EP4153893A1 - Method for sensing vibrations and/or impacts to which a control valve can be exposed - Google Patents

Method for sensing vibrations and/or impacts to which a control valve can be exposed

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Publication number
EP4153893A1
EP4153893A1 EP21728184.9A EP21728184A EP4153893A1 EP 4153893 A1 EP4153893 A1 EP 4153893A1 EP 21728184 A EP21728184 A EP 21728184A EP 4153893 A1 EP4153893 A1 EP 4153893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve member
valve
vibrations
control valve
impacts
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
EP21728184.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
David Wagner-Stürz
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.)
Samson AG
Original Assignee
Samson AG
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 Samson AG filed Critical Samson AG
Publication of EP4153893A1 publication Critical patent/EP4153893A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08Shock-testing
    • 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
    • F16K31/12Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • 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
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    • F16K31/12Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1221Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston one side of the piston being spring-loaded
    • 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
    • F16K37/00Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
    • 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
    • F16K37/00Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/04Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of vibrations which are transverse to direction of propagation
    • G01H1/06Frequency
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/003Machine valves

Definitions

  • Control valves are used in process engineering systems to control or regulate a process or process medium. Other application examples include solar thermal systems or local and district heating systems. In addition to control and regulation applications, control valves are also used as safety valves to protect systems and processes.
  • Control valves experience both internal and external mechanical loads that can be caused by the entire system in which they are used, the control valve itself and the environment around the system or the control valve. Mechanical loads can be traced back to wear and malfunction of the valve or the system or a system component or lead to wear or even malfunction of the control valve, the system or a system component. In many cases, they allow statements to be made about the condition and functionality of a control valve or a system.
  • Mechanical loads on a control valve are usually caused by the operation of the valve or the system. They can also be caused and / or intensified by wear and tear, malfunctions and incorrect operation of the control valve, the system and / or one of the system components as well as accidents, weather and environmental influences.
  • the mechanical loads include vibrations, which includes both periodic vibrations or shocks and non-periodic vibrations that z. B. can be attributed to a superposition of incommensurable harmonic oscillations or the presence of non-linear oscillation systems in a valve or system component.
  • vibrations are caused by the use of actuators in a process system, such as B. control valves or pumps. You can also display natural vibrations of other system components, such as B. of engines or turbines that with the control valve z. B. are connected directly or indirectly via pipes or other system components.
  • Process fluid pressure and flow fluctuations also lead to movement or vibration excitation of a process system or a control valve. Vibrations can also indicate turbulence in the process medium caused by wear, loose parts of the system or foreign bodies in the process medium.
  • Vibrations therefore have very different causes and accordingly have a wide range of time scales or period durations.
  • the scales or periods can lie in a wide range from a few milliseconds to days or months.
  • impacts which differ from vibrations mainly in terms of their duration and the way they occur. While vibrations represent recurring loads, impacts are to be understood as isolated events. Blows occur z. B. when starting up or shutting down a system, when starting or stopping a process or when opening or closing pressurized fittings or valves. However, they can also be caused by weather influences such as gusts of wind or roof avalanches, indicate that parts of the system that are connected to the control valve or the control valve are colliding, or they can be traced back to malfunctions that lead to sudden changes in the process conditions.
  • vibrations and / or impacts are closely linked to the condition and functionality of a control valve or a system. Accordingly, various approaches are described in the prior art in order to use vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed to monitor a control valve or a system.
  • Acceleration sensors are often used for structure-borne sound recording / measurement.
  • patent specification DE 102016216 923 B4 proposes the use of piezoelectric sound transducers which detect and provide the mechanical vibrations of the valve in a fixed, preferably as large as possible frequency spectrum as a sensor signal.
  • DE 10 2016 216 923 B4 provides for the use of microphones.
  • the sensors can be placed at different points on a control valve, where they can pick up different types of vibrations and / or impacts according to their placement.
  • Structure-borne noise sensors are used in the area of the valve cone or the valve actuating rod of a control valve in order to detect vibrations resulting from fluid pressure and / or flow fluctuations.
  • Airborne sound or structure-borne sound sensors that detect vibrations and / or shocks on the outside of the control valve are suitable for detecting external vibrations and / or impacts, such as excitations transmitted through pipelines or wind influences. Accordingly, at least one vibration sensor is required to detect vibrations and / or impacts.
  • several sensors must be used in order to detect the different types or sources of vibrations and / or impacts that can act on a control valve and thus to be able to assess the various vibration states of a control valve.
  • the installation and operation of sensors are usually complex and expensive.
  • the reliability and informative value of the monitoring is also restricted by the type of sensors available, the associated measuring range and the associated measuring accuracy, as well as wear and tear and failure of the sensors.
  • This can be countered by adapting the sensors to the intended locations in or on a control valve or a system.
  • this usually requires additional effort in the design, selection, manufacture, installation and / or operation of the sensors and thus causes additional costs.
  • the object of the invention is to provide a method for monitoring or monitoring a control valve or a system with which vibrations and / or impacts to which the control valve may be exposed can be recorded simply, inexpensively, reliably and meaningfully.
  • the control valve is part of a system on which a process with a process medium runs or can run. It has a valve member for influencing the process medium and / or the process that runs or can run on the system, a position controller for regulating the position of the valve member and a position sensor that can measure the actual position of the valve member.
  • the process consists of the following steps:
  • the positioner holds the valve member in a desired position for a first period of time or moves it into a desired position. Then follow the steps:
  • the aim of the method is to use the position sensor already in the positioner as a vibration sensor, i.e. as a sensor for detecting vibrations and / or impacts to which the control valve can be exposed.
  • the use of additional sensors can therefore be dispensed with or at least reduced.
  • the position sensor of the positioner is already adapted for use in or on the control valve or the system. A conception, adaptation, selection, manufacture, installation and operation of additional or adapted sensors can therefore be dispensed with.
  • vibrations and / or impacts occur in the system or the control valve, e.g. during operation due to the use of pumps or turbulence in the process medium, these can change due to elasticities and / or mechanical degrees of freedom of the system or the control valve and its components transferred to the valve member and / or the position sensor. If the vibrations and / or impacts transmitted to the valve member and / or the position sensor exceed a certain intensity or amplitude (e.g. 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke), they can be changed in the form of position changes using the position sensor of the valve member are measured or recorded. The measurable intensity or amplitude of the vibrations and / or impacts is given, among other things, by the resolving power of the position sensor.
  • a certain intensity or amplitude e.g. 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke
  • the frequency of the recorded vibrations can also be analyzed and evaluated.
  • recorded vibrations can be compared with vibrations that have already been recorded, are known or come from known sources.
  • High-frequency vibrations the frequency of which exceeds the scanning rate of the sensor, cannot be resolved and recorded in detail. However, they express themselves through a broad distribution of the measured values or increased measurement errors, which at least suggests their existence. In many cases this is already sufficient to be able to determine the occurrence of unusual mechanical loads or malfunctions.
  • the sampling rate of the position sensor is typically around 100 ms or in a range from 1 ms to 1 s, 5 ms to 200 ms or 10 ms to 150 ms. It can also be in a range of approx. 2 to 4 ms.
  • the changes in position indicate a relative movement between the sensor and the valve member. You do not have to correspond to an actual movement of the valve member in the valve housing. You can also represent a movement of the position sensor relative to the valve member or valve housing Ven. They can also indicate a movement of the sensor components, which can occur independently of a movement of the valve member or the position sensor, e.g. if a mechanical component of the position sensor is shaken or moved by vibrations and / or impacts acting on the control valve.
  • the control valve can be designed differently. It can be a rotary valve (e.g. a ball valve or flap valve) or a lift valve in which a valve cone or (gate valve is moved to open or close the valve.
  • the valve member can therefore be rotatably mounted, in a horizontal or vertical direction or - depending on the application - also be movable in other directions.
  • the valve member can therefore absorb certain vibrations and / or impacts better than others.
  • horizontally moving valve members of a gate valve usually absorb horizontal vibrations and / or impacts valve members can move better than vertically movable valve members.
  • Rotary valves can in many cases better absorb vibrations and / or impacts that are transmitted by the process medium, since the valve member is in the center of the process medium flow in every valve member position.
  • the movement detected by the position sensor also plays a decisive role.
  • gate valves have only one sensor system for detecting horizontal movements of the valve member.
  • Position sensors in rotary valves usually only record a change in the angular position of the valve member.
  • the position controller of the control valve comprises an actuator or drive for moving the valve member.
  • the drive can be an electric or fluidic drive (e.g. pneumatic or hydraulic). It can also be preloaded so that the valve member automatically moves into a safety position in the event of a fault (e.g. a power failure or a drop in compressed air).
  • Pre-tensioned actuators are mainly used in control valves that are used as safety valves. They differ from non-preloaded drives, among other things. by the vibration properties of the valve member in the valve housing or the resonance property (s) / frequency (s) of the valve member or of the control valve. Valve members can therefore, depending on the type and extent of the bias, absorb vibrations and / or blows differently well and convert them into their own movements. This can be done in the context of the proposed method in the detection of vibrations and / or shocks that occur, for. B. differ in their frequency, shape or duration, taken into account or exploited.
  • the position sensor can be used to determine and monitor the position or position in which the positioner is holding the valve member or in which position or position the positioner moves the valve member. It can be an integral part of the positioner or be attached to another location in or on the housing of the control valve.
  • the position sensor can be linked to the positioner directly or indirectly via evaluation or control units of the control valve or the system.
  • the measurement of the at least one position of the valve member with the aid of the position sensor in the second period can take place within the framework of the routines that are already available or used for monitoring the valve member position.
  • other or additional measurements or measuring intervals can also be provided that can be adapted to the vibrations and / or impacts to be measured or expected.
  • the sampling rate of the position sensor can be increased, for example.
  • the measurements can also take place at irregular intervals and, for example, be selected randomly or quasi-randomly.
  • the procedure can be carried out at different times. This includes situations in which the valve member is in a position or is held by the positioner in a position which does not change mechanically in the first and / or second time period, e.g. B. in a tightly closed position or closed position.
  • the process can also be interrupted in the meantime and continued at a later point in time, e.g. B. in the case of a batch change as part of a batch process or as long as the operating state of the control valve and / or the system is changed.
  • the first and the second period are in many cases caused by the operation of the system or the control valve. For example, they can be 0.25 to 24 hours, 0.5 to 10 hours, 1 to 5 hours, or 2 to 3 hours.
  • the position of the valve member can be any position of the valve member between the closed position and the position of the valve which corresponds to a fully open valve. This can be a relative position of the valve member to a reference point, such as. B. the positioner or the drive of the positioner, as well as the (angular) position of the valve member with respect to. A reference axis or plane or several reference axes or planes. This also applies to the actual or target position of the valve member.
  • the message can be a warning message or a command to carry out a maintenance step and / or move the valve member into a safety position.
  • the output of the message can also be limited to a recording of the recorded vibrations and / or beats.
  • the recorded vibrations and / or beats can be stored in the positioner or a control unit of the control valve or the system or a cloud and, if necessary, further analyzed.
  • the occurrence of vibrations and / or blows and / or changes in the frequency of occurrence, the amplitude, intensity and / or frequency of the recorded vibrations and / or blows can - at least in a first approximation - be indications of changes or the state and provide the functionality of the control valve or the system.
  • the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one beat can represent the amplitude of a single oscillation, a single beat or a sum of such amplitudes.
  • the amplitude can be formed from the currently recorded vibrations and / or impacts. It can also contain amplitudes already recorded vibrations and / or beats. In this way, a message can also be output if the amplitude of a single oscillation and / or a single beat would not exceed the specified threshold. This is e.g. B. the case when vibrations and / or blows accumulate or occur several times in a row and the sum of the amplitudes of these vibrations and / or blows exceeds the predetermined threshold.
  • the at least one difference can, for. B. be calculated by subtracting the desired position of the valve member from the recorded at least one position of the valve member.
  • the difference can also be formed by a direct comparison of the measured values with the target values, ie without explicit subtraction.
  • the target position of the valve member can accordingly be used as a reference for determining vibrations and / or impacts.
  • the target position is a known value that can not only be specified, but in many cases is held by the positioner. In many cases it represents a stable reference that does not have to be determined by additional steps and therefore does not have any uncertainties or measurement errors. Vibrations and / or beats or the associated amplitudes can therefore be determined more easily and in many cases more reliably.
  • the target position of the valve member can be subtracted from each of the recorded at least one position of the valve member.
  • the recorded at least one position of the valve member can, however, also initially be summarized in histograms before the at least one position of the valve member is subtracted.
  • the at least one difference can also be organized in histograms. Vibrations and / or blows are expressed in the formation of several bars or the occupation of classes that correspond to differently pronounced deviations from the target position and can include correspondences with the target position. Positions that deviate from the target position by less than or equal to 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke can be combined in one class.
  • the next class can contain all positions detected by the position sensor that deviate from the target position by more than 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke and less than or equal to 1%, 2% or 5% of a full stroke. If the number of recorded positions in this class or a class in which positions with even greater deviations from the target position are summarized, exceeds a certain value or a specified threshold, this is an indication of at least one oscillation and / or one beat, which and / or which acts on the control valve. In this case, the number of events or the specific value represents the amplitude or the specified threshold which leads to the output of a message.
  • the occupation of the classes can be reset points at a given time, z. B.
  • the sum and / or the integral of the at least one amount of the at least one difference and / or a power with the at least one difference as the base and an even-numbered positive exponent over the second period and / or the sum and / or the integral of the at least one difference and / or a power with the at least one difference as the base and an odd-numbered positive exponent can be used or considered over the second period.
  • the positioner holds or moves the valve member in the set position under normal operating conditions. If there are deviations from the target position or position of the valve member due to vibrations and / or shocks, the sum of the amount of the at least one difference represents a measure of the distance or stroke that the valve member on the basis of covers the vibrations and / or shocks at least from the perspective of the position sensor or the positioner. In this way, vibrations and / or impacts which move the valve member only slightly out of the target position or position can add up to a distance or stroke distance which corresponds to a full stroke. This path or stroke not only represents an indication that can be used to determine vibrations and / or impacts, but also an amplitude in the sense of the proposed method. If it exceeds a specified threshold, e.g. a distance that corresponds to a full stroke, a message is output according to the method.
  • a specified threshold e.g. a distance that corresponds to a full stroke
  • the sum or the integral can also be formed using functions other than the identity of the difference or the amount. For example, the square of the differences or the third power or a sum of powers can be considered. In this way, certain contributions can be weakened or strengthened in order to make the analysis more reliable or more meaningful.
  • the sums or integrals described make it possible to obtain a comprehensive overview of the occurrence of vibrations and / or shocks using a single value. They also make it possible to hide uncritical disruptive factors or to highlight critical factors. This can be used to make the detection of vibrations and / or impacts or the analysis of the recorded positions more targeted.
  • the methods described so far for detecting vibrations and / or impacts do not require any sorting of the measured positions of the valve member or the measurement data of the position sensor. However, a more detailed evaluation can be achieved if the data is sorted chronologically.
  • the at least one oscillation and / or the at least one impact can be determined using at least one change in position and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one impact can be determined using at least one change in position , wherein the at least one change in position is calculated by subtracting the recorded positions from one another.
  • a change in position represents the change in position from a specific point in time to a later point in time.
  • the position changes determined in this way can - as already described in connection with the deviations of the recorded at least one position from the target position - also be displayed and evaluated in histograms.
  • the position changes can be determined without taking reference values into account.
  • reversals of direction of the movement of the valve member detected by the position sensor can be determined to determine vibrations and / or impacts and / or to determine the amplitude of the at least one vibration and / or the at least one impact from the at least one change in position and / or, if at least two reversals of direction have been detected, the changes in position of the valve member detected by the position sensor are determined between the at least two reversals of direction.
  • vibrations and impacts can be distinguished from one another.
  • the frequency of vibrations can be determined or at least estimated.
  • the changes in position between two reversals of direction also represent a measure of the amplitude or the intensity of the detected vibration and / or the detected impact.
  • the number of specific direction reversals in the second period can also be used to detect vibrations and / or impacts. This number can e.g. be considered together with the sums or integrals described above.
  • a travel or stroke distance of the valve member recorded by the position sensor, which corresponds to a full stroke, but at the same time is accompanied by e.g. 100 reversals of direction, strongly indicates a movement of the valve member and / or the position sensor due to an oscillation or a series of blows.
  • the reversals of direction can also include the position detected by the position sensor. Changes in the position of the valve member between the reversals of direction and the previous reversal of direction are assigned (the first reversal of direction detected is usually not included in this consideration). In this way, the reversals of direction can also be summarized in histograms and evaluated. These histograms include z. B. a class in which reversals of direction are included, which was preceded by a position change of the valve member detected by the position sensor that does not exceed a certain threshold. An occupation of this class indicates vibrations of the control valve. The next class would contain reversals of direction with changes in position that lie between a first and a second threshold, etc. An occupation of these classes suggests stronger vibrations and / or beats.
  • Another possibility of evaluating the at least one position of the valve member recorded in the second period of time arises if the recording of the at least one position of the valve member measured by the position sensor over the second period of time is an analysis of the time course of the at least one position measured by the position sensor of the valve member over the second period of time.
  • the recording of the at least one position of the valve member measured by the position sensor over the second period of time is an analysis of the time course of the at least one position measured by the position sensor of the valve member over the second period of time.
  • Time stamps or the sampling rate of the position sensor can be used to organize the recorded positions over time.
  • the items can also simply be arranged in a row, which is in chronological order but not provided with time stamps.
  • the chronological order of the recorded positions allows more detailed analyzes in many cases. In this way, a more differentiated picture of the situation can be obtained and, for example, false alarms can be avoided.
  • the amplitudes formed with the various methods such as the stroke or distance, the number of direction reversals with position changes in a certain area, etc., but also the recorded positions of the valve member can be summarized in one amplitude.
  • the amounts of the individual amplitudes can be added up, and they can be weighted differently, among other things.
  • the predefined threshold can represent an amplitude that was determined in a third time period before the first and / or second time period and / or adapted to the current operating conditions of the control valve.
  • the operating conditions include command variables such as the target position of the valve element or process parameters such as the flow rate or the pressure or the viscosity of the process medium.
  • command variables such as the target position of the valve element or process parameters such as the flow rate or the pressure or the viscosity of the process medium.
  • the specified threshold is determined during the installation or commissioning of the control valve. It can also be re-determined or readjusted at a later point in time, e.g. when the system has started normal operation or new system components have been installed.
  • the third period accordingly comprises part of the installation or commissioning process or a later period in which the system is operated under conditions which can be viewed as "normal".
  • process conditions with high loads can be recognized and determined that are less obvious are as z.
  • mechanical stresses or loads caused by changes in temperature can be detected, for example caused by the operation of a system with hot media or caused by the ambient temperature.
  • the position sensor can be designed as a contactless sensor which comprises a magnetic arrangement.
  • sensors that have, for example, multi-pole magnetic arrangements, such as magnetic coding strips, which consist of a serial arrangement of magnets, or diametrically magnetized pole rings with 2, 4 or more poles, the alignment of which is detected using magnetoresistive sensors.
  • Contactless sensors reduce the mechanical coupling that exists between the valve member and the position sensor and the associated damping effects. The determination of the position of the valve member is therefore in many cases more sensitive and more precise, ie vibrations and / or blows with small amplitudes can be better detected.
  • the position sensor can, however, also have a mechanical coupling to the valve member for determining the valve member position, which coupling can move both with and independently of the valve member.
  • the position sensor thus has at least one further mechanical degree of freedom that can be used to detect vibrations and / or impacts.
  • This degree of freedom usually has oscillation properties that enable the position sensor to absorb and record a broader spectrum of oscillations and / or impacts than a comparable sensor with a rigid coupling.
  • the coupling is e.g. in many cases suitable for better absorbing higher frequency vibrations introduced from outside, e.g. B. Pipeline vibrations, which can be caused by pumps in the system.
  • the coupling can be used to detect vibrations and / or impacts in which the relative position between the position sensor and the valve member does not change or only changes to an extent that cannot be resolved.
  • These vibrations and / or bumps can include, for example, pipe vibrations that move the control valve more or less as a whole up and down so that the relative position between the valve member and position sensor hardly changes. Since the coupling can move independently of the valve member (and necessarily also of the position sensor), inertia can cause a relative movement that can be detected by the position sensor despite the slight change in the relative position between the sensor and the valve member.
  • a combination with non-contact measuring methods is also conceivable.
  • vibrations and / or impacts which lead to a relative movement between the valve member and position sensor, and vibrations and / or impacts, which do not significantly influence the relative position, can be distinguished from one another.
  • changes in position or displacement curves can be recorded, which differ according to the order or number of degrees of freedom of vibration of the sensors.
  • a first-order total displacement curve which one Second order oscillation curve is superimposed, for example flow-related and temperature-related disturbances are determined and a distinction is made between, for example, pipe vibrations that arise due to actuators.
  • the coupling can, for example, be carried out using joints, springs, levers or gears.
  • the coupling is designed as a rotary lever.
  • the rotary lever can, for example, rest against a stop of the valve member, a spring pressing the lever against the stop.
  • the movement of the valve member is converted into a rotary movement or deflection of the lever, which can be detected by the position sensor, e.g. using a rotary potentiometer or a pole ring.
  • the rotary movement of the rotary lever typically covers a range of 30 °, 35 °, 45 °, 60 ° or 84 °.
  • the scope of the angle of rotation range can, however, assume any value between 5 ° and 180 °.
  • the movement of the rotary lever is restricted by the stop and the spring, but the rotary lever can nevertheless move away from the stop independently of the valve member against the spring force.
  • the rotary lever can, for example, pick up pipe vibrations or be excited by them to vibrate, which in turn can be recorded by the position sensor.
  • the rotary lever can not only absorb vertical lifting and lowering movements, but also, for example, horizontally directed vibrations and / or impacts. This particularly applies to situations in which the rotary lever is not aligned horizontally.
  • a coupling such as a rotary lever can therefore increase the bandwidth of the vibrations and / or impacts that can be detected using the proposed method.
  • the rotary lever can also be guided in a link that is firmly connected to the valve member.
