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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Führung des Umstellprozesses
eines elektromagnetischen Schieberventils, das dadurch verbessert
wurde, dass es die Erkennung einer Abweichung vom Normalbetrieb
ermöglicht,
bevor ein Ausfall eintritt, indem der Umstellprozess des Magnetschieberventils überwacht
wird, so dass im Voraus Vorkehrungen getroffen werden können.
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Bei
der Montage, beispielsweise von Kraftfahrzeugen oder anderen Maschinen,
kommt ein Automatisierungssystem zum Einsatz, das mit Druckluft
betrieben wird, wobei hierin zahlreiche Magnetschieberventile zum
Umschalten der Druckluft dienen. Ein solches Automatisierungssystem
ist für
den ununterbrochenen Langzeitbetrieb bestimmt, so dass eine erhöhte Effizienz
erreicht wird. Wenn nur eines der vorstehend genannten Magnetschieberventile
ausfällt,
so ist damit das gesamte System von der Störung betroffen, was zu ernsthaften
Verlusten führt
Zudem erfordert es eine lange Zeit, den ausgefallenen Magnet ausfindig
zu machen und ihn zu reparieren oder auszutauschen, weil es sich
in der Regel um ein komplexes System handelt. Dadurch werden die
Stillstandzeiten der Anlage verlängert,
so dass die Gesamtverluste noch weiter anwachsen.
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Dieses
Problem könnte überwunden
werden, wenn eine Voraussage eines Ausfalls von Magnetschieberventilen
möglich
wäre. Eine
wirksame technische Lösung
ist jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden.
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In
der japanischen ungeprüften
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift 2-66784 wird ein Wegeventil offenbart,
bei dem an einem Schieber am äußeren Umfang
ein Magnet montiert ist und ein magnetischer Sensor an einem Gehäuse befestigt
ist und bei dem das Umstellen des Schiebers mit Hilfe des Magneten
und des magnetischen Sensors überwacht
wird.
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Diese
erste bekannte Anordnung ermöglichte
jedoch nur die Feststellung, ob der Schieber verstellt wurde oder
nicht. Ein Ausbleiben eines Signals, das das Umstellen des Schiebers
anzeigt, bedeutet deshalb, dass das Magnetschieberventil ausgefallen
ist. Mit anderen Worten, diese erste bekannte Anordnung kann einen
Ausfall eines Magnetschieberventils nicht voraussagen.
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Ferner
wird in der japanischen geprüften
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 7-31021 (japanische ungeprüfte Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift
Nr. 2-88079) ein weiterer Typ eines Wegeventils offenbart, bei dem
an einem Kolben, der auf einer Seite eines Schiebers befestigt ist,
ein Magnet eingesetzt und eine Messspule an einem Gehäuse eingebaut
ist und durch die Bewegung des Magneten in der Messspule eine induzierte
Spannung gemessen wird, wodurch anhand der Größe der induzierten Spannung
eine Normabweichung erkannt wird. Mit anderen Worten, dieses Ventil
stellt im Prinzip anhand einer induzierten Spannung die Bewegungsgeschwindigkeit
des Kolbens bzw. des Schiebers fest und erkennt anhand des Wertes der
Bewegungsgeschwindigkeit eine Normabweichung.
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Bei
dieser zweiten bekannten Anordnung wird allerdings die Bewegungsgeschwindigkeit
des Schiebers während
eines Hubs gemessen und, wenn sich der Schieber nicht gleichmäßig bewegt,
dies als ein Fehler erkannt. Deshalb ist bei dieser zweiten bekannten
Anordnung im Falle einer Verzögerung
des Verstellbeginns des Schiebers auf Grund der Adhäsion des
Schiebers an einem Hubende oder einer Verzögerung beim Anlegen des Schiebers
am Hubende auf Grund einer Erhöhung
des Gleitwiderstandes unmittelbar vor dem Anlegen an einem Hubende
keine Erkennung einer Normabweichung und eines Betriebsausfalls
des Ventils möglich.
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In
DE 4218320 werden ein Verfahren
und eine Einrichtung der Betriebsführung für ein Ventil beschrieben.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Einrichtung zur Betriebsführung mit
ausgezeichneter Erkennungsgenauigkeit von Normabweichungen und dem
Vermögen,
eine Normabweichung eines Magnetschieberventils einfach und zuverlässig vor
Eintritt des Ausfalls voraussagen zu können, wozu die Betätigungszeiten
des Magnetschieberventils ermittelt werden und festgestellt wird,
ob der Umstellprozess normal oder von der Norm abweichend erfolgt.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren
der Betriebsführung eines
Magnetschieberventils bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
Bestimmung
der Betriebsstellungen eines zum Umschalten des Volumenstroms dienenden
Ventilschiebers mit Hilfe eines am Magnetschieberventil befestigten
Stellungsgeberelements,
Messung der Betätigungszeit anhand eines Stellungssignals
und eines Taktsignals in einer Signalverarbeitungsschaltung ab dem
Zeitpunkt, zu dem ein Steuersignal für das Magnetschieberventil
ein- oder ausgeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich
der Ventilschieber aus einer bestimmten Stellung herausbewegt oder
eine solche erreicht,
Erkennung, ob ein normaler oder von der
Norm abweichender Umschaltbetrieb des Ventilschiebers vorliegt, wozu
die Betätigungszeit
mit einer bestimmten Anzahl bereits in die Signalverarbeitungsschaltung
eingegebener Normwerte verglichen wird, und Ausgabe eines Anzeigesignals
entsprechend dem Erkennungsergebnis.
