CN104285067B - 流体***和用于运行流体***的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于可靠地运行可用流体操控的执行器(2)的流体***，带有：控制装置(3)；阀控制部(4)；流体控制阀(6,7;106,107)，其构造成用于影响到至少一个执行器(2)处的流体流；传感器器件(19,20)，其构造成用于确定执行器状态；以及监测装置(23)，其构造成用于处理传感器信号和将监测信号提供到阀控制部(4)处。控制装置(3)根据安全标准的第一安全类别来构造，且阀控制部(4)、流体控制阀(6,7;106,107)、传感器器件(19,20)和监测装置(23)根据安全标准的第二安全类别来构造，其中，在安全标准中，第二安全类别建立在比第一安全类别更高的水平上。

Description

流体***和用于运行流体***的方法
技术领域
本发明涉及用于可靠地运行可用流体操控的执行器的流体***，带有：控制装置，其用于将控制信号提供到阀控制部处；阀控制部，其用于操控流体控制阀；流体控制阀，其电气地与阀控制部相连接且构造成用于影响到至少一个执行器处的流体流；传感器器件，其构造成用于确定执行器状态，尤其执行器位置，且构造成输出相应于所确定的执行器状态的传感器信号；以及监测装置，其构造成用于处理传感器信号和用于将监测信号提供到阀控制部处。
背景技术
由文献EP 1061269 A2已知用于识别调整驱动器的故障状态的故障识别装置，带有：具有可运动的活塞的执行器、与执行器通过液压线路相连接的伺服阀、故障识别装置和用于发送理论值以用于控制伺服阀的控制电子设备。在此设置成，伺服阀的控制位置确定活塞的运转方向和运转速度，其中，设置有用于确定伺服阀的控制位置的第一传感器和用于确定活塞在执行器壳体中的位置的第二传感器，且控制位置和活塞位置被传输到控制电子设备处。故障识别装置与传感器相连接，其中，由第二传感器的信号确定执行器活塞的实际的运转速度和运转方向，并且其中，为了故障识别，由用于伺服阀的控制位置的理论值来确定执行器活塞的运转速度和运转方向的理论数值，并且其中，使其与执行器活塞的由第二传感器的信号确定的运转速度和运转方向相关联且在偏差超过阈值时发出故障通知。
文献EP 1266147 A1公开了一种流体技术的***，带有：安全功能部，其用于以安全为目的地控制至少一个流体技术的执行器；至少一个本地的控制装置，其用于通过流体技术的***的控制器件控制流体技术的执行器，其中，设置有至少一个传感器以用于将关于流体技术的***的至少一个运行状态的至少一个信息传送到本地的控制装置处，并且其中，本地的控制装置如此设计，即，其可评估至少一个信息以用于确定至少一个对安全来说重要的状态，且其在存在至少一个对安全来说重要的状态的情况下实施至少一个预定的后续行动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体***以及用于运行该流体***的方法，其保证在满足提高的安全要求和无中断的运行之间的有利的折衷。
对于开头提及的类型的流体***，该目的利用权利要求1的特征来实现。在这种情况下设置成，控制装置根据安全标准的第一安全类别来构造，且阀控制部、流体控制阀、传感器器件和监测装置形成可靠的工作***且根据安全标准的第二安全类别来构造，其中，在安全标准中，第二安全类别建立在比第一安全类别更高的水平上。
作为安全标准，例如提供有国家标准或国际标准，在其中例如确定了对相应的构件在故障情况下的可靠性和/或所限定的状态的要求，并且在其中，构件的运行安全性或失效安全性通常归类到可明确彼此界定的安全等级或安全类别中。典型地，应与安全标准的确定的安全类别相关联的构件必须通过制造者和/或独立的检测机构关于此进行检查，且必要时认证构件是否满足相应的安全类别的所有要求。
