WO2012084395A1 - Wechselarmatur - Google Patents

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WO2012084395A1
WO2012084395A1 PCT/EP2011/070849 EP2011070849W WO2012084395A1 WO 2012084395 A1 WO2012084395 A1 WO 2012084395A1 EP 2011070849 W EP2011070849 W EP 2011070849W WO 2012084395 A1 WO2012084395 A1 WO 2012084395A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cable
retractable
interface
sensor
fitting
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/070849
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Schlereth
Martin Lohmann
Stefan Robl
Stephan Buschnakowski
Original Assignee
Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg filed Critical Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
Publication of WO2012084395A1 publication Critical patent/WO2012084395A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/283—Means for supporting or introducing electrochemical probes

Definitions

  • the invention relates to a retractable housing with a fitting housing and with a guided in the fitting housing via a lifting movement between a first position and a second position tubular support for a sensor module, which determines physical and / or chemical process variables in a process, and a cable, which a has first interface for connection to a local electronics.
  • Measuring points used in process automation consist of a
  • Sensor element a sensor cable that connects the sensor to a transmitter and a fitting for inserting the sensor into the process.
  • Transmitter is connected to a process control center via an analogue or digital interface.
  • service-intensive sensors are introduced into the process via retractable fittings in order to be able to easily remove them for service.
  • Retractable valves are widely used in analytical instrumentation and serve to sensors without process interruption even at high process pressures from the
  • the sensor is automatically or manually moved from a measuring position to a service position and back.
  • the retractable fitting is due to a significant proportion of
  • Such a retractable assembly includes on-site electronics, which determines information about at least one further state variable of the retractable assembly, the process and / or the sensor as an actual value.
  • the on-site electronics comprises a memory unit in which the determined actual values are stored and / or predetermined setpoint values are stored.
  • the on-site electronics are connected to the sensor with a first connection line, while a second connection line couples the on-site fitting with a measuring transducer.
  • a cable circuit with digital signal conditioning is known.
  • Such a cable circuit is a connection of a sensor module with a transmitter, wherein a contactless interface for signal transmission between the cable circuit and the sensor module is present and the sensor module is electrically isolated from the cable circuit.
  • the signal transmission between the cable circuit and the sensor module takes place on an optical, inductive or capacitive path.
  • This cable circuit comprises a signal processing unit and a
  • Cable interface for connecting a cable to a transmitter.
  • potentiometric sensor in particular a pH sensor or a redox sensor, consists of an elementary sensor for detecting a potentiometric variable, in particular a pH or a redox potential, and an interface for outputting a signal dependent on the potentiometric size to a higher level Unit, in particular a transmitter.
  • the potentiometric sensor has a digital data memory which is permanently connected to the elementary sensor.
  • the invention is therefore based on the object to provide a retractable fitting, which provides a sufficient energy supply for the suburban fitting at a reduced
  • the object is achieved in that the cable is connected via a second interface with a transmitter.
  • both the on-site electronics and the sensor module are powered by only one energy source.
  • the energy of the transmitter is sufficient to supply power to the on-site electronics and the electronic components of the interchangeable fitting connected to it.
  • On a separate wiring between local electronics and transmitter or control center can thus be dispensed with.
  • the cable has a signal processing unit, which is connected via the first interface with the on-site electronics and via the second interface with the transmitter.
  • the normal cable which connects the sensor module with the on-site electronics, is merely replaced by a new, intelligent cable, which contains the signal processing unit.
  • This one intelligent cable connects the on-site electronics of the retractable fitting and the transmitter due to two physical interfaces. An exchange of the cable, which the
  • Transmitter connects with the control center, can be omitted. Also can be dispensed with a further physical input of data of the interchangeable fitting, such as the signals of the limit switches in the control center, since the current
  • Valve positions are transmitted via the transmitter to the control center.
  • the cable has a first plurality of wires as the first
  • Interface for on-site electronics on and a second plurality of wires forms the second interface to the transmitter. Due to the surprisingly simple solution of assigning more than four wires to a cable, the first and the second interface can be easily realized. Through the one cable is over the second interface between the
  • Signal processing unit and transmit energy to the transmitter, which is forwarded to the on-site electronics via the first interface, whereby sufficient energy is available to supply existing in the on-site electronic components.
  • the cable is divided within the suburb electronics in the first and in the second interface.
  • This has the advantage that electrical contacts, which form the physical interfaces, are not open at the interchangeable fitting, but are covered by a housing of the on-site electronics with respect to the outside world, so that a user of the interchangeable fitting eliminates a risk of injury.
  • the second interface of the cable is contacted via a contact-type standard plug-in device on the on-site electronics, wherein the Standard connector establishes a connection of the second interface of the cable to the transmitter.
  • the cable with two interfaces is therefore an integral part of the valve.
  • the connection to the transmitter takes place via a cable connection, which contains no further electronics. Since a contact-type standard plug-in device is used to connect the first interface to the on-site electronics, energy losses are prevented.
  • At least one sensor for determining the mode of operation of the retractable assembly and / or for monitoring of, by the
  • Sensor module arranged to be detected process. As a result, it is possible to dispense with additional, external sensors at the interchangeable fitting outside the local electronics. In addition, all the cable and control station inputs necessary for the external sensors are also eliminated since the information of the at least one sensor is transmitted to the signal processing unit of the cable via the first interface of the cable
  • a soiled or corroded interchangeable fitting can be detected by comparing the actual values measured by the sensors with setpoints which are stored in a memory of the signal processing unit of the transducers.
