DE69819796T2

DE69819796T2 - Ventilantrieb mit Überwachung der Funktionsfähigkeit

Info

Publication number: DE69819796T2
Application number: DE1998619796
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Garrigues; Hubert Ferragne; Dominique Duboy
Original assignee: KSB SAS
Current assignee: KSB SAS
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-02-07
Also published as: DE69819796D1; ES2206857T3; EP0862005A1; FR2760061A1; ATE254736T1; FR2760061B1; JP4111578B2; JPH10231951A; US6073650A; EP0862005B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile und im speziellen auf Ventile mit einem durch eine Energiequelle versorgten Steller. Diese Energiequelle kann eine elektrische Stromquelle sein, aber auch und vor allem eine Quelle, die ein unter Druck stehendes Fluid liefert, insbesondere Druckluft.
Man kennt bereits, zum Beispiel aus der US-A-4,759,224, ein Ventil mit einem Steller dieses Typs, der Überwachungsvorrichtungen enthält, die feststellen sollen, ob der Steller das Ventil betätigt. Diese Überwachungsvorrichtungen können aus elektrischen Endlagenkontakten oder aus einem die Position des Ventils ermittelnden Potentiometer bestehen.
Ein Ventil dieser Art hat die folgenden Nachteile. Wenn die Energiequelle versagt und nicht in der Lage ist, die erforderliche Leistung zu liefern, wird der Steller nicht fähig sein, das Ventil zu betätigen. In zahlreichen Anlagen, wo das Ventil eine Sicherheitsfunktion hat und mit Sicherheit zu einem gegebenen Zeitpunkt funktionieren muss, möchte man sicher sein können, dass zu diesem Zeitpunkt die Energiequelle voll in der Lage ist, die nötige Leistung zu liefern und folglich wünscht man, dass man im Voraus verifizieren kann, ob sie dazu fähig ist, und dass man gewarnt wird, wenn sie es nicht mehr ist. Man wird auch weder über den Zustand, noch über den Verschleiß des Ventils benachrichtigt. Wenn ein Fremdkörper die Betätigung des Ventils behindert, wird man ebenfalls nicht informiert.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile mit einem Ventil mit einem durch eine Energiequelle versorgten Steller, welches Vorrichtungen zur Überwachung enthält, ob der Steller das Ventil betätigt. Gemäß der Erfindung sind ein erster Sensor zum Messen einer repräsentativen Größe der verbrauchten und von der Energiequelle stammenden Leistung und ein elektronischer Schaltkreis vorgesehen, der mit dem ersten Sensor und mit den Überwachungsvorrichtungen derart verbunden ist, dass bei einer Betätigung des Ventils durch den Steller die repräsentative Größe der von der Energiequelle stammenden verbrauchten Leistung mit einem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleich ein Befehl ausgegeben wird.
Wenn während der Ventilbetätigung durch den Steller der elektronische Schaltkreis feststellt, dass die von der Energiequelle gelieferte wirklich verbrauchte Leistung über einem ersten Sollwert liegt, was auf ein der Betätigung entgegenstehendes Hindernis hindeutet, oder wenn sie unter einem zweiten Sollwert liegt, was auf einen zu hohen Verschleiß des Ventils hindeutet, sendet der elektronische Schaltkreis eine Instruktion (Befehl) aus. Der Bediener wird benachrichtigt, dass er bei dem Ventil eingreifen muss.
Das Ventil mit Steller kann einen zweiten Sensor aufweisen zum Messen einer repräsentativen Größe der von der Energiequelle dem Steller zur Verfügung gestellten Leistung, wobei der elektronische Schaltkreis mit einem zweiten Sensor und mit den Überwachungsvorrichtungen derart verbunden ist, dass bei einer Nicht-Betätigung des Ventils durch den Steller die repräsentative Größe der Leistung, die dem Steller von der Energiequelle zur Verfügung gestellt werden kann, mit einem Referenzwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleich eine Instruktion (Befehl) ausgegeben wird.
Wenn der Steller das Ventil nicht betätigt, misst der Sensor die Fähigkeit der Energiequelle ein ausreichendes Leistungsniveau zu liefern. Wenn diese Leistung unterhalb eines Referenzwertes liegt, emittiert der elektronische Schaltkreis eine Instruktion (Befehl), zum Beispiel einen Alarm.