针对相应力争达到的安全类别的要求设计流体***的构件可在建造、制造中且必要时还在将构件集成到相应的工作***中时意指巨大的花费且因此使相应的流体***的制造成本受到影响。因此，适宜的是，构造流体***的根据安全标准的很高的安全类别的尽可能低的数量的构件，而流体***的其余的构件根据更低安全类别来构造。这实际上例如可意指，列入更高的安全类别的构件比列入更低的安全类别的构件具有更低的失效可能性。
根据本发明，用于可靠的工作***的、关于流体***的构件(其根据共同的很高的安全类别来构造)的组的***边界被拉得很紧，以便将在可靠的工作***中的构件的数量和因此用于可靠的工作***的成本保持得很小。
根据本发明，控制装置(其控制且必要时至少部分地调节在流体***中的过程且具有复杂的构造)并非为可靠的工作***的组成部分，因为每次针对相应更高一级的安全类别设计控制装置意指巨大的额外花费。而在根据本发明的流体***中仅这样的构件与相对于控制装置更高的安全类别相关联，即，其直接涉及影响流体输送到执行器处或其设置成用于监测对于流体输送必需的构件，即，尤其监测装置。
借助于可靠的工作***(其包括构件阀控制部、流体控制阀、传感器器件和监测装置)例如可可靠地操控且在此监测构造为流体的工作缸的执行器。对于用于工作缸的示例性的运行方式，在其中，工作缸通过利用受压力加载的流体的相应的加载例如在用于活塞杆的驶入位置和用于活塞杆的驶出位置之间来切换，传感器器件构造为终端位置开关，如果执行器的活塞杆已经到达两个相应预定的终点位置中的一个，传感器器件相应发出传感器信号。如果传感器信号在流体的能量提供到执行器处之后消失或同时由两个传感器器件输出传感器信号，由监测装置鉴于估计的故障情况将监测信号传输到阀控制部处。阀控制部然后如此操控流体控制阀，即，将执行器和与其在运动方面耦合的机械元件可在尽可能短的时间内带到可靠的状态中。通常，作为可靠的状态力争达到执行器的尽可能快的制动和停歇，以便最小化对流体***和工作机械(在其中集成有流体***)的损害以及可能出现的工作机械的操作者通过执行器和与其在运动方面耦合的机械元件的受伤风险。
本发明的有利的改进方案为从属权利要求的对象。
如果工作***和控制装置根据包括安全标准IEC 61508、IEC 61511、IEC 62061、IEC 13849中的至少一个的安全类别来构造，这是适宜的。
在本发明的有利的改进方案中设置成，监测装置电气地与安全切换器件相连接且构造成用于将安全切换器件的安全信号包含到监测信号中，其中，安全器件构造为由执行器确定的危险范围的接近限制部和/或接近监测部，尤其构造为光栅或触感式切换垫(Trittschaltmatte)或在安全笼(Sicherheitskäfig)中的维护门的门接触部。借助此类安全切换器件力争达到在使用者干预或进入到由执行器确定的危险范围中时切断流体***且因此切断执行器，其例如集成在工作机械中。
优选地，监测装置电气地与操纵切换器件和/或安全切换部相连接且构造成用于将操纵切换器件的操纵信号和/或安全切换部的释放信号包含到监测信号中，其中，操纵切换器件构造为用于流体***的运行模式的选择开关，并且其中，安全切换部构造为用于流体***的监测***。例如可设置成，利用操纵切换器件可将用于执行器的流体***从工作状态置入到静止状态中或从静止状态置入到工作状态中。在将流体***从工作状态转换到静止状态中时可设置成，操纵切换器件将相应于使用者愿望的操纵信号提供到监测装置处，且监测装置根据该操纵信号将相应的监测信号输出到阀控制部处。优选地，阀控制部如此构造，即，其可执行流体***的与情况相关的切断。如果阀控制部获得监测信号(其返回到操纵信号上，使用者利用其例如为了维护目的力争达到工作机械的停歇)，可设置成，如果执行器总归已经到达优选位置，从该优选位置可在没有附加花费的情况下实现工作机械的再次运行，仅这时才进行影响流体输送。相反，如果阀控制部获得监测信号，其与传感器器件的故障功能有联系或其来自通俗还被称为急停开关(Notaus-Schalter)、构造为紧急停车开关(Nothalt-Schalter)的操纵切换器件，期望尽可能迅速地中断执行器的运动以及其快的停歇，且对流体控制阀和由流体控制阀控制的至执行器的流体流直接施加影响。