WO2012167960A1 - Digitalpneumatischer druckregler und stellgliedsteuerungsanordnung damit - Google Patents

Digitalpneumatischer druckregler und stellgliedsteuerungsanordnung damit Download PDF

Info

Publication number
WO2012167960A1
WO2012167960A1 PCT/EP2012/054337 EP2012054337W WO2012167960A1 WO 2012167960 A1 WO2012167960 A1 WO 2012167960A1 EP 2012054337 W EP2012054337 W EP 2012054337W WO 2012167960 A1 WO2012167960 A1 WO 2012167960A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pneumatic
pressure regulator
valves
digital
actuator
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/054337
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ville Hopponen
Arto Ikonen
Pekka Vantola
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.)
Valmet Technologies Oy
Original Assignee
Metso Paper Oy
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 Metso Paper Oy filed Critical Metso Paper Oy
Priority to DE112012002371.4T priority Critical patent/DE112012002371A5/de
Publication of WO2012167960A1 publication Critical patent/WO2012167960A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/04—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed
    • F15B11/042—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the feed line, i.e. "meter in"
    • F15B11/0426—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the feed line, i.e. "meter in" by controlling the number of pumps or parallel valves switched on
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/2026—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means
    • G05D16/2033—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/30575—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve in a Wheatstone Bridge arrangement (also half bridges)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/40—Flow control
    • F15B2211/405—Flow control characterised by the type of flow control means or valve
    • F15B2211/40576—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/40592—Assemblies of multiple valves with multiple valves in parallel flow paths