Durch die Instruktion vernimmt man ein Alarmsignal, das einen Stopp hervorruft oder das eine Zustandsinformation oder numerische Daten des Ventils liefert. Das Signal kann visuell, akustisch oder elektrisch sein.
In einem Ausführungsbeispiel liefert die Energiequelle ein unter Druck stehendes Fluid, enthält der Steller einen pneumatischen Zylinderkolben und misst der erste Sensor den Druck des Fluids zu beiden Seiten des Zylinderkolbens. Der zweite Sensor misst den Druck des Fluids, das den Steller oberhalb des pneumatischen Zylinderkolbens erreicht.
In einem anderen Ausführungsbeispiel liefert die Energiequelle elektrischen Strom, ist der Steller ein elektromechanischer Wandler und misst der erste Sensor während einer Betätigung des Ventils die von der Energiequelle kommende verbrauchte elektrische Leistung. Der zweite Sensor misst die von der Energiequelle an den Steller angelegte elektrische Spannung.
Man kann auf Wunsch sofort die vom elektronischen Schaltkreis gelieferten Instruktionen verarbeiten, man kann sie aber auch abspeichern, um eine Funktionshistorie des Ventils zu erstellen.
In den angehängten beispielhaften Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung eines Ventils mit pneumatischem Steller und
2 eine schematische Darstellung eines Ventils mit einem elektrischen Steller.
In 1 ist auf einem Ventil 1 ein Steller 2 angebracht, der ein erstes Teil 3, welches die von einer nicht dargestellten Druckluftquelle gelieferte Energie in eine mechanische Bewegung einer Klappe des Ventils 1 umwandelt, und der ein zweites Teil 4 zur Kontrolle und Steuerung des Stellers 2 enthält.
Das erste Teil 3 enthält einen Zylinderkolben 5 mit Zahnstange, der zwei Kammern abgrenzt, von denen die eine Aufnahmekammer 6 komprimierte Luft erhält und die andere 7 auf Atmosphäre liegt, während der Steller 2 im Stillstand ist. Die Zahnstange des Kolben 5 befindet sich in der Kammer 7 und greift in ein Ritzel 8, das auf einer vertikalen Achse 9 montiert ist, deren unteres Ende drehfest mit einem ¼-drehenden Verschluss 16 des Ventils 1 verbunden ist und deren oberes Ende mit einem Positionssensor 10 verbunden ist, der sich im zweiten Teil 4 zur Kontrolle und Steuerung befindet.
Der Positionssensor 10 liefert in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Achse 9 über einen verbindenden elektrischen Leiter ein elektrisches Positionssignal des Ventils 1 an einen elektronischen Schaltkreis 11 des zweiten Teils 4. Der Positionssensor 10 besteht zum Beispiel aus einem Widerstandspotentiometer, einem optischen Sensor, elektrischen Kontakten oder induktiven oder kapazitiven Näherungssensoren. Der zweite Teil 4 für Kontrolle und Steuerung enthält außerdem ein Magnetventil 12, das auf ein vom elektronischen Schaltkreis 11 über einen elektrischen Leiter geliefertes elektrisches Steuerungssignal hin den Durchfluss einer Leitung des Stellers öffnet oder sperrt, welche die mit dem Buchstaben P symbolisierte Druckluftquelle mit der Aufnahmekammer 6 verbindet, und enthält eine Messvorrichtung 13 für die in den Kammern 6 und 7 und in der Leitung herrschenden Drücke, welche über elektrische Leiter an den elektronischen Schaltkreis 11 elektrische Druckmesssignale liefert. Der elektronische Schaltkreis 11 kommuniziert nach außen über einen Bus 14. Der elektronische Schaltkreis enthält einen Mikroprozessor, der Instruktionen abgibt und der mit einem Speicher EEPROM 15 verbunden ist, welcher die gesendeten Instruktionen speichert und der von außen über den elektrischen Schaltkreis 11 und den Bus 14 ausgelesen werden kann.
In 2 ist auf dem Ventil 21 ein Steller 22 angebracht, der ein erstes Teil 23, welches die von einer nicht dargestellten elektrischen Spannungsquelle gelieferte Energie in eine mechanische Bewegung der Ventilklappe 21 umsetzt und der ein zweites Teil 24 zur Kontrolle und Steuerung des Stellers 22 enthält.