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Die
bestimmte Anzahl von Normwerten umfasst einen ersten Normwert, der
einen Normalitätsbereich der
Betätigungszeiten
anzeigt, und einen zweiten Normwert, der einen Bereich anzeigt,
in dem eine Normabweichung vorausgesagt werden kann. Ein Normalitätssignal
wird abgegeben, wenn die Betätigungszeit
des Ventilschiebers kleiner als der erste oder gleich dem ersten
Normwert ist. Ein Normabweichungsvoraussagesignal wird abgegeben,
wenn die Betätigungszeit
des Ventilschiebers zwischen dem ersten und dem zweiten Normwert
liegt. Und ein Normabweichungssignal wird abgegeben, wenn die Betätigungszeit
des Ventilschiebers den zweiten Normwert überschreitet Bei dem oben beschriebenen
Verfahren wird die Betätigungszeit
gemessen, die ab dem Einschalt- oder Ausschaltzeitpunkt für das Magnetschieberventil
bis zum Zeitpunkt benötigt
wird, zu dem sich der Ventilschieber aus einer bestimmten Stellung
heraus bewegt bzw. eine bestimmte Stellung erreicht, und die Erkennung,
ob ein normaler oder von der Normalität abweichender Umstellprozess des
Ventilschiebers vorliegt, erfolgt anhand der Betätigungszeit. Deshalb kann eine
Verzögerung
des Herausbewegens des Ventilschiebers aus einer Stellung an einem
Hubende oder des Erreichens einer Stellung am Hubende zuverlässig als
eine Normabweichung erkannt werden.
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Entsprechend
einer gesonderten Ausführungsform
wird die Stellung des Ventilschiebers mit Hilfe eines Stellungsgeberelements
mindestens an einem Hubende des Ventilschiebers bestimmt und mindestens eine
Zeit gemessen, nämlich
die Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem ein Steuersignal für das Magnetschieberventil ein-
oder ausgeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber
beginnt, sich aus der oben genannten Stellung am Hubende herauszubewegen,
und die Zeit ab diesem Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, an dem er
das Hubende erreicht.
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Erfindungsgemäß wird auch
gemäß Anspruch
3 eine Einrichtung zur Betriebsführung
eines elektromagnetischen Schieberventils zur Verfügung gestellt,
zu deren Bestandteilen gehören:
ein Stellungsgeberelement, das am Magnetschieberventil befestigt
und zur Bestimmung der Betriebsstellung eines zum Umschalten des
Volumenstroms dienenden Ventilschiebers bestimmt ist, eine Signalverarbeitungsschaltung
zum Messen der Betätigungszeit
des Ventilschiebers anhand von durch das Stellungsgeberelement gelieferten
Stellungssignalen und zur Bestimmung anhand der Betätigungszeit,
ob ein normaler oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des
Ventilschiebers vorliegt, wobei die Signalverarbeitungsschaltung
eine Messeinheit umfasst, die je nach dem, ob ein Steuersignal für das Magnetschieberventil
ein- oder ausgeschaltet wurde, eine Zeitmessung beginnt und anhand
des von dem Stellungsgeberelement abgegebenen Stellungssignals die
Betätigungszeit
bis zum Umstellen des Ventilschiebers misst, eine Vergleichseinheit,
die über
eine bestimmte Anzahl vorgegebener Normwerte für die Betätigungszeit verfügt und erkennt,
ob ein normaler oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des
Ventilschiebers vorliegt, wozu sie die mittels der Messeinheit gemessene Betätigungszeit
des Ventilschiebers mit dieser Anzahl von Normwerten vergleicht,
und eine Signalabgabeeinheit zur Abgabe eines Anzeigesignals, um
anzuzeigen, ob auf Grund des Erkennungsergebnisses ein normaler
oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des Ventilschiebers
vorliegt.
