eines eingestellten Druckes eine Si gnalabgabe an den Stellungsregler erzeugt. Als Dichtung kommt hier insbesondere die bei Regelventilen üblicherweise vorhandene Stoffbuchse in Frage. Mit Hilfe des Druckschalters kann überwacht werden, ob sich im Leckageraum aufgrund einer Leckage ein über dem zulässigen Druck liegender Druck ausbildet. Die Signalabgabe kann auch hier zur Erzeugung eines Alarms oder zur Durchführung einer Sicherheitsroutine verwendet werden. Es besteht gleichfalls die Möglichkeit, den Druckschalter direkt im Leckageraum vorzuse hen oder abweichend dazu im Stellungsregler, wenn eine druckdich te Verbindung zwischen Leckageraum und Stellungsregler vorhanden ist.If the actuator has a seal, in particular a sliding seal device, there should be a leak on the non-pressure side be provided space, which is connected to a pressure switch is a Si when a set pressure is exceeded signal output to the positioner generated. As a seal comes here in particular those usually available with control valves Fabric bushing in question. With the help of the pressure switch can be monitored be whether there is an over in the leakage room due to a leak forms the permissible pressure. The signal delivery can also be used to generate an alarm or to carry it out a security routine. It also exists the possibility to advance the pressure switch directly in the leakage room or different in the positioner if a pressure-tight There is a connection between the leakage chamber and the positioner is.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing, the invention is based on Exemplary embodiments illustrated. Show it:

Fig. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt durch ein Regelventil; Figure 1 is a partial vertical section through a control valve.

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch einen Teil eines Stellungsreglers gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a horizontal section through part of a positioner according to FIG. 1;

Fig. 3 die Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Übertragungs- und Umwandlungseinrichtung; Fig. 3 is a view of the transmission and conversion device shown in Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Form einer Umwandlungseinrichtung und Fig. 4 is a plan view of another form of conversion device and

Fig. 5 eine Seitenansicht der Umwandlungseinrichtung gemäß Fig. 4. Fig. 5 is a side view of the conversion device of FIG. 4.

Das in Fig. 1 dargestellte Regelventil (1) hat ein Ventilgehäuse (2) mit einem sich zwischen zwei Befestigungsflanschen (3, 4) erstreckenden Durchflußkanal (5). Mit Hilfe der Befestigungsflansche (3, 4) kann das Regelventil (1) zwischen die Enden zweier Rohre und damit in ein Rohrleitungssystem eingebaut werden. Der Durchflußkanal (5) dient dann dem Durchfluß des zu steuernden Mediums.The control valve ( 1 ) shown in Fig. 1 has a valve housing ( 2 ) with a flow channel ( 5 ) extending between two mounting flanges ( 3 , 4 ). With the help of the mounting flanges ( 3 , 4 ) the control valve ( 1 ) can be installed between the ends of two pipes and thus in a pipe system. The flow channel ( 5 ) then serves the flow of the medium to be controlled.

Im Ventilgehäuse (2) ist ein waagerecht angeordneter Ventilsitz (6) eingebaut, durch den der Durchflußkanal (5) hindurchgeht. Konzentrisch zum Ventilsitz (6) erstreckt sich nach oben eine Ventilstange (7), deren unteres Ende als Ventilkegel (8) ausgebildet ist. Der Ventilkegel (8) korrespondiert mit dem Ventilsitz (6) in der Weise, daß der Ventilkegel (8) in seiner untersten Stellung auf dem Ventilsitz (6) aufsitzt und damit den Durchflußkanal (5) verschließt.A horizontally arranged valve seat ( 6 ) is installed in the valve housing ( 2 ), through which the flow channel ( 5 ) passes. Concentrically to the valve seat ( 6 ), a valve rod ( 7 ) extends upwards, the lower end of which is designed as a valve cone ( 8 ). The valve cone ( 8 ) corresponds to the valve seat ( 6 ) in such a way that the valve cone ( 8 ) sits on the valve seat ( 6 ) in its lowest position and thus closes the flow channel ( 5 ).

