DE202011109158U1 - Electrohydraulic safety control - Google Patents
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Abstract
Elektrohydraulische Sicherheitssteuerung, welche bei einem hydraulischen Stellorgan (2) eine Endlage wechselt, mit einem mindestens durch drei Sensoren G1, G2, G3 redundant überwachten Sicherheitskriterium, das in einer 2von3-Auswahl überwacht ist, welche im Falle einer Aktivierung auf ein hydraulisches Stellglied (1) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren G1, G2, G3 zum einen unabhängig voneinander über Auswerteeinheiten S1, S2, S3 auf Magnetventile V1, V2, V3 wirken, welche in einer hydraulischen 2von3-Auswahl zusammengeschaltet sind und bei Stromabfall öffnen und einen ersten Strang (16a, 16b) zu einem drucklosen Tank (5) durchschalten, um über Verbindungsleitungen (26) zu dem Stellglied (1) durch Druckabsenkung einen Kolben (21) für seine Betätigung durch eine Feder (19) freizugeben, dass im Weiteren die Auswerteeinheiten S1, S2, S3 zu einer elektronischen 2von3-Auswahl (81) zusammengeschaltet sind, welche im Fall der Aktivierung ein Magnetventil V6 in einem zweiten Strang (17a, 17b) zum Öffnen mit Strom ansteuert, um ebenfalls über den zweiten Strang (17a, 17b) zu...Electrohydraulic safety control, which changes an end position for a hydraulic actuator (2), with a safety criterion that is redundantly monitored by at least three sensors G1, G2, G3, which is monitored in a 2 of 3 selection, which in the event of activation on a hydraulic actuator (1st ), characterized in that the sensors G1, G2, G3 act independently of one another via evaluation units S1, S2, S3 on solenoid valves V1, V2, V3, which are interconnected in a hydraulic 2 of 3 selection and open in the event of a power failure and a first Connect the line (16a, 16b) to a pressureless tank (5) in order to release a piston (21) for its actuation by a spring (19) via connecting lines (26) to the actuator (1) by lowering the pressure, so that the evaluation units S1, S2, S3 are interconnected to form an electronic 2-of-3 selection (81) which, in the event of activation, a solenoid valve V6 in a second St rang (17a, 17b) to open with current controls to also via the second branch (17a, 17b) ...
Description
Die Erfindung handelt von einer elektrohydraulischen Sicherheitssteuerung, welche bei einem hydraulischen Stellorgan eine Endlage wechselt, mit einem mindestens durch drei Sensoren G1, G2, G3 redundant überwachten Sicherheitskriterium, das in einer 2von3-Auswahl überwacht ist, welche im Falle einer Aktivierung auf ein hydraulisches Stellglied einwirkt.The invention relates to an electro-hydraulic safety control, which changes an end position in a hydraulic actuator with a redundant monitored by at least three sensors G1, G2, G3 safety criterion, which is monitored in a 2von3 selection, which in case of activation on a hydraulic actuator acts.
Sicherheitssteuerungen sollten allgemein zwei Kriterien erfüllen: Sie sollten unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen ihre Sicherheitsfunktion behalten und sie sollten schnell sein, um größeren Schaden zu verhindern. Elektrohydraulische Sicherheitssteuerungen werden bei Ventilen zur Einwirkung auf Massenströme, beispielsweise für Schnellschlussventile am Einlass von Dampfturbinen, für Abblasventile am Auslass von Gasturbinen oder für das Sperren von Massenströmen in der Verfahrens- und Prozesstechnik eingesetzt. Hydraulische Stellorgane bei einer Sicherheitssteuerung können aber ebenso für die Strahlablenkung bei einer Peltonturbine verwendet werden.Safety controllers should generally meet two criteria: they should retain their safety function under all operating conditions and should be fast in order to prevent major damage. Electrohydraulic safety controls are used on mass flow valves, such as quick-acting valves at the inlet of steam turbines, blow-off valves at the outlet of gas turbines, or blocking mass flows in process and process engineering. However, hydraulic actuators in a safety control can also be used for the beam deflection in a Pelton turbine.
