EP2728201A2 - Elektropneumatisches Stellgerät und elektropneumatische Baugruppe - Google Patents

Elektropneumatisches Stellgerät und elektropneumatische Baugruppe Download PDF

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EP2728201A2
EP2728201A2 EP13004694.9A EP13004694A EP2728201A2 EP 2728201 A2 EP2728201 A2 EP 2728201A2 EP 13004694 A EP13004694 A EP 13004694A EP 2728201 A2 EP2728201 A2 EP 2728201A2
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EP
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pneumatic
slot
electronic
electropneumatic
field device
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Frank Valentin-Rumpel
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Samson AG
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    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to an electropneumatic field device, such as an electropneumatic positioner, an I / P converter or the like.
  • the electropneumatic field device often serves as a control device for controlling a pneumatic actuator of a process plant, for example, the petrochemical industry, the food industry or the like, which in turn actuates a control valve for controlling a process fluid flow.
  • the electropneumatic field device has at least one electrical field input, via which the field device receives an electric field input signal, which may be formed, for example, in the case of a pneumatically operated control valve as a desired control signal.
  • the field input signal may be, for example, an analog 4-20mA current signal or a digital fieldbus signal such as Profibus PA, Foundation Fieldbus, ASI or Devicenet.
  • the electropneumatic field device has at least one electronic and / or pneumatic component, which may be, for example, an electropneumatic converter, a data memory, a pneumatic power generator and / or a microprocessor.
  • the electropneumatic field device may include multiple electronic and / or pneumatic components, such as multiple electropneumatic converters, microprocessors, electrical switches, data storage, and / or pneumatic power generators.
  • the at least one electronic and / or pneumatic component is connected to the at least one electrical field input in order to obtain the electrical field input signal.
  • a control and / or regulating electronics can be connected between the electrical field input and the electronic and / or pneumatic component.
  • the electro-pneumatic converter is pneumatically coupled to the pneumatic supply input of the field device.
  • the field device usually has a pneumatic field output, on the basis of the received field input signal, a pneumatic field output signal can be issued, for example, to control the pneumatic actuator.
  • An electropneumatic field device in which a plurality of electronic and / or pneumatic components, such as an electronic controller, a U / I converter, an I / P converter, a power amplifier, and a reversing amplifier, can be used.
  • a reversing amplifier is used when the electropneumatic field device accesses a double-acting pneumatic actuator.
  • the positioner has a main body and a detachable maintenance cassette, the interior of which is divided into a compartment for electropneumatic components and an electronic compartment.
  • the entire maintenance cassette is removable from the main body for maintenance.
  • the electro-pneumatic field device such as the electropneumatic positioner, the I / P converter or the like, at least one electric field input, a pneumatic supply input, at least one electronic and / or pneumatic component, such as an electropneumatic converter, preferably a plurality of electro-pneumatic transducers Microprocessor, a data memory, a pneumatic power generator and / or the like.
  • the at least one electronic and / or pneumatic component is connected to the at least one electrical field input and optionally to the pneumatic supply input.
  • the pneumatic field device has a field output to which a field output signal can be output on the basis of a field signal received via the at least one electrical field input, in particular actuating and / or regulating signal.
  • the electropneumatic field device has a group consisting of at least two modular electronic and / or pneumatic components of different functionality and at least one modular slot for occupancy, each with an electronic and / or pneumatic component.
  • the at least two electronic and / or pneumatic components of the group and the at least one slot are so modularly matched to each other that their electrical and optionally pneumatic interface when occupying the slot each functionally and reliable handed over each other.
  • the electropneumatic field device can also have electronic and / or pneumatic components which are not arranged in a modular slot.
  • a modular slot serves to accommodate a singular modular electronic and / or pneumatic component.
  • the modular slot should be easily accessible from an outside of the field device. Those electronic and / or pneumatic components of the group that are not used can be stored on the outside of the housing at respective form-complementary, in particular electrically blind, storage bins for later use in a modular slot for the modular slot.
  • the field output of the electropneumatic field device according to the invention can be carried out both pneumatically and electrically and is preferably formed by one of the electronic and / or pneumatic components in the modular slot.
  • an electropneumatic converter can be provided externally, that is outside the field device housing, which generates a pneumatic signal for output, for example, to the pneumatic actuator on the basis of the electric field output signal.
  • the modular slot is adapted to a single modular electronic and / or pneumatic component from the group of electronic and / or pneumatic components of different functionality, such as one or more electro-pneumatic transducers, one or more microprocessors, one or more data storage, one or more pneumatic Power generators and / or the like, interchangeable to establish an electrical connection to the respective electrical interfaces and optionally to establish a pneumatic connection between the respective pneumatic interfaces. Since the at least two electronic and / or pneumatic components are interchangeably provided on the electropneumatic field device according to the invention, the at least one slot is designed to be easily accessible from the outside (with respect to the field device housing).
  • the electropneumatic field device according to the invention has a high degree of modularity, which can be used by a plant operator or system builder to adjust to changing process conditions of the plant without great installation effort.
  • Known positioners suffer from the disadvantage that by permanently implemented I / P converter the air power of the field device fixed unchangeable, in particular limited, is.
  • the inventive measure a modularity in particular with respect to all electronic and / or pneumatic components, such as the electropneumatic converter, the data memory, the pneumatic power generator, the microprocessor and / or the like to create, it is possible, for example, the air performance of the field device significantly increase or decrease, but also to change the control routine by replacing the control microprocessor to provide a self-sufficient power generation and / or change by replacing the pneumatic power generator to use data for uploading and saving by exchanging data storage as desired, without the field device and / or To manipulate the environment.
  • the control microprocessor to provide a self-sufficient power generation and / or change by replacing the pneumatic power generator to use data for uploading and saving by exchanging data storage as desired, without the field device and / or To manipulate the environment.
  • the system manufacturer with the electropneumatic field device according to the invention does not require a great deal of time and design effort, let alone requires the interruption of the operation of the process plant if it is desired to change the operation of the electropneumatic field device in one or more functionalities.
  • the electropneumatic field device according to the invention has the advantage of not necessarily having to use a separate volume booster in the pneumatic line system if the air line of the installed electropneumatic converter is no longer sufficient.
  • the electropneumatic field device has at least two modular slots, both of which are covered with a different electropneumatic transducer.
  • a control electronics which is fixed and non-interchangeable, for example, mounted within a housing of the electropneumatic field device, but can also be replaced by a modular slot against another position electronics, selects one of the two pressure transducers depending on the operating conditions to those for the functional operation of the electropneumatic field device to use the most suitable pressure transducer parameters.
  • the unselected electropneumatic transducer in the slot remains in a passive wait position.
  • a third electropneumatic functionality is used in a two-station or multi-station field device, it is possible to replace one of the slot-occupying electropneumatic converters with a third electropneumatic converter having the desired function, for example at a blind storage location on the outside the field device housing was stored.
  • the slot has a female recess shape, at least partially complementary to the male profile the respective electronic and / or pneumatic component is.
  • the coordinated shapes are chosen such that only one insertion position is permitted to ensure the adaptation of the electrical interface and optionally the pneumatic interface.
  • the at least one slot has a docking mechanism comprising a forming and / or force-locking device, such as a latching device, in particular a manually operable clamp or a screw connection for releasably securing the respective electronics and / or pneumatic component in the modular slot includes.
  • the positive and / or positive locking device can preferably be designed to communicate a bias voltage of the respective electronic and / or pneumatic component, so that the respective electrical interfaces and optionally the pneumatic interfaces of the slot and of the electronic and / or pneumatic components are pressed against each other, to establish the electrical contact and, if necessary, the pneumatic connection.
  • the at least one slot is realized by a recess or recess, in particular in a housing wall of the field device.
  • the electrical component can be accommodated in a form-fitting manner.
  • the electropneumatic field device has a plurality of modular slots.
  • the plurality of modular slots can be occupied either by the same electronic and / or pneumatic components in particular different functionality, or different electronic and / or pneumatic components.
  • the occupancy depends on the desired character characteristic of the field device, for example the air performance.
  • the at least one slot has an electrical interface connected to the electrical field input and optionally a pneumatic, connected to the pneumatic supply input of the field device interface for the pneumatic coupling of a pneumatic connection of the electronic and / or pneumatic component, for example, if an I / P converter is to be used as electronic and / or pneumatic component.
  • the at least one slot has a closure associated with the pneumatic interface, which closes its pneumatic interface substantially airtight in the occupied state of the at least one slot.
  • the closure is deactivated, so that a pneumatic connection of the pneumatic supply to the electro-pneumatic converter is established.
  • each modular slot has an electrical interface connected to the at least one electrical field input and optionally pneumatic interface coupled to the pneumatic supply input.
  • the respective interface is connected functionally in the docked state of the respective electronic and / or pneumatic component with their electrical and optionally pneumatic connection.
  • the at least one modular slot each has a modular docking mechanism for the at least one modular electronic and / or pneumatic component.
  • the docking mechanism is designed to firmly hold and hold the respective electronic and / or pneumatic components in the modular slot, in particular by means of latching and optionally for replacement of the electronic and / or pneumatic components, in particular non-destructive and preferably manually, in particular without special tools to solve.
  • the at least modular slot each has an identification device for detecting the type / type of electronic and / or pneumatic component.
  • the identification device is designed to close a pneumatic interface of the slot substantially hermetically or to activate an airtight seal in the case of occupancy of the slot with an electronic and / or pneumatic component without pneumatic function, such as a microprocessor.
  • the identification device may have an electrical and / or mechanical sensor, which optionally has an electronic unit, how a particularly fixedly installed microprocessor is operatively coupled to a pneumatic closure disposed on the slot.
  • the field device has an electronic unit, such as a microprocessor, which can be used as a modular electronic and / or pneumatic component in the at least one modular slot.
  • the electronics unit may also be permanently installed as a permanently installed non-modular member within the field device housing.
  • the electronics unit is designed to detect the occupancy of the at least one modular slot with different electronic and / or pneumatic components and, correspondingly, to associate the field input signal received at the field device with the respective electronic and / or pneumatic component.
  • the electropneumatic field device has a housing that is in particular fluid-tightly lockable.
  • the housing can accommodate in a first compartment a particular permanently installed control electronics.
  • the at least one modular slot is arranged on an outer wall of a partition wall of a compartment or on an outer wall of the housing so that an operator thereby has manual access to the at least one slot.
  • the arrangement may comprise a plurality of modular slots or even a modular slot by means of a detachable from the housing housing part, such as a lid, in particular for forming a second housing part preferably fluid-tight manner.
  • the at least one modular slot has an electrical connection diagram and possibly a pneumatic connection diagram.
  • the at least one electronic and / or pneumatic component can have an electrical mating connection image and optionally a pneumatic mating connection image, wherein the mating connection image is designed mirror-inverted to the connection diagram, so that the electrical contact and the directly upon insertion of the electronic and / or pneumatic component in the slot pneumatic connection is made.
