DE102009021918B4

DE102009021918B4 - Stellungsregler

Info

Publication number: DE102009021918B4
Application number: DE102009021918.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kleegrewe Thomas
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: US8430123B2; DE102009021918A1; US20100294965A1; CN101893122A

Abstract

Stellungsregler mit einem Wegmesssystem (20) und einer Regeleinheit (18), an die ein über eine separate Leiterschleife (22) gespeister Signalformer (23) angeschlossen ist, der zur Ausgabe eines wegproportionalen Leitungssignals über diese Leiterschleife (22) geeignet ist und bei gestörter Regeleinheit (18) ein Alarmsignal von der Regeleinheit (18) empfängt, dadurch gekennzeichnet, – dass der Signalformer (23) einen durch das Alarmsignal der Regeleinheit (18) gesteuerten Schalter (24) aufweist, in dessen Ruhestellung das Wegmesssystem (20) aus der Regeleinheit (18) gespeist ist und in dessen Arbeitsstellung das Wegmesssystem (20) aus dem Signalformer (23) gespeist ist, – dass in der Ruhestellung des Schalters (24) das Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) an den Signalformer (23) sowie an die Regeleinhait (18) geht, die Regeleinheit das Ausgangssignal aufbereitet und als aufbereitetes Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) an den Signalformer (23) leitet, dessen Schalter (24) es zur Leiterschleife (22) schaltet, – dass in der Arbeitsstellung des Schalters (24) der Schalter das vom Signalformer (23) empfangene Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) zur Leiterschleife (22) schaltet, und – dass der Signalformer (23) während einer Inbetriebnahme des Stellungsreglers (9) durch Vergleich eines empfangenen Ausgangssignals des Wegmesssystems (20) mit einem von der Regeleinheit (18) empfangenen Wegsignal sich selbstständig kalibriert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungsregler mit einem Wegmesssystem zur Ansteuerung eines Stellantriebs zur Bedienung einer Stellarmatur auf eine vorbestimmte Position.
Dabei kann der Stellantrieb mit hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Energie betrieben sein. Die Stellarmatur ist üblicherweise als Ventil oder Klappe ausgebildet, die in einer Rohrleitung eingefügt den Durchfluß eines Prozeßmediums durch diese Rohrleitung in Abhängigkeit von einer Sollwertvorgabe mehr oder weniger freigibt oder sperrt. Dazu wird die aktuelle Position der Stellarmatur mit Hilfe des Wegmesssystems ermittelt und mit der Sollwertvorgabe verglichen. Der Sollwert wird von einer übergeordneten Einrichtung bereitgestellt und elektrisch zum Stellungsregler übertragen.
Aus der Betriebsanleitung für den elektropneumatischen Stellungsregler TZIDC der Firma ABB, Dokument 42/18-84-DE, Ausgabe 01.2009, ist bekannt, einen für sich bekannten Stellungsregler im wesentlichen bestehend aus einer Regeleinheit, einem Wegmesssystem und einem elektropneumatischen Umsetzer mit einem als Erweiterungsmodul bezeichneten Signalformer zu ergänzen, der an die Regeleinheit angeschlossen ist und zur Ausgabe der ermittelten Position über eine separate Kommunikationsverbindung geeignet ist. Dabei ist der Signalformer über eine Leiterschleife separat gespeist, die auch der Kommunikation mit einer übergeordneten Einrichtung dient. Die Regeleinheit liefert an den Signalformer ein Wegsignal, welches der tatsächlichen Position der Stellarmatur entspricht. Dieses Wegsignal wird in dem Signalformer in ein Leitungssignal umgesetzt, welches üblicherweise als eingeprägter Strom auf der Leiterschleife übertragen wird.
Nachteiligerweise steht dieses Wegsignal bei einer Störung der Regeleinheit nicht mehr zur Verfügung. Zwar wird dann ein Alarmpegel von der Regeleinheit empfangen und auf die Leiterschleife ausgegeben, jedoch ist die tatsächliche Position der Stellarmatur in der übergeordneten Einrichtung nicht verfügbar.
Aus der DE 10 2006 049 651 A1 ist bekannt, einen Stellungsregler zur Aufrechterhaltung dessen Verfügbarkeit redundant aus zwei elektrischen Einspeisungen zu versorgen. Zwar gelingt es dadurch, einfache Ausfälle der Energieversorgung zu kompensieren und den Betrieb des Stellungsreglers als solchen aufrechtzuerhalten, jedoch ist bei allen Stellungsregler, die an eine Zweidrahtleitung angeschlossen sind, die gleichermaßen der Speisung und der Kommunikation, insbesondere der Sollwertübertragung über einen eingeprägten Strom, dient, mit dem Ausfall der Speisung über diese Zweidrahtleitung auch die Sollwertübertragung unterbrochen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stellungsregler mit einem Wegmesssystem anzugeben, bei dem das Wegsignal unabhängig von Störungen der Regeleinheit abgreifbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht aus von einem einen Stellungsregler mit einem Wegmesssystem und einer Regeleinheit, an die ein über eine separate Leiterschleife gespeister Signalformer angeschlossen ist, der zur Ausgabe eines wegproportionalen Leitungssignals über diese Leiterschleife geeignet ist und bei gestörter Regeleinheit ein Alarmsignal empfängt.
Erfindungsgemäß ist der Signalformer in den Übertragungsweg zwischen dem Wegmesssystem und die Regeleinheit in Kette eingeschaltet und dabei der Regeleinheit signaltechnisch parallelgeschaltet. Darüber hinaus weist der Signalformer einen durch das Alarmsignal der Regeleinheit gesteuerten Schalter auf, in dessen Ruhestellung das Wegmesssystem aus der Regeleinheit gespeist ist und in dessen Arbeitsstellung das Wegmesssystem aus dem Signalformer gespeist ist. Während der Inbetriebnahme des Stellungsreglers wird der Signalformer durch Vergleich des Ausgangssignals des Wegmesssystems mit dem von der Regeleinheit empfangenen Wegsignal selbstständig kalibriert.