Die Ventilstange (8) ist in einem Verschlußdeckel (9) geführt, welcher den Durchflußkanal (5) oberseits abschließt und mit dem Ventilgehäuse (2) abdichtend verschraubt ist. Der Verschlußdeckel (9) hat einen nach oben vorstehenden Fortsatz (10), der der Zentrierung eines Jochs (11) mit den sich vertikal erstreckenden Jochstreben (12, 13) dient. Das Joch (11) ist durch eine auf ein Gewinde des Fortsatzes (10) aufgeschraubte Spannmutter (14) gegen den Verschlußdeckel (9) fixiert.The valve rod ( 8 ) is guided in a sealing cover ( 9 ) which closes the flow channel ( 5 ) on the top and is screwed to the valve housing ( 2 ) in a sealing manner. The closure cover ( 9 ) has an upwardly projecting extension ( 10 ) which serves to center a yoke ( 11 ) with the vertically extending yoke struts ( 12 , 13 ). The yoke ( 11 ) is fixed against the closure cover ( 9 ) by a clamping nut ( 14 ) screwed onto a thread of the extension ( 10 ).

Der obere Teil des Fortsatzes (10) bildet zwischen seiner Innenwandung und der Außenseite der Ventilstange (7) einen zylindrischen Hohlraum, in den eine Stoffbuchsenpackung (15) eingesetzt ist. Diese wird von oben mit einer Hutmutter (16) beaufschlagt, deren äußerer Rand auf ein außenseitiges Gewinde am Fortsatz (10) aufgeschraubt ist. Die Verspannung ist so getroffen, daß einerseits eine gute Abdichtung und andererseits eine noch hinreichende Gleitfähigkeit der Ventilstange (7) gewährleistet sind.The upper part of the extension ( 10 ) forms a cylindrical cavity between its inner wall and the outside of the valve rod ( 7 ), into which a cloth bushing packing ( 15 ) is inserted. This is loaded from above with a cap nut ( 16 ), the outer edge of which is screwed onto an outside thread on the extension ( 10 ). The bracing is such that, on the one hand, a good seal and, on the other hand, an adequate slidability of the valve rod ( 7 ) is ensured.

Die Hutmutter (16) weist nach oben hin einen zwischen deren Innenwandung und der Außenseite der Ventilstange (7) gebildeten, zylindrischen Leckageraum (17) auf, der oberseits durch einen Dichtungsring (18) verschlossen ist. Durch die Hutmutter (16) geht eine Radialbohrung (19), die Verbindung zum Leckageraum (17) hat. In den äußeren Teil der Radialbohrung (19) ist ein Druckschalter (20) eingebaut. Über eine elektrische Leitung (21) hat der Druckschalter (20) Verbindung zu einem Stellungsregler (22).The cap nut ( 16 ) has at the top a cylindrical leakage space ( 17 ) formed between its inner wall and the outside of the valve rod ( 7 ), which is closed at the top by a sealing ring ( 18 ). A radial bore ( 19 ), which has a connection to the leakage space ( 17 ), passes through the cap nut ( 16 ). A pressure switch ( 20 ) is installed in the outer part of the radial bore ( 19 ). The pressure switch ( 20 ) is connected to a positioner ( 22 ) via an electrical line ( 21 ).

Der Stellungsregler (22) ist an der linksseitigen Jochstrebe (12) befestigt. Von ihm weg erstreckt sich ein Übertragungshebel (23) heraus, in dessen Schlitz formschlüssig ein stiftförmiger Vorsprung (24) einfaßt. Der Vorsprung (24) ist starr mit dem unteren Teil einer Antriebsstange (25) verbunden, welche über eine Kupplung (26) mit der Ventilstange (7) gekoppelt ist.The positioner ( 22 ) is attached to the left yoke strut ( 12 ). A transmission lever ( 23 ) extends out of it and a pin-shaped projection ( 24 ) fits into its slot. The projection ( 24 ) is rigidly connected to the lower part of a drive rod ( 25 ) which is coupled to the valve rod ( 7 ) via a coupling ( 26 ).

Die Antriebsstange (25) ragt nach oben in einen Membranstellmotor (27) hinein. Dieser hat ein Membrangehäuse (28), das aus zwei übereinander angeordneten, kreisförmigen Gehäuseschalen (29, 30) besteht, die an den einander zugewandten Kanten nach außen vorstehende Flansche (31, 32) aufweisen und dort mittels über den Umfang verteilter Schrauben gegeneinander verspannt sind. Zwischen den Flanschen (31, 32) ist eine Membran (33) aus einem biegsamen Werkstoff eingespannt. Sie unterteilt den Innenraum des Membrangehäuses (28) in eine untenliegende Druckkammer (34) und eine darüberliegende Rückstellkammer (35).The drive rod ( 25 ) protrudes upward into a diaphragm actuator ( 27 ). This has a membrane housing ( 28 ) which consists of two circular housing shells ( 29 , 30 ) arranged one above the other, which have flanges ( 31 , 32 ) projecting outwards at the mutually facing edges and are braced against one another there by means of screws distributed over the circumference . A membrane ( 33 ) made of a flexible material is clamped between the flanges ( 31 , 32 ). It divides the interior of the diaphragm housing ( 28 ) into an underlying pressure chamber ( 34 ) and an overlying return chamber ( 35 ).