补充地或备选地，监测装置可与安全切换部相连接，其构造成用于评估流体***的潜在危险且如果流体***的潜在危险在可预定的极限值之下，输出释放信号。释放信号由监测装置如此一起包含使得至少针对这种情况，即，使用者干预到由执行器确定的危险范围中至少在这时未引起监测信号的传递，即，此时未发生执行器的运动和/或未立刻设置执行器的运动。由此避免可能通过相应的监测信号将流体***并非在相应的必要性的情况下带到可靠的状态中，从该可靠的状态中可能仅可以更大的花费再次将流体***置于到正常状态中。
在本发明的一有利的改进方案中设置成，阀控制部或可靠的工作***设立成如此来操控流体控制阀，即，如此影响到至少一个执行器处的流体流使得可将执行器在可预定的时间段之内带到来自以下组的至少一个可预定的功能状态中：执行器无压力；使来自和/或至执行器的流体流停止；用于执行器的运动方向预定；将执行器调节到停止状态上；将执行器调节到预定的力上；未受调节地限制执行器中的压力；激活执行器夹紧；限制执行器的运动速度。在此可如此构造阀控制部或可靠的工作***，即，其仅可引起功能状态中的一部分或所有的功能状态，这必要时可由使用者通过阀控制部或可靠的工作***的相应的参数给定或编程和/或通过合适地选择阀结构型式来预定。在此阀控制部或可靠的工作***可如此配置，即，其取决于监测***的监测信号和/或在存在操纵切换器件的操纵信号和/或安全切换部的释放信号时根据所存储的模型(Vorlage)引起相应的功能状态。选择合适的功能状态例如可取决于是否可由监测信号、释放信号、操纵信号确定存在用于流体***的或多或少的紧要的运行状态来完成，以便取决于所确定的干扰的严重程度采取合适的措施，利用其可尽可能无后果地截住干扰。
用于执行器的功能状态“执行器无压力”为一基本状态且意指流体的执行器不再具有压力加载。该状态根据电的驱动器与电的供给电压的分离被称为“撤消安全转矩(safe torque off)”或“STO”。
用于执行器的功能状态“使来自和/或至执行器的流体流停止”为一基本状态切意指执行器在预定的时间段内到达停止状态。在此在执行器的相应的结构方式中设置成通过关闭流体控制阀在执行器中限制至少一个流体量，尤其限制所有的流体量，从而使得执行器的运动到达停止状态且执行器保持停止状态位置。这例如在带有两个分开的且由流体控制阀流体密封地封闭的工作腔的流体缸中为这种情况。该状态还被称为“安全操作停止(Safe Operation stop)”或“SOS”。
用于执行器的功能状态“运动方向预定”为一基本状态且意指如此设置或维持流体输送到执行器处，即，执行器在可预定的调整方向上执行调整运动，例如回程运动或释放运动，如其在用于避免事故危险的、利用执行器驱动的夹紧装置中可是有意义的。例如，在带有两个分开的且可由流体控制阀流体密封地封闭的工作腔的流体缸中，为了占据功能状态“运动方向预定“，开始或继续流体输送到工作腔中的一个中，而流体从第二工作腔借助于相关联的流体控制阀导出。通过由此引起的压力差产生明确的运动方向预定。该功能状态还被称为“安全方向(Safe direction)”或“SDI”。
功能状态“将执行器调节到停止状态上”为一可选的功能状态切意指执行器占据和保持可预定的位置。例如可设置成使执行器为此从运动中制动且在到达停止状态时保持在停止状态位置中。备选地，可设置成执行器从停止状态或从运动中行驶到预定的位置中。该功能状态还被称为“安全平衡扭矩(Safe balanced torque)”或“SBT”。如果不可在可预定的时间段之内设定该功能状态，使执行器转变到基本状态中的一个中，尤其转变到功能状态“执行器无压力”中。
