EP3350455A1 - Valve control means, and method for operating a valve control means - Google Patents

Valve control means, and method for operating a valve control means

Info

Publication number
EP3350455A1
EP3350455A1 EP15766121.6A EP15766121A EP3350455A1 EP 3350455 A1 EP3350455 A1 EP 3350455A1 EP 15766121 A EP15766121 A EP 15766121A EP 3350455 A1 EP3350455 A1 EP 3350455A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
sensor
control circuit
energy flow
valve drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15766121.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Maichl
Michael Berner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP3350455A1 publication Critical patent/EP3350455A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803Modular units
    • F15B13/0846Electrical details
    • F15B13/085Electrical controllers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803Modular units
    • F15B13/0846Electrical details
    • F15B13/086Sensing means, e.g. pressure sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803Modular units
    • F15B13/0846Electrical details
    • F15B13/0867Data bus systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B19/00Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/005Fault detection or monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803Modular units
    • F15B13/0846Electrical details
    • F15B13/0857Electrical connecting means, e.g. plugs, sockets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803Modular units
    • F15B13/0846Electrical details
    • F15B13/0864Signalling means, e.g. LEDs

Definitions

  • the invention relates to a valve control for the electrical control of at least one valve drive, with a control circuit which is designed to influence an electrical energy flow between an electrical source and the valve drive and which comprises a bus interface for communication with a higher-level control arrangement and a sensor means for determining a variable by electrical actuation of the valve drive physical variable and for providing a dependent of the determined physical quantity sensor signal to the control circuit is formed. Furthermore, the invention relates to a method for operating a valve control.
  • a valve arrangement for influencing at least one fluid flow which comprises a control device and at least one valve device, the control device having a bus interface for connection to a bus communication system for receiving movement commands, processing means for processing the movement commands in control commands for valve devices and at least one connection device for the electrical coupling of valve devices and wherein the at least one valve device electrically connected to one of the on closing devices of the control device is and a processing means comprises, which is designed for processing the control commands, wherein the processing means are associated with at least a first connection means for electrical coupling of valves and at least one second connection means for electrically coupling sensor means.
  • the object of the invention is to provide a valve control and a method for operating a valve control, which have an improved availability.
  • control circuit for determining a state value for the valve drive based on the sensor signal and at least one characteristic of a physical variable from the group: energy flow duration, energy flow voltage, energy flow, fluid pressure, fluid volume flow, and is designed for providing the state value at the bus interface ,
  • the valve drive which is provided for activation by the valve control, is preferably a piezoelectric drive or a magnetic drive.
  • the task of the valve control is to provide electrical charges from a source to the valve drive and optionally, depending on the configuration of the valve drive, in particular as a piezo drive, to dissipate these provided and stored there electrical charges again.
  • This provision of electrical charges preferably takes place as a function of a movement signal which is generated either in the valve control or from the outside, in particular from a superordinate one Control device is provided to the valve control and is referred to as energy flow.
  • valve drive is either designed directly as a valve body, as may be the case in particular with a piezoelectric drive, or is motion-coupled to a valve body, in any case as a function of the energy flow provided on the basis of the movement signal to bring about a change in position for the valve body.
  • the valve body can influence a free cross section in a valve housing, in particular between a closed position and an open position, and thus set a fluid flow from an electrical source to a fluid consumer.
  • the fluid consumer can optionally be a valve body of a main valve, so that in this case the valve drive is formed as part of a pilot valve, alternatively, the fluid consumer is an actuator such as a fluid cylinder, in particular pneumatic cylinder.
  • the state value which is determined by the control device, a statement about a state of wear of the valve drive and / or the movement-coupled with the valve drive valve is possible, can be derived from the information such as a still expected service life for the valve drive or the valve.
  • the condition value which may be dimensioned (one or more SI units) or dimensionless, a precautionary replacement of the valve drive or valve should optionally be carried out or at least prepared before the failure of the valve drive or the valve occurs.
  • the state value can be displayed directly on an output device of the valve control, for example an optical display such as a warning light or an alphanumeric display.
  • the state value in particular when exceeding a predefinable threshold, is provided via the bus interface to a higher-level control device, which is usually equipped with an output device such as a display or screen. Additionally or alternatively it can be provided that the state value is provided wirelessly, in particular via an optical or electromagnetic transmission link to a portable user terminal such as a mobile phone or a portable computer.
  • the state value is determined on the basis of physical variables which are directly related to the operation of the valve drive.
  • At least one further physical variable such as the energy flow duration and / or the energy flow voltage and / or the energy flow stream and / or a fluid pressure is included at a valve inlet connection or a valve outlet connection in order to determine the state value, in order to enable direct statements about the electromechanical load of the valve drive. It is particularly advantageous if the sensor means likewise determines a physical quantity and converts it into a sensor signal which is directly related to the actuation of the valve drive.
  • the sensor means for determining at least one further physical quantities from the group: energy flow time and / or energy flow and / or energy flow and / or fluid pressure and / or fluid flow or a stroke of the valve drive and / or a movement speed of the valve drive and / or an acceleration of the valve drive is formed, so that the state value of at least two physical quantities of the aforementioned group is determined.
  • the state value can be determined from a combination of energy flow duration and energy flow current or from a combination of energy flow duration and energy flow voltage or from a combination of energy flow duration and fluid pressure or other at least pairwise combinations of physical quantities.
  • the energy flow duration is that, in particular accumulated, time span within which an electrical charge flow from an electrical source to the valve drive or from the valve drive to the electrical source.
  • the energy flow voltage is in particular the electrical voltage with which the electric charge flow is provided to the valve drive.
  • a voltage difference between a charge onset and a charge end for the piezoactuator can be considered.
  • the energy flow stream is that electric current that flows between the electrical source and the valve drive, wherein in the case of an embodiment of the valve drive as a piezoelectric drive and a current direction is considered, as it is either a charging process or a discharge process for the piezoelectric actuator.
  • valve drive as a piezo actuator may also be considered, over which period of time the piezoelectric actuator was applied to which electrical voltage, since a more refined assessment of a state of wear of the valve drive is made possible.
  • a conclusion can be drawn on a static and / or a dynamic load of the valve drive, which can also be included in the determination of the state value.
  • a pressure level of the fluid pressure is of interest, which possibly acts on the valve drive for a longer or lasting period or against which the valve drive must hold the valve body in a valve position predetermined by the movement command.
  • control device is associated with two differently configured sensor means which are each designed to determine a characteristic value of a physical variable.
  • only one sensor means is used for the actual measurement of a physical quantity, while the at least one characteristic of at least one physical quantity is derived from a control signal resulting from the motion signal processed in the valve control.
  • it is not necessary to measure the energy flow time since this can be specified by the control device, in particular taking into account an internal system clock of the control device, and need not be determined by a separate sensor device.
  • a characteristic value for the energy flow voltage and / or the energy flow stream in particular with knowledge of the circuitry structure of the control device and the valve drive, can be provided solely on the basis of a control signal.
  • control circuit for determining the state value for an evaluation of a time course of the sensor signal and / or a time profile of the at least one characteristic value, in particular for a determination of an extreme value or a gradient.
  • the control circuit comprises a computing unit in which the sensor signal and / or the characteristic value, preferably at regular time intervals, in particular based on an internal system clock, are detected and a comparison with temporally preceding levels of the sensor signal and / or the characteristic value to determine a maximum and / or minimum level of the sensor signal and / or the characteristic value and / or a determination of a maximum and / or minimum gradient of the sensor signal and / or the characteristic value to enable.
  • control circuit comprises a memory device in which temporally preceding levels of the sensor signal and / or the characteristic value and / or extreme values and / or gradients can be stored, in order to be able to draw conclusions about the state of the valve drive.
  • a memory device in which temporally preceding levels of the sensor signal and / or the characteristic value and / or extreme values and / or gradients can be stored, in order to be able to draw conclusions about the state of the valve drive.
  • it may be provided to store one or more characteristic values in the memory device that were determined in a new state of the valve drive and that can later be used as the basis for a comparison with current characteristic values.
  • control circuit in addition to the bus interface comprises a sensor interface for a direct connection of the sensor means and an electric power amplifier for an immediate control of the valve drive.
  • the sensor interface may be formed as an analog interface, so that a sensor means can be connected, which provides only an analog signal.
  • a sensor means may be, for example, a limit switch (position transmitter) or a resistive displacement measuring system. It is preferably provided that only exactly one type of communication and no conversion of the sensor signal are provided between the sensor means and the control circuit. In particular, no analog / digital conversion takes place along a transmission path between sensor means and control circuit, but rather the control circuit is optional for one formed directly processing of the provided analog signal or for an internal analog / digital conversion of the provided analog signal.
  • the sensor interface is formed in this case as a digital interface, which is designed for direct coupling of the digital sensor signal. Accordingly, the sensor interface is adapted to the digital communication protocol of the sensor means.
  • the task of the electric power amplifier is to convert a control signal provided by the control circuit into a temporary release of the energy flow between the source and the valve drive.
  • the electrical output stage is an electronic switch, in particular a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the electrical output stage is preferably arranged in an immediate vicinity of the control circuit, in particular on the same circuit board as the control circuit. In this way, a transmission of the drive signal without complex protective measures can be made reliable, without this interfering with the outside play a significant role.
  • the electrical output stage is implemented as part of an integrated circuit, which also includes the control circuit.
  • This integrated circuit is preferably realized as an ASIC (application-specific in tegrated circuit) on a single silicon component, so that the control circuit and the output stage (s) are adapted exactly to the required application and as few, in particular no, unnecessary or unnecessarily large dimensioned circuit components exhibit.
  • ASIC application-specific in tegrated circuit
  • the control circuit is preferably associated with an electrical output stage with integrated sensor means for direct actuation and condition monitoring of the valve drive.
  • the electrical output stage is formed in a bidirectional manner, on the one hand to transmit the control signals from the control circuit to the power amplifier and on the other hand, the sensor signals from the power amplifier to the control circuit.
  • the electrical output stage is implemented as part of an integrated circuit, which also includes the control circuit, in particular as an ASIC.
  • the electrical output stage is designed as a high-voltage driver stage for driving a piezoelectric actuator. This makes it possible to realize a highly integrated control circuit with condition monitoring for the connected piezo actuators.
  • the electrical end stage (s) is formed together with the control circuit as a one-piece, integrated circuit. It is expedient if the control circuit is set up in the determination of the state value for inclusion of a communication signal provided at the bus interface, in particular a position signal of a position sensor, which is designed for determining a position of an actuator.
  • the bus interface can be provided as a bus bus interface for a, preferably digital, in particular bidirectional, communication of the control circuit with external components. These external components may be a higher-level control device and / or other bus subscribers, in particular control circuits, and / or position sensors.
  • control circuit is electrically connected to the bus interface via an internal communication platform and a communication protocol is used for the internal communication between the control circuit and the bus interface, which deviates from a communication protocol with which external components communicate with the bus interface ,
  • control circuit is connected to the bus interface via an SPI interface (Serial Peripheral Interface).
  • SPI interface Serial Peripheral Interface
  • the control circuit is designed as a "slave” and the bus interface as a "master”.
  • the bus interface is a processing device for processing external bus signals, which can be provided in particular by a higher-level control device via a bus, and for processing internal bus signals, for example according to the SPI communication protocol.
  • the processing device analyzes incoming external bus signals for the presence of motion commands and converts these into control commands which are transmitted via the internal communication system. Protocol are provided to the control circuit, where finally carried out a conversion into the motion signals for the valve actuators.
  • the sensor means is designed for determining a position of the valve drive or for determining a position of a main valve which is fluidically coupled to a pilot valve formed by the valve drive.
  • the sensor means for determining a position of the valve drive can be provided that the sensor means determines an electrical variable such as an electrical voltage or an electric current, which are provided to the valve drive or that the sensor means movement or deformation of the valve drive Determined based on an electromechanical measuring principle.
  • an electromechanical (electrical resistance path, potentiometer) or electromagnetic (Hall sensor) measuring principle is preferably used, in which a movement of a valve body of the pilot valve or main valve is converted into an electrical measurement signal.
  • this applies to a determination of a position of a main valve which is fluidically coupled to a pilot control valve that can be activated by the valve drive. This is practically interposed between the pilot valve and the main control valve, a fluidic transmission path, which thus flows into the sensor signal of the sensor means with and accordingly also part of the monitoring function by the control circuit.
  • the control circuit comprises a memory means in which state values and / or sensor signals and / or characteristic values are stored, in particular timestamps, and in that the control circuit is for a comparison of current state values and / or sensor signals and / or characteristic values with stored state values and / or sensor signals and / or characteristic values is formed. It is preferably provided to provide determined state values and / or sensor signals and / or characteristic values for a time-dependent processing in the control circuit with a time stamp, this time stamp can be fixed, for example, to an internal system clock of the control circuit, so that a unique temporal assignment of stored values is possible. The time stamp enables a statement as to when the respective characteristic value was determined, in order to enable as exact a calculation of the state value on the basis of the time difference with more recent or current characteristic values.
  • the object of the invention is achieved by a method as indicated in claim 10.
  • the following steps are provided: temporary release of an electrical energy flow between an electrical source and a valve drive by a control circuit as a function of a movement signal, determination of a physical quantity of energy flow between the source and valve drive by means of a sensor means and provision of one of the determined physical quantity dependent sensor signal to the control circuit, determination of a state value for the valve drive based on the sensor signal and at least one characteristic of a physical variable from the group: energy flow duration, energy flow voltage, energy flow stream, fluid pressure (fluid inlet pressure, fluid output pressure) in the control circuit and providing the state value to a bus interface associated with the control circuit.
  • an evaluation of a time profile of the sensor signal and / or a time profile of the at least one characteristic value, in particular a determination of an extreme value or a gradient, in the control circuit is performed for the determination of the state value.
  • control circuit for determining the state value carries out a query of signal inputs at a bus interface which is designed for communication with a superordinate control device and at a sensor interface which is designed for a direct connection of a sensor means ,
  • control circuit in a further refinement of the method, provision is made for the control circuit to take into account, when determining the state value, a position signal of a position sensor provided on the bus interface, which is designed to determine a position of an actuator.
  • a determination of a position of the valve drive or a determination of a position of a main valve, which is coupled fluidically with a pilot valve formed by the valve drive, is performed with the sensor means.
  • control circuit a comparison of, in particular provided with time stamps, state values and / or sensor sensor len and / or characteristic values with current state values and / or sensor signals and / or characteristic values is carried out and provides a diagnostic signal at the bus interface in the presence of a presettable deviation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fluidic
  • System comprising a higher-level control device, a higher-level and a lower-level bus communication system and a valve arrangement comprising a control device and a valve device, as well as a plurality of actuators and arranged sensors,
  • FIG. 2 shows a detail view of FIG. 1 with an alternative coupling of the valve arrangement to the higher-level bus communication system
  • FIG. 3 is a schematic representation of a valve arrangement comprising eight independently controllable piezo valves and four of the piezo valves pneuma table controllable main valves,
  • Figure 4 is a perspective view of a concrete
  • Figure 5 is a planar, schematic detail of a
  • Figure 6 is a schematic functional representation of a second embodiment of a valve device
  • Figure 7 is a planar, schematic functional representation of a third embodiment of a valve device.
  • a fluidic system 1 shown schematically in FIG. 1 comprises a higher-order control device 2, a higher-level bus communication system 3, a bus coupler 4, a subordinate bus communication system 5, a valve arrangement 6 and several actuators 7, 8, external actuators 9 to 8 associated with the actuators 7, 8 12 and input / output modules 15, 16.
  • Such a fluidic system 1 can be used, for example, in a complex processing machine not shown in detail for automation purposes, for example, to temporarily clamp or transport not shown workpieces with the help of the actuators 7, 8.
  • a higher-level control device 2 designed, for example, as a programmable logic controller (PLC) is provided, which is connected to a higher-level bus communication system 3 in order to be able to communicate with a large number of bus users.
  • the bus subscribers are, for example, an unillustrated motor controller for controlling electric drive motors (also not shown) or bus couplers 4, which are designed to integrate complex subcomponents such as the valve arrangement 6 into the fluidic system 1.
  • Such complex subcomponents may operate with an independent internal bus communication protocol independent of the bus communication protocol of the parent bus communication system 3 in order to be able to address a plurality of bus subscribers within the subordinate bus communication system 5. While it If the higher-level bus communication system 3 is typically a fieldbus system according to one of the usual fieldbus standards, the subordinate bus communication system 5 is typically a proprietary bus communication protocol tailored to the needs of the bus subscribers of the subordinate bus communication system 5.
  • the valve arrangement 6 comprises a control device 17 and a valve control designated as a valve device 18.
  • the control device 17 and the valve device 18 are structurally separated from each other and are accommodated in housings, not shown.
  • the control device 17 is used to control a plurality of valve devices 18, of which, for reasons of clarity, however, only one is shown.
  • a communication connection is provided, which is realized by way of example by means of a connection cable 19.