  • the electropneumatic field device has at least one pair of modular slots, preferably three pairs of modular slots, all slots being occupied by an electropneumatic transducer, and in particular an electropneumatic transducer of the slot pair is directly connected to a pneumatic working chamber of the control valve and the other electropneumatic transducer of the slot pair is pneumatically coupled to a pneumatic actuator, such as a breather or a breather, wherein the breather is connected to the pneumatic working chamber such that upon receipt a particular predetermined pneumatic output signal of the other electropneumatic transducer of the slot pair, the pneumatic working chamber of the actuator is vented, preferably with an atmospheric pressure output of the pneumatic actuator is coupled, wherein in the case of a double-acting pneumatic actuator, the second working chamber is driven by a second pair of corresponding occupied slots.
  • a pneumatic actuator such as a breather or a breather
  • the electropneumatic field device has a pair of modular slots, wherein one slot with an electropneumatic converter and the other slot are occupied by an electrical output stage, wherein the electropneumatic converter to an external, in particular outside a housing of the field device arranged electropneumatic Transducer, such as a solenoid valve is connected, which is connected to a working chamber of an actuator, wherein the electrical output stage is connected to the external electropneumatic converter such that upon delivery of a predetermined electrical signal, the external electropneumatic converter is vented, in the case of a double acting, pneumatic actuator a second pair of corresponding occupied slots for driving the second working chamber is provided.
  • electropneumatic Transducer such as a solenoid valve
  • the electropneumatic field device has a group of at least two modular electronic and / or pneumatic components, at least one electropneumatic converter, at least one pneumatic power generator, at least one microprocessor, at least one electrical output stage, such as at least one switch, and / or at least a data store.
  • the housing structure for the electropneumatic field device is not realized from a common housing for all components, but the housing of the electropneumatic field device is divided into at least two separate housing parts.
  • the electronic and / or pneumatic components are to be arranged in respective slots in a first housing part, wherein the slots should preferably be accessible from the outside.
  • second housing in particular, only the slots for pneumatic components are provided.
  • the housing for the electronic and / or pneumatic components may be realized on a yoke or lantern connecting the actuator to the control valve housing, wherein the electronic and / or pneumatic components may be for example a microcomputer, a position sensor or the like.
  • the second housing for the pneumatic electronic and / or pneumatic components is preferably mounted in particular on an outer wall side of the actuator facing the control valve housing, whereby electronic pneumatic components, such as the I / p converter or a booster, can be arranged on the housing.
  • the invention relates to an electropneumatic assembly with a control valve of a process plant, a pneumatic actuator, in particular a double-acting pneumatic actuator or a single-acting pneumatic actuator for setting a control valve, optionally a position sensor for detecting the position of the control valve and with an electropneumatic field device as described above.
  • the position sensor is preferably connected to the electropneumatic field device, in particular to its electronic control unit, such as its microprocessor, signal-transmitting.
  • its electronic control unit such as its microprocessor, signal-transmitting.
  • FIG. 1 is a pneumatically operated, inventive control valve assembly, which is used to control a process fluid flow of a process plant, not shown, such as a petrochemical plant, a food processing plant, such as a brewery, or the like, generally designated by the reference numeral 1.
  • This control valve assembly 1 comprises as main components a pneumatic actuator 3, a control valve 5, which is actuated to control the process fluid flow of the process plant, not shown, by the actuator 3, and a designed as a positioner electro-pneumatic field device 7, via a pneumatic line system 11 to the pneumatic Actuator 3 is connected.
  • the control valve 5 is mechanically connected to the pneumatic actuator 3 via a spindle or shaft 13.
  • the housing may have a fluid-tight lockable cavity in which inter alia electrical lines, pneumatic connecting lines and / or a microprocessor are housed. It is clear that the housing 17 of the electropneumatic field device according to the invention can also be formed only by a printed circuit board with attached pneumatic lines.
  • the position sensor 15 outputs a position signal to a microprocessor 21, which is shown accommodated in an interior of the field device housing 17 and receives a setpoint signal w via a field input 18 on the field device housing from a control center of the system, not shown.
  • the electropneumatic field device 7 has, in addition to the electric field input 18, a pneumatic field input 33 and four optionally usable pneumatic field outputs A 1-4 .
  • the electropneumatic field device 7 or the positioner has four essentially identically constructed plug-in or plug-in places 23a, 23b, 23c, 23d which are freely accessible from the outside and which can optionally be assigned four individual electronic and / or pneumatic components of various designs.
  • the electronic and / or pneumatic component may be an I / P converter, a data memory, a pneumatically operated power generator, the microprocessor 21 and / or an electronic switch, wherein electronic and / or pneumatic components of the same design different functionality are used in the slots can.
  • each slot can accommodate only a single electronic and / or pneumatic component.
  • the slots 23a to 23d are modularly adapted such that, depending on which predetermined electronic component is used, the function of the electronic and / or pneumatic component is ensured by producing communication lines to the respective other components.
  • the electropneumatic field device 7 may also have bearing receptacles, not shown, for storing unused modular electronic and / or pneumatic components, which bearing receptacles are substantially identical in shape to the slots 23a to 23d, but have no electrical or pneumatic interface.
  • the electropneumatic field device 7 has a group of at least two electronic and / or pneumatic components that can be selected to be inserted into the respective slots.
  • the electronic and / or pneumatic components are in FIG. 1 not shown in detail.
  • Each individual slot 23a to 23d of the field device has a pneumatic input interface 25a to 25d, which is connected via a running within the housing 17 supply line 27 via the pneumatic field input 33 to a pneumatic supply source 31, for example, constant 6 bar (P Z ).
  • the slots 23a to 23d additionally comprise an electrical output interface 33a to 33d, which are connected via electrical lines each with a microprocessor input I 1-4 is connected.
  • each slot 23a to 23d has an electrical input interface 35a to 35d connected by electrical leads to a respective microprocessor output O 1-4 .
  • the electronic and / or pneumatic components placed in the slots 23a to 23d can communicate with the microprocessor 21 so that, for example, a control signal can be output from the microprocessor 21 to the respective slot 23a to 23d.
  • the microprocessor 21 recognizes via the communication lines, which type and type electronic and / or pneumatic component is used at the respective slot 23a to 23d and / or whether the slot 23a to 23d is unoccupied.
  • each slot 23a to 23d has an output interface 37a to 37d through which output signals of either electrical nature (not in FIG. 1 shown) or pneumatic nature S 1-4 can be delivered to the respective field device output A 1 to A 4 .
  • the field device outputs A 1-4 are used pneumatically and can deliver a correspondingly pneumatic control signal S 1-4 via corresponding pneumatic lines 41 to the pneumatic actuator 3. Since all the pneumatic pressures of the individual, used in the slot 23a to 23d I / P converter have the same effective direction in the working volume of the pneumatic actuator, significantly increases the air power through the multiple, decoupled driving the I / P converter, whereby the Control accuracy is increased in the position of the control valve. If four I / P converters of the same air flow rate are used, the air flow supplied to the pneumatic actuator will be quadrupled.
  • the slots 23a to 23d can also be occupied by four most different I / P converters. If a slot 23a to 23d is occupied by an I / P converter, the microprocessor 21 recognizes the occupancy via, for example, a suitable sensor, not shown, and / or via the respective electrical input interface 35a to 35d to the electrical microprocessor output O 1-4 connecting line.
  • the microprocessor 21 can select only one of these for operation of the actuator 3. Selects the microprocessor 21, for example, the arranged in the slot 23c I / P converter with a certain air power, the microprocessor 21 outputs, via its output I 3 a corresponding electrical control signal to the disposed in the slot 23c I / P converter from which emits a corresponding air pressure signal S 3 via the pneumatic output interface 37c to the pneumatic actuator 3, wherein the remaining I / P converter in the slots 23a, 23b, 23d deactivated by the microprocessor 21 or at least remain unansprochen ,
  • the microprocessor 21 recognizes this. It then automatically causes either the respective control signal of the microprocessor 21 or a self-operating closure device (not shown) that the respective pneumatic input interface 55a until 55d of the empty slot is closed.
  • a pure electronic and / or pneumatic component such as an electrical memory
  • the slot 23a to 23d can be occupied by the microprocessor 21, which may communicate with the respective other slots.
  • the slot 23b may be occupied by an I / P converter as described above, while the slot 23c may be inserted by a pneumatic power generator to supply the other electronic and / or pneumatic components.
  • the slot 23d may be occupied by an electrical data memory or an electrical circuit which is connectable to an external electrical component.
  • FIG. 2 is schematically indicated in a perspective view of one of the slots 23, the plug-in side has a docking mechanism 43 for the realization of the modularity, which is adapted to the electronic and / or pneumatic component 45
  • the in FIG. 2 is represented as a cube, releasably but firmly, wherein in the accommodated position, an electrical contact between the electrical input 47 and the electrical output 49 of the electronic and / or pneumatic component 45 and the respective electrical output or input interface (33a to 33d or 35a to 35d) is established.
  • the docking mechanism 43 comprises a latching device which serves to hold the electronic and / or pneumatic component 45 by means of prestressing in the slot 23a to 23d against the respective slot-side interfaces.
  • the latching device can be released by means of manual actuation, so that the electronic and / or pneumatic component 45 can be removed from the slot 23a to 23d and exchanged for another electronic and / or pneumatic component 45.
  • the locking device may be formed of a plurality of latching hooks 53, which are fixedly mounted on the housing 17 in the region of the slot operable from the outside.
  • the slots 23 and the electronic and / or pneumatic components 45 inserted therein can be encapsulated in a fluid-tight manner for protection against external influences by means of a cover which can be detachably fastened to the housing 17, in particular screwed.
  • a cover which can be detachably fastened to the housing 17, in particular screwed.
  • FIGS. 3 to 6 different occupancy versions of the electropneumatic field device 7 according to the invention are shown, wherein the electropneumatic field device 7 may be connected to different electropneumatic external actuators outside the field device housing 17.
  • the field device 7 is designed as a positioner.
  • three are occupied by an electronic and / or pneumatic component, namely an I / P converter 55a, 55b, 55c, one of the modular slots 23d being occupied by an empty module 57.
  • the dummy module 57 and the modular slot 23d are matched to one another such that the pneumatic input interface 25d is hermetically sealed and the electrical contacts 33d, 35d are covered short-circuit proof.
  • the latter recognizes via the electrical lines to and from the microprocessor 21, whether a modular slot is occupied and with which electronic and / or pneumatic component.
  • the microprocessor 21 also recognizes which type of I / P converter 55a-55c (for example, air-power) is inserted in the respective slot 23a-c.
  • the microprocessor 21 transfers via its output O 1 an electrical signal to the I / P converter 55 a, which transmits a pneumatic output signal S 1 the field output A 1 passes directly to the pneumatic actuator 3.