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Entsprechend
einer speziellen Ausführungsform
ist das Stellungsgeberelement so ausgelegt, dass es die Stellungen
des Ventilschiebers an beiden Hubenden ermittelt, und gehören zur
Messeinheit der Signalverarbeitungsschaltung die folgenden Bestandteile:
ein erstes Messelement zum Messen der Zeit ab dem Zeitpunkt, zu
dem das Steuersignal für
das Magnetschieberventil eingeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Ventilschieber beginnt, sich vom ersten Hubende weg zu
bewegen, ein zweites Messelement zum Messen der Zeit ab dem genannten
Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber ein zweites
Hubende erreicht, ein drittes Messelement zum Messen der Zeit ab
dem Zeitpunkt, zu dem das Steuersignal für das Magnetschieberventil
ausgeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber
vom zweiten Hubende eine Rückwärtsbewegung
beginnt, und ein viertes Messelement zum Messen der Zeit der Rückkehr vom
zweiten Hubende bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber
das erste Hubende erreicht, und ist die Vergleichseinheit mit dem
ersten bis vierten Komparator ausgeführt, der jeweils mit dem ersten
bis vierten Messelement verbunden ist und zum Vergleich der durch
diese Messelemente gemessenen Betätigungszeiten mit den jeweiligen
Normwerten bestimmt ist.
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Das
oben beschriebene Stellungsgeberelement ist vorzugsweise mit einem
Magnet ausgeführt,
der so angeordnet ist, dass er sich synchron mit dem Ventilschieber
bewegt, und mit mindestens einem Stellungssensor zur Bestimmung
des vom Magnet ausgehenden Magnetflusses ausgestattet, wobei der
Stellungssensor so angeordnet ist, dass er den über den Gesamthub des Ventilschiebers
vom Magnet ausgehenden Magnetfluss bestimmt.
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Die
Erfindung soll nun in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die dazugehörigen
Zeichnungen genauer beschrieben werden.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 einen Längsschnitt
einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Magnetventils,
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung
eines von dem Stellungsgeberelement der ersten Ausführungsform
abgegebenen Stellungssignals,
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3 ein Blockschaltbild einer
Signalverarbeitungsschaltung,
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4 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung
des zeitlichen Ablaufs der Signalverarbeitung,
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5 einen Längsschnitt
des Hauptsegments einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetschieberventils,
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6 ein Diagramm zur Veranschaulichung
der vom Stellungsgeberelement der zweiten Ausführungsform abgegebenen Stellungssignale,
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7 ein Diagramm eines werteren
erfindungsgemäß erzeugten
Stellungssignals und
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8 ein Diagramm eines zusätzlichen
erfindungsgemäß erzeugten
Stellungssignals
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In 1 ist eine erste Ausführungsform
eines Magnetschieberventils 1 gezeigt. Bei dem hier als
Beispiel gewählten
Magnetschieberventil 1 handelt es sich um ein solches mit
einem Einzelvorsteuerventil, wobei das einzelne Vorsteuerventil 3 ein
Hauptventil 2 umstellt.
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Bestandteil
des Magnetschieberventils 1 ist ein Gehäuse 4 aus einem nichtmagnetischen
Werkstoff. Das Gehäuse 4,
in das mehrere Anschlüsse
P, E1, E2, A und B führen,
ist mit einem Ventilinnenraum 5, in den die Anschlüsse münden, einem
Schieber 6, der als Ventilschieber zum Umschalten der Fluidströme dient
und gleitend im Ventilinnenraum 5 aufgenommen wird, zwei
Kolben, einem großen
Kolben 7a und einem kleinen Kolben 7b auf beiden
Seiten des Schiebers 6, und dem oben genannten Vorsteuerventil 3 versehen,
das dem ersten Druckraum 8a auf der Seite des ersten Kolbens 7a mit
großem
Durchmesser Vorsteuerfluid zuführt
und mit der Stirnfläche
unmittelbar neben dem ersten Kolben 7a am Gehäuse 4 eingesetzt
ist. Der erste Druckraum 8a steht mit dem Zuführungsanschluss
P über
die Vorsteuerfluidkanäle 9a und 9b über das
Vorsteuerventil 3, der zweite Druckraum 8b, der
sich unmittelbar an einen zweiten Kolben 8b mit kleinerem
Durchmesser anschließt, über einen
Vorsteuerfluidkanal 9c stets mit dem Zuführungsanschluss
P in Verbindung.
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Bei
dem oben genannten Magnetschieberventil 1 wird der zweite
Kolben 7b, wenn das Vorsteuerventil 3 ausgeschaltet
ist, d. h. wenn der erste Druckraum 8a nicht mit einem
Vorsteuerfluid gefüllt
ist, durch den im zweiten Druckraum 8b anliegenden Vorsteuerfluiddruck
abgehoben, so dass sich der Schieber 6 entsprechend 1 am ersten Hubende auf
der linken Seite befindet. Ist das Vorsteuerventil 3 nun
eingeschaltet, d. h. wurde dem ersten Druckraum 8a Vorsteuerfluid
zugeführt,
so wird der Schieber 6 vom ersten Kolben 7a entsprechend 1 nach rechts verstellt,
so dass sich der Schieber 6 zu einem zweiten Hubende bewegt.
