PL221414B1 - Zawór do sterowania napędów płynowych, zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych oraz układ sterowania zaworami napędów płynowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór do sterowania napędów płynowych zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych oraz układ sterowania zaworami napędów płynowych.

Obecnie stosowane są Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady tzw. dyrektywy maszynowe i normy bezpieczeństwa zharmonizowane z dyrektywą maszynową typu A, B, B2, C dla przedsiębiorstw zajmujących się projektowaniem i/lub produkowaniem i/lub obrotem handlowym maszynami. Dostosowanie się do tych wymagań jest obecnie integralną częścią działalności każdego podmiotu prawnego zajmującego się maszynami wewnątrz Europejskiego Obszaru Gospodarczego (państwa członkowskie Unii Europejskiej oraz Norwegia, Islandia, Liechtenstein i Szwajcaria). Są to wymagania, które muszą zostać spełnione przez maszyny, a ich niespełnienie wiąże się z potencjalną możliwością pociągnięcia do odpowiedzialności (dyrektywa o odpowiedzialności za produkt wadliwy 85/374/EWG i dyrektywa ją zmieniająca 1999/34/WE). Powodem, dla którego partnerzy rynkowi (pracodawcy, firmy ubezpieczeniowe, administracja, jednostki dozoru technicznego) są zainteresowani zastosowaniem przepisów dyrektyw, jest oczekiwanie spełnienia wymagań dotyczących wyrobów, co umożliwia uczciwą konkurencję podczas wprowadzania wyrobów do obrotu na Jednolitym Rynku Europejskim (stanowi to zasadniczy element umożliwiający swobodny przepływ towarów) oraz bezpieczeństwo użytkowników.

Układ sterowania maszyny wraz ze wszelkimi elementami wchodzącymi w jego skład jest odpowiedzialny za wykonywanie zarówno funkcji technologicznych jak też funkcji bezpieczeństwa. Dlatego też elementy systemu sterowania związane z bezpieczeństwem powinny być niezawodne, tj. dobierane z uwzględnianiem możliwych uszkodzeń, defektów oraz ograniczeń, jakie można przewidzieć w planowanych warunkach użytkowania maszyny. Układ sterowania powinien wykluczyć niebezpieczne działanie maszyny i zapewnić zachowanie funkcji bezpieczeństwa przy wszystkich rodzajach pracy. Dla elektrycznych układów sterowania są już stosowane elementy z potwierdzeniem przesterowania np. przekaźniki dużej mocy z dodatkową parą styków.

W napędach płynowych najczęściej stosowane są suwakowe zawory rozdzielające, których zadaniem jest rozdzielenie strugi powietrza pomiędzy oknami przepływowymi dróg wypływowych zaworu. Rozdzielenie strugi powietrza następuje przez odpowiednio ukształtowane krawędzie suwaka zaworu i jego korpusu. Konstrukcje takie nie zwracają informacji określających położenie suwaka rozdzielającego w zaworze, a tym samym nie ma możliwości diagnostyki awarii zaworu i napędu.

Z opisu patentowego US 7272533 B2 znane jest urządzenie diagnostyczne dla urządzeń płynowych. Urządzenie zawiera napędy siłownikowe sterowane zaworami połączonymi w wyspę zaworową. Na końcach siłowników po stronie tłokowej zainstalowane są czujniki pozycji oraz czujniki temperatury. Na wejściu każdego zaworu zainstalowany jest czujnik przepływu. Mierzone sygnały z czujników przekazywane są do urządzenia diagnostycznego. Urządzenie diagnostyczne generuje i przekazuje sygnały sterujące do zaworów. Urządzenie diagnostyczne ma interfejsy, mikroprocesor i pamięć. Urządzenie diagnostyczne podłączone jest z urządzeniem alarmującym i układem zamówień części zamiennych.