  • Documentation on service cases is omitted by storing the data measured by the sensors in the interchangeable fitting or in a central database of the control center. If, for example, a conversion of the retractable housing on site to a sealing ring of the retractable housing with another interior material, this is this stored in the memory of the signal processing unit of the cable and can be read later in any other service department. In the memory of the signal processing unit of the cable, this information is stored and can be from a central
  • the signal processing unit also contains identification codes of the interchangeable fitting, which after the manufacture of the interchangeable fitting directly into the memory of the
  • the at least one sensor is designed as a temperature sensor and / or as a limit switch for determining the first or second position of the tubular holder. If the retractable fitting has to be sterilized, the temperature sensor installed on the on-site electronics can be used for this procedure. During sterilization, the retractable fitting is heated to a temperature above 121 ° C for more than 21 minutes. The temperature measurement takes place in the process medium or by surface measurement. The fitting temperature can be from both
  • the signal processing unit transmits the valve temperature to the control center where it is documented.
  • limit switches within the local electronics external limit switches which are located outside the on-site electronics at the interchangeable fitting, as well as cables that connect the external limit switches with the signal processing unit.
  • the input slot of the limit switches on the process control can also be saved as the valve positions are transmitted via the input of the transmitter.
  • the at least one sensor is connected to the signal processing unit via the first interface.
  • Information about the operating times for example, the position of the retractable housings (measuring position, service position) are stored in the signal processing unit and transmitted from this to the control center. Information about the number of strokes of the retractable fitting and the operating temperature are also provided by the signal processing unit and transmitted from this to the control center.
  • an employee can via a personal computer via a fieldbus-independent service tool with the associated transmitter of
  • the cable is insoluble with the tubular holder of
  • Removable fitting connected. This makes the cable an integral part of the retractable fitting.
  • the intelligent cable takes over the diagnostic tasks of the interchangeable fitting, whereby the diagnosis becomes an integral part of the tasks of a retractable fitting.
  • the signal processing unit which is arranged in particular in the signal transmission path near the sensor module, exchanges signals with the sensor module. There are two tasks of the retractable fitting
  • the diagnostic option of the retractable fitting is sent via the transmitter to the control center.
  • Information about a necessary service can be evaluated close to the process and maintenance of the retractable fitting can be carried out promptly. It is ensured that the retractable fitting is always functional and that a hazard to humans and the environment is excluded.
  • the signal transmission unit which is designed in particular in the form of a microprocessor, thus provides more data than if it would only perform data exchange between the sensor module and the transmitter.
  • Retractable housing in addition to the information of the sensor module additionally transmitted with the digital protocol of the signal processing unit and sent via the wires of the cable, which are used in the second interface of the data transfer to the transmitter and from there to the control center on.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a retractable fitting
  • FIG. 2 shows a section through an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows the schematic diagram of a retractable assembly 1.
  • the retractable assembly 1 is attached via a flange 2 to a container, not shown, in which the measuring medium to be monitored is located.
  • a sensor 3 is positioned in a tubular holder, the so-called sensor holder 4.
  • the sensor holder 4 serves to protect the relatively sensitive sensor 3 in contact with the measuring medium.
  • Figure 1 only the sensor head of the sensor 3 is shown, which from the
  • the sensor 3 can be designed, for example, as a pH electrode, amperometric sensor, gas sensor, conductivity sensor or the like. All these
  • Sensor forms can be used in an interchangeable fitting for the analysis of the test medium to be examined.
  • the sensors are removed from the process without process interruption and then reintroduced into the process.
  • the sensor 3 is automatically moved from a measuring position to a maintenance or service position and back.
  • the retractable assembly 1 is controlled by a known pneumatic actuator unit, which is not shown in the figure 1 further.
  • the maintenance position the sensor 3 is checked, calibrated or simply cleaned, which, depending on the application, is of great importance for the quality of the measurement.
  • the process variable to be determined or monitored is determined in the measuring position.
  • the retractable assembly 1 is shown in Meßpositon, i. the sensor 3 is in contact with the measuring medium.
  • the retractable assembly 1 comprises a local electronics 5, which via a
  • Connecting line 6 is connected to a transmitter 7.
  • the transmitter 7 leads via a further cable connection 8 to the control center.
  • Signal processing unit 1 1 connected, which is included in the plug head 12 of the cable 10.
  • the plug-in head 12 of the cable 10 is firmly connected to the sensor holder 4 and is located exactly opposite the sensor electronics 13 which are connected to the sensor 3
  • FIG. 1 A section through an exemplary embodiment of the retractable assembly 1 according to the invention is shown in FIG.
  • a signal processing unit 1 1 Within the plug-in head 12 as a signal processing unit 1 1 a not-shown microprocessor is present, which wirelessly exchanges signals with the opposite sensor electronics 13. This signal exchange can be done by inductive, capacitive or optical means.
  • the outgoing from the plug-in head 12 cable 10 is passed through a cable bushing 14 in the pilot control electronics 5.
  • This cable 10 has eight wires, wherein the four first wires represent a first interface 15, which with, in the
  • Suburb electronics 5 built sensors 16, 17, 18 are connected. These sensors, which are guided through the sensor holder 4 into the on-site electronics 5, are once a temperature sensor 16 and two end position sensors 17 and 18. The four remaining wires of the cable 10 form the second interface 21 and are connected via a contact-type plug 19 led out of the local electronics 5.