In der Rückstellkammer (35) befindet sich ein Membranteller (36), der auf der Oberseite der Membran (33) anliegt und auf der anderen Seite durch über den Umfang verteilte, als Druckfedern ausgebildete Schraubenfedern (37) abgestützt wird. Die Schraubenfedern (37) liegen an der Innenseite der Gehäuseschale (29) an. Die Antriebsstange (25) ist mit dem Membranteller (36) über hier nicht näher dargestellte Mittel verbunden. Sie macht deshalb jede Bewegung der Membran (33) mit.In the reset chamber ( 35 ) there is a diaphragm plate ( 36 ) which rests on the top of the diaphragm ( 33 ) and is supported on the other side by helical springs ( 37 ) distributed over the circumference and designed as compression springs. The coil springs ( 37 ) rest on the inside of the housing shell ( 29 ). The drive rod ( 25 ) is connected to the membrane plate ( 36 ) by means not shown here. It therefore follows every movement of the membrane ( 33 ).

Eine Bewegung der Membran (33) wird dadurch bewirkt, daß in die Druckkammer (34) Druckluft eingeleitet oder aus ihr abgelassen wird, wobei die Rückstellung durch die Schraubenfedern (37) bewirkt wird. Hierzu hat der Stellungsregler (22) eine hier nicht näher dargestellte Druckluftzufuhr. Über Magnetventile wird die Weiterleitung der Druckluft zur Druckkammer (34) entsprechend einem Sollwert gesteuert, der als Regelsignal in den Stellungsregler (22) eingegeben wird, und zwar in Form eines digitalisierten Signals. Hierdurch stellt sich entsprechend diesem Signal eine bestimmte Stellung der Membran (33) und damit der Antriebsstange (25) und der Ventilstange (7) ein.A movement of the membrane ( 33 ) is brought about in that compressed air is introduced into the pressure chamber ( 34 ) or is discharged from it, the resetting being effected by the coil springs ( 37 ). For this purpose, the positioner ( 22 ) has a compressed air supply, not shown here. The forwarding of the compressed air to the pressure chamber ( 34 ) is controlled via solenoid valves in accordance with a setpoint value which is entered as a control signal in the positioner ( 22 ), in the form of a digitized signal. As a result, a specific position of the diaphragm ( 33 ) and thus of the drive rod ( 25 ) and the valve rod ( 7 ) is set in accordance with this signal.

Durch Reibung insbesondere in der Stopfbuchspackung (15) und ferner auch durch Einfluß des in dem Durchflußkanal (5) fließenden Mediums kann es jedoch vorkommen, daß die Ventilstange (7) nicht eine dem Regelsignal, d. h. dem Sollwert entsprechende Stellung einnimmt. Damit der Stellungsregler (22) dies erfaßt, erfolgt über den Vorsprung (24) und den Übertragungshebel (23) eine Rückmeldung der Stellposition der Ventilstange (7) zu dem Stellungsregler (22), d. h. der Stellungsregler (22) erhält den tatsächlichen Istwert der Stellposition der Ventilstange (7). In einem im Stellungsregler (22) enthaltenen Mikroprozessor werden Ist- und Sollwert miteinander verglichen und bei einer Abweichung eine entsprechende Korrektur durch Ansteuerung der Magnetventile für die Druckluftzufuhr eingeleitet. Dieser Regelprozeß findet solange statt, bis keine Abweichung mehr zwischen Ist- und Sollwert vorhanden ist. Ein entsprechender Aufbau des Stellungsreglers findet sich in dem Aufsatz von B. Koenig und O. Ohligschläger, Ein "intelligenter" elektropneumatischer Stellungsregler, Automatisierungstechnische Praxis-atp, 31 (1989), Heft 8, Seiten 367 bis 373.Due to friction, in particular in the gland packing ( 15 ) and also due to the influence of the medium flowing in the flow channel ( 5 ), it can happen that the valve rod ( 7 ) does not assume a position corresponding to the control signal, ie the setpoint. So that the positioner ( 22 ) detects this, the projection ( 24 ) and the transmission lever ( 23 ) provide feedback of the position of the valve rod ( 7 ) to the positioner ( 22 ), ie the positioner ( 22 ) receives the actual actual value of the position the valve stem ( 7 ). In a microprocessor contained in the positioner ( 22 ), the actual and target values are compared with one another and, in the event of a deviation, a corresponding correction is initiated by actuating the solenoid valves for the compressed air supply. This control process continues until there is no longer a difference between the actual value and the target value. A corresponding structure of the positioner can be found in the article by B. Koenig and O. Ohligschläger, An "intelligent" electropneumatic positioner, Automation Technology Practice-ATP, 31 (1989), Issue 8, pages 367 to 373.