Definitions

  • the invention relates to a digital pneumatic pressure regulator for controlling pressure and / or flow of a working fluid in a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine. Furthermore, a pneumatic actuator control arrangement is provided with at least one digital pneumatic pressure regulator according to the invention.
  • actuating cylinders are widely used as actuating and control means. These adjusting cylinders are preferably driven pneumatically or hydraulically, so that adjusting forces can be adjusted and applied with high accuracy.
  • a working fluid such. As air, gas, pneumatic fluid, hydraulic fluid, water, different gases or emulsions of the previous fluids, etc., used, which is pressurized by a pump.
  • a pneumatic cylinder, hydraulic cylinder, pneumatic motor or hydraulic motor is usually controlled by a proportional control valve (proportional valve), which can be driven electrically, hydraulically or pneumatically.
  • Such a control valve has a spool or spool reciprocable in a valve housing which, in response to its location in the valve housing, can adjust a desired pressure at the outlet by controlling the pressure of the working fluid delivered by the pump.
  • the mobility of the control piston in the valve housing necessarily requires a certain clearance or gap between the control piston and valve housing, so that a leakage of working fluid within the control valve is unavoidable.
  • the gap size may not too tight, otherwise the valve will be too susceptible to contamination in the working fluid.
  • a digital pneumatic pressure regulator consists of a series of valves connected in parallel, which only have an OPEN / CLOSE function; These are simple on / off switching valves (so-called 2/2 way valves or one-way valves) that can allow or interrupt fluid flow and are referred to in this application as directional control valves, digital valves or simply valves.
  • the valves are all connected to a common supply line on the one hand and to a common outlet line on the other hand.
  • the valves themselves may be conventional solenoid valves, i. Be valves with electromagnetic drive. Such electromagnetically actuated valve is z. As described in EP 1 052 441 A2. Other forms of drive can be chosen.
  • valves By connecting or installing throttle elements to the valves or by the design of the valves themselves, it is ensured that the valves have different flows when they are open. For example, if four valves are provided, then the flow rates Q in the individual passages selectively releasable from the associated valve may be in the ratio of 1: 2: 4: 8, and so on; for a larger number of valves this series will continue accordingly.
  • valves are either open or closed, ie, to maintain a desired pressure in a closed (and thus stationary) system, the valves of the pressure regulator are simply closed and there are no leakage currents inside the valves.
  • This is a clear difference to the conventional proportional valve, which is always flowed through by a working fluid flow. This constantly costs energy eg for pumps, actuators, etc. in the paper or board machine.
  • An electrical power supply circuit of the respective valves of the digital pneumatic pressure regulator for example for electromotive, electromagnetic valve actuation, usually has a load circuit and a control circuit.
  • the actuatable actuator of the respective valves is acted upon by the load current.
  • the load circuit generally includes a main power source, an electrical fuse, a relay, a main contactor, a motor protection switch, and the valve as a load, with electrical leads connecting these elements to each other in the load circuit.
  • the electrical lines and contacts in the load circuit can be dimensioned so that the high currents occurring can be controlled.
  • the load circuit is to be distinguished from a control circuit.
  • the control circuit includes the necessary logic (eg, I / O control cards as control devices) for controlling the main circuit and a control voltage source, and is connected to control voltage terminals of the relay with the relay in the control circuit.
  • the relay is activated by appropriate control (control) commands of the input / output control boards via the control circuit and thus can switch the load circuit to obtain the desired valve position.
  • the components of the digital pneumatic pressure regulator (voltage sources, valves, electrical circuits of the circuits, etc.) are usually arranged in a housing (pressure regulator block).
  • the object of the invention is achieved with a digital pneumatic pressure regulator for controlling pressure and / or flow of a working fluid in a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or paperboard machine, having the features of claim 1. Furthermore, a pneumatic actuator control arrangement with at least one pressure regulator according to the invention and with at least one pneumatic actuator in claim 8 is shown.
  • a digital pneumatic pressure regulator for controlling pressure and / or flow of a working fluid in a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine.
  • the pressure regulator has at least two directional control valves and input / output control units assigned to the respective directional control valves whose control signal output power is adjusted such that an actuator of the respective directional control valves can be actuated by the respective control signal output power in order to change a valve position.
  • the following explanations always refer to a paper or board machine; However, this term is expressly to include all types of machines for the production of fibrous webs, so in particular also board machines, fibreboard machines and the like.
  • a digital pneumatic pressure regulator is used instead of a conventional proportional valve, with the position of an actuator to be controlled by the regulator unchanged, the internal leakage current in the regulator will be zero.
  • the positioning movements eg during start-up processes, web breaks and new threading of the web, reel change or maintenance measures, which are usually carried out by means of cylinders acting on the components to be adjusted in the paper or board machine, comprise a movement process of a cylinder and / or optionally . a pressure build-up to z. B. to generate any mechanical compressive forces.
  • the inventors have now found that in the digital pneumatic pressure regulator having at least two directional control valves and input / output control units associated with the respective directional control valves, the respective control signal output power of the input / output control units (eg, input / output control cards) assigned to the valves is sufficient to actuate the actuator of the respective directional valves, so that the valve position is changed.
  • a separate power electronics for signal amplification is not required or can be dispensed with the installation of relays, since the valves are connected to outputs of their associated I / O control units, so that no other electrical components, the control signal output power of inputs / Can actively change output control unit, between the respective associated input / output control unit and the valve are arranged.
  • valves of the digital pneumatic pressure regulator z For example, 2/2 solenoid valves from FESTO, preferably the MHE2 series, may be used as quick-acting valves.
  • the principle of digital pneumatics can also be used for flow regulators.
  • large valves with large cross-sections are used to control the considerable volume flows of the working fluid whose control accuracy is limited.
  • digital pneumatic valve arrangements the flows of working fluids can be controlled very precisely and responsively by opening or closing the valves with the corresponding flow rates, as described above.
  • the digital hydraulic controller arrangements described above are generally operated with pneumatic fluid (eg air) as the working fluid.
  • the working fluid may also be an aqueous emulsion or even simple water.
  • the viscosity of oil is temperature dependent.
  • the throttle effect shows a significant dependence on the viscosity of the working fluid.
  • the temperature has only a slight influence on the viscosity, so that the temperature sensitivity of the system is low. Thus, it is not necessary to consider the temperature of the working fluid at the place of use of the digital pneumatic controller.
  • the input / output control unit may be electrically connected directly to the directional control valve.
  • the input / output control units are connected directly to the directional control valves or they are connected via electrical cables to the directional control valves.
  • the term "direct” includes both the arrangement in which the output terminals of the input / output control unit are coupled (plugged, screwed, clamped, etc.) to the input ports of the directional control valve, and the arrangement in which the output terminals of the input / output control unit are Output control unit are connected via electrical cables to the input terminals of the directional control valve.
  • the electrical cables can be accommodated and guided in a terminal block housing. This is particularly advantageous if long distances (conduction paths) between the input / output control unit and the valve to be controlled available.
  • the electrical cables can be summarized, picked up and arranged at predetermined locations within a paper or board machine.
  • Each directional control valve is preferably a 2/2 way valve and thus a through valve.
  • Each directional control valve may be a shuttle valve having a drive coil that has a relatively low coil control pick-up power (eg, up to 5W).
  • a pneumatic actuator control arrangement is provided with at least one digital pneumatic pressure regulator according to the invention and with at least one pneumatic actuator comprising an actuator housing with at least one chamber, the digital pneumatic pressure regulator being associated with at least one of the actuator chambers of the pneumatic actuator to control the pressure and / or flow of a working fluid to adjust the chamber.
  • valves have different flow rates when opened. For example, if six valves are provided, the flow rates Q in the individual, each of the associated valve selectively releasable passages in the ratio of z. For example, 1: 2: 4: 8: 16: 32; for a larger number of valves this series will continue accordingly.
  • the control of the directional control valves can be carried out on the basis of mathematical models.