  • This connector 19 connects via a standard cable 6, which has no further electronics, the second interface 21 of the cable 10 with the transmitter 7.
  • the signal processing unit 11 of the cable 10 in addition to a third interface for the sensor electronics 13 not shown. Since the first interface 15 is connected to the interchangeable fitting 1, preferably their suburb electronics, it takes over signal processing unit 1 1 of the cable 10 and the tasks of the suburb electronics 5 of the interchangeable fitting 1. There no more
  • the energy of the transmitter is sufficient to supply the signal processing unit 1 1 of the cable 10 and the sensor 3.
  • the on-site electronics 5 thus does not require a separate signal processing unit.
  • Retractable fitting 1 possible, the results of the control center 9 can be evaluated directly, whereby appropriate service measures can be initiated. Without the application of suitable protective measures, there is a risk that deposits form on the sensor holder 4, which in extreme cases lead to the sensor holder 4 no longer being able to move in the interchangeable fitting 1. Deposits on the moving parts affect the functionality of the retractable fitting 1 or, in the worst case, completely disable it. In particular, when using the retractable fitting 1 and the sensor 3 in heavily contaminated media, a regular cleaning of the sensor 3 is essential. Deposits on the moving parts of the retractable assembly 1 can be determined, for example indirectly and early on a creeping extension of the time required for moving the sensor holder 4 from a measuring position to the service position or vice versa.
  • this time period is determined via a timer, which determines the time duration between the signals which are output by the limit switches 17 and 18 and compares them with a set time duration.
  • the signal processing unit 11 in addition to the evaluation of the data of the sensor 3, the monitoring of the interchangeable fitting. 1
  • the readout of the limit switches 18, 19 or a temperature measurement by means of the temperature sensor 16 at the interchangeable fitting 1 can also take place. All determined by the sensors 16, 17, 18 and to the
  • Signal processing unit 1 1 forwarded data to the control center 9 via the cable 10 and the transmitter 7, which converts the digital signals of both the sensor 3 and the sensors 16, 17, 18 in standard digital signals
  • the retractable fitting 1 can be converted accordingly.
  • the conversion and the new sealing ring material are transmitted via the transmitter 7 to the signal processing unit 11 of the interchangeable fitting 1 and stored there.
  • the same retractable fitting 1 can be used again. Since it can be determined on the basis of the service parameters stored in a central database that the retractable fitting 1 has been converted to sealing rings of another material, the retractable fitting 1 can again be provided with sealing rings of the originally used material for the widening.
  • Suburb electronics 5 by the use of the intelligent cable 10 only a single signal processing unit 1 1 is necessary, no additional energy is needed because the signal processing unit 11 is sufficiently powered by the transmitter 7 with energy.
  • the use of the intelligent cable 10 allows all other connectors on the suburb electronics 5 and the transmitter 7 can be replaced by standard components, which the manufacturing cost of

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wechselarmatur mit einem Armaturengehäuse und mit einer in dem Armaturengehäuse über eine Hubbewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position geführten rohrförmigen Halterung (4) für ein Sensormodul (3), welches physikalische und/oder chemische Prozessgrößen in einem Prozess bestimmt, und einem Kabel (10), welches eine erste Schnittstelle (15) zur Verbindung mit einer Vorortelektronik (5) aufweist. Bei einer konstruktiv einfachen Wechselarmatur, welche auf zusätzliche Energiequellen verzichtet, ist das Kabel (10) über eine zweite Schnittstelle (21) mit einem Messumformer (7) verbunden.

Description

Wechselarmatur
Die Erfindung betrifft eine Wechselarmatur mit einem Armaturengehäuse und mit einer in dem Armaturengehäuse über eine Hubbewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position geführten rohrförmigen Halterung für ein Sensormodul, welches physikalische und/oder chemische Prozessgrößen in einem Prozess bestimmt, und ein Kabel, welches eine erste Schnittstelle zur Verbindung mit einer Vorortelektronik aufweist.
In der Prozessautomatisierung verwendete Messstellen bestehen aus einem
Sensorelement, einem Sensorkabel, welches den Sensor mit einem Messumformer verbindet und einer Armatur zum Einbringen des Sensors in den Prozess. Der
Messumformer ist über eine analoge oder digitale Schnittstelle mit einer Prozessleitstelle verbunden. Bei Messstellen an Rohrleitungen oder Tanks werden serviceintensive Sensoren über Wechselarmaturen in den Prozess eingebracht, um diese zum Service leicht herausnehmen zu können.
Wechselarmaturen sind in der Analysemesstechnik weit verbreitet und dienen dazu, Sensoren ohne Prozessunterbrechung selbst bei hohen Prozessdrücken aus dem
Prozess zu entnehmen und anschließend wieder in den Prozess einzuführen. Dabei wird der Sensor automatisch oder manuell von einer Messposition in eine Serviceposition und zurück verfahren.