Dies ist auf die Differenz hinsichtlich der Druckaufnahmefläche der
zwei Kolben 7a und 7b zurückzuführen, so dass die am ersten
Kolben 7a wirkende Fluiddruckkraft größer ist als die auf den zweiten
Kolben 7b wirkende Fluiddruckkraft.
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Das
Magnetschieberventil 1 ist mit einer Betriebsführungseinrichtung
zur Führung
des Umschaltbetriebs des vorstehend beschriebenen Schiebers 6 ausgestattet.
Bestandteile der Betriebsführungseinrichtung sind
das Stellungsgeberelement 11 zur Ermittlung der Betriebsstellungen
des Schiebers 6 und eine Signalverarbeitungsschaltung 12 zum
Messen der Betätigungszeiten
des Schiebers 6 auf der Grundlage des von dem Stellungsgeberelement 11 gelieferten
Stellungssignals und zur Erkennung anhand dieser Betätigungszeit,
ob ein normaler oder ein von der Norm abweichender Umstellprozess
des Schiebers 6 vorliegt. Die Signalverarbeitungsschaltung 12 lässt sich
entsprechend den Zeichnungen an einer geeigneten Stelle wie auf
der Oberseite oder an der Seite des Magnetschieberventils 1 anordnen.
Alternativ lässt
sich die Signalverarbeitungsschaltung 12 an der Unterplatte,
auf der das Magnetschieberventil montiert ist, oder am Seiten-,
Anschluss- oder Stromverteilungsblock, die miteinander kombiniert
sind, wenn mehrere Magnetschieberventile eine Einheit bilden, bzw.
an einer anderen geeigneten Stelle anordnen.
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Zu
dem Stellungsgeberelement 11 gehören ein Magnet 15,
der an dem aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehenden Schieber 6 befestigt
ist und sich mit dem Schieber 6 gemeinsam bewegt, und ein
Stellungssensor 16, der an einer bestimmten Stelle am Gehäuse 4 befestigt
ist und die Änderung
der Induktion entsprechend der Bewegung des Magnets 15 überwacht.
Der Stellungssensor 16 ist so angeordnet, dass er die Induktion
vom Magnet 15 über
den gesamten Hub des Schiebers 6 überwachen kann, und liefert
entsprechend 2 ein Stellungssignal
S in Form eines analogen Signals, dessen Größe mit fortschreitender Bewegung
des Schiebers 6 vom ersten Hubende zum zweiten Hubende
abnimmt.
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Bestandteile
der Signalverarbeitungsschaltung 12 sind entsprechend 3 eine Stellungsbestimmungseinheit 20,
die Messeinheit 21, die Vergleichseinheit 22 und
eine Signalausgabeeinheit 23.
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Die
Stellungsbestimmungseinheit 20 ist mit dem Stellungssensor 16 verbunden,
sie bestimmt die Grenzwerte M und N (siehe 2) und determiniert an dem von dem oben
genannten Stellungssensor 16 abgegebenen Stellungssignal
S eine bestimmte Betriebsstellung, die zeitlich gemessen wird, und
gibt, wenn die durch die Grenzwerte M und N determinierte Betriebsstellung
erkannt wurde, in einem späteren
Schritt ein Stellungsbestimmungssignal m und n zur Steuerung an
die Messeinheit 21 ab.
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Die
hier behandelte Ausführungsform
ist so konzipiert, dass die Stellungen des Schiebers 6 an
beiden Hubenden bestimmt werden, wozu nahe den beiden Hubenden an
den Stellungssignalen S zwei Grenzwerte M und N determiniert werden.
Wird das Betätigungssignal
für das
Magnetschieberventil 1 eingeschaltet, d. h. bewegt sich
der Schieber 6 vom ersten Hubende zum zweiten Hubende hin,
so wird von der Stellungsbestimmungseinheit 20 entsprechend 2 das oben genannte Stellungsbestimmungssignal
m abgegeben, bis das vom Stellungssensor 16 abgegebene
Stellungssignal S den Grenzwert M überschreitet, d. h. bis der
Schieber 6 beginnt sich zu bewegen. Wenn das Stellungssignal
S den Grenzwert M überschreitet,
d.h. wenn der Schieber beginnt sich zu bewegen, wird das Stellungsbestimmungssignal
m ausgeschaltet. Wenn das Stellungssignal S den Grenzwert N erreicht,
d. h. wenn der Schieber 6 das zweite Hubende erreicht,
wird das Stellungsbestimmungssignal n eingeschaltet.
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Wenn
das Betätigungssignal
für das
Magnetschieberventil 1 ausgeschaltet ist, d. h. wenn der
Schieber 6 vom zweiten Hubende zum ersten Hubende zurückkehrt,
wird von der Stellungsbestimmungseinheit 20 das Stellungsbestimmungssignal
n abgegeben, bis das vom Stellungssensor 16 gelieferte
Stellungssignal S den Grenzwert N überschreitet, d. h. bis der
Schieber beginnt sich zurückzubewegen.