  • the electrical signal through the output O 2 of the I / P converter 55 b generates a second pneumatic output signal S 2 , which passes through the field output A 2 to a volume flow amplifier 61 which amplifies the pneumatic output signal S 2 and via corresponding pneumatic lines to the Actuator 3 continues.
  • the arranged in the slot 23c I / P converter generates on signaling by the microprocessor 21 via output O 3, a pneumatic output signal S 3 , that is supplied via the field output A 3 a fast exhaust fan 63.
  • the I / P converter 55c controls the air vent 63 in such a way that S 3 of the vent 63 causes venting the pneumatic lines to the actuator 3 at a particular predetermined drop in the pneumatic output signal, so that on the actuator prevails 3 atmospheric pressure.
  • the control valve 5 can achieve a safety position, for example by acting in the actuator 3 spring forces.
  • the microprocessor 21 may receive electrical signals I 1-3 on its inputs that can make statements about, for example, the output pressure S 1 to S3. Alternatively, the microprocessor 21 may also obtain information about the type of electronic and / or pneumatic component that is used in the slot 23a to 23c via the corresponding inputs I 1-3 . The microprocessor 21 may also detect if a dummy module 57 is inserted in the slot 57d.
  • An electrical output stage 65 (conversion of the electrical input signal into an electrical output signal according to a predetermined conversion routine) is used.
  • the electrical signal obtained by the microprocessor via the output O 1 is converted to an electrical output signal S 1 and transmitted via the field output A 1 to an external, arranged outside the field device housing 17 solenoid valve 67.
  • the output stage 65 is designed to airtightly close the pneumatic input interface 25a of the slot 23a.
  • an I / P converter 55b is used, which supplies a pneumatic output signal S 2 via the field output A 2 to the solenoid valve 67, the pneumatic Output signal to the actuator 3 passes.
  • the I / P converter 55c used in the modular slot 23c generates a further pneumatic output signal S 3 which, like the pneumatic output signal S 2, is fed to the actuator 3 via the external solenoid valve 67.
  • the I / P converter 55c may have the same pneumatic air capacity as the I / P converter 55b. Alternatively, a smaller or a larger air power for the I / P converter 55c may be provided for optimizing the position control. It is then the microprocessor 21 which selects which of the two I / P converters 55b or 55c or even both should be responsible for the position of the control valve 5.
  • the fourth slot 23d is occupied by a modular exchangeable, electronic data memory M which stores all the electronic signals of the field device 7, in particular of the microprocessor 21, for later reading.
  • the digital signal transmission runs via electrical lines which are connected to the signal input I 4 and the signal output O 4 of the microprocessor 21.
  • the data memory M is designed with respect to the modular slot 23d such that the pneumatic output interface 25d of the slot 23d is hermetically sealed.
  • FIG. 5 a further possible application of the electropneumatic field device 7 according to the invention is shown, namely for pneumatic coupling to a double-acting pneumatic actuator 71.
  • the pneumatically double-acting actuator 71 translationally actuates a control valve 5 and has two pneumatic working chambers 73, 75, with different pressures P 1 , P 2 are individually acted upon.
  • the working chambers 73, 75 are pneumatically separated from each other by a displaceable piston 77.
  • Both pneumatic working chambers 73, 75 are connected to a pair of electronic and / or pneumatic components in the slots 23a, b and 23c, d respectively, which are each occupied by an I / P converter 55a to d.
  • the pressure P 1 in the working chamber 75 is controlled by the I / P converters 55a, 55b.
  • the I / P converter 55a generates a pneumatic output signal S 1 , which is supplied via the field output A 1 directly to the working chamber 75 of the actuator 71.
  • the I / P converter 55b generates a second pneumatic output signal S 2 , which is supplied via the field output A 2 a quick exhaust fan 81 and in a fall causes the venting of the pneumatic lines to the working chamber 75 of the actuator 3.
  • the pneumatic working chamber 75 is at atmospheric pressure.
  • the I / P converter 55c in the slot 23c produces a third pneumatic output signal S 3 which establishes a substantially inverted waveform as compared to the pneumatic output signal S 1 of the I / P converter 55a.
  • the pneumatic output signal S 3 is fed directly from the field output A 3 to the actuator 71.
  • the I / P converter 55d generates a fourth pneumatic output signal S 4 , which is supplied via the field output A 4 a quick exhaust fan 83 and controls them such that when dropping the pneumatic output signal S 4, the quick exhaust 83 venting the pneumatic connections to the pneumatic Working chamber 73 of the actuator 71 causes. Also in this case, then the pneumatic working chamber 73 is at atmospheric pressure.
  • rapid exhaust fan allows a much more precise and faster pneumatic control of double-acting actuators. While rapid exhaust fans 81, 83 have a hysteresis due to the design, this overshoot can be prevented by the separate control by means of the I / P converters 55b and 55d.
  • the pneumatic output signal A 2 and A 4 activating the rapid exhaust fan 81, 83 can be reversed from venting to venting before the pneumatic output signal A 1 and A 3 so that the venting is decelerated without overshooting.
  • the independence of the pneumatic output signals A 1-4 thus provides a precise way of regulating pneumatic output variables. In particular, the combination of small air power with high air flow can be performed very accurately to realize short positioning times.
  • FIG. 6 an alternative assignment of the slots 23a to 23d and different external pneumatic actuators for a pneumatically double-acting actuator 71 is shown. As with the execution after the FIG. 5 are the slots 23 b and 23 d with an I / P converter 55b and 55d occupied.
  • the pneumatic transducers 55b, 55d are designed and controlled by the microprocessor 21 so that opposite output pressures S 2 and S 4 are realized.
  • the pneumatic output signals S 2 and S 4 are supplied to external, outside of the field device housing 17 positioned solenoid valves 85 and 87, respectively.
  • electrical output stages 65 a and 65 c are used, similar to that of the embodiment according to FIG. 4 act.
  • the field device 7 as a positioner can be reconfigured according to the invention such that the previously inverted working electropneumatic slot module is used as a second module in a single-acting positioner.
  • the field device works in the same effective direction as the first plug-in module pair to increase the flow rate. This results in a doubled air power, which allows increased control accuracy by the decoupled control of the two plug-in module pairs.
  • a pneumatic power generator may be inserted into one of the slots 23a to 23d.
  • the power generator can serve to supply all electronic and / or pneumatic components of the field device 7 with electricity.

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Abstract

Bei einem elektropneumatischen Feldgerät (7), wie elektropneumatischer Stellungsregler, I/P-Umformer oder dergleichen, umfassend wenigstens einen elektrischen Feldeingang (18), einen pneumatischen Versorgungseingang (33), wenigstens eine Elektronikkomponente, die mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang sowie gegebenenfalls mit dem pneumatischen Versorgungseingang verbunden ist; und wenigstens einen Feldausgang (A 1 ,A 2 ,A 3 ,A 4 ), an dem anhand eines über den wenigstens einen elektrischen Feldeingang empfangenen Feldsignals, insbesondere Stell- und/oder Regelsignals, ein Feldausgangssignal (S1,S2,S3,S4) abgebbar ist, wobei eine Gruppe aus wenigstens zwei modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten unterschiedlicher Funktionalität und durch wenigstens einen modularen Steckplatz (23a-d) zur Belegung mit jeweils einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente aus der Gruppe, wobei die wenigstens zwei Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten und der wenigstens eine Steckplatz derart modular aufeinander abgestimmt sind, dass deren elektrische und gegebenenfalls pneumatische Schnittstellen (33a-d,35a-d,25a-d,37a-d) bei Belegung des Steckplatzes ineinander übergehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektropneumatisches Feldgerät, wie einen elektropneumatischen Stellungsregler, einen I/P-Umformer oder dergleichen. Das elektropneumatische Feldgerät dient häufig als Steuergerät zum Steuern eines pneumatischen Stellantriebs einer prozesstechnischen Anlage beispielsweise der Petrochemie, der Lebensmittelindustrie oder dergleichen, der wiederum ein Stellventil zum Regeln einer Prozessfluidströmung betätigt.
  • Das elektropneumatische Feldgerät hat wenigstens einen elektrischen Feldeingang, über den das Feldgerät ein elektrisches Feldeingangssignal empfängt, das beispielsweise im Falle eines pneumatisch betriebenen Stellventils als Soll-Stell-Signal gebildet sein kann. Das Feldeingangssignal kann beispielsweise ein analoges 4-20mA Stromsignal oder auch ein digitales Feldbussignal wie Profibus PA, Foundation Fieldbus, ASI oder Devicenet sein. Des Weiteren hat das elektropneumatische Feldgerät wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente, die beispielsweise ein elektropneumatischer Wandler, ein Datenspeicher, ein pneumatischer Stromgenerator und/oder ein Mikroprozessor sein kann. Es sei klar, dass das elektropneumatische Feldgerät mehrere Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten, wie mehrere elektropneumatischen Wandler, Mikroprozessoren, elektrische Schalter, Datenspeicher und/oder pneumatische Stromgeneratoren, aufweisen kann. Die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente ist mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang verbunden, um das elektrische Feldeingangssignal zu erhalten. Es ist bekannt, insbesondere bei einem Stellungsregler als Feldgerät, dass zwischen dem elektrischen Feldeingang und der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik geschaltet sein kann. Im Falle eines elektropneumatischen Wandlers als die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente ist der elektropneumatische Wandler mit dem pneumatischen Versorgungseingang des Feldgeräts pneumatisch gekoppelt. Das Feldgerät hat üblicherweise einen pneumatischen Feldausgang, an dem anhand des empfangenen Feldeingangssignals ein pneumatisches Feldausgangssignal beispielsweise zum Steuern des pneumatischen Stellantriebs abgegeben werden kann.
  • Aus DE 10 2008 053 844 A1 ist ein elektropneumatisches Feldgerät bekannt, bei dem mehrere Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten, wie ein elektronischer Regler, ein U/I-Wandler, ein I/P-Wandler, ein Leistungsverstärker, sowie ein Umkehrverstärker, eingesetzt werden können. Ein Umkehrverstärker findet dann Anwendung, wenn das elektropneumatische Feldgerät auf einen doppelt-wirkenden pneumatischen Stellantrieb zugreift.
