WO2024052290A1 - Elektropneumatischer stellungsregler für einen pneumatischen stellantrieb und stellgerät umfassend einen stellantrieb und einen elektropneumatischen stellungsregler - Google Patents

Elektropneumatischer stellungsregler für einen pneumatischen stellantrieb und stellgerät umfassend einen stellantrieb und einen elektropneumatischen stellungsregler Download PDF

Info

Publication number
WO2024052290A1
WO2024052290A1 PCT/EP2023/074187 EP2023074187W WO2024052290A1 WO 2024052290 A1 WO2024052290 A1 WO 2024052290A1 EP 2023074187 W EP2023074187 W EP 2023074187W WO 2024052290 A1 WO2024052290 A1 WO 2024052290A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pneumatic
pressure
electro
amplifier
control
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074187
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fausto Crespo Vidal
Sven Rausch
Christian Mellinger
Andreas FIEBIGER
Original Assignee
Samson Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samson Aktiengesellschaft filed Critical Samson Aktiengesellschaft
Publication of WO2024052290A1 publication Critical patent/WO2024052290A1/de

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
    • F15B5/00—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities
    • F15B5/006—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities with electrical means, e.g. electropneumatic transducer
    • 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
    • F15B11/006—Hydraulic "Wheatstone bridge" circuits, i.e. with four nodes, P-A-T-B, and on-off or proportional valves in each link
    • 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
    • F15B19/00—Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/005—Fault detection or monitoring
    • 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
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram
    • 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
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • 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
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/0426—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with fluid-operated pilot valves, i.e. multiple stage valves
    • 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
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0433—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being pressure control valves
    • 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
    • F15B2211/3057—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 having two valves, one for each port of a double-acting output member
    • 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
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/315—Directional control characterised by the connections of the valve or valves in the circuit
    • F15B2211/3157—Directional control characterised by the connections of the valve or valves in the circuit being connected to a pressure source, an output member and a return line
    • F15B2211/31576—Directional control characterised by the connections of the valve or valves in the circuit being connected to a pressure source, an output member and a return line having a single pressure source and a single output member
    • 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
    • F15B2211/32—Directional control characterised by the type of actuation
    • F15B2211/329—Directional control characterised by the type of actuation actuated by fluid pressure
    • 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
    • F15B2211/355—Pilot pressure control
    • 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
    • F15B2211/40507—Flow control characterised by the type of flow control means or valve with constant throttles or orifices
    • 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
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/505—Pressure control characterised by the type of pressure control means
    • F15B2211/50554—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure downstream of the pressure control means, e.g. pressure reducing valve
    • 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
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/51—Pressure control characterised by the positions of the valve element
    • F15B2211/513—Pressure control characterised by the positions of the valve element the positions being continuously variable, e.g. as realised by proportional valves
    • 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
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/52—Pressure control characterised by the type of actuation
    • F15B2211/528—Pressure control characterised by the type of actuation actuated by fluid pressure
    • 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
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/575—Pilot pressure control
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6309—Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a pressure source supply pressure
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313—Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6316—Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a pilot pressure
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/635—Circuits providing pilot pressure to pilot pressure-controlled fluid circuit elements
    • F15B2211/6355—Circuits providing pilot pressure to pilot pressure-controlled fluid circuit elements having valve means
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6653—Pressure control
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6656—Closed loop control, i.e. control using feedback
    • 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
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/67—Methods for controlling pilot pressure
    • 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
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7052—Single-acting output members
    • 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
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7053—Double-acting output members
    • 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
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/857—Monitoring of fluid pressure systems
    • 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
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/885—Control specific to the type of fluid, e.g. specific to magnetorheological fluid
    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics
    • 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
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/03—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type with electrical control means
    • 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
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means