Wenn das Stellungssignal S den Grenzwert N überschreitet, d.h. wenn der
Schieber 6 beginnt sich zurückzubewegen, wird das Stellungsbestimmungssignal
n ausgeschaltet. Wenn das Stellungssignal den Grenzwert M erreicht,
d. h. wenn der Schieber 6 das erste Hubende erreicht, wird
das Stellungsbestimmungssignal m eingeschaltet.
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Inzwischen
beginnt die oben beschriebene Messeinheit 21 die Zeitmessung
mit Hilfe von Taktimpulsen, wofür
die Ein-/Ausbetätigungssignale
für das
Magnetschieberventil 1 als Startsignal benutzt werden,
und misst anhand der von der Stellungsbestimmungseinheit 20 eingegebenen
Stellungssignale die Betätigungszeit bis
zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schieber 6 eine bestimmte
Betriebsstellung erreicht. Diese Messungen werden mit Hilfe des
ersten bis vierten Messelements 21a bis 21d ausgeführt, die
mit der Stellungsbestimmungseinheit 20 verbunden sind.
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Das
erste Messelement 21a ist dazu bestimmt, die Betätigungszeit
T1 vom Zeitpunkt, zu dem das Betätigungssignal
für das
Magnetschieberventil 1 eingeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt
zu messen, zu dem der Schieber 6 beginnt, sich vom ersten
Hubende weg zu bewegen. Das erste Messelement 21a beginnt
eine Messung durch Zählung
von Taktimpulsen zugleich mit der Eingabe des Betätigungssignals.
Wenn der Schieber 6 beginnt sich zu bewegen, d. h. wenn
das Stellungsbestimmungssignal m von der Bestimmungseinheit 20 ausgeschaltet
wird, beendet das erste Messelement 21a die Messung, ermittelt
dabei die Betätigungszeit T1
und gibt dieses Messsignal an den ersten Komparator 22a ab,
der in der nachfolgenden Stufe eine Vergleichseinheit 22 bildet.
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Das
zweite Messelement 21b ist dazu bestimmt, die Betätigungszeit
T2 ab dem Zeitpunkt, zu dem das Betätigungssignal für das Magnetschieberventil 1 eingeschaltet
wird, bis zu dem Zeitpunkt zu messen, zu dem der Schieber 6 das
zweite Hubende erreicht. Das zweite Messelement 21b beginnt
eine Messung mit der Zählung
von Taktimpulsen zugleich mit der Eingabe des Betätigungssignals.
Wenn der Schieber 6 das zweite Hubende erreicht, d. h.
wenn das Stellungsbestimmungssignal n von der Bestimmungseinheit 20 eingeschaltet wird,
beendet das zweite Messelement 21b die Messung, ermittelt
dabei die Betätigungszeit
T2 und gibt dieses Messsignal an den zweiten Komparator 22b ab,
der in der nachfolgenden Stufe eine Vergleichseinheit 22 bildet.
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Das
dritte Messelement 21c ist dazu bestimmt, die Betätigungszeit
T3 ab dem Zeitpunkt, zu dem das Betätigungssignal für das Magnetschieberventil 1 ausgeschaltet
wird, bis zu dem Zeitpunkt zu messen, zu dem der Schieber 6 vom
zweiten Hubende wieder zurückkehrt.
Das dritte Messelement 21c beginnt eine Messung mit der
Zählung
von Taktimpulsen zugleich mit der Eingabe des Betätigungssignals
im Zustand OFF. Wenn der Schieber 6 beginnt zurückzukehren,
d. h. wenn das Stellungsbestimmungssignal n von der Bestimmungseinheit 20 ausgeschaltet
wird, beendet das dritte Messelement 21c die Messung, ermittelt
dabei die Betätigungszeit
T3 und gibt dieses Messsignal an den dritten Komparator 22c ab,
der in der nachfolgenden Stufe eine Vergleichseinheit 22 bildet.
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Das
vierte Messelement 21d ist dazu bestimmt, die Betätigungszeit
T4 ab dem Zeitpunkt, zu dem das Betätigungssignal für das Magnetschieberventil 1 ausgeschaltet
wird, bis zu dem Zeitpunkt zu messen, zu dem der Schieber 6 zum
ersten Hubende zurückkehrt.
Das vierte Messelement 21d beginnt eine Messung mit der Zählung von
Taktimpulsen zugleich mit der Eingabe des Betätigungssignals im Zustand OFF.
Wenn der Schieber 6 das Hubende nach der Rückkehr erreicht,
d. h. wenn das Stellungsbestimmungssignal m von der Bestimmungseinheit 20 eingeschaltet
wird, beendet das vierte Messelement 21d die Messung, ermittelt
dabei die Betätigungszeit
T4 und gibt dieses Messsignal an den vierten Komparator 22d ab,
der in der nachfolgenden Stufe eine Vergleichseinheit 22 bildet.