Wenn eine Dampfturbine mit einem Generator gekoppelt ist und mit den normalen Regelorganen nicht sichergestellt ist, dass bei Lastabwurf des Generators unzulässige Überdrehzahlen entstehen, wird die Drehzahl der Dampfturbine auf das Erreichen einer Grenzdrehzahl überwacht, bei deren Eintreten die Sicherheitssteuerung mit dem hydraulischen Stellglied ein Schnellschlussventil am Einlass der Dampfturbine schließt.If a steam turbine is coupled to a generator and is not ensured with the normal control organs that excessive overloading occur during load shedding of the generator, the speed of the steam turbine is monitored for reaching a limit speed, when it enters the safety control with the hydraulic actuator a quick-closing valve on Inlet of the steam turbine closes.
Hydraulische Stellglieder mit einem Ventil, welches große Massenströme beeinflusst, sind zum Erreichen einer kurzen Stellzeit in der Regel intern über einen zusätzlichen Schaltkolben vorgesteuert.Hydraulic actuators with a valve, which influences large mass flows, are usually piloted internally via an additional control piston to achieve a short positioning time.
Die
Die erfindungsgemäße Sicherheitssteuerung hat die Aufgabe, bei Ausfall von Komponenten ihre Sicherheitsfunktion aufrecht zu erhalten. Dies wird mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 erreicht. Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit einem Minimum an Ventilen während des Betriebes Drahtbruch an einer hydraulischen 2von3-Auswahl sofort angezeigt ist und mit einer einzigen Umschaltung Komponenten wie ganze Magnetventile austauschbar sind, ohne dass auf eine 2von3-Auswahl verzichtet werden muss. Im Weiteren erlaubt die Erfindung, während des Betriebes zur Kontrolle eine echte 2von3-Auslösung für alle Schaltzustände einer hydraulischen 2von3-Auswahl vorzunehmen. Die Gefahr von Irrtum bei Unterhaltsarbeiten an der Sicherheitssteuerung während des Betriebes ist drastisch reduziert. Zur Kontrolle aller 2von3-Auswahlmöglichkeiten muss lediglich eine Umschaltvorrichtung betätigt werden. Alle Druckverluste, die sich durch die Kontrollschaltungen ergeben, werden zwangsläufig durch Nadelventile V4, V5 ausgeglichen, welche während des Betriebes im jeweiligen Strang nur zum Austausch von Komponenten geschlossen werden müssen. Damit nach dem Auswechseln von Komponenten in einem isolierten ersten oder zweiten Strang keine Druckeinbrüche beim Wiederzuschalten auftreten, müssen die Nadelventile V4, V5 jeweils vorher wieder geöffnet werden, um den Strang vollständig mit Flüssigkeit zu füllen. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 11 zeigen weitere Verbesserungen der vorliegenden Erfindung auf.The safety control according to the invention has the task of maintaining its safety function in case of failure of components. This is achieved with the features of the
Noch sicherer werden Eingriffe, wenn die Möglichkeiten zur beispielsweise manuellen Isolierung eines der beiden Stränge aus einer Offen-Position in eine isolierte Stellung nur aus einer Offen-Position von beiden Strängen möglich ist, da die zutreffenden Sperr-Stellungen gegeneinander verriegelt sind. Eine zwangsweise mechanische Verriegelung vor Ort bietet zusätzliche Sicherheit. Diese kann durch zwei mechanisch gegeneinander verriegelte 2/2-Wegeventile V4, V5 oder durch ein 3-Stellungsventil V11 erreicht werden, welches in einer neutralen Mittelstellung beide Stränge freigibt, während in einer der beiden Endlagen ein Strang gesperrt ist und der andere Strang nicht geschlossen werden kann. Zur Sicherheit gegen eine Umschaltung aus einer Offen-Position für beide Stränge durch Unbefugte kann diese Position mit einem Schlüsselschalter gesichert sein.Interventions become even more secure if the possibilities for, for example, manual isolation of one of the two strands from an open position to an isolated position are possible only from an open position of both strands, since the applicable blocking positions are locked against one another. Forced mechanical locking on site provides additional security. This can be achieved by two mechanically mutually locked 2/2-way valves V4, V5 or by a 3-position valve V11, which releases both strands in a neutral center position, while locked in one of the two end positions a strand is and the other strand can not be closed. For security against switching from an open position for both strands by unauthorized persons, this position can be secured with a key switch.