Bei der Wechselarmatur handelt es sich infolge eines bedeutenden Anteils der
Investitions- und Betriebskosten an der Messstelle um einen sehr kostenaufwändigen Bestandteil, welcher aufgrund von Prozessmedienberührung und mechanischen
Bewegungen der Wechselarmatur beim Verfahren des Sensormoduls sehr serviceanfällig ist. Ein Servicefall einer feststeckenden Wechselarmatur oder eine Undichtigkeit der Wechselarmatur kann eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen. Eine solche Wechselarmatur ist aus der DE 10 2006 061 815 A1 bekannt und umfasst eine Vorortelektronik, die Information über mindestens eine weitere Zustandsvariable der Wechselarmatur, des Prozesses und/oder des Sensors als Istwert ermittelt. Dazu umfasst die Vorortelektronik eine Speichereinheit, in welcher die ermittelten Istwerte abgespeichert werden und/oder vorgegebene Sollwerte abgespeichert sind. Zur Signalübertragung ist die Vorortelektronik mit einer ersten Verbindungsleitung mit dem Sensor verbunden, während eine zweite Verbindungsleitung die Vorortarmatur mit einem Messumformer koppelt. Durch die vorhandene Vorortelektronik ist die Wechselarmatur in der Lage, eine Selbstdiagnose der Wechselarmatur durchzuführen und Daten und Messwerte der Wechselarmatur online oder für den Wartungsfall zur Verfügung zu stellen. Bei diesen Daten und Messwerten kann es sich um Identifikations- oder Zustandsvariablen der Wechselarmatur oder Zustandsvariablen des zu untersuchenden Prozesses handeln. Aus der DE 10 2007 048 812 A1 ist eine Kabelschaltung mit digitaler Signalaufbereitung bekannt. Eine solche Kabelschaltung stellt eine Verbindung eines Sensormoduls mit einem Messumformer dar, wobei eine kontaktlose Schnittstelle zur Signalübertragung zwischen der Kabelschaltung und dem Sensormodul vorhanden ist und das Sensormodul von der Kabelschaltung galvanisch getrennt ist. Die Signalübertragung zwischen der Kabelschaltung und dem Sensormodul erfolgt auf optischem, induktivem oder kapazitivem Weg. Diese Kabelschaltung umfasst eine Signalverarbeitungseinheit sowie eine
Kabelschnittstelle zum Anschluss eines Kabels an einen Messumformer.
Die DE 102 18 606 A1 beschreibt einen potentiometrischen Sensor. Ein
potentiometrischer Sensor, insbesondere ein pH-Sensor oder ein Redox-Sensor, besteht aus einem Elementarsensor zum Erfassen einer potentiometrischen Größe, insbesondere eines pH-Wertes oder eines Redox-Potentials, und einer Schnittstelle zur Ausgabe eines von der potentiometrischen Größe abhängigen Signals an eine übergeordnete Einheit, insbesondere einen Transmitter. Dabei weist der potentiometrische Sensor einen digitalen Datenspeicher auf, der fest mit dem Elementarsensor verbunden ist.
Um eine Vorortelektronik an der Armatur zu betreiben, ist eine Energieversorgung notwendig und eine Möglichkeit, die Daten an eine Prozessleitstelle zu übertragen, erforderlich. Die Übertragung kann dabei entweder über den Messumformer oder direkt an die Leitstelle erfolgen. Bei der Übertragung über den Messumformer ist zwar bereits eine Verkabelung zwischen Messumformer und Leitstelle vorhanden, es wird aber nicht genügend Energie für die Vorortelektronik durch den Messumformer bereitgestellt, so dass eine zusätzliche Verkabelung zwischen Armatur und Messumformer notwendig ist. Eine direkte Anbindung der Vorortelektronik an die Leitstelle bringt zwar ausreichend
Energie zur Versorgung der Vorortelektronik, allerdings wird dabei eine neue Verkabelung der Vorortelektronik mit der Leitstelle notwendig. Der Messumformer wird dabei bei der Datenübertragung und -Übermittlung umgangen. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Wechselarmatur anzugeben, welche eine ausreichende Energieversorgung für die Vorortarmatur bei reduziertem
Verdrahtungsaufwand ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kabel über eine zweite Schnittstelle mit einem Messumformer verbunden ist. Durch die Aufteilung des Kabels wird sowohl die Vorortelektronik als auch das Sensormodul nur von einer Energiequelle mit Energie versorgt. Die Energie des Messumformers reicht aus, um das Vorortelektronik und die mit ihr verbundenen elektronischen Bestandteile der Wechselarmatur mit Energie zu versorgen. Auf eine weitere getrennte Verkabelung zwischen Vorortelektronik und Messumformer bzw. Leitstelle kann somit verzichtet werden.
Vorteilhafterweise weist das Kabel eine Signalverarbeitungseinheit auf, welche über die erste Schnittstelle mit der Vorortelektronik und über die zweite Schnittstelle mit dem Messumformer verbunden ist. Das normale Kabel, welches das Sensormodul mit der Vorortelektronik verbindet, wird dabei lediglich durch ein neues, intelligentes Kabel ersetzt, welches die Signalverarbeitungseinheit enthält. Dieses eine intelligente Kabel verbindet die Vorortelektronik der Wechselarmatur und den Messumformer auf Grund von zwei physikalischen Schnittstellen. Ein Austausch des Kabels, welches den
Messumformer mit der Leitstelle verbindet, kann dabei entfallen. Auch kann auf einen weiteren physikalischen Eingang von Daten der Wechselarmatur, wie zum Beispiel die Signale der Endlagenschalter in der Leitstelle verzichtet werden, da die aktuellen
Armaturpositionen über den Messumformer an die Leitstelle übertragen werden.