  • the valves of the pressure regulator can be switched on the basis of the models to the desired Adjusting pressure and / or flow of a working fluid in the actuator chambers of the pneumatic actuator.
  • the pneumatic actuator may be a pneumatic hose or a pneumatic cylinder, which comprises a cylinder housing as a actuator housing and a movable piston in the cylinder housing.
  • the pneumatic actuator control assembly has a measuring unit provided on the pneumatic cylinder to determine the position of the piston in the cylinder housing.
  • the measurement unit may include at least one of a displacement sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, and a flow sensor to directly or indirectly sense the actual position of the piston in the cylinder.
  • the positions of the valves of the digital pneumatic pressure regulator can thus be determinable or regulated on the basis of the measurement result of the measuring unit.
  • each pneumatic actuator is pneumatically connected via a directional control valve to the at least one digital pneumatic pressure regulator in order to provide a pneumatic multiplex arrangement.
  • the pneumatic actuator control arrangement is preferably used in a winding stopper.
  • a pneumatic multiplex arrangement is to be understood as a selection switching network in which the at least one digital pneumatic pressure regulator is pneumatically connected to the pneumatic actuators via a respective directional control valve associated with a respective pneumatic actuator of the plurality of pneumatic actuators so that the number of input signals of the pressure regulator (ie different pressures and / or flows) by switching the respective directional valves to the respective pneumatic actuators as needed can be switched.
  • a single or multiple digital pneumatic pressure controllers can provide the desired switching state (load condition, position, force application, etc. of the pneumatic actuators to be provided) of the pneumatic actuators. All types of parallel and serial switching states on the pneumatic actuators can be switched with this multiplex arrangement.
  • the at least one digital pneumatic pressure regulator may provide (control) a common or different coil-specific (load-dependent) selected pressure on each actuator.
  • the digital pneumatic pressure regulator may be used to reduce the number of components used, since, for example, a digital pneumatic pressure regulator is sufficient to control the pressure and / or flow at several actuators simultaneously or individually.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a section of a pneumatic actuator control arrangement with a digital pneumatic pressure regulator according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a portion of a pneumatic actuator control assembly having a digital pneumatic pressure regulator according to the invention pneumatically connected by way valves to pneumatic actuators to form a pneumatic multiplexing assembly.
  • the pneumatic actuator 4 has an actuator housing 3, in which a lower (cylinder bottom side) chamber 5 and an upper (cylinder head side) chamber 6 are arranged.
  • the upper chamber 6 is a chamber in which a piston of the pneumatic actuator 4 is received.
  • the pneumatic actuator 4 is in the present embodiment, a pneumatic cylinder having an actuator housing 3 (cylinder housing) and as an actuator in the cylinder housing movable piston.
  • a piston rod 41 of the pneumatic actuator (piston) 4 is disposed in the upper chamber 6 (cylinder head side chamber).
  • the piston 4 is slidably received in the usual way in the cylinder housing (actuator housing) 3 to be movable back and forth in this.
  • a measuring unit 7 (shown in the figure as a linear sensor (displacement sensor or Wegumblensensor)) is provided at the pneumatic actuator 4.
  • the measuring unit 7 serves to unambiguously determine the position of the pneumatic actuator 4 (piston position within the cylinder housing 3).
  • the positions of valves 11 (directional control valves) of the digital pneumatic pressure regulator 1 can be determined (not shown) based on the measurement results of the measuring unit.
  • the digital pneumatic pressure regulator 1 is connected to the common working fluid line 2 and connected via this with the cylinder bottom side chamber 5 to control by switching directional control valves 11, a pressure and / or flow of a working fluid in the cylinder bottom chamber 5.
  • the pressure regulator 1 has eight directional control valves 11 (ON / OFF valves, switching valves or through valves) and eight throttle elements 12.
  • the working fluid line 2 and thus the valves 11 are filled with a working fluid (for example pneumatic fluid, air, etc.).
  • the directional control valves 11 have input / output control units assigned to the respective directional control valves (not shown).
  • the respective control signal output power of the input / output control units (eg, input / output control cards) associated with the valves 11 is sufficient to operate the actuator of the respective directional control valves so that the valve position is changed.
  • a separate power electronics for signal amplification is not required or can be dispensed with the installation of relays, since the valves 11 are connected to outputs of their associated input / output control units, so that no other electrical components, the control signal output of the input / output control unit can actively change between the respective associated I / O control unit and the valve are arranged. Therefore, fewer electrical components are required to control the valves 11.
  • the coil control power of the valves 11 is low (for example, 1 to 5 W at an operating voltage of 12 or 24 V), it can be ensured that the safety of the electric circuit is high. Furthermore, the response of the circuit is improved, since the signal output of the input / output control unit corresponds to the signal input of the valve or corresponds to this. Since the input / output control units and the associated valves 11 may be the only components of the digital controller 1, the size (dimensions) of the entire controller is reduced. Further, the magnitude of the electromagnetic field generated at the actuator of the respective directional control valve 11 by the relatively small control signal output can be reduced. For the valves 11 of the digital pneumatic pressure regulator 1 z. B.
  • 2/2 solenoid valves from FESTO preferably the MHE2 series
  • FESTO preferably the MHE2 series
  • the throttle elements 12 By installing the throttle elements 12 to the directional control valves 11 is ensured that the valves 11 have different flow rates when they are open.
  • the throttling elements 12 allow the flow rates Q of the working fluid in the correspondingly associated valves 11 to be in the ratio of 1: 2: 4: 8: 16: 32: 64: 128. This ratio is not fixed to it and it can arbitrary flow rate ratios are determined by means of the throttle elements 12.
  • the directional control valves are thus connected pneumatically via the working fluid line 2, as shown schematically in FIG. 1, to the cylinder bottom side chamber 5.
  • a desired pressure (and / or flow) and thus a desired position of the pneumatic actuator 4 within the actuator housing 3 can be achieved by corresponding switching of the valves 11 of the digital pneumatic pressure regulator 11, as is also explained at the beginning of the description.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a section of a pneumatic actuator control arrangement with a digital pneumatic pressure regulator according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the digital pneumatic pressure regulator 1 is correspondingly connected to four pneumatic actuators 4 via the working fluid line 2 and via several (here: four) directional control valves 8.
  • the working fluid line 2 is divided according to the number of the respective pneumatic actuators 4 in associated fluid lines (hienvier).
  • a digital-pneumatic multiplex arrangement can be provided in which the digital-pneumatic pressure regulator 1 is assigned to the respective pneumatic actuators 4 via the working fluid line and the respective directional control valves 8.
  • the pressure and / or flow which is set by the digital pneumatic pressure regulator 1 can be provided in the pneumatic actuator (s) 4, whose directional valves 8 are in their open position.
  • All types of parallel and serial switching states on the pneumatic actuators 4 can be switched with this multiplex arrangement. That is, in this multiplex arrangement, a one or more digital pneumatic pressure regulators 1 provide the desired switching state (load state, position, force application, etc.). All types of parallel and serial switching states on the pneumatic actuators can be switched with this multiplex arrangement.
  • the measuring unit 7 is shown as a linear sensor (displacement sensor).
  • This measurement can also be made by indirect measurement, e.g. be implemented by a temperature sensor, pressure sensor and flow sensor to indirectly determine the position of the pneumatic actuator 4 in the actuator housing 3 (not shown).
  • the positions of the valves 11 of the digital pneumatic regulator 1 can be controlled accordingly on the basis of the measurement results (not shown).
  • the pneumatic actuator control assembly according to the invention may be used in a winding stopper in a paper or board machine.
  • the pneumatic actuator 4 is preferably used as an actuating cylinder or pneumatic hose in a paper or board machine as actuation and control means in order to be able to set actuating forces by means of the digital pneumatic regulator 1 according to the invention with high accuracy.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalpneumatischen Druckregler (1) zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, mit zumindest zwei Wegeventilen (11) und den jeweiligen Wegeventilen (11) zugeordneten Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten, deren Steuerungssignalausgangsleistung derart abgestimmt ist, dass durch die jeweilige Steuerungssignalausgangsleistung ein Stellantrieb der jeweiligen Wegeventile (11) betätigt werden kann, um eine Ventilstellung zu ändern. Zudem ist eine Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung mit zumindest einem erfindungsgemäßen digitalpneumatischer Druckregler (1) und mit zumindest einem Pneumatikstellglied (4) vorgesehen. Das Pneumatikstellglied umfasst ein Stellgliedgehäuse (3) mit zumindest einer Kammer (5, 6). Der digitalpneumatische Druckregler (1) ist mindestens einer der Stellgliedkammern (5, 6) des Pneumatikstellglieds (4) zugeordnet, um den Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in der Kammer (5, 6) einzustellen.