  • the communication connection can be designed, for example, as digital, serial data communication, in particular according to the SPI standard (Serial Peripheral Interface) for bidirectional communication between the control device 17 and the valve device 18.
  • the control device 17 is designed as an electronic circuit and has a plurality of electronic components which are arranged on a printed circuit or printed circuit board.
  • the electronic grinder described in more detail below Components are essential to the functional scope of the control device 17, further electronic and electrical components not described in detail below serve as peripherals and ensure, for example, the electrical supply and the internal and external electronic communication of the electronic components described below.
  • the control device 17 comprises an electronic communication module 20 as a bus interface, which is provided for receiving, processing and forwarding data, which are provided via the subordinate bus communication system 5.
  • the communication module 20 is connected by way of example both to the bus coupler 4 and to the input / output module 16, which is designed for connection to the subordinate bus communication system 5.
  • the electronic communication module 20 can then use the subordinate bus communication system 5 to check whether this data is optionally intended for the control device 17. Furthermore, the electronic communication module 20 may output data to the subordinate bus communication system 5, for example, to transmit status messages about the function of the control device 17 and associated components to the control device 2. Furthermore, it can be provided that the electronic communication module 20 can also pass on data to other subscribers of the subordinate bus communication system 5, which are provided for influencing, in particular controlling or parameterizing, these further bus communication subscribers. If the communication module 20 can derive information which is sent via the subordinate bus communication system 5 and which is directed to the control device 17, it can forward this information to a processing device 21.
  • the processing device 21 is embodied as a computing unit, in particular in the form of a microcontroller or microprocessor, and comprises a memory device (not shown).
  • the task of the processing device 21 is to process data which are provided on the one hand by the electronic communication module 20 and on the other hand are provided by connection devices 22 - 25 and valve devices 18 connected thereto.
  • An essential task of the processing device 21 is to isolate motion commands from the data transmitted via the subordinate bus communication system 5 and provided by the communication module 20, which describe a specific movement of an actuator 8 which is to be controlled by the valve device 18. When such a movement command is received, it is provided that the processing device 21 first determines the current status of the actuator 8. This is done, for example, via the fact that sensor signals from external sensor devices as well as from sensor means associated with the valve device 18 are processed in the processing device 21.
  • the processing device 21 can create a movement profile for the connected actuator 8 in a downstream working step, which is then provided to the at least one valve device 18.
  • the movement profile is, for example, a specific specification for a temporal movement sequence of the connected actuator 8, which is converted in the valve device 18 into control signals for releasing the corresponding fluid flows which are released by the individual valves connected to the valve device 18 and the actuator 8 should be made available.
  • at least one control algorithm is stored in the non-illustrated memory device of the processing device 21, with the aid of which a control of the actuator 8, in particular a position control, can be performed.
  • the at least one stored control algorithm can preferably be parameterized in order to adapt it to the properties of the connected actuator 8.
  • the processing device 21 can be addressed via the subordinate bus communication system 5 with the aid of the electronic communication module 20 and the bus coupler 4 via a suitable input device which is connected to the bus coupler 4.
  • the input device is, for example, a personal computer, in particular a laptop. It is particularly advantageous if the bus coupler 4 and / or the processing device 21 comprise a web browser which according to a predetermined protocol provides a user interface for the connected input device, in particular in the form of an input mask for the parameters in question.
  • control device 17 comprises at least one pressure sensor, in particular a supply pressure sensor 26 and an ambient pressure sensor 27.
  • the supply pressure sensor 26 is connected in a manner not shown with a fluidic supply line, which is provided for providing fluid flows to the valves, not shown, with the Valve device 18 are connected.
  • the ambient pressure sensor 27 has the task of determining an ambient pressure in the surroundings of the control device 17.
  • the valve device 18, also shown diagrammatically in FIG. 1, comprises as a central component a processing means 28 which is designed as a computer unit, in particular a microcontroller or a microprocessor and which is arranged on a printed circuit board 29.
  • the printed circuit 29 is manufactured as a printed circuit board with electrical interconnects not shown in detail from a flexible composite material and can therefore be bent, for example, at 90 degrees to the bending edges 30 and 31, to ensure an advantageous integration in a valve module described in more detail below.
  • the printed circuit 29 is divided into three areas 32, 34, 35, wherein also a different division can be selected or can be dispensed with a bending of the printed circuit 29.
  • a connection region is formed in the first region 32 of the printed circuit, which comprises a plurality of electrically conductive connection contacts 33, which are provided for an electrical connection with valves, not shown.
  • the processing means 28 is arranged with an electrical and optionally electronic periphery (not shown in detail), wherein this periphery may in particular be electrical and electronic components such as resistors, capacitors or integrated circuits.
  • an electrical output stage arrangement 38 is also provided, which is electrically coupled to the processing means 28 and which, when exposed to electrical signals. nals provided by the processing means 28 corresponding electrical power to the respective terminals 33 to electrically control the associated, not shown, valves.
  • two pressure sensors 36, 37 are arranged, which are preferably designed as absolute pressure sensors and which are designed for determining a fluid pressure, in particular at a working output of a valve module. Further, in the third region 35 electrical connections 40 are provided for position sensors, not shown, with which, for example, the position of pneumatically piloted main valves can be determined.
  • the processing means 28 are designed for communication with the processing device 21 via a conductor-connected, exemplarily wired, communication connection 39.
  • the communication connection 39 is guided via the connection cable 19 to one of the connection devices 22 - 25 of the control device 17.
  • the communication link 39 is bidirectionally performed between processing means 28 and processing means 21 according to the SPI protocol.
  • the processing means 28 can in particular receive control commands of the processing device 21 in order to implement them locally on site by appropriate processing, in particular using stored or permanently programmed algorithms, into control signals for the valves connected to the connection contacts 33, not shown.
  • the processing means 28 are for processing sensor signals received from the pressure sensors 36 and 37 and from the position sensors, not shown, which are connected to the electrical connections 40. are closed, provided, trained.
  • a pressure control for the valves based on the signals of the pressure sensors 36 and 37 and / or a position control for the valves based on the signals of the position sensors connected to the electrical terminals 40 are performed by the processing means 28, in a corresponding control of the results in the connection contacts 33 connected, not shown valves results.
  • the sensor signals provided by the connected sensors can also be provided as raw data or raw signals via the communication link 39 to the processing device 21 in addition to the immediate processing in the processing means 28.
  • the processing device 21 is designed in such a way that it can also use control algorithms on the basis of such raw data or raw signals, possibly together with sensor signals from external sensor devices 9, 10, which are provided via the subordinate bus communication system 5, in order, for example, to control the position of one of the connected actuators 7 or 8 make.
  • the position sensors 9 to 12 are arranged by way of example both on the actuator 7 and on the actuator 8, which are each provided by way of example for determining a position of a piston 45 or 46 of the actuators 7, 8 designed as pneumatic cylinders.
  • the position sensors 9 and 10 are coupled via an external input / output module 15 to the higher-level bus communication system 3. Accordingly, the position signals of these position sensors 9 and 10 via the higher-level bus communication system 3, the bus coupler 4 and the subordinate bus communication system 5 and the Communication module 20 transmitted to the processing device 21.
  • the position sensors 11 and 12 are connected to the internal input / output module 16, which communicates directly with the communication module 20 via the subordinate bus communication system 5, whereby a particularly short signal propagation time between the sensors and the processing device 21 can be ensured.
  • FIG. 2 provides an alternative connection for the valve arrangement 6, in which a direct communication between the control device 2, the valve arrangement 6 and the input / output module 15 is provided.
  • it is provided to modify the electronic communication module 20 according to FIG. 1 such that a direct communication between the control device 2 and the valve arrangement 6 is made possible.
  • This structure is preferable if no variability is necessary for the fluidic system with regard to the selection of the bus communication protocol, but the valve arrangements 6 are always connected to the same superordinate bus communication system 3.
  • FIG. 3 shows an exemplary application for a valve arrangement 6 shown in FIG.
  • the valve assembly 6 is electrically connected to a valve disc 50 and provided for the electrical control of exemplary eight piezo valves 51a to 51h.
  • the piezo valves 51a to 51h are each electrically connected in a manner not shown with the terminal contacts 33 of the valve assembly 6 shown in Figure 1 and can thus be supplied individually by the processing means 28 with electrical energy.
  • it is provided in the embodiment according to FIG.
  • each of the Piezoventile 51a to 51h are housed in a common receiving slot 52a to 52d, wherein in each of the receiving slots 52a to 52d a specifiable pneumatic pressure level is present, which provided by each accommodated in the corresponding receiving shaft 52a to 52d piezo valves 51a to 51h can be released at connection points 53a to 53h.
  • the receiving wells 52b and 52c are provided for admission with a supply pressure provided by a pneumatic source 54.
  • the two receiving wells 52a and 52d are communicatively connected to the ambient pressure and serve for the removal of pressurized fluid.
  • a first connection point 53a with a third connection point 53c and a second connection point 53b with a fourth connection point 53d are pneumatically connected and each form a working connection 55a or 55b.
  • a fifth connection point 53e with a seventh connection point 53g and a sixth connection point 53f with an eighth connection point 53h are pneumatically connected and each form a working connection 55c or 55d.
  • a supply pressure or an ambient pressure can be applied to the working ports 55a to 55d.
  • the working ports 55a to 55d are each connected by way of example to pneumatically pilot-controlled main valves 56a to 56d in order selectively to switch these main valves 56a to 56d, which are designed as 2/2-way valves, between a first and a second switching position, thereby selectively providing or discharging allow pressurized fluid to or from a fluidic consumer, not shown, which can be connected to output terminals 74a, 74b.
  • each of the working ports 74a, 74b is assigned a respective pressure sensor 36 or 37 in order to be able to give the processing means 28 of the valve device 18 electrical pressure signals via the pressure levels respectively present at the working ports 74a, 74b.
  • each of the main valves 56a to 56d is assigned a position sensor 41 to 44 configured to detect a switching position of the respective main valve 56a to 56d.
  • the pneumatically pilot-operated main valves in other
  • Switching configurations in particular as 3/2 way valves, be designed as 5/2 way valves or as proportional valves.
  • FIG. 4 shows a practical embodiment of the valve disc 50 shown in FIG. 3, whose mechanical and fluidic structure is known from EP 2 549 125 A1, which is hereby incorporated in full, wherein for the sake of clarity a summary of the essential elements of the known valve disc is provided below he follows.
  • the reference numbers used in EP 2 549 125 A1 are adapted to the reference numerals of the present description of the figures.
  • the valve disc 50 includes a valve module 57 and a
  • Main valve module 58 both of which are exemplary square-shaped.
  • the tab 61 is electrically associated with the valve module 57 and the tab 62 electrically the main valve module 58.
  • the main valve module 58 is penetrated by a plurality of recesses 63, 64, 65 aligned normal to the sectional plane of the illustration according to FIG in a series of several valve disks 50 through channels for fluid supply and fluid disposal for the main valves 56a to 56 d are formed.
  • the valve module 57 is penetrated by recesses which are provided for a fluid supply and disposal of the piezo valves 51a to 51h and which are not recognizable in FIG.
  • the valve module 57 is connected to the main valve module 58 by elastic locking tongues 66 which are formed on a connecting part 67 arranged between the valve module 57 and the main valve module 58.
  • the locking tongues 66 have recesses 68 which are adapted to locking projections 69, 70 on the valve module 57 and to the main valve module 58 and which form a positive coupling with these locking projections 69, 70.
  • the connecting part 67 is used in addition to the mechanical coupling of the main valve module 58 with the valve module 57 and the electrical coupling of the
  • Main valve module 58 associated, in Figure 5 schematically illustrated position sensors with the not shown in Figure 4 processing means 28 according to the figure 3.
  • signals of the position sensors on the tab 62 can be provided.
  • the third region 35 of the printed circuit 29 shown in FIG. 1 with the electrical connections 40 is preferably arranged in order to ensure simple electrical connection of the position sensors to the processing means 28.
  • the first region 32 of the printed circuit 29 shown in FIG. 1 is connected to the electrically conductive connection contacts 33 for the electrical supply Piezo valves 51a to 51h arranged. Between the first region 32 and the third region 35, the second region 34 of the printed circuit 29 extends, thereby enabling compact integration of the printed circuit 29 into the valve module 57.
  • the three areas 32, 34 and 35 of the printed circuit are electrically and mechanically connected to one another with flexible circuit sections, so-called "flex prints.”
  • the valve arrangement can be connected to a bus coupler, not shown, for communication be connected to a control device, also not shown.
  • valve module 57 From the sectional view of Figure 4, the structure of the valve module 57 and the main valve module 58 is shown in more detail.
  • valve cartridges 72a to 72d are accommodated in receiving shafts 52a to 52d in a valve housing 71 of the valve module 57 by way of example, each of the valve cartridges 72a to 72d respectively comprising two piezo valves 51a to 51h.
  • main valve housing 73 four main valves 56a to 56d are arranged by way of example, which are designed for optionally providing a supply pressure or an ambient pressure at the output connections 74a, 74b.
  • a portion 80 of the circuit formed as a third portion 35 of the printed circuit 29 is shown in a planar view.
  • This section 80 is penetrated by a bore 81 which is designed for a fluidic connection between one of the valves of the valve module 57 and one of the valves of the main valve module 58 and which is also shown in FIG. 4 for orientation purposes.
  • a spiral-shaped conductor assembly 82 is formed, which communicates with non-illustrated electronic components on the circuit board 29 conductively connected and which is arranged at least substantially concentric with the bore 81.
  • the helical conductor arrangement 82 serves as a detector coil for determining an axial position of the respective associated main valve 56a, 56b, 56c or 56d.
  • a sensor device using a detector coil is disclosed in PCT / EP2012 / 003051, which is expressly incorporated by reference into this disclosure. With such a spiral conductor arrangement 82 integrated in the printed circuit board 29, a precise determination of the stroke position of the respective associated main valve 56a, 56b, 56c or 56d can be made on the basis of a cost-effective production method.
  • the bore is arranged in the edge region of the spiral-shaped conductor arrangement so that it is surrounded by only a few turns, in particular only by the last turn, of the spiral-shaped conductor arrangement, whereby one advantageous for certain measuring purposes and concentric Arrangement of the bore in the spiral conductor arrangement deviating measuring characteristic can be achieved.
  • a second embodiment, shown in FIG. 6, of a valve controller 88, which can be integrated into the fluidic system 1 instead of the valve apparatus 18, comprises a control circuit 89 and a power amplifier arrangement 90.
  • the processing means 89 and the output stage assembly 90 are each formed as discrete integrated circuits, which are arranged on a common printed circuit 91 and electrically connected to each other.
  • the processing means 89 has a digital interface 92 for a bidirectional communication, in particular according to the SPI bus protocol, with the processing device 21 shown in FIG. 1 via the connection cable 19.
  • the processing means 89 has a sensor interface 93, which is designed for connection of an external sensor means 94.
  • the external sensor means 94 is designed as a current sensor, which is looped into a connection line 95 between the output stage arrangement 90 and a valve drive designed by way of example as a piezo valve 96.
  • the electrical sensor signal provided by the sensor means 94 which may in particular be an analog signal, is provided directly to the sensor interface 93. It is preferably provided that the sensor means 94 is arranged on the same printed circuit 91 as the processing means 89 and the output stage arrangement 90.
  • the sensor signal in the processing means 89 is optionally further processed analog or digital, preferably a digital processing is provided.
  • the processing means 89 comprises a computing unit 97, a memory means 98 and a clock generator 99.
  • the computing unit 97 is provided for processing incoming sensor signals of the sensor means 94 and in this processing uses clock signals provided by the clock generator 99, for example ne analysis of temporal waveforms of the sensor signal to enable.
  • the arithmetic unit 97 is designed to provide selected or all sensor signals and / or results of processed sensor signals based on the clock signals of the clock generator 99 with time stamps and to store in the memory means 98.
  • the arithmetic unit 97 using a hard-coded or freely definable algorithm can determine a state value, a state of the in the form of the piezoelectric valve 96 connected valve drive plays.
  • the determined state value can be stored in the storage means 98, it is preferably provided to provide the determined state value to the digital interface 92, so that it can be forwarded to the processing device 21.
  • the arithmetic unit 97 is adapted to implement at the digital interface 92 incoming motion signals, which are also referred to as motion profiles and can be provided by the processing device 21, in control signals for the power amplifier assembly 90, via a signal interface to the power amplifier assembly 90, in particular in unidirectional Communication way to be provided.
  • the arithmetic unit 97 can be designed to make provision of control signals to the output stage arrangement 90 on the basis of fixedly programmed or freely definable movement programs.
  • the processing means 88 can be provided with an additional 100 parts to be equipped.
  • an external sensor means 101 for example, a limit switch (position transmitter) for a position determination of a main valve by means of a sensor line 102 can be connected.
  • a sensor signal provided by the external sensor means 101 may be taken into account in the determination of the state value in the processing means 89.
  • the valve device 108 can be integrated into the fluidic system 1 instead of the valve device 18.
  • the output stage arrangement 110 has an integrated current sensor 111 and an integrated voltage sensor 112, with which a voltage current characteristic for the valve drive 116 designed as a piezo valve can be determined directly in the output stage arrangement 110 and via a bidirectional internal communication connection 113 can be provided to the arithmetic unit 117 of the processing means 109.
  • processing of the sensor signals of the current sensor 111 and of the voltage sensor 112 takes place in the same manner as already described in connection with the valve device 88, preferably taking into account the clock signal of the clock generator 119, to determine the state value and to provide the state value at the digital interface 114
  • sensor signals stored in the memory means 118 in particular with time stamps, may also be used in determining the supply voltage. Standing value to be included.
  • a specifiable period of time which is also referred to as the energy flow duration
  • the processing means 108 may be equipped with an additional cut 120.
  • an external sensor means 121 for example a limit switch (position transmitter) for determining the position of a main valve by means of a sensor line 122 can be connected.
  • a sensor signal provided by the external sensor means 121 may be taken into account in the determination of the state value in the processing means 109.
  • the output stage arrangements 90 and 110 are preferably designed as constant current sources and are provided in particular for the actuation of piezoactuators. Accordingly, the state value in knowledge of the constant current which is output by the respective output stage arrangement 90, 110 can preferably be determined by determining the energy flow duration, that is to say the time interval which can be determined on the basis of the clock signal or those time segments in which a charge transport from an electrical source, not shown to the valve drive or in the reverse direction is made.
  • the processing means 89, 109 may be designed to determine time periods in which one or more predefinable, by corresponding electrical charging of the valve drive 96, 116 exceeded load threshold in order to be able to include this information in the calculation of the state value.