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Die
Vergleichseinheit 22 ist dazu bestimmt, eine Anzahl von
Normwerten für
die Betätigungszeit
des Schiebers 6 vorzugeben und bestimmt, ob ein normaler
oder von der Norm abweichender Umstellprozess des Schiebers 6 vorliegt,
wozu sie die von den Messelementen 21a bis 21d gemessenen
Betätigungszeiten
T1 bis T4 mit dieser Anzahl von Normwerten vergleicht Die Vergleichseinheit 22 umfasst
den ersten bis vierten Komparator 22a bis 22d.
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Der
erste Komparator 22a ist dazu bestimmt, unter Berücksichtigung
der vom ersten Messelement 21a gemessenen Betätigungszeiten
T1 den ersten Normwert T1a, der die Obergrenze der normalen Betätigungszeiten
angibt, und den zweiten Normwert T1b vorzugeben, der größer als
der erste Normwert ist und die Obergrenze der Normabweichungsvoraussagezeit
angibt, die keine Normabweichung darstellt, sondern eine Vorstufe
der Normabweichung. Der erste Komparator 22a vergleicht
die Betätigungszeit
T1 mit diesen Normwerten. Ist die Betätigungszeit T1 kleiner als
der erste oder gleich dem ersten Normwert T1a, (d. h. 0 < T1 ≤ T1a), so
gibt der erste Komparator 22a ein Normalsignal X ab. Ist
die Betätigungszeit
T1 größer als
der erste Normwert T1a und kleiner als der zweite oder gleich dem
zweiten Normwert T1 b, (d. h. T1a < T1 ≤ T1b), so
gibt der erste Komparator 22a ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y ab. Ist die Betätigungszeit
T1 größer als
der zweite Normwert T1b, (d. h. T1b < T1), so gibt der erste Komparator 22a ein
Normabweichungssignal Z ab.
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Der
zweite Komparator 22b ist dazu bestimmt, unter Berücksichtigung
der mit Hilfe des zweiten Messelements 21b gemessenen Betätigungszeiten
T2 den ersten Normwert T2a vorzugeben, der die Obergrenze der Normalbetätigungszeiten
anzeigt, sowie den zweiten Normwert T2b vorzugeben, der die Obergrenze
der Normabweichungsvoraussagezeit anzeigt. Der zweite Komparator 22b vergleicht
die Betätigungszeit
T2 mit diesen Normwerten. Ist die Betätigungszeit T2 kleiner als
der erste oder gleich dem ersten Normwert T2a, (d.h. 0 < T2 ≤ T2a), so
gibt der zweite Komparator 22b ein Normalsignal X ab. Ist
die Betätigungszeit
T2 größer als der
erste Normwert T2a und kleiner als der zweite oder gleich dem zweiten
Normwert T2b, (d. h. T2a < T2 ≤ T2b), so
gibt der zweite Komparator 22b ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y ab. Ist die Betätigungszeit T2
größer als
der zweite Normwert T2b (d. h. T2b < T2), so gibt der zweite Komparator 22b ein
Normabweichungssignal Z ab.
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Der
dritte Komparator 22c ist dazu bestimmt, unter Berücksichtigung
der mit Hilfe des zweiten Messelements 21b gemessenen Betätigungszeiten
T3 den ersten Normwert T3a vorzugeben, der die Obergrenze der Normalbetätigungszeiten
anzeigt, sowie den zweiten Normwert Tab vorzugeben, der die Obergrenze
der Normabweichungsvoraussagezeit anzeigt. Der dritte Komparator 22c vergleicht
die Betätigungszeit
T3 mit diesen Normwerten. Ist die Betätigungszeit T3 kleiner als
der erste oder gleich dem ersten Normwert T3a, (d.h. 0 < T3 ≤ T3a), so
gibt der dritte Komparator 22c ein Normalsignal X ab. Ist
die Betätigungszeit
T3 größer als
der erste Normwert T3a und kleiner als der zweite oder gleich dem
zweiten Normwert Tab, (d. h. T3a < T3 ≤ T3b), so
gibt der dritte Komparator 22c ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y ab. Ist die Betätigungszeit
T3 größer als
der zweite Normwert Tab (d. h. Tab < T3), so gibt der dritte Komparator 22c ein
Normabweichungssignal Z ab.
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Der
vierte Komparator 22d ist dazu bestimmt, unter Berücksichtigung
der mit Hilfe des zweiten Messelements 21b gemessenen Betätigungszeiten
T4 den ersten Normwert T4a vorzugeben, der die Obergrenze der Normalbetätigungszeiten
anzeigt, sowie den zweiten Normwert T4b vorzugeben, der die Obergrenze
der Normabweichungsvoraussagezeit anzeigt. Der vierte Komparator 22d vergleicht
die Betätigungszeit
T4 mit diesen Normwerten. Ist die Betätigungszeit T4 kleiner als
der erste oder gleich dem ersten Normwert T4a, (d.h. 0 < T4 ≤ T4a), so
gibt der vierte Komparator 22d eine Normalsignal X ab.