In einer Ausgestaltung weist das Kabel eine erste Mehrzahl von Adern als erste
Schnittstelle zur Vorortelektronik auf und eine zweite Mehrzahl von Adern bildet die zweite Schnittstelle zum Messumformer. Durch die überraschend einfache Lösung, einem Kabel mehr als vier Adern zuzuordnen, lassen sich die erste und die zweite Schnittstelle einfach realisieren. Durch das eine Kabel wird über die zweite Schnittstelle zwischen der
Signalverarbeitungseinheit und dem Messumformer Energie übertragen, die an die Vorortelektronik über die erste Schnittstelle weitergeleitet wird, wodurch ausreichend Energie zur Versorgung der in der Vorortelektronik vorhandenen elektrischen Bauteile vorhanden ist.
In einer Weiterbildung ist das Kabel innerhalb der Vorortelektronik in die erste und in die zweite Schnittstelle aufgeteilt. Dies hat den Vorteil, dass elektrische Kontakte, welche die physikalischen Schnittstellen bilden, nicht offen an der Wechselarmatur liegen, sondern durch ein Gehäuse der Vorortelektronik gegenüber der Außenwelt abgedeckt sind, so dass für einen Nutzer der Wechselarmatur eine Verletzungsgefahr entfällt.
In einer Variante ist die zweite Schnittstelle des Kabels über eine kontaktbehaftete Standardsteckeinrichtung an der Vorortelektronik kontaktiert, wobei die Standardsteckeinrichtung eine Verbindung der zweiten Schnittstelle des Kabels zum Messumformer herstellt. Das, zwei Schnittstellen aufweisende Kabel ist damit fester Bestandteil der Armatur. Der Anschluss an den Messumformer erfolgt dabei über eine Kabelverbindung, die keinerlei weitere Elektronik enthält. Da eine kontaktbehaftete Standardsteckeinrichtung zur Verbindung der ersten Schnittstelle zur Vorortelektronik verwendet wird, werden Energieverluste unterbunden.
In einer Weiterbildung ist in der Vorortelektronik mindestens ein Sensor zur Bestimmung der Arbeitsweise der Wechselarmatur und/oder zur Überwachung des, durch das
Sensormodul zu detektierenden Prozesses angeordnet. Dadurch kann auf zusätzliche, externe Sensoren an der Wechselarmatur außerhalb der Vorortelektronik verzichtet werden. Darüber hinaus entfallen auch alle die, für die externen Sensoren notwendigen Kabel- und Leitstelleneingänge, da über die erste Schnittstelle des Kabels die Information des mindestens einen Sensors an die Signalverarbeitungseinheit des Kabels
weitergeleitet und von dieser über den Messumformer an die Leitstelle gesendet wird. Mit Hilfe der in der Vorortelektronik vorhandenen Sensoren kann eine verschmutzte oder korrodierte Wechselarmatur erkannt werden, indem die von den Sensoren gemessenen Istwerte mit Sollwerten, welche in einen Speicher der Signalverarbeitungseinheit des Messumformers gespeichert sind, verglichen werden. Eine zusätzliche
Signalverarbeitungseinheit in der Vorortelektronik kann somit entfallen. Aufwändige
Dokumentationen über Servicefälle entfallen durch Speicherung der durch die Sensoren gemessenen Daten in der Wechselarmatur bzw. in einer zentralen Datenbank der Leitstelle. Erfolgt beispielsweise ein Umbau der Wechselarmatur vor Ort auf einen Dichtring der Wechselarmatur mit einem anderen Innenmaterial, wird dies wird dies im Speicher der Signalverarbeitungseinheit des Kabels abgespeichert und kann später in jeder anderen Serviceabteilung ausgelesen werden. In dem Speicher der Signalverarbeitungseinheit des Kabels wird diese Information abgespeichert und kann von einer zentralen
Serviceabteilung später aus diesem Speicher ausgelesen werden.
Da die Signalverarbeitungseinheit auch Identifizierungscodes der Wechselarmatur enthält, welche nach der Herstellung der Wechselarmatur direkt in den Speicher der
Signalverarbeitungseinheit abgelegt werden, entfällt die Ablesung des
Identifizierungscodes an der Wechselarmatur selbst, da diese digital abgespeichert sind und an ein Servicetool jederzeit übertragen werden können. Somit können auch verschmutzte und korrodierte Wechselarmaturen jederzeit identifiziert werden. In einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor als Temperatursensor und/oder als Endlagenschalter zur Bestimmung der ersten oder zweiten Position der rohrförmigen Halterung ausgebildet. Falls die Wechselarmatur sterilisiert werden muss, kann der an der Vorortelektronik verbaute Temperatursensor für diesen Vorgang genutzt werden. Bei einer Sterilisierung wird die Wechselarmatur für mehr als 21 Minuten auf eine Temperatur über 121 °C erhitzt. Die Temperaturmessung erfolgt im Prozessmedium oder durch Oberflächenmessung. Die Armaturinnentemperatur kann von beiden
Messtemperaturen abweichen. Um die Einhaltung der Temperatur über die gesamte Rohrleitung und in der Wechselarmatur sicherzustellen, wird durch die integrierte
Temperaturmessung in der Wechselarmatur die Vorlauftemperatur näher an die
Solltemperatur herangeführt und trotzdem sicher die vorgeschriebene
Sterilisationstemperatur eingehalten. Dies führt zur Reduzierung von Energiekosten. Zum späteren Nachweis wird durch die Signalverarbeitungseinheit die Armaturentemperatur an die Leitstelle übertragen und dort dokumentiert.
