DE4411517A1 - Speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung zur Zuverlässigkeitsprüfung und Funktionskontrolle des Betriebsverhaltens eines Kühlwassersystems mit einem Durchflußmengenmesser auf Schwebekörper­ basis in einer Anordnung zur Überwachung von maschinellen Prozessen, insbesondere in der Widerstandsschweißtechnik.

Im Zuge der Entwicklung von Kühlsystemen zur Kühlung von sich erwärmen­ den Maschinenelementen hat das Kühlsystem eine besondere Bedeutung. Ein Betrieb von beispielsweise Preßstumpfschweißmaschinen in höheren Lei­ stungsbereichen ohne bzw. mit nur unzureichender Wasserkühlung führt zu einer Beeinträchtigung der Maschinenfunktion, zur Zerstörung von Maschinen­ teilen und Transformatoren, oder gar zum Maschinenbrand. Daher ist es üblich, für den Kühlwasserstrom erwärmungsempfindlicher Maschinenteile eine Grenzwertüberwachung der Mindestwassermenge als Voraussetzung für die Betriebssicherheit vorzusehen. Zum Einsatz kommen Durchflußmengenmesser unterschiedlicher Bauart. Dabei sind Wasserqualität und ausreichende Wasserfiltration ausschlaggebend für die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Kühlsystems.

Einerseits setzt die Verwendung einfacher Durchflußmengenmesser eine auf­ wendigere Wasseraufbereitung für eine ausreichende Lebensdauer voraus, andererseits steigen die Herstellungskosten für Durchflußmengenmesser bei verminderter Wasserqualität und unzureichender Wasserfiltration. Die verhält­ nismäßig wenig aufwendigen Durchflußmesser auf Schwebekörperbasis er­ füllen die Wasserdurchflußmengenkontrolle, indem ein magnetisierter Schwe­ bekörperkegel durch das durchfließende Wasser angehoben wird und während der Aufwärtsbewegung einen in der Höhe einstellbaren Schaltkontakt auslöst. Damit erfolgt die Freigabe von Maschinenarbeitsfunktionen. Der Ringspalt zwischen Kegel und Schaltspule beträgt je nach Ausführung 0,1 bis 0,3 mm. Somit besteht die Gefahr, daß bei geringer Wasserreinheit und langem Betrieb in der Einschaltstellung der Kegel sich in der Schaltspule festsetzt und ein Unterschreiten der Mindestwassermenge nicht mehr signalisiert. Damit wird der Einsatz dieser kostengünstigen Lösung sehr in Frage gestellt.

Es sind Durchflußmengenmesser auf Schwebekörperbasis zur Aufrechter­ haltung der Betriebssicherheit als Strömungswächter bekannt, die einen im Volumenstrom mit dem Schwebekörper beweglichen dauermagnetischen Meßgeber und einen außerhalb des Volumenstromes am Gehäuse angeord­ neten, auf den Meßgeber ansprechenden, als Reedkontakt ausgeführten Schalter aufweisen. Die bekannten Meßeinrichtungen zur Überwachung des kontinuierlichen Volumenstromes haben sich im meßtechnischen Einsatz gut bewährt, machen aber bei intakten Durchflußmessern meß- und arbeitstech­ nische Schwierigkeiten, sobald flüssige Medien, wie z. B. Kühlwasser im Kühlwasserkreislauf einer Maschine, eingesetzt werden, die nicht rein sind, und dazu neigen, Fremdstoffe abzusetzen und die Verengungen im Strö­ mungsbereich des Meßkörpers strömungsgeometrisch zu verändern.

Aus der DE-30 26 767 C2 ist ein Signalgeber für den Durchfluß von Flüssig­ keiten im Leitungssystem von Haushaltsgeräten mit einem in einem Kunststoff­ gehäuse von der Flüssigkeitsströmung anhebbaren, stabähnlichen Schwebe­ körper bekannt, der in seinem Hub durch einen oberen und unteren Anschlag begrenzt ist, wobei der Schwebekörper einen Permanentmagneten trägt, dem ein außen am Gehäuse angeordneter, auf ihn ansprechender, Schutzgaskon­ takt zugeordnet ist. Das von diesem ausgehende Signal ist bei ruhender oder mit mäßiger Geschwindigkeit strömender Flüssigkeit durch einen vom Magnet des Schwebekörpers geschlossen gehaltenen Schutzgaskontakt bestimmt. Das von diesem ausgehende Signal "kein oder nicht ausreichender Flüssigkeits­ durchfluß" kann für die Maschinensteuerung benutzt werden, um eine Flüssig­ keitszufuhr manuell einzustellen.