  • Aus EP 1 138 994 A2 ist ein Stellungsregler zum Steuern und/oder Regeln eines pneumatischen Stellantriebs bekannt. Der Stellungsregler hat ein Hauptgehäuse und eine abnehmbare Wartungskassette, deren Innenraum in ein Abteil für elektropneumatische Bauelemente und ein Elektronikabteil unterteilt ist. Die gesamte Wartungskassette ist aus Instandhaltungsgründen von dem Hauptgehäuse abnehmbar.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, das bekannte elektropneumatische Feldgerät dahingehend zu verbessern, dass ein wirtschaftlicher Aufwand für den Betreiber einer prozesstechnischen Anlage bei der funktionalen Einstellung und Auslegung des elektropneumatischen Feldgeräts deutlich verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach hat das erfindungsgemäße elektropneumatische Feldgerät, wie der elektropneumatische Stellungsregler, der I/P-Umformer oder dergleichen, wenigstens einen elektrischen Feldeingang, einen pneumatischen Versorgungseingang, wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente, wie einen elektropneumatischen Wandler, vorzugsweise mehrere elektropneumatische Wandler, einen Mikroprozessor, einen Datenspeicher, einen pneumatischen Stromerzeuger und/oder dergleichen. Die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente ist mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang sowie gegebenenfalls mit dem pneumatischen Versorgungseingang verbunden. Außerdem hat das pneumatische Feldgerät einen Feldausgang, an dem anhand eines über den wenigstens einen elektrischen Feldeingang empfangenen Feldsignals, insbesondere Stell- und/oder Regelsignals, ein Feldausgangssignal abgebbar ist. Erfindungsgemäß hat das elektropneumatische Feldgerät eine Gruppe bestehend aus wenigstens zwei modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten unterschiedlicher Funktionalität und wenigstens einem modularen Steckplatz zur Belegung mit jeweils einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente. Die wenigstens zwei Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten der Gruppe und der wenigstens eine Steckplatz sind derart modular aufeinander abgestimmt, dass deren elektrische und gegebenenfalls pneumatische Schnittstelle bei Belegung des Steckplatzes jeweils funktions- und betriebssicher ineinander übergeben. In der belegten Position im Steckplatz liegen sich die Schnittstellen der eingesetzten Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente sowie die Schnittstelle des Steckplatzes diametral gegenüber, so dass ein elektrischer Kontakt und gegebenenfalls eine pneumatische, druckverlustlose Kopplung hergestellt ist. Das erfindungsgemäße elektropneumatische Feldgerät kann auch Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten aufweisen, die nicht in einem modularen Steckplatz angeordnet sind. Ein modularer Steckplatz dient zur Aufnahme einer singulären modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente. Der modulare Steckplatz soll von einer Außenseite des Feldgeräts einfach zugänglich sein. Diejenigen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten der Gruppe, die nicht eingesetzt sind, können an der Außenseite des Gehäuses an jeweiligen zu dem modularen Steckplatz formkomplementären, insbesondere elektrisch blinden Lagerplätzen für einen späteren Einsatz in einem modularen Steckplatz bevorratet sein.
  • Der Feldausgang des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts kann sowohl pneumatisch als auch elektrisch ausgeführt sein und wird vorzugsweise durch eine der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten in dem modularen Steckplatz gebildet. Im Falle eines elektrischen Feldausgangs kann ein elektropneumatischer Wandler extern, also außerhalb des Feldgerätgehäuses, vorgesehen sein, der auf der Basis des elektrischen Feldausgangssignals ein pneumatisches Signal zur Abgabe beispielsweise an den pneumatischen Stellantrieb erzeugt.
  • Der modulare Steckplatz ist dazu ausgelegt, eine einzelne modulare Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente aus der Gruppe von Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten unterschiedlicher Funktionalität, wie ein oder mehrere elektropneumatische Wandler, ein oder mehrere Mikroprozessoren, ein oder mehrere Datenspeicher, ein oder mehrere pneumatische Stromgeneratoren und/oder dergleichen, unter Herstellung einer elektrischen Verbindung an den jeweiligen elektrischen Schnittstellen und gegebenenfalls unter Herstellung einer pneumatischen Verbindung zwischen den jeweiligen pneumatischen Schnittstellen austauschbar aufzunehmen. Da die wenigstens zwei Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten austauschbar an dem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgerät vorgesehen sind, ist der wenigstens eine Steckplatz von außen (bezüglich des Feldgerätgehäuses) leicht zugänglich ausgeführt. Auf diese Weise hat das erfindungsgemäße elektropneumatische Feldgerät eine hohe Modularität, die ein Anlagenbetreiber oder auch Anlagenbauer nutzen kann, um sich ohne großen Montageaufwand auf sich ändernde Prozessverhältnisse der Anlage einzustellen. Bekannte Stellungsregler leiden an dem Nachteil, dass durch fest implementierte I/P-Wandler die Luftleistung des Feldgeräts unveränderbar festgelegt, insbesondere beschränkt, ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, eine Modularität insbesondere bezüglich sämtlicher Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten, wie dem elektropneumatischen Wandler, dem Datenspeicher, dem pneumatischen Stromerzeuger, dem Mikroprozessor und/oder dergleichen, zu schaffen, ist es möglich, beispielsweise die Luftleistung des Feldgeräts deutlich zu erhöhen oder zu reduzieren, aber auch die Regelungsroutine durch Austausch des Regelungsmikroprozessors zu verändern, eine autarke Stromerzeugung bereitzustellen und/oder durch Austausch des pneumatischen Stromgenerators zu verändern, Daten zum Aufspielen und Abspeichern durch Austausch von Datenspeichern wunschgemäß einzusetzen, ohne das Feldgerät und/oder dessen Umgebung manipulieren zu müssen. Insofern benötigt der Anlagenbauer mit dem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgerät keinen hohen zeitlichen und konstruktiven Aufwand, geschweige denn bedarf es einer Unterbrechung des Betriebs der prozesstechnischen Anlage, wenn er eine Betriebsänderung des elektropneumatischen Feldgeräts in einer oder mehreren Funktionalitäten gewünscht ist. Was die Austauschbarkeit des elektropneumatischen Wandlers betrifft, hat das erfindungsgemäße elektropneumatische Feldgerät den Vorteil, nicht notwendigerweise einen separaten Volumenverstärker (Booster) in das pneumatische Leitungssystem einsetzen zu müssen, wenn die Luftleitung des installierten elektropneumatischen Wandlers nicht mehr ausreichen sollte.
  • Vorzugsweise ist es vorstellbar, dass das elektropneumatische Feldgerät gemäß der Erfindung wenigstens zwei modulare Steckplätze aufweist, die beide mit einem unterschiedlichen elektropneumatischen Wandler belegt sind. Eine Steuerungselektronik, die beispielsweise innerhalb eines Gehäuses des elektropneumatischen Feldgeräts fest und unaustauschbar montiert ist, aber auch im Wege des modularen Steckplatzes gegen eine andere Stellungselektronik ausgetauscht werden kann, wählt je nach Betriebsbedingungen einen der beiden Druckwandler aus, um die für den Funktionsbetrieb des elektropneumatischen Feldgeräts am besten geeignete Druckwandlerparameter nutzen zu können. In der Zwischenzeit bleibt der nicht ausgewählte elektropneumatische Wandler in dem Steckplatz in einer passiven Warteposition. Sollte beispielsweise bei einem Zwei- oder Mehr-Platz-Feldgerät eine dritte elektropneumatische Funktionalität genutzt werden, besteht die Möglichkeit, einen der den Steckplatz belegenden elektropneumatischen Wandler gegen einen dritten elektropneumatischen Wandler mit der gewünschten Funktion auszutauschen, der beispielsweise an einem blinden Lagerplatz an der Außenseite des Feldgerätgehäuses bevorratet war.
  • Sämtliche Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten der Gruppe, die zur Verfügung stehen, um an den wenigstens einen modularen Steckplatz eingesetzt zu werden, sind beispielsweise dadurch modular gegenüber dem Steckplatz abgestimmt, das der Steckplatz eine weibliche Aussparungsform aufweist, die zumindest teilweise formkomplementär zum männlichen Außenprofil der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente ist. Die aufeinander abgestimmten Formen sind derart gewählt, dass nur eine Einsteckposition zugelassen ist, um das Adaptieren der elektrischen Schnittstelle und gegebenenfalls der pneumatischen Schnittstelle zu gewährleisten.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der wenigstens eine Steckplatz einen Andockmechanismus, der eine Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung, wie eine Rasteinrichtung, insbesondere eine manuell betätigbare Klemme oder eine Schraubverbindung zum lösbaren Befestigen der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente in dem modularen Steckplatz umfasst. Die Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung kann vorzugsweise dazu ausgelegt sein, eine Vorspannung der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente mitzuteilen, so dass die jeweiligen elektrischen Schnittstellen und gegebenenfalls die pneumatischen Schnittstellen des Steckplatzes und der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente gegeneinander gedrückt werden, um den elektrischen Kontakt sowie gegebenenfalls den pneumatischen Anschluss herzustellen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine Steckplatz durch eine Vertiefung oder Aussparung insbesondere in einer Gehäusewand des Feldgeräts realisiert. In der Vertiefung kann die Elektrokomponente formschlüssig aufgenommen sein.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat das elektropneumatische Feldgerät mehrere modulare Steckplätze. Die mehreren modularen Steckplätze können entweder durch gleiche Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten insbesondere unterschiedlicher Funktionsweise, oder unterschiedliche Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten belegt sein. Die Belegung hängt von der gewünschten Charaktereigenschaft des Feldgeräts, beispielsweise der Luftleistung ab.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der wenigstens eine Steckplatz eine elektrische, mit dem elektrischen Feldeingang verbundene Schnittstelle und gegebenenfalls eine pneumatische, mit dem pneumatischen Versorgungseingang des Feldgeräts verbundene Schnittstelle zum pneumatischen Ankoppeln eines pneumatischen Anschlusses der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente, wenn beispielsweise ein I/P-Wandler als Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente verwendet werden soll.