In Abweichung von dem in diesem Aufsatz beschriebenen Stellungsregler wird vorliegend die Bewegung der Ventilstange (7) nicht zunächst in ein analoges Signal umgewandelt und dieses dann digital aufbereitet. Vielmehr ist der Übertragungshebel (23) hier mit einem Kodierelement verbunden, welches sich aus den Fig. 2 und 3 ersehen läßt. Der Übertragungshebel (23), der hier losgelöst von den übrigen Teilen des Regelventils (1) dargestellt ist, sitzt auf einer Schwenkachse (38), die im Stellungsregler (22) drehbar gelagert ist. Innerhalb des Stellungsreglers (22) befindet sich auf der Schwenkachse (38) ein großes Zahnrad (39), das mit einem kleinen Zahnrad (40) auf einer ebenfalls drehbar gelagerten Getriebewelle (41) sitzt. Diese trägt ein weiteres, wiederum großes Zahnrad (42), das mit einem kleinen Zahnrad (43) auf einer Kodierscheibenwelle (44) kämmt. Mit diesem Getriebe wird also eine große Übersetzung der Bewegung des Übertragungshebels (23) und damit der Stellbewegung der Ventilstange (7) erreicht.In deviation from the positioner described in this article, the movement of the valve rod ( 7 ) is not first converted into an analog signal and then digitally processed. Rather, the transmission lever ( 23 ) is connected here to a coding element, which can be seen from FIGS . 2 and 3. The transmission lever ( 23 ), which is shown here detached from the other parts of the control valve ( 1 ), sits on a pivot axis ( 38 ) which is rotatably mounted in the positioner ( 22 ). Within the positioner ( 22 ) there is a large gearwheel ( 39 ) on the swivel axis ( 38 ), which sits with a small gearwheel ( 40 ) on a likewise rotatably mounted gear shaft ( 41 ). This carries a further, again large gear ( 42 ) which meshes with a small gear ( 43 ) on a coding disk shaft ( 44 ). With this transmission, a large translation of the movement of the transmission lever ( 23 ) and thus the actuating movement of the valve rod ( 7 ) is achieved.

An der Kodierscheibenwelle (44) ist eine kreisrunde Kodierscheibe (45) befestigt, die im Bereich des außenseitigen Randes einen Kranz von feinen Kodierlöchern (46) aufweist. Auf der einen Seite der Kodierscheibe (45) ist - den Kodierlöchern (46) gegenüber - eine Lichtquelle (47) und auf der anderen Seite der Kodierscheibe (45) ein optoelektronischer Lichtsensor (48) angeordnet. Der Lichtsensor (48) erfaßt das von der Lichtquelle (47) abgegebene Licht immer dann, wenn zwischen Lichtquelle (47) und Lichtsensor (48) eines der Kodierlöcher (46) liegt. Bei Weiterbewegung der Kodierscheibe (45) wird der Lichtstrahl der Lichtquelle (47) durch den Steg zwischen zwei Kodierlöchern (46) kurzzeitig abgedeckt, bis wieder ein Kodierloch (46) fluchtend in dem Strahlengang zwischen Lichtquelle (47) und Lichtsensor (48) liegt.A circular coding disk ( 45 ) is fastened to the coding disk shaft ( 44 ) and has a ring of fine coding holes ( 46 ) in the region of the outer edge. A light source ( 47 ) is arranged on one side of the coding disk ( 45 ) opposite the coding holes ( 46 ) and an optoelectronic light sensor ( 48 ) is arranged on the other side of the coding disk ( 45 ). The light sensor ( 48 ) detects the light emitted by the light source ( 47 ) whenever one of the coding holes ( 46 ) lies between the light source ( 47 ) and the light sensor ( 48 ). When the coding disk ( 45 ) moves further, the light beam from the light source ( 47 ) is briefly covered by the web between two coding holes ( 46 ) until a coding hole ( 46 ) is again aligned in the beam path between the light source ( 47 ) and light sensor ( 48 ).

