DE4035656B4

DE4035656B4 - Verbundschieber mit Steuerung

Info

Publication number: DE4035656B4
Application number: DE19904035656
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Bader (TH)
Original assignee: Friatec AG
Current assignee: Th Jansen Armaturen GmbH
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2010-11-10
Also published as: DE4035656A1

Abstract

Verbundschieber mit einer Steuerung für Schieber (SH, SN) zum automatischen wechselseitigen Öffnen oder Schließen zweier Leitungen für kalte, heiße, reine oder verschmutzte Gase, Dämpfe, Säuren oder Laugen, wobei Antriebe (MH, MN) zum Verfahren von Schieberplatten sowie Wegemess-Systeme (WH, WN) zur Überwachung des Hubwegs der Schieberplatten vorgesehen sind,
wobei die Antriebe (MH, MN), die Wegemess-Systeme (WH, WN) sowie Sicherheitsendschalter (S1–S4) mit einer Speicher-Programmierbaren-Steuerung (SPS) derart verbunden sind, dass in Abhängigkeit von als Verfahr-Diagrammen eingegebenen Start-, Stopp- und Verzögerungspositionen der Schieberplatten während des automatischen Verfahrens die Positionierung der Schieberplatten durch permanenten Soll-Ist-Vergleich vorgenommen wird,
und wobei in der Speicher-Programmierbaren-Steuerung (SPS) Basisfunktionen festgelegt sind, aufgrund welcher nach einem Verfahren der beiden Schieber (SH, SN) im Handbetrieb in beliebige Schieberpositionen die Schieber festgelegte Grundpositionen anfahren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundschieber mit einer Steuerung für Schieber zum automatischen wechselseitigen Öffnen oder Schließen zweier Leitungen für kalte, heiße, reine oder verschmutzte Gase, Dämpfe, Säuren oder Laugen.

Aus der DE 19 56 534 A ist ein Schieber mit einer mittels eines Antriebs verfahrbaren Schieberplatte bekannt, wobei mittels eines Magnete aufweisenden Wegemess-Systems der Hubweg überwachbar ist. Ferner ist eine Signalanzeige-Einrichtung zur Erfassung und Anzeige der Stellung und somit des Hubwegs der Schieberplatte vorgesehen.

Ferner ist aus der EP 303 964 B1 eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen von Kräften auf einen Ventilschaft eines Motor betriebenen Schieberventils bekannt. Das Schieberventil enthält ein Wegemess-System für die axiale Stellung eines Schaftes oder Hubelements und somit der Schieberplatte. Es ist eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen von Kräften auf den Ventilschaft vorgesehen, welche beispielsweise eine Dehnungsstreifen-Brückenschaltung enthält, um bei einer Belastung die Dehnung des Ventilständers zu erfassen. Die Signale des erst genannten Wegemess-Systems und die Signale der Vorrichtung zum Messen und Anzeigen von Kräften können beispielsweise in einem Computersystem ausgewertet und in geeigneter Weise zur Anzeige gebracht werden.

Bei bekannten Verbundschiebern erfolgt die Positionierung der Schieberabschlußplatten im allgemeinen über die Laufzeit nach bekannten formelmäßigen Zusammenhängen. Bei der grundlegenden Einstellung jeder Schiebersteuerung wird die Zeit für den genannten Hub des Schiebers gemessen. Zur Positionierung oder Umschaltung während des Hubvorganges geht man dann davon aus, daß bei Erreichen eines bestimmten Prozentanteils der Hubzeit auch proportional der entsprechende Hubweg gefahren worden ist. Die Art, wie die beiden Schieber relativ zueinander verfahren werden sollen, wird anlagenbedingt in einem Verfahrdiagramm festgelegt. Aus diesem Verfahrdiagramm werden die Start – Stop – und Verzögerungszeiten für die beiden Schieber bestimmt. Es ist unbedingt notwendig, daß prozeßbedingt das Verhältnis der Öffnungs- und Schließpositionen exakt eingehalten wird, da sonst Situationen entstehen können, die möglicherweise zur Zerstörung der Anlage und Personengefährdung führen. Zum Beispiel muß bei einer Äthylenanlage der große Hauptschieber eine bestimmte Schließposition erreicht haben (Restöffnungsfläche), bevor der kleine Entkokungsschieber öffnen darf.