  • the setting restricts the movement of the rotary lever not only in one direction, but in two directions. If vibrations and / or impacts are detected in the course of the process, the amplitude of which exceeds a known maximum value, this indicates wear or damage to the link or the lever.
  • the method therefore enables a measurement or at least an estimation of the game that the rotary lever has in the backdrop.
  • a sensor is available to determine vibrations and / or impacts.
  • the proposed method can be implemented in such a way that, to determine vibrations and / or impacts, the measurement data recorded by the sensor is analyzed and the results of the analysis of the measurement data recorded by the sensor are analyzed with the results of the analysis of the at least one position recorded in the second period of the valve member are compared.
  • Data from several sensors in the system can also be taken into account.
  • sensor data from position sensors of other control valves can be included in the analysis.
  • control valve with a valve member for influencing a process medium and / or a process on a system and a position controller for regulating the position of the valve member, the position controller having a position sensor for measuring the actual position of the valve member , and means which are suitable for carrying out the steps of a method according to the invention.
  • a computer-readable medium on which the computer program just described is stored also accomplishes the task.
  • the object is also achieved by a computer-implemented method for detecting vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed.
  • the control valve is part of a system on which a process with a process medium runs or can expire. It has a valve member for influencing the process medium and / or the process that runs or can run on the system, a position controller for regulating the position of the valve member and a position sensor that can measure the actual position of the valve member.
  • the process consists of the following steps:
  • vibrations and / or impacts can be recognized not only during the operation of a control valve, but also, for example, retrospectively by evaluating data that has already been recorded.
  • the recorded data about the position of the valve member can be analyzed again if, for example, better algorithms are available for recognizing vibrations and / or shocks.
  • a device for data processing comprising means for carrying out the computer-implemented method.
  • the computer system can be implemented by a client-server constellation, with parts of the invention running on the server and others on a client.
  • the object is also achieved by a computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to execute the computer-implemented method.
  • One solution to the problem is also a computer-readable medium on which the computer program just described is stored.
  • range information always includes all - not mentioned - intermediate values and all conceivable sub-intervals.
  • FIG. 1 shows a fully open control valve with a position controller
  • FIG. 2 shows the control valve shown in FIG. 1, the valve being in a position in which the valve is completely closed;
  • Fig. 6 travel or lifting distances that WUR recorded on two different days
  • 11 is a histogram of the reversals of direction on another day.
  • valve housing 105 shows a control valve 100 with a valve housing 105.
  • the valve housing 105 comprises an inlet 110, an outlet 115, a valve seat 120 and a valve member 125 with a valve cone 130 of a process medium can be monitored or controlled by the control valve 100.
  • the process medium flows into the control valve 100 via the inlet 110 and leaves the valve 100 via the passage opening formed by the valve seat 120 and the valve cone 130 and the outlet 115.
  • the process medium can also flow through the control valve 100 in the opposite direction.
  • the valve member 125 consists of the valve cone 130 and a valve rod 135, the valve cone 130 being fastened to the lower end of the valve rod 135. To close of the valve 100, the valve cone 130 is moved in the direction of the valve seat 120 with the aid of the valve rod 135.
  • valve cone 130 or the valve member is moved in the opposite direction.
  • the size of the passage opening of the control valve 100 formed by the valve seat 120 and the valve cone 130 can be enlarged or reduced, and thus the flow rate of a fluid medium or process medium through the control valve 100 can be controlled.
  • the control valve 100 has a drive 140.
  • the drive 140 is controlled by a position controller 145.
  • the position controller 145 has a position sensor for controlling the movement of the valve member 125 by the drive 140.
  • the position sensor is made up of a rotation angle sensor 150 with a sliding potentiometer, a rotary lever 155 which is rotatably mounted on the rotation angle sensor, and a torsion spring 160.
  • the rotary lever 155 is guided over a roller 165 in a setting 170.
  • the link 170 is firmly connected to the valve rod 135 or the valve member 125.
  • the rolling roller 165 also has some play in the backdrop 170.
  • the torsion spring 160 pretensions the rotary lever 155 so that the rolling roller 165 of the rotary lever 155 is pressed against the upper flank of the backdrop 170.
  • Lifting or lowering movements of the valve member 125 thus change the angular position of the lever 155, at least when the play of the rolling roller 165 in the link 170 is overcome.
  • the change in the angular position of the rotary lever 155 is converted by the sliding potentiometer of the rotary angle sensor 150 into a resistance value, which in turn is detected by the position controller 145 and converted into a position of the valve member 125.
  • the position sensor or angle of rotation sensor 150 can be used to determine the actual position in which the valve member 125 or the valve cone 130 is currently located. In addition, it can be monitored whether the valve member 125 has reached a predetermined target position or remains therein. In addition, the position of the valve member 125 can be tracked when it is being moved.
  • both the valve member 125 and the rotation angle sensor 150 can move in the valve housing 105 due to the vibrational forces that occur. Since the rolling roller 165 has some play in the backdrop 170, the lever 155 can also be grasped and deflected by the vibration forces. It can briefly detach itself from the flank of the link 170 against which the lever 155 is pressed by the torsion spring 160, and in this way move independently of the valve member 125 and / or the rotation angle sensor 155.
  • the mechanics of the position sensor attached to the positioner 145 can accordingly be divided into two oscillation systems.
  • the first system consists of the rotary lever 155, whose angular position is detected by means of the sensor system 150, and the torsion spring 160, which biases the lever 155 in an angular direction.
  • the second oscillation system is formed from the valve member 125 and the rotation angle sensor 150. Due to the direct coupling of the valve cone 130 to the process medium, the second oscillating movement system is more suitable for detecting process pressure and / or flow fluctuations as well as temperature-related shifts or hard knocks on the control valve system.
  • the second vibration system picks up pipe vibrations introduced from the outside, which can be caused, for example, by pumps in the system.
  • the two oscillating systems are mechanically coupled to one another via the backdrop 170.
  • the coupling is non-linear due to the bias of the rotary lever 155, the play of the rolling roller 165 in the link 170 or the limitation of the movement of the rotary lever 155 by the flanks of the link 170.
  • FIG. 2 shows a control valve 200 which is structurally identical to the control valve 100 shown in FIG. 1.
  • the valve 200 is shown in a closed position in FIG. 2, i.e. the valve cone 230 of the control valve 200 is pressed into the valve seat 220 by the positioner 245 with the aid of the drive 240 and the valve rod 235.
  • the control valve 100 is shown in Fig. 1 in a Stel ment in which the valve 100 is fully open.
  • valve 200 Before valve 200 was closed, it was also fully open. To close the fully opened valve 200, the valve rod 235, together with the valve cone 230 and the link 270, was moved downward in the direction of the valve seat 220.
  • the rotary lever 255 performed a rotary movement by 35 °, which was tracked or controlled by the position controller 245 with the aid of the position sensor formed by the rotary angle sensor 250, the rotary lever 155 and the torsion spring 160.
  • the positioner 245 With the help of the position sensor, the positioner 245 now continues to monitor the position of the valve cone. For this purpose, the resistance of the grinding potentiometer is measured with the aid of the rotation angle sensor 250 at a rate of approx. 10 Hz. The corresponding measured values are transmitted to the positioner 245. The position controller 245 records these measured values together with the positions of the valve cone 230 or valve member 225 and corresponding time stamps calculated from the measured values. The recorded values are available, among other things, to prove the functionality of the positioner 245 or the control valve 200 and to diagnose any faults. The geometric structure of the control valve 100 or 200 allows the movement of the valve member 225 to be tracked or monitored with an accuracy or resolution of 0.01% of a full stroke.
  • valve 3 shows a section 300 of a control valve with valve housing 305 and valve rod 335 (such as a control valve 100 or 200), with section 300 of the position sensor of the control valve, part of the valve housing 305 and part of the valve rod 335.
  • the position sensor has a rotation angle sensor 350, which is designed as a sliding potentiometer and is connected to the valve housing 305.
  • the sensor system is also formed by a rotary lever 355, which is rotatably mounted on the rotary angle sensor, and a torsion spring 360, which biases the rotary lever 355 in an angular direction.
  • the rotary lever 355 has a rolling roller 365 at one of its ends, with which the rotary lever is guided in a link 370.
  • the link 370 is in turn connected to the valve rod 335.
  • the rotary lever 355 is thus also mechanically connected to the valve rod 335 via the rolling roller 365 guided in the link 370.
  • the torsion spring 360 biases the rotary lever 355 so that the roller 365 of the rotary lever 355 acts pressed against the upper flank of the link 370.
  • the roller 365 has a little play in the backdrop 370.
  • the positioner 445 is connected to the valve housing 405.
  • the series of magnetic sensors 480 is integrated in the positioner 445.
  • the magnet 490 is connected to the valve rod 435. The magnet 490 can thus move along with the valve rod and, in the process, performs a movement relative to the magnetic sensors in the row of magnetic sensors 480. If the valve rod is moved, the magnetic field that is detected or measured by the magnetic sensors in the row of magnetic sensors 480 changes.
  • the magnetic fields detected by the magnetic sensors are converted by the position controller 445 into a position or position of the valve rod and the valve cone or valve member connected to it.
  • the use of the magnet 490 or the series of magnetic sensors 480 enables a contactless measuring method that has no further mechanical degrees of freedom.
  • the vibrations and / or impacts detected with the aid of the proposed method are accordingly due to movements of the valve member relative to the position sensor.
  • these relative movements are not dampened by additional elasticities or mechanical degrees of freedom of the sensors. In this way, vibrations and / or beats with a lower amplitude or intensity can be detected in many cases.
  • step 510 in which, among other things, the method parameters such as the threshold for outputting a message and the second period are specified.
  • step 520 the method parameters are determined with which it can be checked whether the conditions for the start of the second period are met.
  • step 530 it is decided on the basis of the results of the test in step 520 how the method is to be continued. If the conditions for the start of the second period are not met, the method continues with step 520. If the start conditions are met, the position of the valve member is measured in step 540 with the aid of the position sensor of the control valve at a sampling rate of approx. 50 ms.
  • step 550 The measured positions are recorded in step 550 and analyzed in step 560. It is determined whether the control valve was exposed to vibrations and / or impacts in the second period and, if vibrations and / or impacts were determined, the corresponding amplitudes are calculated. In step 570 it is decided on the basis of the determined vibrations and / or beats or the calculated amplitudes how the method is to be continued. If at least one of the calculated amplitudes is above the threshold specified in step 510, the method is continued with step 580, otherwise with step 520. In step 580 a warning or error message is output and the method is ended.
  • the second period of time is set in step 510 such that it begins one minute after the valve member has moved into a target position by the positioner and either one minute before the valve member is moved into a new target position or, if the valve member does not procedure, ends automatically after two hours. Due to this specification, vibrations and / or impacts that arise as a result of the movement of the valve member are not recorded and any associated error messages are avoided. In addition, the amplitudes that may be determined are reset to zero, which also reduces the number of false reports.
  • Fig. 6 shows a bar diagram 600 of the travel or stroke lengths, which the valve member of the Control valve on December 10, 2018 and November 4, 2019 in the second period.
  • the distances or stroke distances are given in units of a full stroke. Every distance or stroke is counted positively.
  • the valve element covered a distance of approx. 20% of a full stroke on December 10, 2018. On November 4, 2019, it covered a distance that more or less corresponds to a full stroke.
  • FIG. 7 shows a bar diagram 700 in which the number of reversals of direction is plotted which the valve member of the control valve has completed on December 10, 2018 and on November 4, 2019 in the second period.
  • a comparison of diagrams 600 and 700 shows that the mechanical loads on the control valve on November 4, 2019 were greater than on December 10, 2018.
  • the valve element not only reversed around four times more direction than on December 10 in the same period 2018, but with each of these reversals of direction - at least on average - also covered the same distance or stroke distance, which can be seen from a synopsis of FIGS. 6 and 7.
  • the histogram 800 shows a histogram 800 in which all valve member positions are recorded which the valve member has assumed since the control valve was started up.
  • the histogram 800 comprises 10 classes.
  • the first class 810 contains all positions recorded in the second period that deviate from the closed position of the valve by at most 5% of a full stroke, whereas the last class 820 includes all positions recorded in the second period from a fully open position Valve deviate by a maximum of 5% of a full stroke.
  • the height of the bar corresponds to the percentage of the positions in a class in relation to the total of all recorded positions.
  • the histogram shows that the control valve usually moves back and forth between the closed position and the position in which the valve is fully open. It assumes the closed position somewhat more frequently than the position in which the valve is fully open.
  • FIG. 9 shows a histogram 900 in which the valve member positions are recorded which the valve member assumed on November 4, 2019 in the second period. It is structured in the same way as the histogram 800.
  • the histogram 900 shows that the control valve was almost always fully open on November 4, 2019, but must have been in a closed position for a short time. It also shows that the deviations of the actual positions of the valve member from the respective target positions must have been less than 5% of a full stroke, since only the first class 910 and the last class 920 are occupied. The same applies to the histogram 800.
  • the histogram 1000 shows a histogram 1000 which summarizes the number of reversals of direction that the valve member has made since the control valve was started up.
  • the histogram 1000 comprises 10 classes.
  • the first class 1010 contains all reversals of direction recorded in the second period with changes in position that are less than 2% of a full stroke, whereas the last class 1020 includes all reversals of direction recorded in the second period with changes in position that go beyond a full stroke.
  • all reversals of direction are combined with changes in position that are more than or equal to 2% and less than 5% of a full stroke.
  • Reversals of direction with changes in position between 95% and 100% of a full stroke are in the penultimate class 1040.
  • the height of the bars corresponds to the percentage of reversals in a class in relation to the total of all reversals recorded.
  • FIG. 11 shows a histogram 1100 which summarizes the number of reversals of direction that the valve member performed on November 4, 2019 in the second period. It is constructed in the same way as the histogram 1000. The comparison of the histograms 1000 and 1100 shows that the reversals of direction in the second period on November 4, 2019 were more frequently associated with position changes in a range between 2 and 5% of a full stroke than in the past.
  • Such beats can be recognized, for example, with the help of a sum, in which the number of reversals of direction, the amount of the mean value of the associated changes in position and the occupation of classes 1030 and 1130 with corresponding weights. received. If the value of this sum exceeds a specified threshold, a message is issued.
  • a system represents a systematic compilation of technical components.
  • the components can include machines, devices, apparatus, storage facilities, lines or transport and / or control or regulating elements. They can be connected, interconnected or linked to one another in terms of function, control technology and / or safety technology.
  • Systems are operated in many different areas for a variety of purposes. This includes, for example, procedural or process engineering systems, which in many cases are part of the chemical industry.
  • systems also includes refineries, district heating systems, geothermal or solar thermal systems, systems for food production, fresh water supply or wastewater disposal, biogas systems, etc.
  • the flow rate is the amount of a fluid medium that moves through a certain cross-section in a certain time unit.
  • the amount of the medium can be given as the amount of substance. For metrological reasons, however, it is often given in a unit of volume or mass.
  • a stroke of a valve member denotes the distance that the valve member covers when it is moved from a first position to a second position.
  • An actual position represents the position and / or location of a body in space at a specific point in time. In many cases, the actual position of a body is equated with its current position or location, ie with the position or location that the body occupies at the present time.
  • the specific point in time can also refer to a point in time in the past or in the future.
  • An actual position is often the starting point for a targeted movement of a body towards a target position. process
  • a (technical) process is the entirety of the processes in a (technical) system.
  • a running process is a process that is currently being run on a system or during normal operation of a system.
  • a process can be continuous or continuous (oil refining, district heating or electricity generation) or discontinuous or a batch or batch process (dough production for the production of baked goods, drug production, roasting of coffee).
  • a process medium is a fluid medium that is circulated or transported within a system as part of a process and, if necessary, changed in the process.
  • Process media can be oils, salts, liquids or gases.
  • a shock or impact is a rather short-term mechanical load on a body compared to the duration of an oscillation, during which kinetic energy or an impulse is transferred to the body.
  • a body or system can be plastically and / or elastically deformed and / or made to vibrate by a blow (cf. e.g. striking a tuning fork with a hard object).
  • An oscillation represents a time-recurring elastic deformation or a repetitive deflection of at least one part of a body around a position of equilibrium.
  • vibrations are triggered by mechanical loads on a body or a part of a body. They can be periodic but also non-periodic, where the latter includes quasi-periodic oscillations (e.g. superposition of two harmonic oscillations at right angles to one another with incommensurable frequencies) or even chaotic oscillations (e.g. a Pohl's wheel).
  • You can be sinusför mig, but also have other shapes, such. B. a triangular, rectangular or saw tooth shape.
  • the periods of time within which the deformation or deflection takes place and the deflection distance or amplitude can be constant (e.g. in the case of an undamped oscillation) or variable over time (e.g. in the case of a damped oscillation).
  • Target position represents a predetermined or desired position or location of a body in space, from which the actual position of the body should deviate as little as possible.
  • a target position or target position is in many cases the goal of a directed movement of a body or the end result aimed for by the directed movement of the body. In the ideal case, at least as a result of the targeted movement of a body, the actual position of the body agrees with the desired target position or deviates therefrom only within the scope of the positioning uncertainty achievable with the targeted movement or a predetermined position tolerance.
  • a positioner is that element of a valve that actuates the valve member of the valve to open or close the valve.
  • positioners comprise an electric or a fluidic drive, the latter being operated either hydraulically or with compressed air.
  • Control valves also called process or control valves, are used to throttle or regulate fluidic flows.
  • a closure part e.g. a perforated or valve cone
  • a flow opening is opened or closed, whereby the flow rate can be influenced, up to and including the complete closure of the flow opening.
  • a pneumatic or electric drive is typically used for this.
  • a valve member is that element of a valve that can release the valve seat or close ver and z.
  • B. is operated by a positioner to close or open the valve.
  • a period is a time interval or a period of time.
  • a period of time has both a beginning and an end, each of which can be determined by a point in time.
  • a time period can be composed of several time periods that can overlap and / or are disjoint from one another.
  • a period of time has a duration that can include, for example, an hour or a day.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method for sensing vibrations and/or impacts to which a control valve (100) can be exposed, for example in a processing system. To this end, position sensors are used, which are used to monitor the position of the valve member. The positions of the valve member (125) measured during monitoring are recorded and analysed in the method. Vibrations and/or impacts which are transferred to the valve member (125) and/or the sensor unit are identified from, for example, deviations from target positions or position changes. In this manner, vibrations and/or impacts owing to, for example, flow fluctuations, wear of components of the control valve (100) or system or environmental influences can be sensed. The use of additional sensors is not necessary or can at least be reduced. Furthermore, the provided position sensors are already designed for use in a control valve (100). The method can therefore be implemented in a cost-effective yet reliable manner.

Description

Verfahren zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil ausge setzt sein kann Method for detecting vibrations and / or impacts that a control valve can be exposed to
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Field of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann. Stellventile werden in prozess- oder verfahrenstech nischen Anlagen zum Steuern oder Regulieren eines Prozesses bzw. Prozessmediums einge setzt. Andere Anwendungsbeispiele sind u.a. solarthermische Anlagen oder Nah- und Fernwär mesysteme. Neben Steuer- und Regelanwendungen werden Stellventile auch als Sicherheits ventile zur Absicherung von Anlagen bzw. Prozessen genutzt. The invention relates to a method for detecting vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed. Control valves are used in process engineering systems to control or regulate a process or process medium. Other application examples include solar thermal systems or local and district heating systems. In addition to control and regulation applications, control valves are also used as safety valves to protect systems and processes.
Stellventile erfahren dabei sowohl innere als auch äußere mechanische Belastungen, wel che durch die gesamte Anlage, in der sie eingesetzt werden, das Stellventil selbst und die Um gebung der Anlage bzw. des Stellventils bedingt sein können. Mechanische Belastungen kön nen auf Verschleiß und Fehlfunktionen des Ventils bzw. der Anlage oder einer Anlagenkompo nente zurückzuführen sein oder zu Verschleiß oder sogar Fehlfunktionen des Stellventils, der Anlage oder einer Anlagenkomponente führen. Sie lassen in vielen Fällen Aussagen über den Zustand und die Funktionsfähigkeit eines Stellventils bzw. einer Anlage zu. Control valves experience both internal and external mechanical loads that can be caused by the entire system in which they are used, the control valve itself and the environment around the system or the control valve. Mechanical loads can be traced back to wear and malfunction of the valve or the system or a system component or lead to wear or even malfunction of the control valve, the system or a system component. In many cases, they allow statements to be made about the condition and functionality of a control valve or a system.
Mechanische Belastungen eines Stellventils entstehen in der Regel durch den Betrieb des Ventils bzw. der Anlage. Sie können auch durch Verschleiß, Fehlfunktionen und Fehlbedienun gen des Stellventils, der Anlage und / oder einer der Anlagenkomponenten sowie durch Stör fälle, Wetter- und Umwelteinflüsse hervorgerufen und / oder verstärkt werden. Mechanical loads on a control valve are usually caused by the operation of the valve or the system. They can also be caused and / or intensified by wear and tear, malfunctions and incorrect operation of the control valve, the system and / or one of the system components as well as accidents, weather and environmental influences.
Zu den mechanischen Belastungen gehören Schwingungen, was sowohl periodische Vib rationen bzw. Erschütterungen als auch nichtperiodische Schwingungen umfasst, die z. B. auf eine Überlagerung inkommensurabler harmonischer Schwingungen oder das Vorhandensein nichtlinearer Schwingsysteme in einer Ventil- oder Anlagenkomponente zurückzuführen sind. Schwingungen entstehen in vielen Fällen durch den Einsatz von Aktuatoren in einer Pro zessanlage, wie z. B. Stellventilen oder Pumpen. Sie können auch Eigenschwingungen anderer Anlagenkomponenten darstellen, wie z. B. von Motoren oder Turbinen, die mit dem Stellventil z. B. über Rohrleitungen oder andere Anlagenkomponenten direkt oder indirekt verbunden sind. Ebenfalls führen Prozessfluid-Druck- und Durchflussschwankungen zur Bewegungs- bzw. Schwingungsanregung einer Prozessanlage bzw. eines Stellventils. Schwingungen können auch auf durch Verschleiß verursachte Turbulenzen des Prozessmediums, lose Teile der An lage oder Fremdkörper im Prozessmedium hindeuten. The mechanical loads include vibrations, which includes both periodic vibrations or shocks and non-periodic vibrations that z. B. can be attributed to a superposition of incommensurable harmonic oscillations or the presence of non-linear oscillation systems in a valve or system component. In many cases, vibrations are caused by the use of actuators in a process system, such as B. control valves or pumps. You can also display natural vibrations of other system components, such as B. of engines or turbines that with the control valve z. B. are connected directly or indirectly via pipes or other system components. Process fluid pressure and flow fluctuations also lead to movement or vibration excitation of a process system or a control valve. Vibrations can also indicate turbulence in the process medium caused by wear, loose parts of the system or foreign bodies in the process medium.