Im Weiteren erlaubt die Anordnung regelmäßige Funktionskontrolle der Ventile in jedem der beiden Stränge, nachdem dieser – abgesehen von den Nadelventilen V7, V8 – isoliert worden ist:
Eine regelmäßige Funktionskontrolle der Ventile V1, V2, V3 für die hydraulische 2von3-Auswahl im ersten Strang kann durch kurzzeitigen Stromunterbruch zum Ventil und Kontrolle der zugehörigen Endlage geschehen und auch von einer Warte verfolgt werden. Bei einem isolierten ersten Strang lässt aber auch jede hydraulische 2von3-Auswahl bei laufender Anlage durch Unterbrechung des elektrischen Stroms zu den Ventilen simulieren und auch in einer Warte an den Ventilstellungen erkennen.In addition, the arrangement allows regular functional check of the valves in each of the two strands, after it has been isolated - apart from the needle valves V7, V8 -:
A regular function check of the valves V1, V2, V3 for the hydraulic 2von3 selection in the first line can be done by short-term power interruption to the valve and control of the associated end position and also be monitored from a control room. In an isolated first strand but also allows any hydraulic 2von3 selection while the system is running by interrupting the electrical current to simulate the valves and also recognize in a wait at the valve positions.
Bei zweiseitig stellungsüberwachten Ventilen V1, V2, V3 (
Noch geringer werden die Kosten, wenn die Magnetventile V1, V2, V3 (
Eine regelmäßige Funktionskontrolle des Ventils V6 der elektronischen 2von3-Auslösung im zweiten Strang kann durch Isolieren des zweiten Strangs und durch kurzzeitiges „unter Strom setzen” des Ventils V6 überprüft und von einer Warte aus mitverfolgt werden, wenn eine Drucküberwachung im zweiten Strang angeschlossen ist. Eine Druckabsenkung zeigt dann die Offen-Position von Ventil V6 an. Nach der Sperrung des zweiten Stranges mit der Umschaltvorrichtung V4, V5, V11 lässt sich auch diese Funktionskontrolle unter Wahrung der Sicherheit vor Ort mit einem einfachen, vorgegebenen Ablauf durchführen.Periodic functional check of valve V6 of the second-stream 2-D electronic trip can be checked by isolating the second train and momentarily "energizing" valve V6 and followed from a standby when pressure monitoring is connected in the second train. A pressure drop then indicates the open position of valve V6. After blocking the second line with the switching device V4, V5, V11, this functional check can also be carried out with a simple, predetermined sequence while maintaining the safety on site.
Die häufigste Störung in einer solchen Sicherheitssteuerung ist das „Hängenbleiben” von Ventilen, wenn diese über lange Betriebsperioden der Anlage in der gleichen Stellung verharren. Eine regelmäßige Funktionskontrolle während diesen Betriebsperioden verhindert weitgehend ein langsames Festsetzen und ist damit auch Voraussetzung für die Funktion eines Stranges, wenn der andere Strang beispielsweise für die Auswechslung eines defekten Ventils während dem Betrieb der Anlage isoliert werden soll.The most common failure in such a safety control is the "snagging" of valves when they remain in the same position over long periods of operation of the equipment. A regular function check during these operating periods largely prevents a slow settling and is therefore also a prerequisite for the function of a strand, if the other strand is to be isolated, for example, for the replacement of a defective valve during operation of the system.
Ganz allgemein kann aber auch ein zu schaltendes Stellglied selbst „hängenbleiben”, wenn ein Kolben oder eine Kolbenstange klemmt. Bei einem beispielsweise intern vorgesteuerten Stellglied lässt sich mit einer zusätzlichen Nadeldrossel und einem Magnetventil der Druck im Zylinder soweit absenken, dass die Feder einen Teilhub erzeugt, der über Endschalter, über eine Wegmessung oder auch nur von Auge kontrollierbar ist. Die Auslösung eines Teilhubs kann vor Ort oder von einer Warte ausgelöst werden. Eine Verringerung des vorgesehenen Teilhubs kann hier als eine sich anbahnende Störung angesehen werden und zu einer Überprüfung bei einem nächstmöglichen Stillstand der Anlage eingeplant werden.In general, however, can also be an actuator to be switched "stuck" when a piston or a piston rod jammed. In an example, internally pilot-controlled actuator can be with an additional needle throttle and a solenoid valve, the pressure in the cylinder lower enough that the spring generates a partial stroke, which is controlled by limit switches, a distance measurement or even by eye. The triggering of a partial lift can be triggered on site or from a control room. A reduction of the planned partial lift can be regarded here as an impending disturbance and be scheduled for a check at the next possible shutdown of the system.
