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Die
Erfindung betrifft eine Aktuator-Kontrollvorrichtung oder so genannte
Betätigungsglied-Steuerungseinrichtung,
insbesondere, aber nicht ausschließlich zum Einsatz bei einem
pneumatischen Aktuator.
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Pneumatische
Aktuatoren werden zum Ansteuern von Ventilen verwendet, welche die
Strömung
einer Substanz durch dein Rohr oder ähnliches steuern. Diese Aktuatoren
können
mittels einer mit Magnetventilen ausgestatteten Kontrollvorrichtung positioniert
werden. Um eine gewünschte
Ventilposition zu erreichen, werden viele Nachjustierungen benötigt, insbesondere
wenn die Wunschposition nicht konstant ist.
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Ein
typisches, elektrisch betriebenes An/Aus-Magnetventil hat eine Lebensdauer
von ungefähr
50 Millionen Operationen. In Anwendungen, in denen die Strömungsventile
konstant bewegt werden müssen,
können
die Magnetventile in weniger als 12 Monaten auslaufen.
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Es
gibt alternative mechanische Wege zum Betreiben eines Aktuators,
die jedoch teurer in der Herstellung und im Verkauf sind als diejenigen,
die mit den oben beschriebenen Magnetventilen ausgestattet sind.
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Die
US 2002/005501 von CROUZET
AUTOMATISMES offenbart eine Kontrollvorrichtung für einen
Aktuator. Die durch Kontrollventile kontrollierte Vorrichtung umfasst
ein Mittel zum Erreichen unterschiedlicher Zustände der Kontrollventile, und
dieses Mittel wird mittels eines Zweipunktströmungsmagnetventils, auf das
eine Sollwertvorgabe angewendet wird, aktiviert. Die Kontrollvorrichtung
umfasst weiterhin Mittel, um die Antwort des Magnetventils abhängig von
der Sollwertvorgabe über
die gesamte Bandbreite, die der Aktuator umfasst, sicherzustellen.
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Die
Ausgangsvariable des Aktuators, welche durch einen Signalgeber bereitgestellt
wird, wird mit der Sollwertvorgabe verglichen und das Ergebnis des
Vergleichs wird an die Kontrollvorrichtung in Form eines Fehlersignals
weitergegeben. In der unmittelbaren Nähe des Nullwerts für das Fehlersignal erzeugt
die Kontrollvorrichtung keinerlei Kontrollsignal.
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Diese
Nähe wird
als Totzone bezeichnet. Das Vorhandensein dieser Totzone ermöglicht es,
die Position des Aktuators beizubehalten, ohne die Magnetventile
zur falschen Zeit zu betreiben, wenn der Fehler praktisch null ist.
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Der
Vergleich wird in jedem Zyklus des Magnetventils ausgeführt. Falls
das Fehlersignal in einem Zyklus außerhalb der Totzone ist, wird
keine Korrektur durchgeführt.
Ist das Fehlersignal im nächsten
Zyklus jedoch außerhalb
der Totzone, wird eine Korrektur durchgeführt. Folglich tritt beim ersten
Kontrollfehler eines Magnetventils keine Korrektur auf. Es wird darauf
gewartet, dass sich ein möglicher
Fehler wiederholt, bevor das Signal korrigiert wird.
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Deshalb
weist die Kontrollvorrichtung zwei Maßnahmen auf, um eine unnötige Bewegung
des Aktuators zu vermeiden. Die erste ist die Totzone, und die zweite
ist die Verzögerung
bei dem Durchführen
einer Korrektur, bis ein Fehler in zwei Zyklen wiederholt wurde,
was es der Aktuatorposition ermöglicht,
von selbst wieder in die Totzone zurückzugelangen.
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Die
vorliegende Erfindung sieht vor, einen neuen Ansatz bereitzustellen.
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Deshalb
ist, entsprechend der vorliegenden Erfindung, eine Ventilaktuator-Kontrollvorrichtung
zur Steuerung bzw. Regelung der Position eines Ventilaktuators mittels
Magnetventilen vorgesehen, wobei die Kontrollvorrichtung dazu eingerichtet
ist, den Aktuator erst nach einer Verzögerungszeit in eine Wunschposition
zurückzuführen, falls
die Aktuatorposition von einer Wunschposition abweicht, aber innerhalb
eines vorgegebenen Abstands von der Wunschposition bleibt, wodurch
die Lebensdauer der Magnetventile erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der vorgegebene Abstand in eine Anzahl von Abschnitten aufgeteilt
ist, und wobei für
jeden der Abschnitte, in dem der Aktuator positioniert ist, eine
unterschiedliche Verzögerungszeit
gilt.