Abstract

The invention relates to a valve control means for electrical actuation of at least one valve drive (51a to 51h; 16), having a control circuit (28; 89; 109) which is configured to influence an electric energy flow between an electric source and the valve drive (51a to 51h; 116), and which comprises a bus interface (20) for communication with a superordinate control arrangement (2), and a sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) which is configured to determine a physical quantity of the energy flow which can be varied by electrical actuation of the valve drive (51a to 51h; 116), and is configured to provide the control circuit (28; 89; 109) with a sensor signal which is dependent on the determined physical quantity. It is provided according to the invention that the control circuit (28; 89; 109) is configured to determine a condition of the valve drive (51a to 51h; 116) using the sensor signal and at least one characteristic value of a physical variable from the group comprising energy flow duration, energy flow voltage, energy flow current, fluid pressure, and is configured to communicate the condition to the bus interface (20).

Description

Ventilsteuerung und  Valve control and
Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung  Method for operating a valve control
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung zur elektrischen Ansteuerung wenigstens eines Ventilantriebs, mit einer Steuerschaltung, die zur Beeinflussung eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und dem Ventil antrieb ausgebildet ist und die eine Busschnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steueranordnung sowie ein Sensormittel umfasst, das zur Ermittlung einer durch elektrische Ansteuerung des Ventilantriebs veränderlichen physikalischen Größe sowie für eine Bereitstellung eines von der ermittelten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignal an die Steuerschaltung ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung. The invention relates to a valve control for the electrical control of at least one valve drive, with a control circuit which is designed to influence an electrical energy flow between an electrical source and the valve drive and which comprises a bus interface for communication with a higher-level control arrangement and a sensor means for determining a variable by electrical actuation of the valve drive physical variable and for providing a dependent of the determined physical quantity sensor signal to the control circuit is formed. Furthermore, the invention relates to a method for operating a valve control.
Aus der PCT/EP2013/003524 ist eine Ventilanordnung zur Beein flussung wenigstens eines Fluidstroms bekannt, die eine Steu ereinrichtung und wenigstens eine Ventileinrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung eine Busschnittstelle für eine Verbindung mit einem Buskommunikationssystem zum Empfang von Bewegungsbefehlen, eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Bewegungsbefehle in Steuerbefehle für Ventileinrichtungen sowie wenigstens eine Anschlußeinrichtung zur elektrischen Ankopplung von Ventileinrichtungen aufweist und wobei die wenigstens eine Ventileinrichtung mit einer der An Schlusseinrichtungen der Steuereinrichtung elektrisch verbun den ist und ein Verarbeitungsmittel umfasst, das zur Verarbeitung der Steuerbefehle ausgebildet ist, wobei dem Verarbeitungsmittel wenigstens ein erstes Anschlussmittel zur elektrischen Ankopplung von Ventilen und wenigstens ein zweites Anschlussmittel zur elektrischen Ankopplung von Sensormitteln zugeordnet sind. From PCT / EP2013 / 003524 a valve arrangement for influencing at least one fluid flow is known which comprises a control device and at least one valve device, the control device having a bus interface for connection to a bus communication system for receiving movement commands, processing means for processing the movement commands in control commands for valve devices and at least one connection device for the electrical coupling of valve devices and wherein the at least one valve device electrically connected to one of the on closing devices of the control device is and a processing means comprises, which is designed for processing the control commands, wherein the processing means are associated with at least a first connection means for electrical coupling of valves and at least one second connection means for electrically coupling sensor means.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventilsteuerung und ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung bereitzustellen, die eine verbesserte Verfügbarkeit aufweisen. The object of the invention is to provide a valve control and a method for operating a valve control, which have an improved availability.
Diese Aufgabe wird für eine Ventilsteuerung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Hierbei ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für eine Ermittlung eines Zustandswerts für den Ventilantrieb anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck, Fluidvolumenstrom, und für eine Bereitstellung des Zustandswerts an der Busschnittstelle ausgebildet ist. This object is achieved for a valve control of the type mentioned with the features of claim 1. It is provided that the control circuit for determining a state value for the valve drive based on the sensor signal and at least one characteristic of a physical variable from the group: energy flow duration, energy flow voltage, energy flow, fluid pressure, fluid volume flow, and is designed for providing the state value at the bus interface ,
Bei dem Ventilantrieb, der für eine Ansteuerung durch die Ventilsteuerung vorgesehen ist, handelt es sich vorzugsweise um einen piezoelektrischen Antrieb oder um einen Magnetantrieb. In beiden Fällen besteht die Aufgabe der Ventilsteuerung darin, elektrische Ladungen von einer Quelle an den Ventilantrieb bereitzustellen und gegebenenfalls, je nach Ausgestaltung des Ventilantriebs, insbesondere als Piezoantrieb, an diesen bereitgestellte und dort gespeicherte elektrischen Ladungen wieder abzuführen. Diese Bereitstellung von elektrischen Ladungen erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, das entweder in der Ventilsteuerung erzeugt wird oder von außen, insbesondere von einer übergeordneten Steuereinrichtung, an die Ventilsteuerung bereitgestellt wird und wird als Energiefluss bezeichnet. Für die weitere Betrachtung der Ventilsteuerung wird davon ausgegangen, dass der Ventilantrieb entweder unmittelbar als Ventilkörper ausgebildet ist, wie dies insbesondere bei einem piezoelektrischen Antrieb der Fall sein kann, oder mit einem Ventilkörper bewegungsgekoppelt ist, um jedenfalls in Abhängigkeit von dem aufgrund des Bewegungssignals bereitgestellten Energieflusses eine Positionsveränderung für den Ventilkörper herbeiführen zu können. Durch diese Positionsveränderung kann der Ventil- körper einen freien Querschnitt in einem Ventilgehäuse, insbesondere zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, beeinflussen und damit einen Fluidstrom von einer elektrischen Quelle zu einem Fluidverbraucher einstellen. Bei dem Fluidverbraucher kann es sich wahlweise um einen Ventil- körper eines Hauptventils handeln, so dass in diesem Fall der Ventilantrieb als Bestandteil eines Vorsteuerventils ausgebildet ist, alternativ handelt es sich bei dem Fluidverbraucher um einen Aktor wie beispielsweise einen Fluidzylinder, insbesondere Pneumatikzylinder. The valve drive, which is provided for activation by the valve control, is preferably a piezoelectric drive or a magnetic drive. In both cases, the task of the valve control is to provide electrical charges from a source to the valve drive and optionally, depending on the configuration of the valve drive, in particular as a piezo drive, to dissipate these provided and stored there electrical charges again. This provision of electrical charges preferably takes place as a function of a movement signal which is generated either in the valve control or from the outside, in particular from a superordinate one Control device is provided to the valve control and is referred to as energy flow. For the further consideration of the valve control, it is assumed that the valve drive is either designed directly as a valve body, as may be the case in particular with a piezoelectric drive, or is motion-coupled to a valve body, in any case as a function of the energy flow provided on the basis of the movement signal to bring about a change in position for the valve body. As a result of this change in position, the valve body can influence a free cross section in a valve housing, in particular between a closed position and an open position, and thus set a fluid flow from an electrical source to a fluid consumer. The fluid consumer can optionally be a valve body of a main valve, so that in this case the valve drive is formed as part of a pilot valve, alternatively, the fluid consumer is an actuator such as a fluid cylinder, in particular pneumatic cylinder.
Mit Hilfe des Zustandswerts , der von der Steuereinrichtung ermittelt wird, ist eine Aussage über einen Verschleißzustand des Ventilantriebs und/oder des mit dem Ventilantrieb bewegungsgekoppelten Ventils möglich, aus der Informationen wie eine noch zu erwartende Gebrauchsdauer für den Ventilantrieb oder das Ventil abgeleitet werden können. Mit dem Zustands- wert, der dimensionsbehaftet (eine oder mehrere SI -Einheiten) oder dimensionslos sein kann, soll gegebenenfalls ein vorsorglicher Austausch des Ventilantriebs oder Ventils durchgeführt oder zumindest vorbereitet werden, bevor der Versagensfall für den Ventilantrieb oder das Ventil eintritt. Hierdurch wird die angestrebte Verbesserung der (zeitlichen) Ver- fügbarkeit des aus der Ventilsteuerung und dem zugeordneten Ventil gebildeten fluidischen Systems erreicht. Der Zustands- wert kann unmittelbar an einer Ausgabeeinrichtung der Ventilsteuerung, beispielsweise einer optischen Anzeige wie einer Kontrollleuchte oder einem alphanumerischen Display angezeigt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Zustandswert , insbesondere bei Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwerts, über die Busschnittstelle an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung bereitgestellt wird, die üblicherweise mit einer Ausgabeeinrichtung wie einem Display oder Bildschirm ausgestattet ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass der Zustandswert drahtlos, insbesondere über eine optische oder elektromagnetische Übertragungstrecke an ein tragbares Benutzerendgerät wie ein Mobiltelefon oder einen tragbaren Computer bereitgestellt wird. With the help of the state value, which is determined by the control device, a statement about a state of wear of the valve drive and / or the movement-coupled with the valve drive valve is possible, can be derived from the information such as a still expected service life for the valve drive or the valve. With the condition value, which may be dimensioned (one or more SI units) or dimensionless, a precautionary replacement of the valve drive or valve should optionally be carried out or at least prepared before the failure of the valve drive or the valve occurs. As a result, the desired improvement in the (temporal) achieved availability of the fluidic system formed from the valve control and the associated valve. The state value can be displayed directly on an output device of the valve control, for example an optical display such as a warning light or an alphanumeric display. It is preferably provided that the state value, in particular when exceeding a predefinable threshold, is provided via the bus interface to a higher-level control device, which is usually equipped with an output device such as a display or screen. Additionally or alternatively it can be provided that the state value is provided wirelessly, in particular via an optical or electromagnetic transmission link to a portable user terminal such as a mobile phone or a portable computer.
Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung, dass der Zustandswert anhand von physikalischen Größen ermittelt wird, die in einem unmittelbaren Zusammenhang mit dem Betrieb des Ventilantriebs stehen. It is particularly advantageous in the case of the valve control according to the invention that the state value is determined on the basis of physical variables which are directly related to the operation of the valve drive.
Anhand einer ausschließlichen Auswertung von Sensoren, insbesondere Wegmesseinrichtungen oder Endlagenschaltern, die an einem fluidisch betreibbaren Aktor angebracht sind, der mit Hilfe des mit dem Ventilantrieb versehenen Ventils und der zugeordneten Ventilsteuerung angesteuert wird, könnten zwar ebenfalls zumindest Aussagen über eine Schaltspielzahl für den Ventilantrieb und gegebenenfalls über einen Alterungszustand des Ventils gemacht werden. Allerdings lassen sich hieraus nur indirekte Aussagen über den tatsächlichen Verschleiß am Ventilantrieb oder Ventil machen, während durch die Ermittlung des Zustandswerts direkte Aussagen über die Bean- spruchung und die Alterung bzw. den Verschleiß des Ventilantriebs möglich sind. On the basis of an exclusive evaluation of sensors, in particular displacement measuring devices or limit switches, which are mounted on a fluid operable actuator, which is controlled by means of the provided with the valve actuator valve and the associated valve control, could also at least statements about a number of cycles for the valve drive and possibly be made about a state of aging of the valve. However, this can only be indirect statements about the actual wear on the valve drive or valve, while the determination of the state value direct statements about the Bean- spruchung and the aging or wear of the valve drive are possible.
Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass zur Ermittlung des Zustandswerts zusätzlich zum Signal des Sensormittels wenigstens eine weitere physikalische Größen wie die Energieflussdauer und/oder die Energieflussspannung und/oder der Energieflussstrom und/oder ein Fluiddruck an einem Ven- tileingangsanschluss oder einem Ventilausgangsanschluss einbezogen wird, um dadurch direkte Aussagen über die elektrome- chanische Beanspruchung des Ventilantriebs ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sensormittel ebenfalls eine physikalische Größe ermittelt und in ein Sensorsignal umsetzt, die in einem unmittelbaren Zusammenhang mit der Betätigung des Ventilantriebs steht. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Sensormittel zur Ermittlung wenigstens einer weiteren physikalischen Größen aus der Gruppe: Energieflussdauer und/oder Energieflussspannung und/oder Energieflussstrom und/oder Fluiddruck und/oder Fluidvolumenstrom oder einem Hub des Ventilantriebs und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilantriebs und/oder einer Beschleunigung des Ventilantriebs, ausgebildet ist, so dass der Zustandswert aus wenigstens zwei physikalischen Größen der vorgenannten Gruppe ermittelt wird. Beispielhaft kann der Zustandswert aus einer Kombination von Energieflussdauer und Energieflussstrom oder aus einer Kombination von Energieflussdauer und Energieflussspannung oder aus einer Kombination von Energieflussdauer und Fluiddruck oder anderen zumindest paarweise Kombinationen von physikalischen Größen ermittelt werden. This is due in particular to the fact that, in addition to the signal of the sensor means, at least one further physical variable such as the energy flow duration and / or the energy flow voltage and / or the energy flow stream and / or a fluid pressure is included at a valve inlet connection or a valve outlet connection in order to determine the state value, in order to enable direct statements about the electromechanical load of the valve drive. It is particularly advantageous if the sensor means likewise determines a physical quantity and converts it into a sensor signal which is directly related to the actuation of the valve drive. By way of example, it is provided that the sensor means for determining at least one further physical quantities from the group: energy flow time and / or energy flow and / or energy flow and / or fluid pressure and / or fluid flow or a stroke of the valve drive and / or a movement speed of the valve drive and / or an acceleration of the valve drive, is formed, so that the state value of at least two physical quantities of the aforementioned group is determined. By way of example, the state value can be determined from a combination of energy flow duration and energy flow current or from a combination of energy flow duration and energy flow voltage or from a combination of energy flow duration and fluid pressure or other at least pairwise combinations of physical quantities.
Dabei ist die Energieflussdauer diejenige, insbesondere kumulierte, Zeitspanne, innerhalb derer ein elektrischer Ladungs- fluss von einer elektrischen Quelle zum Ventilantrieb oder vom Ventilantrieb zur elektrischen Quelle erfolgt. Die Energieflussspannung ist insbesondere diejenige elektrische Spannung, mit der der elektrische Ladungsfluss an den Ventilantrieb bereitgestellt wird. Beispielsweise kann bei einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als Piezoaktuator , insbesondere bei konstantem Energieflussstrom, eine Spannungsdifferenz zwischen einem Ladungsbeginn und einem Ladungsende für den Piezoaktuator betrachtet werden. Der Energieflussstrom ist derjenige elektrischer Strom, der zwischen elektrischer Quelle und Ventilantrieb fließt, wobei im Falle einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als piezoelektrischer Antrieb auch eine Stromrichtung betrachtet wird, da es sich wahlweise um einen Ladungsvorgang oder einen Entladungsvorgang für den Piezoaktuator handelt. Bei einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als Piezoaktuator kann zusätzlich noch in Betracht gezogen werden, über welche Zeitdauer der Piezoaktuator mit welcher elektrischen Spannung beaufschlagt war, da hieraus eine verfeinerte Beurteilung eines Verschleißzustands des Ventilantriebs ermöglicht wird. Aus einer Betrachtung des Fluiddrucks, insbesondere an einem Ventileingangsanschluss oder einem Ventilausgangsanschluss , kann ein Rückschluss auf eine statische und/oder eine dynamische Belastung des Ventilantriebs gezogen werden, der ebenfalls bei der Ermittlung des Zustandswerts mit einbezogen werden kann. Dabei ist insbesondere ein Druckniveau des Fluidrucks von Interesse, das möglicherweise längerfristig oder dauerhaft auf den Ventilantrieb einwirkt bzw. gegen das der Ventilantrieb den Ventilkörper in einer durch den Bewegungsbefehl vorgegebenen Ventilstellung halten muss. Exemplarisch sind der Steuereinrichtung zwei unterschiedlich ausgebildete Sensormittel zugeordnet, die jeweils für die Ermittlung eines Kennwerts einer physikalischen Größe ausgebildet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Sensormittel zur tatsächlichen Messung einer physikalischen Größe eingesetzt wird, während der wenigstens eine Kennwert wenigstens einer physikalischen Größe aus einem Steuersignal abgeleitet wird, das sich aus dem Bewegungssignal ergibt, das in der Ventilsteuerung verarbeitet wird. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, die Energieflussdauer zu messen, da diese von der Steuereinrichtung, insbesondere unter Berücksichtigung eines internen Systemtakts der Steuereinrichtung, vorgegeben werden kann und nicht durch eine separate Sensoreinrichtung ermittelt werden muss. In ähnlicher Weise, gegebenenfalls bei Akzeptanz eines eventuell größeren Fehlers, kann auch ein Kennwert für die Energieflussspannung und/oder den Energieflussstrom, insbesondere in Kenntnis der schaltungstechnischen Aufbauweise der Steuereinrichtung und des Ventilantriebs, allein anhand eines Steuersignals bereitgestellt werden. In this case, the energy flow duration is that, in particular accumulated, time span within which an electrical charge flow from an electrical source to the valve drive or from the valve drive to the electrical source. The energy flow voltage is in particular the electrical voltage with which the electric charge flow is provided to the valve drive. For example, in an embodiment of the valve drive as a piezo actuator, in particular at a constant energy flow current, a voltage difference between a charge onset and a charge end for the piezoactuator can be considered. The energy flow stream is that electric current that flows between the electrical source and the valve drive, wherein in the case of an embodiment of the valve drive as a piezoelectric drive and a current direction is considered, as it is either a charging process or a discharge process for the piezoelectric actuator. In one embodiment of the valve drive as a piezo actuator may also be considered, over which period of time the piezoelectric actuator was applied to which electrical voltage, since a more refined assessment of a state of wear of the valve drive is made possible. From a consideration of the fluid pressure, in particular at a valve inlet port or a valve outlet port, a conclusion can be drawn on a static and / or a dynamic load of the valve drive, which can also be included in the determination of the state value. In this case, in particular a pressure level of the fluid pressure is of interest, which possibly acts on the valve drive for a longer or lasting period or against which the valve drive must hold the valve body in a valve position predetermined by the movement command. By way of example, the control device is associated with two differently configured sensor means which are each designed to determine a characteristic value of a physical variable. Alternatively it can be provided that only one sensor means is used for the actual measurement of a physical quantity, while the at least one characteristic of at least one physical quantity is derived from a control signal resulting from the motion signal processed in the valve control. For example, it is not necessary to measure the energy flow time, since this can be specified by the control device, in particular taking into account an internal system clock of the control device, and need not be determined by a separate sensor device. In a similar manner, if appropriate with the acceptance of a possibly greater error, a characteristic value for the energy flow voltage and / or the energy flow stream, in particular with knowledge of the circuitry structure of the control device and the valve drive, can be provided solely on the basis of a control signal.