Ist die Betätigungszeit
T4 größer als der
erste Normwert T4a und kleiner als der zweite oder gleich dem zweiten
Normwert T4b, (d. h. T4a < T4 ≤ T4b), so
gibt der vierte Komparator 22d ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y ab. Ist die Betätigungszeit T4
größer als
der zweite Normwert T4b (d. h. T4b < T4), so gibt der vierte Komparator 22d ein
Normabweichungssignal Z ab.
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Die
Zeitfolge der Betätigung
jedes dieser Messelemente 21a bis 21d und der
Komparatoren 22a bis 22d wird in 4 gezeigt.
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Die
vorstehend genannte Signalabgabeeinheit 23 liefert ein
Anzeigesignal zum Anzeigen, ob die Betätigungszeit anhand der mittels
der oben beschriebenen Komparatoren 22a bis 22d gewonnenen
Erkennungsergebnisse normal oder von der Norm abweichend sind. Die
Signalabgabeeinheit 23 ist mit der ersten bis dritten ODER-Schaltung 24a bis 24c und
der ersten bis dritten Verriegelungsschaltung 25a bis 25c ausgestattet,
die mit den entsprechenden ODER-Schaltungen 24a bis 24c verbunden
sind.
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Die
erste ODER-Schaltung 24a ist dazu bestimmt, vom ersten
bis vierten Komparator 22a bis 22d ein Normalsignal
X zu empfangen und bei Empfang eines Eingangssignals von einem Komparator
ein Betätigungssignal
an die erste Verriegelungsschaltung 25a abzugeben.
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Die
zweite ODER-Schaltung 24b ist dazu bestimmt, vom ersten
bis vierten Komparator 22a bis 22d ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y zu empfangen und bei Empfang eines Eingangssignals von einem Komparator
ein Betätigungssignal
an die zweite Verriegelungsschaltung 25b abzugeben.
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Die
dritte ODER-Schaltung 24c ist dazu bestimmt, vom ersten
bis vierten Komparator 22a bis 22d ein Normabweichungssignal
Z zu empfangen und bei Empfang eines Eingangssignals von einem Komparator
ein Betätigungssignal
an die dritte Verriegelungsschaltung 25c abzugeben.
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Beim
Empfang eines Signals von den ODER-Schaltungen 24a bis 24c liefert
jede der Verriegelungsschaltungen 25a bis 25c ein
Signal wie ein Normalsignal X, ein Normabweichungsvoraussagesignal
Y oder ein Normabweichungssignal Z an eine Steuereinheit oder eine
Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt). In diesem Falle kann die
Signalverarbeitungsschaltung 12 so aufgebaut sein, dass
sie über
eine Übertragungsschaltung verfügt und über diese
die Übertragung
gewährleistet.
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In
unserem Falle ist jede der Verriegelungsschaltungen 25a bis 25c mit
der Steuereinheit verbunden und so ausgelegt, dass sie durch ein
Rücksetzsignal
von dieser Steuereinheit rückgesetzt
wird.
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So
kann selbst bei einem verzögerten
Beginn einer Bewegung des Schiebers von einem Hubende weg oder verzögerten Erreichen
eines Hubendes zuverlässig
festgestellt werden, dass er sich in einem Zustand befindet, der
eine Vorstufe der Normabweichung voraussagt, oder in einem Zustand
einer Normabweichung, indem die Betätigungszeit von dem Zeitpunkt
an, zu dem das Magnetschieberventil 1 ein- oder ausgeschaltet wurde,
bis zu einem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem der Schieber 6 zum
anderen Hubende bewegt wurde, und anhand dieser Betätigungszeit
festgestellt werden, ob der Umstellprozess normal oder von der Norm
abweichend verläuft.
Deshalb können
sofort, wenn ermittelt wird, dass anhand des Umstellprozesses des
Schiebers eine Vorstufe einer Normabweichung oder eine tatsächliche
Normabweichung vorausgesagt werden kann, je nach dem Grad der Normabweichung
Maßnahmen
einer vorbeugenden Instandsetzung getroffen werden, bevor ein Defekt
wie eine Betriebsunterbrechung überhaupt
eintritt. Auf diese Weise wird über
eine lange Zeit hinweg eine erhöhte
Sicherheit und Zuverlässigkeit
während
des Langzeitbetriebs einer Automatisierungsanlage gewährleistet.
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Eine
eventuell auftretende Störung
kann, da die Störstelle
leicht auf Grund des Signals vom Magnetschieberventil ermittelbar
ist, rasch beseitigt werden und der durch die Unterbrechung der
Anlage verursachte Schaden möglichst
klein gehalten werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bezogen sich die
Erläuterungen
darauf, dass das Stellungsgeberelement 11 mit einem einzelnen
Stellungssensor 16 versehen ist, das Stellungsgeberelement 11 kann
jedoch auch wie bei der zweiten Ausführungsform entsprechend 5 mit mehreren Stellungssensoren
versehen sein. Dann sind die zwei Stellungssensoren 16a und 16b jeweils
an den beiden Hubenden des Schiebers 6 gegenüber dem
Magnet 15 angeordnet, so dass von den Stellungssensoren 16a und 16b die
zwei Stellungssignale Sa und Sb, die entsprechend 6 eine symmetrische Form aufweisen, erhalten
werden können.