Definitions

  • Electro-pneumatic positioner for a pneumatic actuator and actuator comprising an actuator and an electro-pneumatic positioner
  • the invention relates to an electro-pneumatic positioner for a pneumatic actuator for actuating an actuating valve, such as a control valve, of a process plant, such as a chemical plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a brewery or the like.
  • a process plant such as a chemical plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a brewery or the like.
  • the invention also relates to an actuator for a process engineering system, comprising an electro-pneumatic positioner and a pneumatic actuator.
  • an electro-pneumatic converter which consists of a pilot control stage and a main control stage.
  • the pilot control stage can be controlled electrically and includes a nozzle-baffle plate system through which supply air can escape in a throttled manner.
  • Three discrete pre-pressure values can be generated with the nozzle.
  • the pre-pressure is used to actuate a pneumatically controlled valve in the main stage, which has three discrete switching positions for ventilation, venting and deactivation, which are activated depending on the pre-pressure. This arrangement is only suitable for single-acting drives.
  • EP 3 271 624 Bi relates to a liquid valve arrangement and a process valve positioner that is also suitable for double-acting drives.
  • the process valve positioner has a preliminary stage for converting an electrical control signal into a preliminary fluid pressure.
  • the pre-fluid pressure in turn regulates a fluid valve arrangement.
  • the fluid valve arrangement regulates the fluid supply of a hydraulic or pneumatic actuator for operating a control valve.
  • the fluid valves of the arrangement are mechanically coupled to one another by means of a shaft.
  • One Pressure relief reduces the switching forces, enabling safe switching with little pre-pressure.
  • positioners that are intended to emit pneumatic control signals with high pressure and high volumes, for example for large actuators, are susceptible to disturbances. It has also been shown that the control behavior of such positioners tends to oscillate, for example under unfavorable process conditions or with suboptimal dimensions. For example, if a large amplification is made starting from a very small volume flow of an electro-pneumatic converter, the spring constants and friction in the system can result in undesirable inherent behavior. To directly switch high actuating forces, the electro-pneumatic converter requires a correspondingly high power, which is generally not compatible with two-wire technology and Ex i requirements.
  • an electro-pneumatic positioner for actuating an actuating valve, such as a control valve, a process plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, in particular a brewery, or the like.
  • an actuating valve such as a control valve, a process plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, in particular a brewery, or the like.
  • the electro-pneumatic positioner comprises an electro-pneumatic converter and at least one amplifier stage, such as a preliminary stage and / or a main stage, with at least one pneumatic amplifier, to which a control pressure provided by the electro-pneumatic converter is applied.
  • the control pressure in particular the pilot control pressure
  • the electro-pneumatic converter only has a single amplifier stage, ie only one Main stage.
  • the pilot pressure set for the pneumatic amplifier of the main stage can correspond to the pilot pressure provided by the electro-pneumatic converter or, in other words, can be set directly by the electro-pneumatic converter.
  • the electro-pneumatic positioner according to the first aspect of the invention can comprise several, for example two, in particular cascaded, amplifier stages including a preliminary stage and a main stage, wherein preferably the cascade pressure provided by the electro-pneumatic converter is applied to the preliminary stage and / or the pilot control pressure is applied to the main stage .
  • the pilot control stage sets the pilot control pressure for the main stage using the pressure provided by the electro-pneumatic converter.
  • An electro-pneumatic converter can include a valve with a piezoelectric or electromagnetic actuator for actuating this valve, in particular a needle valve, preferably with a very low maximum volume flow.
  • the electro-pneumatic positioner preferably comprises a common supply line for both the electro-pneumatic converter and the at least one amplifier stage, in particular the supply input of the pneumatic amplifier or the supply inputs of the pneumatic amplifier, for connecting to the pneumatic source.
  • the electro-pneumatic positioner is designed and set up to provide a pneumatic actuating signal to a pneumatic actuator.
  • the positioner is designed and set up to receive a preferably electrical and/or digital control signal from a higher-level control device, such as a central control room of a process engineering system, and to generate the pneumatic control signal based on the control signal.
  • the electro-pneumatic positioner can preferably take into account at least one measurement signal relating to at least one disturbance or process variable, such as an actual position of a control valve and/or an actual pressure, for generating the pneumatic control signal.
  • An electro-pneumatic converter realizes an electro-pneumatic component of a positioner.
  • An electro-pneumatic converter is preferably designed and set up to adjust a converter pressure depending on an electrical signal.
  • An electro-pneumatic converter is preferably designed for this purpose and set up, the converter pressure starting from, on the one hand, a pneumatic source, which provides a pressurized pneumatic medium, such as ambient air, nitrogen, or the like, at a supply pressure, and, on the other hand, a pneumatic sink, such as the atmosphere, which defines a reference pressure, for example corresponding to the ambient pressure, to set.
  • an electro-pneumatic converter is set up to adjust the converter pressure taking into account an, in particular analog or digital, electrical signal, such as a current signal or a voltage signal.
  • the electro-pneumatic converter can be implemented as a current-pressure converter and in particular can adjust the converter pressure proportionally to or generally according to a control function of a current signal.
  • the electro-pneumatic converter is preferably designed and set up to provide the converter pressure for at least one other pneumatic component, such as a pneumatic amplifier, at an effective input or effective output.
  • an electro-pneumatic converter is set up to adjustably close an opening of a pneumatic line fed by a pneumatic source relative to the pressure sink, which is implemented as an atmosphere, in order to adjust the converter pressure at the transition of this pneumatic line to the converter, preferably between the transition and the pneumatic source a throttle or similar is provided in the pneumatic line.
  • an electro-pneumatic converter provides a converter pressure with a very low volume flow.
  • a pneumatic component which is preferably free of electronics, can generally be referred to as a pneumatic amplifier.
  • a pneumatic amplifier is preferably designed and set up to set an increased output pressure and/or an increased output volume flow depending on a pneumatic control pressure, which can preferably be referred to as a pilot control pressure. It is conceivable to connect several pneumatic amplifiers to the same pneumatic source. Pneumatic amplifiers can in particular be connected inverted in parallel and/or in series to a pneumatic source.
  • a pneumatic amplifier can have a pneumatic control input for receiving the pneumatic control pressure, one that can be connected to a pneumatic source for supplying pneumatic medium Have a supply input (amplifier input) and an amplifier output for dispensing pneumatic medium with increased output pressure and/or increased output volume flow.
  • the maximum increased output pressure and/or increased output volume flow that can be delivered by the pneumatic amplifier is generally limited by the supply pressure of the pneumatic medium available at the supply inlet and by the structural design of the pneumatic amplifier.
  • gain generally refers to a relation to the pneumatic control pressure at the pneumatic control input of the pneumatic amplifier.
  • Several pneumatic amplifiers, in particular different amplifier stages, of a positioner can be connected to the same pneumatic source at their respective supply input, and in particular to be supplied with pneumatic medium at the same supply pressure.
  • a pneumatic amplifier can, for example, be designed as a pneumatically operated double cone valve.
  • An amplifier stage can, for example, designate a part of a positioner in which at least one pneumatic amplifier provides an increased output pressure and/or an increased output volume based on a pilot control signal, in particular a pneumatic pilot control signal.
  • a pilot control signal in particular a pneumatic pilot control signal.
  • pneumatic amplifiers with supply inputs connected in parallel can be provided within an amplifier stage.
  • pneumatic amplifiers of the same amplifier stage can in particular be supplied with the same control signal at their respective control input.
  • a positioner can comprise a plurality of amplifier stages coupled in particular in a cascade manner, with a first stage being referred to as a preliminary stage and a second stage as a main stage.
  • the amplifier output of a first pneumatic amplifier is typically connected to the control input of a second pneumatic amplifier of the successively next amplifier stage.
  • the control input of the pneumatic amplifier of the main stage is connected to the amplifier output of the pneumatic amplifier of the preamplifier.
  • the pneumatic amplifiers of the different stages are preferably designed for different, in particular successively increasing, maximum output pressures and/or increased output volume flows that can be delivered, in particular coordinated with one another.
  • the pilot pressure at the control input of the first pneumatic amplifier of a system with several cascaded amplifier stages can be referred to as cascade pressure.
  • the electro-pneumatic positioner comprises a pressure sensor for detecting the control pressure, in particular the pilot control pressure.
  • the particular first or second pressure sensor of the electro-pneumatic positioner according to the first aspect of the invention is designed and set up to detect the control pressure, in particular directly at the pneumatic control input of at least one pneumatic amplifier of the amplifier stage, in particular the main stage.
  • the electro-pneumatic positioner only comprises a single amplifier stage and the pressure sensor is designed and set up to detect the control pressure, in particular directly at the pneumatic control input of the at least one pneumatic amplifier of the single amplifier stage.
  • the electro-pneumatic converter sets the control pressure, in particular the pilot control pressure.
  • the electro-pneumatic converter is in particular directly connected to the control input of the at least one pneumatic amplifier in such a way that the converter pressure corresponds to the control pressure.
  • the control input can be directly connected to an active input or output of the electro-pneumatic converter.
  • a pneumatic connecting line between the electro-pneumatic converter and the control stage to which the control pressure is applied is free of a pressure-reducing pneumatic component, such as a throttle. Without a choke, the input behavior of the amplifier is particularly dynamic.
  • the pneumatic connecting line between the electro-pneumatic converter and the control stage subjected to the control pressure is equipped with a pressure-reducing pneumatic component, such as one throttle, equipped. With a choke, the input behavior of the amplifier is attenuated.
  • the electro-pneumatic converter comprises a preliminary stage that has a preamplifier and a main stage that has at least one further pneumatic amplifier.
  • the preliminary stage sets the control pressure as the pilot pressure for the main stage.
  • the pilot pressure corresponds to the amplified output pressure at the amplifier output of the preamplifier.
  • the electro-pneumatic converter is indirectly connected, in particular via the preliminary stage, to the control input of the main stage.
  • the electro-pneumatic converter is connected in particular directly to the control input of the preamplifier in such a way that the converter pressure corresponds to the control pressure of the preamplifier and the amplifier output in particular is connected directly to the control input of at least one main stage amplifier in such a way that the amplified output pressure of the preamplifier corresponds to the pilot control pressure.
  • the control input of the at least one amplifier of the main stage can be directly connected to the amplifier output of the preamplifier.
  • the electro-pneumatic converter sets a cascade pressure as a further control pressure for the preliminary stage.
  • an electro-pneumatic positioner for a pneumatic actuator for actuating an actuating valve such as a control valve, a process plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, in particular a brewery, or the like.
  • the electro-pneumatic positioner comprises an electro-pneumatic converter and at least two amplifier stages.
  • the two amplifier stages are connected in series.
  • the electro-pneumatic positioner can optionally have further amplifier stages, in particular connected in series.
  • the amplifier stages include a preamplifier with a first pneumatic amplifier, which can be referred to as a preamplifier.
  • a cascade pressure provided by the electro-pneumatic converter is present at the preliminary stage.
  • the pilot pressure is present at a control input of the pneumatic amplifier of the preliminary stage.
  • the amplifier stages include a main stage with at least a second pneumatic amplifier.
  • a pilot control pressure set by the pilot control stage, in particular the first pneumatic amplifier, is present at the main stage.
  • the pilot pressure is present at a control input of the pneumatic amplifier, in particular the main stage.
  • the electro-pneumatic positioner preferably comprises a common supply line for both the electro-pneumatic converter and the at least two amplifier stages, in particular the supply inputs of the pneumatic amplifiers of the different amplifier stages, for connecting to the pneumatic source.
  • the electro-pneumatic positioner includes a pressure sensor for detecting the cascade pressure.
  • the particular first or second pressure sensor of the electro-pneumatic positioner according to the second aspect of the invention is designed and set up to detect the cascade pressure, in particular directly at the pneumatic control input of the pneumatic preamplifier.
  • the positioner includes a first pressure sensor for detecting the cascade pressure and a second pressure sensor for detecting the pilot pressure.
  • the electro-pneumatic positioner can include at least one further pressure sensor for detecting pressures in or on the electro-pneumatic positioner.
  • the electro-pneumatic positioner can achieve shorter control times and/or smaller control tolerances than a conventional electro-pneumatic positioner with one or more amplifier stages.
  • the at least one pressure sensor With the help of the at least one pressure sensor, malfunctions in the amplifier stage or amplifier stages can be detected reliably and early in order to initiate countermeasures. In particular, undesirable behavior can be detected using the at least one control pressure sensor be prevented. It may be sufficient or preferred for cost reasons to provide only one pressure sensor for either the cascade pressure or the pilot control pressure. Alternatively, it may be preferred, in particular for particularly precise and/or robust control quality, to provide several control pressure sensors in different amplifier stages of the electro-pneumatic positioner, in particular a cascade pressure sensor and at least one pilot pressure sensor.
  • an electro-pneumatic positioner for a pneumatic actuator for actuating an actuating valve, such as a control valve, of a process plant, in particular a petrochemical plant, of a power plant , a food processing plant, in particular a brewery, or the like.
  • the electro-pneumatic positioner comprises an electro-pneumatic converter and at least one amplifier stage.
  • the at least one amplifier stage of the pneumatic actuator comprises a first pneumatic amplifier for providing a first signal pressure for the pneumatic actuator.
  • the same at least one amplifier stage further comprises a second pneumatic amplifier for providing a second signal pressure for the pneumatic actuator.
  • the electro-pneumatic positioner has a main stage that includes both the first and the second pneumatic amplifier.
  • control pressure in particular pilot control pressure
  • electro-pneumatic converter is applied to the first pneumatic amplifier and the second pneumatic amplifier, and that the first and second pneumatic amplifiers are free of a mechanical coupling.
  • both the control input of the first pneumatic amplifier and the control input of the second pneumatic amplifier are subjected to the same control pressure.
  • the control input of the first pneumatic amplifier and the control input of the second pneumatic amplifier are fluidly connected to one another, so that in particular a pressure equalization between the first and the second control input is guaranteed.
  • the first pneumatic amplifier and the second pneumatic amplifier preferably each contain individual movable mechanical components including, for example, return spring, valve member, valve seat, valve rod, diaphragm and/or plate, so that they are free from mechanical coupling.
  • the mechanical components on the one hand of the first pneumatic amplifier and on the other hand of the second pneumatic amplifier are preferably movable independently of one another. It should be understood that a rigid frame and/or housing of the electro-pneumatic positioner can support both the first and the second pneumatic amplifier.
  • the first pneumatic amplifier and the second pneumatic amplifier are pneumatically but not mechanically coupled to one another.
  • a pneumatic coupling has the advantage over a mechanical coupling that when used with a double-acting pneumatic actuator with two oppositely acting pneumatic chambers, the respective actuating pressure in the two pneumatic chambers of the actuator is essentially identical and 50% of that provided by the preferably same pneumatic source Actuator supply air pressure is. This makes the pneumatic system stiffer and less susceptible to disturbances.
  • the first amplifier has a ventilation valve for providing the control pressure to the pneumatic actuator.
  • the first pneumatic amplifier and the second pneumatic amplifier can each have a ventilation valve for providing the respective signal pressure to the pneumatic actuator.
  • the first amplifier further includes a vent valve for venting the pneumatic actuator to a pressure sink, such as atmosphere.
  • both the first and the second pneumatic amplifier can each have a vent valve for venting the pneumatic actuator to a pressure sink, such as the atmosphere.
  • the first amplifier and the second amplifier are pneumatically coupled in such a way that in a first actuating state with a first pneumatic control signal, the first amplifier uses its ventilation valve to send the first control pressure to the pneumatic actuator, in particular a first Pneumatic chamber of the pneumatic actuator, and the second amplifier vents the pneumatic actuator, in particular a second pneumatic chamber of the pneumatic actuator, by means of its vent valve.
  • the first amplifier and the second amplifier are pneumatically coupled in such a way that in a second positioning state with a second pneumatic control signal, the second amplifier provides the second signal pressure to the pneumatic actuator, in particular the second pneumatic chamber of the pneumatic actuator, by means of its ventilation valve and the first amplifier vents the pneumatic actuator, in particular the first pneumatic chamber of the pneumatic actuator, by means of its vent valve.
  • the first pneumatic amplifier and, if applicable, the second pneumatic amplifier are designed and set up to have a predetermined mean pressure level, in particular between a first, in particular lower, pressure threshold value and a when there is an applied control pressure, in particular pilot control pressure second, in particular upper, pressure threshold value to assume a blocking state in which the ventilation valve and the vent valve are closed.
  • the average pressure level can be referred to as the neutral pressure level.
  • the neutral pressure level is preferably determined by a first and a second pressure threshold value, which is particularly predetermined in terms of design.
  • the neutral pressure level lies between a lowering pressure level and a raising pressure level.
  • the first pneumatic amplifier is designed and set up to assume a lowering state when there is an applied control pressure, in particular pilot pressure, with a predetermined low pressure level, in particular below a first, in particular lower, pressure threshold value.
  • a predetermined low pressure level in particular below a first, in particular lower, pressure threshold value.
  • the low pressure level can be referred to as the drop pressure level.
  • the lowering pressure level is preferably limited by a first pressure threshold value, which is predetermined in particular in terms of design.
  • the electro-pneumatic positioner is such that the first pneumatic amplifier is designed and set up to assume a lifting state when there is an applied control pressure, in particular pilot pressure, with a predetermined high pressure level, in particular above a second, in particular upper, pressure threshold value.
  • the vent valve of the first pneumatic amplifier is closed and its vent valve is opened.
  • the vent valve of the second pneumatic amplifier is opened and its vent valve is closed.
  • the high pressure level can be referred to as the lifting pressure level.
  • the lifting pressure level is preferably limited by a second pressure threshold value, which is predetermined in particular in terms of design.
  • An embodiment of an electro-pneumatic positioner for delivering at least one control pressure for the pneumatic actuator according to one of the preceding claims, comprises control and/or regulation electronics.
  • the open-loop and/or closed-loop control electronics are designed to generate an electrical control signal for the electro-pneumatic converter, so that the electro-pneumatic converter causes the at least one pneumatic amplifier to deliver the control pressure.
  • the open-loop and/or closed-loop control electronics are further set up to modulate the electrical control signal for the electro-pneumatic converter based on the measurement of the pressure sensor, in particular the first pressure sensor for detecting the pilot control pressure and/or the second pressure sensor for detecting the cascade pressure.
  • the electro-pneumatic positioner is designed and set up to generate a pneumatic control signal for at least one pneumatic actuator based on a control signal and the pneumatic control signal based on the measurement of the at least one pressure sensor, in particular the first pressure sensor, which detects the pilot control pressure, and / or of the second pressure sensor, which detects the cascade pressure.
  • the electro-pneumatic positioner can be equipped with a PID control for determining the pneumatic control signal, the I component, the P component and / or the D component of the control depending on the measurement signal of the at least one Pressure sensor is adjusted or determined.
  • the electro-pneumatic positioner is preferably designed and set up to additionally have a subordinate pneumatic control circuit when controlling the higher-level control circuit, in which the signal pressure is determined on the basis of the control signal and at least one measured process variable, such as an actual position of a control valve contains the pilot control pressure and, if necessary, the cascade pressure, to improve the control quality, for example to prevent rocking.
  • the electro-pneumatic positioner comprises at least one further pressure sensor for detecting a pressure in or on the electro-pneumatic positioner.
  • the further pressure sensor is preferably designed to detect the first signal pressure, the second signal pressure or a supply pressure at a supply input of the electro-pneumatic positioner, which can also be referred to as the main supply input.
  • the electro-pneumatic positioner can include several additional pressure sensors in order to detect a corresponding number of different pressures in or on the electro-pneumatic positioner.
  • the control and/or regulation electronics can be designed to process the pressure measurement value(s) of the at least one further pressure sensor for monitoring and/or diagnosis of the positioner.
  • the electro-pneumatic positioner can have a housing that includes at least two compartments.
  • a purely pneumatic component for example, is implemented by at least one pneumatic amplifier.
  • Other examples of purely pneumatic components are a pressure reducer and/or a flow limiter.
  • a second housing compartment of the positioner housing preferably exclusively houses electronic, electrical and/or electro-pneumatic components, such as the electro-pneumatic converter, a sensor, such as a pressure sensor, control and/or regulation electronics, or similar.
  • the first compartment and the second Compartments are arranged in the same, in particular component-unit, housing of the positioner.