  • Vorzugsweise hat der wenigstens eine Steckplatz einen der pneumatischen Schnittstelle zugeordneten Verschluss, welcher im belegten Zustand des wenigstens einen Steckplatzes dessen pneumatische Schnittstelle im Wesentlichen luftdicht verschließt. In einem mit einem elektropneumatischen Wandler belegten Zustand des wenigstens einen Steckplatzes ist der Verschluss deaktiviert, so dass ein pneumatischer Anschluss der pneumatischen Versorgung von dem elektropneumatischen Wandler etabliert ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat jeder modulare Steckplatz eine elektrische, mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang verbundene Schnittstelle und gegebenenfalls pneumatische, mit dem pneumatischen Versorgungseingang gekoppelte Schnittstelle. Die jeweilige Schnittstelle ist im angedockten Zustand der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente mit deren elektrischen und gegebenenfalls pneumatischen Anschluss funktionsgemäß verbunden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der wenigstens eine modulare Steckplatz jeweils einen modularen Andockmechanismus für die wenigstens eine modulare Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente. Der Andockmechanismus ist dazu ausgelegt, die jeweilige Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente in dem modularen Steckplatz insbesondere mittels einer Einrastung fest aufzunehmen und zu halten sowie gegebenenfalls für einen Austausch der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten insbesondere zerstörungsfrei und vorzugsweise manuell, insbesondere ohne Spezialwerkzeug, zu lösen.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der wenigstens modulare Steckplatz jeweils eine Identifizierungseinrichtung zum Erfassen des Typs/der Bauart der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente. Vorzugsweise ist die Identifizierungseinrichtung dazu ausgelegt, im Falle der Belegung des Steckplatzes mit einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente ohne Pneumatikfunktion, wie einem Mikroprozessor, eine pneumatische Schnittstelle des Steckplatzes im Wesentlichen luftdicht zu verschließen oder einen luftdichten Verschluss zu aktivieren. Dazu kann beispielsweise die Identifizierungseinrichtung einen elektrischen und/oder mechanischen Sensor aufweisen, der gegebenenfalls über eine Elektronikeinheit, wie einen insbesondere fest installierten Mikroprozessor mit einem an dem Steckplatz angeordneten pneumatischen Verschluss funktionsgemäß gekoppelt ist.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat das Feldgerät eine Elektronikeinheit, wie einen Mikroprozessor, die als modulare Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente in dem wenigstens einen modularen Steckplatz einsetzbar ist. Die Elektronikeinheit kann allerdings auch als fest installiertes nicht modulares Glied innerhalb des Feldgerätgehäuses fest installiert sein. Die Elektronikeinheit ist dazu ausgelegt, die Belegung des wenigstens einen modularen Steckplatzes mit unterschiedlichen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten zu erkennen und entsprechend das am Feldgerät empfangene Feldeingangssignal der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente zuzuordnen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das elektropneumatische Feldgerät ein insbesondere fluiddicht abschließbares Gehäuse. Das Gehäuse kann in einem ersten Abteil eine insbesondere fest installierte Reglerelektronik aufnehmen. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine modulare Steckplatz an einer Außenwand einer Trennwand eines Abteils oder an einer Außenwand des Gehäuses eingerichtet, so dass eine Bedienperson dadurch einen manuellen Zugriff auf den wenigstens einen Steckplatz hat.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Anordnung mehrere modulare Steckplätze oder auch nur einen modularen Steckplatz mittels eines von dem Gehäuse abnehmbaren Gehäuseteils, wie eines Deckels, insbesondere zur Bildung eines zweiten Gehäuseteils vorzugsweise fluiddicht verschließbar, aufweisen.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der wenigstens eine modulare Steckplatz ein elektrisches Anschlussbild und gegebenenfalls ein pneumatisches Anschlussbild. Die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente kann ein elektrisches Gegenanschlussbild und gegebenenfalls ein pneumatisches Gegenanschlussbild aufweisen, wobei das Gegenanschlussbild spiegelbildlich zum Anschlussbild ausgeführt ist, so dass beim einfachen Einsetzen der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente in den Steckplatz unmittelbar der elektrische Kontakt sowie der pneumatische Anschluss hergestellt ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das elektropneumatische Feldgerät wenigstens ein Paar modulare Steckplätze, vorzugsweise drei Paar modulare Steckplätze, wobei sämtliche Steckplätze mit einem elektropneumatischen Wandler belegt sind und insbesondere ein elektropneumatischer Wandler des Steckplatzpaares direkt mit einer pneumatischen Arbeitskammer des Stellventils verbunden ist und der andere elektropneumatische Wandler des Steckplatzpaars mit einem pneumatischen Wirkglied, wie einem Entlüfter oder einem Schnellentlüfter pneumatisch gekoppelt ist, wobei der Schnellentlüfter derart an die pneumatische Arbeitskammer angeschlossen ist, dass bei Empfang eines insbesondere vorbestimmten pneumatischen Ausgangssignals des anderen elektropneumatischen Wandler des Steckplatzpaars die pneumatische Arbeitskammer des Stellantriebs entlüftet wird, vorzugsweise mit einem Atmosphärendruckausgang des pneumatischen Wirkglieds gekoppelt wird, wobei im Falle eines doppelt wirkenden pneumatischen Stellantriebs die zweite Arbeitskammer durch ein zweites Paar entsprechend belegte Steckplätze angesteuert ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das elektropneumatische Feldgerät ein Paar modulare Steckplätze, wobei der eine Steckplatz mit einem elektropneumatischen Wandler und der andere Steckplatz mit einer elektrischen Ausgangsstufe belegt sind, wobei der elektropneumatische Wandler an einen externen, insbesondere außerhalb eines Gehäuses des Feldgeräts angeordneten elektropneumatischen Wandler, wie einem Magnetventil, angeschlossen ist, der mit einer Arbeitskammer eines Stellantriebs verbunden ist, wobei die elektrische Ausgangsstufe mit dem externen elektropneumatischen Wandler derart verbunden ist, dass bei Abgabe eines vorbestimmten elektrischen Signals der externe elektropneumatische Wandler entlüftet wird, wobei im Falle eines doppelt wirkenden, pneumatischen Stellantriebs eine zweites Paar entsprechend belegte Steckplätze zur Ansteuerung der zweiten Arbeitskammer vorgesehen ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das elektropneumatische Feldgerät eine Gruppe aus wenigstens zwei modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten wenigstens einen elektropneumatischen Wandler, wenigstens einen pneumatischen Stromgenerator, wenigstens einen Mikroprozessor, wenigstens eine elektrische Ausgangsstufe, wie wenigstens einen Schalter, und/oder wenigstens einen Datenspeicher.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Gehäusestruktur für das elektropneumatische Feldgerät nicht aus einem gemeinsamen Gehäuse für sämtliche Komponenten realisiert, sondern das Gehäuse des elektropneumatischen Feldgeräts ist in wenigstens zwei voneinander getrennte Gehäuseteile aufgeteilt. In einem ersten Gehäuseteil sind insbesondere ausschließlich die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten in jeweilige Steckplätze anzuordnen, wobei die Steckplätze vorzugsweise von außen erreichbar sein sollen. Bei dem zweiten Gehäuse sind insbesondere lediglich die Steckplätze für Pneumatikkomponenten vorgesehen.
  • Beispielsweise kann das Gehäuse für die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten an einem den Stellantrieb mit dem Stellventilgehäuse verbindenden Joch oder Laterne realisiert sein, wobei die Elektronik -und/oder Pneumatikkomponenten beispielsweise ein Mikrorechner, ein Positionssensor oder dergleichen sein kann. Das zweite Gehäuse für die pneumatischen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten ist vorzugsweise insbesondere an einer dem Stellventilgehäuse zugewandten Außenwandseite des Stellantriebs angebracht, wobei an dem Gehäuse Elektronikpneumatikkomponenten, wie der I/p-Wandler oder ein Booster, angeordnet sein können.
  • Es sei klar, dass die modularen Steckplätze für die Bausteine der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten passend für jede Elektronikkomponente bzw. Pneumatikkomponente ausgeführt sein sollen.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektropneumatische Baugruppe mit einem Stellventil einer prozesstechnischen Anlage, einem pneumatischen Stellantrieb, insbesondere einen doppelt-wirkenden pneumatischen Stellantrieb oder einen einfach-wirkenden pneumatischen Stellantrieb, zum Stellen eines Stellventils, gegebenenfalls einem Positionssensor zum Erfassen der Position des Stellventils und mit einem elektropneumatischen Feldgerät, wie er oben beschrieben ist.
  • Vorzugsweise ist der Positionssensor mit dem elektropneumatischen Feldgerät, insbesondere mit dessen Reglerelektronik, wie dessen Mikroprozessor, signalübertragungsgemäß verbunden.
  • Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts,
    Figur 2
    eine schematische Perspektivansicht eines einen modularen Steckplatz belegenden, modularen pneumatischen Wandlers,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführung eines elektropneumatischen Feldgeräts gemäß der Erfindung;
    Figur 4
    eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts, das an einen doppelt-wirkenden pneumatischen Stellantrieb angeschlossen ist; und
    Figur 6
    eine weitere bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts, das an einen doppelt-wirkenden pneumatischen Stellantrieb angeschlossen ist.
  • In Figur 1 ist eine pneumatisch betriebene, erfindungsgemäße Stellventilanordnung, die zur Regelung einer Prozessfluidströmung einer nicht dargestellten prozesstechnischen Anlage, wie einer petrochemischen Anlage, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, wie einer Brauerei, oder dergleichen, eingesetzt wird, im allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Diese Stellventilanordnung 1 umfasst als Hauptbestandteile einen pneumatischen Stellantrieb 3, ein Stellventil 5, das zum Regeln der Prozessfluidströmung der nicht dargestellten prozesstechnischen Anlage von dem Stellantrieb 3 betätigt ist, und ein als Stellungsregler ausgeführtes elektropneumatisches Feldgerät 7, das über ein pneumatisches Leitungssystem 11 an dem pneumatischen Stellantrieb 3 angeschlossen ist.
  • Das Stellventil 5 ist mit dem pneumatischen Stellantrieb 3 über eine Spindel oder Welle 13 mechanisch verbunden. Ein insbesondere mechanisch arbeitender Positionssensor 15, der teilweise innerhalb eines Gehäuses 17 des elektropneumatischen Feldgeräts 7 angeordnet ist, greift die Momentanstellung X des Stellventils 5 ab. Das Gehäuse kann ein fluiddicht abschließbaren Hohlraum aufweisen, in dem unter anderem elektrische Leitungen, pneumatische Verbindungsleitungen und/oder ein Mikroprozessor untergebracht sind. Es sei klar, dass das Gehäuse 17 des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts auch lediglich durch eine Leiterplatte mit daran angebrachten pneumatischen Leitungen ausgebildet sein kann.
  • Der Positionssensor 15 gibt ein Positionssignal an einen Mikroprozessor 21 ab, der darstellungsgemäß in einem Innenraum des Feldgerätgehäuses 17 untergebracht ist und über einen Feldeingang 18 am Feldgerätgehäuse ein Soll-Stell-Signal w von einer nicht näher dargestellten Leitstelle der Anlage empfängt. Das elektropneumatische Feldgerät 7 hat neben dem elektrischen Feldeingang 18 einen pneumatischen Feldeingang 33 und vier optional einsetzbare pneumatische Feldausgänge A1-4.
  • Das elektropneumatische Feldgerät 7 oder der Stellungsregler hat vier im Wesentlichen gleich aufgebaute von außen frei zugängliche Steck- oder Einschubplätze 23a, 23b, 23c, 23d, welche optional mit vier einzelnen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten unterschiedlichster Bauart belegbar sind. Die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente kann ein I/P-Wandler, ein Datenspeicher, ein pneumatisch betriebener Stromgenerator, der Mikroprozessor 21 und/oder ein Elektronikschalter sein, wobei auch Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten gleicher Bauart unterschiedlicher Funktionsweise in den Steckplätzen eingesetzt werden können. Jeder Steckplatz kann allerdings nur eine einzelne Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente aufnehmen. Die Steckplätze 23a bis 23d sind derart modular angepasst, dass sie je nachdem, welche vorbestimmte elektronische Komponente eingesetzt wird die Funktion der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente durch Herstellung von Kommunikationsleitungen zu den jeweils anderen Bauelementen gewährleistet.