Das erste Teil 23 enthält einen Getriebemotor 25, der eine horizontale Spindel 26 antreibt, die in eine vertikale Achse 27 greift, deren unteres Ende drehfest mit einer ¼-drehenden Klappe 34 des Ventils 21 verbunden ist und deren oberes Ende mit einem Positionssensor 28 verbunden ist, der sich im zweiten Teil 24 für Kontrolle und Steuerung befindet.
Der Positionssensor 28 liefert in Funktion des Drehwinkels der Achse 27 ein elektrisches Positionssignal des Ventils 21 über einen verbindenden elektrischen Leiter an einen elektronischen Schaltkreis 29 des zweiten Teils 24. Das zweite Kontroll- und Steuerteil 24 enthält außerdem ein elektrisches Relais 30, das auf ein vom elektronischen Schaltkreis 29 über einen elektrischen Leiter geliefertes Steuersignal hin den Getriebemotor 25 mit Strom aus der Spannungsquelle versorgt oder nicht. Im zweiten Teil 24 des Stellers ist eine Strom- und Spannungsmessvorrichtung 31 vorgesehen, welche die Zuleitung von Strom und Spannung des Stellers in Anbindung mit der durch den Buchstaben P gekennzeichneten Spannungsquelle misst. Die Messvorrichtung 31 liefert über elektrische Leiter an den elektronischen Schaltkreis 29 ein elektrisches Strommesssignal und ein elektrisches Spannungsmesssignal. Der elektronische Schaltkreis 29 kommuniziert nach außen über einen Bus 32. Der elektronische Schaltkreis enthält einen Mikroprozessor, der Instruktionen ausgibt und mit einen Speicher EEPROM 33 verbunden ist, der die gesendeten Instruktionen aufzeichnet und der von außen über den elektronischen Schaltkreis 29 und den Bus 32 gelesen werden kann.
Wenn man das Ventil nicht betätigt, was dem elektronischen Schaltkreis 11 oder 29 durch den Positionssensor 10 oder 28 angezeigt wird, berücksichtigt der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 im pneumatischen Steller 2 von 1 das von der Vorrichtung 13 gelieferte Messsignal über den Druck, der in der mit der Druckluftquelle verbundenen Leitung herrscht, oder berücksichtigt im elektrischen Steller 22 von 2 das von der Messvorrichtung 31 gelieferte Spannungsmesssignal. Der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 vergleicht den Wert der Drucks oder der Spannung mit einem Referenzwert für den Druck oder die Spannung, der dem elektronischen Schaltkreis 11 oder 29 von außen über den Bus 14 oder 32 vorgegeben werden oder im Speicher 15 oder 33 gespeichert sein kann. Wenn der Vergleich anzeigt, dass der Wert des Drucks oder der Spannung größer oder gleich dem Referenzwert ist, gibt der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 ein erstes Signal über den Bus 14 oder 32 aus, welches anzeigt, dass der Steller genügend Energie von der Druckluft- oder Spannungsquelle erhält. Im gegenteiligen Fall gibt der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 ein erstes Alarmsignal über den Bus 14 oder 32 aus, welches die Unfähigkeit des pneumatischen oder elektrischen Stellers zur korrekten Betätigung des Ventils wegen unzureichender Energieversorgung durch die Quelle anzeigt.
Wenn man das Ventil betätigt, was dem elektronischen Schaltkreis 11 oder 29 durch den Positiorssensor 10 oder 28 angezeigt wird, steuert der elektronische Schaltkreis im pneumatischen Steller 2 von 1 das Magnetventil 12 an und berücksichtigt die von der Vorrichtung 13 gelieferten Messsignale über die in den Kammern 6 und 7 herrschenden Drücke, um einen Absolutwert der Differenz der Drücke zu erhalten. Beim elektrischen Steller 22 von 2 steuert der elektronische Schaltkreis 29 das Relais 30 an und berücksichtigt die durch die Vorrichtung 31 gelieferten Messsignale von Spannung und Strom, um einen Wert für das Produkt aus Strom und Spannung zu bilden. Der Absolutwert der Druckdifferenz und der Wert des Produkts aus Spannung und Strom stellen jeweils einen Wert der zur Betätigung des Ventils aufgenommen Leistung dar.