Description

DIGITALPNEUMA ISCHER DRUCKREGLER UND STELLGLIEDSTEUERUNGSANORDNUNG DAMIT
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalpneumatischen Druckregler zur Steue- rung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine. Ferner ist eine Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung mit zumindest einem erfindungsgemäßen digitalpneumatischen Druckregler vorgesehen. In Papier- oder Kartonmaschinen werden verbreitet Stellzylinder als Betätigungsund Steuerungsmittel eingesetzt. Diese Stellzylinder werden bevorzugt pneumatisch oder hydraulisch angetrieben, so dass Stellkräfte mit hoher Genauigkeit eingestellt und ausgeübt werden können. In der Regel wird ein Arbeitsfluid, wie z. B. Luft, Gas, Pneumatikfluid, Hydrau- likfluid, Wasser, unterschiedliche Gase oder Emulsionen von den vorangegangenen Fluiden, etc., verwendet, das von einer Pumpe mit Druck beaufschlagt wird. Die Einleitung des unter Druck stehenden Arbeitsfluids in ein Stellglied, wie z.B. einen Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Pneumatikmotor oder Hydraulikmo- tor wird üblicherweise durch ein proportionales Steuerventil (Proportionalventil) gesteuert, das elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein kann.
Ein solches Steuerventil hat einen in einem Ventilgehäuse hin- und herbewegbaren Steuerschieber oder Steuerkolben, der in Antwort auf seine Lage in dem Ventilgehäuse einen Solldruck am Ausgang einstellen kann, indem der Druck des von der Pumpe gelieferten Arbeitsfluids geregelt wird. Die Beweglichkeit des Steuerkolbens in dem Ventilgehäuse erfordert zwingend ein gewisses Spiel oder Spaltmaß zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse, so dass eine Leckage von Arbeitsfluid innerhalb des Steuerventils unvermeidbar ist. Das Spaltmaß darf nicht zu eng gewählt werden, da das Ventil sonst zu anfällig gegen Verschmutzungen im Arbeitsfluid ist.
In letzter Zeit wurden alternative Druckregler entwickelt, die in dieser Anmel- dung durchgängig als digitalpneumatische Druckregler bezeichnet sind. Die Arbeitsweise von digitalpneumatischen Druckreglern ist nachstehend kurz zusam- mengefasst dargestellt:
Ein digitalpneumatischer Druckregler besteht im einfachen Fall aus einer Reihe parallel geschalteter Ventile, die lediglich eine AUF/ZU-Funktion besitzen; die einfache EIN/AUS-Schaltventile (sog. 2/2 Wegeventile oder Durchgangsventile) sind, die einen Fiuiddurchfiuss zulassen oder unterbrechen können und in dieser Anmeldung nachstehend als Wegeventile, Digitalventile oder einfach als Ventile bezeichnet sind. Die Ventile sind alle mit einer gemeinsamen Zufuhrleitung ei- nerseits und mit einer gemeinsamen Auslassleitung andererseits verbunden. Die Ventile selbst können herkömmliche Solenoidventile, d.h. Ventile mit elektromagnetischem Antrieb sein. Ein derartiges elektromagnetisch betätigbares Ventil ist z. B. in EP 1 052 441 A2 beschrieben. Es können auch andere Antriebsformen gewählt werden.
Durch Anschluss oder Einbau von Drosselelementen an die Ventile bzw. durch die Bauart der Ventile selbst ist dafür gesorgt, dass die Ventile unterschiedliche Durchflüsse haben, wenn sie geöffnet sind. Wenn beispielsweise vier Ventile vorgesehen sind, so können die Durchflussraten Q in den einzelnen, jeweils von dem zugehörigen Ventil wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis von 1 : 2 :4: 8 usw. zueinander stehen; bei einer größeren Anzahl von Ventilen wird diese Reihe entsprechend fortgesetzt.
Durch Öffnen und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen, die auf der Basis von Modellen von einem Rechner bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche und präzise Druckeinstellung in der Auslassleitung bzw. in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden, indem die analoge Regelkurve des eingangs geschilderten Proportionalventils durch eine digital erstellte (d.h. angenäherte) Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseschleifen des analogen Proportionalventils eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es erlaubt, einen Regelpunkt schnell und nahezu überschwingungsfrei anzufahren. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von digitalpneumatischen Druckreglern liegt darin, dass die Ventile entweder offen oder geschlossen sind, d.h. zum Halten eines Solldrucks in einem geschlossenen (und somit stationären) System sind die Ventile des Druckreglers einfach geschlossen und es gibt keine Leckageströme im Inneren der Ventile. Damit besteht ein deutlicher Unterschied zum her- kömmlichen Proportionalventil, das stets von einem Arbeitsfluidstrom durchflössen ist. Dies kostet ständig Energie z.B. für Pumpen, Stellglieder, etc. in der Papier- oder Kartonmaschine.
Eine elektrische Energieversorgungsschaltung der jeweiligen Ventile der digital- pneumatischen Druckregler, z.B. zur elektromotorischen, elektromagnetischen Ventilbetätigung, weist üblicherweise einen Laststromkreis und einen Steuerstromkreis auf. In dem Laststromkreis wird das zu betätigende Stellglied der jeweiligen Ventile mit dem Laststrom beaufschlagt. Der Laststromkreis umfasst im Allgemeinen eine Hauptspannungsquelle, eine elektrische Sicherung, ein Re- lais, einen Hauptschütz, einen Motorschutzschalter und das Ventil als Verbraucher, wobei elektrische Leitungen diese Elemente untereinander im Laststromkreis verbinden. Die elektrischen Leitungen und Kontakte in dem Laststromkreis können so dimensioniert sein, dass die auftretenden hohen Ströme beherrschbar sind. Ferner ist der Laststromkreis von einem Steuerstromkreis zu unterschei- den. Der Steuerstromkreis umfasst die notwendige Logik (z. B. Ein- /Ausgabesteuerungskarten als Steuerungsgeräte) zur Steuerung des Hauptstromkreises sowie eine Steuerspannungsquelle, und er ist an Steuerspannungsanschlüssen des Relais mit dem Relais im Steuerstromkreis verbunden. Das Relais wird durch entsprechend Schalt-(Steuer-)befehle der Ein- /Ausgabesteuerungskarten über den Steuerstromkreis aktiviert und kann somit den Laststromkreis schalten, um die gewünschte Ventilstellung zu erhalten . Die Komponenten des digitalpneumatischen Druckreglers (Spannungsquellen, Ventile, elektrische Leitungen der Stromkreise, etc.) sind üblicherweise in einem Gehäuse (Druckreglerblock) angeordnet. Somit ist zu erkennen, dass es der Einsatz von digitalpneumatischen Druckreglern gestattet, die Pumpen, Stellglieder, etc. weniger oft und/oder kürzer zu betreiben, wodurch Energie gespart werden kann, wobei ein gewisser Bauraum für die Gehäuse der Druckregler vorzusehen ist.
Es besteht aber Bedarf, den Energieverbrauch einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoff bahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, weiter zu verringern und den Bauraum der Druckregler zu verringern.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen digitalpneumatischen Druckregler zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, bereitzustellen, mit dem der Energieverbrauch zur Steuerung seiner Ventile weiter verringert wird und dessen Bauraum verkleinert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem digitalpneumatischen Druckregler zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonma- schine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner ist eine Pneumatik- stellgliedsteuerungsanordnung mit zumindest einem erfindungsgemäßen Druckregler und mit zumindest einem Pneumatikstellglied in dem Anspruch 8 gezeigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckreglers und der erfin- dungsgemäßen Baugruppe sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein digitalpneumatischer Druckregler zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, gezeigt. Der Druckregler weist zumindest zwei Wegeventile und den jeweiligen Wegeventilen zugeordnete Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten auf, deren Steuerungssignalausgangsleistung derart abgestimmt ist, dass durch die jeweilige Steuerungssignalausgangsleistung ein Stellantrieb der jeweiligen Wegeventile betätigt werden kann, um eine Ventilstellung zu ändern. In den nachfolgenden Erläuterungen ist stets von einer Papier- oder Kartonmaschine die Rede; dieser Begriff soll aber ausdrücklich alle Maschinentypen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, also insbesondere auch Kartonmaschinen, Faserplattenmaschinen und dergleichen umfassen.