  • the first compartment is pneumatically separated from the second compartment, in particular by a solid partition.
  • the positioner housing has a housing cover which is detachably connected or connectable to the housing. It may be preferred that the housing cover can be at least partially inserted into the first housing compartment, in particular the housing cover being adapted to the first housing compartment for closing an opening, in particular with respect to the environment, such as the atmosphere.
  • the housing cover is preferably equipped with the at least one amplifier stage, in particular the preliminary stage and/or the main stage.
  • the pneumatic separation of the housing, in particular the solid partition comprises at least one interface for pneumatically coupling the cover-side pneumatic components, in particular the amplifier stage, to electro-pneumatic components in the second housing compartment.
  • the electro-pneumatic positioner comprises at least one ignition breakdown barrier, preferably several ignition breakdown barriers, in particular a sinter filter, in a pneumatic line.
  • an ignition breakdown barrier can be provided in at least one pneumatic line assigned to the electro-pneumatic converter, in particular a pneumatic line assigned to the active input or a pneumatic line assigned to the active output.
  • an ignition breakdown barrier can be arranged in at least one pneumatic line, which is assigned to a pressure sensor, in particular the first pressure sensor, the second pressure sensor and/or optionally a respective further pressure sensor.
  • an actuator can be provided which includes a pneumatic actuator and an electro-pneumatic positioner according to the first, second and/or third aspect of the invention.
  • the pneumatic actuator of the actuator according to the invention is connected to the electro-pneumatic positioner to receive an increased output pressure and/or an increased output volume flow provided by the electro-pneumatic positioner tied together.
  • the pneumatic actuator is designed to be pneumatically single-acting, in particular with a return spring, and the electro-pneumatic positioner in the amplifier stage, in particular the main stage, comprises only one, preferably pneumatic amplifier.
  • Both the electro-pneumatic converter and the at least one amplifier stage are preferably connected or can be connected to the pneumatic source via the common supply line.
  • the pneumatic actuator is designed to be pneumatically double-acting and the electro-pneumatic positioner comprises, in particular in the main stage, exactly two, preferably pneumatic, amplifiers.
  • the third aspect of the invention is implemented, with the first pneumatic amplifier and the second pneumatic amplifier implementing exactly the two pneumatic amplifiers of the main stage.
  • the pneumatic double-acting actuator includes a first pneumatic chamber and a second pneumatic chamber. In the case of a pneumatic actuator with an actuating rod or actuating shaft, the first pneumatic chamber and the second pneumatic chamber act in opposite directions on this actuating rod or shaft.
  • the actuator has a common supply line for both the actuator supply air pressure of both pneumatic chambers and for supplying the electro-pneumatic positioner from the same pneumatic source.
  • Both the electro-pneumatic converter and the at least one amplifier stage are preferably connected or can be connected to the pneumatic source via the common supply line.
  • 1A shows a schematic block diagram of an embodiment of a pneumatic system of an electro-pneumatic positioner according to the invention
  • 1B shows a schematic block diagram of a further embodiment of a pneumatic system of an electro-pneumatic positioner according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of an embodiment of an electro-pneumatic positioner according to the invention in a blocking state
  • Fig. 3 is a sectional view of the electro-pneumatic device according to the invention
  • Fig. 4 is a sectional view of the electro-pneumatic device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an actuator with an electro-pneumatic positioner according to the invention.
  • Fig. 6 is a schematic representation of the control of an actuator with an electro-pneumatic positioner according to the invention.
  • an electro-pneumatic positioner is generally identified by the reference number 1.
  • the electro-pneumatic positioner 1 according to the invention comprises, as components, an electro-pneumatic converter 3 and at least one amplifier stage with a pneumatic amplifier.
  • the positioner preferably comprises a position measuring device and a control device (not shown).
  • Figure 1A shows a schematic block diagram of the pneumatics of an electro-pneumatic positioner 1 with an electro-pneumatic converter 3 and two cascade-coupled amplifier stages 4, 6.
  • the first amplifier stage 4, which can also be referred to as a preliminary stage, is equipped with a pneumatic amplifier 5.
  • the second amplifier stage 6 contains two pneumatic amplifiers 7.9.
  • the main stage 6 may be equipped with only one pneumatic amplifier, either 7 or 9.
  • the electro-pneumatic positioner comprises only a single amplifier stage, the actuation of which corresponds to the actuation of the illustrated preliminary stage 4, as described below. takes place by means of the converter pressure and which provides the control pressure for a pneumatic actuator, such as a pneumatic actuator 110, as described below with regard to the main stage 6.
  • the electro-pneumatic positioner 1 is supplied with compressed air or another pneumatic medium from a pneumatic source 101.
  • the electro-pneumatic positioner 1 has a main supply input 10 for connecting to a pneumatic source 101.
  • the electro-pneumatic positioner 1 includes a supply line 11 through which the pneumatic medium is provided to the pneumatic or electro-pneumatic functional components of the positioner 1.
  • the supply line 11 leads into the first amplifier stage 4 and is connected to the supply input 51 of the preamplifier 5.
  • the supply line 11 leads into the main stage 6. In the main stage 6, the pneumatic supply line 11 is connected to the supply input 71 of the first pneumatic amplifier 7 and the supply input 91 of the second pneumatic amplifier 9.
  • the electro-pneumatic converter 3 of the electro-pneumatic positioner 1 is also supplied with the pneumatic medium through the supply line 11.
  • the electro-pneumatic converter 3 is designed to receive an electrical control signal and to provide a control pressure corresponding to the electrical control signal for at least one pneumatic amplifier operatively connected to the electro-pneumatic converter 3.
  • the electro-pneumatic converter 3 is implemented as an analog current-pressure converter, which, for example, sets a converter pressure proportional to a current signal.
  • the electro-pneumatic converter is connected to the pneumatic source 101 at its pneumatic active input 31 via the supply line 11 and, on the other hand, has a pneumatic output that is connected to a pneumatic sink (here: the atmosphere 109).
  • a flow limiter 32 and a pressure reducer 30 are provided between the active input 31 of the electro-pneumatic converter 3 and the pneumatic source 101.
  • the electro-pneumatic converter 3 is connected to the pneumatic preamplifier 5 in such a way that the converter pressure present at the active input 31 corresponds to the control pressure present at the control input 33 of the preamplifier 5 (here: cascade pressure).
  • the electro-pneumatic converter 3 adjusts the converter pressure at the active input 31 in accordance with the electrical control signal by selectively venting to the pressure sink based on the pneumatic medium provided for the electro-pneumatic converter 3 by the pressure reducer 30 and the flow limiter 32.
  • the selective venting can take place, for example, by a clocked (for example pulse width modulated) actuation of the converter, i.e. by clocked opening of the converter.
  • the timing can, for example, be constant and each cycle can consist of a closing period and an opening period. With constant timing, the sum of the closing time and the opening time always has the same length.
  • the length of the closing and opening times can be varied using the electrical signal.
  • a relatively long opening duration then causes a low converter pressure at the active inlet, possibly corresponding to or close to the pressure of the pressure sink.
  • a relatively long closing time cycle causes a converter pressure at the active input to be closer to the maximum possible control pressure, which is preferably defined by the pressure reducer 30.
  • the electro-pneumatic converter is continuously closed, the converter pressure at its effective input 31 corresponds to the maximum control pressure provided by the pneumatic source 101 through the pressure reducer 30 to the electro-pneumatic converter 3.
  • the electro-pneumatic converter 3 can be designed and set up to provide a control pressure corresponding to the electrical control signal, for example according to an open/closed function.
  • the control pressure, the control pressure provided by the electro-pneumatic converter 3 on the pneumatic amplifier 5 can be referred to as cascade pressure Pc.
  • the electro-pneumatic positioner 1 includes a pressure sensor 41 for cascade pressure detection.
  • the control pressure provided by the electro-pneumatic converter 3 (here: cascade pressure Pc) is detected by this pressure sensor 41.
  • the pressure sensor 41 designed to detect the cascade pressure Pc may be referred to as a cascade pressure sensor.
  • the electro-pneumatic converter 3 would directly provide the converter pressure as control pressure for this only one amplifier stage, which could be referred to as pilot control pressure (not shown).
  • the pneumatic amplifier 5 of the first amplifier stage 4 is connected to the supply line 11 in order to have the pneumatic medium provided at the supply input 51 by the pneumatic source 101 (see FIG. 5).
  • the pneumatic control input 53 of the pneumatic amplifier 5 is connected to the electro-pneumatic converter 3 for receiving the pneumatic control signal.
  • the preamplifier 5 receives the cascade pressure Pc at its control input 53.
  • the pneumatic amplifier 5 is connected in the first amplifier stage 4 through its amplifier output 59 to a pneumatic line 15 which vents to the pressure sink, in particular the atmosphere 109, through a further pressure reducer 50 and a further flow limiter 52.
  • the pneumatic amplifier 5 provides a control pressure for the pressure at its amplifier output 59 Main stage 6 ready, which can be referred to as pilot pressure Pp.
  • the electro-pneumatic positioner 1 includes a pressure sensor 61 for detecting pilot pressure.
  • the preamplifier 6 is connected to a pressure sensor 61 for detecting the control pressure Pp at the amplifier output 59 of the
  • the pneumatic amplifier 5 is designed and set up to provide a pilot pressure P P at its amplifier output 59, which is fed from the pneumatic pressure of the pneumatic source 101 and depends on the Cascade pressure PC is set.
  • the pneumatic preamplifier 5 is implemented by a pneumatically operated valve with spring return. The restoring force of the spring return counteracts the cascade pressure Pc at the pneumatic control input 53 in order to set an opening width of the pneumatic amplifier 5.
  • the second amplifier stage receives the pneumatic medium from the pneumatic source 101 from the supply line 11.
  • a control line 16 is connected to the amplifier output 59 of the pneumatic amplifier 5 of the preliminary stage 4.
  • the control line 16 is connected to the pneumatic control input 73 of the first pneumatic amplifier 7 and the pneumatic control input 93 of the second pneumatic amplifier 9.
  • the pneumatic supply line 11 is connected to the supply input 71 of the first amplifier 7 as well as to the supply input 91 of the second amplifier 9 of the main stage 6.
  • the amplifier output 79 of the first amplifier 7 of the main stage 6 is connected to a first signal pressure output 17 of the electro-pneumatic positioner 1 for supplying a first pneumatic chamber or drive chamber of a control actuator 110 with the first signal pressure Yi.
  • the amplifier output 99 of the second amplifier 9 of the main stage 6 is connected to a second signal pressure output 19 of the electro-pneumatic positioner 1 for supplying a second pneumatic chamber of the actuator 110 with the second steep pressure Y2.
  • the electro-pneumatic positioner 1 can have one or more further pressure sensors 72, 92 at the amplifier output(s) 79, 99 for detecting the signal pressure Yi or Y2 provided there.
  • the electro-pneumatic positioner 1 includes a further pressure sensor 12 for detecting the supply pressure Ps in the supply line 11.
  • the pneumatic amplifiers 7, 9 or the pneumatic amplifier of the main stage 6 are essentially designed in accordance with the amplifier 5 of the preliminary stage 4 described above. It may be expedient for the pneumatic amplifiers 7, 9 of the main stage 6 to be designed for significantly larger flow volumes than the amplifier 5 of the preliminary stage 4 and the electro-pneumatic converter 3.
  • the preamplifier 5 can be designed for flow volumes that are at least 10 times, preferably 100 times larger than the operational nominal flow volume of the electro-pneumatic converter 3.
  • the nominal flow volume of the main stage amplifiers 7, 9 is at least 10 times, preferably at least 100 times, larger than the nominal flow volume of the pneumatic preamplifier 5.
  • an electro-pneumatic positioner can comprise more than two pneumatic amplifier stages that are coupled to one another in a cascade.
  • the electro-pneumatic positioner has only a single pneumatic amplifier stage (not shown).
  • the converter and control pressure provided by the electro-pneumatic converter 3 would be directly connected to the pneumatic control input 73 and/or 93 of the pneumatic amplifier 7 or 9 or the single amplifier stage 6 without an intermediate preliminary stage 4.
  • a pneumatic control pressure Yi and/or Y2 can be provided for a pneumatic actuator with a large volume flow and high control pressure.
  • the electro-pneumatic positioner 1 is capable of particularly precise and robust control. It may be particularly preferred that the preamplifier 5 and/or the at least one main amplifier 7, 9 are filled without any pressure compensation.
  • FIG. 1B shows a schematic block diagram of the pneumatics of an electro-pneumatic positioner 1 with an electro-pneumatic converter 3 and two cascade-coupled amplifier stages 4, 6.
  • the first amplifier stage 4, which can also be referred to as a preliminary stage, is equipped with a pneumatic amplifier 5 fitted.
  • the second amplifier stage 6 contains two pneumatic amplifiers 7.9.
  • the structure of the electro-pneumatic positioner 1 essentially corresponds to the structure shown in FIG. 1A. In contrast to FIG. 1A, however, in the embodiment of FIG. 1B, the assembly which includes the further pressure reducer 50, the further flow limiter 52, the venting pneumatic line 15 and the vent opening 58 is omitted.
  • the pressure sensor 61 for detecting the pilot pressure e.g. for detecting the control pressure Pp at the amplifier output 59 of the pneumatic amplifier 5 is omitted.
  • a further line 18 which connects the amplifier output 59 of the pneumatic amplifier 5 to the line 17, in particular at a point between the amplifier output 79 (see, for example, FIG. 1A) of the first amplifier 7 of the main stage 6 and the pressure sensor 72, or the first signal pressure output 17 of the electro-pneumatic positioner 1.
  • a pressure reduction pneumatic component such as a throttle 77 or similar, is provided on the line 18, for example to dampen the amplifier 7.
  • the electro-pneumatic converter 3 can comprise a valve with a piezoelectric or electromagnetic actuator for actuating this valve, in particular a needle valve, preferably with a very low maximum volume flow.
  • a reaction of the electro-pneumatic converter 3 or the actuator can thereby be directly, immediately and/or immediately detectable or measurable, which can lead to shorter delay times. Additionally, it allows for higher loop gain, which can lead to better and more precise control.
  • a "loop gain” can describe the gain of a control loop, for example a gain that a signal experiences as it passes or has passed through the control loop.
  • the structure according to the embodiment of Figure 1B not only has control advantages, but also ensures that one or more components can be saved, which can not only save space, for example installation space, but also leads to lower costs, since the components do not (more) are needed.
  • the pressure sensor 61 and/or the components 15, 50, 52 and 58 can be saved by the structure of FIG. 1B.
  • a line in particular a return line, which, for example, drains excess pressure, for example the control pressure, in particular the pilot control pressure Pp, from the pneumatic space and into a safe space (for example a so-called "Ex d"room;"Explosion protection through pressure relief”).
  • a filter can also be omitted, for example a sintered filter, which, for example, removes impurities from an air stream.
  • the several pneumatic amplifiers 7, 9 of the main stage 6 act in opposite directions.
  • the first pneumatic amplifier 7 opens its ventilation valve 74 at increased pilot pressure PF, in particular above a first threshold value, whereas the second pneumatic amplifier 9 opens its ventilation valve 95. If there is a low pilot control pressure Pp at the pneumatic amplifiers 7, 9, in particular below a second threshold value that is lower than the first threshold value, the first pneumatic amplifier 7 opens its vent valve 75 and the second pneumatic amplifier 9 opens its vent valve 94.
  • the pneumatic amplifiers 7 and 9 are optionally further designed in such a way that in a medium pressure range of the pilot control pressure Pp, in particular below the first threshold value and above the second threshold value, all ventilation valves 74, 94 and vent valves 75, 95 are closed, so that a blocking state occurs, as in Figure 2 shown.
  • a low cascade pressure Pc acts at the pneumatic control input 53 of the preamplifier.
  • the cascade pressure Pc acts on the control membrane 151 against the restoring force of the return spring 152.
  • a vent valve seat 155 for the vent valve 55 of the preamplifier 5 is held on the membrane 151, which is held by the cascade pressure Pc against a valve cone 156 of a double cone 150 is pushed.
  • the return spring 152 urges both valve cones 153, 156 of the double cone 150 against the corresponding valve seat 154, 155.
  • Figure 3 shows the amplifier stages 4, 6 with increased cascade pressure Pc and correspondingly increased pilot pressure Pp.
  • the increased cascade pressure Pc acting on the control membrane 151 raises the double cone 150 by means of the ventilation valve seat 155 and releases the ventilation valve cone 153 from the ventilation valve seat 154.
  • the supply pressure Ps available at the supply input 51 can be communicated to the amplifier output 59 through the opened ventilation valve 54.
  • the amplifier output 59 of the preamplifier 5 is fluidly connected to the control inputs 73, 93 of the pneumatic amplifiers 7, 9 of the main stage 6.
  • the vent valve 55 remains closed.
  • the pilot control pressure Pp increases to its maximum, which is determined by the supply pressure Ps and, if necessary, an overflow valve 50, 52.
  • the components 50, 52 implement an overcurrent through which reversing errors of the preamplifier are minimized.
  • the overflow valve can include, for example, a pressure reducer and/or a flow limiter.
  • Figure 4 shows the amplifier stages 4, 6 with reduced cascade pressure Pc and correspondingly reduced pilot pressure Pp.
  • a reduced cascade pressure Pc acts on the control membrane 151
  • the return spring 152 pushes the ventilation valve cone 153 against the ventilation valve seat 154 and closes the ventilation valve 54.
  • the control membrane 150 and the associated vent valve seat 155 move away from the vent valve cone 156, so that the amplifier output 59 is pneumatically fluidly connected to a vent opening 58 of the pneumatic amplifier 5.
  • the pilot control pressure Pp is reduced to the pressure of the pressure sink, for example the atmosphere 109.
  • the pilot pressure P P is present at the control inputs 73, 93 of the pneumatic amplifiers 7, 9 of the main stage 6.
  • the first pneumatic amplifier 7 has a control membrane 170 which is firmly connected to a vent valve seat 175, which is forced against the double cone 170 above a low pilot pressure Pp and thus closes the vent valve 74.
  • the pilot pressure Pp is increased, it opens Ventilation valve cone 173 the ventilation valve seat 174.
  • the amplifier output 79 is then in fluid communication with the supply input 71, so that the first signal pressure Yi is increased.
  • the venting valve seat 175 is pushed away from the venting valve cone 176 by a return spring 172 against the pilot control pressure Pp.
  • a second return spring 172' urges the ventilation valve cone 173 against the ventilation valve seat 174.
  • the double cone 170 can be urged against the ventilation valve seat 175 by the second return spring 172'.
  • the second pneumatic amplifier 9 has a control membrane 191, which is connected via an adjusting rod 191" to a vent valve seat 195, which is lifted from the vent valve cone 196 when the pilot control pressure Pp is increased and thus opens the vent valve 95, as shown in Figure 3.
  • the second control pressure Y2 is then reduced by venting via the vent opening 98 to the pressure sink, such as the atmosphere 109.
  • the venting valve seat 194 is pushed away from the venting valve cone 196 by a return spring 192 in the direction of the pilot control pressure Pp.
  • the supply pressure Ps can act on the membrane 191 in a second working chamber.
  • a second return spring 192 ' presses the ventilation valve cone 193 against the ventilation valve seat 194.
  • the second return spring 192' allows the double cone 190 be pushed against the vent valve seat 195.
  • the second signal pressure Y2 is raised in accordance with the supply pressure Ps by opening the ventilation valve 94 in the second amplifier 9, and the first signal pressure Yi is reduced to the level of the pressure sink by opening the ventilation valve 75 in the first amplifier 7.
  • the pilot pressure Pp is low, the pneumatic medium is vented from the amplifier output 79 through the vent opening 78 to the pressure sink.
  • the pneumatics of the electro-pneumatic positioner 1 shown in Figures 1A-B and 2-4 can expediently be combined with a double-acting pneumatic actuator 110.
  • an actuator 100 with a double-acting pneumatic actuator 110 and an electro-pneumatic positioner 1 connected to it is shown schematically.
  • the double-acting pneumatic actuator 110 has oppositely acting working chambers, one of which is acted upon by the first actuating pressure Yi and the other by the second actuating pressure Y2 in order to provide an actuating force for actuating a control valve 120 through the difference between the actuating pressures Yi, Y2.
  • the actuator 100 is supplied with the pneumatic medium from a pneumatic source 101, which feeds the main supply input 10 of the electro-pneumatic positioner 1.
  • the electro-pneumatic positioner 1 receives an electrical control signal x S0 n from a higher-level control and / or regulation unit of a process engineering system, for example a control room 201.
  • the control signal represents a target control value x S0 n for the positioner 1.
  • the target control value Xsoii can for example, specify a target position for the control valve 120.
  • the actuator 100 can be equipped with a position sensor 130 for detecting an actual position of the control valve 120 as a measurement signal Xi St.
  • the electro - pneumatic positioner 1 is designed and set up to determine the control value difference dx between the actual measurement signal to operate the pneumatic actuator 110.
  • at least one pressure sensor 41, 61 is provided for detecting a control pressure Pc, Pp generated in the positioner 1 for at least one pneumatic amplifier stage 4, 6.
  • the positioner 1 can also include one or more further pressure sensors 12, 72, 92, which can generate a measurement signal representing the supply pressure Ps, first signal pressure Yi and/or second signal pressure Y2.
  • the person skilled in the art knows numerous common control routines for determining a target control pressure P S0 n for electro-pneumatic actuating devices 100, for example in the manner of a PID controller, a PI controller, a PD controller or similar.
  • a subordinate control routine 303 is designed and set up to generate 305 an adjusted target control pressure Psoii* based on the target control pressure P S0 n, taking into account a positioner-internal control pressure Pp, Pc.
  • the cascade pressure Pc can be detected 304 and/or the pilot control pressure Pp is detected 306.
  • the lower-level control routine 303 can modify the target control pressure P S0 n determined by the higher-level control routine 301.
  • parameters of the higher-level control routine 301 for example weighting factors for a proportional, differential and/or integral control element, can be adjusted taking into account the cascade pressure Pc and/or pilot control pressure Pp prevailing in the electro-pneumatic positioner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend einen elektropneumatischen Wandler, wie ein Strom- Druck-Wandler; wenigstens eine Verstärkerstufe für den pneumatischen Stellantrieb, wie eine Vorstufe und/oder eine Hauptstufe, mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker, an der ein von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck, anliegt, ferner umfassend einen Drucksensor zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks.