Eine Bewegung der Ventilstange (7) und damit des Übertragungshebels (23) wird also durch die Zahnräder (39, 40, 42, 43) mit hoher Übersetzung auf die Kodierscheibe (45) übertragen und dabei in eine Drehbewegung umgewandelt. Mit Hilfe von Lichtquelle (47), Lichtsensor (48) und den Kodierlöchern (46) wird die Drehbewegung in digitale elektrische Signale umgewandelt, die sofort ohne weitere Signalaufbereitung in dem Mikroprozessor des Stellungsreglers (22) verarbeitet werden können. Dabei wird entsprechend der großen Übersetzung und der Feinheit der Kodierlöcher (46) eine hohe Auflösung erzielt.A movement of the valve rod ( 7 ) and thus of the transmission lever ( 23 ) is thus transmitted by the gearwheels ( 39 , 40 , 42 , 43 ) to the coding disk ( 45 ) with a high ratio and thereby converted into a rotary movement. With the aid of the light source ( 47 ), light sensor ( 48 ) and the coding holes ( 46 ), the rotary movement is converted into digital electrical signals, which can be processed immediately in the microprocessor of the positioner ( 22 ) without further signal processing. A high resolution is achieved in accordance with the large translation and the fineness of the coding holes ( 46 ).

Eine Alternative zu der Kodierscheibe (45) ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Das Zahnrad (43) sitzt hier auf einer Umlenkscheibenwelle (49), auf der drehfest eine Umlenkscheibe (50) befestigt ist. Der Umlenkscheibe (50) gegenüber ist eine zweite Umlenkscheibe (51) frei drehbar gelagert. Über beide Umlenkscheiben (50, 51) ist ein Kodierband (52) gespannt, wobei eine Drehbewegung der Umlenkscheibe (50) infolge einer Verschwenkung des Übetragungshebels (23) auf das Kodierband (52) übertragen wird.An alternative to the coding disk ( 45 ) is shown in FIGS. 4 and 5. The gearwheel ( 43 ) is seated here on a deflection disk shaft ( 49 ) on which a deflection disk ( 50 ) is fastened in a rotationally fixed manner. Opposed to the deflection plate ( 50 ) is a second deflection plate ( 51 ) which is freely rotatable. A coding tape ( 52 ) is stretched over both deflection disks ( 50 , 51 ), a rotary movement of the deflection disk ( 50 ) due to a pivoting of the transmission lever ( 23 ) being transmitted to the coding tape ( 52 ).

Das Kodierband (52) weist Kodierlöcher (53) auf, die in Längsrichtung des Kodierbandes (52) hintereinander angeordnet sind. Dem Obertrum des Kodierbandes (52) zugeordnet sind - ähnlich wie bei der Kodierscheibe (45) - eine Lichtquelle (54) auf der einen Seite und ein Lichtsensor (55) auf der anderen Seite. Bei einer Bewegung des Kodierbandes (52) aufgrund einer Bewegung der Ventilstange (7) wird der von der Lichtquelle (54) ausgehende Lichtstrahl bei der Vorbeibewegung der Kodierlöcher (53) abwechselnd unterbrochen oder durchgelassen. Der optoelektronische Lichtsensor (55) wandelt den Hell/Dunkel-Wechsel in entsprechend digitalisierte elektrische Signale um.The coding tape ( 52 ) has coding holes ( 53 ) which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the coding tape ( 52 ). A light source ( 54 ) on one side and a light sensor ( 55 ) on the other side are assigned to the upper run of the coding tape ( 52 ), similar to the coding disk ( 45 ). When the coding tape ( 52 ) moves due to a movement of the valve rod ( 7 ), the light beam emanating from the light source ( 54 ) is alternately interrupted or passed as the coding holes ( 53 ) move past. The optoelectronic light sensor ( 55 ) converts the light / dark change into appropriately digitized electrical signals.

Der Stellungsregler (22) verarbeitet auch eventuelle vom Druckschalter (20) kommende Signale. Der Druckschalter (20) spricht an, wenn in dem Leckageraum aufgrund von Leckagen durch die Stopfbuchspackung (15) hindurch ein bestimmter Grenzdruck erreicht wird. Das von dem Druckschalter (20) dann abgegebene, digitale elektrische Signal wird dem Mikroprozessor des Stellungsreglers (22) zugeführt. Je nach Schaltung wird dann eine Alarmeinrichtung angesteuert, oder es wird eine Sicherheitsroutine durchgeführt.The positioner ( 22 ) also processes any signals coming from the pressure switch ( 20 ). The pressure switch ( 20 ) responds when a certain limit pressure is reached in the leakage space due to leakage through the stuffing box packing ( 15 ). The digital electrical signal then emitted by the pressure switch ( 20 ) is fed to the microprocessor of the positioner ( 22 ). Depending on the circuit, an alarm device is then activated or a safety routine is carried out.