Während des ungestörten bestimmungsgemäßen Gebrauchs ist der Schalter in seiner Ruhestellung und das Wegmesssystem wird in herkömmlicher Weise aus der Regeleinheit gespeist. Das Ausgangssignal des Wegmesssystems wird als Istwert der Position der Stellarmatur zeitgleich von der Regeleinheit und dem Signalformer aufgenommen. In der Regeleinheit wird der Istwert in bekannter Weise mit dem aufgeprägten Sollwert verglichen und aus der Differenz ein Stellsignal generiert, das dem Stellantrieb beaufschlagt wird. Darüber hinaus wird der Istwert in der Regeleinheit aufbereitet und an den Signalformer ausgegeben.
Während der Inbetriebnahme empfängt der Signalformer den Istwert der Position der Stellarmatur sowohl indirekt und in aufbereiteter Form von der Regeleinheit als auch direkt als Rohsignal von dem Wegmesssystem. Durch Vergleich der beiden Istwerte wird der Signalformer selbsttätig kalibriert.
Bei Störung der Regeleinheit gibt dieselbe ein Alarmsignal an den Signalformer aus. Auf dieses Alarmsignal wird der Schalter in dessen Arbeitsstellung verbracht, mit der Folge, dass das Wegmesssystem nunmehr von dem Signalformer gespeist wird. Der Istwert der Position der Stellarmatur wird von dem bereits kalibrierten Signalformer über die separate Zweidrahtleitung an die übergeordnete Einrichtung übertragen.
Vorteilhafterweise bleibt der Istwert der Position der Stellarmatur über den Eintritt der Störung der Regeleinheit hinaus für die übergeordnete Einrichtung verfügbar.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Signalformer einen Detektor zur Überwachung der Speisung des Wegmesssystems auf, der mit dem Schalter wirkverbunden ist. Sobald der Detektor eine Störung der Speisung des Wegmesssystems durch die Regeleinheit erkennt, wird der Schalter von seiner Ruhestellung in seine Arbeitsstellung verbracht, mit der Folge, dass das Wegmesssystem nunmehr von dem Signalformer gespeist wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Stellantriebes mit einem Stellungsregler
2 ein Prinzipschaltbild eines Stellungsreglers
In der 1 ist eine fragmentarisch angedeutete Rohrleitung 1 einer nicht weiter dargestellten verfahrenstechnischen Anlage ein Prozessventil 2 als Stellglied eingebaut. Das Prozessventil 2 weist in seinem Inneren einen mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkenden Schließkörper 4 zur Steuerung der Menge durchtretenden Prozessmediums 5 auf. Der Schließkörper 4 wird von einem als Hubantrieb ausgebildeten, pneumatischen Stellantrieb 6 über eine Hubstange 7 linear betätigt. Der Stellantrieb 6 ist über ein Joch 8 mit dem Prozessventil 2 verbunden. An dem Joch 8 ist ein digitaler Stellungsregler 9 angebracht. Über einen Positionsaufnehmer 10 wird der Hub der Hubstange 7 in den Stellungsregler 9 gemeldet. Der erfasste Hub wird mit dem über eine Kommunikationsschnittstelle 11 zugeführten Sollwert in einer Regeleinheit 18 verglichen und der Stellantrieb 6 in Abhängigkeit von der ermittelten Regelabweichung angesteuert. Die Regeleinheit 18 des Stellungsreglers 9 bedient einen I/P-Umsetzer zur Umsetzung einer elektrischen Regelabweichung in einen adäquaten Steuerdruck auf. Der I/P-Umsetzer des Stellungsreglers 9 ist über eine Druckmittelzuführung 19 mit dem Stellantrieb 6 verbunden.
In der 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Stellungsreglers 9 gezeigt. Ausgehend von einem gattungsgemäßen Stellungsregler 9 ist ein Wegmesssystem 20, das die mechanische Weginformation, die den Stellungsistwert des Prozessventils 2 abbildet, des Positionsaufnehmers 10 in ein elektrisches Signal umsetzt, mit einer Regeleinheit 18 verbunden, die Mittel zur Speisung 26 des Wegmesssystems 20 sowie zur Signalaufbereitung aufweist. Der Regeleinheit 18 wird mittels einer ersten Leiterschleife 21 über die Kommunikationsschnittstelle 11 der Sollwert zugeführt. Aus dem Vergleich des Sollwerts mit dem Istwert wird in für sich bekannter Weise eine Regelabweichung ermittelt, die zu einem Steuerdruck in der Druckmittelzuführung 19 verarbeitet wird.
Darüber hinaus ist die Regeleinheit 18 mit einem Signalformer 23 verbunden, dem der Istwert der Position zugeführt wird. Der Signalformer 23 ist über die Kommunikationsschnittstelle 11 mit einer zweiten Leiterschleife 22 verbunden, über die der Istwert der Position an eine nicht dargestellte übergeordnete Einrichtung ausgegeben wird.
Erfindungsgemäß ist der Signalformer 23 darüber hinaus in den Übertragungsweg zwischen dem Wegmesssystem 20 und die Regeleinheit 18 in Kette eingeschaltet und dabei der Regeleinheit 18 signaltechnisch parallelgeschaltet. Der Signalformer 23 weist einen Schalter 24 auf, in dessen in der 2 gezeigten Ruhestellung das Wegmesssystem 20 aus der in der Regeleinheit 18 angeordneten Speisung 26 versorgt ist.
Während der Inbetriebnahme des Stellungsreglers 9 wird bei in seiner Ruhestellung befindlichem Schalter 24 der Signalformer 23 durch Vergleich des Ausgangssignals des Wegmesssystems 20 mit dem von der Regeleinheit 18 empfangenen Wegsignal selbstständig kalibriert.
Bei einer Störung der Regeleinheit 18 gibt dieselbe ein Alarmsignal an den Signalformer 23 aus. Auf dieses Alarmsignal wird unabhängig von der Art der Störung der Schalter 24 in seine Arbeitsstellung verbracht. In diesem Zustand wird das Wegmesssystem 20 nunmehr von einer Speisung 25 des Signalformers 23 versorgt. Die dazu nötige Energie wird aus der zweiten Leiterschleife 22 bezogen. Der Istwert der Position der Stellarmatur wird von dem bereits kalibrierten Signalformer 23 über die separate zweiten Leiterschleife 22 an die übergeordnete Einrichtung übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Rohrleitung
2: Prozessventil
3: Ventilsitz
4: Schließkörper
5: Prozessmedium
6: Stellantrieb
7: Ventilstange
8: Joch
9: Stellungsregler
10: Positionsaufnehmer
11: Kommunikationsschnittstelle
18: Regeleinheit
19: Druckmittelzuführung
20: Wegmesssystem
21, 22: Leiterschleife
23: Signalformer
24: Schalter
25, 26: Speisung