Aus der DE-36 41 737 C2 ist eine Durchflußüberwachungsvorrichtung mit einem Schwebekörper-Durchflußmesser für ein strömendes Flüssigkeits­ volumen bekannt, bei der eine vollautomatische, ständige Überwachung der Flüssigkeitsströmung vorgesehen ist, derart, daß eine Strahlungsquelle und ein dieser zugeordneter Strahlungsempfänger in einem strahlungsundurchlässigen Träger angeordnet sind, und der Anzeigekörper als Schwebekörper unter der Wirkung der Strömung in einem durchsichtigen, sichtbaren Strahlungsweg be­ wegbar bzw. anhebbar ist und auf ein Relais einer Steuereinheit einwirkt, um bei einer eintretenden Störung bzw. Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung die überwachte Maschine selbsttätig stillzusetzen. Im Falle der DE-31 03 187 C2 sind bei einem Schwebekörper-Durchflußmesser mit einer am Meßrohr angeordneten Mehrfach-Lichtschrankenanordnung die Lichtsender und Licht­ empfänger mit Infrarotlicht betreibbar.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Durchflußüberwachungs­ einrichtungen besteht darin, daß der den Meßgeber bildende Schwebekörper in seiner zylindrischen, teilweise konischen Raum­ form zusammen mti der ihn umgebenden Gehäusewandung einen engbe­ messenen Ringspalt für das ihn durchströmende Medium bildet, der durch die mitgeführten Verunreinigungen im Medium leicht verändert und verstopt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im Kühlwasserzu­ lauf ein fernbetätigbares Ventil in einer Kombination mit einer speicherprogrammierbaren Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der gemessenen Durchflußmenge zur Einwirkung auf maschinelle Ab­ läufe vorzusehen, welches in bestimmten, periodisch wiederkeh­ renden, größeren oder kleineren Zeitabschnitten, die dem Ar­ beitsspiel des Produktionsprozesses angepaßt sind, die Durch­ flußwassermenge im Kühlwasserzulauf verändert und reguliert. Die Veränderung kann in positiver und/oder negativer Richtung erfol­ gen. Die Verminderung der Wassermenge sollte dabei nur in den Arbeitspausen in Abhängigkeit von der thermischen Belastung vor­ genommen und während eines Maschinentaktes so kurz wie möglich eingestellt werden. Das programmiert ausgelöste Wassermangelsig­ nal und die Überprüfung der Funktionsfähigkeit sowie Funktions­ bereitschaft des Durchflußmengenmessers kann durch die Maschinen­ steuerung selbst eingeleitet werden.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zugrundelegung einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt die schematische Darstellung einer Durchflußüberwa­ chungsschaltungsanordnung.

Im Kühlwasserkreislauf der Maschine wird Kühlwasser durch die Pumpe 5 mit einem definierten Volumenstrom Q in Umlauf gebracht. Das Ventil 3 ist dabei geöffnet und der Schaltkontakt 2 des Durchflußmengenmessers 6 schließt, nachdem der Mindestvolumen­ strom Qmin erreicht ist. Das Schließen des Schaltkontaktes 2 wird von der speicherprogrammierten Steuerung SPS1 als Freigabe­ signal für den Maschinenbetrieb verarbeitet. Nach Ablauf einer einprogrammierten Maschinenlaufzeit oder einer bestimmten An­ zahl von Arbeitsspielen wird über die speicherprogrammierte Steuerung 1 das Stellglied 4 des Ventils 3 aktiviert und der Volumenstrom Q unter Qmin abgesenkt. Bei intaktem Durchflußmen­ genmesser 6 signalisiert der nun geöffnete Schaltkontakt 2 Wasser­ mangel, wodurch das Stellglied 4 zum Öffnen des Ventiles 3 ver­ anlaßt wird. Dabei stellt sich der anfangs definierte Volumen­ strom Q wieder ein, was durch Schließen des Schaltkontaktes 2 bestätigt wird. Bei diesem Ablauf bleibt das Freigabesignal für den Maschinenbetrieb erhalten. Bei nicht funktionsfähigem Durch­ flußmengenmesser, z. B. bei der Arbeits- bzw. Anzeigestellung festsitzendem Schwebekörper bleibt das Öffnen des Schaltkontak­ tes 2 bei Schließung des Ventils 3 und Unterschreiten des Min­ desvolumenstromes Qmin aus. In diesem Fall wird über die spei­ cherprogrammierte Steuerung das Signal "defekte Sicherheitsein­ richtung" ausgegeben und die Maschine abgeschaltet.