Schwingungen haben demnach sehr unterschiedliche Ursachen und weisen dementspre chend vielfältige Zeitskalen bzw. Periodendauern auf. Die Skalen bzw. Periodendauern können dabei in einem weiten Bereich von wenigen Millisekunden bis hin zu Tagen oder Monaten lie gen. Letztere sind z. B. Schwingungen zuzuordnen, die aufgrund von umweltbedingten Tempe raturschwankungen durch Tag-Nacht-Zyklen oder dem Wechsel der Jahreszeiten entstehen. Vibrations therefore have very different causes and accordingly have a wide range of time scales or period durations. The scales or periods can lie in a wide range from a few milliseconds to days or months. B. to assign vibrations that arise due to environmental temperature fluctuations caused by day-night cycles or the change of seasons.
Eine weitere Art der mechanischen Belastungen stellen Schläge dar, die sich von Schwin gungen im Wesentlichen durch ihre Dauer und die Art ihres Auftretens unterscheiden. Während Schwingungen wiederkehrende Belastungen darstellen, sind Schläge eher als vereinzelt auftre tende Ereignisse zu verstehen. Schläge treten z. B. beim An- oder Herunterfahren einer Anlage, beim Starten oder Stoppen eines Prozesses bzw. beim Öffnen oder Schließen von unter Druck stehenden Armaturen oder Ventilen auf. Sie können aber auch durch Wettereinflüsse wie Wind böen oder Dachlawinen entstehen, auf mit dem Stellventil oder mit dem Stellventil verbundene Anlagenkomponenten kollidierende Teile hindeuten oder auf Störfälle zurückzuführen sein, die zu plötzlichen Veränderungen der Prozessbedingungen führen. Another type of mechanical stress is impacts, which differ from vibrations mainly in terms of their duration and the way they occur. While vibrations represent recurring loads, impacts are to be understood as isolated events. Blows occur z. B. when starting up or shutting down a system, when starting or stopping a process or when opening or closing pressurized fittings or valves. However, they can also be caused by weather influences such as gusts of wind or roof avalanches, indicate that parts of the system that are connected to the control valve or the control valve are colliding, or they can be traced back to malfunctions that lead to sudden changes in the process conditions.
Stand der Technik State of the art
Schwingungen und / oder Schläge sind in vielen Fällen eng mit dem Zustand und der Funktionsfähigkeit eines Stellventils bzw. einer Anlage verknüpft. Dementsprechend sind im Stand der Technik verschiedene Ansätze beschrieben, um Schwingungen und / oder Schläge, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann, zur Überwachung eines Stellventils bzw. einer An lage zu nutzen. In many cases, vibrations and / or impacts are closely linked to the condition and functionality of a control valve or a system. Accordingly, various approaches are described in the prior art in order to use vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed to monitor a control valve or a system.
Häufig werden dabei Beschleunigungssensoren zur Körperschallaufzeichnung / -mes- sung eingesetzt. So schlägt zum Beispiel die Patentschrift DE 102016216 923 B4 den Einsatz von piezoelektrischen Schallwandlern vor, die die mechanischen Schwingungen des Ventils in einem festgelegten, vorzugsweise möglichst großen Frequenzspektrum als Sensorsignal erfas sen und bereitstellen. Alternativ sieht die DE 10 2016 216 923 B4 den Einsatz von Mikrofonen vor. In der Patentschrift US 9,423,050 B2 wird in ähnlicher Weise der Einsatz von Vibrations- bzw. Akustik-Sensoren zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen, die auf ein Stell ventil einwirken können, beschrieben. Acceleration sensors are often used for structure-borne sound recording / measurement. For example, patent specification DE 102016216 923 B4 proposes the use of piezoelectric sound transducers which detect and provide the mechanical vibrations of the valve in a fixed, preferably as large as possible frequency spectrum as a sensor signal. Alternatively, DE 10 2016 216 923 B4 provides for the use of microphones. In the patent US 9,423,050 B2 the use of vibration or acoustic sensors for detecting vibrations and / or impacts that can act on a control valve, described.
Die Sensoren können an unterschiedlichen Stellen eines Stellventils platziert werden, wo bei sie ihrer Platzierung entsprechend unterschiedliche Arten von Schwingungen und / oder Schlägen aufnehmen können. So werden Körperschallsensoren im Bereich des Ventilkegels oder der Ventilbetätigungsstange eines Stellventils eingesetzt, um Schwingungen, die aus Fluid-Druck- und / oder Durchflussschwankungen resultieren, zu erfassen. Um äußere Schwin gungen und / oder Schläge, wie durch Rohrleitungen übertragene Anregungen oder Windein flüsse zu detektieren, eignen sich Luftschall- oder Körperschallsensoren, welche Schwingungen und / oder Schläge am Äußeren des Stellventils detektieren. Zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen wird demnach mindestens ein Schwingungssensor benötigt. In der Regel müssen mehrere Sensoren eingesetzt werden, um die unterschiedlichen Arten bzw. Quellen von Schwingungen und / oder Schlägen, die auf ein Stellventil einwirken können, zu erfassen und somit die verschiedenen Schwingungszustände eines Stellventils beurteilen zu können. The sensors can be placed at different points on a control valve, where they can pick up different types of vibrations and / or impacts according to their placement. Structure-borne noise sensors are used in the area of the valve cone or the valve actuating rod of a control valve in order to detect vibrations resulting from fluid pressure and / or flow fluctuations. Airborne sound or structure-borne sound sensors that detect vibrations and / or shocks on the outside of the control valve are suitable for detecting external vibrations and / or impacts, such as excitations transmitted through pipelines or wind influences. Accordingly, at least one vibration sensor is required to detect vibrations and / or impacts. As a rule, several sensors must be used in order to detect the different types or sources of vibrations and / or impacts that can act on a control valve and thus to be able to assess the various vibration states of a control valve.
Die Installation und der Betrieb von Sensoren sind meist aufwendig und teuer. Die Zuver lässigkeit und Aussagekraft der Überwachung ist zudem durch die Art der zur Verfügung ste henden Sensoren, dem zugehörigen Messbereich und der zugehörigen Messgenauigkeit sowie durch Verschleiß und Ausfall der Sensoren eingeschränkt. Dem kann zwar begegnet werden, indem die Sensoren an die vorgesehenen Einsatzorte in oder an einem Stellventil bzw. einer Anlage angepasst werden. Dies erfordert jedoch in der Regel zusätzlichen Aufwand bei der Konzeption, Auswahl, Herstellung, Installation und / oder dem Betrieb der Sensoren und verur sacht somit weitere Kosten. The installation and operation of sensors are usually complex and expensive. The reliability and informative value of the monitoring is also restricted by the type of sensors available, the associated measuring range and the associated measuring accuracy, as well as wear and tear and failure of the sensors. This can be countered by adapting the sensors to the intended locations in or on a control valve or a system. However, this usually requires additional effort in the design, selection, manufacture, installation and / or operation of the sensors and thus causes additional costs.
Aufgabe task
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung bzw. dem Monitoring eines Stellventils bzw. einer Anlage anzugeben, mit dem Schwingungen und / oder Schläge, denen das Stellventil ausgesetzt sein kann, einfach, kostengünstig sowie zuverlässig und aussage kräftig erfasst werden können. The object of the invention is to provide a method for monitoring or monitoring a control valve or a system with which vibrations and / or impacts to which the control valve may be exposed can be recorded simply, inexpensively, reliably and meaningfully.
Lösung solution
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. This problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous developments of the subject matter of the independent claim are identified in the subordinate claims. The wording of all claims is hereby incorporated by reference made part of this description.
Die Verwendung der Einzahl soll die Mehrzahl nicht ausschließen, was auch im umge kehrten Sinn zu gelten hat, soweit nichts Gegenteiliges offenbart ist. The use of the singular is not intended to exclude the plural, which also applies in the reverse sense, unless otherwise stated.
Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müs sen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen. Individual process steps are described in more detail below. The steps do not necessarily have to be carried out in the order given, and the method to be described can also have further steps that are not mentioned.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, um Schwingungen und / oder Schläge, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann, zu erfassen. Dabei ist das Stellventil Teil einer Anlage, auf der ein Prozess mit einem Prozessmedium abläuft bzw. ablaufen kann. Es weist ein Ventilglied zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Prozesses, der auf der Anlage abläuft bzw. ablaufen kann, einen Stellungsregler zur Regelung der Position des Ventilglieds und einen Positionssensor, der die Ist-Position des Ventilglieds messen kann, auf. To achieve the object, a method is proposed to detect vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed. The control valve is part of a system on which a process with a process medium runs or can run. It has a valve member for influencing the process medium and / or the process that runs or can run on the system, a position controller for regulating the position of the valve member and a position sensor that can measure the actual position of the valve member.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte: The process consists of the following steps:
Zunächst hält der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum in einer Soll- Position oder verfährt es in eine Soll-Position. Danach folgen die Schritte: First of all, the positioner holds the valve member in a desired position for a first period of time or moves it into a desired position. Then follow the steps:
1. Messen mindestens einer Position des Ventilglieds mithilfe des Positionssensors in ei nem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ersten Zeitraum ist; typischerweise ist die mindestens eine gemessene Position die Ist-Position des Ventilglieds; 1. Measuring at least one position of the valve member with the aid of the position sensor in a second time period which lies within the first time period or is equal to the first time period; typically the at least one measured position is the actual position of the valve member;
2. Aufzeichnen der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum; 2. Recording the at least one position of the valve member measured by the position sensor over the second period of time;
3. Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds; und 3. Determination of vibrations and / or impacts to which the control valve may have been exposed by analyzing the at least one position of the valve member recorded in the second time period; and
4. Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein Schlag ermittelt wird und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet. 4. Outputting a message if at least one oscillation and / or at least one beat is determined and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one beat exceeds a predetermined threshold.
Das Verfahren zielt darauf ab, den bereits im Stellungsregler vorhandenen Positions sensor gleichzeitig als Schwingungssensor zu verwenden, d.h. als Sensor zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil ausgesetzt sein kann. Der Einsatz zusätzlicher Sensoren kann demnach entfallen oder zumindest reduziert werden. Zudem ist der Positionssensor des Stellungsreglers bereits an den Einsatz in oder an dem Stellventil bzw. der Anlage angepasst. Eine Konzeption, Anpassung, Auswahl, Herstellung, Installation und ein Be trieb zusätzlicher bzw. angepasster Sensoren kann demnach entfallen. The aim of the method is to use the position sensor already in the positioner as a vibration sensor, i.e. as a sensor for detecting vibrations and / or impacts to which the control valve can be exposed. The use of additional sensors can therefore be dispensed with or at least reduced. In addition, the position sensor of the positioner is already adapted for use in or on the control valve or the system. A conception, adaptation, selection, manufacture, installation and operation of additional or adapted sensors can therefore be dispensed with.
Treten in der Anlage bzw. dem Stellventil Schwingungen und / oder Schläge auf, z.B. im laufenden Betrieb durch den Einsatz von Pumpen oder Turbulenzen des Prozessmediums, kön nen sich diese aufgrund von Elastizitäten und / oder mechanischen Freiheitsgraden der Anlage bzw. des Stellventils und deren Komponenten auf das Ventilglied und / oder den Positions sensor übertragen. Übersteigen die auf das Ventilglied und / oder den Positionssensor übertra genen Schwingungen und / oder Schläge eine gewisse Intensität bzw. Amplitude (z. B. 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs), können sie mittels des Positionssensors in Form von Positi onsänderungen des Ventilglieds gemessen bzw. erfasst werden. Die messbare Intensität bzw. Amplitude der Schwingungen und / oder Schläge ist u. a. durch das Auflösungsvermögen des Positionssensors gegeben. If vibrations and / or impacts occur in the system or the control valve, e.g. during operation due to the use of pumps or turbulence in the process medium, these can change due to elasticities and / or mechanical degrees of freedom of the system or the control valve and its components transferred to the valve member and / or the position sensor. If the vibrations and / or impacts transmitted to the valve member and / or the position sensor exceed a certain intensity or amplitude (e.g. 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke), they can be changed in the form of position changes using the position sensor of the valve member are measured or recorded. The measurable intensity or amplitude of the vibrations and / or impacts is given, among other things, by the resolving power of the position sensor.
Die Frequenz der erfassten Schwingungen kann ebenfalls analysiert und ausgewertet werden. Auf diese Weise können mithilfe des Verfahrens erfasste Schwingungen mit Schwin gungen abgeglichen werden, die bereits erfasst wurden, bekannt sind bzw. aus bekannten Quel len stammen. Hochfrequente Schwingungen, deren Frequenz die Abtastrate des Sensors über steigt, können dabei zwar nicht im Detail aufgelöst und erfasst werden. Sie äußern sich jedoch durch eine breite Verteilung der Messwerte oder erhöhter Messfehler, was zumindest auf deren Existenz schließen lässt. Dies ist in vielen Fällen bereits ausreichend, um das Auftreten außer gewöhnlicher mechanischer Belastungen oder Fehlfunktionen feststellen zu können. Die Ab tastrate des Positionssensors liegt dabei typischerweise bei ca. 100 ms bzw. in einem Bereich von 1 ms bis zu 1 s, 5 ms bis 200 ms oder 10 ms bis 150 ms. Sie kann auch in einem Bereich von ca. 2 bis 4 ms liegen. The frequency of the recorded vibrations can also be analyzed and evaluated. In this way, with the aid of the method, recorded vibrations can be compared with vibrations that have already been recorded, are known or come from known sources. High-frequency vibrations, the frequency of which exceeds the scanning rate of the sensor, cannot be resolved and recorded in detail. However, they express themselves through a broad distribution of the measured values or increased measurement errors, which at least suggests their existence. In many cases this is already sufficient to be able to determine the occurrence of unusual mechanical loads or malfunctions. The sampling rate of the position sensor is typically around 100 ms or in a range from 1 ms to 1 s, 5 ms to 200 ms or 10 ms to 150 ms. It can also be in a range of approx. 2 to 4 ms.
Die Positionsänderungen zeigen eine Relativbewegung zwischen dem Sensor und dem Ventilglied an. Sie müssen nicht einer tatsächlichen Bewegung des Ventilglieds im Ventilge häuse entsprechen. Sie können auch eine Bewegung des Positionssensors relativ zum Ven tilglied bzw. Ventilgehäuse darstellen. Sie können auch eine Bewegung der Sensorkomponen ten anzeigen, die unabhängig von einer Bewegung des Ventilglieds oder des Positionssensors auftreten kann, wenn z.B. eine mechanische Komponente des Positionssensors durch Schwin gungen und / oder Schläge, die auf das Stellventil einwirken, erschüttert bzw. bewegt werden. The changes in position indicate a relative movement between the sensor and the valve member. You do not have to correspond to an actual movement of the valve member in the valve housing. You can also represent a movement of the position sensor relative to the valve member or valve housing Ven. They can also indicate a movement of the sensor components, which can occur independently of a movement of the valve member or the position sensor, e.g. if a mechanical component of the position sensor is shaken or moved by vibrations and / or impacts acting on the control valve.
Das Stellventil kann unterschiedlich ausgeführt sein. Es kann ein Drehventil (z. B. ein Ku gelhahn oder Klappenventil) oder ein Hubventil sein, bei dem ein Ventilkegel oder (Absperr schieber zum Öffnen oder Schließen des Ventils bewegt wird. Das Ventilglied kann demnach drehbar gelagert sein, in horizontaler oder vertikaler Richtung oder - je nach Anwendungsfall - auch in andere Richtungen beweglich sein. Je nach Bauart des Stellventils kann das Ventilglied deshalb bestimmte Schwingungen und / oder Schläge besser aufnehmen als andere. So neh men horizontal bewegliche Ventilglieder eines Absperrschiebers horizontale Schwingungen und / oder Schläge in der Regel besser auf als vertikal bewegliche Ventilglieder. Vertikal verschieb bare Ventilglieder können dagegen vertikale Hub und Senkbewegungen besser aufnehmen. Hubventile können zudem Translationsbewegungen, von Rohrleitungen übertragene Schwin gungen oder temperaturbedingte Schwankungen besser aufnehmen als Drehventile. Dagegen können Drehventile Schwingungen und / oder Schläge, die durch das Prozessmedium übertra gen werden, in vielen Fällen besser aufnehmen, da sich das Ventilglied in jeder Ventilgliedstel lung im Zentrum der Prozessmediumsströmung befindet. Neben der tatsächlich aufgenomme nen Bewegung des Ventilglieds spielt dabei auch die vom Positionssensor erfasste Bewegung eine entscheidende Rolle. So weisen Absperrschieber in vielen Fällen nur eine Sensorik zur Erfassung horizontaler Bewegungen des Ventilglieds auf. Positionssensoren in Drehventilen er fassen in der Regel lediglich eine Änderung der Winkellage des Ventilglieds. The control valve can be designed differently. It can be a rotary valve (e.g. a ball valve or flap valve) or a lift valve in which a valve cone or (gate valve is moved to open or close the valve. The valve member can therefore be rotatably mounted, in a horizontal or vertical direction or - depending on the application - also be movable in other directions. Depending on the design of the control valve, the valve member can therefore absorb certain vibrations and / or impacts better than others. For example, horizontally moving valve members of a gate valve usually absorb horizontal vibrations and / or impacts valve members can move better than vertically movable valve members. Vertically movable valve members, on the other hand, are better able to absorb vertical lifting and lowering movements Rotary valves can in many cases better absorb vibrations and / or impacts that are transmitted by the process medium, since the valve member is in the center of the process medium flow in every valve member position. In addition to the actually recorded movement of the valve member, the movement detected by the position sensor also plays a decisive role. In many cases, gate valves have only one sensor system for detecting horizontal movements of the valve member. Position sensors in rotary valves usually only record a change in the angular position of the valve member.
Der Stellungsregler des Stellventils umfasst einen Aktuator bzw. Antrieb zum Bewegen des Ventilglieds. Der Antrieb kann ein elektrischer oder fluidischer Antrieb (z. B. pneumatisch oder hydraulisch) sein. Er kann auch vorgespannt sein, so dass das Ventilglied bei einem Stör fall (z. B. einem Stromausfall oder Druckluftabfall) selbsttätig in eine Sicherheitsstellung verfährt. Vorgespannte Antriebe werden vor allem in Stellventilen eingesetzt, die als Sicherheitsventil genutzt werden. Sie unterscheiden sich von nicht vorgespannten Antrieben u. a. durch die Schwingeigenschaften des Ventilglieds im Ventilgehäuse bzw. die Resonanzeigenschaft(en)/- frequenz(en) des Ventilglieds bzw. des Stellventils. Ventilglieder können deshalb je nach Art und Umfang der Vorspannung Schwingungen und / oder Schläge unterschiedlich gut aufneh men und in eigene Bewegungen umsetzen. Dies kann im Rahmen des vorgeschlagenen Ver fahrens bei der Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen, die sich z. B. in ihrer Fre quenz, Form oder Dauer unterscheiden, berücksichtigt bzw. ausgenutzt werden. The position controller of the control valve comprises an actuator or drive for moving the valve member. The drive can be an electric or fluidic drive (e.g. pneumatic or hydraulic). It can also be preloaded so that the valve member automatically moves into a safety position in the event of a fault (e.g. a power failure or a drop in compressed air). Pre-tensioned actuators are mainly used in control valves that are used as safety valves. They differ from non-preloaded drives, among other things. by the vibration properties of the valve member in the valve housing or the resonance property (s) / frequency (s) of the valve member or of the control valve. Valve members can therefore, depending on the type and extent of the bias, absorb vibrations and / or blows differently well and convert them into their own movements. This can be done in the context of the proposed method in the detection of vibrations and / or shocks that occur, for. B. differ in their frequency, shape or duration, taken into account or exploited.
Mithilfe des Positionssensors kann festgestellt und überwacht werden, in welcher Position bzw. Stellung der Stellungsregler das Ventilglied hält oder in welche Position bzw. Stellung der Stellungsregler das Ventilglied verfährt. Er kann ein integraler Bestandteil des Stellungsreglers sein oder an einer anderen Stelle im oder am Gehäuse des Stellventils angebracht sein. Der Positionssensor kann dabei direkt oder indirekt über Auswerte- oder Kontrolleinheiten des Stell ventils oder der Anlage mit dem Stellungsregler verknüpft sein. The position sensor can be used to determine and monitor the position or position in which the positioner is holding the valve member or in which position or position the positioner moves the valve member. It can be an integral part of the positioner or be attached to another location in or on the housing of the control valve. The position sensor can be linked to the positioner directly or indirectly via evaluation or control units of the control valve or the system.