Description

Elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb und Stellgerät umfassend einen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler
Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer Brauerei oder dergleichen. Die Erfindung betrifft auch ein Stellgerät für eine prozesstechnische Anlage, umfassend einen elektropneumatischen Stellungsregler und einen pneumatischen Stellantrieb.
Aus DE 42 40 802 C2 ist ein elektropneumatischer Umformer bekannt, der aus einer Vorsteuerstufe und einer Hauptsteuerstufe besteht. Die Vorsteuerstufe ist elektrisch ansteuerbar und umfasst ein Düse-Prallplatte-System, durch das Zuluft gedrosselt entweichen kann. Mit der Düse sind drei diskrete Vordruckwerte erzeugbar. Mit dem Vordruck wird ein pneumatisch angesteuertes Ventil der Hauptstufe betätigt, das drei diskrete Schaltstellungen zum Belüften, Entlüften und Inaktivieren aufweist, die abhängig von dem Vordruck aktiviert werden. Diese Anordnung ist ausschließlich für einfachwirkende Antriebe geeignet.
EP 3 271 624 Bi betrifft eine Flüssigkeitsventilanordnung und einen Prozessventil- positionierer, der auch für doppelt wirkende Antriebe geeignet ist. Der Prozessventil- positionierer besitzt eine Vorstufe zum Wandeln eines elektrischen Ansteuersignals in einen Vorfluiddruck. Der Vorfluiddruck wiederum reguliert eine Fluidventilanordnung. Die Fluidventilanordnung regelt die Fluidzufuhr eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators zum Betreiben eines Stellventils. Die Fluidventile der Anordnung sind mittels eines Schafts mechanisch miteinander gekoppelt. Eine Druckentlastung reduziert die Schaltkräfte, sodass mit wenig Vordruck ein sicheres Schalten ermöglicht wird.
Stellungsregler, die zum Abgeben von pneumatischen Stellsignalen mit hohem Druck und hohen Volumina, beispielsweise für große Stellantriebe, vorgesehen sind, sind erfahrungsgemäß anfällig gegenüber Störgrößen. Zudem hat sich gezeigt, dass das Regelverhalten derartiger Stellungsregler, etwa unter ungünstigen Prozessbedingungen oder bei suboptimaler Dimensionierung, zum Aufschwingen neigt. Wenn beispielsweise ausgehend von einem sehr kleinen Volumenstrom eines elektropneumatischen Wandlers eine große Verstärkung vorgenommen wird, können die Federkonstanten und Reibungen im System ein unerwünschtes Eigenverhalten zur Folge haben. Zum direkten schalten hoher Stellkräfte bedarf der elektropneumatische Wandler einer entsprechend hohen Leistung, was in der Regel mit einer Zweileitertechnik und Ex i Anforderungen nicht vereinbar ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektropneumatischen Stellungsregler und/oder ein Stellgerät bereit zu stellen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere eine schnelle, großvolumige und präzise Druckluftversorgung für Stellantriebe, insbesondere bei großen Stelldrücken, gewährleistet. Diese Aufgabe lösen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens eine Verstärkerstufe, wie eine Vorstufe und/oder eine Hauptstufe, mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker, an der ein von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellter Steuerdruck anliegt. Insbesondere liegt der Steuerdruck, insbesondere der Vorsteuerdruck, an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe an. Es ist denkbar, dass der elektropneumatische Wandler nur eine einzige Verstärkerstufe, d. h. nur eine Hauptstufe, aufweist. Dabei kann der für den pneumatischen Verstärker der Hauptstufe eingestellte Vorsteuerdruck dem von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellten Vorsteuerdruck entsprechen oder anders gesagt unmittelbar durch den elektropneumatischen Wandler eingestellt sein. Optional kann der elektropneumatische Stellungsregler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mehrere, beispielsweise zwei, insbesondere kaskadierte, Verstärkerstufen einschließlich einer Vorstufe und einer Hauptstufe umfassen, wobei vorzugsweise der von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellte Kaskadendruck an der Vorstufe anliegt und/oder der Vorsteuerdruck an der Hauptstufe anliegt. Insbesondere stellt die Vorsteuerstufe den Vorsteuerdruck für die Hauptstufe mittels des vom elektropneumatischen Wandler bereitgestellten Drucks ein. Ein elektropneumatischer Wandler kann ein Ventil mit einem piezoelektrischen oder elektromagnetischen Aktor zum Betätigen dieses Ventils, insbesondere eines Nadelventils, vorzugsweise mit sehr geringem maximalen Volumenstrom, umfassen. Vorzugsweise umfasst der elektropneumatische Stellungsregler eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den elektropneumatischen Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe, insbesondere den Versorgungseingang des pneumatischen Verstärkers oder die Versorgungseingänge der pneumatischen Verstärker, zum Verbinden mit der Pneumatikquelle. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, einem pneumatischen Stellantrieb ein pneumatisches Stellsignal bereitzustellen. Insbesondere ist der Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, ein vorzugsweise elektrisches und/oder digitales Leitsignal von einer übergeordneten Leiteinrichtung, wie einer zentralen Leitwarte einer prozesstechnischen Anlage, zu empfangen und das pneumatische Stellsignal auf Basis des Leitsignals zu erzeugen. Zusätzlich kann der elektropneumatische Stellungsregler vorzugsweise wenigstens ein Messsignal betreffend wenigstens eine Stör- oder Prozessgröße, wie eine Ist-Stellung eines Stellventils und/oder ein Ist-Druck, für die Erzeugung des pneumatischen Stellsignals berücksichtigen.
Ein elektropneumatischer Wandler realisiert eine elektropneumatische Komponente eines Stellungsreglers. Ein elektropneumatischer Wandler ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, einen Wandlerdruck abhängig von einem elektrischen Signal einzustellen. Vorzugsweise ist ein elektropneumatischer Wandler dazu ausgelegt und eingerichtet, den Wandlerdruck ausgehend von einerseits einer Pneumatikquelle, die ein unter Druck stehendes Pneumatikmedium, wie Umgebungsluft, Stickstoff, oder dergleichen, bei einem Versorgungsdruck bereitstellt, und andererseits einer Pneumatiksenke, wie der Atmosphäre, die einen Referenzdruck, beispielsweise entsprechend dem Umgebungsdruck, definiert, einzustellen. Weiter bevorzugt ist ein elektropneumatischer Wandler dazu eingerichtet, den Wandlerdruck unter Berücksichtigung eines, insbesondere analogen oder digitalen, elektrischen Signals, wie ein Stromsignal oder ein Spannungssignal, einzustellen. Beispielsweise kann der elektropneumatische Wandler als Strom-Druck-Wandler realisiert sein und insbesondere den Wandlerdruck proportional zu oder allgemein gemäß einer Regelungsfunktion einem Stromsignal einstellen. Der elektropneumatische Wandler ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, an einem Wirkeingang oder Wirkausgang den Wandlerdruck für wenigstens eine andere Pneumatikkomponente, wie einen pneumatischen Verstärker bereitzustellen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein elektropneumatischer Wandler zum einstellbaren Verschließen einer Öffnung einer durch eine Pneumatikquelle gespeisten Pneumatikleitung gegenüber der etwa als Atmosphäre realisierten Drucksenke eingerichtet ist, um den Wandlerdruck am Übergang dieser Pneumatikleitung zum Wandler einzustellen, wobei vorzugsweise zwischen dem Übergang und der Pneumatikquelle eine Drossel oder ähnliches in der Pneumatikleitung vorgesehen ist. Vorzugsweise stellt ein elektropneumatischer Wandler einen Wandlerdruck mit sehr geringem Volumenstrom bereit.
Als pneumatischer Verstärker kann im Allgemeinen eine Pneumatikkomponente, die vorzugsweise frei von einer Elektronik ausgeführt ist, bezeichnet sein. Ein pneumatischer Verstärker ist vorzugsweise dazu ausgelegt und eingerichtet, einen verstärkten Ausgangsdruck und/oder einen verstärkten Ausgangsvolumenstrom abhängig von einem pneumatischen Steuerdruck einzustellen, der vorzugsweise als Vorsteuerdruck bezeichnet sein kann. Es ist denkbar, mehrere pneumatische Verstärker mit derselben Pneumatikquelle zu verbinden. Pneumatische Verstärker können insbesondere invertiert parallel und/oder in Reihe geschaltet mit einer Pneumatikquelle verbunden sein. Ein pneumatischer Verstärker kann einen pneumatischen Steuereingang zum Empfangen des pneumatischen Steuerdrucks, einen mit einer Pneumatikquelle zur Versorgung mit Pneumatikmedium verbindbaren Versorgungseingang (Verstärkereingang) und einen Verstärkerausgang zum Abgeben von Pneumatikmedium mit verstärktem Ausgangsdruck und/oder verstärktem Ausgangsvolumenstrom haben. Der bzw. das von dem pneumatischen Verstärker maximal abgebbare verstärkte Ausgangsdruck und/oder verstärkte Ausgangsvolumenstrom ist im Allgemeinen beschränkt durch den am Versorgungseingang bereitstehenden Versorgungsdruck des Pneumatikmediums und durch die konstruktive Ausgestaltung des pneumatischen Verstärkers. Der Fachmann versteht, dass der Begriff „Verstärkung“ im Allgemeinen eine Relation zu dem pneumatischen Steuerdruck am pneumatischen Steuereingang des pneumatischen Verstärkers bezeichnet. Mehrere pneumatische Verstärker, insbesondere verschiedener Verstärkerstufen, eines Stellungsreglers können an ihrem jeweiligen Versorgungseingang mit derselben Pneumatikquelle verbunden sein, und insbesondere mit Pneumatikmedium bei demselben Versorgungsdruck versorgt zu sein. Ein pneumatischer Verstärker kann beispielsweise als pneumatisch betätigtes Doppelkegelventil ausgeführt sein. Bei einem elektropneumatischen Stellungsregler mit mehreren pneumatischen Verstärkern kann es bevorzugt sein, dass mehrere, insbesondere alle pneumatischen Verstärker jeweils als, insbesondere einfachwirkendes, pneumatisch betätigtes Doppelkegelventil ausgeführt sind.
Eine Verstärkerstufe kann beispielsweise einen Teil eines Stellungsreglers bezeichnen, in dem durch wenigstens einen pneumatischen Verstärker ein verstärkter Ausgangsdruck und/oder ein verstärktes Ausgangsvolumen ausgehend von einem Vorsteuersignal, insbesondere einem pneumatischen Vorsteuersignal, bereitgestellt wird. Innerhalb einer Verstärkerstufe können mehrere pneumatische Verstärker mit parallel geschalteten Versorgungseingängen vorgesehen sein. Mehrere pneumatische Verstärker derselben Verstärkerstufe können an ihrem jeweiligen Steuereingang insbesondere mit dem gleichen Steuersignal beaufschlagt sein. Ein Stellungsregler kann mehrere insbesondere kaskadenartig gekoppelte Verstärkerstufen umfassen, wobei eine erste Stufe als Vorstufe und eine zweite Stufe als Hauptstufe bezeichnet sein kann. Sind mehrere pneumatische Verstärker in verschiedenen kaskadierten Verstärkerstufen vorgesehen, ist typischerweise der Verstärkerausgang eines ersten pneumatischen Verstärkers mit dem Steuereingang eines zweiten pneumatischen Verstärkers der sukzessive nächsten Verstärkerstufe verbunden. Beispielsweise ist der Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Hauptstufe mit dem Verstärkerausgang es pneumatischen Verstärkers der Vorstufe verbunden. Bei Stellungsreglern mit mehreren Verstärkerstufen sind die pneumatischen Verstärker der unterschiedlichen Stufen vorzugsweise konstruktiv für verschiedene, insbesondere sukzessive steigende, maximal abgebbare verstärkte Ausgangsdrücke und/oder verstärkte Ausgangsvolumenströme eingerichtet, insbesondere aufeinander abgestimmt. Der Vorsteuerdruck am Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers eines Systems mit mehreren kaskadierten Verstärkerstufen kann als Kaskadendruck bezeichnet sein.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen Drucksensor zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Vorsteuerdrucks. Vorzugsweise ist der insbesondere erste oder zweite Drucksensor des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dazu ausgelegt und eingerichtet den Steuerdruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang wenigstens eines pneumatischen Verstärkers der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, zu erfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige Verstärkerstufe umfasst und der Drucksensor dazu ausgelegt und eingerichtet ist, den Steuerdruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang des wenigstens einen pneumatischen Verstärkers der einzigen Verstärkerstufe zu erfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung stellt der elektropneumatische Wandler den Steuerdruck, insbesondere den Vorsteuerdruck ein. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Wandler insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang des wenigstens einen pneumatischen Verstärkers angebunden, dass der Wandlerdruck dem Steuerdruck entspricht. Beispielsweise kann der Steuereingang unmittelbar verbunden sein mit dem einem Wirkeingang oder -ausgang des elektropneumatischen Wandlers. Vorzugsweise ist eine pneumatischen Verbindungsleitung zwischen dem elektropneumatischen Wandler und der mit dem Steuerdruck beaufschlagen Steuerstufe frei von einer Druckreduktions- Pneumatikkomponente, wie einer Drossel. Ohne Drossel ist das Eingangsverhalten des Verstärkers besonders dynamisch. Alternativ ist die pneumatischen Verbindungsleitung zwischen dem elektropneumatischen Wandler und der mit dem Steuerdruck beaufschlagen Steuerstufe mit einer Druckreduktions-Pneumatikkomponente, wie einer Drossel, ausgestattet. Mit einer Drossel ist das Eingangsverhalten des Verstärkers gedämpft.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung umfasst der elektropneumatische Wandler eine Vorstufe, die einen Vorverstärker aufweist, und eine Hauptstufe, die wenigstens einen weiteren pneumatischen Verstärker aufweist. Die Vorstufe stellt den Steuerdruck als Vorsteuerdruck für die Hauptstufe ein. Vorzugsweise entspricht der Vorsteuerduck dem verstärkten Ausgangsdruck am Verstärkerausgang des Vorverstärkers. Insbesondere ist der elektropneumatische Wandler mittelbar, insbesondere über die Vorstufe, mit dem Steuereingang der Hauptstufe verbunden. Vorzugsweise ist der elektropneumatische Wandler insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang des Vorverstärkers angebunden, dass der Wandlerdruck dem Steuerdruck des Vorverstärkers entspricht und der Verstärkerausgang insbesondere unmittelbar derart an den Steuereingang wenigstens eines Hauptstufenverstärkers angebunden, dass der verstärkte Ausgangsdruck des Vorverstärkers dem Vorsteuerdruck entspricht. Beispielsweise kann der Steuereingang des wenigstens einen Verstärkers der Hauptstufe unmittelbar verbunden sein mit dem Verstärkerausgang des Vorverstärkers. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der anderen bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung stellt der elektropneumatische Wandler einen Kaskadendruck als weiteren Steuerdruck für die Vorstufe ein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens zwei Verstärkerstufen. Die zwei Verstärkerstufen sind in Reihe geschaltet. Der elektropneumatische Stellungsregler kann optional weitere insbesondere in Reihe geschaltete Verstärkerstufen aufweisen. Die Verstärkerstufen umfassen eine Vorstufe mit einem ersten pneumatischen Verstärker, der als Vorverstärker bezeichnet sein kann. An der Vorstufe liegt ein von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellter Kaskadendruck an. Insbesondere liegt der Vorsteuerdruck an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers der Vorstufe an. Die Verstärkerstufen umfassen eine Hauptstufe mit wenigstens einem zweiten pneumatischen Verstärker. An der Hauptstufe liegt ein von der Vorsteuerstufe, insbesondere dem ersten pneumatischen Verstärker, eingestellter Vorsteuerdruck an. Insbesondere liegt der Vorsteuerdruck an einem Steuereingang des pneumatischen Verstärkers insbesondere der Hauptstufe an. Vorzugsweise umfasst der elektropneumatische Stellungsregler eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den elektropneumatischen Wandler als auch die wenigstens zwei Verstärkerstufen, insbesondere die Versorgungseingänge der pneumatischen Verstärker der verschiedenen Verstärkerstufen, zum Verbinden mit der Pneumatikquelle.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen Drucksensor zum Erfassen des Kaskadendrucks. Vorzugsweise ist der insbesondere erste oder zweite Drucksensor des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dazu ausgelegt und eingerichtet, den Kaskadendruck insbesondere unmittelbar am pneumatischen Steuereingang des pneumatischen Vorverstärkers zu erfassen. Bei einer bevorzugten Ausführung des elektropneumatische Stellungsreglers, die den ersten und den zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert, umfasst der Stellungsregler einen ersten Drucksensor zum Erfassen des Kaskadendrucks und einen zweiten Drucksensor zum Erfassen des Vorsteuerdrucks. Optional kann der elektropneumatische Stellungsregler wenigstens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen von Drücken im oder am elektropneumatischen Stellungsregler umfassen.