Z opisu patentowego US 7620522 B2 znane jest urządzenie diagnostyczne dla co najmniej jednego układu pneumatycznego zaworu i napędu. Urządzenie zawiera zawór rozdzielający sterujący siłownikiem, który połączony jest przewodami pneumatycznymi do zaworów dławiąco-zwrotnych a te z kolei z siłownikiem. Na końcach siłownika zainstalowane są czujniki pozycji połączone z elektronicznym urządzeniem sterującym. Na przewodzie pneumatycznym zasilającym komorę tłoczyskową siłownika zainstalowany jest czujnik przepływu i czujnik ciśnienia. Mierzone sygnały z czujników przekazywane są do urządzenia sterującego. Urządzenie sterujące generuje i przekazuje sygnały sterujące do zaworów. Urządzenie sterujące połączone jest z wyświetlaczem i drukarką. Urządzenie sterujące zawiera bramkę NOR, przełączniki i moduły diagnostyczne.

Stosowane układy sterowania napędami płynowymi nie posiadają bezpośrednich obwodów bezpieczeństwa potwierdzających przesterowanie ruchomych elementów zaworów. W układach płynowych powinny być stosowane następujące funkcje bezpieczeństwa: odcięcie pod ciśnieniem, ograniczenie ciśnienia i siły, odpowietrzenie, zmniejszenie prędkości, przemieszczenie bez zagrożenia i siła zacisku, zatrzymanie, trzymanie i blokowanie ruchu, odwrócenie kierunku ruchu, zabezpieczenie przed nieoczekiwanym uruchomieniem. Zawór do sterowania napędów płynowych zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych, według wynalazku zapewnia wszystkie wymienione funkcje bezpieczeństwa.

PL 221 414 B1

Zawór do sterowania napędów płynowych zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych, zawierający korpus z oknami przepływowymi oraz suwak rozdzielający, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na końcach suwaka ma zainstalowane magnesy trwałe, a w korpusie, korzystnie w osi suwaka, ma zainstalowane czujniki pola magnetycznego połączone z przetwornikiem A/C układu sterowania. Korzystne jest rozwiązanie, w którym zawór ma zainstalowany, w korpusie, co najmniej jeden czujnik ciśnienia, przy czym czujnik ciśnienia jest umieszczony w komorze, której przestrzeń jest połączona z drogą wyjściową zaworu, a czujnik ciśnienia jest połączony z przetwornikiem A/C układu sterowania. Magnesy mogą być zainstalowane we wgłębieniach suwaka lub na jego powierzchniach czołowych.

Układ sterowania zaworami napędów płynowych, zawierający mikrokontroler wyposażony w przetworniki A/C i połączony ze wzmacniaczami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do przetwornika A/C mikrokontrolera ma podłączone czujniki pola magnetycznego oraz czujniki ciśnienia, przy czym wspomniane wzmacniacze połączone są z cewkami stopnia wstępnego zaworu. Mikrokontroler połączony jest z modułem komunikacji sieciowej oraz z sygnalizatorem optycznym, korzystnie diodami LED.

Magnesy oddziałują na czujniki pola magnetycznego, które potwierdzają pozycję suwaka rozdzielającego. Sygnały z czujników pola magnetycznego oraz z czujników ciśnienia zwracają informację diagnostyczną o przesterowaniu zaworu i wartości ciśnienia w drogach wyjściowych zasilających siłownik.

Moduł komunikacji sieciowej zaworu łączy się z serwerem WWW, który pozwala na diagnostykę on-line za pośrednictwem sieci komunikacyjnej internetowej z dowolnego miejsca oraz odczyt wartości ciśnienia i potwierdzenie przesterowania suwaka zaworu rozdzielającego. Moduł komunikacji sieciowej zaworu umożliwia połączenie z innymi urządzeniami sieciowymi, np. sterownik PLC, wejścia/wyjścia rozproszone, komputer PC.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór w przekroju częściowym, a fig. 2 - schemat ideowy układu sterowania siłownikiem pneumatycznym.

W korpusie 9 zaworu są drogi przepływowe 1, 2, 3, 4, 5 oraz suwak 10, na którego końcach, we wgłębieniach, są zainstalowane trwałe magnesy 6. W korpusie 9 są zainstalowane czujniki ciśnienia 7a, 7b umieszczone w komorach, których przestrzenie są połączone z drogami wyjściowymi 2, 4 zaworu. Czujniki ciśnienia są połączone z przetwornikiem A/C układu sterowania US.