Die Messung der mindestens einen Position des Ventilglieds mithilfe des Positionssensors in dem zweiten Zeitraum kann im Rahmen der Routinen erfolgen, die zur Überwachung der Ventilgliedstellung bereits zur Verfügung stehen bzw. genutzt werden. Im Rahmen des vorge schlagenen Verfahrens können aber auch andere bzw. zusätzliche Messungen bzw. Messinter valle vorgesehen werden, die an die zu messenden bzw. zu erwartenden Schwingungen und / oder Schläge angepasst werden können. Um hochfrequente Schwingungen zu erfassen, kann z.B. die Abtastrate des Positionssensors erhöht werden. Die Messungen können auch in unre gelmäßigen Abständen erfolgen und z.B. zufällig oder quasi-zufällig ausgewählt werden. Auf diese Weise können - zumindest über einen ausreichenden Zeitraum hinweg - auch Schwin gungen und / oder Schläge erfasst werden, die aufgrund des Verhältnisses ihrer Frequenz zur Abtastrate des Sensors oder aufgrund ihres zu kurzfristigen Auftretens nicht erfasst werden würden. Das Verfahren kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeführt werden. Dies umfasst Situationen, in denen das Ventilglied in einer Position steht oder vom Stellungsregler in einer Position gehalten wird, die sich in dem ersten und / oder zweiten Zeitraum mechanisch nicht ändert, z. B. in einer Dichtschließposition oder Schließstellung. Das Verfahren kann auch zwi schenzeitlich unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden, z. B. bei einem Chargenwechsel im Rahmen eines Batch-Prozesses oder solange der Betriebszustand des Stellventils und / oder der Anlage verändert wird. Dementsprechend sind der erste sowie der zweite Zeitraum in vielen Fällen durch den Betrieb der Anlage bzw. des Stellventils bedingt. Sie können beispielsweise 0,25 bis 24 Stunden, 0,5 bis 10 Stunden, 1 bis 5 Stunden oder 2 bis 3 Stunden umfassen. The measurement of the at least one position of the valve member with the aid of the position sensor in the second period can take place within the framework of the routines that are already available or used for monitoring the valve member position. In the context of the proposed method, however, other or additional measurements or measuring intervals can also be provided that can be adapted to the vibrations and / or impacts to be measured or expected. In order to detect high-frequency vibrations, the sampling rate of the position sensor can be increased, for example. The measurements can also take place at irregular intervals and, for example, be selected randomly or quasi-randomly. In this way - at least over a sufficient period of time - vibrations and / or impacts can also be recorded which would not be recorded due to the ratio of their frequency to the sampling rate of the sensor or due to their occurrence for too short a time. The procedure can be carried out at different times. This includes situations in which the valve member is in a position or is held by the positioner in a position which does not change mechanically in the first and / or second time period, e.g. B. in a tightly closed position or closed position. The process can also be interrupted in the meantime and continued at a later point in time, e.g. B. in the case of a batch change as part of a batch process or as long as the operating state of the control valve and / or the system is changed. Accordingly, the first and the second period are in many cases caused by the operation of the system or the control valve. For example, they can be 0.25 to 24 hours, 0.5 to 10 hours, 1 to 5 hours, or 2 to 3 hours.
Die Position des Ventilglieds kann jede Position des Ventilglieds zwischen der Schließ stellung und der Stellung des Ventils sein, die einem vollständig geöffneten Ventil entspricht. Dies kann eine relative Position des Ventilglieds zu einem Referenzpunkt, wie z. B. dem Stel lungsregler oder dem Antrieb des Stellungsreglers, als auch die (Winkel-)Lage des Ventilglieds bzgl. einer Referenzachse bzw. -ebene oder mehrerer Referenzachsen bzw. -ebenen sein. Dies gilt auch für die Ist- bzw. Soll-Position des Ventilglieds. The position of the valve member can be any position of the valve member between the closed position and the position of the valve which corresponds to a fully open valve. This can be a relative position of the valve member to a reference point, such as. B. the positioner or the drive of the positioner, as well as the (angular) position of the valve member with respect to. A reference axis or plane or several reference axes or planes. This also applies to the actual or target position of the valve member.
Die Meldung kann eine Warnmeldung oder ein Befehl zum Ausführen eines Wartungs schritts und / oder Verfahrens des Ventilglieds in eine Sicherheitsstellung sein. Das Ausgeben der Meldung kann sich aber auch lediglich in einer Aufzeichnung der erfassten Schwingungen und / oder Schläge erschöpfen. Die aufgezeichneten Schwingungen und / oder Schläge können im Stellungsregler oder einer Steuereinheit des Stellventils bzw. der Anlage oder einer Cloud gespeichert und ggf. weiter analysiert werden. Das Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder Veränderungen in der Häufigkeit des Auftretens, der Amplitude, Intensität und / oder Frequenz der erfassten Schwingungen und / oder Schläge können dabei - zumindest in einer ersten Näherung - Hinweise auf Veränderungen bzw. den Zustand und die Funktions fähigkeit des Stellventils oder der Anlage liefern. The message can be a warning message or a command to carry out a maintenance step and / or move the valve member into a safety position. The output of the message can also be limited to a recording of the recorded vibrations and / or beats. The recorded vibrations and / or beats can be stored in the positioner or a control unit of the control valve or the system or a cloud and, if necessary, further analyzed. The occurrence of vibrations and / or blows and / or changes in the frequency of occurrence, the amplitude, intensity and / or frequency of the recorded vibrations and / or blows can - at least in a first approximation - be indications of changes or the state and provide the functionality of the control valve or the system.
Die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags kann die Amplitude einer einzelnen Schwingung, eines einzelnen Schlags oder eine Summe derartiger Amplituden darstellen. Die Amplitude kann aus den aktuell erfassten Schwin gungen und / oder Schlägen gebildet werden. Sie kann auch Amplituden bereits aufgezeichne ter Schwingungen und / oder Schläge enthalten. So kann auch eine Meldung ausgegeben wer den, wenn die Amplitude einer einzelnen Schwingung und /oder eines einzelnen Schlags die vorgegebene Schwelle nicht überschreiten würde. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn Schwin gungen und / oder Schläge gehäuft bzw. mehrfach hintereinander auftreten und die Summe der Amplituden dieser Schwingungen und / oder Schläge die vorgegebene Schwelle überschreitet. The amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one beat can represent the amplitude of a single oscillation, a single beat or a sum of such amplitudes. The amplitude can be formed from the currently recorded vibrations and / or impacts. It can also contain amplitudes already recorded vibrations and / or beats. In this way, a message can also be output if the amplitude of a single oscillation and / or a single beat would not exceed the specified threshold. This is e.g. B. the case when vibrations and / or blows accumulate or occur several times in a row and the sum of the amplitudes of these vibrations and / or blows exceeds the predetermined threshold.
Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen mithilfe der in dem zweiten Zeit raum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds bzw. zur Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds stehen eine Viel zahl von Methoden zur Verfügung. Viele dieser Methoden beruhen darauf, mindestens eine Differenz zwischen der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds und der Soll-Position und /oder zum Bestimmen der Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags mindestens eine Differenz zwischen der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds und der Soll-Position zu nutzen bzw. zu betrachten. Die mindestens eine Differenz kann z. B. berechnet werden, indem die Soll-Position des Ven tilglieds von der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds abgezogen wird. Die Differenzbildung kann aber auch durch einen direkten Vergleich der gemessenen Werte mit den Soll-Werten erfolgen, d.h. ohne explizite Subtraktion. To determine vibrations and / or impacts with the aid of the at least one position of the valve member recorded in the second time period or to analyze the position in the At least one position of the valve member recorded in the second period of time, a large number of methods are available. Many of these methods are based on at least one difference between the recorded at least one position of the valve member and the target position and / or for determining the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one beat at least one difference between the recorded at least one position of the Valve member and the target position to use or to consider. The at least one difference can, for. B. be calculated by subtracting the desired position of the valve member from the recorded at least one position of the valve member. The difference can also be formed by a direct comparison of the measured values with the target values, ie without explicit subtraction.
Die Soll-Position des Ventilglieds kann demnach als Referenz zur Bestimmung von Schwingungen und / oder Schlägen herangezogen werden. Die Soll-Position ist ein bekannter Wert, der nicht nur vorgegeben werden kann, sondern in vielen Fällen vom Stellungsregler ge halten wird. Sie stellt in vielen Fällen eine stabile Referenz dar, die nicht durch zusätzliche Schritte bestimmt werden muss und damit auch keine Unschärfen oder Messfehler aufweist. Schwingungen und / oder Schläge bzw. die zugehörigen Amplituden können deshalb leichter und in vielen Fällen zuverlässiger bestimmt werden. The target position of the valve member can accordingly be used as a reference for determining vibrations and / or impacts. The target position is a known value that can not only be specified, but in many cases is held by the positioner. In many cases it represents a stable reference that does not have to be determined by additional steps and therefore does not have any uncertainties or measurement errors. Vibrations and / or beats or the associated amplitudes can therefore be determined more easily and in many cases more reliably.
Die Soll-Position des Ventilglieds kann von jeder der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds abgezogen werden. Die aufgezeichnete mindestens eine Position des Ventilglieds kann aber auch zunächst in Histogramme zusammengefasst werden, bevor der Abzug der mindestens einen Position des Ventilglieds erfolgt. Die mindestens eine Differenz kann ebenfalls in Histogramme organisiert werden. Schwingungen und / oder Schläge äußern sich dabei in der Ausbildung mehrerer Balken bzw. der Besetzung von Klassen, die unterschied lich ausgeprägten Abweichungen von der Soll-Position entsprechen sowie Übereinstimmungen mit der Soll-Position umfassen können. So können Positionen, die von der Soll-Position um weniger als oder gleich 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs abweichen, in einer Klasse zusammengefasst werden. Die nächste Klasse kann alle vom Positionssensor erfassten Positi onen enthalten, die von der Soll-Position um mehr als 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs und weniger als oder gleich 1 %, 2 % oder 5 % eines Vollhubs abweichen. Übersteigt die Anzahl der erfassten Positionen in dieser Klasse odereiner Klasse, in der Positionen mit noch größeren Abweichungen von der Soll-Position zusammengefasst werden, einen bestimmten Wert bzw. eine vorgegebene Schwelle, ist dies ein Hinweis auf mindestens eine Schwingung und / oder einen Schlag, die und / oder der auf das Stellventil einwirkt. Die Anzahl der Ereignisse bzw. der bestimmte Wert stellt in diesem Fall die Amplitude bzw. vorgegebene Schwelle dar, die zur Ausgabe einer Meldung führt. Die Besetzung der Klassen kann dabei zu vorgegebenen Zeit punkten zurückgesetzt werden, z. B. nach einem Tag oder nach zwei, drei oder vier Stunden, so dass in der Vergangenheit liegende Ereignisse nicht mehr berücksichtigt werden. Neben einer Betrachtung der einzelnen Differenzen kann auch die Summe und / oder das Integral des mindestens einen Betrags der mindestens einen Differenz und / oder einer Potenz mit der mindestens einen Differenz als Basis und einem geradzahligen positiven Exponenten über den zweiten Zeitraum und / oder die Summe und / oder das Integral der mindestens einen Differenz und / oder eine Potenz mit der mindestens einen Differenz als Basis und einem unge radzahligen positiven Exponenten über den zweiten Zeitraum genutzt bzw. betrachtet werden. The target position of the valve member can be subtracted from each of the recorded at least one position of the valve member. The recorded at least one position of the valve member can, however, also initially be summarized in histograms before the at least one position of the valve member is subtracted. The at least one difference can also be organized in histograms. Vibrations and / or blows are expressed in the formation of several bars or the occupation of classes that correspond to differently pronounced deviations from the target position and can include correspondences with the target position. Positions that deviate from the target position by less than or equal to 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke can be combined in one class. The next class can contain all positions detected by the position sensor that deviate from the target position by more than 0.01%, 0.1% or 0.3% of a full stroke and less than or equal to 1%, 2% or 5% of a full stroke. If the number of recorded positions in this class or a class in which positions with even greater deviations from the target position are summarized, exceeds a certain value or a specified threshold, this is an indication of at least one oscillation and / or one beat, which and / or which acts on the control valve. In this case, the number of events or the specific value represents the amplitude or the specified threshold which leads to the output of a message. The occupation of the classes can be reset points at a given time, z. B. after a day or after two, three or four hours, so that past events are no longer taken into account. In addition to considering the individual differences, the sum and / or the integral of the at least one amount of the at least one difference and / or a power with the at least one difference as the base and an even-numbered positive exponent over the second period and / or the sum and / or the integral of the at least one difference and / or a power with the at least one difference as the base and an odd-numbered positive exponent can be used or considered over the second period.
Der Stellungsregler hält oder verfährt das Ventilglied unter normalen Betriebsbedingungen in der Soll-Position. Kommt es aufgrund von Schwingungen und / oder Schlägen zu Abweichun gen von der Soll-Lage bzw. -Position des Ventilglieds, stellt die Summe über den Betrag der mindestens einen Differenz ein Maß für die Weg- bzw. Hubstrecke dar, die das Ventilglied auf grund der Schwingungen und / oder Schläge zumindest aus Sicht des Positionssensors bzw. des Stellungsreglers zurücklegt. Auf diese Weise können sich Schwingungen und / oder Schläge, die das Ventilglied nur leicht aus der Soll-Lage bzw. -Position bewegen zu einer Weg- bzw. Hubstrecke summieren, die einem Vollhub entspricht. Dieser Weg bzw. Hub stellt nicht nur einen Hinweis dar, der zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden kann, sondern auch eine Amplitude im Sinne des vorgeschlagenen Verfahrens. Überschreitet sie eine vorgegebene Schwelle, z.B. eine Strecke, die einem Vollhub entspricht, wird gemäß dem Verfahren eine Meldung ausgegeben. The positioner holds or moves the valve member in the set position under normal operating conditions. If there are deviations from the target position or position of the valve member due to vibrations and / or shocks, the sum of the amount of the at least one difference represents a measure of the distance or stroke that the valve member on the basis of covers the vibrations and / or shocks at least from the perspective of the position sensor or the positioner. In this way, vibrations and / or impacts which move the valve member only slightly out of the target position or position can add up to a distance or stroke distance which corresponds to a full stroke. This path or stroke not only represents an indication that can be used to determine vibrations and / or impacts, but also an amplitude in the sense of the proposed method. If it exceeds a specified threshold, e.g. a distance that corresponds to a full stroke, a message is output according to the method.
Ähnlich verhält es sich mit der Summe bzw. dem Integral über die mindestens eine Diffe renz. Harmonische Schwingungen um eine Soll-Position ergeben in diesem Fall zwar einen eher kleinen Wert für die Summe bzw. das Integral oder heben sich sogar gegenseitig vollstän dig auf. Wird diese Information jedoch zusammen mit der Summe bzw. dem Integral über den Betrag der mindestens einen Differenz betrachtet, können damit z.B. Schläge und Schwingun gen unterschieden werden. Schließlich führen Schläge eher zu einseitigen Auslenkungen des Ventilglieds, so dass sich die Abweichungen von einer Soll-Position aufgrund eines Schlags nicht gegenseitig vollständig aufheben. The situation is similar with the sum or the integral over the at least one difference. In this case, harmonic oscillations around a target position result in a rather small value for the sum or the integral or even cancel each other out completely. However, if this information is considered together with the sum or the integral over the amount of the at least one difference, it is possible to differentiate between blows and vibrations, for example. Finally, impacts tend to lead to one-sided deflections of the valve member, so that the deviations from a target position due to an impact do not completely cancel each other out.
Die Summe bzw. das Integral können auch über andere Funktionen als die Identität der Differenz bzw. dem Betrag gebildet werden. So kann z.B. das Quadrat der Differenzen betrach tet werden oder die dritte Potenz oder eine Summe von Potenzen. Auf diese Weise können bestimmte Beiträge abgeschwächt oder verstärkt werden, um die Analyse zuverlässiger bzw. aussagekräftiger zu gestalten. The sum or the integral can also be formed using functions other than the identity of the difference or the amount. For example, the square of the differences or the third power or a sum of powers can be considered. In this way, certain contributions can be weakened or strengthened in order to make the analysis more reliable or more meaningful.
Die beschriebenen Summen bzw. Integrale ermöglichen es, anhand eines einzigen Wer tes einen umfassenden Überblick über das Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen zu erhalten. Sie ermöglichen es zudem, unkritische Störfaktoren auszublenden bzw. kritische Faktoren hervorzuheben. Dies kann dazu genutzt werden, um die Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen bzw. die Analyse der aufgezeichneten Positionen zielgerichteter zu gestal ten. Die bisher beschriebenen Methoden zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlä gen erfordern kein Ordnen der gemessenen Positionen des Ventilglieds bzw. der Messdaten des Positionssensors. Eine detailliertere Auswertung kann jedoch erzielt werden, wenn die Da ten chronologisch geordnet werden. Werden z.B. mindestens zwei Positionen des Ventilglieds aufgezeichnet, kann die mindestens eine Schwingung und / oder der mindestens eine Schlag mithilfe mindestens einer Positionsänderung ermittelt werden und / oder die Amplitude der min destens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags mithilfe mindestens einer Positionsänderung bestimmt werden, wobei die mindestens eine Positionsänderung berechnet wird, indem die aufgezeichneten Positionen voneinander abgezogen werden. Eine Positionsän derung stellt dabei die Änderung der Position von einem bestimmten Zeitpunkt zu einem späte ren Zeitpunkt dar. The sums or integrals described make it possible to obtain a comprehensive overview of the occurrence of vibrations and / or shocks using a single value. They also make it possible to hide uncritical disruptive factors or to highlight critical factors. This can be used to make the detection of vibrations and / or impacts or the analysis of the recorded positions more targeted. The methods described so far for detecting vibrations and / or impacts do not require any sorting of the measured positions of the valve member or the measurement data of the position sensor. However, a more detailed evaluation can be achieved if the data is sorted chronologically. If, for example, at least two positions of the valve member are recorded, the at least one oscillation and / or the at least one impact can be determined using at least one change in position and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one impact can be determined using at least one change in position , wherein the at least one change in position is calculated by subtracting the recorded positions from one another. A change in position represents the change in position from a specific point in time to a later point in time.
Die derart bestimmten Positionsänderungen können - wie bereits im Zusammenhang mit den Abweichungen der aufgezeichneten mindestens einen Position zu der Soll-Position be schrieben - ebenfalls in Histogrammen dargestellt und ausgewertet werden. Die Bestimmung der Positionsänderungen kann dabei ohne Einbeziehung von Referenzwerten erfolgen. The position changes determined in this way can - as already described in connection with the deviations of the recorded at least one position from the target position - also be displayed and evaluated in histograms. The position changes can be determined without taking reference values into account.
In einer Variante des Verfahrens können zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags aus der mindestens einen Positionsänderung Richtungs umkehrungen der vom Positionssensor erfassten Bewegung des Ventilglieds bestimmt werden und / oder, falls mindestens zwei Richtungsumkehrungen erfasst wurden, die vom Positions sensor erfassten Positionsänderungen des Ventilglieds zwischen den mindestens zwei Rich tungsumkehrungen bestimmt werden. In a variant of the method, reversals of direction of the movement of the valve member detected by the position sensor can be determined to determine vibrations and / or impacts and / or to determine the amplitude of the at least one vibration and / or the at least one impact from the at least one change in position and / or, if at least two reversals of direction have been detected, the changes in position of the valve member detected by the position sensor are determined between the at least two reversals of direction.
Mithilfe von Richtungswechseln bzw. -umkehrungen können Schwingungen und Schläge voneinander unterschieden werden. Zudem kann die Frequenz von Schwingungen bestimmt oder zumindest abgeschätzt werden. Die Positionsänderungen zwischen zwei Richtungsum kehrungen stellt zudem ein Maß für die Amplitude bzw. die Intensität der erfassten Schwingung und / oder des erfassten Schlags dar. With the help of changes of direction or reversals, vibrations and impacts can be distinguished from one another. In addition, the frequency of vibrations can be determined or at least estimated. The changes in position between two reversals of direction also represent a measure of the amplitude or the intensity of the detected vibration and / or the detected impact.
Die Anzahl der bestimmten Richtungsumkehrungen in dem zweiten Zeitraum kann eben falls zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden. Diese Zahl kann z.B. zusammen mit den oben beschriebenen Summen bzw. Integralen betrachtet werden. Eine vom Positionssensor erfasste Weg- bzw. Hubstrecke des Ventilglieds, die einem Vollhub ent spricht, gleichzeitig aber von z.B. 100 Richtungsumkehrungen begleitet wird, deutet stark auf eine Bewegung des Ventilglieds und / oder des Positionssensors durch eine Schwingung oder eine Reihe von Schlägen hin. The number of specific direction reversals in the second period can also be used to detect vibrations and / or impacts. This number can e.g. be considered together with the sums or integrals described above. A travel or stroke distance of the valve member recorded by the position sensor, which corresponds to a full stroke, but at the same time is accompanied by e.g. 100 reversals of direction, strongly indicates a movement of the valve member and / or the position sensor due to an oscillation or a series of blows.
Den Richtungsumkehrungen können des Weiteren die vom Positionssensor erfassten Po- sitionsänderungen des Ventilglieds zwischen den Richtungsumkehrungen und der vorangegan genen Richtungsumkehr zugeordnet werden (die erste erfasste Richtungsumkehr bleibt bei die ser Betrachtung in der Regel außen vor). Auf diese Weise lassen sich die Richtungsumkehrun gen ebenfalls in Histogrammen zusammenfassen und auswerten. Diese Histogramme umfas sen z. B. eine Klasse, in denen Richtungsumkehrungen enthalten sind, denen eine vom Positi onssensor erfasste Positionsänderung des Ventilglieds vorausging, die eine gewisse Schwelle nicht überschreitet. Eine Besetzung dieser Klasse deutet auf Erschütterungen des Stellventils hin. Die nächste Klasse würde Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen enthalten, die zwischen einer ersten und einer zweiten Schwelle liegen, usw. Eine Besetzung dieser Klassen lässt auf stärkere Schwingungen und / oder Schläge schließen. The reversals of direction can also include the position detected by the position sensor. Changes in the position of the valve member between the reversals of direction and the previous reversal of direction are assigned (the first reversal of direction detected is usually not included in this consideration). In this way, the reversals of direction can also be summarized in histograms and evaluated. These histograms include z. B. a class in which reversals of direction are included, which was preceded by a position change of the valve member detected by the position sensor that does not exceed a certain threshold. An occupation of this class indicates vibrations of the control valve. The next class would contain reversals of direction with changes in position that lie between a first and a second threshold, etc. An occupation of these classes suggests stronger vibrations and / or beats.