Alternativ können durch den Einsatz von Endlagenschaltern innerhalb der Vorortelektronik externe Endlagenschalter, die außerhalb der Vorortelektronik an der Wechselarmatur angeordnet sind, ebenso entfallen, wie Kabel, die die externen Endlagenschalter mit der Signalverarbeitungseinheit verbinden. Der Eingangssteckplatz der Endlagenschalter an der Prozesssteuerung kann ebenfalls eingespart werden, da die Armaturpositionen über den Eingang des Messumformers übertragen werden.
In einer Weiterbildung ist der mindestens eine Sensor über die erste Schnittstelle mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Somit können klare, plausible und sichere
Informationen über die Betriebszeiten beispielsweise der Position der Wechselarmaturen (Messposition, Serviceposition) in der Signalverarbeitungseinheit gespeichert und von dieser an die Leitstelle übertragen werden. Informationen über die Anzahl der Hübe der Wechselarmatur und der Betriebstemperatur werden ebenfalls von der
Signalverarbeitungseinheit über den Messumformer an die Leitstelle gemeldet, so dass ein nutzungsabhängiger Service möglich wird. Steht ein jährlicher Service der
Wechselarmatur an, kann sich ein Mitarbeiter über einen Personalcomputer über ein feldbusunabhängiges Servicetool mit dem zugehöriger Messumformer der
Wechselarmatur verbinden. Dies kann während des laufenden Betriebes erfolgen, ohne dass ein Mitarbeiter vor Ort zur Armatur gehen muss. Wrd festgestellt, dass die
Wechselarmatur seit dem letzten Service erst wenige Hübe gefahren ist und die aktuelle Verfahrzeit nicht von der ursprünglichen Verfahrzeit abweicht, kann daraus abgeleitet werden, dass auf einen anstehenden Service verzichtet werden kann. Durch den eingesparten Service, der dann verschoben wird, werden Kosten eingespart, da der Produktionsprozess nicht gestoppt werden muss. Meldet die Signalverarbeitungseinheit nach einem weiteren Zeitraum, dass die Verfahrzeit der Wechselarmatur von der ursprünglichen Verfahrzeit abweicht, kann rechtzeitig ein Serviceeinsatz für die
Wechselarmatur durchgeführt werden. Eine ungeplante Prozessunterbrechung und Gefährdung durch austretende Medien kann sicher vermieden werden.
Vorteilhafterweise ist das Kabel unlösbar mit der rohrförmigen Halterung der
Wechselarmatur verbunden. Dadurch wird das Kabel unmittelbarer Bestandteil der Wechselarmatur. Das intelligente Kabel übernimmt dabei die Diagnoseaufgaben der Wechselarmatur, wodurch die Diagnose unmittelbarer Bestandteil der Aufgaben einer Wechselarmatur wird.
In einer Ausführungsform tauscht die Signalverarbeitungseinheit, welche insbesondere in dem Signalübertragungspfad nahe dem Sensormodul angeordnet ist, Signale mit dem Sensormodul aus. Dabei werden von der Wechselarmatur zwei Aufgaben
wahrgenommen, einmal wird der Datenaustausch zwischen dem Sensormodul und dem Messumformer realisiert, zum anderen wird die Diagnosemöglichkeit der Wechselarmatur über den Messumformer zur Leitstelle gesandt. Es können Informationen über einen notwendigen Service prozessnah ausgewertet und eine Wartung der Wechselarmatur zeitnah durchgeführt werden. Es wird sichergestellt, dass die Wechselarmatur immer funktionsfähig ist und eine Gefährdung für Mensch und Umwelt ausgeschlossen wird.
Die Signalübertragungseinheit, welche insbesondere in Form eines Mikroprozessors ausgebildet ist, liefert somit mehr Daten als wenn sie nur einen Datenaustausch zwischen Sensormodul und Messumformer ausführen würde. Die Informationen über die
Wechselarmatur werden neben den Informationen des Sensormoduls zusätzlich mit dem digitalen Protokoll der Signalverarbeitungseinheit übertragen und über die Adern des Kabels, welche in der zweiten Schnittstelle der Datenübertragung dienen, an den Messumformer und von diesem an die Leitstelle weiter gesendet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : eine Prinzipdarstellung einer Wechselarmatur Figur 2: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der
Wechselarmatur
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt die Prinzipdarstellung einer Wechselarmatur 1. Die Wechselarmatur 1 ist über einen Flansch 2 an einem, nicht weiter dargestellten Behälter befestigt ist, in dem sich das zu überwachende Messmedium befindet. Ein Sensor 3 ist in einer rohrförmigen Halterung, der sogenannten Sensorhalterung 4 positioniert. Die Sensorhalterung 4 dient zum Schutz des relativ empfindlichen Sensors 3 in Kontakt mit dem Messmedium. In Figur 1 ist nur der Sensorkopf des Sensors 3 dargestellt, welcher aus der
Sensorhalterung 2 herausragt.