Wenn ein digitalpneumatischer Druckregler anstelle eines herkömmlichen Proportionalventils verwendet wird, ist bei unveränderter Stellung eines durch den Regler zu steuernden Stellglieds der innere Leckagestrom im Regler Null . In einer Papier- oder Kartonmaschine sind viele verstellbare Elemente erforderlich und vorhanden. Die Stellbewegungen (z. B. bei Anfahrvorgängen, Bahnabrissen und Neueinfädelungen der Bahn, Tambourwechsel oder Wartungsmaßnahmen), die üblicherweise mittels an den zu verstellenden Bauteilen in der Papier- oder Kartonmaschine angreifenden Zylindern ausgeführt werden, umfassen dabei einen Verfahrvorgang eines Zylinders und/oder ggf. einen Druckaufbau, um z. B. irgendwelche mechanischen Druckkräfte zu erzeugen.
Die Erfinder haben nunmehr herausgefunden, dass bei dem digitalpneumatischen Druckregler, der zumindest zwei Wegeventile und den jeweiligen Wegeventilen zugeordnete Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten hat, die jeweilige Steuerungssignalausgangsleistung der zu den Ventilen zugeordneten Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten (z. B. Ein-/Ausgabesteuerungskarten) ausreicht, um den Stellantrieb der jeweiligen Wegeventile zu betätigen, so dass die Ventilstellung geändert wird. Somit ist eine separate Leistungselektronik zur Signal- Verstärkung nicht erforderlich bzw. kann auf den Einbau von Relais verzichtet werden, da die Ventile mit Ausgängen ihrer zugeordneten Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten verbunden sind, so dass keine weiteren elektrischen Komponenten, die die Steuerungssignalausgangsleistung der Ein- /Ausgabesteuerungseinheit aktiv ändern können, zwischen der jeweiligen zuge- ordneten Ein-/Ausgabesteuerungseinheit und dem Ventil angeordnet sind. Daher sind weniger elektrische Komponenten zur Steuerung der Ventile erforderlich. Zudem kann sichergestellt werden, da die Spulensteuerungsleistung der Ventile niedrig ist (z.B. 1 bis 5 W bei einer Betriebsspannung von 12 oder 24 V), dass die Sicherheit der elektrischen Schaltung hoch ist. Ferner ist das Ansprechverhai- ten der Schaltung verbessert, da der Signalausgang der Ein- /Ausgabesteuerungseinheit dem Signaleingang des Ventils entspricht bzw. zu diesem korrespondiert. Da die Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten und die zugehörigen Ventile die einzigen Komponenten des Digitalreglers sein können, verrin- gert sich die Baugröße (Abmessungen) des gesamten Reglers. Ferner kann die Größe des elektromagnetischen Felds, das an dem Stellantrieb des jeweiligen Wegeventils durch die relativ geringe Steuerungssignalausgangsleistung erzeugt wird, verringert werden. Für die Ventile des digitalpneumatischen Druckreglers können z. B. 2/2 Solenoid- ventile von FESTO, vorzugsweise der MHE2-Serie, als Schnellschaltventile verwendet werden.
Es ist ferner möglich, aus der Arbeitsweise des digitalpneumatischen Reglers auf das verschobene Arbeitsfluidvolumen zu schließen, indem man die einzelnen Ströme durch die einzelnen Ventile des Reglers unter Berücksichtigung der Öffnungszeiten aufsummiert. Auf diese Weise kann ggf. sogar jeglicher Durchflussmesser eingespart werden. Dabei kann man die Erkenntnis nutzen, dass die Öffnungszeiten der einzelnen Ventile für die Regelung ohnehin berechnet und gesteuert werden und aus der Berechnung mit den individuellen Durchflussraten durch die entsprechenden Ventile auf das in einer zu steuernden Druckkammer vorliegende Volumen, etc. geschlossen werden kann.
Zur raschen Ansteuerung von Strömen von Arbeitsfluiden kann das Prinzip der Digitalpneumatik auch für Durchflussregler eingesetzt werden. In der Regel werden für die Regelung der beachtlichen Volumenströme des Arbeitsfluids große Ventile mit großen Querschnitten eingesetzt, deren Regelgenauigkeit begrenzt ist. Mittels digitalpneumatischen Ventilanordnungen können die Ströme von Arbeitsfluiden sehr präzise und reaktionsschnell gesteuert werden, indem die Venti- le mit den entsprechenden Durchflussraten, wie eingangs geschildert, geöffnet bzw. geschlossen werden. Durch die Verwendung mehrere solcher digitalpneumatischer Durchflussregler mit entsprechenden Querschnitten (die Ventile müssen noch rasch genug schaltbar sein) können auch großvolumige Stoffströme gesteuert werden. Die zuvor beschriebenen digitalhydraulischen Regleranordnungen werden in der Regel mit Pneumatikfluid (z. B. Luft) als Arbeitsfluid betrieben. Die Verwendung von Öl für die üblichen Steuerventile zur Schmierung der Steuerkolben ist grund- sätzlich erforderlich oder zumindest von Vorteil. Nachdem die digitalpneumatischen Regler nur noch einfache Schaltventile (Wegeventile) verwenden, gibt es diese Schmierungserfordernis nicht mehr oder nicht mehr in dem Maße. Deshalb kann das Arbeitsfluid auch eine wässrige Emulsion oder sogar einfaches Wasser sein.
Neben einer erheblichen Verringerung des Aufwands, der getroffen werden muss, um die Umwelt vor Verschmutzung durch austretendes Öl zu schützen, gibt es auch technische Vorteile. Die Viskosität von Öl ist temperaturabhängig. In digitalpneumatischen Reglern sind in der Regel feste Drosseln zur Einstellung der Volumenströme durch die einzelnen Ventile vorgesehen, deren Drosselwirkung eine deutliche Abhängigkeit von der Viskosität des Arbeitsfluids zeigt. Bei Luft, Wasser oder wässrigen Emulsionen hat die Temperatur nur einen geringen Ein- fluss auf die Viskosität, so dass die Temperaturempfindlichkeit des Systems gering ist. Damit ist es nicht erforderlich, die Temperatur des Arbeitsfluids am Ein- satzort des digitalpneumatischen Reglers zu berücksichtigen.
Die Ein-/Ausgabesteuerungseinheit kann direkt mit dem Wegeventil elektrisch verbunden sein. Bevorzugt sind die Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten unmittelbar an die Wegeventile angeschlossen oder sie sind über elektrische Kabel mit den Wegeventilen verbunden. Der Begriff „direkt" umfasst sowohl die Anordnung, bei der die Ausgangsanschlüsse der Ein-/Ausgabesteuerungseinheit an die Eingangsanschlüsse des Wegeventils gekoppelt (gesteckt, verschraubt, geklemmt, etc.) sind, als auch die Anordnung, bei der die Ausgangsanschlüsse der Ein-/Ausgabesteuerungseinheit über elektrische Kabel mit den Eingangsanschlüs- sen des Wegeventils verbunden sind.
Die elektrischen Kabel können in einem Klemmleistengehäuse aufgenommen und geführt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, falls lange Wegstrecken (Leitungswege) zwischen der Ein-/Ausgabesteuerungseinheit und dem zu steuernden Ventil vorliegen. In einem solchen Klemmleistengehäuse können die elektrischen Kabel an vorgegebenen Stellen innerhalb einer Papier- oder Kartonmaschine zusam- mengefasst, aufgenommen und angeordnet werden. Jedes Wegeventil ist bevorzugt ein 2/2 Wegeventil und somit ein Durchgangsventil. Jedes Wegeventil kann ein Durchgangsventil mit Antriebsspule sein, die eine relativ niedrige Spulensteuerungsaufnahmeleistung (z. B. bis zu 5 W) hat.
Des Weiteren ist eine Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung mit zumindest einem erfindungsgemäßen digitalpneumatischen Druckregler und mit zumindest einem Pneumatikstellglied vorgesehen, das ein Stellgliedgehäuse mit zumindest einer Kammer umfasst, wobei der digitalpneumatische Druckregler mindestens einer der Stellgliedkammern des Pneumatikstellglieds zugeordnet ist, um den Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in der Kammer einzustellen.
Zum Beispiel ist durch Anschluss oder Einbau von Drosselelementen an die Ventile und/oder durch die Bauart der Ventile selbst dafür gesorgt, dass die Ventile unterschiedliche Durchflüsse haben, wenn sie geöffnet sind. Wenn beispielsweise sechs Ventile vorgesehen sind, so können die Durchflussraten Q in den einzel- nen, jeweils von dem zugehörigen Ventil wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis von z. B. 1 : 2 :4: 8 : 16 : 32 zueinander stehen; bei einer größeren Anzahl von Ventilen wird diese Reihe entsprechend fortgesetzt. Somit ist durch Öffnen und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen, die auf der Basis von Modellen von einem Rechner bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche und präzise Druckeinstellung in der Auslassleitung bzw. in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden, indem die analoge Regelkurve des eingangs geschilderten Proportionalventils durch eine digital erstellte (d.h. angenäherte) Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseschleifen des analogen Proportionalventils eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es erlaubt, einen Regelpunkt schnell und nahezu überschwingungsfrei anzufahren. Die Anzahl der Ventile und/oder Einsatz von bestimmten Drosseleinstellungen kann die Einstellgenauigkeit (Annäherungsgenauigkeit) an die analoge Regelkurve bestimmen. Die Steuerung der Wegeventile kann auf der Basis von mathematischen Modellen erfol- gen. Durch Kenntnis der vorgegebenen Eigenschaften der Ventile (z. B. Durchmesser, Durchflussrate, etc.) und auf der Grundlage einer vorliegenden Druckdifferenz (Soll/Ist-Vergleich) können auf Basis der Modelle die Ventile des Druckreglers geschaltet werden, um den gewünschten Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in der Stellgliedkammern des Pneumatikstellglieds einzustellen. Abhängig von dem gewünschten Druck und/oder Durchfluss in der Kammer können diese durch entsprechendes Schalten der Stellungen der einzelnen Wegeventile des Druckreglers eingestellt werden, wie vorstehend beschrieben ist. Das Pneumatikstellglied kann ein Pneumatikschlauch oder ein Pneumatikzylinder sein, der als Stellgliedgehäuse ein Zylindergehäuse und einen in dem Zylindergehäuse beweglichen Kolben umfasst.
