DE60008821T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Betriebsverwaltung eines elektromagnetischen Schieberventils - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Betriebsverwaltung eines elektromagnetischen Schieberventils Download PDF

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In DE 4218320 werden ein Verfahren und eine Einrichtung der Betriebsführung für ein Ventil beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung soll nun in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen genauer beschrieben werden.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils,
  • 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines von dem Stellungsgeberelement der ersten Ausführungsform abgegebenen Stellungssignals,
  • 3 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsschaltung,
  • 4 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Ablaufs der Signalverarbeitung,
  • 5 einen Längsschnitt des Hauptsegments einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetschieberventils,
  • 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der vom Stellungsgeberelement der zweiten Ausführungsform abgegebenen Stellungssignale,
  • 7 ein Diagramm eines werteren erfindungsgemäß erzeugten Stellungssignals und
  • 8 ein Diagramm eines zusätzlichen erfindungsgemäß erzeugten Stellungssignals
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bestandteile der Signalverarbeitungsschaltung 12 sind entsprechend 3 eine Stellungsbestimmungseinheit 20, die Messeinheit 21, die Vergleichseinheit 22 und eine Signalausgabeeinheit 23.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zeitfolge der Betätigung jedes dieser Messelemente 21a bis 21d und der Komparatoren 22a bis 22d wird in 4 gezeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zeichnungen Fig. 2 Fig. 1
    Figure 00150001
  • Fig. 3
    Figure 00150002
  • Fig. 4
    Figure 00150003
  • Fig. 6 Fig. 5
    Figure 00160001
  • Fig. 7 und 8
    Figure 00160002

Claims (6)

  1. Verfahren zur Betriebsführung eines elektromagnetischen Schieberventils (1), das folgende Schritte umfasst: Bestimmung der Betriebsstellung eines zum Umschalten des Volumenstroms dienenden Ventilschiebers (6) mit Hilfe eines am Magnetschieberventil (1) befestigten Stellungsgeberelements (11), die in einer Signalverarbeitungsschaltung (12) erfolgende Messung der Betätigungszeit ab dem Zeitpunkt, zu dem ein Steuersignal für das Magnetschieberventil (1) ein- oder ausgeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der Ventilschieber (6) aus einer bestimmten Stellung herausbewegt oder eine solche erreicht, anhand eines von dem Stellungsgeberelement (11) gelieferten Stellungssignals und eines Taktsignals, Erkennung, ob ein normaler oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des Ventilschiebers (6) vorliegt, wozu die Betätigungszeit mit einer bestimmten Anzahl bereits in die Signalverarbeitungsschaltung (12) eingegebener Normwerte verglichen wird, und Ausgabe eines Anzeigesignals entsprechend dem Erkennungsergebnis, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Anzahl von Normwerten einen ersten und einen zweiten Normwert umfasst, und bei dem ein Normalitätssignal abgegeben wird, wenn die Betätigungszeit des Ventilschiebers (6) kleiner als der erste oder gleich dem ersten Normwert ist, ein Normabweichungsvoraussagesignal abgegeben wird, wenn die Betätigungszeit des Ventilschiebers (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Normwert liegt, und ein Normabweichungssignal abgegeben wird, wenn die Betätigungszeit des Ventilschiebers (6) den zweiten Normwert überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stellung des Ventilschiebers (6) mittels eines Stellungsgeberelements (11) mindestens an einem Hubende bestimmt wird und bei dem mindestens eine Zeit innerhalb des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Steuersignal für das Magnetschieberventil ein- oder ausgeschaltet wird, dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber beginnt, sich vom Hubende weg zu bewegen, und dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber das Hubende erreicht, gemessen wird.
  3. Einrichtung zur Betriebsführung eines elektromagnetischen Schieberventils (1), zu deren Bestandteilen gehören: ein Stellungsgeberelement (11) zur Bestimmung der Betriebsstellung eines zum Umschalten des Volumenstroms dienenden Ventilschiebers (6), wobei das Stellungsgeberelement am Magnetschieberventil befestigt ist, eine Signalverarbeitungs schaltung (12) zum Messen der Betätigungszeit des Ventilschiebers anhand eines von dem Stellungsgeberelement gelieferten Stellungssignals und zur Bestimmung anhand der Betätigungszeit, ob ein normaler oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des Ventilschiebers vorliegt, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Messeinheit (21) 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 Umschalten des Ventilschiebers misst, eine Vergleichseinheit (22), 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 einer Anzahl von Normwerten vergleicht, und eine Signalabgabeeinheit (23) zur Abgabe eines Anzeigesignals, um anzuzeigen, ob auf Grund des Erkennungsergebnisses ein normaler oder von der Norm abweichender Umschaltbetrieb des Ventilschiebers vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der in der Vergleichseinheit vorgegebenen Normwerte einen ersten Normwert umfasst, der den oberen Grenzwert der normalen Betätigungszeiten angibt, und einen zweiten Normwert, der größer als der erste Normwert ist und den oberen Grenzwert der Normabweichungsvorhersagezeiten angibt, wobei die Normabweichungsvorhersagezeiten nicht aus einer Normabweichung resultieren, sondern eine Vorstufe einer Normabweichung darstellen, und bei der die Vergleichseinheit so ausgelegt ist, dass sie ein Normalitätssignal abgibt, wenn die gemessene Betätigungszeit des Ventilschiebers geringer als die erste oder gleich der ersten Normzeit ist, ein Normabweichungsvorhersagesignal abgibt, wenn die Betätigungszeit des Ventilschiebers größer als der erste Normwert und geringer als der zweite oder gleich dem zweiten Normwert ist, und ein Normabweichungssignal abgibt, wenn die Betätigungszeit des Ventilschiebers größer als die zweite Normzeit ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der das Stellungsgeberelement (11) so ausgelegt ist, dass es die Stellungen des Ventilschiebers (6) an beiden Hubenden ermittelt, und zur Messeinheit der Signalverarbeitungsschaltung (12) die folgenden Bestandteile gehören: ein erstes Messelement (21a) 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 (21b) zum Messen der Zeit ab dem genannten Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber ein zweites Hubende erreicht, ein drittes Messelement (21c) 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 Rück wärtsbewegung beginnt, und ein viertes Messelement (21d) zum Messen der Zeit der Rückkehr vom zweiten Hubende bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilschieber das erste Hubende erreicht, und bei der die Vergleichseinheit mit dem ersten bis vierten Komparator (22) zum Vergleich der durch die Messelemente gemessenen Betätigungszeiten mit der Anzahl von Normwerten ausgeführt ist, wobei jeder der Komparatoren mit dem jeweiligen Messelement verbunden ist.
  5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 oder 4, bei der zum Stellungsgeberelement (11) ein Magnet (15), der am Magnetschieberventil so angeordnet ist, dass er sich synchron mit dem Ventilschieber (6) bewegt, und mindestens ein Stellungssensor (16) zur Bestimmung des vom Magnet (15) ausgehenden Magnetflusses gehören.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der der Magnet (15) auf einer Seite des Ventilschiebers (6) an einer von den Ventilfluidkanälen isolierten Stelle und der Stellungssensor (16) in einem Gehäuse (4) des Magnetschieberventils (1) an einer Stelle in unmittelbarer Nähe des Magnets (15) eingebaut sind.
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