Der Sensor 3 kann dabei beispielsweise als pH-Elektrode, amperometrischer Sensor, Gassensor, Leitfähigkeitssensor oder dergleichen ausgebildet sein. All diese
Sensorformen können in einer Wechselarmatur zur Analyse des zu untersuchenden Messmediums eingesetzt werden. Bei einer Wechselarmatur werden die Sensoren ohne Prozessunterbrechung aus dem Prozess entnommen und anschließend wieder in den Prozess eingeführt. Der Sensor 3 wird hierzu automatisch von einer Messposition in eine Wartungs- oder Serviceposition und zurück verfahren. Die Wechselarmatur 1 wird dabei über eine bekannte pneumatische Betätigungseinheit, welche in der Figur 1 nicht weiter dargestellt ist, gesteuert. In der Wartungsposition wird der Sensor 3 überprüft, kalibriert oder aber einfach nur gereinigt, was je nach Anwendungsfall für die Güte der Messung von großer Bedeutung ist. In der Messposition wird die zu bestimmende oder zu überwachende Prozessgröße ermittelt. In Figur 1 ist die Wechselarmatur 1 in Messpositon dargestellt, d.h. der Sensor 3 befindet sich im Kontakt mit dem Messmedium.
Die Wechselarmatur 1 umfasst eine Vorortelektronik 5, welche über eine
Verbindungsleitung 6 mit einem Messumformer 7 verbunden ist. Der Messumformer 7 führt über eine weitere Kabelverbindung 8 an die Leitstelle 9.
Des Weiteren ist die Vorortelektronik 5 über ein weiteres Kabel 10 mit einer
Signalverarbeitungseinheit 1 1 verbunden, die im Steckkopf 12 des Kabels 10 enthalten ist. Der Steckkopf 12 des Kabels 10 ist dabei fest mit der Sensorhalterung 4 verbunden und liegt genau gegenüber der Sensorelektronik 13, welche an den Sensor 3
angeschlossen. Ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wechselarmatur 1 ist in Figur 2 dargestellt. Innerhalb des Steckkopfes 12 ist als Signalverarbeitungseinheit 1 1 ein nicht weiter dargestellter Mikroprozessor vorhanden, welcher drahtlos Signale mit der gegenüberliegenden Sensorelektronik 13 austauscht. Dieser Signalaustausch kann auf induktivem, kapazitivem oder optischem Wege erfolgen.
Das von dem Steckkopf 12 ausgehende Kabel 10 wird durch eine Kabeldurchführung 14 in die Vorsteuerelektronik 5 hineingeleitet. Dieses Kabel 10 weist acht Adern auf, wobei die vier ersten Adern eine erste Schnittstelle 15 darstellen, welche mit, in der
Vorortelektronik 5 verbauten Sensoren 16, 17, 18 verbunden sind. Bei diesen Sensoren, welche durch die Sensorhalterung 4 hindurch in die Vorortelektronik 5 geführt sind, handelt es sich einmal um einen Temperatursensor 16 sowie zwei Endlagensensoren 17 und 18. Die vier verbleibenden Adern des Kabels 10 bilden die zweite Schnittstelle 21 und werden über einen kontaktbehafteten Stecker 19 aus der Vorortelektronik 5 herausgeführt. Dieser Stecker 19 verbindet über ein Standardkabel 6, welches keinerlei weitere Elektronik aufweist, die zweite Schnittstelle 21 des Kabels 10 mit dem Messumformer 7. Vorteilhafterweise weist die Signalverarbeitungseinheit 11 des Kabels 10 zusätzlich eine nicht weiter dargestellte dritte Schnittstelle für die Sensorelektronik 13 auf. Da die erste Schnittstelle 15 mit der Wechselarmatur 1 , vorzugsweise deren Vorortelektronik verbunden ist, übernimmt sie Signalverarbeitungseinheit 1 1 des Kabels 10 auch die Aufgaben der Vorortelektronik 5 der Wechselarmatur 1. Da keine weiteren
Energieverbraucher hinzukommen, reicht die Energie des Messumformers aus, um die Signalverarbeitungseinheit 1 1 des Kabels 10 und des Sensors 3 zu versorgen. Die Vorortelektronik 5 benötigt somit keine separate Signalverarbeitungseinheit.
Mittels der in Figur 2 dargestellten Wechselarmatur 1 ist eine Selbstdiagnose der
Wechselarmatur 1 möglich, deren Ergebnisse von der Leitstelle 9 unmittelbar ausgewertet werden können, wodurch entsprechende Servicemaßnahmen eingeleitet werden können. Ohne die Anwendung geeigneter Schutzmaßnahmen besteht die Gefahr, dass sich an der Sensorhalterung 4 Ablagerungen bilden, die im Extremfall dazu führen, dass sich die Sensorhalterung 4 nicht mehr in der Wechselarmatur 1 bewegen lässt. Ablagerungen an den beweglichen Teilen beeinträchtigen die Funktionstüchtigkeit der Wechselarmatur 1 oder setzen sie im schlimmsten Fall völlig außer Kraft. Insbesondere beim Einsatz der Wechselarmatur 1 und des Sensors 3 in stark verschmutzten Medien ist ein regelmäßiges Reinigen des Sensors 3 unbedingt erforderlich. Ablagerungen an den bewegten Teilen der Wechselarmatur 1 lassen sich beispielsweise indirekt und frühzeitig über eine schleichende Verlängerung der Zeitdauer ermitteln, die zum Verfahren der Sensorhalterung 4 von einer Messposition in die Serviceposition oder umgekehrt notwendig ist. Um hier eine hohe Sicherheit zu haben, wird diese Zeitdauer über einen Timer ermittelt, welcher die Zeitdauer zwischen den Signalen, die von den Endlagenschaltern 17 und 18 abgegeben werden, ermittelt und mit einer Sollzeitdauer vergleicht. Somit übernimmt die Signalverarbeitungseinheit 11 zusätzlich zur Auswertung der Daten des Sensors 3 die Überwachung der Wechselarmatur 1.