Die vorliegende elektrohydraulische Sicherheitssteuerung kann auch mit zusätzlichen Sicherheitskriterien kombiniert werden. Für die 2von3-Abschaltung werden Kontakte der zusätzlichen Abschaltkriterien in Reihe zu den Kontakten der Drehzahlüberwachung, für die Abschaltung des Einzelventils V6 parallel geschaltet.The present electro-hydraulic safety controller can also be combined with additional safety criteria. For the 2-by-3 disconnection, contacts of the additional disconnection criteria are connected in parallel to the contacts of the speed monitoring, for the disconnection of the individual valve V6 in parallel.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung für Hochdruck- und für Niederdruckhydraulik anwendbar ist.It will be understood that the present invention is applicable to high pressure and low pressure hydraulics.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:The invention is described below on the basis of exemplary embodiments. Show it:
In den Figuren sind gleiche Hinweiszeichen für gleiche Elemente verwendet.In the figures, the same reference numerals are used for the same elements.
In
Steueröl wird von einer Pumpe
Von einem Impulsgeberrad
Über die Kontakte der Auswerteeinheiten S1, S2, S3 wird jeweils ein hydraulisches 4/2 Wege-Magnetventil V1, V2, V3 betätigt, wobei die Endlagen der Ventile mit Endlagenschaltern
Die Ventile V1, V2, V3 sind in einem Hydraulikblock
Von den Kontakten der Auswertungen S1, S2, S3 findet elektronisch eine 2von3-Auswertung
Im ersten Strang
Während des Betriebes können die Nadelventile V7, V8 offen bleiben, da sie nur geringe Mengen durchlassen und den Druck an der Abzweigung
Bei geöffnetem Ventil V7 kann im ersten Strang
Bei geöffnetem Ventil V8 kann im zweiten Strang
Im Beispiel der
Eine Funktionskontrolle des ersten Stranges
Für eine Anordnung mit einseitig überwachten Endlagen der Magnetventile V1, V2, V3 gemäß
- • Gestartet wird aus einer Null-Lage, in der die Magnetventile geschlossen sind.
- • Wenn im ersten Schritt P2 und P3 „hoch” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V2 und V3 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
- • Wenn im dritten Schritt P1 „hoch” und P2 „tief” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V1 und V3 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
- • Wenn im fünften Schritt P1 „hoch” und P3 „tief” anzeigen, dann müssen die nicht mit Endschaltern überwachten Positionen der Magnetventile V1 und V2 die Funktion „geschlossen” erfüllen.
- • Starting is from a zero position, in which the solenoid valves are closed.
- • If P2 and P3 indicate "high" in the first step, the positions of solenoid valves V2 and V3, which are not monitored by limit switches, must fulfill the "closed" function.
- • If in step P1 "high" and P2 indicate "low" then the positions of solenoid valves V1 and V3, which are not monitored by limit switches, must fulfill the function "closed".
- • If, in the fifth step P1, "high" and P3 indicate "low", then the positions of the solenoid valves V1 and V2, which are not monitored by limit switches, must fulfill the "closed" function.
Das heißt, auch eine kostengünstigere Variante für die Magnetventile gemäß
Das Ventil V11 ist in einer ersten Ausführungsform handbetätigt
Es ist aber auch möglich die Überwachung der Ventilfunktionen der Magnetventile V1, V2, V3 im ersten Strang
Es versteht sich, dass beispielsweise die Drosselstelle R4 einen so kleinen Durchsatz hat, dass der Druck P1 nicht merkbar abfällt, wenn bei einer 1 von 3 Auswahl das Magnetventil V3 offen und die Magnetventile V1 und V2 geschlossen sind. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die Drosselstellen R4, R5, R6 aus Blenden mit einem Durchmesser von 0,5 mm bestehen und die Drossel R1 als Blende einen Durchmesser von 6 bis 7 mm aufweist. Es ergibt sich hier ebenso eine Abfolge von Prüfschritten, bei denen immer nur ein Ventil geschaltet wird, während die zu erreichende Sollstellung an der Kombination der Druckanzeigen P1, P2, P3, P5 kontrollierbar ist.It is understood that, for example, the throttle point R4 has such a small throughput that the pressure P1 does not noticeably drop when, in a 1 of 3 selection, the solenoid valve V3 is open and the solenoid valves V1 and V2 are closed. This is achieved, for example, if the throttle points R4, R5, R6 consist of diaphragms with a diameter of 0.5 mm and the throttle R1 as a diaphragm has a diameter of 6 to 7 mm. This also results in a sequence of test steps in which only one valve is always switched, while the target position to be reached on the combination of the pressure displays P1, P2, P3, P5 can be controlled.