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Bei
einer Ausführung
verkürzt
sich die Verzögerungszeit,
je weiter der Aktuator von der Wunschposition entfernt ist. Deshalb
wird es eine kurze oder keine Verzögerung geben, bevor der Aktuator
bewegt wird, falls der Aktuator weit von der Wunschposition entfernt
ist, jedoch eine lange Verzögerung,
bevor der Aktuator bewegt wird, falls der Aktuator sehr nahe an
seiner Wunschposition ist.
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Der
Aktuator kann auch mit zwei Eingangssignalen versorgt werden, wobei
das erste die Aktuator-Wunschposition und das zweite die tatsächliche Aktuatorposition
ist. Die Aktuator-Wunschposition kann über ein
Kontrollmittel eingestellt werden, welches für den Systembediener zugänglich ist.
Alternativ kann die Wunschposition von einem anderen Teil der Rohrleitung
des Systems, in dem der Aktuator und das Ventil eingesetzt werden,
gesendet werden, beispielsweise von einem aktiven Drucküberwachungsmittel
stromabwärts
des Strömungsventils. Die
tatsächliche
Aktuatorposition kann durch ein Potentiometer an sich bekannter
Konstruktion bereitgestellt werden.
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Die
sequentiellen vorherbestimmten Abstände können jeweils 0,7° breit sein.
Die Aktuator-Wunschposition
kann ein 0,7° breites
Band sein, welches mit vier weiteren 0,7° breiten Bändern auf jeder Seite versehen
ist.
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Die
vorgegebene Verzögerungszeit
kann 13 Sekunden innerhalb des ersten Bandes außerhalb des Wunschbandes sein
und dann 7 Sekunden, 4 Sekunden und 2 Sekunden. Deshalb wird, wenn
die tatsächliche
Aktuatorposition zwischen 0,1° und
0,7° außerhalb
des 0,7° breiten
Wunschbandes ist, entsprechend der Differenz zwischen den zwei Eingangssignalen,
die Kontrollvorrichtung den Aktuator für 13 Sekunden nicht bewegen.
Wenn der Aktuator zwischen 0,8° und
1,4° außerhalb
des Wunschbandes ist, ist die Verzögerung 7 Sekunden usw.
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Falls
die tatsächliche
Aktuatorposition während
der Verzögerungszeit
zu einem anderen 0,7°-Band wechselt, kann
die Kontrollvorrichtung angepasst werden, um die Verzögerungszeit
entsprechend der neuen Position anzupassen.
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Deshalb,
falls der Aktuator entsprechend einer 7 Sekunden Verzögerung positioniert
ist, sich aber nach 5 Sekunden auf das 13 Sekunden Verzögerungsband
bewegt, wird der Aktuator nach den weiteren 8 Sekunden agieren.
Falls jedoch der Aktuator entsprechend einer 7 Sekunden Verzögerung positioniert
ist, und sich nach 5 Sekunden zum 4 Sekunden Verzögerungsband
bewegt, wird der Aktuator umgehend agieren, da dann mehr als 4 Sekunden vergangen
sind.
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Bei
dieser Ausführung
werden Aktuatorbewegungen, welche auf Grund der konstant wechselnden
Position des Aktuators nicht effektiv sind, nicht durchgeführt.
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In
einer Ausführung
ist der Aktuator mit Magnetventilen ausgestattet. Der Aktuator kann
ein Rückstellfederaktuator
jeder bekannten Art sein, bei dem die Position des Aktuators mittels
eines Einlassmagnetventils und eines Auslassmagnetventils kontrolliert
wird, welche eine gegen eine Rückstellkraft, beispielsweise
von einer Feder, wirkende Kraft kontrollieren. In einer alternativen
Ausführung
kann der Aktuator ein doppelt wirkender Aktuator jedes bekannten
Typs sein, bei dem die Position des Aktuators durch eine Anzahl
von Magnetventilen kontrolliert wird, welche angepasst sind, um
eine Kraft und eine Rückstellkraft
zu kontrollieren.
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Der
Aktuator kann zur Kontrolle beziehungsweise Regelung bzw. Steuerung
eines Strömungsventils
verwendet werden, dessen Position zur Aufrechterhaltung einer konstanten
Ausgangsströmung konstant
geändert
werden muss.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf eine Vielzahl von Arten durchgeführt werden,
es wird aber nun eine Ausführung
beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Diese zeigen:
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1 zeigt
ein Diagramm, dass die Merkmale einer erfindungsgemäßen Ventilaktuator-Kontrollvorrichtung
zeigt.