  • Das elektropneumatische Feldgerät 7 kann auch nicht dargestellte Lageraufnahmen zu Bevorratung von nicht eingesetzten modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten aufweisen, welche Lageraufnahme im wesentlichen formidentisch zu den Steckplätzen 23a bis 23d ausgebildet sind, allerdings keine elektrische oder pneumatische Schnittstelle aufweisen.
  • Das elektropneumatische Feldgerät 7 hat eine Gruppe aus wenigstens zwei Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten, die ausgewählt werden können, in die jeweiligen Steckplätze eingesetzt zu werden. Die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten sind in Figur 1 nicht näher dargestellt.
  • Jeder einzelne Steckplatz 23a bis 23d des Feldgeräts besitzt eine pneumatische Eingangsschnittstelle 25a bis 25d, die über eine innerhalb des Gehäuses 17 verlaufende Versorgungsleitung 27 via den pneumatischen Feldeingang 33 an eine pneumatische Versorgungsquelle 31 von beispielsweise konstant 6 bar (PZ) angeschlossen ist. Die Steckplätze 23a bis 23d umfassen zusätzlich eine elektrische Ausgangsschnittstelle 33a bis 33d, die über elektrische Leitungen mit jeweils einem Mikroprozessoreingang I1-4 verbunden ist. Zudem hat jeder Steckplatz 23a bis 23d eine elektrische Eingangsschnittstelle 35a bis 35d, die über elektrische Leitungen mit einem jeweiligen Mikroprozessorausgang O1-4 verbunden ist. Auf diese Weise können die in den Steckplätzen 23a bis 23d platzierten Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten mit dem Mikroprozessor 21 kommunizieren, damit beispielsweise ein Regelsignal von dem Mikroprozessor 21 an den jeweiligen Steckplatz 23a bis 23d abgebbar sind. Der Mikroprozessor 21 erkennt über die Kommunikationsleitungen, welche Bauart und Typ Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente an dem jeweiligen Steckplatz 23a bis 23d eingesetzt ist und/oder ob der Steckplatz 23a bis 23d unbelegt ist.
  • Schließlich hat jeder Steckplatz 23a bis 23d eine Ausgangsschnittstelle 37a bis 37d, über die Ausgangssignale entweder elektrischer Natur (nicht in Figur 1 dargestellt) oder pneumatischer Natur S1-4 an dem jeweiligen Feldgerätausgang A1 bis A4 abgegeben werden kann. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung sind die Feldgerätausgänge A1-4 pneumatisch genutzt und können ein entsprechend pneumatisches Steuersignal S1-4 über entsprechende pneumatische Leitungen 41 an den pneumatischen Stellantrieb 3 abgeben. Da alle pneumatischen Drücke der einzelnen, in dem Steckplatz 23a bis 23d eingesetzten I/P-Wandler die gleiche Wirkrichtung in das Arbeitsvolumen des pneumatischen Stellantriebs aufweisen, erhöht sich deutlich die Luftleistung durch die multiple, entkoppelte Ansteuerung der I/P-Wandler, wodurch die Regelgenauigkeit bei der Stellung des Stellventils erhöht wird. Werden vier I/P-Wandler der gleichen Luftleistung verwendet, wird die dem pneumatischen Stellantrieb zugeführte Luftleistung vervierfacht.
  • Je nach dem, beispielsweise welche Luftleistung dem elektropneumatischen Feldgerät 7 zugeordnet sein soll, können die Steckplätze 23a bis 23d auch mit vier unterschiedlichsten I/P-Wandlern belegt sein. Wird ein Steckplatz 23a bis 23d mit einem I/P-Wandler belegt, so erkennt der Mikroprozessor 21 die Belegung über beispielsweise eine geeignete, nicht dargestellte Sensorik und/oder über die jeweilige die elektrische Eingangsschnittstelle 35a bis 35d mit dem elektrischen Mikroprozessorausgang O1-4 verbindenden Leitung.
  • Sollten mehrere Steckplätze 23a bis 23d mit unterschiedlichen I/P-Wandlern belegt sein, so kann der Mikroprozessor 21 nur einen dieser zum Betrieb des Stellantriebs 3 auswählen. Wählt der Mikroprozessor 21 beispielweise den in dem Steckplatz 23c angeordneten I/P-Wandler mit einer bestimmten Luftleistung aus, so gibt der Mikroprozessor 21 über seinen Ausgang I3 ein entsprechendes elektrisches Regelsignal an den in dem Steckplatz 23c angeordneten I/P-Wandler ab, der ein entsprechendes Luftdrucksignal S3 über die pneumatische Ausgangsschnittstelle 37c an den pneumatischen Stellantrieb 3 abgibt, wobei die restlichen I/P-Wandler in den Steckplätzen 23a, 23b, 23d durch den Mikroprozessor 21 deaktiviert oder zumindest unangesprochen bleiben.
  • Ist beispielsweise einer der Steckplätze 23a bis 23d nicht belegt, so erkennt dies der Mikroprozessor 21. Er lässt dann automatisch veranlassen, entweder selbst durch eine entsprechendes Regelsignal des Mikroprozessors 21 oder durch eine selbständig arbeitende Verschlusseinrichtung (nicht dargestellt), dass die jeweilige pneumatische Eingangsschnittstelle 55a bis 55d des unbelegten Steckplatzes geschlossen ist. Gleiches gilt auch, wenn anstatt eines I/P-Wandlers eine reine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente, wie ein elektrischer Speicher, den jeweiligen Steckplatz 23a bis 23d belegt.
  • Wie bereits angedeutet, können anstatt des I/P-Wandlers in dem Steckplatz 23a bis 23d andere Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Steckplatz 23a mit dem Mikroprozessor 21 belegt sein, der mit den jeweiligen anderen Steckplätzen kommunizieren kann. Außerdem kann der Steckplatz 23b durch einen I/P-Wandler, wie oben beschrieben, belegt sein, während der Steckplatz 23c durch einen pneumatischen Stromgenerator zur elektrischen Versorgung der anderen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente eingesetzt sein. Der Steckplatz 23d kann durch einen elektrischen Datenspeicher oder eine elektrische Schaltung belegt sein, welche mit einer externen elektrischen Baukomponente verbindbar ist.
  • In Figur 2 ist schematisch in einer perspektivischen Darstellung einer der Steckplätze 23 zum Teil angedeutet, der zur Realisierung der Modularität steckplatzseitig einen Andockmechanismus 43 aufweist, der dazu ausgelegt ist, die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45, die in Figur 2 als Würfel repräsentiert ist, lösbar aber fest aufzunehmen, wobei in der aufgenommenen Position ein elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischen Eingang 47 und dem elektrischen Ausgang 49 der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 und der jeweiligen elektrischen Ausgangs- bzw. Eingangsschnittstelle (33a bis 33d bzw. 35 a bis 35d) etabliert ist. Gleiches gilt für die pneumatische Verbindung mit der Versorgungsleitung 27 zwischen dem pneumatischen Anschluss 51 der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 und der nicht näher dargestellten elektropneumatischen Eingangsschnittstelle 25a bis 25d des Steckplatzes 23a bis 23d.
  • Der Andockmechanismus 43 umfasst eine Rasteinrichtung, der dazu dient, die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 mittels Vorspannung in dem Steckplatz 23a bis 23d gegen die jeweiligen steckplatzseitigen Schnittstellen zu halten. Die Rasteinrichtung kann mittels manueller Betätigung gelöst werden, so dass die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 aus dem Steckplatz 23a bis 23d entnommen werden und gegen eine andere Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 ausgetauscht werden können. Die Rasteinrichtung kann aus mehreren Rasthaken 53 gebildet sein, die fest an dem Gehäuse 17 im Bereich des Steckplatzes von außen betätigbar angebracht sind.
  • Die Steckplätze 23 sowie die darin eingesetzten Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten 45 können zum Schutz vor äußeren Einflüssen mittels eines an dem Gehäuse 17 lösbar befestigbaren, insbesondere verschraubbaren Deckel fluiddicht eingekapselt werden. Bei Austausch der modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente 45 kann der nicht dargestellte Deckel abgenommen werden, damit der modulare Austauschvorgang durchgeführt werden kann.
  • In den Figuren 3 bis 6 sind unterschiedliche Belegungsversionen des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts 7 dargestellt, wobei das elektropneumatische Feldgerät 7 mit unterschiedlichen elektropneumatischen externen Wirkgliedern außerhalb des Feldgerätgehäuses 17 verbunden sein kann.
  • In Figur 3 ist das Feldgerät 7 als Stellungsregler ausgeführt. Von den vier belegbaren modularen Steckplätzen 23a bis 23d sind drei mit einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente, nämlich mit einem I/P-Wandler 55a, 55b, 55c belegt, wobei einer der modularen Steckplätze 23d mit einem Leermodul 57 belegt ist. Das Leermodul 57 und der modulare Steckplatz 23d sind derart aufeinander abgestimmt, dass die pneumatische Eingangsschnittstelle 25d luftdicht verschlossen ist und die elektrischen Kontakte 33d, 35d kurzschlusssicher abgedeckt sind.
  • Über die elektrischen Leitungen von und zu dem Mikroprozessor 21 erkennt letzterer, ob eine modularer Steckplatz belegt ist und mit welcher Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente. Der Mikroprozessor 21 erkennt auch, welcher Typ von I/P-Wandler 55a bis 55c (beispielsweise betreffend die Luftleistung) in den jeweiligen Steckplatz 23a bis c eingesetzt ist.
  • Aufgrund des Soll-Stell-Signals w transferiert der Mikroprozessor 21 über seinen Ausgang O1 ein elektrisches Signal an den I/P-Wandler 55a, der ein pneumatisches Ausgangsignal S1 über den Feldausgang A1 direkt an den pneumatischen Stellantrieb 3 weiterleitet. Entsprechend dem elektrischen Signal über den Ausgang O2 erzeugt der I/P-Wandler 55b ein zweites pneumatisches Ausgangssignal S2, das über den Feldausgang A2 zu einem Volumenstromverstärker 61 gelangt, der das pneumatische Ausgangssignal S2 verstärkt und über entsprechende pneumatische Leitungen an den Stellantrieb 3 weiterführt.
  • Der in dem Steckplatz 23c angeordnete I/P-Wandler erzeugt auf Signalisierung durch den Mikroprozessor 21 via Ausgang O3 ein pneumatisches Ausgangsignal S3, dass über den Feldausgang A3 einem Schnellentlüfter 63 zugeführt wird. Der I/P-Wandler 55c steuert den Schnellentlüfter 63 derart an, dass bei einem insbesondere vorbestimmten Abfall des pneumatischen Ausgangssignals S3 der Schnellentlüfter 63 ein Entlüften der pneumatischen Leitungen zum Stellantrieb 3 bewirkt, so dass an dem Stellantrieb 3 Atmosphärendruck herrscht. Damit kann das Stellventil 5 eine Sicherheitsstellung beispielsweise durch in dem Stellantrieb 3 wirkende Federkräfte erreichen.