In den
Eine Funktionskontrolle des zweiten Stranges
In einem ersten Schritt wird der Strang
In
Der Ablauf der Funktionskontrollen kann von Hand mit den Tasten T1, T2, T3 für den ersten Strang
An einem Stellglied
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- hydraulisches Stellgliedhydraulic actuator
- 22
- Stellorganactuator
- 33
- Dampfturbinesteam turbine
- 4a4a
- Wellewave
- 4b4b
- Impulsgeberradimpulse generator
- 55
- Tanktank
- 66
- Steuerteilcontrol part
- 6a6a
- Funktionskontrollefunction control
- 7a, 7b7a, 7b
- Hydraulikblockhydraulic block
- 88th
- Elektronische 2von3-AuswahlElectronic 2 of 3 selection
- 99
- EndlagenüberwachungEnd position
- 1010
- EndlagenüberwachungEnd position
- 1111
- mechanische Verriegelungmechanical locking
- 1212
- mechanische Verriegelungmechanical locking
- 1313
- EndlagenüberwachungEnd position
- 1414
- EndlagenüberwachungEnd position
- 1515
- Einspeisungfeed
- 16a, 16b16a, 16b
- erster Strangfirst strand
- 17a, 17b17a, 17b
- zweiter Strangsecond strand
- 1818
- Zylindercylinder
- 1919
- Federfeather
- 2020
- Differentialkolbendifferential piston
- 2121
- Kolbenpiston
- 2222
- Abzweigungdiversion
- 2323
- Ablaufleitungdrain line
- 2424
- Ablaufleitungdrain line
- 2626
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2727
- Einlassinlet
- 2828
- Öffnungopening
- 2929
- Ablaufleitungdrain line
- 3030
- Handbetätigungmanual operation
- 3131
- Magnetbetätigungsolenoid Operated
- 3232
- TeilhubeinrichtungPart lifting device
- 3333
- Schlüsselschalterkey switch
- 3636
- DurchflussrichtungFlow direction
- 3737
- Aussparungrecess
- 3939
- Pumpepump
- 4141
- Belüftungsventileventilation valves
- G1; G2; G3G1; G2; G3
- Sensorensensors
- K1; K2; K3K1; K2; K3
- Öffner-KontakteNC contacts
- K4K4
- Schließ-KontaktClosing contact
- L1; L2; L3L1; L2; L3
- Öffner-KontakteNC contacts
- L4L4
- Schließkontaktmake contact
- P1; ...; P5P1; ...; P5
- Drucküberwachungpressure monitoring
- R1; ...; R6R1; ...; R6
- Drosselthrottle
- S1; S2; S3S1; S2; S3
- AuswerteeinheitenProcessors
- T1; ...; T4T1; ...; T4
- TastenKeys
- V1V1
- 4/2-Wege-Magnetventil4/2-way solenoid valve
- V2V2
- 4/2-Wege-Magnetventil4/2-way solenoid valve
- V3V3
- 4/2-Wege-Magnetventil4/2-way solenoid valve
- V4V4
- Sperrventil, Kugelhahn zu UmschaltvorrichtungShut-off valve, ball valve to switching device
- V5V5
- Sperrventil, Kugelhahn zu UmschaltvorrichtungShut-off valve, ball valve to switching device
- V6V6
- 2/2-Wege-Magnetventil2/2-way solenoid valve
- V7 V7
- Nadelventilneedle valve
- V8V8
- Nadelventilneedle valve
- V9V9
- 2/2-Wege-Magnetventil2/2-way solenoid valve
- V11V11
- 3-Stellungsventil zu Umschaltvorrichtung3-position valve to switching device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4330038 A1 [0005] DE 4330038 A1 [0005]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Norm DIN EN 6261 [0027] Standard DIN EN 6261 [0027]
- VDE 0113-50 [0027] VDE 0113-50 [0027]
Claims (11)
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