Eine entsprechende Einrichtung läßt sich auch im Bereich der Druckluftzufuhr zu der Druckkammer (34) des Membranstellmotors (27) einrichten, indem dort ebenfalls ein Druckschalter angeordnet und mit dem Stellungsregler (22) elektrisch verbunden wird. Bei Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Druckes gibt der Druckschalter ein Signal an den Stellungsregler (22) ab, wodurch dann ebenfalls eine Alarmabgabe und/oder eine Sicherheitsroutine veranlaßt wird.A corresponding device can also be set up in the area of the compressed air supply to the pressure chamber ( 34 ) of the diaphragm actuator ( 27 ) by also arranging a pressure switch there and electrically connecting it to the positioner ( 22 ). When a certain pressure is exceeded or fallen below, the pressure switch sends a signal to the positioner ( 22 ), which then also triggers an alarm and / or a safety routine.

Claims

1. Positioner for control valves, with a transmission device for transmitting the actuating movement of the control valve to the positioner and with a conversion device for converting the transmitted movement into a corresponding electrical signal, a device with the transmission device ( 23 , 38 , 39 , 40 , 41, 42, 43, 44) coupled, movable ge layered coding element (45, 52) emitting a digital coding (46, 53) and associated therewith, upon detection of the Kodie tion (46, digital 53) signals sampling means (47 , 48 , 54 , 55 ), characterized in that the positioner ( 22 ) has a microprocessor for processing, inter alia, the signals of the conversion device, which has memory locations for the summation of the signals of the conversion device.

2. Positioner according to claim 1, characterized in that the coding ( 46 , 53 ) is optoelectronically palpable and the scanning device has a light transmitter ( 47 , 54 ) and an optoelectronic light sensor ( 48 , 55 ).

3. Positioner according to claim 2, characterized in that the coding coding holes ( 46 , 53 ) and the light transmitter ( 47 , 54 ) on one side and the light sensor ( 48 , 55 ) on the other side of the coding elements ( 45 , 52 ) are arranged.

4. Positioner according to claim 2, characterized net that coding fields different Has absorption or reflection and light sensor and Light transmitter on the same side of the coding element are ordered.

5. Positioner according to claim 1, characterized net that a magnetically effective coding is provided is.

6. Positioner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coding element is designed as a rotatably mounted coding disk ( 45 ).

7. Positioner according to one of claims 1 to 5, there characterized in that the coding element as rotatable stored coding drum is formed.

8. Positioner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coding element is designed as a via deflection rollers ( 50 , 51 ) guided coding tape ( 52 ).

9. Positioner according to one of claims 1 to 5, there characterized in that the coding element as a coding slide is formed.

10. Positioner according to one of claims 1 to 9, characterized in that the transmission device has a gear ( 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44 ) for translation of the actuating movement.

11. Positioner according to one of claims 1 to 10, there characterized in that the microprocessor memory places for storing the endpoints of the positioning supply.

12. Actuator, in particular control valve, with a Stellmo gate and a drive element actuated by it and with a positioner for the servomotor and a transmission device for transmitting the actuating movement of the drive member to the positioner, the positioner being a conversion device for converting the movement to be transmitted has in a correspon ding electrical signal, which has a coupled to the transmission device, movably mounted coding element with a digital coding and one associated with this, when detecting the coding digital signals emitting scanning device, characterized in that the positioner ( 22 ) one Micro processor for processing, inter alia, the signals of the conversion device, which has memory locations for the summation of the signals of the conversion device.

13. Actuator according to claim 12, characterized in that the actuator ( 1 ) has at least one pressure medium leading pressure line, which has a connection to an electrical pressure switch which generates a signal output to the positioner when a set pressure is exceeded or undershot.

14. Actuator according to claim 13, characterized in that the pressure line leads to the servomotor.

15. Actuator according to claim 13 or 14, characterized in that the actuator ( 1 ) has at least one you device ( 15 ) which is provided with a leakage space ( 17 ) which is connected to a pressure switch ( 20 ), which at Exceeding a set pressure generates a signal to the positioner ( 22 ).