Eine weitere Möglichkeit, die in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens eine Position des Ventilglieds auszuwerten, ergibt sich, wenn die Aufzeichnung der vom Positions sensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum eine Analyse des zeitlichen Verlaufs der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Posi tion des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum ermöglicht. In diesem Fall können zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der Amplitude der mindes tens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags z.B. die Übereinstimmungen der vom Positionssensor aufgezeichneten Positionen mit der Soll-Position bestimmt (Nulldurch gänge), eine Ableitung des zeitlichen Verlaufs berechnet und /oder eine Fourier-Analyse des zeitlichen Verlaufs durchgeführt werden. Another possibility of evaluating the at least one position of the valve member recorded in the second period of time arises if the recording of the at least one position of the valve member measured by the position sensor over the second period of time is an analysis of the time course of the at least one position measured by the position sensor of the valve member over the second period of time. In this case, to determine vibrations and / or impacts and / or to determine the amplitude of the at least one vibration and / or the at least one impact, e.g. the correspondence of the positions recorded by the position sensor with the target position can be determined (zero crossings), a derivation of the time profile can be calculated and / or a Fourier analysis of the time profile can be carried out.
Für das Ordnen der aufgezeichneten Positionen zu einem zeitlichen Verlauf können z.B. Zeitstempel oder die Abtastrate des Positionssensors genutzt werden. Die Positionen können auch einfach in einer Reihe angeordnet werden, die zwar chronologisch geordnet, aber nicht mit Zeitstempeln versehen ist. Time stamps or the sampling rate of the position sensor can be used to organize the recorded positions over time. The items can also simply be arranged in a row, which is in chronological order but not provided with time stamps.
Die chronologische Ordnung der aufgezeichneten Positionen lässt in vielen Fällen detail liertere Analysen zu. Auf diese Weise kann ein differenzierteres Bild der Lage gewonnen und z.B. Fehlalarme vermieden werden. The chronological order of the recorded positions allows more detailed analyzes in many cases. In this way, a more differentiated picture of the situation can be obtained and, for example, false alarms can be avoided.
Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen werden in vielen Fällen unter schiedliche Methoden miteinander kombiniert, um die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Analyse zu erhöhen. Dazu können z.B. die mit den verschiedenen Methoden gebildeten Amplituden, wie z.B. die Hub- oder Wegstrecke, die Anzahl der Richtungsumkehrungen mit Po sitionsänderungen in einem bestimmten Bereiche, etc., aber auch die aufgezeichneten Positio nen des Ventilglieds in einer Amplitude zusammengefasst werden. Bspw. können die Beträge der einzelnen Amplituden aufsummiert werden, wobei sie u.a. unterschiedlich gewichtet werden können. Die vorgegebene Schwelle kann eine Amplitude darstellen, die in einem dritten Zeitraum vor dem ersten und / oder zweiten Zeitraum bestimmt und / oder an die aktuellen Betriebsbe dingungen des Stellventils angepasst wurde. Zu den Betriebsbedingungen gehören Führungs größen wie z.B. die Soll-Position des Ventilglieds bzw. Prozessparameter wie die Durchfluss menge bzw. der Druck oder die Viskosität des Prozessmediums. Auf diese Weise kann die Sensitivität, mit der Meldungen ausgegeben werden, an die Betriebsbedingungen eines Stell ventils bzw. einer Anlage angepasst werden. Insbesondere kann so die Ausgabe von Fehlmel dungen vermieden werden, die z.B. durch betriebsbedingte Schwingungen und / oder Schläge hervorgerufen werden. To determine vibrations and / or impacts, different methods are combined with one another in many cases in order to increase the reliability and informative value of the analysis. For this purpose, for example, the amplitudes formed with the various methods, such as the stroke or distance, the number of direction reversals with position changes in a certain area, etc., but also the recorded positions of the valve member can be summarized in one amplitude. For example, the amounts of the individual amplitudes can be added up, and they can be weighted differently, among other things. The predefined threshold can represent an amplitude that was determined in a third time period before the first and / or second time period and / or adapted to the current operating conditions of the control valve. The operating conditions include command variables such as the target position of the valve element or process parameters such as the flow rate or the pressure or the viscosity of the process medium. In this way, the sensitivity with which messages are output can be adapted to the operating conditions of a control valve or a system. In particular, the output of incorrect messages can be avoided, which are caused, for example, by operational vibrations and / or impacts.
Die vorgegebene Schwelle wird in vielen Fällen im Rahmen der Installation bzw. Inbe triebnahme des Stellventils bestimmt. Sie kann auch zu einem späteren Zeitpunkt von Neuem bestimmt bzw. nachjustiert werden, z.B. wenn die Anlage ihren Normalbetrieb aufgenommen hat oder neue Anlagenkomponenten installiert wurden. Der dritte Zeitraum umfasst demnach einen Teil des Installations- bzw. Inbetriebnahmeprozesses bzw. einen späteren Zeitraum, in dem die Anlage unter Bedingungen betrieben wird, die als "normal" angesehen werden können. In many cases, the specified threshold is determined during the installation or commissioning of the control valve. It can also be re-determined or readjusted at a later point in time, e.g. when the system has started normal operation or new system components have been installed. The third period accordingly comprises part of the installation or commissioning process or a later period in which the system is operated under conditions which can be viewed as "normal".
Ähnliches gilt für die Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen. So können bei der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ven tilglieds Einflüsse des Prozessmediums und / oder des Prozesses und / oder der Umgebung des Stellventils und / oder der Anlage auf das Stellventil berücksichtigt werden. Auf diese Weise können z.B. durch den Regelbetrieb bzw. bestimmte Führungsgrößen bedingte Schwingungen und / oder Schläge, wie z. B. durchflussbedingte und / oder temperaturbedingte Störungen oder Schwankungen, identifiziert und von anderen Störeinflüssen, die auf das Stellventil in Form von Schwingungen und / oder Schlägen einwirken, unterschieden werden. Bei einem Fernwärme system sind z.B. Betriebsbedingungen mit hoher Belastung eher im Winter als im Sommer zu erwarten. In einer solarthermischen Anlage haben Tag-Nacht-Zyklen und die Bewölkung einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss. Hoher Druck und hohe Durchflussraten des Prozessme diums führen in vielen Fällen zu Turbulenzen und einem erhöhten Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen. The same applies to the detection of vibrations and / or impacts. Thus, in the analysis of the at least one position of the valve member recorded in the second period, influences of the process medium and / or the process and / or the environment of the control valve and / or the system on the control valve can be taken into account. In this way, for example, vibrations and / or shocks caused by normal operation or certain reference variables, such as B. flow-related and / or temperature-related disturbances or fluctuations, identified and differentiated from other interfering influences that act on the control valve in the form of vibrations and / or shocks. In the case of a district heating system, for example, operating conditions with high loads are more likely in winter than in summer. In a solar thermal system, day-night cycles and cloud cover have an influence that cannot be neglected. In many cases, high pressure and high flow rates of the process medium lead to turbulence and an increased occurrence of vibrations and / or shocks.
Umgekehrt können mithilfe der erfassten Schwingungen und / oder Schläge und einer Betrachtung der Einflüsse des Prozessmediums und / oder des Prozesses und / oder der Um gebung des Stellventils und / oder der Anlage auf das Stellventil Prozessbedingungen mit hoher Belastung erkannt und ermittelt werden, die weniger offensichtlich sind als z. B. der Einfluss der Bewölkung auf eine solarthermische Anlage. So können z.B. mechanische Spannungen bzw. Belastungen durch Temperaturänderungen erkannt werden, die zum Beispiel durch den Betrieb einer Anlage mit heißen Medien entstehen oder durch die Umgebungstemperatur bedingt sind. Der Positionssensor kann als berührungsloser Sensor ausgebildet sein, der eine magne tische Anordnung umfasst. Dazu gehören Sensoren, die z.B. mehrpolige magnetische Anord nungen aufweisen, wie z.B. magnetische Codierstreifen, die aus einer seriellen Anordnung von Magneten bestehen, oder diametral magnetisierten Polringen mit 2, 4 oder mehr Polen, deren Ausrichtung mithilfe magnetoresistiver Sensoren erfasst wird. Berührungslose Sensoren redu zieren die mechanische Kopplung, die zwischen dem Ventilglied und dem Positionssensor be steht, und die damit einhergehenden Dämpfungseffekte. Die Bestimmung der Position des Ven tilglieds ist damit in vielen Fällen empfindlicher und genauer, d.h. Schwingungen und / oder Schläge mit kleinen Amplituden können besser detektiert werden. Conversely, with the help of the recorded vibrations and / or impacts and an examination of the influences of the process medium and / or the process and / or the environment of the control valve and / or the system on the control valve, process conditions with high loads can be recognized and determined that are less obvious are as z. B. the influence of cloud cover on a solar thermal system. For example, mechanical stresses or loads caused by changes in temperature can be detected, for example caused by the operation of a system with hot media or caused by the ambient temperature. The position sensor can be designed as a contactless sensor which comprises a magnetic arrangement. These include sensors that have, for example, multi-pole magnetic arrangements, such as magnetic coding strips, which consist of a serial arrangement of magnets, or diametrically magnetized pole rings with 2, 4 or more poles, the alignment of which is detected using magnetoresistive sensors. Contactless sensors reduce the mechanical coupling that exists between the valve member and the position sensor and the associated damping effects. The determination of the position of the valve member is therefore in many cases more sensitive and more precise, ie vibrations and / or blows with small amplitudes can be better detected.
Der Positionssensor kann aber auch eine mechanische Kopplung mit dem Ventilglied zur Bestimmung der Ventilgliedstellung aufweisen, die sich sowohl mit dem als auch unabhängig vom Ventilglied bewegen kann. Der Positionssensor verfügt damit über mindestens einen weiteren mechanischen Freiheitsgrad, der zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden kann. Dieser Freiheitsgrad besitzt in der Regel Schwingeigenschaften, die es dem Positionssensor ermöglichen, ein breiteres Spektrum an Schwingungen und / oder Schlägen aufzunehmen und zu erfassen als ein vergleichbarer Sensor mit starrer Kopplung. Die Kopplung ist z.B. in vielen Fällen dazu geeignet, von außen eingeleitete Schwingungen höherer Frequenz besser aufzunehmen, wie z. B. Rohrleitungsschwingungen, welche von Pumpen in der Anlage verursacht werden können. Darüber hinaus können mithilfe der Kopplung Schwingungen und / oder Schläge erfasst werden, bei denen sich die relative Position zwischen Positionssensor und Ventilglied nicht oder nur in einem Maße verändert, das nicht aufgelöst werden kann. Zu diesen Schwingungen und / oder Schlägen können z.B. Rohrleitungsschwingungen gehören, die das Stellventil mehr oder weniger als Ganzes nach oben und unten bewegen, so dass sich die Relativposition zwischen Ventilglied und Positionssensor kaum verändert. Da sich die Kopplung unabhängig vom Ventilglied (und notwendigerweise auch vom Positionssensor) bewegen kann, kann durch Trägheit eine Relativbewegung entstehen, die trotz der geringen Änderung der Relativposition zwischen Sensor und Ventilglied vom Positionssensor erfasst werden kann. The position sensor can, however, also have a mechanical coupling to the valve member for determining the valve member position, which coupling can move both with and independently of the valve member. The position sensor thus has at least one further mechanical degree of freedom that can be used to detect vibrations and / or impacts. This degree of freedom usually has oscillation properties that enable the position sensor to absorb and record a broader spectrum of oscillations and / or impacts than a comparable sensor with a rigid coupling. The coupling is e.g. in many cases suitable for better absorbing higher frequency vibrations introduced from outside, e.g. B. Pipeline vibrations, which can be caused by pumps in the system. In addition, the coupling can be used to detect vibrations and / or impacts in which the relative position between the position sensor and the valve member does not change or only changes to an extent that cannot be resolved. These vibrations and / or bumps can include, for example, pipe vibrations that move the control valve more or less as a whole up and down so that the relative position between the valve member and position sensor hardly changes. Since the coupling can move independently of the valve member (and necessarily also of the position sensor), inertia can cause a relative movement that can be detected by the position sensor despite the slight change in the relative position between the sensor and the valve member.
Denkbar ist auch eine Kombination mit berührungslosen Messverfahren. Auf diese Weise können Schwingungen und / oder Schläge, die zu einer Relativbewegung zwischen Ventilglied und Positionssensor führen, und Schwingungen und / oder Schläge, die die Relativposition nicht wesentlich beeinflussen, voneinander unterschieden werden. Mithilfe unterschiedlicher Positi onssensoren können Positionsänderungen oder Verschiebungskurven aufgezeichnet werden, die sich durch die Ordnung bzw. Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade der Sensoren unter scheiden. So können mittels einer Gesamtverschiebungskurve erster Ordnung, welche einer Schwingkurve zweiter Ordnung überlagert ist, z.B. durchflussbedingte sowie temperaturbe dingte Störungen bestimmt und z.B. von Rohrleitungsschwingungen, die aufgrund von Aktua toren entstehen, unterschieden werden. A combination with non-contact measuring methods is also conceivable. In this way, vibrations and / or impacts, which lead to a relative movement between the valve member and position sensor, and vibrations and / or impacts, which do not significantly influence the relative position, can be distinguished from one another. With the help of different position sensors, changes in position or displacement curves can be recorded, which differ according to the order or number of degrees of freedom of vibration of the sensors. Thus, by means of a first-order total displacement curve, which one Second order oscillation curve is superimposed, for example flow-related and temperature-related disturbances are determined and a distinction is made between, for example, pipe vibrations that arise due to actuators.
Die Kopplung kann z.B. mithilfe von Gelenken, Federn, Hebeln oder Zahnrädern ausge führt werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Kopplung als Drehhebel ausgebildet. Der Drehhebel kann z.B. an einem Anschlag des Ventilglieds anliegen, wobei eine Feder den Hebel gegen den Anschlag drückt. Die Bewegung des Ventilglieds wird so in eine Drehbewe gung bzw. Auslenkung des Hebels umgesetzt, die vom Positionssensor z.B. mithilfe eines Dreh potentiometers oder eines Polrings erfasst werden kann. Die Drehbewegung des Drehhebel umfasst dabei typischerweise einen Bereich von 30°, 35°, 45°, 60° oder 84°. Der Umfang des Drehwinkelbereichs kann jedoch jeden Wert zwischen 5° und 180° annehmen. The coupling can, for example, be carried out using joints, springs, levers or gears. In preferred embodiments, the coupling is designed as a rotary lever. The rotary lever can, for example, rest against a stop of the valve member, a spring pressing the lever against the stop. The movement of the valve member is converted into a rotary movement or deflection of the lever, which can be detected by the position sensor, e.g. using a rotary potentiometer or a pole ring. The rotary movement of the rotary lever typically covers a range of 30 °, 35 °, 45 °, 60 ° or 84 °. The scope of the angle of rotation range can, however, assume any value between 5 ° and 180 °.
Die Bewegung des Drehhebels ist durch den Anschlag und die Feder zwar eingeschränkt, der Drehhebel kann sich dennoch unabhängig vom Ventilglied entgegen der Federkraft vom Anschlag wegbewegen. Auf diese Weise kann der Drehhebel z.B. Rohrleitungsschwingungen aufnehmen bzw. durch diese zu Schwingungen angeregt werden, die wiederum vom Positions sensor erfasst werden können. The movement of the rotary lever is restricted by the stop and the spring, but the rotary lever can nevertheless move away from the stop independently of the valve member against the spring force. In this way, the rotary lever can, for example, pick up pipe vibrations or be excited by them to vibrate, which in turn can be recorded by the position sensor.
Der Drehhebel kann dabei nicht nur vertikale Hub- und Senkbewegungen aufnehmen, sondern z.B. auch horizontal gerichtete Schwingungen und / oder Schläge. Dies gilt v.a. für Situationen, in denen der Drehhebel nicht horizontal ausgerichtet ist. Eine Kopplung wie z.B. ein Drehhebel kann demnach die Bandbreite der Schwingungen und / oder Schläge erhöhen, die mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erfasst werden können. The rotary lever can not only absorb vertical lifting and lowering movements, but also, for example, horizontally directed vibrations and / or impacts. This particularly applies to situations in which the rotary lever is not aligned horizontally. A coupling such as a rotary lever can therefore increase the bandwidth of the vibrations and / or impacts that can be detected using the proposed method.
Der Drehhebel kann auch in einer Kulisse geführt werden, die fest mit dem Ventilglied verbunden ist. Die Kulisse schränkt die Bewegung des Drehhebels im Gegensatz zu einem Anschlag nicht nur in einer Richtung, sondern in zwei Richtungen ein. Werden im Rahmen des Verfahrens Schwingungen und / Schläge erfasst, deren Amplitude einen bekannten maximalen Wert überschreitet, deutet dies auf Verschleiß oder eine Beschädigung der Kulisse bzw. des Hebels hin. Das Verfahren ermöglicht demnach eine Messung oder zumindest eine Abschät zung des Spiels, das der Drehhebel in der Kulisse hat. The rotary lever can also be guided in a link that is firmly connected to the valve member. In contrast to a stop, the setting restricts the movement of the rotary lever not only in one direction, but in two directions. If vibrations and / or impacts are detected in the course of the process, the amplitude of which exceeds a known maximum value, this indicates wear or damage to the link or the lever. The method therefore enables a measurement or at least an estimation of the game that the rotary lever has in the backdrop.
In vielen Anlagen steht ein Sensor zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen zur Verfügung. Das vorgeschlagene Verfahren kann so ausgeführt werden, dass zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen die von dem Sensor aufgenommenen Messdaten ana lysiert und die Ergebnisse der Analyse der von dem Sensor aufgenommenen Messdaten mit den Ergebnissen der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds verglichen werden. Dabei können auch Daten mehrerer Sensoren der Anlage berücksichtigt werden. Insbe sondere können Sensordaten von Positionssensoren anderer Stellventile in die Analyse einbe zogen werden. In many systems a sensor is available to determine vibrations and / or impacts. The proposed method can be implemented in such a way that, to determine vibrations and / or impacts, the measurement data recorded by the sensor is analyzed and the results of the analysis of the measurement data recorded by the sensor are analyzed with the results of the analysis of the at least one position recorded in the second period of the valve member are compared. Data from several sensors in the system can also be taken into account. In particular, sensor data from position sensors of other control valves can be included in the analysis.
Durch den Vergleich der Daten kann bestimmt werden, in welchem Bereich der Anlage Schwingungen und / oder Schläge, die mithilfe des Positionssensors des Stellventils erfasst werden, auftreten, d. h. z. B. ob sie die gesamte Anlage umfassen oderauf einen Teil der Anlage beschränkt sind. Die erfassten Schwingungen und / oder Schläge und damit einhergehende Fehlfunktionen oder Störeinflüsse können so besser lokalisiert und eingegrenzt werden. So kön nen Veränderungen der einzelnen Stellventile innerhalb der Prozessanlage miteinander korre liert werden, um z.B. zu bestimmen, ob das Problem innerhalb eines Stellventils auftritt (z. B. durch Probleme des Stellventils selbst) oder ob sich Eigenschwingungen der gesamten Anlage oder eines Teils einer Anlage verändert haben, was auf eine Ursache außerhalb des Stellventils hindeutet. Betrachtet man die Messwerte für eine Mehrzahl von Ventilen und die zugehörigen Veränderungen in den erfassten Schwingungen und / oder Schlägen und deren Amplituden, so können Fehlfunktionen eines Stellventil frühzeitig erkannt werden, wenn vergleichbare Ventile keine vergleichbaren Änderungen bzw. Änderungen, die außerhalb gewisser Toleranzen liegen, aufweisen. Weisen hingegen alle Stellventile vergleichbare Veränderungen auf, deutet dies in vielen Fällen auf äußere Ursachen für die erfassten Schwingungen und / oder Schläge hin. Dabei kann auch anlagentechnisches Wissen bzw. die Anlagenstruktur berücksichtigt werden, insbesondere die räumliche Anordnung der Sensoren und Stellventile bzw. deren Rolle für den laufenden Prozess. By comparing the data, it can be determined in which area of the system vibrations and / or impacts, which are detected with the aid of the position sensor of the control valve, occur, i. H. z. B. whether they encompass the entire plant or are limited to a part of the plant. The recorded vibrations and / or impacts and the associated malfunctions or disturbances can thus be better localized and limited. Changes to the individual control valves within the process plant can be correlated with one another, e.g. to determine whether the problem occurs within a control valve (e.g. due to problems with the control valve itself) or whether there are natural vibrations in the entire plant or in part of a plant have changed, which indicates a cause outside the control valve. If one considers the measured values for a plurality of valves and the associated changes in the recorded vibrations and / or impacts and their amplitudes, malfunctions of a control valve can be detected early if comparable valves do not have comparable changes or changes that are outside certain tolerances, exhibit. If, on the other hand, all control valves show comparable changes, in many cases this indicates external causes for the vibrations and / or shocks detected. In doing so, technical knowledge of the system or the system structure can also be taken into account, in particular the spatial arrangement of the sensors and control valves or their role in the ongoing process.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Stellventil mit einem Ventilglied zur Beeinflus sung eines Prozessmediums und / oder eines Prozesses auf einer Anlage und einem Stellungs regler zur Regelung der Position des Ventilglieds, wobei der Stellungsregler einen Positions sensor zum Messen der Ist-Position des Ventilglieds aufweist, und Mittel, die geeignet sind, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. The object is also achieved by a control valve with a valve member for influencing a process medium and / or a process on a system and a position controller for regulating the position of the valve member, the position controller having a position sensor for measuring the actual position of the valve member , and means which are suitable for carrying out the steps of a method according to the invention.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das soeben beschriebene Stellventil die Verfahrensschritte eines erfindungsge mäßen Verfahrens ausführt. Furthermore, the object is achieved by a computer program comprising commands which cause the control valve just described to carry out the method steps of a method according to the invention.