Ungenauigkeiten im Hubweg können beispielsweise auftreten durch mechanischen Verschleiß, wodurch sich die nötige Antriebskraft verringert, was zu einer Verkürzung der Verfahrzeit führt. Ferner kann sich durch Verschmutzung oder aufgrund von Ablagerungen des Mediums (z. B. Kristallisation) die nötige Antriebskraft erhöhen, was zu einer Verlängerung der Fahrzeit führt. Darüberhinaus beeinflussen instabile Versorgungsnetze (Spannungs- und Frequenzschwankungen) nicht reproduzierbar die Hubzeit. Zudem kann die Schließzeit des Hauptschiebers wesentlich größer als die des Nebenschiebers sein. Dadurch bewirkt eine kleine Zeitänderung am großen Schieber bei diesem eine große Änderung der festgelegten Restöffnungsfläche, was wie vorstehend erwähnt, zu Unfällen führen kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Verbundschieber mit einer Steuerung vorzustellen, womit die genannten Nachteile vermieden und die aufgezeigten Schwierigkeiten ausgeräumt werden können. Insbesondere soll die Vorrichtung auch leicht und kostengünstig herstellbar und betriebssicher sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß an den Schiebern ein Wegemeßsystem angebracht ist. Das erfindungsgemäße Wegemeßsystem liefert ein proportionales Signal zur Steuerung, welches 0 – 100 % des Hubweges entspricht. Bei den prozeßbedingten Einstelllungen einer Verbundschieberanlage werden im Bedienteil Start – Stop – und Verzögerungspositionen der Schieber in Prozent des Gesamthubes eingegeben. Diese Werte werden beispielsweise als Verfahrdiagramme (vgl. 3 und 4) festgelegt. Während des automatischen Verfahrens wird die Positionierung durch permanenten Soll-Ist-Vergleich erreicht. Diese Regelung ist im Programm der Steuerung festgelegt. Da dieser Regelkreis mit 0 – 100 % Weg als Soll- und Ist-Wert arbeitet, ist das Regelprogramm unabhängig vom tatsächlichen Weg in mm bzw. von der tatsächlichen Hubzeit in sec. und damit vollkommen unabhängig von der Schiebergröße.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine elektrische, d. h. ohmsche, kapazitive, induktive oder elektronische oder optoelektronische Wegaufnahme an den Hubelementen der Schieber angebracht ist. Alternativ ist es auch möglich, daß eine elektrische, elektronische oder optoelektronische Wegaufnahme an den Antriebseinheiten, d. h. an Motor und/oder Getriebe angebracht ist.