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerschaltung zur Ermittlung des Zustandswerts für eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Kennwerts, insbesondere für eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Steuerschaltung eine Recheneinheit, in der das Sensorsignal und/oder der Kennwert, vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, insbesondere anhand eines internen Systemtakts, erfasst werden und ein Vergleich mit zeitlich vorausgegangenen Pegeln des Sensorsignals und/oder des Kennwerts vorgenommen wird, um eine Bestimmung eines maximalen und/oder minimalen Pegels des Sensorsignals und/oder des Kennwerts und/oder eine Bestimmung eines maximalen und/oder minimalen Gradienten des Sensorsignals und/oder des Kennwerts zu ermöglichen. Ferner umfasst die Steuerschaltung eine Speichereinrichtung, in der zeitlich vorausgegangene Pegel des Sensorsignals und/oder des Kennwerts und/oder Extremwerte und/oder Gradienten gespeichert werden können, um hieraus Rückschlüsse auf den Zustand des Ventilantriebs ziehen zu können. Beispielhaft kann vorgesehen sein, einen oder mehrere Kennwerte in der Speichereinrichtung zu speichern, die in einem Neuzustand des Ventilantriebs ermittelt wurden und die später als Basis für einen Vergleich mit aktuellen Kennwerten genutzt werden können. It is expedient if the control circuit for determining the state value for an evaluation of a time course of the sensor signal and / or a time profile of the at least one characteristic value, in particular for a determination of an extreme value or a gradient is formed. For this purpose, the control circuit comprises a computing unit in which the sensor signal and / or the characteristic value, preferably at regular time intervals, in particular based on an internal system clock, are detected and a comparison with temporally preceding levels of the sensor signal and / or the characteristic value to determine a maximum and / or minimum level of the sensor signal and / or the characteristic value and / or a determination of a maximum and / or minimum gradient of the sensor signal and / or the characteristic value to enable. Furthermore, the control circuit comprises a memory device in which temporally preceding levels of the sensor signal and / or the characteristic value and / or extreme values and / or gradients can be stored, in order to be able to draw conclusions about the state of the valve drive. By way of example, it may be provided to store one or more characteristic values in the memory device that were determined in a new state of the valve drive and that can later be used as the basis for a comparison with current characteristic values.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung zusätzlich zur Busschnittstelle eine Sensorschnittstelle für einen unmittelbaren Anschluss des Sensormittels und eine elektrische Endstufe für eine unmittelbare Ansteuerung des Ventilantriebs umfasst. In a further embodiment of the invention, it is provided that the control circuit in addition to the bus interface comprises a sensor interface for a direct connection of the sensor means and an electric power amplifier for an immediate control of the valve drive.
Die Sensorschnittstelle kann als Analogschnittstelle ausgebildet sein, so dass ein Sensormittel angeschlossen werden kann, das ausschließlich ein Analogsignal bereitstellt. Ein solches Sensormittel kann beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) oder ein resistives Wegmesssystem sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Sensormittel und der Steuerschaltung lediglich genau eine Kommunikationsart und keine Umsetzung des Sensorsignals vorgesehen sind. Insbesondere findet längs einer Übertragungsstrecke zwischen Sensormittel und Steuerschaltung keine Analog/Digitalwandlung statt, vielmehr ist die Steuerschaltung wahlweise für eine unmittelbare Verarbeitung des bereitgestellten Analogsignals oder für eine interne Analog/Digitalwandlung des bereitgestellten Analogsignals ausgebildet. The sensor interface may be formed as an analog interface, so that a sensor means can be connected, which provides only an analog signal. Such a sensor means may be, for example, a limit switch (position transmitter) or a resistive displacement measuring system. It is preferably provided that only exactly one type of communication and no conversion of the sensor signal are provided between the sensor means and the control circuit. In particular, no analog / digital conversion takes place along a transmission path between sensor means and control circuit, but rather the control circuit is optional for one formed directly processing of the provided analog signal or for an internal analog / digital conversion of the provided analog signal.
Sofern das Sensormittel für eine digitale Übertragung des Sensorsignals ausgebildet ist, findet zwischen Sensormittel und Steuerschaltung keine zusätzliche Wandlung des Sensorsignals, insbesondere im Sinne einer Digital/Analog-Wandlung oder einer Digital/Digital-Wandlung, statt. Vielmehr ist die Sensorschnittstelle in diesem Fall als Digitalschnittstelle ausgebildet, die für eine direkte Einkopplung des digitalen Sensorsignals ausgebildet ist. Dementsprechend ist die Sensorschnittstelle an das digitale Kommunikationsprotokoll des Sensormittels angepasst. If the sensor means is designed for a digital transmission of the sensor signal, no additional conversion of the sensor signal, in particular in the sense of a digital / analog conversion or a digital / digital conversion, takes place between the sensor means and the control circuit. Rather, the sensor interface is formed in this case as a digital interface, which is designed for direct coupling of the digital sensor signal. Accordingly, the sensor interface is adapted to the digital communication protocol of the sensor means.
Durch diese unmittelbare Ankopplung des Sensormittels an die Steuerschaltung werden Einkopplungen von unerwünschten, äußeren Störeinflüssen und/oder zeitliche Verzögerungen in der Übertragung des Sensorsignals vom Sensormittel zur Sensorschnittstelle minimiert. By means of this direct coupling of the sensor means to the control circuit, couplings of undesired external disturbing influences and / or time delays in the transmission of the sensor signal from the sensor means to the sensor interface are minimized.
Die Aufgabe der elektrischen Endstufe besteht darin, ein von der Steuerschaltung bereitgestelltes Ansteuersignal in eine zeitweilige Freigabe des Energieflusses zwischen der Quelle und dem Ventilantrieb umzusetzen. Vorzugsweise handelt es sich bei der elektrischen Endstufe um einen elektronischen Schalter, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET) . Bevorzugt ist die elektrische Endstufe in einer unmittelbaren Umgebung zur Steuerschaltung angeordnet, insbesondere auf der gleichen Leiterplatte wie die Steuerschaltung. Hierdurch kann eine Übertragung des Ansteuersignais ohne aufwändige Schutzmaßnahmen zuverlässig gestaltet werden, ohne dass hierbei Störeinflüsse von außen eine erhebliche Rolle spielen. Beson- ders bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektrische Endstufe als Bestandteil einer integrierten Schaltung verwirklicht ist, die auch die Steuerschaltung umfasst. Diese integrierte Schaltung ist vorzugsweise als ASIC (application specific in tegrated circuit) auf einem einzigen Siliziumbaustein verwirklicht, so dass die Steuerschaltung und die Endstufe (n) exakt auf den geforderten Anwendungsfall angepasst sind und möglichst wenige, insbesondere keine, unnötige oder unnötig groß dimensionierte Schaltungsbestandteile aufweisen. The task of the electric power amplifier is to convert a control signal provided by the control circuit into a temporary release of the energy flow between the source and the valve drive. Preferably, the electrical output stage is an electronic switch, in particular a field effect transistor (FET). The electrical output stage is preferably arranged in an immediate vicinity of the control circuit, in particular on the same circuit board as the control circuit. In this way, a transmission of the drive signal without complex protective measures can be made reliable, without this interfering with the outside play a significant role. special It is preferably provided that the electrical output stage is implemented as part of an integrated circuit, which also includes the control circuit. This integrated circuit is preferably realized as an ASIC (application-specific in tegrated circuit) on a single silicon component, so that the control circuit and the output stage (s) are adapted exactly to the required application and as few, in particular no, unnecessary or unnecessarily large dimensioned circuit components exhibit.
Bevorzugt ist der Steuerschaltung eine elektrische Endstufe mit integriertem Sensormittel für eine unmittelbare Ansteue- rung und Zustandsüberwachung des Ventilantriebs zugeordnet. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrische Endstufe das Sensormittel beinhaltet. Für diesen Fall ist ei ne interne Kommunikation zwischen Steuerschaltung und Endstu fe in bidirektionaler Weise ausgebildet, um einerseits die Ansteuersignale von der Steuerschaltung an die Endstufe und andererseits die Sensorsignale von der Endstufe an die Steuerschaltung übertragen zu können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Endstufe als Bestandteil einer inte grierten Schaltung verwirklicht ist, die auch die Steuerschaltung umfasst, insbesondere als ASIC. The control circuit is preferably associated with an electrical output stage with integrated sensor means for direct actuation and condition monitoring of the valve drive. In this case, provision is made in particular for the electrical output stage to include the sensor means. In this case, ei ne internal communication between the control circuit and Endstu Fe is formed in a bidirectional manner, on the one hand to transmit the control signals from the control circuit to the power amplifier and on the other hand, the sensor signals from the power amplifier to the control circuit. It is particularly advantageous if the electrical output stage is implemented as part of an integrated circuit, which also includes the control circuit, in particular as an ASIC.
Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Endstufe als Hochvolt-Treiberstufe für eine Ansteuerung eines Piezoaktuators ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine hochintegrierte Steuerschaltung mit Zustandsüberwachung für die angeschlosse nen Piezoaktuatoren verwirklichen. It is advantageous if the electrical output stage is designed as a high-voltage driver stage for driving a piezoelectric actuator. This makes it possible to realize a highly integrated control circuit with condition monitoring for the connected piezo actuators.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrische End stufe (n) zusammen mit der Steuerschaltung als einstückiger, integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerschaltung bei der Ermittlung des Zustandswerts für eine Einbeziehung eines an der Busschnittstelle bereitgestellten Kommunikationssignals , insbesondere eines Stellungssignals eines Stellungssensors, der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors ausgebildet ist, eingerichtet ist. Die Busschnittstelle kann als Bus- Busschnittstelle für eine, vorzugsweise digitale, insbesondere bidirektionale, Kommunikation der Steuerschaltung mit externen Komponenten vorgesehen sein. Bei diesen externen Komponenten kann es sich um eine übergeordnete Steuerungseinrichtung und/oder um andere Busteilnehmer, insbesondere Steuerschaltungen, und/oder um Stellungssensoren handeln. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung über eine interne Kommunikationsplattform elektrisch mit der Busschnittstelle verbunden ist und für die interne Kommunikation zwischen Steuerschaltung und Busschnittstelle ein Kommunikationsprotokoll eingesetzt wird, das von einem Kommunikations- protokoll abweicht, mit dem externe Komponenten mit der Bus- schnittstelle kommunizieren. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung über eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface) mit der Busschnittstelle verbunden ist. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerschaltung als „Slave" und die Busschnittstelle als „Master" ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Busschnittstelle eine Verarbeitungseinrichtung für eine Verarbeitung von externen Bussignalen, die insbesondere von einer übergeordneten Steuerungseinrichtung über einen Bus bereitgestellt werden können, sowie zur Verarbeitung von internen Bussignalen, beispielsweise gemäß dem SPI -Kommunikationsprotokoll, ausgebildet ist. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung eintreffende externe Bussignale auf das Vorhandensein von Bewegungsbefehlen analysiert und in Steuerbefehle umsetzt, die über das interne Kommunikations- Protokoll an die Steuerschaltung bereitgestellt werden, wo abschließend eine Umsetzung in die Bewegungssignale für die Ventilantriebe erfolgt. It is particularly advantageous if the electrical end stage (s) is formed together with the control circuit as a one-piece, integrated circuit. It is expedient if the control circuit is set up in the determination of the state value for inclusion of a communication signal provided at the bus interface, in particular a position signal of a position sensor, which is designed for determining a position of an actuator. The bus interface can be provided as a bus bus interface for a, preferably digital, in particular bidirectional, communication of the control circuit with external components. These external components may be a higher-level control device and / or other bus subscribers, in particular control circuits, and / or position sensors. Optionally, it can be provided that the control circuit is electrically connected to the bus interface via an internal communication platform and a communication protocol is used for the internal communication between the control circuit and the bus interface, which deviates from a communication protocol with which external components communicate with the bus interface , By way of example, it is provided that the control circuit is connected to the bus interface via an SPI interface (Serial Peripheral Interface). In this case, it is preferably provided that the control circuit is designed as a "slave" and the bus interface as a "master". It is particularly preferably provided that the bus interface is a processing device for processing external bus signals, which can be provided in particular by a higher-level control device via a bus, and for processing internal bus signals, for example according to the SPI communication protocol. By way of example, it can be provided that the processing device analyzes incoming external bus signals for the presence of motion commands and converts these into control commands which are transmitted via the internal communication system. Protocol are provided to the control circuit, where finally carried out a conversion into the motion signals for the valve actuators.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sensormittel für eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs oder für eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb gebildeten Vorsteuerventil gekoppelt ist, ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs kann vorgesehen sein, dass das Sensormittel eine elektrische Größe wie beispielsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom ermittelt, die an den Ventilantrieb bereitgestellt werden oder dass das Sensormittel eine Bewegung oder Deformation des Ventilantriebs auf Basis eines elektro- mechanischen Messprinzips ermittelt. Bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position eines mit dem Ventilantrieb bewegungsgekoppelten Vorsteuerventils oder Hauptsteuerventils wird vorzugsweise ein elektromechani - sches (elektrische Widerstandsbahn, Potentiometer) oder elektromagnetisches (Hall-Sensorik) Messprinzip angewendet, bei dem eine Bewegung eines Ventilkörpers des Vorsteuerventils oder Hauptventils in ein elektrisches Messsignal umgesetzt wird. In gleicher Weise gilt dies bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb ansteuerbaren Vorsteuerventil gekoppelt ist. Hierbei ist praktisch zwischen das Vorsteuerventil und das Hauptsteuerventil eine fluidische Übertragungsstrecke zwischengeschaltet, die somit in das Sensorsignal des Sensormittels mit einfließt und dementsprechend ebenfalls Bestandteil der Überwachungsfunktion durch die Steuerschaltung ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung ein Speichermittel umfasst, in dem insbesondere mit Zeitstempeln versehene, Zustandswerte und/oder Sensorsignale und/oder Kennwerte gespeichert sind, und dass die Steuerschaltung für einen Vergleich von aktuellen Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten mit gespeicherten Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, ermittelte Zustandswerte und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerte für eine zeitlich nachgelagerte Verarbeitung in der Steuerschaltung mit einem Zeitstempel zu versehen, wobei dieser Zeitstempel beispielsweise an einem internen Systemtakt der Steuerschaltung festgemacht sein kann, so dass eine eindeutige zeitliche Zuordnung gespeicherter Werte möglich ist. Der Zeitstempel ermöglicht eine Aussage darüber, wann der jeweilige Kennwert ermittelt wurde, um anhand der zeitlichen Differenz mit aktuelleren oder aktuellen Kennwerten eine möglichst exakte Berechnung des Zustandswerts zu ermöglichen. It is preferably provided that the sensor means is designed for determining a position of the valve drive or for determining a position of a main valve which is fluidically coupled to a pilot valve formed by the valve drive. In an embodiment of the sensor means for determining a position of the valve drive can be provided that the sensor means determines an electrical variable such as an electrical voltage or an electric current, which are provided to the valve drive or that the sensor means movement or deformation of the valve drive Determined based on an electromechanical measuring principle. In an embodiment of the sensor means for determining a position of a pilot control valve or main control valve motion-coupled to the valve drive, an electromechanical (electrical resistance path, potentiometer) or electromagnetic (Hall sensor) measuring principle is preferably used, in which a movement of a valve body of the pilot valve or main valve is converted into an electrical measurement signal. In the same way, in the case of an embodiment of the sensor means, this applies to a determination of a position of a main valve which is fluidically coupled to a pilot control valve that can be activated by the valve drive. This is practically interposed between the pilot valve and the main control valve, a fluidic transmission path, which thus flows into the sensor signal of the sensor means with and accordingly also part of the monitoring function by the control circuit. In a further embodiment of the invention, it is provided that the control circuit comprises a memory means in which state values and / or sensor signals and / or characteristic values are stored, in particular timestamps, and in that the control circuit is for a comparison of current state values and / or sensor signals and / or characteristic values with stored state values and / or sensor signals and / or characteristic values is formed. It is preferably provided to provide determined state values and / or sensor signals and / or characteristic values for a time-dependent processing in the control circuit with a time stamp, this time stamp can be fixed, for example, to an internal system clock of the control circuit, so that a unique temporal assignment of stored values is possible. The time stamp enables a statement as to when the respective characteristic value was determined, in order to enable as exact a calculation of the state value on the basis of the time difference with more recent or current characteristic values.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 10 angegeben ist. Hierbei sind die folgenden Schritte vorgesehen: zeitweiliges Freigeben eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und einem Ventilantrieb durch eine Steuerschaltung in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, Ermittlung einer physikalischen Größe des Energieflusses zwischen Quelle und Ventilantrieb mit Hilfe eines Sensormittels und Bereitstellung eines von der ermittelten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignals an die Steuerschaltung, Ermittlung eines Zustandswerts für den Ventilantrieb anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck (Fluideingangsdruck, Fluidausgangs- druck) in der Steuerschaltung und Bereitstellung des Zustandswerts an einer der Steuerschaltung zugeordneten Busschnittstelle . The object of the invention is achieved by a method as indicated in claim 10. In this case, the following steps are provided: temporary release of an electrical energy flow between an electrical source and a valve drive by a control circuit as a function of a movement signal, determination of a physical quantity of energy flow between the source and valve drive by means of a sensor means and provision of one of the determined physical quantity dependent sensor signal to the control circuit, determination of a state value for the valve drive based on the sensor signal and at least one characteristic of a physical variable from the group: energy flow duration, energy flow voltage, energy flow stream, fluid pressure (fluid inlet pressure, fluid output pressure) in the control circuit and providing the state value to a bus interface associated with the control circuit.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Ermittlung des Zustandswerts eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Kennwerts, insbesondere eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, in der Steuerschaltung vorgenommen wird. In a further embodiment of the method, it is provided that an evaluation of a time profile of the sensor signal and / or a time profile of the at least one characteristic value, in particular a determination of an extreme value or a gradient, in the control circuit is performed for the determination of the state value.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für die Ermittlung des Zustandswerts eine Abfrage von Signaleingängen an einer Busschnittstelle, die für eine Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung ausgebildet ist und an einer Sensorschnittstelle, die für einen unmittelbaren Anschluss eines Sensormittels ausgebildet ist, durchführt. In a further refinement of the method, it is provided that the control circuit for determining the state value carries out a query of signal inputs at a bus interface which is designed for communication with a superordinate control device and at a sensor interface which is designed for a direct connection of a sensor means ,