Indem die zwei Grenzwerte M und N auf diesen zwei Stellungssignalen
Sa und Sb vorgegeben werden, können
die Stellungen an beiden Hubenden ermittelt werden.
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Da
der Aufbau und die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform
im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Einzelheit im Wesentlichen
der ersten Ausführungsform
gleich sind, wird auf eine Erläuterung
dieser verzichtet.
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Bei
der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird der Fall erläutert, bei
dem die zwei Stellungssensoren 16a und 16b analoge
Stellungssignale Sa und Sb abgeben, das Stellungsgeberelement jedoch kann
als ein Typ ausgeführt
sein, der digitale Ein-/Aussignale Sa und Sb entsprechend 7 und 8 abgibt. 7 zeigt
ein Beispiel, bei dem die zwei Stellungssensoren nur an jeweils
einem Hubende des Schiebers 6 Positionssignale Sa und Sb
abgeben. 8 veranschaulicht
andererseits ein Beispiel, bei dem die von den zwei Stellungssensoren
gelieferten Stellungssignale Sa und Sb in der Mitte eines Hubs einander überdecken. Wird
der Überdeckungsbereich
Sc des Stellungssignals unbeachtet gelassen, so können die
Stellungen des Schiebers 6 an den beiden Hubenden ermittelt
werden.
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Hier
bedeutet jedoch bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen,
wenn beide Stellungsbestimmungssignale n und m ausgeschaltet sind,
dass sich der Schieber auf dem Weg zu einem Hubende befindet. Mit
Hilfe von Berechnungen der Zeiträume,
die dabei ablaufen, ist es gleichzeitig möglich, die Bewegungszeit und
die Bewegungsgeschwindigkeit des Schiebers 6 zu ermitteln.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Erkennung
der Stellung des Schiebers 6 an den zwei Hubenden vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch dafür angewendet werden, dass nur
eines der zwei Hubenden untersucht und die Zeit gemessen wird bis
zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schieber sich vom Hubende weg zu bewegen
beginnt, oder die Zeit bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er das Hubende
erreicht. Zudem lässt
sich die vorliegende Erfindung sogar dafür anwenden, dass eine oder
mehrere Betriebsstellungen auf dem Weg innerhalb eines Hubs bestimmt
werden und die Zeiten bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schieber
diese Stellungen erreicht, oder die Zeiten bis zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Schieber sich aus diesen Stellungen weg bewegt (diese
verlässt),
gemessen werden. In diesen Fällen
ist es selbstverständlich,
dass die Anzahl der Messelemente oder Komparatoren in der Signalverarbeitungsschaltung
in Abhängigkeit
von der Anzahl der Messstellen geändert wird.
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Die
Betriebsstellungen des Schiebers 6 müssen nicht notwendigerweise
direkt bestimmt werden, sie können
auch indirekt ermittelt werden, indem man die Betriebstellungen
des Kolbens 7a oder 7b bestimmt.
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Bei
den Magnetschieberventilen, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar
ist, muss es sich nicht nur um solche mit Einzelvorsteuerventilen
handeln, es können
auch solche mit zwei Vorsteuerventilen eingesetzt werden. Alternativ
kann auch ein direktwirkendes Magnetschieberventil eingesetzt werden,
bei dem der Schieber direkt elektromagnetisch oder mechanisch betätigt wird.
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Zudem
muss der Ventilschieber nicht ein Längsschieber sein, wie oben
beschrieben. Der Ventilschieber kann bei Anwendung der vorliegenden
Erfindung auch ein Tellerventil sein, mit dem Fluidwege umgeleitet werden,
oder ein anderer Typ.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ein magnetisches
Stellungsgeberelement vorgesehen, bestehend aus einem Magnet und
einem magnetischen Sensor, wobei das Stellungsgeberelement jedoch
nicht allein auf einen solchen Typ begrenzt ist. Es sind verschiedene
Typen von Geberelementen einsetzbar wie ein optischer Geber, der
einen optischen Sensor benötigt,
oder ein kapazitiver Geber bzw. ein Geber, der die Impedanzänderung
einer Schaltung misst, die ein alternierendes Magnetfeld erzeugt.
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Wie
vorstehend ausführlich
beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, einfach und zuverlässig die Normabweichung
eines Magnetschieberventils zu erkennen, bevor eine Störung eintritt,
indem die Betätigungszeiten
des Magnetschieberventils bestimmt werden und dadurch ermittelt
wird, ob der Umstellprozess des Ventils normal oder von der Norm
abweichend ist.
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Zeichnungen
Fig.
2
Fig. 1
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