Mithilfe einen Drucksensors zum Erfassen des Steuerdrucks kann der elektropneumatische Stellungsregler kürzere Regelzeiten und/oder kleinere Regeltoleranzen realisieren, als ein konventioneller elektropneumatischer Stellungsregler mit einer oder mehreren Verstärkerstufen. Mithilfe des wenigstens einen Drucksensors können Störungen der Verstärkerstufe oder Verstärkerstufen verlässlich und frühzeitig erkannt werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten. Insbesondere kann mithilfe des wenigstens einen Steuerdrucksensors unerwünschtes Eigenverhalten unterbunden werden. Dabei kann es ausreichend oder aus Kostengründen bevorzugt sein, nur einen Drucksensor für entweder den Kaskadendruck oder den Vorsteuerdruck vorzusehen. Alternativ kann es bevorzugt sein, insbesondere für eine besonders präzise und/oder robuste Regelgüte, mehrere Steuerdrucksensoren in verschiedenen Verstärkerstufen des elektropneumatischen Stellungsreglers, insbesondere einen Kaskadendruck-Sensor und wenigstens einen Vorsteuerdruck-Sensor, vorzusehen.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, ist ein elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer petrochemischen Anlage, eines Kraftwerks, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, insbesondere einer Brauerei, oder dergleichen vorgesehen.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler und wenigstens eine Verstärkerstufe. Die wenigstens eine Verstärkerstufe des pneumatischen Stellantriebs umfasst einen ersten pneumatischen Verstärker zum Bereitstellen eines ersten Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb. Dieselbe wenigstens eine Verstärkerstufe umfasst ferner einen zweiten pneumatischen Verstärker zum Bereitstellen eines zweiten Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb. Insbesondere weist der elektropneumatische Stellungsregler eine Hauptstufe auf, die sowohl den ersten als auch den zweiten pneumatischen Verstärker umfasst.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass am ersten pneumatischen Verstärker und am zweiten pneumatischen Verstärker der gleiche, insbesondere derselbe, von dem elektropneumatischen Wandler bereitgestellte Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, anliegt, und dass der erste und der zweite pneumatische Verstärker frei von einer mechanischen Kopplung sind. Vorzugsweise sind sowohl der Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers als auch der Steuereingang des zweiten pneumatischen Verstärkers mit demselben Steuerdruck beaufschlagt. Vorzugsweise sind der Steuereingang des ersten pneumatischen Verstärkers und der Steuereingang des zweiten pneumatischen Verstärkers fluidisch miteinander verbunden, sodass insbesondere ein Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Steuereingang gewährleistet ist. Der erste pneumatischer Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker enthalten vorzugsweise jeweils individuelle bewegliche mechanische Komponenten einschließlich beispielsweise Rückstellfeder, Ventilglied, Ventilsitz, Ventilstange, Membran und/oder Teller, sodass sie frei von einer mechanischen Kopplung sind. Die mechanischen Komponenten einerseits des ersten pneumatischen Verstärkers und andererseits des zweiten pneumatischen Verstärkers sind vorzugsweise unabhängig voneinander beweglich. Es sei klar, dass ein starres Gestell und/oder Gehäuse des elektropneumatischen Stellungsreglers sowohl den ersten als auch den zweiten pneumatischen Verstärker tragen kann. Der erste pneumatischer Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker sind pneumatisch jedoch nicht mechanisch mit einander gekoppelt.
Eine pneumatische Kopplung hat gegenüber einer mechanischen Kopplung den Vorteil, dass bei Verwendung mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb mit zwei entgegengesetzt wirkenden Pneumatikkammern, der jeweilige Stell druck in den beiden Pneumatikkammern des Stellantriebs im Wesentlichen identisch ist und jeweils 50 % des von der vorzugweise selben Pneumatikquelle bereitgestellten Stellantrieb- Zuluftdrucks beträgt. Dadurch wird das pneumatische System steifer und weniger anfällig gegenüber Störgrößen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung, sowie optional zusätzlich dem ersten Aspekt der Erfindung, weist der erste Verstärker ein Belüftungsventil zum Bereitstellen des Stelldrucks an den pneumatischen Stellantrieb auf. Optional können der erste pneumatische Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker je ein Belüftungsventil zum Bereitstellen des jeweiligen Stelldrucks an den pneumatischen Stellantrieb aufweisen. Der erste Verstärker weist ferner ein Entlüftungsventil zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, auf. Optional können sowohl der erste als auch der zweite pneumatische Verstärker je ein Entlüftungsventil zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, aufweisen. Vorzugsweise sind der erste Verstärker der zweite Verstärker derart pneumatisch gekoppelt, dass in einem ersten Stellzustand bei einem ersten pneumatischen Steuersignal der erste Verstärker mittels seines Belüftungsventils den ersten Stelldruck an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine erste Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, bereitstellt und der zweite Verstärker mittels seines Entlüftungsventil den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine zweite Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, entlüftet. Alternativ oder zusätzlich sind der erste Verstärker und der zweite Verstärker derart pneumatisch gekoppelt, dass in einem zweiten Stellzustand bei einem zweiten pneumatischen Steuersignal der zweite Verstärker mittels seines Belüftungsventils den zweiten Stelldruck an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere die zweite Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, bereitstellt und der erste Verstärker mittels seines Entlüftungsventil den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere die erste Pneumatikkammer des pneumatischen Stellantriebs, entlüftet.
Bei einer Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers ist bzw. sind der erste pneumatischer Verstärker sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker dazu ausgelegt und eingerichtet, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten mittleren Druckniveau, insbesondere zwischen einem ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwert und einem zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwert, einen Verblockzustand einzunehmen, in dem das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil geschlossen sind. Das mittlere Druckniveau kann als neutrales Druckniveau bezeichnet sein. Das neutrale Druckniveau ist vorzugsweise durch einen ersten und einen zweiten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert festgelegt. Vorzugsweise liegt das neutrale Druckniveau zwischen einem Absenk-Druckniveau und einem Hebe-Druckniveau.
Alternativ oder zusätzlich ist der erste pneumatischer Verstärker, bei einer anderen Weiterbildung dazu ausgelegt und eingerichtet, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten niedrigen Druckniveau, insbesondere unterhalb eines ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwerts, einen Absenkzustand einzunehmen. In dem Absenkzustand ist das Entlüftungsventil des ersten pneumatischen Verstärkers geöffnet und dessen Belüftungsventil geschlossen. Insbesondere ist in dem Absenkzustand das Entlüftungsventil des zweiten pneumatischen Verstärkers geschlossen und dessen Belüftungsventil geöffnet. Das niedrige Druckniveau kann als Absenk-Druckniveau bezeichnet werden. Das Absenk- Druckniveau ist vorzugsweise durch einen ersten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert begrenzt. Weiter alternativ oder zusätzlich ist der elektropneumatischer Stellungsregler dergestalt, dass der erste pneumatischer Verstärker dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck, mit einem vorbestimmten hohen Druckniveau, insbesondere oberhalb eines zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwerts, einen Hebezustand einzunehmen. In dem Hebezustand ist das Entlüftungsventil des ersten pneumatischen Verstärkers geschlossen und dessen Belüftungsventil geöffnet ist. Insbesondere ist in dem Hebezustand das Entlüftungsventil des zweiten pneumatischen Verstärkers geöffnet und dessen Belüftungsventil geschlossen. Das hohe Druckniveau kann als Hebe-Druckniveau bezeichnet werden. Das Hebe-Druckniveau ist vorzugsweise durch einen zweiten insbesondere konstruktiv vorbestimmten Druckschwellwert begrenzt.
Eine Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung zum Abgeben wenigstens eines Stelldrucks für den pneumatischen Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfasst eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Steuersignal für den elektropneumatischen Wandler zu erzeugen, damit der elektropneumatische Wandler den wenigstens einen pneumatischen Verstärker zum Abgeben des Stelldrucks veranlasst. Die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik ist ferner zur Modulation des elektrische Steuersignals für den elektropneumatischen Wandler basierend auf der Messung des Drucksensors, insbesondere des ersten Drucksensors zum Erfassen des Vorsteuerdrucks und/oder des zweiten Drucksensors zum Erfassen des Kaskadendrucks, eingerichtet.
Vorzugsweise ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, ein pneumatisches Stellsignal für wenigstens einen pneumatischen Stellantrieb auf Basis eines Leitsignals zu Erzeugen und das pneumatische Stellsignal auf Basis der Messung des wenigstens einen Drucksensors, insbesondere des ersten Drucksensors, der den Vorsteuerdruck erfasst, und/oder des zweiten Drucksensors, der den Kaskadendruck erfasst, zu modulieren. Beispielsweise kann der elektropneumatische Stellungsregler mit einer PID-Regelung zum Bestimmen des pneumatischen Stellsignals ausgestattet sein, wobei der I-Anteil, der P-Anteil und/oder der D-Anteil der Regelung in Abhängigkeit von dem Messsignal des wenigstens einen Drucksensors angepasst oder bestimmt wird. Bevorzugt ist der elektropneumatische Stellungsregler dazu ausgelegt und eingerichtet, bei der Regelung des übergeordneten Regelkreises, in dem der Stelldruck auf Basis des Leitsignals und wenigstens einer gemessenen Prozessgröße, wie einer Ist-Stellung eines Stellventils, bestimmt wird, zusätzlich einen unterlagerten Pneumatik-Regelkreis, der den Vorsteuerdruck sowie gegebenenfalls den Kaskadendruck enthält, zur Verbesserung der Regelgüte zu berücksichtigen, um zum Beispiel ein Aufschaukeln zu verhindern.
Bei einer Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung umfasst der elektropneumatische Stellungsregler wenigstens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in oder an dem elektropneumatischen Stellungsregler. Der weitere Drucksensor ist vorzugsweise dazu ausgelegt, den ersten Stelldruck, den zweiten Stelldruck oder einen Versorgungsdruck an einem Versorgungseingang des elektropneumatischen Stellungsreglers zu erfassen, der auch als Hauptversorgungseingang bezeichnet sein kann. Der elektropneumatische Stellungsregler kann mehrere weitere Drucksensoren umfassen, um entsprechend viele verschiedene Drücke in oder an dem elektropneumatischen Stellungsregler zu erfassen. Bei einer Kombination dieser und der oben beschriebenen Ausführung mit Steue rungs- und/oder Regelungselektronik kann die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik dazu ausgelegt sein, den oder die Druckmesswerte des wenigstens einen weiteren Drucksensors zur Überwachung und/oder Diagnose des Stellungsreglers zu verarbeiten.
Gemäß einer Ausführung kann der elektropneumatische Stellungsregler ein Gehäuse aufweisen, das wenigstens zwei Kompartimente umfasst. Insbesondere sind in dem ersten Gehäusekompartiment des Stellungsregler-Gehäuses vorzugsweise ausschließlich rein pneumatische Komponenten untergebracht. Eine rein pneumatische Komponente realisiert beispielsweise der wenigstens eine pneumatische Verstärker. Andere Beispiele für rein pneumatische Komponenten sind ein Druckminderer und/oder ein Durchflussbegrenzer. In einem zweiten Gehäusekompartiment des Stellungsregler- Gehäuses sind vorzugsweise ausschließlich elektronische, elektrische und/oder elektropneumatische Komponenten untergebracht, wie der elektropneumatische Wandler, ein Sensor, wie ein Drucksensor, eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik, oder ähnliches. Das erste Kompartiment und das zweite Kompartiment sind in demselben, insbesondere bauteileinheitlichen, Gehäuse des Stellungsreglers angeordnet. Vorzugsweise ist das erste Kompartiment von dem zweiten Kompartiment pneumatisch getrennt, insbesondere durch eine massive Trennwand.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers weist das Stellungsegler-Gehäuse einen Gehäusedeckel auf, der lösbar mit dem Gehäuse verbunden oder verbindbar ist. Es kann bevorzugt sein, dass der Gehäusedeckel in das erste Gehäusekompartiment zumindest teilweise einsetzbar ist, wobei insbesondere der Gehäusedeckel zum Verschließen einer Öffnung, insbesondere gegenüber der Umgebung, wie der Atmosphäre, auf das erste Gehäusekompartiment abgestimmt ist. Der Gehäusedeckel ist vorzugsweise mit der wenigstens einen Verstärkerstufe, insbesondere der Vorstufe und/oder der Hauptstufe, ausgestattet. Vorzugsweise umfasst die pneumatische Trennung des Gehäuses, insbesondere die massive Trennwand, wenigstens eine Schnittstelle zum pneumatischen Koppeln der deckelseitigen pneumatischen Komponenten, insbesondere der Verstärkerstufe, an elektropneumatische Komponenten in dem zweiten Gehäusekompartiment.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des elektropneumatischen Stellungsreglers umfasst dieser wenigstens eine Zünddurchschlagsperre, vorzugsweise mehrere Zünddurchschlagsperren, insbesondere einen Sinterfilter, in einer Pneumatikleitung. Beispielsweise kann eine Zünddurchschlagsperre vorgesehen sein in wenigstens einer dem elektropneumatischen Wandler zugeordneten Pneumatikleitung, insbesondere einer dem Wirkeingang zugeordneten Pneumatikleitung oder einer dem Wirkausgang zugeordneten Pneumatikleitung. Alternativ oder zusätzlich kann in wenigstens einer Pneumatikleitung, die einem Drucksensor, insbesondere dem ersten Drucksensor, dem zweiten Drucksensor und/oder optional einem jeweiligen weiteren Drucksensor, zugeordnet ist, eine Zünddurchschlagsperre angeordnet sein.