Bevorzugt hat die Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung eine Messeinheit, die an dem Pneumatikzylinder vorgesehen ist, um die Position des Kolbens in dem Zylindergehäuse zu bestimmen. Die Messeinheit kann zumindest eine Art von einem Wegsensor, einen Temperatursensor, einen Drucksensor und einen Durchflusssensor umfassen, um die tatsächliche Position des Kolbens in dem Zylinder direkt bzw. indirekt zu erfassen. Die Stellungen der Ventile des digitalpneumati- sehen Druckreglers können somit auf Basis des Messergebnisses der Messeinheit festlegbar sein oder geregelt werden.
Bevorzugt ist jedes Pneumatikstellglied über ein Wegeventil mit dem zumindest einen digitalpneumatischen Druckregler pneumatisch verbunden, um eine pneu- matische Multiplexanordnung bereitzustellen. Bevorzugt wird die Pneumatikstell- gliedsteuerungsanordnung in einem Wickelstopper verwendet.
Unter einer pneumatischen Multiplexanordnung ist ein Selektionsschaltnetz zu verstehen, bei der der mindestens eine digitalpneumatische Druckregler über ein jeweiliges Wegeventil, das zu einem jeweiligen Pneumatikstellglied der Vielzahl von Pneumatikstellgliedern zugeordnet ist, mit den Pneumatikstellgliedern pneumatisch verbunden, so dass die Anzahl von Eingangssignalen des Druckreglers (d.h. unterschiedliche Drück und/oder Durchflüsse) durch Schalten der jeweiligen Wegeventile zu den jeweiligen Pneumatikstellgliedern bedarfsgerecht geschaltet werden kann. Somit kann bei dieser Multiplexanordnung ein einzelner oder mehrere digitalpneumatische Druckregler den gewünschten Schaltzustand (Lastzustand, Stellung, Kraftaufbringung etc. der zu stellenden Pneumatikstellglieder) der Pneumatikstellglieder bereitstellen. Es können mit dieser Multiplex- anordnung alle Arten von parallelen und seriellen Schaltzuständen an den Pneumatikstellgliedern geschaltet werden. Somit kann damit jeder mögliche Schaltzustand realisiert werden. Somit kann beispielsweise bei Wickelstoppern der mindestens eine digitalpneumatische Druckregler einen gemeinsamen oder unterschiedlichen wickelspezifischen (lastabhängigen) ausgewählten Druck an jedem Stellglied bereitstellen (steuern). Somit kann eine hohe Genauigkeit der Lasteinstellung, eine schnelle Ventilverstellung und eine energiesparende Wirkungsweise mit der Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung durch Anwendung des digitalpneumatischen Druckreglers erreicht werden. Ferner kann durch die Multiplexanordnung die Anzahl der verwendeten Komponenten reduziert werden, da z.B. ein digitalpneumatischer Druckregler ausreicht, um den Druck und/oder Durchfluss bei mehreren Stellgliedern gleichzeitig oder einzeln zu steuern.
Die Erfindung wird nachfolgend hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte anhand von beispielhaften Ausgestaltungen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figu- ren näher erläutert, in denen Folgendes gezeigt ist:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Abschnitts einer Pneumatikstell- gliedsteuerungsanordnung mit einem digitalpneumatischen Druckregler gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Abschnitts einer Pneumatikstell- gliedsteuerungsanordnung mit einem digitalpneumatischen Druckregler gemäß der Erfindung, der mittels Wegeventile mit Pneumatikstellgliedern pneumatisch verbunden ist, um eine pneumatische Multiplexanordnung auszubilden.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass die allgemeine Funktionsbeschreibung lediglich anhand einer Figur vorgenommen und dann darauf verwiesen wird. Wenn ferner im nachfolgenden Text von Druckreglern oder Durchflussreglern die Rede ist, so sind diese, wenn nichts anderes gesagt ist, digital pneumatische Druckregler oder Durchflussregler zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids, die unter Verwendung des eingangs der Beschreibung erläuterten digitalpneumatischen Prinzips arbeiten.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Abschnitts einer Pneumatikstell- gliedssteuerungsanordnung mit einem digitalpneumatischen Druckregler 1 gemäß der Erfindung. Der Druckregler 4 ist über eine Arbeitsfluidleitung 2 mit einem Pneumatikstellglied 4 verbunden ist. Das Pneumatikstellglied 4 weist ein Stellgliedgehäuse 3 auf, in dem eine untere (zylinderbodenseitige) Kammer 5 und eine obere (zylinderkopfseitige) Kammer 6 angeordnet sind. Die obere Kammer 6 ist eine Kammer, in der ein Kolben des Pneumatikstellglieds 4 aufgenommen ist. Das Pneumatikstellglied 4 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Pneumatikzylinder, der ein Stellgliedgehäuse 3 (Zylindergehäuse) und als Stellglied einen in dem Zylindergehäuse beweglichen Kolben aufweist. Eine Kolbenstange 41 des Pneumatikstellglieds (Kolben) 4 ist in der oberen Kammer 6 (zylinderkopfseitige Kammer) angeordnet. Der Kolben 4 ist in üblicher Weise in dem Zy- lindergehäuse (Stellgliedgehäuse) 3 gleitbar aufgenommen, um in diesem hin und her bewegbar zu sein.
Ferner ist an dem Pneumatikstellglied 4 eine Messeinheit 7 (in der Figur als ein Linearsensor (Wegsensor bzw. Wegstreckensensor) dargestellt) vorgesehen. Die Messeinheit 7 dient dazu, um die Position des Pneumatikstellglieds 4 (Kolbenposition innerhalb des Zylindergehäuses 3) eindeutig zu bestimmen. Auf Basis der Messergebnisse der Messeinheit können die Stellungen von Ventilen 11 (Wegeventilen bzw. Durchgangsventile) des digitalpneumatischen Druckreglers 1 auf der Basis der Messergebnisse der Messeinheit festgelegt bzw. geregelt (nicht gezeigt) werden . Der digitalpneumatische Druckregler 1 ist an der gemeinsamen Arbeitsfluidleitung 2 angeschlossen und über diese mit der zylinderbodenseitigen Kammer 5 verbunden, um durch Schalten von Wegeventile 11 einen Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in der zylinderbodenseitigen Kammer 5 zu steuern. Der Druckregler 1 weist acht Wegeventile 11 (EIN/AUS-Ventile, Schaltventile bzw. Durchgangsventile) auf und acht Drosselelemente 12 auf. Die Arbeitsfluid- leitung 2 und somit die Ventile 11 sind mit einem Arbeitsfluid (beispielsweise Pneumatikfluid, Luft, etc.) befüllt.
Die Wegeventile 11 weisen zu den jeweiligen Wegeventilen zugeordnete Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten auf (nicht gezeigt). Die jeweilige Steuerungssignalausgangsleistung der zu den Ventilen 11 zugeordneten Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten (z. B. Ein-/Ausgabesteuerungskarten) ausreicht, um den Stellantrieb der jeweiligen Wegeventile zu betätigen, so dass die Ventilstellung geändert wird. Somit ist eine separate Leistungselektronik zur Signalverstärkung nicht erforderlich bzw. kann auf den Einbau von Relais verzichtet werden, da die Ventile 11 mit Ausgängen ihrer zugeordneten Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten verbunden sind, so dass keine weiteren elektrischen Komponenten, die die Steuerungssignalausgangsleistung der Ein- /Ausgabesteuerungseinheit aktiv ändern können, zwischen der jeweiligen zugeordneten Ein-/Ausgabesteuerungseinheit und dem Ventil angeordnet sind. Daher sind weniger elektrische Komponenten zur Steuerung der Ventile 11 erforderlich. Zudem kann sichergestellt werden, da die Spulensteuerungsleistung der Ventile 11 niedrig ist (z. B. 1 bis 5 W bei einer Betriebsspannung von 12 oder 24 V), dass die Sicherheit der elektrischen Schaltung hoch ist. Ferner ist das Ansprechverhalten der Schaltung verbessert, da der Signalausgang der Ein- /Ausgabesteuerungseinheit dem Signaleingang des Ventils entspricht bzw. zu diesem korrespondiert. Da die Ein-/Ausgabesteuerungseinheiten und die zugehörigen Ventile 11 die einzigen Komponenten des Digitalreglers 1 sein können, verringert sich die Baugröße (Abmessungen) des gesamten Reglers. Ferner kann die Größe des elektromagnetischen Felds, das an dem Stellantrieb des jeweiligen Wegeventils 11 durch die relativ geringe Steuerungssignalausgangsleistung er- zeugt wird, verringert werden. Für die Ventile 11 des digitalpneumatischen Druckreglers 1 können z. B. 2/2 Solenoidventile von FESTO, vorzugsweise der MHE2-Serie, als Schnellschaltventile verwendet werden. Durch den Einbau der Drosselelemente 12 an die Wegeventile 11 ist dafür gesorgt, dass die Ventile 11 unterschiedliche Durchflüsse aufweisen, wenn sie geöffnet sind. Beispielsweise können durch die Drosselelemente 12 die Durchflussraten Q des Arbeitsfluids in den entsprechend zugehörigen Ventilen 11 im Ver- hältnis von 1 : 2 :4: 8 : 16 : 32 : 64: 128 zueinander stehen. Dieses Verhältnis ist nicht darauf festgelegt und es können beliebige Durchflussratenverhältnisse mittels der Drosselelemente 12 festgelegt werden.