Claims (3)

1. Speicherprogrammierbare Steuervorrichtung zur Zuverlässigkeitsprüfung und Funktionskontrolle des Betriebsverhaltens eines Kühlwassersystems mit einem Durchflußmengenmesser auf Schwebekörperbasis mit einem dauermagne­ tischen Meßgeber und einer außerhalb des Strömungsraumes angeordneten, auf den Meßgeber ansprechenden Schalteinrichtung zur Beeinflussung und Überwachung eines maschinellen Betriebsablaufs, insbesondere in der Wider­ standschweißtechnik, mit einem im Kühlwasserzulauf der Maschine vorge­ sehenen fernbetätigbaren Ventil, gekennzeichnet durch die Kombination folgen­ der Merkmale:

• a) ein im Schwebekörper integrierter dauermagnetischer Meßgeber ist vorge­ sehen, der während der Aufwärtsbewegung auf einen außerhalb des Volumen­ stroms angeordneten, auf die Bewegung ansprechenden Magnetschalter ein­ wirkt, und
• b) einen Schaltkontakt (2) des Durchflußmessers schließt, nachdem ein Mindestvolumenstrom Qmin erreicht bzw. überschritten ist, und ferner
• c) bei geschlossenem Schaltkontakt (2) der Maschinenbetrieb über die speicherprogrammierte Steuerung (SPS 1) freigegeben wird;
• d) zur Funktionskontrolle und Betriebssicherheitsprüfung während des Betriebs nach Ablauf einer speicherprogrammierten Maschinenlaufzeit bzw. einer vorgebbaren Zahl von Arbeitsspielen die speicherprogrammierte Steuerung (SPS 1) das Stellglied (34) einschaltet, um den Volumenstrom Q mit Hilfe des Ventils (3) kurzzeitig auf einen vorgegebenen Wert unterhalb des Mindest­ volumenstroms Qmin abzusenken, und
• e) der Durchflußmengenmesser nach Erreichen des für die Wassermangel­ anzeige vorgesehenen Wassermangelvolumenstroms bei geöffnetem Schalt­ kontakt (2) das Stellglied (4) zum Öffnen des Ventils (3) über die speicher­ programmierte Steuerung (SPS 1) betätigt, um den definierten Volumenstrom Q wieder einzustellen, und das Erreichen des Mindestvolumenstroms Qmin mit Hilfe des schließenden Schalters (2) wieder anzuzeigen.

2. Speicherprogrammierbare Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schwebekörper integrierte dauermagnetische Meßgeber während der Aufwärtsbewegung nacheinander zeitlich aufeinander folgend auf mehrere außerhalb des Strömungsraumes angeordneten Magnet­ schalter einer Schalteinrichtung einwirkt.

3. Speicherprogrammierbare Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherprogrammierbare Steuervorrichtung (SPS 1) ausgangsseitig über das Stellglied (34) an das fernbetätigbare Ventil (3) angeschlossen ist, um in programmiert festgelegten Zeitabständen während eines Betriebs die Durchflußwassermenge zu steuern, sowie eingangsseitig mit dem Programmiereingang seiner Speicher an die Ausgänge der Schaltkontakte (2) des Durchflußmengenmessers (6) über lösbare Streckeneinheiten angeschlossen ist.