Erfindungsgemäß kann ein Stellgerät vorgesehen sein, das einen pneumatischen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung umfasst. Der pneumatische Stellantrieb des erfindungsgemäßen Stellgeräts ist mit dem elektropneumatischen Stellungsregler zum Empfangen eines durch den elektropneumatischen Stellungsregler bereitgestellten verstärkten Ausgangsdruck und/oder einen verstärkten Ausgangsvolumenstrom verbunden.
Bei einer Weiterbildung eines erfindungsmäßen Stellgeräts ist der pneumatische Stellantrieb pneumatisch einfach wirkend, insbesondere mit einer Rückstellfeder, ausgeführt und der elektropneumatische Stellungsregler in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, umfasst nur einen vorzugweise pneumatischen Verstärker. Über die gemeinsame Versorgungsleitung ist vorzugsweise sowohl der elektropneumatische Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe mit der Pneumatikquelle verbunden oder verbindbar.
Bei einer anderen Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts ist der pneumatische Stellantrieb pneumatisch doppeltwirkend ausgeführt und der elektropneumatische Stellungsregler umfasst, insbesondere in der Hauptstufe, genau zwei vorzugsweise pneumatische Verstärker. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts der dritte Aspekt der Erfindung realisiert, wobei der erste pneumatische Verstärker und der zweite pneumatische Verstärker die genau zwei pneumatischen Verstärker der Hauptstufe realisieren. Der pneumatisch doppelt wirkende Stellantrieb umfasst eine erste Pneumatikkammer und eine zweite Pneumatikkammer. Bei einem pneumatischen Stellantrieb mit einer Stellstange oder Stellwelle wirken die erste Pneumatikkammer und die zweite Pneumatikkammer in entgegengesetzter Richtung auf diese Stellstange oder -Welle. Besonders bevorzugt weist das Stellgerät eine gemeinsame Versorgungsleitung für sowohl den Stellantrieb- Zuluftdruck beider Pneumatikkammern als auch zur Versorgung des elektropneumatischen Stellungsreglers aus derselben Pneumatikquelle auf. Über die gemeinsame Versorgungsleitung ist vorzugsweise sowohl der elektropneumatische Wandler als auch die wenigstens eine Verstärkerstufe mit der Pneumatikquelle verbunden oder verbindbar.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
Fig. 1A ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführung einer Pneumatik eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers; Fig. 1B ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführung einer Pneumatik eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers in einem Verblockzustand;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen elektropneumatischen
Stellungsreglers gemäß Figur 2 in einem Hebezustand;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen elektropneumatischen
Stellungsreglers gemäß Figur 3 in einem Absenkzustand;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsregler; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Regelung eines Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsregler.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der Figuren werden zur Vereinfachung der Lesbarkeit dieselben oder ähnliche Komponenten mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
In den nachfolgenden Abbildungen bevorzugter Ausführungen der Erfindung ist ein elektropneumatischer Stellungsregler im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Als Bestandteile umfasst der erfindungsgemäße elektropneumatische Stellungsregler 1 einen elektropneumatischen Wandler 3 und wenigstens eine Verstärkerstufe mit einem pneumatischen Verstärker. Vorzugsweise umfasst der Stellungsregler eine Positionsmesseinrichtung und eine Regeleinrichtung (nicht dargestellt).
Figur 1A zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Pneumatik eines elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit einem elektropneumatischen Wandler 3 und zwei kaskadenartig gekoppelten Verstärkerstufen 4, 6. Die erste Verstärkerstufe 4, die auch als Vorstufe bezeichnet sein kann, ist mit einem Pneumatikverstärker 5 ausgestattet. Die zweite Verstärkerstufe 6 enthält zwei pneumatische Verstärker 7,9. Der Fachmann versteht, dass gemäß einer (nicht abgebildeten) Ausgestaltung die Hauptstufe 6 mit nur einem Pneumatikverstärker, entweder 7 oder 9, ausgestattet sein kann. Ferner versteht der Fachmann, dass bei einer alternativen (nicht abgebildeten) Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektropneumatischen Stellungsreglers, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige Verstärkerstufe umfasst, deren Betätigung entsprechend der Betätigung der abgebildeten Vorstufe 4, wie nachfolgend beschrieben, mittels des Wandlerdrucks erfolgt und die den Stelldruck für einen Pneumatikaktor, wie einem pneumatischen Stellantrieb 110, bereitstellt, wie nachfolgend bezüglich der Hauptstufe 6 beschrieben.
Der elektropneumatische Stellungsregler 1 wird mit Druckluft oder einem anderen Pneumatikmedium von einer Pneumatikquelle 101 versorgt. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 hat einen Hauptversorgungseingang 10 zum Anschließen an eine Pneumatikquelle 101. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst eine Versorgungsleitung 11, durch die das Pneumatikmedium den pneumatischen bzw. elektropneumatischen Funktionskomponenten des Stellungsreglers 1 bereitgestellt wird. Die Versorgungsleitung 11 führt in die erste Verstärkerstufe 4 und ist an den Versorgungseingang 51 des Vorverstärkers 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 11 führt in die Hauptstufe 6 hinein. In der Hauptstufe 6 ist die pneumatische Versorgungsleitung 11 an den Versorgungseingang 71 des ersten Pneumatikverstärkers 7 sowie den Versorgungseingang 91 des zweiten Pneumatikverstärkers 9 angebunden. Durch die Versorgungsleitung 11 wird auch der elektropneumatische Wandler 3 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit dem Pneumatikmedium versorgt. Der elektropneumatische Wandler 3 ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Steuersignal zu empfangen, und einen zum elektrischen Steuersignal korrespondierenden Steuerdruck für wenigstens einen mit dem elektropneumatischen Wandler 3 wirkverbundenen Pneumatikverstärker bereitzustellen.
Bei der in Figur 1A abgebildeten Ausführung ist der elektropneumatische Wandler 3 als analoger Strom-Druck-Wandler realisiert, der beispielsweise einen Wandlerdruck proportional zu einem Stromsignal einstellt. Der elektropneumatische Wandler ist in der abgebildeten Ausführung an seinem pneumatischen Wirkeingang 31 über die Versorgungsleitung 11 mit der Pneumatikquelle 101 verbunden und hat andererseits einen Pneumatikausgang, der mit einer Pneumatiksenke (hier: der Atmosphäre 109) verbunden ist.
Bei der in Figur 1A dargestellten Ausführung sind zwischen dem Wirkeingang 31 des elektropneumatischen Wandlers 3 und der Pneumatikquelle 101 ein Durchflussbegrenzer 32 und ein Druckminderer 30 vorgesehen. Der elektropneumatische Wandler 3 ist derart mit dem pneumatischen Vorverstärker 5 verbunden, dass der am Wirkeingang 31 anliegende Wandlerdruck dem am Steuereingang 33 des Vorverstärkers 5 anliegenden Steuerdruck (hier: Kaskadendruck) entspricht.
Der elektropneumatische Wandler 3 stellt den Wandlerdruck am Wirkeingang 31 entsprechend dem elektrischen Steuersignal ein, indem ausgehend vom für den elektropneumatischen Wandler 3 durch den Druckminderer 30 und den Durchlassbegrenzer 32 bereitgestellten Pneumatikmedium eine selektive Entlüftung zur Drucksenke erfolgt. Wenn der elektropneumatische Wandler 3, wie abgebildet, als analoger elektropneumatischer Wandler realisiert ist, kann die selektive Entlüftung beispielsweise durch eine getaktete (beispielsweise pulsweitenmodulierte) Betätigung des Wandlers, also durch getaktetes Öffnen des Wandlers, erfolgen. Die Taktung kann beispielsweise konstant sein und jeder Takt sich aus einer Schließdauer und einer Öffnungsdauer zusammensetzen. Bei konstanter Taktung hat die Summe von Schließdauer und Öffnungsdauer stets die gleiche Länge. Mittels des elektrischen Signals sind die Länge der Schließ- und Öffnungsdauer variierbar. Eine relativ lange Öffnungsdauer bewirkt dann einen niedrigen Wandlerdruck am Wirkeingang, gegebenenfalls entsprechend oder nahe dem Druck der Drucksenke. Eine relativ lange Schließdauer Takt bewirkt einen Wandlerdruck am Wirkeingang näher am maximal möglichen Steuerdruck, welcher vorzugsweise durch den Druckminderer 30 definiert ist. Wenn der elektropneumatische Wandler kontinuierlich verschlossen ist, entspricht der Wandlerdruck an seinem Wirkeingang 31 dem von der Pneumatikquelle 101 durch den Druckminderer 30 an den elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellten maximalen Steuerdruck. Andere Ausführungen sind denkbar, beispielsweise kann der elektropneumatische Wandler 3 dazu ausgelegt und eingerichtet sein, einen Steuerdruck korrespondierend zum elektrischen Steuersignal beispielsweise gemäß einer Auf/Zu- Funktion bereitzustellen. Bei der abgebildeten Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers i mit zwei Verstärkerstufen 4, 6, kann der Steuerdruck, der vom elektropneumatischen Wandler 3 am Pneumatikverstärker 5 bereitgestellte Steuerdruck, als Kaskadendruck Pc bezeichnet sein.
Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst einen Drucksensor 41 zur Kaskadendruckerfassung. Der vom elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellte Steuerdruck (hier: Kaskadendruck Pc) wird durch diesen Drucksensor 41 erfasst. Der zum Erfassen des Kaskadendrucks Pc eingerichtete Drucksensor 41 kann als Kaskadendrucksensor bezeichnet sein. Bei der nicht dargestellten oben erwähnten Ausführung mit nur einer Verstärkerstufe wurde der elektropneumatische Wandler 3 unmittelbar den Wandlerdruck als Steuerdruck für diese nur eine einzige Verstärkerstufe bereitstellen, der als Vorsteuerdruck bezeichnet werden könnte (nicht dargestellt).
Bei der in Figur 1A abgebildeten Ausführung ist der Pneumatikverstärker 5 der ersten Verstärkerstufe 4 mit der Versorgungsleitung 11 verbunden, um am Versorgungseingang 51 das Pneumatikmedium von der Pneumatikquelle 101 (vgl. Fig. 5) bereitgestellt zu bekommen. Der pneumatische Steuereingang 53 des Pneumatikverstärkers 5 ist mit dem elektropneumatischen Wandler 3 zum Empfangen des pneumatischen Steuersignals verbunden. Der Vorverstärker 5 empfängt an seinem Steuereingang 53 den Kaskadendruck Pc. Der Pneumatikverstärker 5 ist in der ersten Verstärkerstufe 4 durch seinen Verstärkerausgang 59 verbunden mit einem zur Drucksenke, insbesondere der Atmosphäre 109, durch einen weiteren Druckminderer 50 und einen weiteren Durchflussbegrenzer 52 entlüftende Pneumatikleitung 15. Der Pneumatikverstärker 5 stellt an seinem Verstärkerausgang 59 einen Steuerdruck für die Hauptstufe 6 bereit, der als Vorsteuerdruck Pp bezeichnet sein kann. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 umfasst einen Drucksensor 61 zur Vorsteuerdruckerfassung. Der Vorverstärker 6 ist mit einem Drucksensor 61 zum Erfassen des Steuerdrucks Pp am Verstärkerausgang 59 des Pneumatikverstärkers 5 verbunden.
Der Pneumatikverstärker 5 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, an seinem Verstärkerausgang 59 einen Vorsteuerdruck PP bereitzustellen, der aus dem Pneumatikdruck der Pneumatikquelle 101 gespeist und abhängig von dem Kaskadendruck Pc eingestellt ist. Wie anhand der Figuren 2-5 nachfolgend im Detail erläutert, ist der pneumatische Vorverstärker 5 realisiert durch ein pneumatisch betätigtes Ventil mit Federrückstellung. Dir Rückstellkraft der Federrückstellung wirkt dem Kaskadendruck Pc am pneumatischen Steuereingang 53 entgegen, um eine Öffnungsweite des Pneumatikverstärkers 5 einzustellen.
Die zweite Verstärkerstufe empfängt aus der Versorgungsleitung 11 das Pneumatikmedium von der Pneumatikquelle 101. Eine Steuerleitung 16 ist mit dem Verstärkerausgang 59 des pneumatischen Verstärkers 5 der Vorstufe 4 verbunden. Die Steuerleitung 16 ist mit dem pneumatischen Steuereingang 73 des ersten Pneumatikverstärkers 7 und dem pneumatischen Steuereingang 93 des zweiten Pneumatikverstärkers 9 verbunden. An den Versorgungseingang 71 des ersten Verstärkers 7 wie auch an den Versorgungseingang 91 des zweiten Verstärkers 9 der Hauptstufe 6 ist die pneumatische Versorgungsleitung 11 angeschlossen. Der Verstärkerausgang 79 des ersten Verstärkers 7 der Hauptstufe 6 ist verbunden mit einem ersten Stelldruck-Ausgang 17 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 zum Versorgen einer ersten Pneumatikkammer oder Antriebskammer eines Stellaktors 110 mit dem ersten Stelldruck Yi. Der Verstärkerausgang 99 des zweiten Verstärkers 9 der Hauptstufe 6 ist verbunden mit einem zweiten Stelldruck-Ausgang 19 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 zum Versorgen einer zweiten Pneumatikkammer des Stellaktors 110 mit dem zweiten St eil druck Y2. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 kann einen oder mehrere weitere Drucksensoren 72, 92 an dem oder den Verstärkerausgängen 79, 99 zum Erfassen des dort bereitgestellten Stelldrucks Yi bzw. Y2 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der elektropneumatische Stellungsregler 1 noch einen weiteren Drucksensor 12 zum Erfassen des Versorgungsdrucks Ps in der Versorgungsleitung 11.
Die Pneumatikverstärker 7, 9 oder der Pneumatikverstärker der Hauptstufe 6 sind im Wesentlichen entsprechend dem oben beschriebenen Verstärker 5 der Vorstufe 4 ausgebildet. Es kann zweckmäßig sein, dass die Pneumatikverstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 für signifikant größere Durchflussvolumina ausgelegt sind als der Verstärker 5 der Vorstufe 4 und der elektropneumatische Wandler 3. Beispielsweise kann der Vorverstärker 5 für Durchflussvolumina ausgelegt sein, die wenigstens 10-mal, vorzugsweise 100-mal größer sind als das betriebsgemäße Nenn-Durchflussvolumen des elektropneumatischen Wandlers 3. Weiter alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Nenn-Durchflussvolumen der Hauptstufenverstärker 7, 9 wenigstens 10- mal, vorzugsweise wenigstens 100-mal, größer sind als das Nenn-Durchflussvolumen des pneumatischen Vorverstärkers 5. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Hauptstufenverstärker 7, 9 gleich groß dimensioniert, insbesondere baugleich, sind. Es sei klar, dass ein erfindungsgemäßer elektropneumatischer Stellungsregler alternativ zu der abgebildeten Ausführung mehr als zwei pneumatische Verstärkerstufen, die kaskadiert miteinander gekoppelt sind, umfassen kann. Ferner versteht der Fachmann, dass bei einer spezifischen Ausführung gemäß dem ersten und/oder dritten Aspekt der Erfindung der elektropneumatische Stellungsregler nur eine einzige pneumatische Verstärkerstufe aufweist (nicht abgebildet). In dieser Ausführung wäre der vom elektropneumatischen Wandler 3 bereitgestellte Wandler- und Steuerdruck unmittelbar an den pneumatischen Steuereingang 73 und/oder 93 des Pneumatikverstärkers 7 oder 9 oder der einzigen Verstärkerstufe 6 ohne zwischengeschaltete Vorstufe 4 angebunden. Dank der erfindungsgemäßen Ausführung eines elektropneumatischen Stellungsreglers mit einer oder mehreren pneumatischen Verstärkerstufen kann ein pneumatischer Stelldruck Yi und/oder Y2 für einen pneumatischen Stellaktor mit einem großen Volumenstrom und hohem Steuerdruck bereitgestellt werden. Dabei ist der elektropneumatische Stellungsregler 1 zu einer besonders präzisen und robusten Regelbarkeit in der Lage. Es kann besonders bevorzugt sein, dass der Vorverstärker 5 und/oder der wenigstens eine Hauptverstärker 7, 9 frei von einem jeweiligen Druckausgleich ausgefüllt sind. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass entgegen gängigen Vorurteilen, wonach zur stabilen Regelung mit Hilfe eines elektropneumatischen Stellungsreglers Pneumatikverstärker mit Druckausgleich erforderlich wären, unter Ausnutzung der hier offenbarten Bauart, vorzugsweise mit mehreren Verstärkerstufen, eine besonders stabile Regelung auch ohne Druckausgleich des einen und/oder der mehreren, insbesondere aller, pneumatischer Verstärkerkomponenten 5, 7, 9 realisierbar ist.