Neben der Verfahrzeitmessung kann auch das Auslesen der Endlagenschalter 18, 19 oder eine Temperaturmessung mittels des Temperatursensors 16 an der Wechselarmatur 1 erfolgen. Alle von den Sensoren 16, 17, 18 ermittelten und an die
Signalverarbeitungseinheit 1 1 weitergeleiteten Daten werden über das Kabel 10 und den Messumformer 7, welcher die digitalen Signale sowohl des Sensors 3 als auch der Sensoren 16, 17, 18 in digitale Standardsignale umwandelt, an die Leitstelle 9
weitergegeben. Dort werden diese Signale entweder direkt ausgewertet oder es erfolgt ein Zugriff eines Mitarbeiters der Leitstelle 9 über den Messumformer 7 auf den Speicher der Signalverarbeitungseinheit 1 1 im Steckerkopf 12 des Kabels 10, um geeignete Informationen zu erlangen.
Wird beispielsweise bei Probeläufen erkannt, dass Dichtungsringe, welche besonders anfällig hinsichtlich Korrosion in der Wechselarmatur 1 sind, durch Dichtungsringe eines anderen Materials für das Messmedium besser geeignet sind, kann die Wechselarmatur 1 entsprechend umgerüstet werden. Der Umbau und das neue Dichtungsringmaterial werden dabei über den Messumformer 7 an die Signalverarbeitungseinheit 11 der Wechselarmatur 1 weitergegeben und dort gespeichert.
Auch bei einer Anlagenvergrößerung kann dieselbe Wechselarmatur 1 wieder eingesetzt werden. Da aufgrund der in einer zentralen Datenbank gespeicherten Serviceparameter festgestellt werden kann, dass die Wechselarmatur 1 auf Dichtungsringe eines anderen Materials umgebaut wurde, kann für die Erweiterung die Wechselarmatur 1 wieder mit Dichtungsringen des ursprünglich verwendeten Materials versehen werden.
Da für die Überwachung des Sensors 3 als auch für die Überwachung der
Vorortelektronik 5 durch die Verwendung des intelligenten Kabels 10 nur eine einzige Signalverarbeitungseinheit 1 1 notwendig ist, wird keine zusätzliche Energie benötigt, da die Signalverarbeitungseinheit 11 ausreichend vom Messumformer 7 mit Energie versorgt wird. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des intelligenten Kabels 10, dass alle weiteren Steckverbindungen an der Vorortelektronik 5 bzw. dem Messumformer 7 durch Standardbauteile ersetzt werden können, was die Herstellungskosten der
Wechselarmatur reduziert.

Claims

Patentansprüche
Wechselarmatur mit einem Armaturengehäuse und mit einer in dem
Armaturengehäuse über eine Hubbewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position geführten rohrförmigen Halterung (4) für ein Sensormodul (3, 13), welches physikalische und/oder chemische Prozessgrößen in einem Prozess bestimmt, und einem Kabel (10), welches eine erste Schnittstelle (15) zur Verbindung mit einer Vorortelektronik (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) über eine zweite Schnittstelle (21) mit einem Messumformer (7) verbunden ist.
Wechselarmatur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) eine Signalverarbeitungseinheit (1 1) aufweist, welche über die erste
Schnittstelle (15) mit der Vorortelektronik (5) und über die zweite Schnittstelle (21) mit dem Messumformer (7) verbunden ist.
Wechselarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) eine erste Mehrzahl von Adern als erste Schnittstelle (15) zur
Vorortelektronik (5) aufweist und eine zweite Mehrzahl von Adern die zweite Schnittstelle (21) zum Messumformer (7) bilden.
Wechselarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) innerhalb der Vorortelektronik (5) in die erste (15) und in die zweite
Schnittstelle (21) aufgeteilt ist.
Wechselarmatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schnittstelle (21) des Kabels (10) über eine kontaktbehaftete
Standardsteckeinrichtung (19) an der Vorortelektronik(5) kontaktiert ist, wobei die Standardsteckeinrichtung (19) eine Verbindung (6) der zweiten Schnittstelle (21) zum Messumformer (7) herstellt.
Wechselarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorortelektronik (5) mindestens ein Sensor (16, 17, 18) zur Bestimmung der Arbeitsweise der Wechselarmatur (1) und/oder zur Überwachung des durch das Sensormodul (3, 13) zu detektierenden
Prozesses angeordnet ist.
7. Wechselarmatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Sensor als Temperatursensor (16) und/oder als Endlagenschalter (17, 18) zur Bestimmung der ersten oder zweiten Position der rohrförmigen Halterung (4) ausgebildet ist.
8. Wechselarmatur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (16, 17, 18) über die erste Schnittstelle (15) des Kabels (10) mit der Signalverarbeitungseinheit (1 1) verbunden ist.
9. Wechselarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (1 1) unlösbar mit der rohrförmigen Halterung (2) verbunden ist.
10. Wechselarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Signalverarbeitungseinheit (11) des Kabels (10), welche insbesondere in dem Signalübertragungspfad nahe dem Sensormodul (3, 13) angeordnet ist, drahtlos Signale mit dem Sensormodul (3, 13) austauscht.
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