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung bei der Ermittlung des Zustandswerts ein an der Busschnittstelle bereitgestelltes Stellungssignal eines Stellungssensors, der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors ausgebildet ist, berücksichtigt. In a further refinement of the method, provision is made for the control circuit to take into account, when determining the state value, a position signal of a position sensor provided on the bus interface, which is designed to determine a position of an actuator.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mit dem Sensormittel eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs oder eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb gebildeten Vorsteuerventil gekoppelt ist, durchgeführt wird. In a further embodiment of the method, it is provided that a determination of a position of the valve drive or a determination of a position of a main valve, which is coupled fluidically with a pilot valve formed by the valve drive, is performed with the sensor means.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung einen Vergleich von, insbesondere mit Zeitstempeln versehenen, Zustandswerten und/oder Sensorsigna- len und/oder Kennwerten mit aktuellen Zustandswerten und/ode Sensorsignalen und/oder Kennwerten durchführt und bei Vorlie gen einer vorgebbaren Abweichung ein Diagnosesignal an der Busschnittstelle bereitstellt. In a further embodiment of the method it is provided that the control circuit a comparison of, in particular provided with time stamps, state values and / or sensor sensor len and / or characteristic values with current state values and / or sensor signals and / or characteristic values is carried out and provides a diagnostic signal at the bus interface in the presence of a presettable deviation.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt: An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines fluidischen Figure 1 is a schematic representation of a fluidic
Systems mit einer übergeordneten Steuerungseinrich tung, einem übergeordneten und einem untergeordneten Buskommunikationssystem und einer Ventilanordnung, die eine Steuereinrichtung und eine Ventileinrichtung umfasst, sowie mehreren Aktoren und zu geordneten Sensoren,  System comprising a higher-level control device, a higher-level and a lower-level bus communication system and a valve arrangement comprising a control device and a valve device, as well as a plurality of actuators and arranged sensors,
Figur 2 eine Ausschnittdarstellung der Figur 1 mit einer alternativen Ankopplung der Ventilanordnung an das übergeordnete BuskommunikationsSystem, FIG. 2 shows a detail view of FIG. 1 with an alternative coupling of the valve arrangement to the higher-level bus communication system,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung, die acht unabhängig voneinander ansteuerbare Piezoventile und vier von den Piezoventilen pneuma tisch ansteuerbare Hauptventile umfasst, 3 is a schematic representation of a valve arrangement comprising eight independently controllable piezo valves and four of the piezo valves pneuma table controllable main valves,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer konkreten Figure 4 is a perspective view of a concrete
Ausführungsform der in der Figur 3 dargestellten Ventilanordnung ,  Embodiment of the valve arrangement shown in Figure 3,
Figur 5 eine ebene, schematische Detaildarstellung eines Figure 5 is a planar, schematic detail of a
Sensormittels aus der Figur 4  Sensor means of Figure 4
Figur 6 eine schematische Funktionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung, und Figur 7 eine ebene, schematische Funktionsdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Ventileinrichtung. Figure 6 is a schematic functional representation of a second embodiment of a valve device, and Figure 7 is a planar, schematic functional representation of a third embodiment of a valve device.
Ein schematisch in der Figur 1 dargestelltes fluidisches System 1 umfasst eine übergeordnete Steuerungseinrichtung 2, ein übergeordnetes Buskommunikationssystem 3, einen Buskoppler 4, ein untergeordnetes Buskommunikationssystem 5, eine Ventilanordnung 6 sowie mehrere Aktoren 7, 8, den Aktoren 7, 8 zugeordnete externe Sensoreinrichtungen 9 bis 12 sowie Eingangs -/Ausgangsmodule 15, 16. A fluidic system 1 shown schematically in FIG. 1 comprises a higher-order control device 2, a higher-level bus communication system 3, a bus coupler 4, a subordinate bus communication system 5, a valve arrangement 6 and several actuators 7, 8, external actuators 9 to 8 associated with the actuators 7, 8 12 and input / output modules 15, 16.
Ein derartiges fluidisches System 1 kann beispielsweise in einer nicht näher dargestellten komplexen Bearbeitungsmaschine für Automatisierungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise um nicht dargestellte Werkstücke mit Hilfe der Aktoren 7, 8 zeitweilig zu spannen oder zu transportieren. Um die einzelnen Abläufe in einer derartigen Bearbeitungsmaschine zu koordinieren, ist eine beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 vorgesehen, die mit einem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 verbunden ist, um mit einer Vielzahl von Busteilnehmern kommunizieren zu können. Bei den Busteilnehmern handelt es sich beispielsweise um eine nicht dargestellte Motorsteuerung zur Ansteuerung ebenfalls nicht dargestellter elektrischer Antriebsmotoren oder um Buskoppler 4, die für eine Einbindung komplex aufgebauter Subkomponenten wie beispielsweise der Ventilanordnung 6 in das fluidische System 1 ausgebildet sind. Derartige komplexe Subkomponenten können mit einem eigenständigen, vom Buskommunikationsprotokoll des übergeordneten Buskommunikationssystems 3 unabhängigen internen Buskommunikationsprotokoll arbeiten, um eine Vielzahl von Busteilnehmern innerhalb des untergeordneten Buskommunikationssystems 5 ansprechen zu können. Während es sich bei dem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 typischerweise um ein Feldbussystem nach einem der üblichen Feldbusstandards handelt, ist das untergeordnete Buskommunikati- onssystem 5 typischerweise ein proprietäres, individuell auf die Bedürfnisse der Busteilnehmer des untergeordneten Buskommunikationssystem 5 abgestimmtes Buskommunikationsprotokoll. Such a fluidic system 1 can be used, for example, in a complex processing machine not shown in detail for automation purposes, for example, to temporarily clamp or transport not shown workpieces with the help of the actuators 7, 8. In order to coordinate the individual processes in such a processing machine, a higher-level control device 2 designed, for example, as a programmable logic controller (PLC) is provided, which is connected to a higher-level bus communication system 3 in order to be able to communicate with a large number of bus users. The bus subscribers are, for example, an unillustrated motor controller for controlling electric drive motors (also not shown) or bus couplers 4, which are designed to integrate complex subcomponents such as the valve arrangement 6 into the fluidic system 1. Such complex subcomponents may operate with an independent internal bus communication protocol independent of the bus communication protocol of the parent bus communication system 3 in order to be able to address a plurality of bus subscribers within the subordinate bus communication system 5. While it If the higher-level bus communication system 3 is typically a fieldbus system according to one of the usual fieldbus standards, the subordinate bus communication system 5 is typically a proprietary bus communication protocol tailored to the needs of the bus subscribers of the subordinate bus communication system 5.
Vorliegend ist aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 lediglich ein einziger als Ventilanordnung 6 ausgebildeter Busteilnehmer angeschlossen, dessen Aufbauweise und Funktionsweise nachstehend näher erläutert werden soll. Die Ventilanordnung 6 um- fasst eine Steuereinrichtung 17 sowie eine als Ventileinrichtung 18 bezeichnete Ventilsteuerung. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 17 und die Ventileinrichtung 18 baulich getrennt voneinander ausgebildet sind und in nicht näher dargestellten Gehäusen aufgenommen sind. Dabei dient die Steuereinrichtung 17 zur Ansteuerung mehrerer Ventileinrichtungen 18, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch lediglich eine dargestellt ist. Zwischen der Steuereinrichtung 17 und der Ventileinrichtung 18 ist eine Kommunikationsverbindung vorgesehen, die exemplarisch mittels eines Verbindungskabels 19 realisiert ist. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise als digitale, serielle Datenkommunikation, insbesondere nach dem SPI-Standard (Serial Peripheral Interface) für eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 17 und der Ventileinrichtung 18 ausgebildet sein. In the present case, for reasons of simplified drawing, only a single bus subscriber formed as a valve arrangement 6 is connected to the subordinate bus communication system 5, the structure and mode of operation of which will be explained in more detail below. The valve arrangement 6 comprises a control device 17 and a valve control designated as a valve device 18. By way of example, it is provided that the control device 17 and the valve device 18 are structurally separated from each other and are accommodated in housings, not shown. In this case, the control device 17 is used to control a plurality of valve devices 18, of which, for reasons of clarity, however, only one is shown. Between the control device 17 and the valve device 18, a communication connection is provided, which is realized by way of example by means of a connection cable 19. The communication connection can be designed, for example, as digital, serial data communication, in particular according to the SPI standard (Serial Peripheral Interface) for bidirectional communication between the control device 17 and the valve device 18.
Die Steuereinrichtung 17 ist als elektronische Schaltung ausgebildet und weist mehrere elektronische Komponenten auf, die auf einer gedruckten Schaltung oder Leiterplatte angeordnet sind. Die nachstehend näher beschriebenen elektronischen Korn- ponenten sind für den Funktionsumfang der Steuereinrichtung 17 von wesentlicher Bedeutung, weitere nachstehend nicht näher beschriebene elektronische und elektrische Komponenten dienen als Peripherie und stellen beispielsweise die elektrische Versorgung und die interne und externe elektronische Kommunikation der nachstehend beschriebenen elektronischen Komponenten sicher. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 17 einen elektronischen Kommunikationsbaustein 20 als Busschnittstelle umfasst, der für einen Empfang, eine Verarbeitung und eine Weiterleitung von Daten vorgesehen ist, die über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 bereitgestellt werden. Hierzu ist der Kommunikationsbaustein 20 exemplarisch sowohl mit dem Buskoppler 4 als auch mit dem Eingangs -/Ausgangsmodul 16 verbunden, das für einen Anschluss an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 ausgebildet ist. Der elektronische Kommunikationsbaustein 20 kann über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 eintreffende Daten daraufhin untersuchen, ob diese Daten gegebenenfalls für die Steuereinrichtung 17 bestimmt sind. Ferner kann der elektronische Kommunikationsbaustein 20 Daten an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 ausgeben, um beispielsweise Zustandsmeldungen über die Funktion der Steuereinrichtung 17 und damit verbundener Komponenten an die Steuerungseinrichtung 2 zu übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektronische Kommunikationsbaustein 20 auch Daten an andere Teilnehmer des untergeordneten Buskommunikationssystems 5 weitergeben kann, die für eine Beeinflussung, insbesondere Steuerung oder Parametrierung dieser weiteren Buskommunikati- onsteilnehmer vorgesehen sind. Sofern der Kommunikationsbaustein 20 aus Daten, die über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 eintreffen, Informationen entnehmen kann, die an die Steuereinrichtung 17 gerichtet sind, kann er diese Informationen an eine Verarbeitungseinrichtung 21 weiterleiten. Exemplarisch ist die Verarbeitungseinrichtung 21 als Recheneinheit, insbesondere in Form eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors, ausgebildet und umfasst eine nicht näher dargestellte Speichereinrichtung. Die Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung 21 besteht darin, Daten zu verarbeiten, die zum einen vom elektronischen Kommunikationsbaustein 20 bereitgestellt werden und die zum anderen von Anschlusseinrichtungen 22 - 25 und daran angeschlossenen Ventileinrichtungen 18 bereitgestellt werden. Eine wesentliche Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung 21 besteht darin, aus den über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 übertragenen und vom Kommunikationsbaustein 20 bereitgestellten Daten Bewegungsbefehle zu isolieren, die eine konkrete Bewegung eines Aktors 8 beschreiben, der von der Ventileinrichtung 18 angesteuert werden soll. Bei Eintreffen eines derartigen Bewegungsbefehls ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung 21 zunächst den gegenwärtigen Status des Aktors 8 bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise darüber, dass Sensorsignale von externen Sensoreinrichtungen sowie von Sensormitteln, die der Ventileinrichtung 18 zugeordnet sind, in der Verarbeitungseinrichtung 21 verarbeitet werden. The control device 17 is designed as an electronic circuit and has a plurality of electronic components which are arranged on a printed circuit or printed circuit board. The electronic grinder described in more detail below Components are essential to the functional scope of the control device 17, further electronic and electrical components not described in detail below serve as peripherals and ensure, for example, the electrical supply and the internal and external electronic communication of the electronic components described below. By way of example, it is provided that the control device 17 comprises an electronic communication module 20 as a bus interface, which is provided for receiving, processing and forwarding data, which are provided via the subordinate bus communication system 5. For this purpose, the communication module 20 is connected by way of example both to the bus coupler 4 and to the input / output module 16, which is designed for connection to the subordinate bus communication system 5. The electronic communication module 20 can then use the subordinate bus communication system 5 to check whether this data is optionally intended for the control device 17. Furthermore, the electronic communication module 20 may output data to the subordinate bus communication system 5, for example, to transmit status messages about the function of the control device 17 and associated components to the control device 2. Furthermore, it can be provided that the electronic communication module 20 can also pass on data to other subscribers of the subordinate bus communication system 5, which are provided for influencing, in particular controlling or parameterizing, these further bus communication subscribers. If the communication module 20 can derive information which is sent via the subordinate bus communication system 5 and which is directed to the control device 17, it can forward this information to a processing device 21. By way of example, the processing device 21 is embodied as a computing unit, in particular in the form of a microcontroller or microprocessor, and comprises a memory device (not shown). The task of the processing device 21 is to process data which are provided on the one hand by the electronic communication module 20 and on the other hand are provided by connection devices 22 - 25 and valve devices 18 connected thereto. An essential task of the processing device 21 is to isolate motion commands from the data transmitted via the subordinate bus communication system 5 and provided by the communication module 20, which describe a specific movement of an actuator 8 which is to be controlled by the valve device 18. When such a movement command is received, it is provided that the processing device 21 first determines the current status of the actuator 8. This is done, for example, via the fact that sensor signals from external sensor devices as well as from sensor means associated with the valve device 18 are processed in the processing device 21.
Ausgehend von dieser Bestimmung des aktuellen Zustands des angeschlossenen Aktors 8 kann die Verarbeitungseinrichtung 21 in einem nachgelagerten Arbeitsschritt ein Bewegungsprofil für den angeschlossenen Aktor 8 erstellen, das anschließend an die wenigstens eine Ventileinrichtung 18 bereitgestellt wird. Bei dem Bewegungsprofil handelt es sich beispielsweise um eine konkrete Vorgabe für einen zeitlichen Bewegungsablauf des angeschlossenen Aktors 8, die in der Ventileinrichtung 18 in Stellsignale zur Freigabe der entsprechenden Fluidströme umgesetzt wird, die von den einzelnen an die Ventileinrichtung 18 angeschlossenen Ventilen freigegeben und dem Aktor 8 zur Verfügung gestellt werden sollen. Vorzugsweise ist in der nicht dargestellten Speichereinrichtung der Verarbeitungseinrichtung 21 wenigstens ein Regelalgorithmus abgelegt, mit dessen Hilfe eine Regelung des Aktors 8, insbesondere eine Stellungsregelung, vorgenommen werden kann. Dabei kann der wenigstens eine gespeicherte Regelalgorithmus vorzugsweise parametriert werden, um ihn an die Eigenschaften des angeschlossenen Aktors 8 anzupassen. Hierfür kann die Verarbeitungseinrichtung 21 über das untergeordnete Buskommunikati- onssystem 5 mit Hilfe des elektronischen Kommunikationsbausteins 20 und des Buskopplers 4 über ein geeignetes Eingabegerät angesprochen werden, das an den Buskoppler 4 angeschlossen wird. Bei dem Eingabegerät handelt es sich beispielsweise um einen Personal Computer, insbesondere um einen Laptop. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Buskoppler 4 und/oder die Verarbeitungseinrichtung 21 einen Webbrowser umfassen, der gemäß einem vorgegebenen Protokoll eine Bedienoberfläche für das angeschlossene Eingabegerät, insbesondere in Form einer Eingabemaske für die fraglichen Parameter, bereitstellt . Based on this determination of the current state of the connected actuator 8, the processing device 21 can create a movement profile for the connected actuator 8 in a downstream working step, which is then provided to the at least one valve device 18. The movement profile is, for example, a specific specification for a temporal movement sequence of the connected actuator 8, which is converted in the valve device 18 into control signals for releasing the corresponding fluid flows which are released by the individual valves connected to the valve device 18 and the actuator 8 should be made available. Preferably, at least one control algorithm is stored in the non-illustrated memory device of the processing device 21, with the aid of which a control of the actuator 8, in particular a position control, can be performed. In this case, the at least one stored control algorithm can preferably be parameterized in order to adapt it to the properties of the connected actuator 8. For this purpose, the processing device 21 can be addressed via the subordinate bus communication system 5 with the aid of the electronic communication module 20 and the bus coupler 4 via a suitable input device which is connected to the bus coupler 4. The input device is, for example, a personal computer, in particular a laptop. It is particularly advantageous if the bus coupler 4 and / or the processing device 21 comprise a web browser which according to a predetermined protocol provides a user interface for the connected input device, in particular in the form of an input mask for the parameters in question.
Ferner umfasst die Steuereinrichtung 17 wenigstens einen Drucksensor, insbesondere einen Versorgungsdrucksensor 26 und einen Umgebungsdrucksensor 27. Der Versorgungsdrucksensor 26 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer fluidischen Versorgungsleitung verbunden, die für eine Bereitstellung von Fluidströmen an die nicht dargestellten Ventile vorgesehen ist, die mit der Ventileinrichtung 18 verbunden sind. Der Umgebungsdrucksensor 27 hat die Aufgabe, einen Umgebungsdruck in der Umgebung der Steuereinrichtung 17 zu ermitteln. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Versorgungsdrucksensor 26 und der Umgebungsdrucksensor 27 als Absolutdrucksensoren ausgebildet sind, so dass eine Druckmessung gegenüber einem in- ternen Vakuum im jeweiligen Drucksensor durchgeführt wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch die Ventileinrichtung 18 mit nachstehend noch näher beschriebenen Absolutdrucksensoren bestückt ist. Furthermore, the control device 17 comprises at least one pressure sensor, in particular a supply pressure sensor 26 and an ambient pressure sensor 27. The supply pressure sensor 26 is connected in a manner not shown with a fluidic supply line, which is provided for providing fluid flows to the valves, not shown, with the Valve device 18 are connected. The ambient pressure sensor 27 has the task of determining an ambient pressure in the surroundings of the control device 17. By way of example, provision is made for the supply pressure sensor 26 and the ambient pressure sensor 27 to be designed as absolute pressure sensors, so that a pressure measurement is compared with an internal pressure sensor. vacuum is performed in the respective pressure sensor. This is particularly advantageous if the valve device 18 is equipped with absolute pressure sensors described in more detail below.