Figur 1B zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Pneumatik eines elektropneumatischen Stellungsreglers 1 mit einem elektropneumatischen Wandler 3 und zwei kaskadenartig gekoppelten Verstärkerstufen 4, 6. Die erste Verstärkerstufe 4, die auch als Vorstufe bezeichnet sein kann, ist mit einem Pneumatikverstärker 5 ausgestattet. Die zweite Verstärkerstufe 6 enthält zwei pneumatische Verstärker 7,9. Der Aufbau des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 entspricht im Wesentlichen dem in Figur 1A dargestellten Aufbau. Im Unterschied zur Figur 1A ist jedoch in der Ausführungsform der Figur 1B die Baugruppe, welche den weiteren Druckminderer 50, den weiteren Durchflussbegrenzer 52, die entlüftende Pneumatikleitung 15 und die Entlüftungsöffnung 58 umfasst, entfallen.
Ferner ist in der Ausführungsform der Figur 1B der Drucksensor 61 zur Vorsteuerdruckerfassung, z.B. zum Erfassen des Steuerdrucks Pp am Verstärkerausgang 59 des Pneumatikverstärkers 5, entfallen. Anstelle des Drucksensors 61 befindet sich nun eine weitere Leitung 18, welche den Verstärkerausgang 59 des Pneumatikverstärkers 5 mit der Leitung 17 verbindet, insbesondere an einer Stelle zwischen dem Verstärkerausgang 79 (s. z.B. Figur 1A) des ersten Verstärkers 7 der Hauptstufe 6 und dem Drucksensor 72, bzw. dem ersten Stelldruck-Ausgang 17 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1. Vorzugsweise ist an der Leitung 18 eine Druckreduktions- Pneumatikkomponente, wie eine Drossel 77 oder ähnliches vorgesehen, z.B. zur Dämpfung des Verstärkers 7.
Die Ausführungsform der Figur 1B ermöglicht eine Regelung zwischen dem elektropneumatischen Wandler 3 und wenigstens einer Verstärkerstufe, wie eine Vorstufe 4 und/oder eine Hauptstufe 6, insbesondere einer der zwei kaskadenartig gekoppelten Verstärkerstufen 4, 6, mittels dem Drucksensor 41, d.h. ohne den Drucksensor 61. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass das Signal direkt an dem elektropneumatischen Wandler 3 abgegriffen werden kann, was z.B. zu schnelleren Reaktionszeiten und/oder kürzeren Regelzeiten führen kann. Wie oben erwähnt kann der elektropneumatischer Wandler 3 ein Ventil mit einem piezoelektrischen oder elektromagnetischen Aktor zum Betätigen dieses Ventils, insbesondere eines Nadelventils, vorzugsweise mit sehr geringem maximalen Volumenstrom, umfassen. Eine Reaktion des elektropneumatischen Wandlers 3 bzw. des Aktors kann dadurch direkt, sofort und/oder unmittelbar erfassbar bzw. messbar sein, was zu geringeren Verzugszeiten führen kann. Zusätzlich ermöglicht es eine höhere Kreisverstärkung, was zu einer besseren und präziseren Regelung führen kann. Eine "Kreisverstärkung" kann die Verstärkung eines Regelkreises beschreiben, beispielsweise eine Verstärkung, die ein Signal erfährt, wenn es den Regelkreis durchläuft bzw. durchlaufen hat. Der Aufbau gemäß der Ausführungsform der Figur 1B hat nicht nur regelungstechnische Vorteile, sondern sorgt auch dafür, dass eine oder mehrere Komponenten eingespart werden können, was nicht nur Platz, z.B. Bauraum, sparen kann, sondern auch zu weniger Kosten führt, da die Komponenten nicht (mehr) benötigt werden. Beispielsweise kann durch den Aufbau der Figur 1B der Drucksensor 61 und/ oder die Komponenten 15, 50, 52 und 58 eingespart werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, eine Leitung, insbesondere eine Rückführungsleitung, einzusparen, welche beispielsweise einen überschüssigen Druck, beispielsweise den Steuerdruck, insbesondere den Vorsteuerdruck Pp, aus dem Pneumatik raum ableiten, und in einen sicheren Raum (beispielsweise einem sogenannten "Ex d"-Raum; "Explosionsschutz durch Druckentlastung") umleiten kann. Dadurch kann unter anderem auch das Risiko von Explosionen reduziert werden, was zu einer erhöhten Sicherheit beitragen kann. Zudem kann auch ein Filter entfallen, beispielsweise ein Sinterfilter, der beispielsweise Verunreinigungen aus einem Luftstrom entfernt.
Wie im Detail in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, wirken die mehreren Pneumatikverstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 gegenläufig. Der erste Pneumatikverstärker 7 öffnet sein Belüftungsventil 74 bei erhöhtem Vorsteuerdruck PF, insbesondere oberhalb eines ersten Schwellwerts, wohingegen der zweite Pneumatikverstärker 9 sein Entlüftungsventil 95 öffnet. Liegt an den Pneumatikverstärkern 7, 9 ein niedriger Vorsteuerdruck Pp an, insbesondere unterhalb eines zweiten Schwellwerts, der niedriger ist als der erste Schwellwert, so öffnet der erste Pneumatikverstärker 7 sein Entlüftungsventil 75 und der zweite Pneumatikverstärker 9 sein Belüftungsventil 94. Die Pneumatikverstärker 7 und 9 der Hauptstufe 6 sind optional ferner dahingehend ausgestaltet, dass in einem mittleren Druckbereich des Vorsteuerdrucks Pp, insbesondere unterhalb des ersten Schwellenwerts und oberhalb des zweiten Schwellenwerts, sämtliche Belüftungsventile 74, 94 und Entlüftungsventile 75, 95 verschlossen sind, sodass sich ein Verblockzustand einstellt, wie in Figur 2 abgebildet.
Am pneumatischen Steuereingang 53 des Vorverstärkers wirkt ein niedriger Kaskadendruck Pc. Der Kaskadendruck Pc wirkt auf die auf die Steuermembran 151 entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 152. An der Membran 151 ist ein Entlüftungs-Ventilsitz 155 für das Entlüftungsventil 55 des Vorverstärkers 5 gehalten, der durch den Kaskadendruck Pc gegen einen Ventilkegel 156 eines Doppelkegels 150 gedrängt wird. Die Rückstellfeder 152 drängt beide Ventilkegel 153, 156 des Doppelkegels 150 gegen den jeweils korrespondierenden Ventilsitz 154, 155.
Figur 3 zeigt die Verstärkerstufen 4, 6 bei erhöhtem Kaskadendruck Pc und entsprechend erhöhtem Vorsteuerdruck Pp. Der auf die Steuermembran 151 wirkende erhöhte Kaskadendruck Pc hebt mittels des Entlüftungs-Ventilsitzes 155 den Doppelkegel 150 an löst den Belüftungs-Ventilkegel 153 vom Belüftungs-Ventilsitz 154. Der am Versorgungseingang 51 bereitstehende Versorgungsdruck Ps kann durch das geöffnete Belüftungsventil 54 zum Verstärkerausgang 59 kommuniziert werden. Der Verstärkerausgang 59 des Vorverstärkers 5 ist fluidisch mit den Steuereingängen 73, 93 der Pneumatikverstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 verbunden. Das Entlüftungsventil 55 verbleibt verschlossen. Solange der pneumatische Vorverstärker 5 im Belüftungszustand verbleibt, steigt der Vorsteuerdruck Pp zu seinem Maximum hin an, das durch den Versorgungsdruck Ps sowie gegebenenfalls einen Überströmer 50, 52 bestimmt ist. Die Komponenten 50, 52 realisieren einen Überströmer, durch den Umsteuerfehler des Vorverstärkers minimiert werden. Der Überströmer kann beispielsweise einen Druckminderer und/oder einen Durchflussbegrenzer umfassen.
Figur 4 zeigt die Verstärkerstufen 4, 6 bei verringertem Kaskadendruck Pc und entsprechend verringertem Vorsteuerdruck Pp. Wenn ein verringerter Kaskadendruck Pc auf die Steuermembran 151 wirkt, drängt die Rückstellfeder 152 den Belüftungs- Ventilkegel 153 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 154 und schließt das Belüftungsventil 54. Die Steuermembran 150 und der damit verbundene Entlüftungs-Ventilsitz 155 entfernen sich vom Entlüftungs-Ventilkegel 156, sodass der Verstärkerausgang 59 pneumatisch mit einer Entlüftungsöffnung 58 des Pneumatikverstärkers 5 fluidisch verbunden wird. Während der Vorverstärker 5 im Entlüftungszustand ist, wird der Vorsteuerdruck Pp bis hin zum Druck der Drucksenke, beispielsweise der Atmosphäre 109, abgesenkt.
Der Vorsteuerdruck PP liegt an den Steuereingängen 73, 93 der pneumatischen Verstärker 7, 9 der Hauptstufe 6 an. Der erste pneumatische Verstärker 7 hat eine Steuermembran 170, die fest mit einem Entlüftungsventilsitz 175 verbunden ist, der oberhalb eines niedrigen Vorsteuerdrucks Pp gegen den Doppelkegel 170 gedrängt wird und so das Entlüftungsventil 74 schließt. Bei erhöhtem Vorsteuerdruck Pp öffnet der Belüftungs-Ventilkegel 173 den Belüftungs-Ventilsitz 174. Der Verstärkerausgang 79 ist dann in fluidischer Verbindung mit dem Versorgungseingang 71, sodass der erste Stelldruck Yi angehoben wird.
Beim ersten pneumatischen Verstärker 7 der Hauptstufe 6 wird der Entlüftungs- Ventilsitz 175 durch eine Rückstellfeder 172 gegen den Vorsteuerdruck Pp fort vom Entlüftungs-Ventilkegel 176 gedrängt. Eine zweite Rückstellfeder 172' drängt den Belüftungs-Ventilkegel 173 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 174. Durch die zweite Rückstellfeder 172' kann der Doppelkegel 170 gegen den Entlüftungs-Ventilsitz 175 gedrängt werden.
Der zweite pneumatische Verstärker 9 hat eine Steuermembran 191, die über eine Stellstange 191“ mit einem Entlüftungsventilsitz 195 verbunden ist, der ab einem erhöhten Vorsteuerdruck Pp vom Entlüftungs-Ventilkegel 196 abgehoben wird und so das Entlüftungsventil 95 öffnet, wie in Figur 3 dargestellt. Daraufhin wird der zweite Stelldruck Y2 durch Entlüften via der Entlüftungsöffnung 98 an die Drucksenke, wie die Atmosphäre 109, verringert.
Beim zweiten pneumatischen Verstärker 9 der Hauptstufe 6 wird der Entlüftungs- Ventilsitz 194 durch eine Rückstellfeder 192 im Sinne des Vorsteuerdrucks Pp fort vom Entlüftungs-Ventilkegel 196 gedrängt. Entgegen gerichtet zum am Verstärker 9 anliegenden Vorsteuerdruck Pp kann in einer zweiten Arbeitskammer auf die Membran 191 der Versorgungsdruck Ps wirken Eine zweite Rückstellfeder 192' drängt den Belüftungs-Ventilkegel 193 gegen den Belüftungs-Ventilsitz 194. Durch die zweite Rückstellfeder 192' kann der Doppelkegel 190 gegen den Entlüftungs-Ventilsitz 195 gedrängt werden. Umgekehrt wird bei verringertem Vorsteuerdruck Pp durch Öffnen des Belüftungsventils 94 im zweiten Verstärker 9 der zweite Stelldruck Y2 entsprechend dem Versorgungsdruck Ps angehoben und durch Öffnen des Entlüftungsventils 75 im ersten Verstärker 7 der erste Stelldruck Yi auf das Niveau der Drucksenke verringert. Bei niedrigem Vorsteuerdruck Pp wird das Pneumatikmedium vom Verstärkerausgang 79 durch die Entlüftungsöffnung 78 zur Drucksenke entlüftet.
Der in den Figuren 1A-B und 2-4 dargestellte Pneumatik des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 kann zweckmäßigerweise mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb 110 kombiniert sein. In Figur 5 ist ein Stellgerät 100 mit einem doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb 110 und daran angeschlossenen elektropneumatischen Stellungsregler 1 schematisch dargestellt. Der doppelt wirkende pneumatische Stellantrieb 110 hat entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern, von denen eine mit dem ersten Stelldruck Yi und die andere mit dem zweiten Stelldruck Y2 beaufschlagt wird, um durch die Differenz der Stelldrücken Yi, Y2 eine Stellkraft zur Betätigung eines Stellventils 120 bereitzustellen.
Das Stellgerät 100 wird aus einer Pneumatikquelle 101 mit dem Pneumatikmedium versorgt, welche den Hauptversorgungseingang 10 des elektropneumatischen Stellungsreglers 1 speist. Der elektropneumatische Stellungsregler 1 empfängt ein elektrisches Leitsignal xS0n von einer übergeordneten Steuerung- und/oder Regelungseinheit einer prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einer Leitwarte 201. Das Leitsignal repräsentiert einen Soll-Stellwert xS0n für den Stellungsregler 1. Der Soll- Stellwert Xsoii kann beispielsweise eine Soll-Stellung für das Stellventil 120 vorgeben. Das Stellgerät 100 kann mit einem Stellungssensor 130 zum Erfassen einer ist-Stellung des Stellventils 120 als Messsignal XiSt ausgestattet sein.
Wie in Figur 6 schematisch dargestellt, ist der elektropneumatische Stellungsregler 1 dazu ausgelegt und eingerichtet, die Stellwertdifferenz dx zwischen dem ist-Messsignal Xist und dem Soll-Stellwert xS0n zu bestimmen und gemäß einer übergeordneten Regelungsroutine 301 wenigstens einen Soll-Steuerdruck PS0n zur Betätigung des pneumatischen Aktors 110 vorzugeben. Bei dem hier beschriebenen Stellungsregler 1 ist wenigstens ein Drucksensor 41, 61, zum Erfassen eines in dem Stellungsregler 1 generierten Steuerdrucks Pc, Pp für wenigstens eine pneumatische Verstärkerstufe 4, 6 vorgesehen. Der Stellungsregler 1 kann auch noch einen oder mehrere weitere Drucksensoren 12, 72, 92 umfassen, die ein den Versorgungsdruck Ps, ersten Stelldruck Yi und/oder zweiten Stelldruck Y2 repräsentierendes Messsignal Erzeugen können. Der Fachmann kennt zahlreiche gebräuchliche Regelungsroutinen zur Bestimmung eines Soll-Steuerdrucks PS0n für elektropneumatische Stellgeräte 100, beispielsweise nach Art eines PID-Reglers, eines PI-Reglers, eines PD-Reglers oder ähnlichem.
Eine untergeordnete Regelungsroutine 303 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, einen angepassten Soll-Steuerdruck Psoii* auf Basis des Soll-Steuerdrucks PS0n unter Berücksichtigung eines Stellungsregler-internen Steuerdrucks Pp, Pc zu generieren 305. Dazu kann der Kaskadendruck Pc erfasst werden 304 und/oder der Vorsteuerdruck Pp wird erfasst 306. Beispielsweise kann die untergeordnete Regelungsroutine 303 den von der übergeordneten Regelungsroutine 301 bestimmten Soll-Steuerdruck PS0n modifizieren. Alternativ oder zusätzlich können Parameter der übergeordneten Regelungsroutine 301, beispielsweise Gewichtungsfaktoren für ein proportional-, differential- und/oder integral-Regelungselement unter Berücksichtigung des im elektropneumatischen Stellungsregler vorherrschenden Kaskadendrucks Pc und/oder Vorsteuerdrucks Pp angepasst werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein
Bezugszeichen: i elektropneumatischer Stellungsregler
3 elektropneumatischer Wandler
4 Vorstufe
5 Verstärker
6 Hauptstufe
7, 9 Verstärker io Hauptversorgungseingang ii Versorgungsleitung
12 Drucksensor
15-18 Leitung
30 Druckminderer
32 Durchflussbegrenzer
50, 52 Überströmer
33 elektrischer Steuereingang
31 pneumatischer Wirkeingang
41, 61 Drucksensor
51, 71, 91 Versorgungseingang
53, 73, 93 pneumatischer Steuereingang
54, 74, 94 Belüftungsventil
55, 75, 95 Entlüftungsventil
58, 78, 98 Entlüftungs Öffnung
59, 79, 99 Verstärkerausgang
72, 92 Drucksensor
77 Drossel
100 Stellgerät
101 Pneumatikquelle
109 Atmosphäre
110 pneumatischer Stellantrieb
120 Stellventil
130 Stellungssensor
150 Doppelkegel 151 Steuermembran
152 Rückstellfeder
153 Belüftungs-Ventilkegel
154 Belüftungs-Ventilsitz
155 Entlüftungs-Ventilsitz
156 Entlüftungs-Ventilkegel
170. 190 Doppelkegel
171. 191 Steuermembran
191“ Stellstange
172. 192 Rückstellfeder
172', 192' Rückstellfeder
173. 193 Belüftungs-Ventilkegel
174. 194 Belüftungs-Ventilsitz
175. 195 Entlüftungs-Ventilsitz
176. 196 Entlüftungs-Ventilkegel
201 Leitwarte
301 Regelungsroutine
303 untergeordnete Regelungsroutine
304 Kaskadendruck erfassen
305 Steuerdrucks generieren
306 Vorsteuerdruck erfassen
Pp Vorsteuerdruck
Pc Kaskadendruck
Ps Versorgungsdruck
Psoii Soll-Steuerdruck
Psou* angepasster Soll-Steuerdruck
Yi, Y2 Stelldruck
Xist Ist- St eil wert
Xsoii Soll-Stellwert dx Stellwertdifferenz