Die Wegeventile sind somit über die Arbeitsfluidleitung 2, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, mit der zylinderbodenseitigen Kammer 5 pneumatisch verbunden. Wodurch ein gewünschter Druck (und/oder Durchfluss) und somit eine gewünschte Position des Pneumatikstellglieds 4 innerhalb des Stellgliedgehäuses 3 durch entsprechendes Schalten der Ventile 11 des digitalpneumatischen Druckreglers 11 erreicht werden kann, wie es auch eingangs der Beschreibung erläu- tert ist.
In der Fig. 2 ist ein schematischer Aufbau eines Abschnitts einer Pneumatikstell- gliedsteuerungsanordnung mit einem digitalpneumatischen Druckregler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Gemäß Fig. 2 ist der digitalpneumatische Druckregler 1 über die Arbeitsfluidleitung 2 und über mehrere (hier: vier) Wegeventile 8 mit vier Pneumatikstellgliedern 4 entsprechend verbunden. Somit ist die Arbeitsfluidleitung 2 entsprechend der Anzahl der jeweiligen Pneumatikstellglieder 4 in zugeordnete Fluidleitungen (hienvier) aufgeteilt. Dadurch kann eine digitalpneumatische Multiplexanordnung bereitgestellt werden, bei der der digitalpneumatische Druckregler 1 über die Arbeitsfluidleitung und die jeweiligen Wegeventile 8 zu den jeweiligen Pneumatikstellgliedern 4 zugeordnet sind. Durch Schalten der jeweiligen Wegeventile 8 an den jeweiligen Pneumatikstellgliedern 8 kann bedarfsgerecht der Druck und/oder Durchfluss, der durch den digitalpneumatischen Druckregler 1 eingestellt ist, in dem (den) Pneumatikstellglieder(n) 4 bereitgestellt werden, dessen Wegeventile 8 in seiner Offenstellung ist. Es können mit dieser Multiplexanordnung alle Arten von parallelen und seriellen Schaltzuständen an den Pneumatikstellgliedern 4 geschaltet werden. D.h., bei dieser Multiplexanordnung kann ein einzelner oder mehrere digitalpneumatische Druckregler 1 den gewünschten Schaltzustand (Lastzustand, Stellung, Kraftaufbringung, etc.) bereitstellen. Es können mit dieser Multiplexanordnung alle Arten von parallelen und seriellen Schaltzuständen an den Pneumatikstellgliedern geschaltet werden.
Ferner ist in Fig. 1 die Messeinheit 7 als ein Linearsensor (Wegsensor) dargestellt. Diese Messung kann auch durch eine indirekte Messung wie z.B. durch einen Temperatursensor, Drucksensor und Durchflusssensor umgesetzt werden, um die Position des Pneumatikstellglieds 4 in dem Stellgliedgehäuse 3 indirekt zu bestimmen (nicht gezeigt). Durch diese indirekte Bestimmung der Position des Pneumatikstellglieds 4 in dem Stellgliedgehäuse 3 können die Stellungen der Ventile 11 des digitalpneumatischen Reglers 1 auf der Basis der Messergebnisse entsprechend geregelt werden (nicht gezeigt). Die Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung gemäß der Erfindung kann in einem Wickelstopper in einer Papier- oder Kartonmaschine verwendet werden.
Das Pneumatikstellglied 4 wird bevorzugt als ein Stellzylinder oder Pneumatikschlauch in einer Papier- oder Kartonmaschinen als Betätigungs- und Steue- rungsmittel eingesetzt, um Stellkräfte mittels des erfindungsgemäßen digitalpneumatischen Reglers 1 mit hoher Genauigkeit einzustellen zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Digitalpneumatischer Druckregler (1) zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, mit zumindest zwei Wegeventilen (11) und den jeweiligen Wegeventilen (11) zugeordneten Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten, deren Steuerungssignalausgangsleistung derart abgestimmt ist, dass durch die jeweilige Steuerungssignalausgangsleistung ein Stellantrieb der jeweiligen Wegeventile (11) betätigt werden kann, um eine Ventilstellung zu ändern .
2. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach Anspruch 1, wobei die Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten direkt mit den Wegeventilen (11) elektrisch ver- bunden sind.
3. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten unmittelbar an die Wegeventile (11) angeschlossen sind.
4. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ein- /Ausgabesteuerungseinheiten über elektrische Kabel mit den Wegeventilen (11) verbunden sind.
5. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach Anspruch 4, wobei die elektrischen Kabel in einem Klemmleistengehäuse aufgenommen und geführt sind.
6. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei jedes Wegeventil (11) ein 2/2 Wegeventil und somit ein Durchgangs- ventil ist.
7. Digitalpneumatischer Druckregler (1) nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei jedes Wegeventil (11) ein Durchgangsventil mit Antriebsspule ist, die eine niedrige Spulensteuerungsaufnahmeleistung hat.
8. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung mit zumindest einem digitalpneumatischer Druckregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mit zumindest einem Pneumatikstellglied (4), das ein Stellgliedgehäuse (3) mit zumindest einer Kammer (5, 6) umfasst, wobei der digitalpneumatische Druckregler (1) mindestens einer der Stellgliedkammern (5, 6) des Pneumatikstellglieds (4) zugeordnet ist, um den Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in der Kammer (5, 6) einzustellen.
9. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Pneumatikstellglied (4) ein Pneumatikschlauch ist.
10. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Pneumatikstellglied (4) ein Pneumatikzylinder (4) ist, der als Stellgliedgehäuse (3) ein Zylindergehäuse (3) und einen in dem Zylindergehäuse (3) beweglichen Kolben umfasst.
11. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 10, des Weiteren mit einer Messeinheit (7), die an dem Pneumatikzylinder (4) vorgesehen ist, um die Position des Kolbens in dem Zylindergehäuse (3) zu bestimmen.
12. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 11, wobei die Messeinheit (7) zumindest eine Art von einem Wegsensor, einen Temperatursensor, Drucksensor und Durchflusssensor umfasst.
13. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Stellungen der Ventile (11) des digitalpneumatischen Druckreglers (1) auf Basis des Messergebnisses der Messeinheit (7) festlegbar sind oder geregelt werden können.
14. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei jedes Pneumatikstellglied (4) über ein Wegeventil (8) mit dem zumindest einen digitalpneumatischen Druckregler (1) pneumatisch verbunden ist, um eine pneumatische Multiplexanordnung bereitzustellen.
15. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach Anspruch 14, wobei das Wegeventil (8) ein 2/2 Wegeventil und somit ein Durchgangsventil ist.
16. Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung in einem Wickelstopper verwendet wird.
PCT/EP2012/054337 2011-06-06 2012-03-13 Digitalpneumatischer druckregler und stellgliedsteuerungsanordnung damit Ceased WO2012167960A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112012002371.4T DE112012002371A5 (de) 2011-06-06 2012-03-13 Digitalpneumatischer druckregler zur steuerung von druck und/oder durchfluss eines arbeitsfluids in einer maschine zur herstellung einer faserstoffbahn, insbesondere einer papier- oder kartonmaschine, und pneumatikstellgliedsteuerungsanordnung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011076997.8 2011-06-06
DE201110076997 DE102011076997A1 (de) 2011-06-06 2011-06-06 Digitalpneumatischer Druckregler zur Steuerung von Druck und/oder Durchfluss eines Arbeitsfluids in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, und Pneumatikstellgliedsteuerungs- Anordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012167960A1 true WO2012167960A1 (de) 2012-12-13