Nach einer weiteren, insbesondere die sicherheitstechnischen Aspekte berührenden Ausgestaltung der Erfindung sind an beiden Schiebern zwei beliebig prozeßabhängig einstellbare Endschalter angebracht, die von einer beim Hub mitfahrenden Kurve zwangsbetätigbar sind, wobei die Kontakte dieser vier Schalter so verknüpft sind, daß sie im Fehlerfalle beide Antriebe in der gleichen Art abschalten, beispielsweise wie der Not-Aus-Schlagtaster in der Schaltschranktür. Der Fehlerfall ist eingetreten, wenn der eine Schieber eine prozeßbedingte festgelegte Position nicht erreicht oder überfahren hat, in der der andere Schieber eine Bewegungsbedingung erfüllen muß. Diese mögliche Sicherheitsschaltung, mit ihrem erheblich größeren mechanischen Aufwand, bedeutet eine zusätzliche überwachung des Programmablaufes. Die Notwendigkeit dieser Erhöhung der Betriebssicherheit der Anlage muß vom jeweiligen Betrieber im Anwendungsfall entschieden werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für Verbundschieber mit Steuerung in schematischer Darstellung,
2 Schaltschema nach 1 für die Endschalter von Hauptschieber (SH) und Nebenschieber (SN),
3 Verfahrdiagramm für SH "auf" und SN "zu",
4 Verfahrdiagramm für SH "zu" und SN "auf".
1 zeigt zwei elektrisch angetriebene Verbundschieber und zwar einen Hauptschieber (SH) und einen Nebenschieber (SN). Die Schieber (SH, SN) bestehen dabei jeweils im wesentlichen aus einem Gehäuse mit Anschlußstutzen für die Rohrleitungen, die es zu öffnen bzw. zu schließen gilt. In den Gehäusen befinden sich bekanntermaßen jeweils die Schieberabschlußplatten bzw. Schieberplatten, die über verbundene Hublemente (HH, HN), beispielsweise Spindeln mittels elektrischer Motore (MH, MN) verfahrbar sind. Erfindungsgemäß wird der Hubweg der Schieberplatten, d. h. der öffnungsgrad der Schieber über Wegemeßsysteme (WH, WN) überwacht. Die Antriebe (MH, MN), Wegemeßsysteme (WH, WN) sowie sogenannte Sicherheitsendschalter (S1 – S4) sind mit einer Speicher-Programmierbaren- Steuerung (SPS) verbunden, wie dies insbesondere aus 2 deutlich wird. Die Spindelschalter bzw. Signalgeber (S1 – S4) sind so eingestellt, daß die beiden Schieber (SH, SN) nicht gleichzeitig 100 % offen bzw. 100 % geschlossen sind. Das Abfragen und Auswerten dieser Schalterstellungen erfolgt im Steuerungsprogramm (SPS).
Der Verfahrbefehl der Schieberantriebe wird von der SPS abgeschaltet, wenn beim Schließvorgang der Hauptschieber (SH) bzw. dessen Hubelement (HH) den Schalter (S1) beispielsweise bei 20 % des Restweges (= 1/2 (h_max – h_min)) erreicht und der Nebenschieber (SN) noch geschlossen ist (Stellung S3). Beim Öffnungsvorgang wird der Verfahrbefehl der Schieberantriebe von der SPS abgeschaltet, wenn der Hauptschieber (SH) bzw. dessen Hubelement (HH) den Schalter (S2) beispielsweise wiederum bei 20 % des Restweges erreicht und der Nebenschieber (SN) noch geöffnet ist (Stellung S4). Die Schaltpunkte der Restwege können frei gewählt werden.
Das Verfahren der Schieber (SH, SN) erfolgt entsprechend einstellbarer Fahrkurven gemäß den 3 und 4, so daß einzelne Schieber gewisse Zeiten laufen, pausieren und dann weiter laufen können bzw. ein Schieber später als der andere startet.
Verbundschieber, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, sind anstelle von mechanisch gekoppelten Schiebern besonders vorteilhaft, da der Achsabstand der Schieber beliebig zueinander einstellbar ist. Wärmespannungen der Rohrleitungen in den Raumachsen x, y, z haben dabei keinen Einfluß auf die Schließ- und Öffnungsfunktionen. Die Schieber können prozeßbedingt unabhängig zueinander verschoben werden. Der Hauptschieber (SH) muß dabei einen bestimmten Weg zurückgelegt haben, bevor der Nebenschieber (SN) startet, oder umgekehrt; beide Schieber (SH, SN) können unterschiedlich starten und durch Pausenzeiten so gesteuert werden, daß sie trotz unterschiedlicher Fahrzeiten ihre Endstellungen gleichzeitig erreichen.
In der Speicher-Programmmierbaren-Steuerung (SPS) sind Basisfunktionen festgelegt, die nach Verfahren der beiden Schieber (SH, SN) im Handbetrieb und beliebigen Schieberpositionen automatisch veranlassen, daß die Schieber (SH, SN) festgelegte Grundpositionen anfahren, z. B. den Hauptschieber (SH) in die Stellung "auf" und den Nebenschieber (SN) in die Stelllung "zu" oder umgekehrt (vgl. 3).
Gefährliche Schieberpositionen, z. B. daß beide Schieber (SH, SN) geschlossen oder beide Schieber gleichzeitig geöffnet sind, werden auf diese Weise ausgeschlossen, indem der Schieber abgeschaltet wird, bevor dieser Zustand eintritt. Zusätzliche Signale wie z. B. ein überschreiten eines bestimmten Grenzdruckes können in den Steuerungsablauf eingeflochten werden. Die Speicher-programmierbare-Steuerung (SPS) ist unbhängig von der Größe der Motoren (MH, MN), mit denen die Schieber (SH, SN) jeweils angetrieben werden, wodurch sich eine günstige Ersatzteilhaltung ergibt. Als jeweiliger Antrieb für die beiden Schieber kann ein beliebiger Elektromotor (MH, MN) benutzt werden. In der Antriebseinheit müssen lediglich die Hauptschütze für Öffnen und Schließen eingebaut sein, die mit AUF- oder ZU-Befehlen von außen angesteuert werden können, die Motorabsicherung, ein Thermoelement zum Motorschutz, sowie diverse mechanische Endschalter.
Zusätzliche Steuerfunktionen, z. B. Sperrung bestimmter Schieberbewegungen aufgrund irgendwelcher Signale von außen, können durch Anpassung des Programms der SPS berücksichtigt werden, wobei eine permanente analoge Anzeige der Schieberposition in einer Bedientafel erfolgt. Die Versorgung der SPS wird an die Betriebsspannung der Antriebe angepaßt.
Das Einschalten der SPS erfolgt über einen Hauptschalter in der Stellung "ON". Mit ihm wird die Spannungsversorgung aktiviert, anstehene Meldungen erscheinen im Bedienfeld und das Programm wird automatisch aktiviert. Während des Betriebes ist es jederzeit möglich, die Schieber (SH, SN) mit einem "STOP"-Knopf anzuhalten.
Soll beispielsweise der Hauptschieber (SH) gemäß 3 geschlossen werden, wird ein Leuchttaster "SH CLOSE" betätigt. Die Betätigung wird durch Aufleuchten einer Lampe in Dauerlicht quittiert. Der Schließvorgang läuft so lange ab, bis der Hauptschieber (SH) geschlossen und der Nebenschieber (SN) nach dem vorgegebenen Verfahrdiagramm geöffnet ist. Verlassen die Schieber (SH, SN) ihre Grundstellungen, so wird dies durch Aufleuchten der Leuchttaster "NO BASIC POSITION SH" und "NO BASIC POSITION SN" angezeigt. Die Abschaltung der Antriebe (MH, MN) erfolgt über die SPS. Die Ansteuerung der Richtungsschütze ist im Programm so verriegelt, daß immer nur entgegengesetzte Verfahrrichtungen der Schieber möglich sind, d.h. SH "auf" und SN "zu" oder SH "zu" und SN "auf". Nach Erreichen der beiden neuen Grund-Positionen erlischt die Lampe im Leuchttaster "SH CLOSE" und meldet so, daß der Verfahrensvorgang abgeschlossen ist. Ebenso erlischt die Meldung "NO BASIC POSITION SH" und "NO BASIC POSITION SN".
Soll der Hautschieber (SH) wie aus 4 ersichtlich geöffnet werden, gilt der gleiche Ablauf wie vorstehend beschrieben, jedoch für die jeweiligen Schieber in umgekehrter Reihenfolge.
Wurde ein Schieber (SH, SN) nach Hand-Betrieb in eine undefinierte Position gefahren, so muß zunächst die Voraussetzung für den Automatikbetrieb geschaffen werden. Das geschieht durch Betätigung des entsprechenden Tasters "NO BASIC POSITION". Dadurch fährt der Schieber seine Grund-Position an. Bei Erreichen erlischt die Anzeige und Automatikbetrieb ist möglich.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind nicht auf das in den Zeichnungsfiguren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, die Schieber eine beliebige Ausgestaltung und Anordnung aufweisen. Auch können die Verfahrkurven der Schieber beliebig programmiert werden. Die jeweilige konstruktive Ausgestaltung ist in Anpassung an eine spezielle Verwendung der Vorrichtung dem Fachmann anheimgestellt.