  • Der Mikroprozessor 21 kann über seine Eingänge I1-3 elektrische Signale erhalten, die beispielsweise Aussagen über den Ausgangsdruck S1 bis S3 machen können. Alternativ kann der Mikroprozessor 21 auch über die entsprechenden Eingänge I1-3 Informationen über den Typ der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente erhalten, die in dem Steckplatz 23a bis 23c verwendet wird. Die Mikroprozessor 21 kann auch erkennen, ob ein Leermodul 57 in dem Steckplatz 57d eingesetzt ist.
  • In der Ausführung nach Figur 4 ist eine alternative Belegung des Feldgeräts 7 dargestellt. Durch die unterschiedliche Belegung der Steckplätze 23a bis 23d wird dem Feldgerät 7 eine unterschiedliche Funktionalität zugeordnet.
  • In dem Steckplatz 23a des Feldgeräts 7 nach Figur 4 ist eine elektrische Ausgangstufe 65 (Umwandlung des elektrischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal gemäß einer vorbestimmten Umwandlungsroutine) eingesetzt. Das von dem Mikroprozessor über den Ausgang O1 erhaltene elektrische Signal wird an ein elektrisches Ausgangssignal S1 umgewandelt und über den Feldausgang A1 an ein externes, außerhalb des Feldgerätgehäuses 17 angeordnetes Magnetventil 67 übertragen. Dabei ist die Ausgangsstufe 65 dazu ausgelegt, die pneumatische Eingangsschnittstelle 25a des Steckplatzes 23a luftdicht zu verschließen. In dem zweiten Steckplatz 23b ist ein I/P-Wandler 55b eingesetzt, der ein pneumatisches Ausgangssignal S2 über den Feldausgang A2 dem Magnetventil 67 zuführt, der das pneumatische Ausgangssignal an den Stellantrieb 3 weiterleitet. Der in dem modularen Steckplatz 23c eingesetzten I/P-Wandler 55c erzeugt ein weiteres pneumatisches Ausgangssignal S3, das wie das pneumatische Ausgangssignal S2 über das externe Magnetventil 67 dem Stellantrieb 3 zugeführt ist. Der I/P-Wandler 55c kann die gleiche pneumatische Luftleistung wie der I/P-Wandler 55b aufweisen. Alternativ kann für eine Optimierung der Stellungsregelung eine kleinere oder eine größere Luftleistung für den I/P-Wandler 55c vorgesehen sein. Es ist dann der Mikroprozessor 21, der auswählt, welcher der beiden I/P-Wandler 55b oder 55c oder sogar beide für die Stellung des Stellventils 5 verantwortlich sein sollen.
  • Der vierte Steckplatz 23d ist mit einem modular austauschbaren, elektronischen Datenspeicher M belegt, der sämtliche elektronische Signale des Feldgeräts 7, insbesondere des Mikroprozessors 21, für eine spätere Auslesung speichert. Die digitale Signalübertragung läuft über elektrische Leitungen, die mit dem Signaleingang I4 und dem Signalausgang O4 des Mikroprozessors 21 verbunden sind. Der Datenspeicher M ist bezüglich des modularen Steckplatzes 23d derart ausgestaltet, dass die pneumatische Ausgangsschnittstelle 25d des Steckplatzes 23d luftdicht verschlossen ist.
  • In Figur 5 ist eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Feldgeräts 7 dargestellt, nämlich zur pneumatischen Ankopplung an einen doppelt-wirkenden pneumatischen Stellantrieb 71. Der pneumatisch doppelt-wirkende Stellantrieb 71 betätigt translatorisch ein Stellventil 5 und hat zwei pneumatische Arbeitskammern 73, 75, die mit unterschiedlichen Drücken P1, P2 individuell beaufschlagbar sind. Die Arbeitskammern 73, 75 sind durch einen verschiebbaren Kolben 77 voneinander pneumatisch getrennt.
  • Beide pneumatischen Arbeitskammern 73, 75 sind an ein Paar Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten in den Steckplätzen 23a, b bzw. 23 c, d angeschlossen, die jeweils mit einem I/P-Wandler 55a bis d belegt sind.
  • Der Druck P1 in der Arbeitskammer 75 wird von dem I/P-Wandlern 55a, 55b gesteuert. Der I/P-Wandler 55a erzeugt ein pneumatisches Ausgangssignal S1, das über den Feldausgang A1 direkt der Arbeitskammer 75 des Stellantriebs 71 zugeführt wird. Der I/P-Wandler 55b erzeugt ein zweites pneumatisches Ausgangssignal S2, das über den Feldausgang A2 einem Schnellentlüfter 81 zugeführt ist und bei einem Abfall das Entlüften der pneumatischen Leitungen hin zur Arbeitskammer 75 des Stellantriebs 3 bewirkt. Im Entlüftungsfall liegt die pneumatische Arbeitskammer 75 auf Atmosphärendruck.
  • Der I/P-Wandler 55c im Steckplatz 23c erzeugt ein drittes pneumatisches Ausgangssignal S3, das einen im wesentlichen invertierten Signalverlauf im Vergleich zu dem pneumatischen Ausgangssignal S1 des I/P-Wandlers 55a etabliert. Das pneumatische Ausgangssignal S3 wird direkt von dem Feldausgang A3 dem Stellantrieb 71 zugeführt. Der I/P-Wandler 55d erzeugt ein viertes pneumatisches Ausgangssignal S4, das via dem Feldausgang A4 einem Schnellentlüfter 83 zugeführt wird und diesen derart ansteuert, dass bei Abfall des pneumatischen Ausgangssignals S4 der Schnellentlüfter 83 das Entlüften der pneumatischen Verbindungen hin zur pneumatischen Arbeitskammer 73 des Stellantriebs 71 bewirkt. Auch in diesem Fall liegt dann die pneumatische Arbeitskammer 73 auf Atmosphärendruck.
  • Die Implementierung noch zusätzlicher externer, außerhalb des Feldgerätgehäuses 17 angeordneter Schnellentlüfter ermöglicht eine weitaus präzisere und schnellere pneumatische Regelung von doppelt-wirkenden Stellantrieben. Während Schnellentlüfter 81, 83 bauartbedingt eine Hysterese besitzen, kann durch die getrennte Ansteuerung mittels der I/P-Wandler 55b und 55d dieses Überschwingen verhindert werden. Dabei kann im Entlüftungsfall das dem Schnellentlüfter 81, 83 ansteuernde pneumatische Ausgangssignal A2 und A4 vor dem pneumatischen Ausgangssignal A1 und A3 vom Entlüften zum Belüften umgesteuert werden, so dass das Entlüften ohne Überschwingungen abgebremst wird. Die Unabhängigkeit der pneumatischen Ausgangssignale A1-4 bietet somit eine präzise Möglichkeit der Regelung pneumatischer Ausgangsgrößen. Insbesondere die Kombination kleiner Luftleistung mit großer Luftleistung kann zum Realisieren kurzer Stellzeiten höchst genau durchgeführt werden.
  • In Figur 6 ist eine alternative Belegung der Steckplätze 23a bis 23d und unterschiedliche externe pneumatische Wirkglieder für einen pneumatisch doppelt-wirkenden Stellantrieb 71 dargestellt. Wie bei der Ausführung nach der Figur 5 sind die Steckplätze 23 b und 23 d mit einem I/P-Wandler 55b bzw. 55d belegt.
  • Die pneumatischen Wandler 55b, 55d sind derart ausgelegt und von dem Mikroprozessor 21 angesteuert, dass gegenläufige Ausgangsdrücke S2 und S4 realisiert werden. Die pneumatischen Ausgangsignale S2 und S4 werden externen, außerhalb des Feldgerätgehäuses 17 positionierte Magnetventile 85 bzw. 87 zugeführt. In den Steckplätzen 23a und 23c sind elektrische Ausgangsstufen 65a bzw. 65c eingesetzt, die ähnlich wie die der Ausführung gemäß Figur 4 fungieren. Die elektrischen Ausgangsstufen 65a und 65c können die externen Magnetventile 85 bzw. 87 unabhängig von den pneumatischen Ausgangssignalen A2 und A4 schalten.
  • Je nachdem welches der Magnetventile 85, 87 geschaltet wird, kann damit eine unterschiedliche Endlage für das Stellventil 5 erreicht werden. Es ist außerdem möglich, dass zur Steigerung der Stellgeschwindigkeit je nach gewünschter Richtung der Ventilbewegung eines der beiden Magnetventile 87, 85 kurzzeitig geschaltet wird und damit die jeweilige Arbeitskammer 73, 77 entlüftet wird, um die Stellbewegung in Richtung der entlüfteten Kammer zu beschleunigen. Dabei können Verzögerungszeiten, die für die Stellungsregelung wichtig sein können, beispielsweise bei der Inbetriebnahme gemäß einem beispielsweise im Mikroprozessor vorprogrammierten Initialisierungsvorgang, gelernt werden und für eine spätere Stellungsregelung können diese Daten verwendet werden.
  • Das Feldgerät 7 als Stellungsregler kann erfindungsgemäß derart umkonfiguriert werden, dass das vorher invertiert arbeitende elektropneumatische Steckplatzmodul als ein zweites Modul in einem einfach wirkenden Stellungsregler verwendet wird. Dabei arbeitet das Feldgerät in gleicher Wirkrichtung wie das erste Steckmodulpaar zur Erhöhung der Durchflussmenge. Damit ergibt sich eine verdoppelte Luftleistung, welche durch die entkoppelte Ansteuerung der beiden Steckmodulpaare eine erhöhte Regelgenauigkeit ermöglicht.