Ein computerlesbares Medium, auf dem das soeben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist, löst ebenfalls die Aufgabe. A computer-readable medium on which the computer program just described is stored also accomplishes the task.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Erfas sen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann. Dabei ist das Stellventil Teil einer Anlage, auf der ein Prozess mit einem Prozessmedium abläuft bzw. ablaufen kann. Es weist ein Ventilglied zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Prozesses, der auf der Anlage abläuft bzw. ablaufen kann, einen Stellungsregler zur Regelung der Position des Ventilglieds und einen Positionssensor, der die Ist-Position des Ventilglieds messen kann, auf. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: The object is also achieved by a computer-implemented method for detecting vibrations and / or impacts to which a control valve can be exposed. The control valve is part of a system on which a process with a process medium runs or can expire. It has a valve member for influencing the process medium and / or the process that runs or can run on the system, a position controller for regulating the position of the valve member and a position sensor that can measure the actual position of the valve member. The process consists of the following steps:
1. Empfangen von Daten übereine Soll-Position, in der der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum hält oder in die der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum verfährt; 1. Receiving data about a target position in which the positioner holds the valve member in a first period of time or in which the positioner moves the valve member in a first period of time;
2. Empfangen von Daten, die mindestens eine Position des Ventilglieds darstellen, die mithilfe des Positionssensors in einem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ersten Zeitraum ist, gemessen und aufgezeichnet wurde; typischerweise ist die mindestens eine Position die Ist-Position des Ventilglieds; 2. Receiving data that represent at least one position of the valve member that was measured and recorded with the aid of the position sensor in a second time period that lies within the first time period or is equal to the first time period; typically the at least one position is the actual position of the valve member;
3. Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil in dem zweiten Zeitraum gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufge zeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds; und 3. Determination of vibrations and / or impacts to which the control valve may have been exposed in the second period by analyzing the at least one position of the valve member recorded in the second period; and
4. Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein Schlag ermittelt wurde und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet. 4. Outputting a message if at least one oscillation and / or at least one impact has been determined and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one impact exceeds a predetermined threshold.
Auf diese Weise können Schwingungen und / oder Schläge nicht nur beim Betrieb eines Stellventils erkannt werden, sondern bspw. auch rückwirkend durch Auswertung bereits aufge zeichneter Daten. Zudem können die aufgezeichneten Daten über die Position des Ventilglieds noch einmal analysiert werden, wenn z.B. bessere Algorithmen zum Erkennen von Schwingun gen und / oder Schlägen zur Verfügung stehen. In this way, vibrations and / or impacts can be recognized not only during the operation of a control valve, but also, for example, retrospectively by evaluating data that has already been recorded. In addition, the recorded data about the position of the valve member can be analyzed again if, for example, better algorithms are available for recognizing vibrations and / or shocks.
Zudem wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, umfassend Mittel zur Ausführung des computerimplementierten Verfahrens. In addition, the object is achieved by a device for data processing, comprising means for carrying out the computer-implemented method.
Als Vorrichtung zur Datenverarbeitung oder System zur Datenverarbeitung oder Compu tersystem zum Ausführen des Verfahrens kommen sowohl ein Stand-alone Computer oder Mik rocontroller, DSPs oder FPGAs in Betracht, als auch ein Netzwerk von Mikrocontrollern, DSPs, FPGAs oder Rechnern, beispielsweise ein hausinternes, geschlossenes Netz, oder auch Rech ner, die über das Internet miteinander verbunden sind. Ferner kann das Computersystem durch eine Client-Server-Konstellation realisiert sein, wobei Teile der Erfindung auf dem Server, an dere auf einem Client ablaufen. A stand-alone computer or microcontroller, DSPs or FPGAs as well as a network of microcontrollers, DSPs, FPGAs or computers, for example an in-house, closed one, come into consideration as a device for data processing or system for data processing or computer system for carrying out the method Network, or computers that are connected to one another via the Internet. Furthermore, the computer system can be implemented by a client-server constellation, with parts of the invention running on the server and others on a client.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer bewirken, dass der Computer das computerimplemen tierte Verfahren ausführt. The object is also achieved by a computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to execute the computer-implemented method.
Eine Lösung der Aufgabe stellt auch ein computerlesbares Medium dar, auf dem das soeben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist. One solution to the problem is also a computer-readable medium on which the computer program just described is stored.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. Hierbei können die je weiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele be schränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischen werte und alle denkbaren Teilintervalle. Further details and features emerge from the following description of preferred exemplary embodiments in conjunction with the figures. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The possibilities of solving the problem are not limited to the exemplary embodiments. For example, range information always includes all - not mentioned - intermediate values and all conceivable sub-intervals.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugs ziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsicht lich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt: The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numbers in the individual figures designate elements that are the same or functionally the same or elements that correspond to one another with regard to their functions. In detail shows:
Fig. 1 ein vollständig geöffnetes Stellventil mit einem Stellungsregler; 1 shows a fully open control valve with a position controller;
Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Stellventil, wobei sich das Ventil in einer Stellung befindet, in der das Ventil vollständig geschlossen ist; FIG. 2 shows the control valve shown in FIG. 1, the valve being in a position in which the valve is completely closed; FIG.
Fig. 3 einen Positionssensor mit Drehhebel; 3 shows a position sensor with a rotary lever;
Fig. 4 einen Stellungsregler mit einem berührungslosen Positionssensor; 4 shows a position controller with a contactless position sensor;
Fig. 5 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 5 shows a flow chart of a method according to the invention;
Fig. 6 Weg- bzw. Hubstrecken, die an zwei verschiedenen Tagen aufgezeichnet wur den; Fig. 6 travel or lifting distances that WUR recorded on two different days;
Fig. 7 die Anzahl von Richtungsumkehrungen, die an zwei verschiedenen Tagen auf gezeichnet wurden; 7 shows the number of reversals of direction recorded on two different days;
Fig. 8 ein Histogramm von Ventilgliedpositionen an einem Tag; und 8 shows a histogram of valve member positions on a day; and
Fig. 9 ein Histogramm von Ventilgliedpositionen an einem anderen Tag; 9 shows a histogram of valve member positions on another day;
Fig. 10 ein Histogramm der Richtungsumkehrungen an einem Tag; und 10 shows a histogram of the reversals of direction on a day; and
Fig. 11 ein Histogramm der Richtungsumkehrungen an einem anderen Tag. 11 is a histogram of the reversals of direction on another day.
Fig. 1 zeigt ein Stellventil 100 mit einem Ventilgehäuse 105. Das Ventilgehäuse 105 um fasst einen Einlass 110, einen Auslass 115, einen Ventilsitz 120 und ein Ventilglied 125 mit einem Ventilkegel 130. Mithilfe des Ventilkegels 130 bzw. des Ventilglieds 125 kann der Durch fluss eines Prozessmediums durch das Stellventil 100 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Das Prozessmedium strömt dabei über den Einlass 110 in das Stellventil 100 und verlässt das Ventil 100 über die durch den Ventilsitz 120 und den Ventilkegel 130 gebildete Durchlassöffnung und den Auslass 115. Das Prozessmedium kann das Stellventil 100 auch in umgekehrter Richtung durchströmen. Das Ventilglied 125 besteht aus dem Ventilkegel 130 und einer Ventilstange 135, wobei der Ventilkegel 130 am unteren Ende der Ventilstange 135 befestigt ist. Zum Schließen des Ventils 100 wird der Ventilkegel 130 mithilfe der Ventilstange 135 in Richtung des Ventilsit zes 120 verfahren. Zum Öffnen wird der Ventilkegel 130 bzw. das Ventilglied in die entgegen gesetzte Richtung bewegt. Auf diese Weise kann die Größe der von dem Ventilsitz 120 und dem Ventilkegel 130 gebildeten Durchlassöffnung des Stellventils 100 vergrößert bzw. verklei nert und somit die Durchflussmenge eines fluiden Mediums bzw. Prozessmediums durch das Stellventil 100 kontrolliert werden. 1 shows a control valve 100 with a valve housing 105. The valve housing 105 comprises an inlet 110, an outlet 115, a valve seat 120 and a valve member 125 with a valve cone 130 of a process medium can be monitored or controlled by the control valve 100. The process medium flows into the control valve 100 via the inlet 110 and leaves the valve 100 via the passage opening formed by the valve seat 120 and the valve cone 130 and the outlet 115. The process medium can also flow through the control valve 100 in the opposite direction. The valve member 125 consists of the valve cone 130 and a valve rod 135, the valve cone 130 being fastened to the lower end of the valve rod 135. To close of the valve 100, the valve cone 130 is moved in the direction of the valve seat 120 with the aid of the valve rod 135. To open the valve cone 130 or the valve member is moved in the opposite direction. In this way, the size of the passage opening of the control valve 100 formed by the valve seat 120 and the valve cone 130 can be enlarged or reduced, and thus the flow rate of a fluid medium or process medium through the control valve 100 can be controlled.
Zum Verfahren des Ventilglieds 125 bzw. des Ventilkegels 130 verfügt das Stellventil 100 über einen Antrieb 140. Der Antrieb 140 wird von einem Stellungsregler 145 gesteuert. To move the valve member 125 or the valve cone 130, the control valve 100 has a drive 140. The drive 140 is controlled by a position controller 145.
Der Stellungsregler 145 weist einen Positionssensor zur Kontrolle der Bewegung des Ven tilglieds 125 durch den Antrieb 140 auf. Der Positionssensor ist aus einem Drehwinkelsensor 150 mit einem Schleifpotentiometer, einem Drehhebel 155, der drehbar am Drehwinkelsensor gelagert ist, und einer Drehfeder 160 aufgebaut. Der Drehhebel 155 wird über ein Abrollröllchen 165 in einer Kulisse 170 geführt. Die Kulisse 170 ist dabei fest mit der Ventilstange 135 bzw. dem Ventilglied 125 verbunden. Das Abrollröllchen 165 hat zudem etwas Spiel in der Kulisse 170. Die Drehfeder 160 spannt den Drehhebel 155 vor, so dass das Abrollröllchen 165 des Drehhebels 155 gegen die obere Flanke der Kulisse 170 gedrückt wirkt. The position controller 145 has a position sensor for controlling the movement of the valve member 125 by the drive 140. The position sensor is made up of a rotation angle sensor 150 with a sliding potentiometer, a rotary lever 155 which is rotatably mounted on the rotation angle sensor, and a torsion spring 160. The rotary lever 155 is guided over a roller 165 in a setting 170. The link 170 is firmly connected to the valve rod 135 or the valve member 125. The rolling roller 165 also has some play in the backdrop 170. The torsion spring 160 pretensions the rotary lever 155 so that the rolling roller 165 of the rotary lever 155 is pressed against the upper flank of the backdrop 170.
Durch die mechanische Kopplung des Drehhebels 155 mit der Ventilstange 135, die über die Kulisse 170 und das Abrollröllchen 165 vermittelt wird, werden Linearbewegungen der Ven tilstange 135 bzw. des Ventilglieds 125 auf den Hebel 155 übertragen. Hub- oder Senkbewe gungen des Ventilglieds 125 ändern somit die Winkellage des Hebels 155, zumindest wenn dabei das Spiel des Abrollröllchens 165 in der Kulisse 170 überwunden wird. Die Änderung der Winkellage des Drehhebels 155 wird von dem Schleifpotentiometer des Drehwinkelsensors 150 in einen Widerstandswert umgesetzt, der wiederum vom Stellungsregler 145 erfasst und in eine Position des Ventilglieds 125 umgerechnet wird. Auf diese Weise kann mithilfe des Positions sensors bzw. Drehwinkelsensors 150 festgestellt werden, in welcher Ist-Position sich das Ven tilglied 125 bzw. der Ventilkegel 130 gerade befindet. Zudem kann überwacht werden, ob das Ventilglied 125 eine vorgegebene Soll-Position erreicht hat oder darin verbleibt. Darüber hinaus kann die Position des Ventilglieds 125 verfolgt werden, wenn es gerade bewegt wird. The mechanical coupling of the rotary lever 155 with the valve rod 135, which is conveyed via the link 170 and the roller 165, linear movements of the Ven tilstange 135 and the valve member 125 are transmitted to the lever 155. Lifting or lowering movements of the valve member 125 thus change the angular position of the lever 155, at least when the play of the rolling roller 165 in the link 170 is overcome. The change in the angular position of the rotary lever 155 is converted by the sliding potentiometer of the rotary angle sensor 150 into a resistance value, which in turn is detected by the position controller 145 and converted into a position of the valve member 125. In this way, the position sensor or angle of rotation sensor 150 can be used to determine the actual position in which the valve member 125 or the valve cone 130 is currently located. In addition, it can be monitored whether the valve member 125 has reached a predetermined target position or remains therein. In addition, the position of the valve member 125 can be tracked when it is being moved.
Wirken nun Schwingungen und Schläge auf das Stellventil 100 ein, so kann sich sowohl das Ventilglied 125 als auch der Drehwinkelsensor 150 im Ventilgehäuse 105 aufgrund der auf tretenden Schwingungskräfte bewegen. Da das Abrollröllchen 165 etwas Spiel in der Kulisse 170 hat, kann der Hebel 155 ebenfalls von den Schwingungskräften erfasst und ausgelenkt werden. Er kann sich dabei kurzzeitig von der Flanke der Kulisse 170 lösen, an die der Hebel 155 von der Drehfeder 160 gedrückt wird, und sich auf diese Weise unabhängig von dem Ven tilglied 125 und / oder dem Drehwinkelsensor 155 bewegen. If vibrations and impacts now act on the control valve 100, both the valve member 125 and the rotation angle sensor 150 can move in the valve housing 105 due to the vibrational forces that occur. Since the rolling roller 165 has some play in the backdrop 170, the lever 155 can also be grasped and deflected by the vibration forces. It can briefly detach itself from the flank of the link 170 against which the lever 155 is pressed by the torsion spring 160, and in this way move independently of the valve member 125 and / or the rotation angle sensor 155.
Die Mechanik des am Stellungsregler 145 angebrachten Positionssensors kann demnach in zwei Schwingsysteme aufgeteilt werden. Das erste System besteht aus dem Drehhebel 155, dessen Winkellage mittels der Sensorik 150 erfasst wird, und der Drehfeder 160, welche den Hebel 155 in einer Winkelrichtung vorspannt. Das zweite Schwingsystem wird aus dem Ven tilglied 125 und dem Drehwinkelsensor 150 gebildet. Das zweite Schwing-Bewegungssystem eignet sich aufgrund der direkten Kopplung des Ventilkegels 130 zum Prozessmedium eher dazu, Prozessdruck- und / oder Durchflussschwankungen sowie temperaturbedingte Verschie bungen oder harte Schläge auf das Stellventilsystem zu detektieren. Das zweite Schwingsystem nimmt von außen eingeleitete Rohrleitungsschwingungen auf, welche z.B. von Pumpen in der Anlage verursacht werden können. The mechanics of the position sensor attached to the positioner 145 can accordingly be divided into two oscillation systems. The first system consists of the rotary lever 155, whose angular position is detected by means of the sensor system 150, and the torsion spring 160, which biases the lever 155 in an angular direction. The second oscillation system is formed from the valve member 125 and the rotation angle sensor 150. Due to the direct coupling of the valve cone 130 to the process medium, the second oscillating movement system is more suitable for detecting process pressure and / or flow fluctuations as well as temperature-related shifts or hard knocks on the control valve system. The second vibration system picks up pipe vibrations introduced from the outside, which can be caused, for example, by pumps in the system.
Die beiden Schwingsysteme sind über die Kulisse 170 mechanisch miteinander verkop pelt. Die Kopplung ist dabei aufgrund der Vorspannung des Drehhebels 155, des Spiels des Abrollröllchens 165 in der Kulisse 170 bzw. der Begrenzung der Bewegung des Drehhebels 155 durch die Flanken der Kulisse 170 nichtlinear. The two oscillating systems are mechanically coupled to one another via the backdrop 170. The coupling is non-linear due to the bias of the rotary lever 155, the play of the rolling roller 165 in the link 170 or the limitation of the movement of the rotary lever 155 by the flanks of the link 170.
Fig. 2 zeigt ein Stellventil 200, das baugleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Stellventil 100 ist. Das Ventil 200 ist in Fig. 2 in einer Schließstellung dargestellt, d.h. der Ventilkegel 230 des Stellventils 200 wird vom Stellungsregler 245 mithilfe des Antriebs 240 und der Ventilstange 235 in den Ventilsitz 220 gedrückt. Im Gegensatz dazu ist das Stellventil 100 in Fig. 1 in einer Stel lung gezeigt, in der das Ventil 100 vollständig geöffnet ist. FIG. 2 shows a control valve 200 which is structurally identical to the control valve 100 shown in FIG. 1. The valve 200 is shown in a closed position in FIG. 2, i.e. the valve cone 230 of the control valve 200 is pressed into the valve seat 220 by the positioner 245 with the aid of the drive 240 and the valve rod 235. In contrast, the control valve 100 is shown in Fig. 1 in a Stel ment in which the valve 100 is fully open.
Bevor das Ventil 200 geschlossen wurde, war es ebenfalls vollständig geöffnet. Zum Schließen des vollständig geöffneten Ventils 200 wurde die Ventilstange 235 zusammen mit dem Ventilkegel 230 und der Kulisse 270 in Richtung des Ventilsitzes 220 nach unten bewegt. Der Drehhebel 255 führte dabei eine Drehbewegung um 35° aus, die vom Stellungsregler 245 mithilfe des Positionssensors, der durch den Drehwinkelsensor 250, den Drehhebel 155 und die Drehfeder 160 gebildet wird, nachverfolgt bzw. kontrolliert wurde. Before valve 200 was closed, it was also fully open. To close the fully opened valve 200, the valve rod 235, together with the valve cone 230 and the link 270, was moved downward in the direction of the valve seat 220. The rotary lever 255 performed a rotary movement by 35 °, which was tracked or controlled by the position controller 245 with the aid of the position sensor formed by the rotary angle sensor 250, the rotary lever 155 and the torsion spring 160.
Mithilfe des Positionssensors überwacht der Stellungsregler 245 nun weiterhin die Stel lung des Ventilkegels. Dazu wird mithilfe des Drehwinkelsensors 250 der Widerstand des Schleifpotentiometers mit einer Rate von ca. 10 Hz gemessen. Die entsprechenden Messwerte werden an den Stellungsregler 245 übertragen. Der Stellungsregler 245 zeichnet diese Mess werte zusammen mit den aus den Messwerten errechneten Positionen des Ventilkegels 230 bzw. Ventilglieds 225 und entsprechenden Zeitstempeln auf. Die aufgezeichneten Werte stehen u.a. zum Nachweis der Funktionsfähigkeit des Stellungsreglers 245 bzw. des Stellventils 200 und einer etwaigen Fehlerdiagnose zur Verfügung. Der geometrische Aufbau des Stellventils 100 bzw. 200 lässt dabei eine Nachverfolgung bzw. Überwachung der Bewegung des Ven tilglieds 225 mit einer Genauigkeit bzw. Auflösung von 0.01 % eines Vollhubs zu. With the help of the position sensor, the positioner 245 now continues to monitor the position of the valve cone. For this purpose, the resistance of the grinding potentiometer is measured with the aid of the rotation angle sensor 250 at a rate of approx. 10 Hz. The corresponding measured values are transmitted to the positioner 245. The position controller 245 records these measured values together with the positions of the valve cone 230 or valve member 225 and corresponding time stamps calculated from the measured values. The recorded values are available, among other things, to prove the functionality of the positioner 245 or the control valve 200 and to diagnose any faults. The geometric structure of the control valve 100 or 200 allows the movement of the valve member 225 to be tracked or monitored with an accuracy or resolution of 0.01% of a full stroke.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt 300 eines Stellventils mit Ventilgehäuse 305 und Ventilstange 335 (wie z.B. eines Stellventils 100 oder 200), wobei der Abschnitt 300 des Positionssensors des Stellventils, einen Teil des Ventilgehäuses 305 und einen Teil der Ventilstange 335 umfasst. Der Positionssensor weist einen Drehwinkelsensor 350 auf, der als Schleifpotentiometer aus geführt und mit dem Ventilgehäuse 305 verbunden ist. Die Sensorik wird zudem durch einen Drehhebel 355, der drehbar am Drehwinkelsensor gelagert ist, und eine Drehfeder 360 gebildet, die den Drehhebel 355 in einer Winkelrichtung vorspannt. Der Drehhebel 355 hat an einem seiner Enden ein Abrollröllchen 365, mit dem der Drehhebel in einer Kulisse 370 geführt wird. Die Kulisse 370 ist wiederum mit der Ventilstange 335 verbunden. Damit ist auch der Drehhebel 355 über das in der Kulisse 370 geführte Abrollröllchen 365 mit der Ventilstange 335 mecha nisch verbunden. Die Drehfeder 360 spannt den Drehhebel 355 vor, so dass das Abrollröllchen 365 des Drehhebels 355 gegen die obere Flanke der Kulisse 370 gedrückt wirkt. Das Abrollröll chen 365 hat etwas Spiel in der Kulisse 370. 3 shows a section 300 of a control valve with valve housing 305 and valve rod 335 (such as a control valve 100 or 200), with section 300 of the position sensor of the control valve, part of the valve housing 305 and part of the valve rod 335. The position sensor has a rotation angle sensor 350, which is designed as a sliding potentiometer and is connected to the valve housing 305. The sensor system is also formed by a rotary lever 355, which is rotatably mounted on the rotary angle sensor, and a torsion spring 360, which biases the rotary lever 355 in an angular direction. The rotary lever 355 has a rolling roller 365 at one of its ends, with which the rotary lever is guided in a link 370. The link 370 is in turn connected to the valve rod 335. The rotary lever 355 is thus also mechanically connected to the valve rod 335 via the rolling roller 365 guided in the link 370. The torsion spring 360 biases the rotary lever 355 so that the roller 365 of the rotary lever 355 acts pressed against the upper flank of the link 370. The roller 365 has a little play in the backdrop 370.