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In 1 ist
eine Aktuator-Kontrollvorrichtung 1 mit einem elektronischen
Programm 2 ausgestattet, welches angepasst ist, um die
Bewegung eines Rückstellfederaktuators 3 in
eine Wunschposition zu verzögern,
wenn die Ist-Position des Aktuators 3 innerhalb eines vorbestimmten
Abstands von der Wunschposition ist.
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Die
Kontrollvorrichtung 1 ist mit dem Aktuator 3 verbunden,
der mit einem Strömungsventil 6 verbunden
ist.
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Die
Kontrollvorrichtung 1 sieht ein Eingangssignal 4 für die Wunschposition
und ein Eingangssignal 5 für die Ist-Position vor. Das
Eingangssignal 5 für die
Ist-Position wird von der tatsächlichen
Position des Ventilschafts 7 innerhalb des Aktuators bezogen.
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1 zeigt
drei mögliche
Ist-Positionseingangssignale A, B und C.
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Im
Betrieb gibt der Systembediener oder ein aktives Drucküberwachungsmittel
stromabwärts
des Strömungsventils
ein Wunschpositionseingangssignal 4 vor. Die Kontrollvorrichtung 1 bewegt
dann den Aktuator zu dieser Wunschposition, an der die Kontrollvorrichtung
einen Zeitgeber in Gang setzt.
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Falls
der Aktuator seine Position um ein Grad ändert, wird das Ist-Positionseingangssignal
A an die Kontrollvorrichtung 1 geleitet.
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Falls
nach 7 Sekunden das Eingangssignal A innerhalb des 0,7° breiten
Bandes zwischen 0,8° und 1,4° bleibt,
wird die Kontrollvorrichtung 1 den Aktuator ansprechen
und versuchen, ihn in Einklang mit dem Wunschpositionseingangssignal 4 zurückzubewegen.
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Falls
jedoch das Eingangssignal 5 in weniger als 7 Sekunden zur
Position B wechselt, wird der Aktuator 3 nicht durch die
Kontrollvorrichtung 2 bewegt, da die Bewegung nicht mehr
notwendig ist.
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Für den Fall,
dass das Eingangssignal 5 in weniger als 7 Sekunden zu
einer anderen Position außerhalb
des gewünschten
0,7°-Bandes
wechselt, wird der Aktuator entsprechend der Verzögerungszeit
gemäß der neuen
Position agieren. So wird beispielsweise, falls sich der Aktuator
nach 5 Sekunden zur Position C weiter bewegt, der Aktuator sofort agieren,
da mehr als 4 Sekunden vergangen sind.
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Für den Fall,
dass das Eingangssignal 5 außerhalb aller der neun 0,7° breiten
Bänder
ist, wird der Aktuator 3 ohne Verzögerung agieren.
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Deshalb
werden der Aktuator und die Magnetventile des Aktuators sehr viel
weniger als bei einer herkömmlichen
Anordnung durch die Kontrollvorrichtung angesteuert.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die vorherbestimmten Abstände
und Verzögerungszeiten
von jeder gewünschten
Größe sein
können
und nicht auf die in der 1 angegebenen beschränkt sind.
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Weiter
ist es selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung auch bei der Kontrolle eines doppelt
wirkenden Aktuators, der mit Einlassmagnetventilen und Auslassmagnetventilen
ausgestattet ist, verwendet werden kann. Eine einzelne Kontrollvorrichtung
kann angepasst werden, um derartige Ventile zu kontrollieren und
eine Kombination dazu zu bringen, den Aktuator in eine Richtung
zu bewegen, und eine andere Kombination dazu, ihn in die entgegengesetzte
Richtung zu bewegen.
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Es
wurde festgestellt, dass bei dem obigen Programm von Verzögerungssequenzen
die Lebensdauer eines typischen Magnetventils in einem Aktuator
bis um das Zehnfache vergrößert wird.
Weiter wurde festgestellt, dass das in das oben beschriebene System
integrierte Verzögerungssystem
die Strömung
der Substanz durch das Strömungsventil
nicht in nennenswerter Weise beeinflusst.
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Folglich
wird eine Aktuator-Kontrollvorrichtung bereitgestellt, welche günstige Magnetventile verwendet
und gleichzeitig eine lange Lebensdauer und gute Kontrolle bereitstellt.