Claims

Stellungsregler mit einem Wegmesssystem (20) und einer Regeleinheit (18), an die ein über eine separate Leiterschleife (22) gespeister Signalformer (23) angeschlossen ist, der zur Ausgabe eines wegproportionalen Leitungssignals über diese Leiterschleife (22) geeignet ist und bei gestörter Regeleinheit (18) ein Alarmsignal von der Regeleinheit (18) empfängt, dadurch gekennzeichnet, – dass der Signalformer (23) einen durch das Alarmsignal der Regeleinheit (18) gesteuerten Schalter (24) aufweist, in dessen Ruhestellung das Wegmesssystem (20) aus der Regeleinheit (18) gespeist ist und in dessen Arbeitsstellung das Wegmesssystem (20) aus dem Signalformer (23) gespeist ist, – dass in der Ruhestellung des Schalters (24) das Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) an den Signalformer (23) sowie an die Regeleinhait (18) geht, die Regeleinheit das Ausgangssignal aufbereitet und als aufbereitetes Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) an den Signalformer (23) leitet, dessen Schalter (24) es zur Leiterschleife (22) schaltet, – dass in der Arbeitsstellung des Schalters (24) der Schalter das vom Signalformer (23) empfangene Ausgangssignal des Wegmesssystems (20) zur Leiterschleife (22) schaltet, und – dass der Signalformer (23) während einer Inbetriebnahme des Stellungsreglers (9) durch Vergleich eines empfangenen Ausgangssignals des Wegmesssystems (20) mit einem von der Regeleinheit (18) empfangenen Wegsignal sich selbstständig kalibriert.
Stellungsregler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Signalformer (23) einen Detektor zur Überwachung der Speisung des Wegmesssystems (20) aufweist, der mit dem Schalter (24) wirkverbunden ist.