Mithilfe des Positionssensors werden Linearbewegungen, Hub- und Senkbewegungen sowie (elastische) Verformungen der Ventilstange 335 in Drehbewegungen des Drehhebels 355 umgesetzt. Diese Drehbewegungen des Drehhebels 355 werden vom Drehwinkelsensor 350 erfasst. Durch das Spiel des Abrollröllchens 365 in der Kulisse 370 können nicht nur Linearbe wegungen der Ventilstange 335 auf den Drehhebel 355 übertragen werden, sondern auch Be wegungen des Abrollröllchens 365 innerhalb der Kulisse 170 bzw. des Drehhebels 355, die nicht mit einer Linearbewegung des Ventilglieds einhergehen. Auf diese Weise können unterschied liche Schwingungen und / oder Schläge, die auf den Positionssensor bzw. das Stellventil ein wirken und zu Drehbewegungen des Drehhebels 355 führen, vom Drehwinkelsensor 350 erfasst werden. With the aid of the position sensor, linear movements, lifting and lowering movements and (elastic) deformations of the valve rod 335 are converted into rotary movements of the rotary lever 355. These rotary movements of the rotary lever 355 are detected by the rotary angle sensor 350. Due to the play of the rolling roller 365 in the backdrop 370, not only linear movements of the valve rod 335 can be transferred to the rotary lever 355, but also movements of the rolling roller 365 within the backdrop 170 or the rotary lever 355 that are not accompanied by a linear movement of the valve member . In this way, different vibrations and / or impacts that act on the position sensor or the control valve and lead to rotary movements of the rotary lever 355 can be detected by the rotary angle sensor 350.
Fig. 4 zeigt einen Abschnitt 400 eines Stellventils, wobei der Abschnitt sowohl einen Stel lungsregler 445 als auch einen Teil des Ventilgehäuses 405 sowie der Ventilstange 435 des Stellventils umfasst. Der Stellungsregler 445 ist mit dem Ventilgehäuse 405 verbunden. Erweist einen alternativen Positionssensor auf, der auf einem berührungslosen Messverfahren beruht, bei dem eine Reihe von magnetempfindlichen Sensoren bzw. Magnetsensoren 480 und ein Magnet 490 zum Einsatz gebracht werden. Die Reihe von Magnetsensoren 480 ist im Stellungs regler 445 integriert. Der Magnet 490 ist mit der Ventilstange 435 verbunden. Der Magnet 490 kann sich somit mit der Ventilstange mitbewegen und führt dabei eine Relativbewegung zu den Magnetsensoren in der Reihe von Magnetsensoren 480 aus. Wird die Ventilstange bewegt, än dert sich das Magnetfeld, das von den Magnetsensoren in der Reihe der Magnetsensoren 480 erfasst bzw. gemessen wird. Die von den Magnetsensoren erfassten Magnetfelder werden vom Stellungsregler 445 in eine Position bzw. Stellung der Ventilstange und des damit verbundenen Ventilkegels bzw. des Ventilglieds umgesetzt. 4 shows a section 400 of a control valve, the section including both a position controller 445 and part of the valve housing 405 and the valve rod 435 of the control valve. The positioner 445 is connected to the valve housing 405. Has an alternative position sensor that is based on a non-contact measuring method in which a number of magnetically sensitive sensors or magnetic sensors 480 and a magnet 490 are used. The series of magnetic sensors 480 is integrated in the positioner 445. The magnet 490 is connected to the valve rod 435. The magnet 490 can thus move along with the valve rod and, in the process, performs a movement relative to the magnetic sensors in the row of magnetic sensors 480. If the valve rod is moved, the magnetic field that is detected or measured by the magnetic sensors in the row of magnetic sensors 480 changes. The magnetic fields detected by the magnetic sensors are converted by the position controller 445 into a position or position of the valve rod and the valve cone or valve member connected to it.
Der Einsatz des Magneten 490 bzw. der Reihe von Magnetsensoren 480 ermöglicht ein berührungsloses Messverfahren, das keine weiteren mechanischen Freiheitsgrade aufweist. Die mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erfassten Schwingungen und / oder Schläge sind demnach auf Bewegungen des Ventilglied relativ zum Positionssensor zurückzuführen. Zudem werden diese Relativbewegungen nicht von zusätzlichen Elastizitäten bzw. mechanischen Frei heitsgraden der Sensorik gedämpft. Auf diese Weise können in vielen Fällen Schwingungen und / oder Schläge mit geringerer Amplitude bzw. Intensität erfasst werden. The use of the magnet 490 or the series of magnetic sensors 480 enables a contactless measuring method that has no further mechanical degrees of freedom. The vibrations and / or impacts detected with the aid of the proposed method are accordingly due to movements of the valve member relative to the position sensor. In addition, these relative movements are not dampened by additional elasticities or mechanical degrees of freedom of the sensors. In this way, vibrations and / or beats with a lower amplitude or intensity can be detected in many cases.
Fig. 5 zeigt einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Verfahrens 500. Das Verfahren beginnt mit Schritt 510, in dem u.a. die Verfahrensparame ter wie z.B. die Schwelle für das Ausgeben einer Meldung sowie der zweite Zeitraum vorgege ben werden. In Schritt 520 werden die Verfahrensparameter bestimmt, mit denen geprüft wer den kann, ob die Bedingungen für den Start des zweiten Zeitraums gegeben sind. In Schritt 530 wird anhand der Ergebnisse der Prüfung in Schritt 520 entschieden, wie das Verfahren fortge setzt wird. Sind die Bedingungen für den Start des zweiten Zeitraums nicht gegeben, wird das Verfahren mit Schritt 520 fortgesetzt. Sind die Startbedingungen erfüllt, wird in Schritt 540 mit hilfe des Positionssensors des Stellventils die Position des Ventilglieds mit einer Abtastrate von ca. 50 ms gemessen. 5 shows a flow chart of a preferred embodiment of a method 500 according to the invention. The method begins with step 510, in which, among other things, the method parameters such as the threshold for outputting a message and the second period are specified. In step 520, the method parameters are determined with which it can be checked whether the conditions for the start of the second period are met. In step 530 it is decided on the basis of the results of the test in step 520 how the method is to be continued. If the conditions for the start of the second period are not met, the method continues with step 520. If the start conditions are met, the position of the valve member is measured in step 540 with the aid of the position sensor of the control valve at a sampling rate of approx. 50 ms.
Die gemessenen Positionen werden in Schritt 550 aufgezeichnet und in Schritt 560 ana lysiert. Dabei wird ermittelt, ob das Stellventil in dem zweiten Zeitraum Schwingungen und / oder Schlägen ausgesetzt war und, falls Schwingungen und / oder Schläge ermittelt wurden, die ent sprechenden Amplituden berechnet. In Schritt 570 wird anhand der ermittelten Schwingungen und / oder Schläge bzw. der berechneten Amplituden entschieden, wie das Verfahren fortge setzt wird. Liegt mindestens eine der berechneten Amplituden über der in Schritt 510 vorgege benen Schwelle, wird das Verfahren mit Schritt 580 fortgesetzt, andernfalls mit Schritt 520. In Schritt 580 wird eine Warn- bzw. Fehlermeldung ausgegeben und das Verfahren beendet. The measured positions are recorded in step 550 and analyzed in step 560. It is determined whether the control valve was exposed to vibrations and / or impacts in the second period and, if vibrations and / or impacts were determined, the corresponding amplitudes are calculated. In step 570 it is decided on the basis of the determined vibrations and / or beats or the calculated amplitudes how the method is to be continued. If at least one of the calculated amplitudes is above the threshold specified in step 510, the method is continued with step 580, otherwise with step 520. In step 580 a warning or error message is output and the method is ended.
Der zweite Zeitraum wird in Schritt 510 derart festgelegt, dass er eine Minute nach einer Bewegung des Ventilglieds durch den Stellungsregler in eine Soll-Position beginnt und entwe der eine Minute vor dem Verfahren des Ventilglieds in eine neue Soll-Position oder, falls das Ventilglied nicht verfahren wird, nach zwei Stunden automatisch endet. Durch diese Vorgabe werden Schwingungen und / oder Schläge, die durch das Bewegen des Ventilglieds entstehen, nicht erfasst und damit evtl einhergehende Fehlermeldungen vermieden. Außerdem werden die evtl ermittelten Amplituden auf Null zurückgesetzt, was ebenfalls die Anzahl von Falschmel dungen reduziert. The second period of time is set in step 510 such that it begins one minute after the valve member has moved into a target position by the positioner and either one minute before the valve member is moved into a new target position or, if the valve member does not procedure, ends automatically after two hours. Due to this specification, vibrations and / or impacts that arise as a result of the movement of the valve member are not recorded and any associated error messages are avoided. In addition, the amplitudes that may be determined are reset to zero, which also reduces the number of false reports.
Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen in Schritt 560 werden verschiedene Methoden verwendet und kombiniert. Diese werden im Folgenden näher ausgeführt. Various methods are used and combined to determine vibrations and / or impacts in step 560. These are detailed below.
Fig. 6 zeigt ein Balkendiagramm 600 der Weg- bzw. Hubstrecken, die das Ventilglied des Stellventils am 10. Dezember 2018 und am 04. November 2019 in dem zweiten Zeitraum zu rückgelegt hat. Die Weg- bzw. Hubstrecken sind dabei in Einheiten eines Vollhubs angegeben. Jede Weg- bzw. Hubstrecke wird positiv gezählt. Gemäß dem Diagramm 600 hat das Ventilglied am 10. Dezember 2018 eine Wegstrecke von ca. 20 % eines Vollhubs zurückgelegt. Am 4. November 2019 hat es eine Wegstrecke zurückgelegt, die mehr oder weniger einem Vollhub entspricht. Fig. 6 shows a bar diagram 600 of the travel or stroke lengths, which the valve member of the Control valve on December 10, 2018 and November 4, 2019 in the second period. The distances or stroke distances are given in units of a full stroke. Every distance or stroke is counted positively. According to diagram 600, the valve element covered a distance of approx. 20% of a full stroke on December 10, 2018. On November 4, 2019, it covered a distance that more or less corresponds to a full stroke.
Fig. 7 zeigt ein Balkendiagramm 700, in dem die Anzahl der Richtungsumkehrungen auf getragen ist, die das Ventilglied des Stellventils am 10. Dezember 2018 und am 04. November 2019 in dem zweiten Zeitraum vollzogen hat. Der Vergleich der Diagramme 600 und 700 zeigt, dass die mechanischen Belastungen des Stellventils am 4. November 2019 größer waren als am 10. Dezember 2018. Schließlich hat das Ventilglied im gleichen Zeitraum nicht nur ca. vier Mal mehr Richtungsumkehrungen vollzogen als am 10. Dezember 2018, sondern bei jeder die ser Richtungsumkehrungen - zumindest im Mittel - auch dieselbe Weg- bzw. Hubstrecke zu rückgelegt, was sich aus einer Zusammenschau von Fig. 6 und 7 ergibt. 7 shows a bar diagram 700 in which the number of reversals of direction is plotted which the valve member of the control valve has completed on December 10, 2018 and on November 4, 2019 in the second period. A comparison of diagrams 600 and 700 shows that the mechanical loads on the control valve on November 4, 2019 were greater than on December 10, 2018. After all, the valve element not only reversed around four times more direction than on December 10 in the same period 2018, but with each of these reversals of direction - at least on average - also covered the same distance or stroke distance, which can be seen from a synopsis of FIGS. 6 and 7.
Fig. 8 zeigt ein Histogramm 800, in dem alle Ventilgliedpositionen aufgezeichnet sind, die das Ventilglied seit Inbetriebnahme des Stellventils eingenommen hat. Das Histogramm 800 umfasst 10 Klassen. Die erste Klasse 810 enthält dabei alle in dem zweiten Zeitraum aufge zeichneten Positionen, die von der Schließstellung des Ventils um höchstens 5 % eines Voll hubs abweichen, wohingegen die letzte Klasse 820 alle in dem zweiten Zeitraum aufgezeichne ten Positionen umfasst, die von einem vollständig geöffneten Ventil um höchstens 5 % eines Vollhubs abweichen. Die Höhe der Balken entspricht dem prozentualen Anteil der Positionen in einer Klasse an der Menge aller erfassten Positionen. Das Histogramm zeigt, dass sich das Stellventil in der Regel zwischen der Schließstellung und der Stellung, in der das Ventil vollstän dig geöffnet ist, hin- und herbewegt. Es nimmt dabei die Schließstellung etwas häufiger ein als die Stellung, in der das Ventil vollständig geöffnet ist. 8 shows a histogram 800 in which all valve member positions are recorded which the valve member has assumed since the control valve was started up. The histogram 800 comprises 10 classes. The first class 810 contains all positions recorded in the second period that deviate from the closed position of the valve by at most 5% of a full stroke, whereas the last class 820 includes all positions recorded in the second period from a fully open position Valve deviate by a maximum of 5% of a full stroke. The height of the bar corresponds to the percentage of the positions in a class in relation to the total of all recorded positions. The histogram shows that the control valve usually moves back and forth between the closed position and the position in which the valve is fully open. It assumes the closed position somewhat more frequently than the position in which the valve is fully open.
Fig. 9 zeigt ein Histogramm 900, in dem die Ventilgliedpositionen aufgezeichnet sind, die das Ventilglied am 4. November 2019 in dem zweiten Zeitraum eingenommen hat. Es ist in derselben Art und Weise aufgebaut wie das Histogramm 800. Das Histogramm 900 zeigt, dass das Stellventil am 4. November 2019 nahezu immer vollständig geöffnet war, sich aber kurzzei tig in einer Schließstellung befunden haben muss. Es zeigt zudem, dass die Abweichungen der Ist-Positionen des Ventilglieds von den jeweiligen Soll-Positionen kleiner als 5 % eine Vollhubs gewesen sein müssen, da nur die erste Klasse 910 und die letzte Klasse 920 besetzt sind. Ähnliches gilt für das Histogramm 800. 9 shows a histogram 900 in which the valve member positions are recorded which the valve member assumed on November 4, 2019 in the second period. It is structured in the same way as the histogram 800. The histogram 900 shows that the control valve was almost always fully open on November 4, 2019, but must have been in a closed position for a short time. It also shows that the deviations of the actual positions of the valve member from the respective target positions must have been less than 5% of a full stroke, since only the first class 910 and the last class 920 are occupied. The same applies to the histogram 800.
Vergleicht man die Histogramme 800 und 900 ergeben sich keine konkreten Anzeichen für Schwingungen und / oder Schläge, die die Ausgabe einer Warnmeldung rechtfertigen würde. Die Analyse ist an diesem Punkt jedoch noch nicht abgeschlossen. If you compare the histograms 800 and 900, there are no concrete signs for vibrations and / or shocks that would justify the output of a warning message. However, the analysis is not yet complete at this point.
Fig. 10 zeigt ein Histogramm 1000, das die Anzahl der Richtungsumkehrungen zusam menfasst, die das Ventilglied seit Inbetriebnahme des Stellventils vollzogen hat. Das Histo gramm 1000 umfasst 10 Klassen. Die erste Klasse 1010 enthält dabei alle in dem zweiten Zeit raum aufgezeichneten Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen, die weniger als 2 % eines Vollhubs betragen, wohingegen die letzte Klasse 1020 alle in dem zweiten Zeitraum auf gezeichneten Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen umfasst, die über einen Vollhub hinausgehen. In der zweiten Klasse 1030 sind alle Richtungsumkehrungen mit Positionsände rungen zusammengefasst, die mehr als oder gleich 2 % und weniger als 5 % eines Vollhubs betragen. Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen, die zwischen 95 % und 100 % ei nes Vollhubs liegen, befinden sich in der vorletzten Klasse 1040. Die Höhe der Balken entspricht dem prozentualen Anteil der Richtungsumkehrungen in einer Klasse an der Menge aller erfass ten Richtungsumkehrungen. 10 shows a histogram 1000 which summarizes the number of reversals of direction that the valve member has made since the control valve was started up. The histogram 1000 comprises 10 classes. The first class 1010 contains all reversals of direction recorded in the second period with changes in position that are less than 2% of a full stroke, whereas the last class 1020 includes all reversals of direction recorded in the second period with changes in position that go beyond a full stroke. In the second class 1030, all reversals of direction are combined with changes in position that are more than or equal to 2% and less than 5% of a full stroke. Reversals of direction with changes in position between 95% and 100% of a full stroke are in the penultimate class 1040. The height of the bars corresponds to the percentage of reversals in a class in relation to the total of all reversals recorded.
Fig. 11 zeigt ein Histogramm 1100, das die Anzahl der Richtungsumkehrungen zusam menfasst, die das Ventilglied am 4. November 2019 in dem zweiten Zeitraum vollzogen hat. Es ist in derselben Art und Weise aufgebaut wie das Histogramm 1000. Der Vergleich der Histo gramme 1000 und 1100 zeigt, dass die Richtungsumkehrungen in dem zweiten Zeitraum am 4. November 2019 häufiger mit Positionsänderungen in einem Bereich zwischen 2 und 5 % eines Vollhubs verbunden waren als in der Vergangenheit. 11 shows a histogram 1100 which summarizes the number of reversals of direction that the valve member performed on November 4, 2019 in the second period. It is constructed in the same way as the histogram 1000. The comparison of the histograms 1000 and 1100 shows that the reversals of direction in the second period on November 4, 2019 were more frequently associated with position changes in a range between 2 and 5% of a full stroke than in the past.
In einer Zusammenschau der Ergebnisse, insbesondere der Tatsachen, dass die Anzahl der Richtungsumkehrungen am 4. November 2019 höher war als am 10. Dezember 2018, die damit einhergehenden Positionsänderungen im Mittel gleich oder zumindest ver gleichbar waren, und sich dennoch mehr Richtungsumkehrungen mit einer größeren Positionsänderung er fasst wurden, legt die Möglichkeit nahe, dass am 4. November 2019 eine bisher nicht in Erscheinung getretene Schwingung auftrat, die sich mit mindestens einer Schwingung, die sowohl am 10. Dezember 2018 als auch am 4. November 2019 auftrat, konstruktiv sowie destruktiv überla gerte, was zu einer Schwebung führte. In a synopsis of the results, in particular the facts that the number of reversals of direction on November 4, 2019 was higher than on December 10, 2018, the associated changes in position were on average the same or at least comparable, and yet more reversals of direction were related to a larger one Changes in position were detected, suggests the possibility that on November 4, 2019 an oscillation that has not yet appeared occurred, which was constructive as well as with at least one oscillation that occurred both on December 10, 2018 and on November 4, 2019 destructively superimposed, which led to a beat.
Derartige Schwebungen können z.B. mithilfe einer Summe erkannt werden, in die die An zahl der Richtungsumkehrungen, der Betrag des Mittelwerts der damit einhergehenden Positi onsänderungen sowie die Besetzung der Klassen 1030 bzw. 1130 mit entsprechenden Gewich- tungen eingehen. Übersteigt der Wert dieser Summe eine vorgegebene Schwelle wird eine Mel dung ausgegeben. Such beats can be recognized, for example, with the help of a sum, in which the number of reversals of direction, the amount of the mean value of the associated changes in position and the occupation of classes 1030 and 1130 with corresponding weights. received. If the value of this sum exceeds a specified threshold, a message is issued.
Glossar glossary
Anlage system
Eine Anlage stellt eine planvolle Zusammenstellung von technischen Komponenten dar. Die Komponenten können Maschinen, Geräte, Apparate, Speicher, Leitungen bzw. Transport strecken und / oder Steuer- bzw. Regelelemente umfassen. Sie können funktional, steuerungs technisch und / oder sicherheitstechnisch miteinander verbunden, verschaltet bzw. verknüpft sein. A system represents a systematic compilation of technical components. The components can include machines, devices, apparatus, storage facilities, lines or transport and / or control or regulating elements. They can be connected, interconnected or linked to one another in terms of function, control technology and / or safety technology.
Anlagen werden in vielen unterschiedlichen Bereichen zu vielfältigen Zwecken betrieben. Dazu gehören beispielsweise Verfahrens- oder prozesstechnische Anlagen, die in vielen Fällen der chemischen Industrie zuzurechnen sind. Der Begriff der Anlagen umfasst ebenfalls Raffine rien, Fernwärmesysteme, geo- oder solarthermische Anlagen, Anlagen zur Lebensmittelproduk tion, Frischwasserversorgung oder Abwasserentsorgung, Biogasanlagen, etc. Systems are operated in many different areas for a variety of purposes. This includes, for example, procedural or process engineering systems, which in many cases are part of the chemical industry. The term “systems” also includes refineries, district heating systems, geothermal or solar thermal systems, systems for food production, fresh water supply or wastewater disposal, biogas systems, etc.
Durchflussmenge Flow rate
Als Durchflussmenge bezeichnet man die Menge eines fluiden Mediums, die sich in einer bestimmten Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt bewegt. Die Menge des Mediums kann dabei als Stoffmenge angegeben sein. Aus messtechnischen Gründen wird sie jedoch in vielen Fällen in einer Volumen- oder Masseneinheit angegeben. The flow rate is the amount of a fluid medium that moves through a certain cross-section in a certain time unit. The amount of the medium can be given as the amount of substance. For metrological reasons, however, it is often given in a unit of volume or mass.
Hub Hub
Ein Hub eines Ventilglieds bezeichnet die Strecke, die das Ventilglied zurücklegt, wenn es von einer ersten Position zu einer zweiten Position verfahren wird. A stroke of a valve member denotes the distance that the valve member covers when it is moved from a first position to a second position.