Der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 vergleicht diesen Leistungswert mit einem ersten Sollwert, der ihm von außen über den Bus 14 oder 32 vorgegeben werden oder im Speicher 15 oder 33 gespeichert sein kann. Wenn der Vergleich anzeigt, dass der Leistungswert über einem ersten Sollwert liegt, gibt der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 ein zweites Alarmsignal über den Bus 14 oder 32 aus, welches die Existenz eines die Ventilbetätigung störenden Hindernisses oder einer zu großen Betätigungskraft anzeigt.
Der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 vergleicht auch den Leistungswert mit einem zweiten Sollwert, der unter dem ersten Sollwert liegt und der ihm von außen über den Bus 14 oder 32 vorgegeben werden oder im Speicher 15 oder 33 gespeichert sein kann. Falls der Vergleich anzeigt, dass der Leistungswert unter einem zweiten Sollwert liegt, gibt der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 über den Bus 14 oder 32 ein Signal aus, das eine zu weit fortgeschrittene Abnutzung des Ventils 1 oder 21 anzeigt. Wenn der Vergleich anzeigt, dass der Leistungswert zwischen dem ersten und zweiten Sollwert liegt, gibt der der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 über den Bus 14 oder 32 ein Signal aus, das anzeigt, dass das Ventil in sicherer Weise betätigt wird. Man kann in diesem Fall gleichermaßen vorsehen, dass der elektronische Schaltkreis 11 oder 29 keine Instruktion abgibt.

Claims

Ventil mit einem durch eine Energiequelle versorgten Steller und Vorrichtungen (11,28) zur Überwachung, ob der Steller das Ventil betätigt, gekennzeichnet durch einen ersten Sensor (13, 31) zum Messen einer repräsentativen Größe der verbrauchten Leistung, die von der Energiequelle stammt, und durch einen elektronischen Schaltkreis (11, 29), der mit dem ersten Sensor (13, 31) und mit den Überwachungsvorrichtungen (10, 28) derart verbunden ist, dass bei einer Betätigung des Ventils durch den Steller die repräsentative Größe der von der Energiequelle stammenden verbrauchten Leistung mit einem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleich ein Befehl ausgegeben wird.
Ventil mit Steller gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Sensor (13, 31) zum Messen einer repräsentativen Größe der Leistung, die dem Steller von der Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, wobei der elektronische Schaltkreis (11, 29) mit einem zweiten Sensor (13, 31) und mit den Überwachungsvorrichtungen derart verbunden ist, dass bei einer Nicht-Betätigung des Ventils durch den Steller die repräsentative Größe der Leistung, die dem Steller von der Energiequelle zur Verfügung gestellt werden kann, mit einem Referenzwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleich ein Befehl ausgegeben wird.
Ventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle ein Fluid unter Druck liefert, der Steller einen pneumatischen Zylinderkolben (5) enthält und der erste Sensor (13) den Druck des Fluids auf beiden Seiten des Zylinderkolbens (5) misst.
Ventil gemäß der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (13) den Druck des Fluids misst, das den Steller oberhalb des Zylinderkolbens (5) erreicht.
Ventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle elektrischen Strom liefert, der Steller ein elektromechanischer Wandler (23) ist und der erste Sensor (31) bei einer Betätigung des Ventils die von der Energiequelle kommende, verbrauchte elektrische Leistung misst.
Ventil gemäß der Ansprüche 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (31) die elektrische Spannung misst, die von der Energiequelle an den Steller angelegt wird.
Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert ein erster Wert ist, den die tatsächlich verbrauchte, von der Energiequelle kommende Leistung nicht überschreiten darf.
Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert ein zweiter Wert ist, den die tatsächlich verbrauchte, von der Energiequelle kommende Leistung nicht unterschreiten darf
Ventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert ein Wert ist, den die tatsächliche repräsentative Größe der Leistung, die durch die Energiequelle an den Steller geliefert werden kann, nicht unterschreiten darf.
Ventil gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller einen Speicher (15, 33) enthält, der dazu bestimmt ist, die durch den elektronischen Schaltkreis (11, 29) ausgegebenen Befehle sowie die Soll- und Referenzwerte zu speichern.