Die ebenfalls in der Figur 1 schematisch dargestellte Ventileinrichtung 18 umfasst als zentrale Komponente ein als Recheneinheit, insbesondere Mikrocontroller oder Mikroprozessor, ausgebildetes Verarbeitungsmittel 28, das auf einer gedruckten Schaltung 29 angeordnet ist. Exemplarisch ist die gedruckte Schaltung 29 als Leiterplatte mit nicht näher dargestellten elektrischen Leiterbahnen aus einem flexiblen Materialverbund hergestellt und kann daher beispielsweise an den Biegekanten 30 und 31 jeweils um 90 Grad abgeknickt werden, um eine vorteilhafte Integration in ein nachstehend näher beschriebenes Ventilmodul zu gewährleisten. Durch die vorgesehenen Biegekanten 30 und 31 wird die gedruckte Schaltung 29 in drei Bereiche 32, 34, 35 unterteilt, wobei auch eine andere Aufteilung gewählt werden kann oder auf eine Biegung der gedruckten Schaltung 29 verzichtet werden kann. The valve device 18, also shown diagrammatically in FIG. 1, comprises as a central component a processing means 28 which is designed as a computer unit, in particular a microcontroller or a microprocessor and which is arranged on a printed circuit board 29. By way of example, the printed circuit 29 is manufactured as a printed circuit board with electrical interconnects not shown in detail from a flexible composite material and can therefore be bent, for example, at 90 degrees to the bending edges 30 and 31, to ensure an advantageous integration in a valve module described in more detail below. By the intended bending edges 30 and 31, the printed circuit 29 is divided into three areas 32, 34, 35, wherein also a different division can be selected or can be dispensed with a bending of the printed circuit 29.
Exemplarisch ist im ersten Bereich 32 der gedruckten Schaltung ein Anschlussbereich ausgebildet, der mehrere elektrisch leitende Anschlusskontakte 33 umfasst, die für eine elektrische Verbindung mit nicht dargestellten Ventilen vorgesehen sind. Im zweiten Bereich ist das Verarbeitungsmittel 28 mit einer nicht näher dargestellten elektrischen und gegebenenfalls elektronischen Peripherie angeordnet, wobei es sich bei dieser Peripherie insbesondere um elektrische und elektronische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren oder integrierte Schaltkreise handeln kann. Exemplarisch ist im zweiten Bereich 34 auch eine elektrische Endstufenanordnung 38 vorgesehen, die elektrisch mit dem Verarbeitungsmittel 28 gekoppelt ist und die bei Beaufschlagung mit elektrischen Sig- nalen durch das Verarbeitungsmittel 28 entsprechende elektrische Leistung an die jeweiligen Anschlusskontakte 33 bereitstellen kann, um die damit verbundenen, nicht dargestellten Ventile, elektrisch anzusteuern. By way of example, a connection region is formed in the first region 32 of the printed circuit, which comprises a plurality of electrically conductive connection contacts 33, which are provided for an electrical connection with valves, not shown. In the second area, the processing means 28 is arranged with an electrical and optionally electronic periphery (not shown in detail), wherein this periphery may in particular be electrical and electronic components such as resistors, capacitors or integrated circuits. By way of example, in the second region 34, an electrical output stage arrangement 38 is also provided, which is electrically coupled to the processing means 28 and which, when exposed to electrical signals. nals provided by the processing means 28 corresponding electrical power to the respective terminals 33 to electrically control the associated, not shown, valves.
Im dritten Bereich 35 der gedruckten Schaltung 29 sind zwei Drucksensoren 36, 37 angeordnet, die vorzugsweise als Absolutdrucksensoren ausgebildet sind und die für eine Ermittlung eines Fluiddrucks, insbesondere an einem Arbeitsausgang eines Ventilmoduls, ausgebildet sind. Ferner sind im dritten Bereich 35 elektrische Anschlüsse 40 für nicht näher dargestellte Positionssensoren vorgesehen, mit denen beispielsweise die Position von pneumatisch vorgesteuerten Hauptventilen ermittelt werden kann. In the third region 35 of the printed circuit 29, two pressure sensors 36, 37 are arranged, which are preferably designed as absolute pressure sensors and which are designed for determining a fluid pressure, in particular at a working output of a valve module. Further, in the third region 35 electrical connections 40 are provided for position sensors, not shown, with which, for example, the position of pneumatically piloted main valves can be determined.
Die Verarbeitungsmittel 28 sind für eine Kommunikation mit der Verarbeitungseinrichtung 21 über eine leitergebundene, exemplarisch kabelgebundene, Kommunikationsverbindung 39 ausgebildet. Die Kommunikationsverbindung 39 ist über das Verbindungskabel 19 an eine der Anschlusseinrichtungen 22 - 25 der Steuereinrichtung 17 geführt. Vorzugsweise wird die Kommunikationsverbindung 39 gemäß dem SPI-Protokoll bidirektional zwischen Verarbeitungsmitteln 28 und Verarbeitungseinrichtung 21 durchgeführt. Dabei können die Verarbeitungsmittel 28 insbesondere Steuerbefehle der Verarbeitungseinrichtung 21 empfangen, um diese lokal vor Ort durch entsprechende Verarbeitung, insbesondere unter Verwendung von gespeicherten oder fest einprogrammierten Algorithmen, in Stellsignale für die an den Anschlusskontakten 33 angeschlossenen, nicht dargestellten Ventile umzusetzen. Ferner sind die Verarbeitungs- mittel 28 für eine Verarbeitung von Sensorsignalen, die von den Drucksensoren 36 und 37 sowie von den nicht dargestellten Positionssensoren, die an den elektrischen Anschlüssen 40 an- geschlossen sind, bereitgestellt werden, ausgebildet. Hierdurch kann beispielsweise eine Druckregelung für die Ventile auf Basis der Signale der Drucksensoren 36 und 37 und/oder eine Positionsregelung für die Ventile auf Basis der Signale der an den elektrischen Anschlüssen 40 angeschlossenen Positionssensoren durch die Verarbeitungsmittel 28 durchgeführt werden, die in einer entsprechenden Ansteuerung der an den Anschlusskontakten 33 angeschlossenen, nicht dargestellten Ventile resultiert. The processing means 28 are designed for communication with the processing device 21 via a conductor-connected, exemplarily wired, communication connection 39. The communication connection 39 is guided via the connection cable 19 to one of the connection devices 22 - 25 of the control device 17. Preferably, the communication link 39 is bidirectionally performed between processing means 28 and processing means 21 according to the SPI protocol. In this case, the processing means 28 can in particular receive control commands of the processing device 21 in order to implement them locally on site by appropriate processing, in particular using stored or permanently programmed algorithms, into control signals for the valves connected to the connection contacts 33, not shown. Furthermore, the processing means 28 are for processing sensor signals received from the pressure sensors 36 and 37 and from the position sensors, not shown, which are connected to the electrical connections 40. are closed, provided, trained. In this way, for example, a pressure control for the valves based on the signals of the pressure sensors 36 and 37 and / or a position control for the valves based on the signals of the position sensors connected to the electrical terminals 40 are performed by the processing means 28, in a corresponding control of the results in the connection contacts 33 connected, not shown valves results.
Die von den angeschlossenen Sensoren, insbesondere den Drucksensoren 36, 37 und den Positionssensoren an den Anschlüssen 40 bereitgestellten Sensorsignale können neben der unmittelbaren Verarbeitung im Verarbeitungsmittel 28 auch als Rohdaten oder Rohsignale über die Kommunikationsverbindung 39 an die Verarbeitungseinrichtung 21 bereitgestellt werden. Die Verarbeitungseirichtung 21 ist derart ausgebildet, dass sie auf Basis derartiger Rohdaten oder Rohsignale, gegebenenfalls unter Verknüpfung mit Sensorsignalen externer Sensoreinrichtungen 9, 10, die über das untergeordnete Buskommunikations- system 5 bereitgestellt werden, ebenfalls Regelalgorithmen anwenden kann, um beispielsweise eine Positionsregelung für einen der angeschlossenen Aktoren 7 oder 8 vorzunehmen. Dabei sind exemplarisch sowohl am Aktor 7 als auch am Aktor 8 die Positionssensoren 9 bis 12 angeordnet, die jeweils exemplarisch zur Ermittlung einer Position eines Kolbens 45 bzw. 46 der als Pneumatikzylinder ausgebildeten Aktoren 7,8 vorgesehen sind. Dabei sind die Positionssensoren 9 und 10 über ein externes Eingangs -/Ausgangsmodul 15 mit dem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 gekoppelt. Dementsprechend werden die Positionssignale dieser Positionssensoren 9 und 10 über das übergeordnete Buskommunikationssystem 3, den Buskoppler 4 und das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 sowie den Kommunikationsbaustein 20 an die Verarbeitungseinrichtung 21 übertragen. Die Positionssensoren 11 und 12 sind hingegen mit dem internen Eingangs -/Ausgangsmodul 16 verbunden, das über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 direkt mit dem Kommunikationsbaustein 20 kommuniziert, wodurch eine besonders geringe Signallaufzeit zwischen den Sensoren und der Verarbeitungseinrichtung 21 gewährleistet werden kann. The sensor signals provided by the connected sensors, in particular the pressure sensors 36, 37 and the position sensors at the terminals 40, can also be provided as raw data or raw signals via the communication link 39 to the processing device 21 in addition to the immediate processing in the processing means 28. The processing device 21 is designed in such a way that it can also use control algorithms on the basis of such raw data or raw signals, possibly together with sensor signals from external sensor devices 9, 10, which are provided via the subordinate bus communication system 5, in order, for example, to control the position of one of the connected actuators 7 or 8 make. In this case, the position sensors 9 to 12 are arranged by way of example both on the actuator 7 and on the actuator 8, which are each provided by way of example for determining a position of a piston 45 or 46 of the actuators 7, 8 designed as pneumatic cylinders. The position sensors 9 and 10 are coupled via an external input / output module 15 to the higher-level bus communication system 3. Accordingly, the position signals of these position sensors 9 and 10 via the higher-level bus communication system 3, the bus coupler 4 and the subordinate bus communication system 5 and the Communication module 20 transmitted to the processing device 21. On the other hand, the position sensors 11 and 12 are connected to the internal input / output module 16, which communicates directly with the communication module 20 via the subordinate bus communication system 5, whereby a particularly short signal propagation time between the sensors and the processing device 21 can be ensured.
In der Figur 2 ist eine alternative Anschlussweise für die Ventilanordnung 6 vorgesehen, bei der eine unmittelbare Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung 2, der Ventilanordnung 6 und dem Eingangs -/Ausgangsmodul 15 vorgesehen ist. Hierzu ist es vorgesehen, den elektronischen Kommunikationsbaustein 20 gemäß der Figur 1 derart abzuändern, dass eine direkte Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung 2 und der Ventilanordnung 6 ermöglicht wird. Diese Aufbauwei- se ist zu bevorzugen, wenn keine Variabilität für das fluidische System hinsichtlich der Auswahl des Buskommunikations- protokolls notwendig ist, sondern die Ventilanordnungen 6 stets an das gleiche übergeordnete Buskommunikationssystem 3 angeschlossen werden. FIG. 2 provides an alternative connection for the valve arrangement 6, in which a direct communication between the control device 2, the valve arrangement 6 and the input / output module 15 is provided. For this purpose, it is provided to modify the electronic communication module 20 according to FIG. 1 such that a direct communication between the control device 2 and the valve arrangement 6 is made possible. This structure is preferable if no variability is necessary for the fluidic system with regard to the selection of the bus communication protocol, but the valve arrangements 6 are always connected to the same superordinate bus communication system 3.
In der Figur 3 ist ein exemplarischer Anwendungsfall für eine in der Figur 1 dargestellte Ventilanordnung 6 dargestellt. Die Ventilanordnung 6 ist mit einer Ventilscheibe 50 elektrisch verbunden und zur elektrischen Ansteuerung von exemplarisch acht Piezoventilen 51a bis 51h vorgesehen. Die Piezo- ventile 51a bis 51h sind jeweils in nicht näher dargestellter Weise mit den in Figur 1 dargestellten Anschlusskontakten 33 der Ventilanordnung 6 elektrisch verbunden und können somit durch die Verarbeitungsmittel 28 individuell mit elektrischer Energie versorgt werden. Exemplarisch ist bei der Ausführungsform gemäß der Figur 3 vorgesehen, dass jeweils zwei der Piezoventile 51a bis 51h in einem gemeinsamen Aufnahmeschacht 52a bis 52d untergebracht sind, wobei in jedem der Aufnahme- schächte 52a bis 52d ein vorgebbares pneumatisches Druckniveau vorliegt, das von den jeweils in dem entsprechenden Auf- nahmeschacht 52a bis 52d untergebrachten Piezoventilen 51a bis 51h zur Bereitstellung an Anschlussstellen 53a bis 53h freigegeben werden kann. Dabei sind die Aufnahmeschächte 52b und 52c für eine Beaufschlagung mit einem Versorgungsdruck vorgesehen, der von einer pneumatischen Quelle 54 bereitgestellt wird. Die beiden Aufnahmeschächte 52a und 52d sind hingegen kommunizierend mit dem Umgebungsdruck verbunden und dienen der Abfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid. Vorzugsweise sind eine erste Anschlussstelle 53a mit einer dritten Anschlussstelle 53c und eine zweite Anschlussstelle 53b mit einer vierten Anschlussstelle 53d pneumatisch verbunden und bilden jeweils einen Arbeitsanschluss 55a bzw. 55b. Ferner sind eine fünfte Anschlussstelle 53e mit einer siebten Anschlussstelle 53g und eine sechste Anschlussstelle 53f mit einer achten Anschlussstelle 53h pneumatisch verbunden und bilden jeweils einen Arbeitsanschluss 55c bzw. 55d. Somit kann an den Arbeitsanschlüssen 55a bis 55d wahlweise ein Versorgungsdruck oder ein Umgebungsdruck angelegt werden. FIG. 3 shows an exemplary application for a valve arrangement 6 shown in FIG. The valve assembly 6 is electrically connected to a valve disc 50 and provided for the electrical control of exemplary eight piezo valves 51a to 51h. The piezo valves 51a to 51h are each electrically connected in a manner not shown with the terminal contacts 33 of the valve assembly 6 shown in Figure 1 and can thus be supplied individually by the processing means 28 with electrical energy. By way of example, it is provided in the embodiment according to FIG. 3 that in each case two of the Piezoventile 51a to 51h are housed in a common receiving slot 52a to 52d, wherein in each of the receiving slots 52a to 52d a specifiable pneumatic pressure level is present, which provided by each accommodated in the corresponding receiving shaft 52a to 52d piezo valves 51a to 51h can be released at connection points 53a to 53h. The receiving wells 52b and 52c are provided for admission with a supply pressure provided by a pneumatic source 54. The two receiving wells 52a and 52d, however, are communicatively connected to the ambient pressure and serve for the removal of pressurized fluid. Preferably, a first connection point 53a with a third connection point 53c and a second connection point 53b with a fourth connection point 53d are pneumatically connected and each form a working connection 55a or 55b. Furthermore, a fifth connection point 53e with a seventh connection point 53g and a sixth connection point 53f with an eighth connection point 53h are pneumatically connected and each form a working connection 55c or 55d. Thus, either a supply pressure or an ambient pressure can be applied to the working ports 55a to 55d.
Die Arbeitsanschlüsse 55a bis 55d sind exemplarisch jeweils mit pneumatisch vorgesteuerten Hauptventilen 56a bis 56d verbunden, um diese exemplarisch als 2/2 -Wegeventil ausgeführten Hauptventile 56a bis 56d wahlweise zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung zu schalten und hierdurch eine wahlweise Bereitstellung bzw. Abführung von druckbeaufschlagtem Fluid zu einem bzw. von einem nicht dargestellten fluidischen Verbraucher zu ermöglichen, der an Ausgangsanschlüssen 74a, 74b angeschlossen werden kann. Exemplarisch ist vorgesehen, dass jedem der Arbeitsanschlüsse 74a, 74b jeweils ein Drucksensor 36 bzw. 37 zugeordnet ist, um dem Verarbeitungsmittel 28 der Ventileinrichtung 18 elektrische Drucksignale über die jeweils an den Arbeitsanschlüssen 74a, 74b anliegenden Druckniveaus geben zu können. Ferner ist jedem der Hauptventile 56a bis 56d ein Positionssensor 41 bis 44 zugeordnet, der für eine Ermittlung einer Schaltstellung des jeweiligen Hauptventils 56a bis 56d ausgebildet ist. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform können die pneumatisch vorgesteuerten Hauptventile in anderen The working ports 55a to 55d are each connected by way of example to pneumatically pilot-controlled main valves 56a to 56d in order selectively to switch these main valves 56a to 56d, which are designed as 2/2-way valves, between a first and a second switching position, thereby selectively providing or discharging allow pressurized fluid to or from a fluidic consumer, not shown, which can be connected to output terminals 74a, 74b. By way of example, it is provided that each of the working ports 74a, 74b is assigned a respective pressure sensor 36 or 37 in order to be able to give the processing means 28 of the valve device 18 electrical pressure signals via the pressure levels respectively present at the working ports 74a, 74b. Further, each of the main valves 56a to 56d is assigned a position sensor 41 to 44 configured to detect a switching position of the respective main valve 56a to 56d. In another embodiment, not shown, the pneumatically pilot-operated main valves in other
Schaltkonfigurationen, insbesondere als 3/2 -Wegeventile, als 5/2 -Wegeventeile oder als Proportionalventile ausgebildet sein . Switching configurations, in particular as 3/2 way valves, be designed as 5/2 way valves or as proportional valves.
Die Figur 4 zeigt eine praktische Ausführungsform der in Figur 3 dargestellten Ventilscheibe 50, deren mechanische und fluidische Aufbauweise aus der EP 2 549 125 AI bekannt ist, die hiermit vollumfänglich mit einbezogen wird, wobei nachfolgend der Übersicht wegen eine Zusammenfassung der wesentlichen Elemente der bekannten Ventilscheibe erfolgt. Hierbei sind die in der EP 2 549 125 AI verwendeten Bezugszeichen an die Bezugszeichen der vorliegenden Figurenbeschreibung ange- passt . FIG. 4 shows a practical embodiment of the valve disc 50 shown in FIG. 3, whose mechanical and fluidic structure is known from EP 2 549 125 A1, which is hereby incorporated in full, wherein for the sake of clarity a summary of the essential elements of the known valve disc is provided below he follows. Here, the reference numbers used in EP 2 549 125 A1 are adapted to the reference numerals of the present description of the figures.
Die Ventilscheibe 50 umfasst ein Ventilmodul 57 und ein The valve disc 50 includes a valve module 57 and a
Hauptventilmodul 58, die beide exemplarisch quaderförmig ausgebildet sind. An Schmalseiten 59, 60 der Ventilscheibe 50 ragen jeweils als Flachstecker 61, 62 ausgebildete Kontaktmittel ab, wobei der Flachstecker 61 elektrisch dem Ventilmodul 57 und der Flachstecker 62 elektrisch dem Hauptventilmodul 58 zugeordnet ist. Das Hauptventilmodul 58 wird von mehreren, normal zur Schnittebene der Darstellung gemäß der Figur 4 ausgerichteten Ausnehmungen 63, 64, 65 durchsetzt, die bei einer Aneinanderreihung mehrerer Ventilscheiben 50 durchgehende Kanäle für eine Fluidversorgung und Fluidentsorgung für die Hauptventile 56a bis 56 d ausgebildet sind. In gleicher Weise wird das Ventilmodul 57 von Ausnehmungen durchsetzt, die für eine fluidische Versorgung und Entsorgung der Piezoventile 51a bis 51h vorgesehen sind und die in der Figur 4 nicht erkennbar sind. Main valve module 58, both of which are exemplary square-shaped. On narrow sides 59, 60 of the valve disc 50 protrude in each case as a flat plug 61, 62 formed contact means, the tab 61 is electrically associated with the valve module 57 and the tab 62 electrically the main valve module 58. The main valve module 58 is penetrated by a plurality of recesses 63, 64, 65 aligned normal to the sectional plane of the illustration according to FIG in a series of several valve disks 50 through channels for fluid supply and fluid disposal for the main valves 56a to 56 d are formed. In the same way, the valve module 57 is penetrated by recesses which are provided for a fluid supply and disposal of the piezo valves 51a to 51h and which are not recognizable in FIG.
Das Ventilmodul 57 ist mit dem Hauptventilmodul 58 durch elastische Riegelzungen 66 verbunden, die an einem zwischen dem Ventilmodul 57 und dem Hauptventilmodul 58 angeordneten Verbindungsteil 67 ausgebildet sind. Die Riegelzungen 66 weisen Ausnehmungen 68 auf, die an Riegelvorsprünge 69, 70 am Ventilmodul 57 und am Hauptventilmodul 58 angepasst sind und die eine formschlüssige Kopplung mit diesen Riegelvorsprüngen 69, 70 ausgebildet sind. Das Verbindungsteil 67 dient neben der mechanischen Kopplung des Hauptventilmoduls 58 mit dem Ventilmodul 57 auch der elektrischen Ankopplung der dem The valve module 57 is connected to the main valve module 58 by elastic locking tongues 66 which are formed on a connecting part 67 arranged between the valve module 57 and the main valve module 58. The locking tongues 66 have recesses 68 which are adapted to locking projections 69, 70 on the valve module 57 and to the main valve module 58 and which form a positive coupling with these locking projections 69, 70. The connecting part 67 is used in addition to the mechanical coupling of the main valve module 58 with the valve module 57 and the electrical coupling of the