Claims

Ansprüche:
1. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3), wie ein Strom-Druck-Wandler; wenigstens eine Verstärkerstufe für den pneumatischen Stellantrieb, wie eine Vorstufe (4) und/oder eine Hauptstufe (6), mit wenigstens einem pneumatischen Verstärker (5, 7, 9), an der ein von dem elektropneumatischen Wandler (3) bereitgestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck (Pc), anliegt, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (41, 61) zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks (Pc).
2. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektropneumatischen Wandler (3) den Steuerdruck, insbesondere den Vorsteuerdruck (PP), einstellt.
3. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorstufe (4) umfassend einen Vorverstärker (5) und eine Hauptstufe (6) umfassend wenigstens einen pneumatischen Verstärker (7, 9), wobei die Vorstufe (4) den Steuerdruck als Vorsteuerdruck (PP) für die Hauptstufe (6) einstellt.
4. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektropneumatischen Wandler (3) einen Kaskadendruck (Pc) als weiteren Steuerdruck für die Vorstufe (4) einstellt.
5. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3), wie ein Strom-Druck-Wandler; zwei Verstärkerstufen für den pneumatischen Stellantrieb, umfassend eine Vorstufe (4) mit einem ersten pneumatischen Verstärker (5), an der ein von dem elektropneumatischen Wandler (3) eingestellter Steuerdruck, insbesondere Kaskadendruck (Pc), anliegt, und eine Hauptstufe (6) mit wenigstens einem zweiten pneumatischen Verstärker (7, 9), an der ein von der Vorsteuerstufe (4) eingestellter Vorsteuerdruck (PP) anliegt, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (41) zum Erfassen des Steuerdrucks, insbesondere des Kaskadendrucks (Pc). Elektropneumatischer Stellungsregler (1) für einen pneumatischen Stellantrieb zum Betätigen einer Stellarmatur, wie ein Stellventil, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen elektropneumatischen Wandler (3); wenigstens eine Verstärkerstufe an den pneumatischen Stellantrieb, insbesondere eine Hauptstufe (6), mit einem ersten pneumatischen Verstärker (7) zum Bereitstellen eines ersten Stelldrucks (Yi) für den pneumatischen Stellantrieb und einem zweiten pneumatischen Verstärker (9) zum Bereitstellen eines zweiten Stelldrucks (Y2) für den pneumatischen Stellantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten pneumatischen Verstärker (7) und am zweiten pneumatischen Verstärker (9) der gleiche von dem elektropneumatischen Wandler (3) bereitgestellte Steuerdruck, insbesondere Kaskadendrucks (Pc) und/oder Vorsteuerdruck (PP), anliegt, und dass der erste und der zweite pneumatische Verstärker (7, 9) frei von einer mechanischen Kopplung sind. Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) und gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) ein Belüftungsventil (74, 94) zum Bereitstellen des Stelldrucks (Yi, Y2) an den pneumatischen Stellantrieb aufweist bzw. aufweisen und dass der erste pneumatischer Verstärker (7) sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) ein Entlüftungsventil (75, 95) zum Entlüften des pneumatischen Stellantriebs an eine Drucksenke, wie die Atmosphäre, aufweist bzw. aufweisen. Elektropneumatischer Stellungsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) sowie gegebenenfalls der zweite pneumatische Verstärker (9) dazu ausgelegt und eingerichtet ist bzw. sind, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck (Pp), mit einem vorbestimmten mittleren Druckniveau, insbesondere zwischen einem ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwert und einem zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwert, einen Verblockzustand einzunehmen, in dem das Belüftungsventil (74, 94) und das Entlüftungsventil (75, 95) geschlossen sind. - Elektropneumatischer Stellungsregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Steuerdruck, insbesondere Vorsteuerdruck (Pp), mit einem vorbestimmten niedrigen Druckniveau, insbesondere unterhalb eines ersten, insbesondere unteren, Druckschwellwerts, einen Absenkzustand einzunehmen, in dem das Entlüftungsventil (75) des ersten pneumatischen Verstärkers (7) geöffnet und dessen Belüftungsventil (74) geschlossen ist, wobei insbesondere in dem Absenkzustand das Entlüftungsventil (95) des zweiten pneumatischen Verstärkers (9) geschlossen und dessen Belüftungsventil (94) geöffnet ist. . Elektropneumatischer Stellungsregler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pneumatischer Verstärker (7) dazu ausgelegt und eingerichtet ist, bei einem anliegenden Vorsteuerdruck (Pp) mit einem vorbestimmten hohen Druckniveau, insbesondere oberhalb eines zweiten, insbesondere oberen, Druckschwellwerts, einen Hebezustand einzunehmen, in dem das Entlüftungsventil (75) des ersten pneumatischen Verstärkers (7) geschlossen und dessen Belüftungsventil (74) geöffnet ist, wobei insbesondere in dem Hebezustand das Entlüftungsventil (95) des zweiten pneumatischen Verstärkers (9) geöffnet und dessen Belüftungsventil (94) geschlossen ist. . Elektropneumatischer Stellungsregler (1) zum Abgeben wenigstens eines Stelldrucks (Yi, Y2) für den pneumatischen Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungs- und/oder Regelungselektronik , die dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Steuersignal für den elektropneumatischen Wandler (3) zu erzeugen, damit der elektropneumatische Wandler (3) den wenigstens einen pneumatischen Verstärker (7, 9) zum Abgeben des Stelldrucks (Yi, Y2) veranlasst, wobei Steuerungs- und/oder Regelungselektronik zur Modulation des elektrische Steuersignals für den elektropneumatischen Wandler (3) basierend auf der Messung des Drucksensors (41, 61) eingerichtet ist. . Elektropneumatischer Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren Drucksensor (12, 72, 92) zum Erfassen des ersten Stelldrucks (Yi), des zweiten Stelldrucks (Y2) und/oder eines Versorgungsdrucks (Ps) an einem Versorgungseingang (10) des elektropneumatischen Stellungsreglers (1), wobei vorzugsweise die Steuerungs- und/oder Regelungselektronik die Druckmesswerte des wenigstens einen weiteren Drucksensors (12, 72, 92) zur Überwachung und/oder Diagnose des Stellungsreglers verarbeitet. - Stellgerät (too) umfassend einen elektropneumatischen Stellungsregler (i) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einen pneumatischen Stellantrieb (110). . Stellgerät (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Stellantrieb (110) pneumatisch einfach wirkend ausgeführt ist und dass der elektropneumatische Stellungsregler (1), in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, nur einen Verstärker (7, 9) umfasst. . Stellgerät (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Stellantrieb (110) pneumatisch doppelt wirkend ausgeführt ist und dass der elektropneumatische Stellungsregler (1), in der Verstärkerstufe, insbesondere der Hauptstufe, zwei Verstärker (7, 9) umfasst.
PCT/EP2023/074187 2022-09-06 2023-09-04 Elektropneumatischer stellungsregler für einen pneumatischen stellantrieb und stellgerät umfassend einen stellantrieb und einen elektropneumatischen stellungsregler WO2024052290A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022122546.1 2022-09-06
DE102022122546.1A DE102022122546A1 (de) 2022-09-06 2022-09-06 Elektropneumatischer Stellungsregler für einen pneumatischen Stellantrieb und Stellgerät umfassend einen Stellantrieb und einen elektropneumatischen Stellungsregler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024052290A1 true WO2024052290A1 (de) 2024-03-14

Family

ID=88016506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/074187 WO2024052290A1 (de) 2022-09-06 2023-09-04 Elektropneumatischer stellungsregler für einen pneumatischen stellantrieb und stellgerät umfassend einen stellantrieb und einen elektropneumatischen stellungsregler

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022122546A1 (de)
WO (1) WO2024052290A1 (de)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4723474A (en) * 1986-02-05 1988-02-09 Smith International, Inc. Pneumatic stepping actuator positioner
EP0587170A2 (de) * 1992-09-09 1994-03-16 Fisher Controls International, Inc. Elektropneumatischer Signalumformer
US7802585B2 (en) * 2006-02-13 2010-09-28 Samson Aktiengesellschaft Transducer of an electrical input signal into pneumatic output signals
DE102010007152A1 (de) * 2010-02-05 2011-08-11 Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH, 86956 Fluidbetätigter Stellantrieb an einer Armatur
US20120248356A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Yamatake Corporation Positioner
JP2012211620A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Azbil Corp パイロットリレー
WO2014131427A1 (en) * 2013-02-26 2014-09-04 Abb Technology Ltd Pilot stage with pulse width modulation for the valve of an electro-pneumatic positioner
EP2798227A1 (de) * 2011-12-30 2014-11-05 Flavio Tondolo Ventilpositionierungssystem mit entlüftungsverhinderung
EP2918880A1 (de) * 2014-03-11 2015-09-16 Azbil Corporation Positionierer
US20180051823A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Fisher Controls International Llc Methods and apparatus for conducting in-service testing of pneumatic signal amplifiers
EP3339992A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-27 Samson Aktiengesellschaft Regelungs- und/oder steuerungsverfahren für ein elektropneumatisches feldgerät
US20190271334A1 (en) * 2016-03-30 2019-09-05 Metso Flow Control Oy Fluid valve assembly, process valve positioner and use of a fluid valve assembly in control of a process valve
US10557565B2 (en) * 2016-03-23 2020-02-11 Azbil Corporation Positioner

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4240802C2 (de) 1992-12-01 1997-07-17 Hartmann & Braun Ag Elektropneumatischer Umformer
DE102014013098B3 (de) 2014-09-03 2015-12-03 Samson Aktiengesellschaft Stellungsregler für ein pneumatisches Stellgerät
FI126989B (fi) 2015-03-16 2017-09-15 Metso Flow Control Oy Virtaavan aineen venttiilikokoonpano, prosessiventtiilin asennoitin sekä virtaavan aineen venttiilikokoonpanon käyttö prosessiventtiilin ohjauksessa
DE202016106017U1 (de) 2016-10-26 2018-01-28 Samson Aktiengesellschaft Elektropneumatischer Stellungsregler und Feldgerät mit einem elektropneumatischen Stellungsregler

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4723474A (en) * 1986-02-05 1988-02-09 Smith International, Inc. Pneumatic stepping actuator positioner
EP0587170A2 (de) * 1992-09-09 1994-03-16 Fisher Controls International, Inc. Elektropneumatischer Signalumformer
US7802585B2 (en) * 2006-02-13 2010-09-28 Samson Aktiengesellschaft Transducer of an electrical input signal into pneumatic output signals
DE102010007152A1 (de) * 2010-02-05 2011-08-11 Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH, 86956 Fluidbetätigter Stellantrieb an einer Armatur
US20120248356A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Yamatake Corporation Positioner
JP2012211620A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Azbil Corp パイロットリレー
EP2798227A1 (de) * 2011-12-30 2014-11-05 Flavio Tondolo Ventilpositionierungssystem mit entlüftungsverhinderung
WO2014131427A1 (en) * 2013-02-26 2014-09-04 Abb Technology Ltd Pilot stage with pulse width modulation for the valve of an electro-pneumatic positioner
EP2918880A1 (de) * 2014-03-11 2015-09-16 Azbil Corporation Positionierer
US10557565B2 (en) * 2016-03-23 2020-02-11 Azbil Corporation Positioner
US20190271334A1 (en) * 2016-03-30 2019-09-05 Metso Flow Control Oy Fluid valve assembly, process valve positioner and use of a fluid valve assembly in control of a process valve
US20180051823A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Fisher Controls International Llc Methods and apparatus for conducting in-service testing of pneumatic signal amplifiers
EP3339992A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-27 Samson Aktiengesellschaft Regelungs- und/oder steuerungsverfahren für ein elektropneumatisches feldgerät

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022122546A1 (de) 2024-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3678909B1 (de) Elektropneumatische parkbremssteuereinrichtung und bremsanlage eines fahrzeugs
EP2592519B1 (de) Druckregeleinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Druckregeleinrichtung
DE4241846C2 (de) Hydraulisches System
DE102008038723B3 (de) Verfahren und Einrichtung zur Ansteuerung eines elektropneumatischen Ventils eines druckmittelbetätigten Stellungsreglers
EP2237128B1 (de) Vorgesteuerte Druckproportionalventilanordnung mit einer durch eine elektronische Regelungseinrichtung angesteuerten Vorsteuerstufe
DE102007058518A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Stellungsreglers
EP3339992B1 (de) Regelungs- und/oder steuerungsverfahren für ein elektropneumatisches feldgerät
EP1989450B1 (de) Hydraulische steueranordnung
EP2921924A1 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung eines Fluids mit geregeltem Ausgangsdruck
DE102011101187A1 (de) Druckminderer
EP2073089A1 (de) Pneumatischer Verstärker und Anordnung zum Stellen einer Stellarmartur einer verfahrenstechnischen Anlage
EP2400165A2 (de) Pneumatischer Stellantrieb und Verfahren zum Betreiben des pneumatischen Stellantriebs
EP3196483A1 (de) Pneumatischer volumenstromverstärker
DE102007014238A1 (de) Pneumatikregeleinrichtung und Verfahren hiefür
EP1808348B1 (de) Verschliessarme und genaue Druckregelung mit Schaltventilen zur Bremsdruckregelung in Schienenfahrzeugen
DE3049348C2 (de) Elektrohydraulischer Stellantrieb für Turbinenventile
WO2024052290A1 (de) Elektropneumatischer stellungsregler für einen pneumatischen stellantrieb und stellgerät umfassend einen stellantrieb und einen elektropneumatischen stellungsregler
EP2642132A2 (de) Hydraulische Pilotventilanordnung und hydraulische Ventilanordnung damit
EP0631056B1 (de) Stellantrieb für ein Regelventil
EP0604805B1 (de) Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb mit druckproportionalem Stellsignal
EP2236452A1 (de) Hubmodul
EP1203161B1 (de) Pressensicherheitsventil
DE2905199A1 (de) Vorrichtung zur regelung des unterdruckes in einem unterdruckleitungssystem, insbesondere fuer melkanlagen
WO2011110460A1 (de) Vorrichtung zur steuerung von pneumatischen einrichtungen eines anhängers
DE10007688A1 (de) Einrichtung zum Steuern der Neigenfunktion eines Hubmastes, insbesondere für einen Gabelstapler

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: 23768187

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1