  • Es sei klar, dass bei allen Ausführungen auch ein pneumatischer Stromgenerator in einen der Steckplätze 23a bis 23d eingesetzt werden kann. Der Stromgenerator kann dazu dienen, sämtliche Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten des Feldgeräts 7 mit Strom zu versorgen.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stellventilanordnung
    3
    pneumatischer Stellantrieb
    5
    Stellventil
    7
    elektropneumatisches Feldgerät
    11
    pneumatische Leitungssystem
    13
    Spindel
    15
    Positionssensor
    17
    Gehäuse
    18, 33
    Feldeingang
    21
    Mikroprozessor
    23a,b,c,d
    Steck- und Einschubplätze
    25a,b,c,d
    pneumatische Eingangsschnittstelle
    33a,b,c,d
    elektrische Ausgangschnittstelle
    35a,b,c,d
    elektrische Eingangschnittstelle
    37a,b,c,d
    Ausgangsschnittstelle
    55a,b,c,d
    I/p-Wandler
    27
    Versorgungsleitung
    31
    Versorgungsquelle
    41
    Leitungen
    43
    Andockmechanismus
    45
    Elektronikkomponente
    47
    elektrischer Eingang
    49
    elektrischer Ausgang
    61
    Volumenstromverstärker
    63
    Schnellentlüfter
    65a,c
    elektrische Ausgangsstufe
    67
    Magnetventil
    71
    Stellantrieb
    73, 75
    Arbeitskammer
    77
    Kolben
    81, 83
    Schnellentlüfter
    85, 87
    Magnetventil
    A1-4
    Feldgerätausgänge
    I1-4
    Mikroprozessoreingang
    M
    Datenspeicher
    O1-4
    Mikroprozessorausgang
    P1, 2
    Druck
    PZ
    Versorgungsdruck
    S1-4
    Ausgangssignal
    W
    Soll-Stell-Signal
    X
    Momentanstellung

Claims (12)

  1. Elektropneumatisches Feldgerät (7), wie elektropneumatischer Stellungsregler, I/P-Umformer oder dergleichen, umfassend:
    - wenigstens einen elektrischen Feldeingang (18);
    - einen pneumatischen Versorgungseingang (33);
    - wenigstens eine Elektronikkomponente, die mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang (18) sowie gegebenenfalls mit dem pneumatischen Versorgungseingang (33) verbunden ist; und
    - wenigstens einen Feldausgang (A1, A2, A3, A4), an dem anhand eines über den wenigstens einen elektrischen Feldeingang (18) empfangenen Feldsignals, insbesondere Stell- und/oder Regelsignals, ein Feldausgangssignal (S1, S2, S3, S4) abgebbar ist; gekennzeichnet, durch
    - eine Gruppe aus wenigstens zwei modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten unterschiedlicher Funktionalität und durch wenigstens einen modularen Steckplatz (23a-d) zur Belegung mit jeweils einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente aus der Gruppe, wobei die wenigstens zwei Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten und der wenigstens eine Steckplatz derart modular aufeinander abgestimmt sind, dass deren elektrische und gegebenenfalls pneumatische Schnittstellen (33a-d, 35a-d, 25a-d, 37a-d) bei Belegung des Steckplatzes ineinander übergehen.
  2. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Steckplatz (23a-d) einen Andockmechanismus (43) aufweist, der eine Form- und/oder Kraftschlusseinrichtung, wie eine Rasteinrichtung, insbesondere eine manuell betätigbare Klemme oder eine Schraubverbindung, zum lösbaren Befestigen der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) in dem modularen Steckplatz umfasst und/oder eine Vorspannung erzeugt, die derart ausgerichtet ist, dass die elektrischen und gegebenenfalls pneumatischen Schnittstellen (25a-d, 33a-d, 35a-d, 37a-d) der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) sowie des Steckplatzes gegeneinander gedrückt werden, und/oder dass der wenigstens eine Steckplatz durch eine Vertiefung insbesondere in einer Gehäuseaußenwand realisiert und insbesondere die Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten (45) der Gruppe jeweils im Wesentlichen formkomplementär zur Vertiefung ausgeführt sind.
  3. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn - zeichnet, dass es mehrere modulare Steckplätze (23a-d) aufweist und/oder dass der wenigstens eine Steckplatz eine elektrische, mit dem elektrischen Feldeingang (18) verbundene Schnittstelle (35a-d) und gegebenenfalls eine pneumatische, mit dem pneumatischen Versorgungseingang (33) verbundene Schnittstelle (25a-d) zum pneumatischen Ankoppeln eines pneumatischen Anschlusses der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) aufweist, wobei vorzugsweise der wenigstens eine Steckplatz einen Verschluss aufweist, welcher im unbelegten Zustand des wenigstens einen Steckplatzes dessen pneumatische Schnittstelle (25a-d) im Wesentlichen luftdicht verschließt und im belegten Zustand des wenigstens einen Steckplatzes (23a-d) deaktiviert ist, so dass der pneumatische Anschluss mit dem pneumatischen Versorgungseingang pneumatisch verbunden ist.
  4. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder modulare Steckplatz (23a-d) eine elektrische, mit dem wenigstens einen elektrischen Feldeingang (18) verbundene Schnittstelle (35a-d) und gegebenenfalls eine pneumatische, mit dem pneumatischen Versorgungseingang (33) gekoppelte Schnittstelle (25a-d) aufweist, die im angedockten Zustand der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) im mit dem elektrischen und gegebenenfalls pneumatischen Anschluss funktionsgemäß verbunden ist, und/oder dass der wenigstens eine modulare Streckplatz jeweils einen Andockmechanismus (43) für die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, die jeweilige Elektronikkomponente (45) in dem modularen Steckplatz (23a-d) insbesondere mittels einer Einrastung fest aufzunehmen und zu halten und gegebenenfalls für einen Austausch der Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) insbesondere zerstörungsfrei und vorzugsweise manuell, insbesondere ohne Spezialwerkzeug, zu lösen.
  5. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine modulare Steckplatz (23a-d) jeweils eine Identifizierungseinrichtung zum Erfassen des Elektronik- und/oder Pneumatikkomponententyps umfasst, wobei insbesondere die Identifizierungseinrichtung dazu ausgelegt ist, im Falle der Belegung des Steckplatzes mit einer Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) ohne Pneumatikfunktion, wie einem Mikroprozessor oder Datenspeicher (M), eine pneumatische Schnittstelle (25a-d) des Steckplatzes im Wesentlichen luftdicht zu verschließen oder einen luftdichten Verschluss zu aktivieren, wobei vorzugsweise die Identifizierungseinrichtung einen elektrischen und/oder mechanischen Sensor aufweist, der gegebenenfalls über eine Elektronikeinheit, wie einen insbesondere fest installierten Mikroprozessor (21), mit einem an dem Steckplatz angeordneten pneumatischen Verschluss funktionsgemäß gekoppelt ist, und/oder dass es eine Elektronikeinheit, wie einen Mikroprozessor (21), aufweist, der dazu ausgelegt ist, die Belegung des wenigstens einen modularen Steckplatzes (23a-d) mit unterschiedlichen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten (45) zu erkennen und entsprechend das am Feldgerät empfangenen Feldeingangssignal (w) der jeweiligen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) zuzuordnen.
  6. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein insbesondere fluiddicht abschließbares Gehäuse (17) aufweist, das in einem ersten Abteil eine insbesondere fest installierte Reglerelektronik aufnimmt und/oder an einer Außenseite dessen Trennwand oder einer Außenwand des Gehäuses (17) der wenigstens eine modulare Steckplatz (23a-d) eingerichtet ist, wobei insbesondere die Anordnung des wenigstens einen modularen Steckplatzes (23a-d) mittels eines von dem Gehäuse (17) abnehmbaren Gehäuseteils, wie eines Deckels, insbesondere zur Bildung eines zweiten Gehäuseabteils vorzugsweise fluiddicht verschließbar ist.
  7. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine modulare Steckplatz (23a-d) ein elektrisches Anschlussbild und gegebenenfalls ein pneumatisches Anschlussbild aufweist und dass die wenigstens eine Elektronik- und/oder Pneumatikkomponente (45) ein elektrisches Gegenanschlussbild und gegebenenfalls ein pneumatisches Gegenanschlussbild aufweist, wobei das Gegenanschlussbild spiegelbildlich zum Anschlussbild ausgeführt ist.
  8. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens ein Paar modulare Steckplätze (23a-d), vorzugsweise drei Paar modulare Steckplätze aufweist, wobei sämtliche Steckplätze mit einem elektropneumatischen Wandler (55a-d) belegt sind und insbesondere ein elektropneumatischer Wandler (55a, 55c) des Steckplatzpaares direkt mit einer pneumatischen Arbeitskammer (73, 75) des Stellventils (5) verbunden ist und der andere elektropneumatische Wandler (55b, 55d) des Steckplatzpaars mit einem pneumatischen Wirkglied, wie einem Entlüfter oder einem Schnellentlüfter (81, 83) pneumatisch gekoppelt ist, wobei der Schnellentlüfter (81, 83) derart an die pneumatische Arbeitskammer (73, 75) angeschlossen ist, dass bei Empfang eines insbesondere vorbestimmten pneumatischen Ausgangssignals (52, 54) des anderen elektropneumatischen Wandlers (55b, 55d) des Steckplatzpaars die pneumatische Arbeitskammer (73, 75) des Stellantriebs (71) entlüftet wird, vorzugsweise mit einem Atmosphärendruckausgang des pneumatischen Wirkglieds gekoppelt wird, wobei im Falle eines doppelt wirkenden pneumatischen Stellantriebs (71) die zweite Arbeitskammer (73, 75) durch ein zweites Paar entsprechend belegte Steckplätze (23c, 23d) angesteuert ist.
  9. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Paar (23a-d) modulare Steckplätze aufweist, wobei der eine Steckplatz (23b, 23d) mit einem elektropneumatischen Wandler (55b, 55d) und der andere Steckplatz (23a, 23c) mit einer elektrischen Ausgangsstufe (65a, 65c) belegt sind, wobei der elektropneumatische Wandler (55b, 55d) an einen externen, insbesondere außerhalb eines Gehäuses (17) des Feldgeräts angeordneten elektropneumatischen Wandler, wie einem Magnetventil (89, 87), angeschlossen ist, der mit einer Arbeitskammer (73, 75) eines Stellantriebs (71) verbunden ist, wobei die elektrische Ausgangsstufe (65a, 65c) mit dem externen elektropneumatischen Wandler derart verbunden ist, dass bei Abgabe eines vorbestimmten elektrischen Signals (S1, S3) der externe elektropneumatische Wandler entlüftet wird, wobei im Falle eines doppelt wirkenden, pneumatischen Stellantriebs (71) ein zweites Paar (23a, 23d, 23c, 23b) entsprechend belegte Steckplätze zur Ansteuerung der zweiten Arbeitskammer (75, 73) vorgesehen ist.
  10. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Steckplätze (23a-d) für die wenigstens zwei modularen Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten wenigstens einen elektropneumatischen Wandler, wenigstens einen pneumatischen Stromgenerator, wenigstens einen Mikroprozessor, wenigstens eine elektrische Ausgangsstufe (65), wie wenigstens einen Schalter, und/oder wenigstens einen Datenspeicher (M), umfasst.
  11. Elektropneumatisches Feldgerät (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) mindestens zweigeteilt ist und in einem ersten Gehäuseabteil Elektronik- und/oder Pneumatikkomponenten und in einem zweiten Gehäuseabteil lediglich Pneumatikkomponenten angeordnet sind.
  12. Elektropneumatische Baugruppe mit einem Stellventil (5) einer prozesstechnischen Anlage, einem pneumatischen Stellantrieb (3, 71), insbesondere einen doppelt-wirkenden pneumatischen Antrieb (71), zum Stellen des Stellventils (5), gegebenenfalls einem Positionssensor (15) zum Erfassen der Position (X) des Stellventils (5) und einem nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildeten Feldgerät (7), wobei vorzugsweise der Positionssensor (15) mit dem elektropneumatischen Feldgerät (7), insbesondere mit dessen Reglerelektronik, wie dessen Mikroprozessor (21), signalübertragungsgemäß verbunden ist.
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