Hauptventilmodul 58 zugeordneten, in der Figur 5 schematisch näher dargestellten Positionssensoren mit den in Figur 4 nicht näher dargestellten Verarbeitungsmitteln 28 gemäß der Figur 3. Ergänzend können Signale der Positionssensoren an dem Flachstecker 62 bereitgestellt werden. In dem Verbindungsteil 67 ist vorzugsweise der dritte Bereich 35 der in Figur 1 dargestellten gedruckten Schaltung 29 mit den elektrischen Anschlüssen 40 angeordnet, um eine einfache elektrische Ankopplung der Positionssensoren an die Verarbeitungs- mittel 28 zu gewährleisten. Main valve module 58 associated, in Figure 5 schematically illustrated position sensors with the not shown in Figure 4 processing means 28 according to the figure 3. In addition, signals of the position sensors on the tab 62 can be provided. In the connection part 67, the third region 35 of the printed circuit 29 shown in FIG. 1 with the electrical connections 40 is preferably arranged in order to ensure simple electrical connection of the position sensors to the processing means 28.
An der dem Hauptventilmodul 58 abgewandten Schmalseite des Ventilmoduls 57 ist der erste Bereich 32 der in Figur 1 dargestellten gedruckten Schaltung 29 mit den elektrisch leitenden Anschlusskontakten 33 für die elektrische Versorgung der Piezoventile 51a bis 51h angeordnet. Zwischen dem ersten Bereich 32 und dem dritten Bereich 35 erstreckt sich der zweite Bereich 34 der gedruckten Schaltung 29, wodurch eine kompakte Integration der gedruckten Schaltung 29 in das Ventilmodul 57 ermöglicht wird. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die drei Bereiche 32, 34 und 35 der gedruckten Schaltung mit flexiblen Schaltungsabschnitten, so genannten „Flex-Prints" , elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Mit dem Flachstecker 61 kann die Ventilanordnung mit einem nicht dargestellten Buskoppler für eine Kommunikation mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuerungseinrichtung verbunden werden. On the narrow side of the valve module 57 facing away from the main valve module 58, the first region 32 of the printed circuit 29 shown in FIG. 1 is connected to the electrically conductive connection contacts 33 for the electrical supply Piezo valves 51a to 51h arranged. Between the first region 32 and the third region 35, the second region 34 of the printed circuit 29 extends, thereby enabling compact integration of the printed circuit 29 into the valve module 57. By way of example, it is provided that the three areas 32, 34 and 35 of the printed circuit are electrically and mechanically connected to one another with flexible circuit sections, so-called "flex prints." With the flat plug 61, the valve arrangement can be connected to a bus coupler, not shown, for communication be connected to a control device, also not shown.
Aus der Schnittdarstellung gemäß der Figur 4 geht die Aufbauweise des Ventilmoduls 57 und des Hauptventilmoduls 58 näher hervor. In einem Ventilgehäuse 71 des Ventilmoduls 57 sind exemplarisch vier Ventilpatronen 72a bis 72d in Aufnahmeschächten 52a bis 52d aufgenommen, wobei jede der Ventilpatronen 72a bis 72d jeweils zwei Piezoventile 51a bis 51h um- fasst . From the sectional view of Figure 4, the structure of the valve module 57 and the main valve module 58 is shown in more detail. Four valve cartridges 72a to 72d are accommodated in receiving shafts 52a to 52d in a valve housing 71 of the valve module 57 by way of example, each of the valve cartridges 72a to 72d respectively comprising two piezo valves 51a to 51h.
Im Hauptventilgehäuse 73 sind exemplarisch vier Hauptventile 56a bis 56d angeordnet, die für eine wahlweise Bereitstellung eines Versorgungsdrucks oder eines Umgebungsdrucks an den Ausgangsanschlüssen 74a, 74b ausgebildet sind. In the main valve housing 73 four main valves 56a to 56d are arranged by way of example, which are designed for optionally providing a supply pressure or an ambient pressure at the output connections 74a, 74b.
In der schematischen Darstellung der Figur 5 ist ein Abschnitt 80 des als Leiterplatte ausgebildeten dritten Bereichs 35 der gedruckten Schaltung 29 in ebener Darstellung gezeigt. Dieser Abschnitt 80 wird von einer Bohrung 81 durchsetzt, die für eine fluidische Verbindung zwischen einem der Ventile des Ventilmoduls 57 und einem der Ventile des Hauptventilmoduls 58 ausgebildet ist und die zu Orientierungszwecken auch in der Figur 4 eingezeichnet ist. An einer der Hauptoberflächen des in Figur 5 dargestellten Abschnitts 80 ist eine spiralförmige Leiteranordnung 82 ausgebildet, die mit nicht näher dargestellten elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte 29 leitend in Verbindung steht und die zumindest im Wesentlichen konzentrisch zu der Bohrung 81 angeordnet ist. Die spiralförmige Leiteranordnung 82 dient als Detektorspule zur Bestimmung einer axialen Position des jeweils zugeordneten Hauptventils 56a, 56b, 56c oder 56d. Eine Sensoreinrichtung unter Verwendung einer Detektorspule ist in der PCT/EP2012/003051 offenbart, die durch ausdrückliche Einbeziehung zum Gegenstand dieser Offenbarung gemacht wird. Mit einer solchen in die Leiterplatte 29 integrierten spiralförmige Leiteranordnung 82 kann unter Zugrundelegung einer kostengünstigen Herstellungsweise eine präzise Ermittlung der Hubstellung des jeweils zugeordneten Hauptventils 56a, 56b, 56c oder 56d vorgenommen werden. In the schematic representation of Figure 5, a portion 80 of the circuit formed as a third portion 35 of the printed circuit 29 is shown in a planar view. This section 80 is penetrated by a bore 81 which is designed for a fluidic connection between one of the valves of the valve module 57 and one of the valves of the main valve module 58 and which is also shown in FIG. 4 for orientation purposes. At one of the Main surfaces of the portion 80 shown in Figure 5, a spiral-shaped conductor assembly 82 is formed, which communicates with non-illustrated electronic components on the circuit board 29 conductively connected and which is arranged at least substantially concentric with the bore 81. The helical conductor arrangement 82 serves as a detector coil for determining an axial position of the respective associated main valve 56a, 56b, 56c or 56d. A sensor device using a detector coil is disclosed in PCT / EP2012 / 003051, which is expressly incorporated by reference into this disclosure. With such a spiral conductor arrangement 82 integrated in the printed circuit board 29, a precise determination of the stroke position of the respective associated main valve 56a, 56b, 56c or 56d can be made on the basis of a cost-effective production method.
Bei einer nicht näher dargestellten Abwandlung der spiralförmige Leiteranordnung ist die Bohrung im Randbereich der spiralförmigen Leiteranordnung angeordnet, so dass sie exemplarisch nur wenigen Windungen, insbesondere nur von der letzten Windung, der spiralförmigen Leiteranordnung umgeben ist, wodurch eine für bestimmte Messzwecke vorteilhafte und von der konzentrischen Anordnung der Bohrung in der spiralförmigen Leiteranordnung abweichende Messcharakteristik erzielt werden kann . In a variant of the spiral-shaped conductor arrangement not shown in more detail, the bore is arranged in the edge region of the spiral-shaped conductor arrangement so that it is surrounded by only a few turns, in particular only by the last turn, of the spiral-shaped conductor arrangement, whereby one advantageous for certain measuring purposes and concentric Arrangement of the bore in the spiral conductor arrangement deviating measuring characteristic can be achieved.
Eine in der Figur 6 dargestellte zweite Ausführungsform einer als Ventileinrichtung 88 bezeichneten Ventilsteuerung, die anstelle der Ventileinrichtung 18 in das fluidische System 1 integriert werden kann, umfasst eine als Verarbeitungsmittel 89 bezeichnete Steuerschaltung sowie eine Endstufenanordnung 90. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Verarbeitungsmittel 89 sowie die Endstufenanordnung 90 jeweils als diskrete integrierte Schaltkreise ausgebildet sind, die auf einer gemeinsamen gedruckten Schaltung 91 angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. A second embodiment, shown in FIG. 6, of a valve controller 88, which can be integrated into the fluidic system 1 instead of the valve apparatus 18, comprises a control circuit 89 and a power amplifier arrangement 90. By way of example, it is provided that the processing means 89 and the output stage assembly 90 are each formed as discrete integrated circuits, which are arranged on a common printed circuit 91 and electrically connected to each other.
Dabei weist das Verarbeitungsmittel 89 eine Digitalschnittstelle 92 für eine bidirektionale Kommunikation, insbesondere gemäß dem SPI -Busprotokoll, mit der in Figur 1 dargestellten Verarbeitungseinrichtung 21 über das Verbindungskabel 19 auf. In this case, the processing means 89 has a digital interface 92 for a bidirectional communication, in particular according to the SPI bus protocol, with the processing device 21 shown in FIG. 1 via the connection cable 19.
Ferner weist das Verarbeitungsmittel 89 eine Sensorschnittstelle 93 auf, die für einen Anschluss eines externen Sensormittels 94 ausgebildet ist. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass das externe Sensormittel 94 als Stromsensor ausgebildet ist, der in eine Anschlussleitung 95 zwischen die Endstufenanordnung 90 und einen beispielhaft als Piezoventil 96 ausgebildeten Ventilantrieb eingeschleift ist. Dabei wird das vom Sensormittel 94 bereitgestellte elektrische Sensorsignal, bei dem es sich insbesondere um ein Analogsignal handeln kann, unmittelbar an die Sensorschnittstelle 93 bereitgestellt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sensormittel 94 auf der gleichen gedruckten Schaltung 91 angeordnet ist wie das Verarbeitungsmittel 89 und die Endstufenanordnung 90. Furthermore, the processing means 89 has a sensor interface 93, which is designed for connection of an external sensor means 94. Purely by way of example, it is provided that the external sensor means 94 is designed as a current sensor, which is looped into a connection line 95 between the output stage arrangement 90 and a valve drive designed by way of example as a piezo valve 96. In this case, the electrical sensor signal provided by the sensor means 94, which may in particular be an analog signal, is provided directly to the sensor interface 93. It is preferably provided that the sensor means 94 is arranged on the same printed circuit 91 as the processing means 89 and the output stage arrangement 90.
Ferner ist vorgesehen, dass das Sensorsignal im Verarbeitungsmittel 89 wahlweise analog oder digital weiterverarbeitet wird, wobei vorzugsweise eine digitale Weiterverarbeitung vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das Verarbeitungsmittel 89 eine Recheneinheit 97, ein Speichermittel 98 sowie einen Taktgeber 99. Die Recheneinheit 97 ist zur Verarbeitung eintreffender Sensorsignale des Sensormittels 94 vorgesehen und greift bei dieser Verarbeitung auf Taktsignale zurück, die vom Taktgeber 99 bereitgestellt werden, um beispielsweise ei- ne Analyse von zeitlichen Verläufen des Sensorsignals zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet, ausgewählte oder sämtliche Sensorsignale und/oder Ergebnisse von verarbeiteten Sensorsignalen anhand der Taktsignale des Taktgebers 99 mit Zeitstempeln zu versehen und in dem Speichermittel 98 zu speichern. It is further provided that the sensor signal in the processing means 89 is optionally further processed analog or digital, preferably a digital processing is provided. Furthermore, the processing means 89 comprises a computing unit 97, a memory means 98 and a clock generator 99. The computing unit 97 is provided for processing incoming sensor signals of the sensor means 94 and in this processing uses clock signals provided by the clock generator 99, for example ne analysis of temporal waveforms of the sensor signal to enable. In addition, the arithmetic unit 97 is designed to provide selected or all sensor signals and / or results of processed sensor signals based on the clock signals of the clock generator 99 with time stamps and to store in the memory means 98.
Anhand der aktuell eintreffenden Sensorsignale sowie der Taktsignale des Taktgebers 99 und gegebenenfalls unter Beiziehung von gespeicherten Sensorsignalen und/oder Ergebnissen von verarbeiteten Sensorsignalen kann die Recheneinheit 97 unter Anwendung eines fest programmierten oder frei vorgebbaren Algorithmus einen Zustandswert ermitteln, der einen Zustand des in Form des Piezoventils 96 angeschlossenen Ventilantriebs wiedergibt . Der ermittelte Zustandswert kann im Speichermittel 98 gespeichert werden, vorzugsweise ist vorgesehen, den ermittelten Zustandswerts an die Digitalschnittstelle 92 bereitzustellen, damit dieser an die Verarbeitungs- einrichtung 21 weitergeleitet werden kann. Zudem ist die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet, an der Digitalschnittstelle 92 eintreffende Bewegungssignale, die auch als Bewegungsprofile bezeichnet werden und von der Verarbeitungseinrichtung 21 bereitgestellt werden können, in Steuersignale für die Endstufenanordnung 90 umzusetzen, die über eine Signalschnittstelle an die Endstufenanordnung 90, insbesondere in unidirektionaler Kommunikationsweise, bereitgestellt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet sein, anhand von fest programmierten oder frei vorgebbaren Bewegungsprogrammen eine Bereitstellung von Steuersignalen an die Endstufenanordnung 90 vorzunehmen. On the basis of the currently arriving sensor signals and the clock signals of the clock 99 and possibly taking into account stored sensor signals and / or results of processed sensor signals, the arithmetic unit 97 using a hard-coded or freely definable algorithm can determine a state value, a state of the in the form of the piezoelectric valve 96 connected valve drive plays. The determined state value can be stored in the storage means 98, it is preferably provided to provide the determined state value to the digital interface 92, so that it can be forwarded to the processing device 21. In addition, the arithmetic unit 97 is adapted to implement at the digital interface 92 incoming motion signals, which are also referred to as motion profiles and can be provided by the processing device 21, in control signals for the power amplifier assembly 90, via a signal interface to the power amplifier assembly 90, in particular in unidirectional Communication way to be provided. In addition or as an alternative, the arithmetic unit 97 can be designed to make provision of control signals to the output stage arrangement 90 on the basis of fixedly programmed or freely definable movement programs.
Ergänzend und daher nur in gestrichelter Darstellung angeführt kann das Verarbeitungsmittel 88 mit einer Zusatz- schnittsteile 100 ausgerüstet sein. An dieser Zusatzschnittstelle 100 kann ein externes Sensormittel 101, beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) für eine Positionsbestimmung eines Hauptventils mittels einer Sensorleitung 102 angeschlossen werden. Ein vom externen Sensormittel 101 bereitgestelltes Sensorsignal kann bei der Ermittlung des Zu- standswerts in dem Verarbeitungsmittel 89 mit berücksichtigt werden . In addition, and therefore only shown in dashed lines, the processing means 88 can be provided with an additional 100 parts to be equipped. At this additional interface 100, an external sensor means 101, for example, a limit switch (position transmitter) for a position determination of a main valve by means of a sensor line 102 can be connected. A sensor signal provided by the external sensor means 101 may be taken into account in the determination of the state value in the processing means 89.
Die in der Figur 7 dargestellte Ventileinrichtung 108 ist wie die Ventileinrichtung 88 ebenfalls als Ventilsteuerung ausgebildet und unterscheidet sich von der Ventileinrichtung 88 dadurch, dass die Verarbeitungsmittel 109 und die Endstufenanordnung 110 auf einem gemeinsamen Siliziumträger als integrierter Schaltkreis aufgebaut sind. Die Ventileinrichtung 108 kann anstelle der Ventileinrichtung 18 in das fluidische System 1 integriert werden. Die Endstufenanordnung 110 weist abweichend von der Endstufenanordnung 90 einen integrierten Stromsensor 111 sowie einen integrierten Spannungssensor 112 auf, mit denen ein Spannungs- Stromverlauf für den als Piezo- ventil ausgebildeten Ventilantrieb 116 direkt in der Endstufenanordnung 110 ermittelt werden kann und über eine bidirektionale interne Kommunikationsverbindung 113 an die Recheneinheit 117 des Verarbeitungsmittels 109 bereitgestellt werden kann. Dort erfolgt in gleicher Weise wie bereits in Zusammenhang mit der Ventileinrichtung 88 beschrieben die Verarbeitung der Sensorsignale des Stromsensors 111 und des Spannungssensors 112, vorzugsweise unter Einbeziehung des Taktsignals des Taktgebers 119, zur Ermittlung des Zustands- werts und zur Bereitstellung des Zustandswerts an der Digitalschnittstelle 114. Ergänzend oder alternativ können auch, insbesondere mit Zeitstempeln versehene, in dem Speichermittel 118 gespeicherte Sensorsignale bei der Ermittlung des Zu- Standswerts mit einbezogen werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, über eine vorgebbaren Zeitdauer hinweg, die auch als Energieflussdauer bezeichnet wird, einen vorgebbaren Strom (Energieflussstrom) an den Ventilantrieb bereitzustellen und vor Beginn und nach Beendigung der Zeitdauer die elektrische Spannung (Energieflussspannung) am Ventilantrieb 116 zu ermitteln, um dadurch den Zustandswert berechnen zu können. The valve device 108 shown in FIG. 7, like the valve device 88, is likewise designed as a valve controller and differs from the valve device 88 in that the processing means 109 and the output stage arrangement 110 are constructed on a common silicon carrier as an integrated circuit. The valve device 108 can be integrated into the fluidic system 1 instead of the valve device 18. Deviating from the output stage arrangement 90, the output stage arrangement 110 has an integrated current sensor 111 and an integrated voltage sensor 112, with which a voltage current characteristic for the valve drive 116 designed as a piezo valve can be determined directly in the output stage arrangement 110 and via a bidirectional internal communication connection 113 can be provided to the arithmetic unit 117 of the processing means 109. There, processing of the sensor signals of the current sensor 111 and of the voltage sensor 112 takes place in the same manner as already described in connection with the valve device 88, preferably taking into account the clock signal of the clock generator 119, to determine the state value and to provide the state value at the digital interface 114 In addition or as an alternative, sensor signals stored in the memory means 118, in particular with time stamps, may also be used in determining the supply voltage. Standing value to be included. It is preferably provided over a specifiable period of time, which is also referred to as the energy flow duration, to provide a predeterminable flow (energy flow stream) to the valve drive and to determine the electric voltage (energy flow voltage) at the valve drive 116 before and after the end of the time duration, thereby To be able to calculate state value.
Ergänzend und daher nur in gestrichelter Darstellung angeführt kann das Verarbeitungsmittel 108 mit einer Zusatz - schnittsteile 120 ausgerüstet sein. An dieser Zusatzschnittstelle 120 kann ein externes Sensormittel 121, beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) für eine Positionsbestimmung eines Hauptventils mittels einer Sensorleitung 122 angeschlossen werden. Ein vom externen Sensormittel 121 bereitgestelltes Sensorsignal kann bei der Ermittlung des Zu- standswerts in dem Verarbeitungsmittel 109 mit berücksichtigt werden . In addition, and therefore only indicated in dashed lines, the processing means 108 may be equipped with an additional cut 120. At this additional interface 120, an external sensor means 121, for example a limit switch (position transmitter) for determining the position of a main valve by means of a sensor line 122 can be connected. A sensor signal provided by the external sensor means 121 may be taken into account in the determination of the state value in the processing means 109.
Vorzugsweise sind die Endstufenanordnungen 90 und 110 als Konstantstromquellen ausgebildet und insbesondere für die An- steuerung von Piezoaktoren vorgesehen. Dementsprechend kann der Zustandswert in Kenntnis des konstanten Stroms, der von der jeweiligen Endstufenanordnung 90, 110 abgegeben wird, vorzugsweise durch Ermittlung der Energieflussdauer, also desjenigen anhand des Taktsignals ermittelbaren Zeitabschnitts oder derjenigen Zeitabschnitte ermittelt werden, in denen ein Ladungstransport von einer nicht dargestellten elektrischen Quelle zum Ventilantrieb oder in umgekehrter Richtung vorgenommen wird. Ergänzend kann das Verarbeitungs- mittel 89, 109 dazu ausgebildet sein, Zeitabschnitte zu bestimmen, in denen eine oder mehrere vorgebbare, durch entsprechende elektrische Aufladung des Ventilantriebs 96, 116 bewirkte Belastungsschwelle überschritten ist, um diese Informationen in die Berechnung des Zustandswerts mit einfließen lassen zu können. The output stage arrangements 90 and 110 are preferably designed as constant current sources and are provided in particular for the actuation of piezoactuators. Accordingly, the state value in knowledge of the constant current which is output by the respective output stage arrangement 90, 110 can preferably be determined by determining the energy flow duration, that is to say the time interval which can be determined on the basis of the clock signal or those time segments in which a charge transport from an electrical source, not shown to the valve drive or in the reverse direction is made. In addition, the processing means 89, 109 may be designed to determine time periods in which one or more predefinable, by corresponding electrical charging of the valve drive 96, 116 exceeded load threshold in order to be able to include this information in the calculation of the state value.