Claims

Verbundschieber mit einer Steuerung für Schieber (SH, SN) zum automatischen wechselseitigen Öffnen oder Schließen zweier Leitungen für kalte, heiße, reine oder verschmutzte Gase, Dämpfe, Säuren oder Laugen, wobei Antriebe (MH, MN) zum Verfahren von Schieberplatten sowie Wegemess-Systeme (WH, WN) zur Überwachung des Hubwegs der Schieberplatten vorgesehen sind, wobei die Antriebe (MH, MN), die Wegemess-Systeme (WH, WN) sowie Sicherheitsendschalter (S1–S4) mit einer Speicher-Programmierbaren-Steuerung (SPS) derart verbunden sind, dass in Abhängigkeit von als Verfahr-Diagrammen eingegebenen Start-, Stopp- und Verzögerungspositionen der Schieberplatten während des automatischen Verfahrens die Positionierung der Schieberplatten durch permanenten Soll-Ist-Vergleich vorgenommen wird, und wobei in der Speicher-Programmierbaren-Steuerung (SPS) Basisfunktionen festgelegt sind, aufgrund welcher nach einem Verfahren der beiden Schieber (SH, SN) im Handbetrieb in beliebige Schieberpositionen die Schieber festgelegte Grundpositionen anfahren.
Verbundschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen, d. h. ohmschen, kapazitiven, induktiven oder elektronischen oder optoelektronischen Wegemess-Systeme (WH, WN) an den Hubelementen (HH, HN) der Schieber (SH, SN) angebracht sind.
Verbundschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen oder optoelektronischen Wegemess-Systeme (WH, WN) an den Antriebseinheiten (MH, MN), d. h. an Motor und/oder Getriebe angebracht sind.
Verbundschieber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Schiebern (SH, SN) die beiden beliebig prozessabhängig einstellbaren Sicherheitsendschalter (S1–S4) angebracht sind, die von einer beim Hub mitfahrenden Kurve zwangsbetätigbar sind, wobei die Kontakte dieser vier Sicherheitsendschalter (S1–S4) so verknüpft sind, dass sie im Fehlerfalle beide Antriebe (MH, MN) in der gleichen Art abschalten.