Przesterowanie zaworu następuje w momencie przyłożenia napięcia do cewki 11, która steruje stopniem wstępnym 12 zaworu powodując jego otwarcie i przepływ sprężonego powietrza, które przesuwa suwak 10 zaworu do jednej ze skrajnych pozycji. Przesunięcie suwaka powoduje przepływ powietrza do jednej z dróg wypływowych 2 lub 4, w zależności od skrajnego lewego lub prawego położenia suwaka 10. Czujniki pola magnetycznego 8 wykrywają położenie magnesów 6 zainstalowanych na końcach suwaka 10 zaworu, przez co zostaje potwierdzone skrajne położenie suwaka zaworu i jest jednoznaczne z całkowitym przesterowaniem zaworu. Na drogach wypływowych 2 i 4 następuje pomiar ciśnienia czujnikami 7a i 7b. Pomiar ciśnienia i potwierdzenie skrajnych położeń suwaka 10 realizuje diagnostykę, funkcje bezpieczeństwa i samoczynne monitorowanie zaworu rozdzielającego.

W układzie sterowania US zaworami napędów płynowych, zawierającym mikrokontroler wyposażony w przetworniki A/C i połączony ze wzmacniaczami, do przetwornika A/C mikrokontrolera ma podłączone czujniki pola magnetycznego 8 oraz czujniki ciśnienia 7a, 7b, przy czym wzmacniacze 15 połączone są z cewkami 11 stopnia wstępnego 12 zaworu. Mikrokontroler 14 połączony jest z modułem komunikacji sieciowej 16 oraz z sygnalizatorem optycznym 13 w postaci diod LED.

Układ sterowania US z mikrokontrolerem 14 służy do sterowania, monitorowania ciśnienia, monitorowania skrajnych położeń suwaka zaworu, realizacji funkcji bezpieczeństwa, zapisywaniu w pamięci trwałej monitorowanych stanów procesu. Układ sterowania US z wyżej wymienionymi funkcjami stanowi urządzenie diagnostyczne i sterujące. Za pomocą diagnostyki mogą być wykryte błędy i awarie w działaniu zaworu. Dodatkowo diagnostyka może być prowadzona również na układach wykonawczych przez zainstalowanie czujników pozycji na napędach układu wykonawczego. Układ sterowania US ma moduł komunikacji sieciowej 16 i serwer WWW, który umożliwia monitorowanie, zdalną diagnostykę, przeglądanie, rejestrowanie błędów i awarii z użyciem sieci także internetowej . Moduł komunikacji sieciowej 16 układu sterowania US umożliwia również komunikację z urządzeniami nadrzędnymi i podrzędnymi np. komputer PC, sterownik PLC, moduły wejść wyjść rozproszonych. Układ sterowania US wskazuje wybrane komunikaty z użyciem sygnalizatorów optycznych 13.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór do sterowania napędów płynowych, zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych, zawierający korpus z oknami przepływowymi oraz suwak rozdzielający, znamienny tym, że na końcach suwaka (10) ma zainstalowane magnesy trwałe (6), a w korpusie (9), korzystnie w osi suwaka, ma zainstalowane czujniki pola magnetycznego połączone z przetwornikiem A/C układu sterowania (US).
2. 2. Zawór, według zastrz. 1, znamienny tym, że w korpusie (9) ma zainstalowany co najmniej jeden czujnik ciśnienia (7a, 7b), przy czym czujnik jest umieszczony w komorze, której przestrzeń jest połączona z drogą wyjściową zaworu (2, 4), a czujnik jest połączony z przetwornikiem A/C układu sterowania (US).
3. 3. Zawór, według zastrz. 1, znamienny tym, że magnesy (6) zainstalowane są we wgłębieniach suwaka (10).
4. 4. Układ sterowania zaworami napędów płynowych, zawierający mikrokontroler wyposażony w przetworniki A/C i połączony ze wzmacniaczami, znamienny tym, że do przetwornika A/C mikrokontrolera ma podłączone czujniki pola magnetycznego (8) oraz czujniki ciśnienia (7a, 7b), przy czym wzmacniacze (15) połączone są z cewkami (11) stopnia wstępnego (12) zaworu.
5. 5. Układ, według zastrz. 4, znamienny tym, że mikrokontroler (14) połączony jest z modułem komunikacji sieciowej (16).
6. 6. Układ, według zastrz. 4, znamienny tym, że mikrokontroler (14) połączony jest z sygnalizatorem optycznym (13), korzystnie diodami LED.