Claims

Ansprüche claims
1. Ventilsteuerung zur elektrischen Ansteuerung wenigstens eines Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) , mit einer Steuerschaltung (28; 89; 109) , die zur Beeinflussung eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und dem Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) ausgebildet ist und die eine Busschnittstelle (20) zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steueranordnung (2) sowie ein Sensormittel (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) umfasst, das zur Ermittlung einer durch elektrische Ansteuerung des Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) veränderlichen physikalischen Größe sowie für eine Bereitstellung eines von der ermittelten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignals an die Steuerschaltung (28; 89; 109) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) für eine Ermittlung eines Zustands- werts für den Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck, Fluidvolumenstrom, und für eine Bereitstellung des Zustandswerts an der Busschnittstelle (20) ausgebildet ist. A valve controller for electrically controlling at least one valve drive (51a to 51h; 116), comprising a control circuit (28; 89; 109) adapted to influence an electrical energy flow between an electrical source and the valve drive (51a to 51h; 116) and a bus interface (20) for communicating with a higher-level control arrangement (2) and a sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112), which is used to determine a by electric actuation of the valve drive (51 a to 51 h; 116) of variable physical size and for providing a sensor signal dependent on the ascertained physical variable to the control circuit (28; 89; 109), characterized in that the control circuit (28; 89; 109) determines a state value for the valve drive (51a to 51h, 116) on the basis of the sensor signal and at least one characteristic of a physical quantity from the group: Energi flow duration, energy flow voltage, energy flow stream, fluid pressure, fluid volume flow, and is designed for providing the state value at the bus interface (20).
2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) zur Ermittlung des Zustandswerts für eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigs- tens einen Kennwerts, insbesondere für eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, ausgebildet ist. 2. Valve controller according to claim 1, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) for determining the state value for an evaluation of a time course of the sensor signal and / or a time course of the sensor least one characteristic value, in particular for a determination of an extreme value or a gradient is formed.
3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) zusätzlich zur Busschnittstelle (20) eine Sensorschnittstelle (40; 93) für einen unmittelbaren Anschluss des Sensormittels (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) und eine elektrische Endstufe (38; 90; 110) für eine unmittelbare Ansteuerung des Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) umfasst. 3. Valve controller according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) in addition to the bus interface (20) has a sensor interface (40; 93) for a direct connection of the sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) and an electric output stage (38; 90; 110) for direct actuation of the valve drive (51a to 51h; 116).
4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschaltung (28; 89; 109) eine elektrische Endstufe (38; 90; 110) mit integriertem Sensormittel (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) für eine unmittelbare Ansteuerung und Zustandsüberwachung des Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) zugeordnet ist. 4. Valve controller according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) has an electrical output stage (38; 90; 110) with integrated sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112). for immediate activation and condition monitoring of the valve drive (51a to 51h, 116).
5. Ventilsteuerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Endstufe (38; 90; 110) als Hochvolt-Treiberstufe für eine Ansteuerung eines Piezoaktua- tors ausgebildet ist. 5. Valve controller according to claim 3 or 4, characterized in that the electrical output stage (38; 90; 110) is designed as a high-voltage driver stage for driving a Piezoaktua- sector.
6. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Endstufe (38; 90; 110) zusammen mit der Steuerschaltung (28; 89; 109) als einstückiger, integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. 6. Valve controller according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the electrical output stage (38; 90; 110) is formed together with the control circuit (28; 89; 109) as a one-piece, integrated circuit.
7. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) bei der Ermittlung des Zustandswerts für eine Einbeziehung eines an der Busschnittstelle (20) bereitgestellten Kommunikationssignals, insbesondere eines Stellungssignals eines Stellungssensors (41, 42, 43, 44) , der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors (56a, 56b, 56c, 56d) ausgebildet ist, eingerichtet ist. 7. Valve controller according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) in the determination of the state value for inclusion of a provided at the bus interface (20) communication signal, in particular a position signal of a position sensor (41, 42, 43, 44), for an investigation a position of an actuator (56a, 56b, 56c, 56d) is formed, is set up.
8. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) für eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) oder für eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils (56, 56b, 56c, 56d) , das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) gebildeten Vorsteuerventil (52a, 52b, 52c, 52d) gekoppelt ist, ausgebildet ist. 8. Valve controller according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) for determining a position of the valve drive (51 a to 51 h, 116) or for a determination of a position a main valve (56, 56b, 56c, 56d) fluidly coupled to a pilot valve (52a, 52b, 52c, 52d) formed by the valve drive (51a to 51h; 116).
9. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) ein Speichermittel (98) umfasst, in dem insbesondere mit Zeitstempeln versehene, Zustandswerte und/oder Sensorsignale und/oder Kennwerte gespeichert sind, und dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) für einen Vergleich von aktuellen Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten mit gespeicherten Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten ausgebildet ist. 9. Valve controller according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) comprises a memory means (98) in which state values and / or sensor signals and / or characteristic values provided in particular with time stamps are stored, and in that the control circuit (28; 89; 109) is designed for a comparison of current state values and / or sensor signals and / or characteristic values with stored state values and / or sensor signals and / or characteristic values.
10. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung, der von einer Steuerschaltung (28; 89; 109) in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Bewegungssignal mit einem elektrischen Energie- fluss versorgt wird, mit den Schritten: zeitweiliges Freigeben eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und einem Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) durch eine Steuerschaltung (28; 89; 109) in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, Ermittlung einer physikalischen Größe des Energieflusses zwischen Quelle und Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) mit Hilfe eines Sensormittels (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) und Bereitstellung eines von der ermittelten physi- kaiischen Größe abhängigen Sensorsignals an die Steuerschaltung (28; 89; 109) , Ermittlung eines Zustandswerts für den Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck (Fluideingangsdruck, Fluidausgangs- druck) in der Steuerschaltung (28; 89; 109) und Bereitstellung des Zustandswerts an einer der Steuerschaltung (28; 89; 109) zugeordneten Busschnittstelle (20) . 10. A method for operating a valve control which is supplied with an electrical energy flow by a control circuit (28; 89; 109) in response to a predeterminable movement signal, comprising the steps of: temporarily releasing an electrical energy flow between an electrical source and a valve drive (51a to 51h; 116) by means of a control circuit (28; 89; 109) in response to a movement signal, determination of a physical quantity of the energy flow between source and valve drive (51a to 51h; 116) by means of a sensor means (41, 42, 43 , 44, 94, 111, 112) and provision of a physical to the control circuit (28; 89; 109), determining a state value for the valve drive (51a to 51h; 116) on the basis of the sensor signal and at least one characteristic of a physical variable from the group: energy flow duration, energy flow voltage, energy flow current, fluid pressure ( Fluid input pressure, fluid output pressure) in the control circuit (28; 89; 109) and provision of the state value at a bus interface (20) assigned to the control circuit (28; 89; 109).
11. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des Zustandswerts eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Kennwerts, insbesondere eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, in der Steuerschaltung (28; 89; 109) vorgenommen wird. 11. A method for operating a valve control according to claim 10, characterized in that for the determination of the state value, an evaluation of a time profile of the sensor signal and / or a time course of the at least one characteristic value, in particular a determination of an extreme value or a gradient in the control circuit (28; 89; 109).
12. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) für die Ermittlung des Zustandswerts eine Abfrage von Signaleingängen an einer Busschnittstelle (20) , die für eine Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung ausgebildet ist und an einer Sensorschnittstelle (40;93) , die für einen unmittelbaren Anschluss eines Sensormittels (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) ausgebildet ist, durchführt. 12. A method for operating a valve control according to claim 10 or 11, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) for the determination of the state value, a query of signal inputs to a bus interface (20), which is for communication with a higher-level control device is formed and at a sensor interface (40, 93), which is designed for an immediate connection of a sensor means (41, 42, 43, 44, 94, 111, 112) performs.
13. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) bei der Ermittlung des Zustandswerts ein an der Busschnittstelle (20) bereitgestelltes Stellungssignal eines Stellungssensors (41, 42, 43, 44) , der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors (56a, 56b, 56c, 56d) ausgebildet ist, berücksichtigt. 13. A method for operating a valve control according to claim 12, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) in the determination of the state value at the bus interface (20) provided position signal of a position sensor (41, 42, 43, 44), the one for a determination a position of an actuator (56a, 56b, 56c, 56d) is taken into account.
14. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensormittel (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs (51a bis 51h; 116) oder eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils (56a, 56b, 56c, 56d) , das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb (51a bis 51h; 116) gebildeten Vorsteuerventil (52a, 52b, 52c 52d) gekoppelt ist, durchgeführt wird. 14. A method for operating a valve control according to claim 10, 11, 12 or 13, characterized in that with the sensor means (41, 42, 43, 44; 94; 111, 112) a determination of a position of the valve drive (51a to 51h; 116) or a determination of a position of a main valve (56a, 56b, 56c, 56d) fluidly coupled to a pilot valve (52a, 52b, 52c 52d) formed by the valve driver (51a to 51h; 116).
15. Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung nach Anspruch 10, 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (28; 89; 109) einen Vergleich von, insbe sondere mit Zeitstempeln versehenen, Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten mit aktuellen Zustandswer ten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten durchführt und bei Vorliegen einer vorgebbaren Abweichung ein Diagnosesignal an der Busschnittstelle (20) bereitstellt. 15. A method for operating a valve control according to claim 10, 11, 12, 13 or 14, characterized in that the control circuit (28; 89; 109) a comparison of, in particular special time stamped with, state values and / or sensor signals and / or Carrying characteristics with current States and / or sensor signals and / or characteristic values and provides a diagnostic signal at the bus interface (20) in the presence of a predeterminable deviation.
EP15766121.6A 2015-09-15 2015-09-15 Valve control means, and method for operating a valve control means Pending EP3350455A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/071070 WO2017045701A1 (en) 2015-09-15 2015-09-15 Valve control means, and method for operating a valve control means

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3350455A1 true EP3350455A1 (en) 2018-07-25

Family

ID=54147181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15766121.6A Pending EP3350455A1 (en) 2015-09-15 2015-09-15 Valve control means, and method for operating a valve control means

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10767779B2 (en)
EP (1) EP3350455A1 (en)
CN (1) CN108026948B (en)
WO (1) WO2017045701A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110671390B (en) * 2018-07-03 2020-11-20 河南平芝高压开关有限公司 Method and device for detecting action characteristics of reversing valve unit
DE102020127383A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-21 Bucher Hydraulics Gmbh Pilot control device for at least one valve drive of a hydraulic valve and method for its operation
DE102021212780A1 (en) 2021-11-12 2023-05-17 Festo Se & Co. Kg Method of operating a fluid system and fluid system

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2436897A1 (en) * 1978-09-25 1980-04-18 Mecanique Ind Int IMPROVEMENTS ON CENTRIFUGAL PUMPS
US4399836A (en) * 1981-04-14 1983-08-23 Marotta Scientific Controls, Inc. Self-contained closed-loop electrically operated valve
US4957273A (en) * 1986-11-28 1990-09-18 Sears Lawrence M Remote shut-off valve
US5062446A (en) * 1991-01-07 1991-11-05 Sematech, Inc. Intelligent mass flow controller
US5272647A (en) * 1991-01-30 1993-12-21 Combustion Engineering, Inc. Valve diagnostic apparatus and method
US5663901A (en) * 1991-04-11 1997-09-02 Sandisk Corporation Computer memory cards using flash EEPROM integrated circuit chips and memory-controller systems
US5455911A (en) * 1993-04-05 1995-10-03 Allen-Bradley Company, Inc. Communications protocol for use in transferring data over a serial bus
US5431182A (en) * 1994-04-20 1995-07-11 Rosemount, Inc. Smart valve positioner
US6272401B1 (en) * 1997-07-23 2001-08-07 Dresser Industries, Inc. Valve positioner system
US6466893B1 (en) * 1997-09-29 2002-10-15 Fisher Controls International, Inc. Statistical determination of estimates of process control loop parameters
US6343794B1 (en) * 1999-10-01 2002-02-05 Donald J. Brown Lubricant seal having partition plate with gutter for drive motor gears and the like
DE10222890B4 (en) * 2002-05-23 2004-06-17 Bosch Rexroth Ag Electrical device for controlling a multi-way valve with wear condition detection
WO2004057432A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Fujikin Incorporated Method for closing fluid passage, water hammerless valve and water hammerless closing device
US20060265105A1 (en) * 2005-05-20 2006-11-23 Hughes Albert R Loop-powered field instrument
US7661439B2 (en) * 2006-02-07 2010-02-16 Dresser, Inc. Safety override circuit for pneumatic positioner and method of use thereof
US7677035B2 (en) * 2007-02-07 2010-03-16 Sauer-Danfoss Aps Control system for a hydraulic servomotor
US8138931B2 (en) * 2008-10-28 2012-03-20 The Gates Corporation Diagnostic and response systems and methods for fluid power systems
DE102011016895B4 (en) * 2011-04-13 2016-06-02 Kendrion (Donaueschingen/Engelswies) GmbH Method for determining the state of wear of an electromagnetic actuator during its operation
EP2549125B1 (en) * 2011-07-22 2016-12-28 Festo AG & Co. KG Valve device
JP5802104B2 (en) * 2011-10-14 2015-10-28 アズビル株式会社 Positioner
US9212821B2 (en) * 2013-02-20 2015-12-15 Emerson Electric Co. Systems and methods for controlling multistage electronic controlled gas valves
CN105190135B (en) * 2013-03-15 2017-09-05 纽曼蒂克公司 Valve manifold circuit board with serial communication circuit line
US9857806B2 (en) * 2013-11-22 2018-01-02 Festo Ag & Co. Kg Valve assembly and fluidic system
US9465391B2 (en) * 2014-01-09 2016-10-11 Fisher Controls International Llc Valve positioner with overpressure protection capabilities
US9664660B2 (en) * 2015-01-13 2017-05-30 Invensense, Inc. Air sensor with air flow control
DE102016206874A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Festo Ag & Co. Kg Control device and system

Also Published As

Publication number Publication date
US20190049032A1 (en) 2019-02-14
CN108026948A (en) 2018-05-11
CN108026948B (en) 2022-01-04
US10767779B2 (en) 2020-09-08
WO2017045701A1 (en) 2017-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3071842B1 (en) Valve assembly and fluid system
EP2984530B1 (en) Measuring transducer feed unit, system for use in automation technology, and method for operating such a system
WO2009012737A2 (en) Gas pressure spring with measurement means and device and method for monitoring at least one physical measurement variable which occurs inside and/or at a gas pressure spring
EP3516218B1 (en) Compressor system for a work vehicle
EP3289419B1 (en) Method for monitoring an electronic control unit and control unit for a motor vehicle
EP2466175A1 (en) Electro-pneumatic field device
DE102013107904A1 (en) Measuring device with switchable measuring and operating electronics for the transmission of a measuring signal
WO2017182325A1 (en) Method for the supply of compressed air to a compressed-air consumer, valve device and data carrier having a computer program
EP3350455A1 (en) Valve control means, and method for operating a valve control means
DE10012405A1 (en) Hydraulic actuator control for electromechanical and electrohydraulic drives, uses electronic control specifically as freely programmable sequence with numerical- and/or stored program control
EP2072963A1 (en) Sensor
WO2007096126A1 (en) Safety concept for a transmission actuator device
EP4059774A1 (en) Valve, valve arrangement and seat comfort system
DE102019217068A1 (en) Valve module arrangement
DE102015210716B4 (en) Position sensor and method for operating a position sensor
DE102007034466A1 (en) Motor vehicle control system, has control unit and adjusting device checks functionality of control device and or actuator and adjusting device changes incoming and outgoing from control device for controlling actuator
DE102013015105A1 (en) Compressed air service device, consumer control device equipped therewith and associated operating method
DE102014017413B3 (en) Automation system for the automated provision of a working movement and method for operating an automation system
DE102007010115A1 (en) Pneumatic drive for automation engineering applications, has electronic evaluation unit determining speed and/or acceleration of piston and diagnostic information for operating condition control by analysis of flow of binary signals
DE102012021533A1 (en) Compressed air maintenance device and thus equipped consumer control device
DE102016213228A1 (en) Actuator and fluid module
DE202007019504U1 (en) Gas spring with measuring means and means for monitoring at least one occurring within and / or on a gas spring physical quantity
EP2196670B1 (en) Device which can be connected with a vacuum component
DE102016202403A1 (en) sensor
WO2016198109A1 (en) Method for operating an electric or fluidic actuator and movement controller for an actuator

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180413

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: FESTO SE & CO. KG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211207

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230623