Family

ID=45855764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/054337 Ceased WO2012167960A1 (de) 2011-06-06 2012-03-13 Digitalpneumatischer druckregler und stellgliedsteuerungsanordnung damit

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102011076997A1 (de)
WO (1) WO2012167960A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754047A (zh) * 2022-04-28 2022-07-15 江苏大学流体机械温岭研究院 一种斐波那契编码型开关阀组调控的离合压力系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763560A (en) * 1984-05-25 1988-08-16 Tokyo Precision Instruments Co., Ltd. Method and apparatus of controlling and positioning fluid actuator
DE69207474T2 (de) * 1991-05-02 1996-08-22 Eaton Corp., Cleveland, Ohio System zur Steuerung von Stellgliedern für Vorrichtungen wie Kupplungen
EP1052441A2 (de) 1999-05-14 2000-11-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Magnetisch betätigbares Ventil
DE102009026604A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-09 Metso Paper, Inc. Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine
DE102010035747A1 (de) * 2010-08-28 2012-03-01 Festo Ag & Co. Kg Ventileinheit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763560A (en) * 1984-05-25 1988-08-16 Tokyo Precision Instruments Co., Ltd. Method and apparatus of controlling and positioning fluid actuator
DE69207474T2 (de) * 1991-05-02 1996-08-22 Eaton Corp., Cleveland, Ohio System zur Steuerung von Stellgliedern für Vorrichtungen wie Kupplungen
EP1052441A2 (de) 1999-05-14 2000-11-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Magnetisch betätigbares Ventil
DE102009026604A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-09 Metso Paper, Inc. Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine
DE102010035747A1 (de) * 2010-08-28 2012-03-01 Festo Ag & Co. Kg Ventileinheit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754047A (zh) * 2022-04-28 2022-07-15 江苏大学流体机械温岭研究院 一种斐波那契编码型开关阀组调控的离合压力系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011076997A1 (de) 2012-12-06
DE112012002371A5 (de) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014006747B4 (de) Verfahren zur Bewegungsregelung eines Aktors
EP0473030A1 (de) Proportional-4-Wegeventil in Sitzbauweise
AT510947B1 (de) Hydraulikzylinderbaugruppe für eine maschine zur herstellung einer faserstoffbahn, insbesondere eine papier- oder kartonmaschine
DE10319484A1 (de) Hydrauliksteuersystem
DE102012016838B4 (de) Hydraulische Steuerschaltung für eine hydraulisch betätigte Gießeinheit
WO2010136253A1 (de) Verfahren zum entfernen von fremdstoffen aus einem digitalhydraulischen druckregler eines hydrauliksystems
DE102015201318A1 (de) Hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher
DE102018219365A1 (de) Hydromaschine, Steuerungsanordnung, Hydraulisches System und Verfahren
EP1834220B1 (de) Redundante elektrohydraulische ventilanordnung
EP2268927A1 (de) Steueranordnung zur ansteuerung eines wegeventils
DE4324177B4 (de) Hydraulische Steuervorrichtung
EP2435715B1 (de) Digitalhydraulischer regler
DE19643788A1 (de) Elektrohydraulische Druckstellvorrichtung und Verfahren zur Umwandlung elektrischer Stellsignale in hydraulischen Stelldruck
DE10142355A1 (de) Beschichtungsanlage mit einem Regelkreis
EP1763638B1 (de) Druckmittelzylinder mit druckübersetzung
WO2012167960A1 (de) Digitalpneumatischer druckregler und stellgliedsteuerungsanordnung damit
EP0955472A1 (de) Sitzventil
EP3037678B1 (de) Hubmodul
DE19541192A1 (de) Verfahren zum Schutz eines Turbokompressors vor Betrieb im instabilen Arbeitsbereich mittels Armaturen mit zwei Stellgeschwindigkeiten
DE3616914C2 (de) Hydrauliksteuerventilanordnung
DE10214089A1 (de) Hydraulisches Steuersystem für eine Baumaschine, insbesondere einen Hydraulikbagger
EP1178943A1 (de) Einrichtung zum steuern der neigenfunktion eines hubmastes, insbesondere für einen gabelstapler
CN204613772U (zh) 数字液压压力调节装置
DE3640994C2 (de) Servovorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
EP1754682B1 (de) Elektrohydraulische Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12709595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120120023714

Country of ref document: DE

Ref document number: 112012002371

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112012002371

Country of ref document: DE

Effective date: 20140227

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12709595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1