Ist-Position Actual position
Eine Ist-Position stellt die Position und / oder Lage eines Körpers im Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. In vielen Fällen wird die Ist-Position eines Körpers mit seiner momen tanen Position bzw. Lage gleichgesetzt, d.h. mit der Position bzw. Lage, die der Körper zum gegenwärtigen Zeitpunkt einnimmt. Der bestimmte Zeitpunkt kann sich aber auch auf einen Zeitpunkt sowohl in der Vergangenheit oder Zukunft beziehen. Eine Ist-Position ist häufig der Ausgangspunkt für eine zielgerichtete Bewegung eines Körpers hin zu einer Soll-Position. Prozess An actual position represents the position and / or location of a body in space at a specific point in time. In many cases, the actual position of a body is equated with its current position or location, ie with the position or location that the body occupies at the present time. The specific point in time can also refer to a point in time in the past or in the future. An actual position is often the starting point for a targeted movement of a body towards a target position. process
Ein (technischer) Prozess ist die Gesamtheit der Vorgänge in einer (technischen) Anlage. Ein laufender Prozess ist ein Prozess, der gerade auf einer Anlage bzw. im Normalbetrieb einer Anlage gefahren wird. Ein Prozess kann kontinuierlich bzw. fortlaufend sein (Erdölraffinierung, Fernwärmeversorgung oder Stromerzeugung) oder diskontinuierlich bzw. ein Batch- oder Char genprozess sein (Teigherstellung zur Produktion von Backwaren, Medikamentenherstellung, Rösten von Kaffee). A (technical) process is the entirety of the processes in a (technical) system. A running process is a process that is currently being run on a system or during normal operation of a system. A process can be continuous or continuous (oil refining, district heating or electricity generation) or discontinuous or a batch or batch process (dough production for the production of baked goods, drug production, roasting of coffee).
Prozessmedium Process medium
Ein Prozessmedium ist ein fluides Medium, das im Rahmen eines Prozesses innerhalb einer Anlage umgewälzt bzw. transportiert wird und dabei ggf. verändert wird. Prozessmedien können Öle, Salze, Flüssigkeiten oder Gase sein. A process medium is a fluid medium that is circulated or transported within a system as part of a process and, if necessary, changed in the process. Process media can be oils, salts, liquids or gases.
Schlag Blow
Ein Schlag oder Stoß ist eine im Vergleich zur Dauer einer Schwingung eher kurzzeitige mechanische Belastung eines Körpers, bei dem kinetische Energie bzw. ein Impuls auf den Körper übertragen wird. Durch einen Schlag kann ein Körper oder System plastisch und / oder elastisch verformt und / oder in Schwingung versetzt werden (vgl. z. B. das Schlagen einer Stimmgabel mit einem harten Gegenstand). A shock or impact is a rather short-term mechanical load on a body compared to the duration of an oscillation, during which kinetic energy or an impulse is transferred to the body. A body or system can be plastically and / or elastically deformed and / or made to vibrate by a blow (cf. e.g. striking a tuning fork with a hard object).
Schwingung vibration
Eine Schwingung stellt eine zeitlich wiederkehrende elastische Verformung bzw. eine sich wiederholende Auslenkung mindestens eines Teils eines Körpers um eine Gleichgewichtslage dar. Schwingungen werden in vielen Fällen durch mechanische Belastungen eines Körpers oder eines Teils eines Körpers ausgelöst. Sie können periodisch aber auch nichtperiodisch sein, wo bei Letzteres quasiperiodische Schwingungen (z. B. Überlagerung zweier harmonischer, recht winkelig zueinander stehender Schwingungen mit inkommensurablen Frequenzen) oder sogar chaotische Schwingungen umfasst (wie z. B. bei einem Pohlschen Rad). Sie können sinusför mig sein, aber auch andere Formen aufweisen, wie z. B. eine Dreiecks-, Rechtecks- oder Sä gezahnform. Die Zeiträume, innerhalb derer sich die Verformung bzw. Auslenkung vollzieht und die Auslenkungsstrecke bzw. Amplitude können konstant (wie z.B. bei einer ungedämpften Schwingung) oder zeitlich veränderlich (wie z.B. bei einer gedämpften Schwingung) sein. An oscillation represents a time-recurring elastic deformation or a repetitive deflection of at least one part of a body around a position of equilibrium. In many cases, vibrations are triggered by mechanical loads on a body or a part of a body. They can be periodic but also non-periodic, where the latter includes quasi-periodic oscillations (e.g. superposition of two harmonic oscillations at right angles to one another with incommensurable frequencies) or even chaotic oscillations (e.g. a Pohl's wheel). You can be sinusför mig, but also have other shapes, such. B. a triangular, rectangular or saw tooth shape. The periods of time within which the deformation or deflection takes place and the deflection distance or amplitude can be constant (e.g. in the case of an undamped oscillation) or variable over time (e.g. in the case of a damped oscillation).
Soll-Position Eine Soll-Position stellt eine vorgegebene bzw. angestrebte Position bzw. Lage eines Körpers im Raum dar, von der die Ist-Position des Körpers so wenig wie möglich abweichen soll. Eine Soll-Position oder Soll-Lage ist in vielen Fällen das Ziel einer gerichteten Bewegung eines Körpers oder das durch die gerichtete Bewegung des Körpers angestrebte Endresultat. Im Idealfall stimmt zumindest als Ergebnis der zielgerichteten Bewegung eines Körpers die Ist- Position des Körpers mit der angestrebten Soll-Position überein oder weicht davon lediglich im Rahmen der mit der zielgerichteten Bewegung erreichbaren Positionierunsicherheit bzw. einer vorgegebenen Positionstoleranz ab. Target position A target position represents a predetermined or desired position or location of a body in space, from which the actual position of the body should deviate as little as possible. A target position or target position is in many cases the goal of a directed movement of a body or the end result aimed for by the directed movement of the body. In the ideal case, at least as a result of the targeted movement of a body, the actual position of the body agrees with the desired target position or deviates therefrom only within the scope of the positioning uncertainty achievable with the targeted movement or a predetermined position tolerance.
Stellungsregler Positioner
Ein Stellungsregler ist dasjenige Element eines Ventils, das das Ventilglied des Ventils zum Öffnen oder Schließen des Ventils betätigt. Stellungsregler umfassen in vielen Fällen einen elektrischen oder einen fluidischen Antrieb, wobei letzterer entweder hydraulisch oder mit Druckluft betrieben werden kann. A positioner is that element of a valve that actuates the valve member of the valve to open or close the valve. In many cases, positioners comprise an electric or a fluidic drive, the latter being operated either hydraulically or with compressed air.
Stellventil Control valve
Stellventile, auch Prozess- oder Regelventile genannt, dienen zur Drosselung bzw. Rege lung fluidischer Ströme. Zu diesem Zweck wird ein Verschlussteil, z.B. ein Loch- oder Ventilke gel, relativ zu einem Ventilsitz mittels eines Antriebs bewegt. Dabei wird eine Durchflussöffnung freigegeben oder abgeschlossen, wodurch die Durchflussmenge beeinflusst werden kann, bis hin zum vollständigen Verschließen der Durchflussöffnung. Typischerweise wird hierzu ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb verwendet. Control valves, also called process or control valves, are used to throttle or regulate fluidic flows. For this purpose, a closure part, e.g. a perforated or valve cone, is moved relative to a valve seat by means of a drive. A flow opening is opened or closed, whereby the flow rate can be influenced, up to and including the complete closure of the flow opening. A pneumatic or electric drive is typically used for this.
Ventilglied Valve member
Ein Ventilglied ist dasjenige Element eines Ventils, das den Ventilsitz freigeben oder ver schließen kann und z. B. von einem Stellungsregler betätigt wird, um das Ventil zu schließen bzw. zu öffnen. A valve member is that element of a valve that can release the valve seat or close ver and z. B. is operated by a positioner to close or open the valve.
Zeitraum period
Ein Zeitraum ist ein Zeitintervall oder eine Zeitspanne. Ein Zeitraum weist sowohl einen Anfang als auch ein Ende auf, die jeweils durch einen Zeitpunkt bestimmt sein können. Ein Zeitraum kann aus mehreren Zeiträumen zusammengesetzt sein, die sich überlappen können und / oder disjunkt zueinander sind. Ein Zeitraum weist eine zeitliche Dauer auf, die z.B. eine Stunde oder einen Tag umfassen kann. Bezugszeichen Stellventil Ventilgehäuse Einlass Auslass Ventilsitz Ventilglied Ventilkegel Ventilstange Antrieb Stellungsregler Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Stellventil Ventilgehäuse Einlass Auslass Ventilsitz Ventilglied Ventilkegel Ventilstange Antrieb Stellungsregler Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Abschnitt eines Stellventils Ventilgehäuse Ventilstange Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Abschnitt eines Stellventils Ventilgehäuse Ventilstange Stellungsregler Reihe von Magnetsensoren Magnet Verfahren zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen Vorgaben Prüfen der Startbedingungen Startbedingungen erfüllt? Messen Aufzeichnen Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen Wurden signifikante Schwingungen und / oder Schläge erfasst? Ausgabe einer Fehlermeldung Balkendiagramm Balkendiagramm Histogramm erste Klasse letzte Klasse Histogramm erste Klasse letzte Klasse - SO -A period is a time interval or a period of time. A period of time has both a beginning and an end, each of which can be determined by a point in time. A time period can be composed of several time periods that can overlap and / or are disjoint from one another. A period of time has a duration that can include, for example, an hour or a day. Reference number control valve valve housing inlet outlet valve seat valve member valve cone valve rod drive positioner rotary angle sensor rotary lever torsion spring roll-off roller link control valve valve housing inlet outlet valve seat valve member valve cone valve rod drive position controller rotary angle sensor rotary lever torsion spring roll-off roller link section of a control valve Valve housing Valve rod Angle of rotation sensor Rotary lever Torsion spring Rolling roller Link Section of a control valve Valve housing Valve rod Positioner Series of magnetic sensors Magnet Method for determining vibrations and / or impacts Requirements Checking the start conditions Start conditions fulfilled? Measure Record Determine vibrations and / or impacts Were significant vibrations and / or impacts recorded? Output of an error message Bar chart Bar chart Histogram first class last class Histogram first class last class - SUN -
1000 Histogramm 1010 erste Klasse 1000 histogram 1010 first class
1020 letzte Klasse 1020 last class
1030 zweite Klasse 1040 vorletzte Klasse 1030 second class 1040 penultimate class
1100 Histogramm 1110 erste Klasse 1100 histogram 1110 first class
1120 letzte Klasse 1120 last class
1130 zweite Klasse 1140 vorletzte Klasse 1130 second class 1140 penultimate class
zitierte Literatur zitierte Patentliteratur cited literature cited patent literature
DE 102016216923 B4 US 9,423,050 B2 DE 102016216923 B4 US 9,423,050 B2

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren (500) zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil1. Method (500) for detecting vibrations and / or impacts caused by a control valve
(100; 200) ausgesetzt sein kann; (100; 200) can be exposed;
1.1 wobei das Stellventil (100; 200) Teil einer Anlage ist, auf der ein Prozess mit einem Pro zessmedium abläuft und/oder ablaufen kann; 1.1 wherein the control valve (100; 200) is part of a system on which a process with a process medium runs and / or can run;
1.2 wobei das Stellventil (100; 200) Folgendes aufweist: 1.2 wherein the control valve (100; 200) has the following:
1.2.1 ein Ventilglied (125; 225) zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Prozes ses, der auf der Anlage abläuft und/oder ablaufen kann, und 1.2.1 a valve member (125; 225) for influencing the process medium and / or the process that runs and / or can run on the system, and
1.2.2 einen Stellungsregler (145; 245; 345; 445) zur Regelung der Position des Ventilglieds (125; 225); 1.2.2 a position controller (145; 245; 345; 445) for regulating the position of the valve member (125; 225);
1.2.2.1 wobei der Stellungsregler (145; 245; 345; 445) einen Positionssensor zum Messen der Ist-Position des Ventilglieds (125; 225) aufweist; wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst: 1.2.2.1 wherein the position controller (145; 245; 345; 445) has a position sensor for measuring the actual position of the valve member (125; 225); wherein the method (500) comprises the following steps:
1.3 in einem ersten Zeitraum hält der Stellungsregler (145; 245; 345; 445) das Ventilglied (125; 1.3 in a first period of time the position controller (145; 245; 345; 445) holds the valve member (125;
225) in einer Soll-Position und / oder der Stellungsregler verfährt das Ventilglied in einem ersten Zeitraum in eine Soll-Position; 225) in a target position and / or the positioner moves the valve member into a target position in a first period of time;
1.4 Messen mindestens einer Position des Ventilglieds (125; 225) mithilfe des Positionssensors in einem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ers ten Zeitraum ist; 1.4 measuring at least one position of the valve member (125; 225) with the aid of the position sensor in a second time period which lies within the first time period or is equal to the first time period;
1.5 Aufzeichnen der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Position des Ven tilglieds (125; 225) über den zweiten Zeitraum; 1.5 recording of the at least one position of the valve member (125; 225) measured by the position sensor over the second period of time;
1.6 Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil (100; 200) in dem zweiten Zeitraum gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeit raum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225); 1.6 determining vibrations and / or impacts to which the control valve (100; 200) was possibly exposed in the second period by analyzing the at least one position of the valve member (125; 225) recorded in the second period;
1.7 Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein1.7 Output of a message if at least one oscillation and / or at least one
Schlag ermittelt wird und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Impact is determined and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or of the at least one impact exceeds a predetermined threshold.
2. Verfahren (500) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, 2. The method (500) according to the preceding claim, characterized in that
2.1 dass zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der2.1 that to determine vibrations and / or impacts and / or to determine the
Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags aus der mindestens einen Positionsänderung Amplitude of the at least one oscillation and / or of the at least one impact from the at least one change in position
2.1.1 Richtungsumkehrungen der vom Positionssensor erfassten Bewegung des Ventilglieds (125; 225) bestimmt werden; und / oder 2.1.1 Reversal of direction of the movement of the valve member detected by the position sensor (125; 225) are determined; and or
2.1.2 falls mindestens zwei Richtungsumkehrungen erfasst wurden, die vom Positionssensor erfassten Positionsänderungen des Ventilglieds (125; 225) zwischen den mindestens zwei Richtungsumkehrungen bestimmt wird. 2.1.2 if at least two reversals of direction have been detected, the changes in position of the valve member (125; 225) detected by the position sensor are determined between the at least two reversals of direction.
3. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 3. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that
3.1 dass die Aufzeichnung der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225) über den zweiten Zeitraum eine Analyse des zeitlichen Ver laufs der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225) über den zweiten Zeitraum ermöglicht; und 3.1 that the recording of the at least one position of the valve member (125; 225) measured by the position sensor over the second period enables an analysis of the course over time of the at least one position of the valve member (125; 225) measured by the position sensor over the second period; and
3.2 dass zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der3.2 that for determining vibrations and / or impacts and / or determining the
Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen SchlagsAmplitude of the at least one oscillation and / or of the at least one beat
3.2.1 die Übereinstimmungen der vom Positionssensor aufgezeichneten Positionen mit der Soll- Position bestimmt werden; und / oder 3.2.1 the correspondence of the positions recorded by the position sensor with the target position is determined; and or
3.2.2 eine Ableitung des zeitlichen Verlaufs berechnet wird; und / oder 3.2.2 a derivation of the course over time is calculated; and or
3.2.3 eine Fourieranalyse des zeitlichen Verlaufs durchgeführt wird. 3.2.3 a Fourier analysis of the time course is carried out.
4. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that
4.1 dass die vorgegebene Schwelle eine Amplitude darstellt, die in einem dritten Zeitraum vor dem ersten und / oder zweiten Zeitraum bestimmt wurde; und / oder 4.1 that the predetermined threshold represents an amplitude which was determined in a third period before the first and / or second period; and or
4.2 dass die vorgegebene Schwelle an die aktuellen Betriebsbedingungen des Stellventils (100; 4.2 that the specified threshold is adapted to the current operating conditions of the control valve (100;
200) angepasst wird. 200) is adjusted.
5. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225) Einflüsse des Prozessmediums und / oder des Prozesses und / oder der Umgebung des Stellventils (100; 200) und / oder der Anlage auf das Stellventil (100; 200) berücksichtigt werden. 5. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that during the analysis of the at least one position of the valve member (125; 225) recorded in the second time period, influences of the process medium and / or the process and / or the environment of the control valve (100; 200) and / or the system on the control valve (100; 200) must be taken into account.
6. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that
6.1 dass der Positionssensor als berührungsloser Sensor ausgebildet ist, und / oder 6.1 that the position sensor is designed as a contactless sensor, and / or
6.2 dass der Positionssensor eine magnetische Anordnung umfasst. 7. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6.2 that the position sensor comprises a magnetic arrangement. 7. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that
7.1 dass der Positionssensor eine Kopplung mit dem Ventilglied (125; 225) aufweist; 7.1 that the position sensor has a coupling with the valve member (125; 225);
7.2 wobei sich die Kopplung sowohl mit dem als auch unabhängig vom Ventilglied (125; 225) bewegen kann. 7.2 whereby the coupling can move both with and independently of the valve member (125; 225).
8. Verfahren (500) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung einen Drehhebel (155; 255; 355) umfasst. 8. The method (500) according to the preceding claim, characterized in that the coupling comprises a rotary lever (155; 255; 355).
9. Verfahren (500) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, 9. The method (500) according to the preceding claim, characterized in that
9.1 dass der Drehhebel (155; 255; 355) in einer Kulisse (170; 270; 370) geführt wird; 9.1 that the rotary lever (155; 255; 355) is guided in a link (170; 270; 370);
9.2 wobei die Kulisse (170; 270; 370) fest mit dem Ventilglied (125; 225) verbunden ist. 9.2 where the link (170; 270; 370) is firmly connected to the valve member (125; 225).
10. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 10. The method (500) according to any one of the preceding claims, characterized in that
10.1 dass die Anlage einen Sensor zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen auf weist; 10.1 that the system has a sensor for determining vibrations and / or impacts;
10.2 dass zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen die von dem Sensor aufge nommenen Messdaten analysiert werden; 10.2 that in order to determine vibrations and / or impacts, the measurement data recorded by the sensor are analyzed;
10.3 dass die Ergebnisse der Analyse der von dem Sensor aufgenommenen Messdaten mit den Ergebnissen der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225) verglichen werden. 10.3 that the results of the analysis of the measurement data recorded by the sensor are compared with the results of the analysis of the at least one position of the valve member (125; 225) recorded in the second time period.
11. Stellventil (100; 200) mit 11. Control valve (100; 200) with
11.1 einem Ventilglied (125; 225) zur Beeinflussung eines Prozessmediums und / oder eines Prozesses auf einer Anlage; 11.1 a valve member (125; 225) for influencing a process medium and / or a process on a system;
11.2 einem Stellungsregler (145; 245; 345; 445) zur Regelung der Position des Ventilglieds (125; 225); 11.2 a position controller (145; 245; 345; 445) for regulating the position of the valve member (125; 225);
11.2.1 wobei der Stellungsregler (145; 245; 345; 445) einen Positionssensor zum Messen der Ist-Position des Ventilglieds (125; 225) aufweist; und 11.2.1 wherein the position controller (145; 245; 345; 445) has a position sensor for measuring the actual position of the valve member (125; 225); and
11.3 Mittel, die geeignet sind, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen. 11.3 Means which are suitable for carrying out the steps of a method according to one of Claims 1 to 10.
12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung des Anspruchs12. A computer program comprising instructions that cause the apparatus of claim
11 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt. 11 carries out the method steps according to one of claims 1 to 10.
13. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespei chert ist. 13. Computer-readable medium on which the computer program according to claim 12 is stored.
14. Computerimplementiertes Verfahren (500) zum Erfassen von Schwingungen und / oder14. Computer-implemented method (500) for detecting vibrations and / or
Schlägen, denen ein Stellventil (100; 200) ausgesetzt sein kann; Impacts to which a control valve (100; 200) can be exposed;
14.1 wobei das Stellventil (100; 200) Teil einer Anlage ist, auf der ein Prozess mit einem Pro zessmedium abläuft und/oder ablaufen kann; 14.1 wherein the control valve (100; 200) is part of a system on which a process with a process medium runs and / or can run;
14.2 wobei das Stellventil (100; 200) Folgendes aufweist: 14.2 wherein the control valve (100; 200) has the following:
14.2.1 ein Ventilglied (125; 225) zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Pro zesses, der auf der Anlage abläuft und/oder ablaufen kann, und 14.2.1 a valve member (125; 225) for influencing the process medium and / or the process that runs and / or can run on the system, and
14.2.2 einen Stellungsregler (145; 245; 345; 445) zur Regelung der Position des Ventilglieds (125; 225); 14.2.2 a position controller (145; 245; 345; 445) for regulating the position of the valve member (125; 225);
14.2.2.1 wobei der Stellungsregler (145; 245; 345; 445) einen Positionssensor zum Messen der Ist-Position des Ventilglieds (125; 225) aufweist; wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst: 14.2.2.1 wherein the position controller (145; 245; 345; 445) has a position sensor for measuring the actual position of the valve member (125; 225); wherein the method (500) comprises the following steps:
14.3 Empfangen von Daten über eine Soll-Position, in der der Stellungsregler (145; 245; 345; 445) das Ventilglied (125; 225) in einem ersten Zeitraum hält und / oder in die der Stel lungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum verfährt; 14.3 Receiving data on a target position in which the position controller (145; 245; 345; 445) holds the valve member (125; 225) for a first period and / or in which the position controller moves the valve member in a first period ;
14.4 Empfangen von Daten, die mindestens eine Position des Ventilglieds (125; 225) darstellen, die mithilfe des Positionssensors in einem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ersten Zeitraum ist, gemessen und aufgezeichnet wurde;14.4 receiving data representing at least one position of the valve member (125; 225) which was measured and recorded with the aid of the position sensor in a second time period which lies within the first time period or is equal to the first time period;
14.5 Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil (100; 200) in dem zweiten Zeitraum gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeit raum auf gezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds (125; 225); 14.5 Determination of vibrations and / or impacts to which the control valve (100; 200) may have been exposed in the second time period by analyzing the at least one position of the valve member (125; 225) recorded in the second time period;
14.6 Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein Schlag ermittelt wurde und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet. 14.6 Outputting a message if at least one oscillation and / or at least one impact was determined and / or the amplitude of the at least one oscillation and / or the at least one impact exceeds a predetermined threshold.
15. Vorrichtung zur Datenverarbeitung, umfassend Mittel zur Ausführung des Verfahrens (500) nach Anspruch 14. 15. An apparatus for data processing, comprising means for carrying out the method (500) according to claim 14.
16. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer bewirken, dass der Computer das Verfahren nach Anspruch 14 ausführt. 16. A computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to claim 14.
17. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 16 gespei chert ist. 17. Computer-readable medium on which the computer program according to claim 16 is stored.
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