功能状态“将执行器调节到预定的力上”为一可选的功能状态且意指如此调节在执行器的至少一个工作腔中的压力，执行器可发出限制到可预定的力水平上的力或预定的力矩。该功能状态还被称为“安全限制扭矩(Safe Limited torque)”或“SLT”。该功能状态例如在这时是引人注意的，即，此时执行器用于使夹具或夹紧装置运动且在故障情况下应确保在该时刻并未释放已经抓住或夹紧的对象，这如同例如在功能状态“执行器无压力”中的情况那样。如果不可在可预定的时间段之内设定功能状态“将执行器调节到预定的力上”，使执行器转变到基本状态中的一个中，尤其转变到功能状态“使来自和/或至执行器流体流停止”。
功能状态“未受调节地限制在执行器中的压力”为一可选的功能状态切意指将执行器压力加载到预定的压力值上，而并未根据存在的偏差监测压力值或追踪压力加载。该功能状态还被称为“安全扭矩范围(Safe torque range)”或“SLR”。如果不可在可预定的时间段之内设定该功能状态，使执行器转变到基本状态中的一个中，尤其转变到功能状态“执行器无压力”中。
功能状态“激活执行器夹紧”为可选的功能状态且意指激活与执行器相关联夹紧，例如通过弹力操纵的制动器，其气动地或电机地打开，以便制动执行器的运动和/或以便将不动的执行器保持在其停止状态位置中。这是对基本状态“执行器无压力”的补充。
功能状态“限制执行器的运动速度”为一可选的功能状态且意指执行器通过合适地操控流体控制阀开始或继续速度受限制的运动。该功能状态还被称为“安全限制速度(Safe limited speed)”或“SLS”。如果不可在可预定的时间段之内设定该功能状态，使执行器转变到基本状态中的一个中，尤其转变到功能状态“执行器无压力”中。
在本发明的另一设计方案中设置成，阀控制部或可靠的工作***设立成预定至少两个功能状态的时间顺序。由此可实现执行器首先执行或继续运动，以便紧接着在到达可预定的位置之后例如使之固定。
在第一变型方案中，其还被称为“安全停止/类型1”或“safe stop 1”或“SS1”，首先进行执行器转变到功能状态“使来自和/或至执行器的流体流停止”或“SOS”中直至执行器停止，以便然后在另一步骤中进行执行器转变到功能状态“执行器无压力”或“STO”中。
在第二变型方案中，其还被称为“安全的终点位置”或“safe end position”或“SEP”，首先进行执行器转变到功能状态“预定运动方向”或“SDI”中，直至执行器已经到达终端位置，以便然后在另一步骤中进行执行器转变到功能状态“执行器无压力”或“STO”中。
在第三变型方案中，其还被称为“安全的回程位置”或“safe retracting”或“SRT”，首先进行执行器转变到功能状态“预定运动方向”或“SDI”中，直至执行器已经到达回程位置，以便然后在另一步骤中进行执行器转变到功能状态“使来自和/或至执行器的流体流停止”或“SOS”中。
如果控制装置电气地与安全切换器件和/或操纵切换器件相连接且为了在工作阀处产生控制指令时包含安全切换器件和/或操纵切换器件的信号，控制装置与执行器相连接和/或构造到阀控制部处，这是有利的。由此，控制装置获得关于安全切换器件的已进行的干预的信息。此外，可据此根据流体***和执行器的工作情况避免干预监测装置和阀控制部，这可可能导致执行器的停止状态处在不利的位置中。监测装置和阀控制部的干预优选地由此防止，即，安全切换器件和/或操纵切换器件的信号已经在通过控制装置产生控制指令时被考虑到且因此可能并未或在晚些的时刻进行执行器的操控，其可根据存储在控制装置中的程序来进行。在这种情况下，尤其重要的是控制装置可能设置成用于操控多个执行器且在存在安全切换器件和/或操纵切换器件的信号时可设置协调地中断执行器的其他的运动过程。
优选地，用于执行器的流体控制的流体控制阀作为切换阀环接(eingeschleift)到流体源与执行器之间或在可由控制装置操控的工作阀上游或下游作为止回阀环接到流体源与执行器之间，以便保证执行器的调整元件调整运动到可预定的切换状态中或保证执行器的调整元件停留在可预定的切换状态中。
在第一实施方式中设置成，仅仅流体控制阀设置成用于在运行状态期间影响至执行器的流体流，且相应地在不同的功能位置之间尤其在打开位置和闭合位置之间切换或与阀控制部的控制信号成比例地设定控制装置和布置在下游的阀控制部的默认设置。因为流体控制阀在该实施方式中在流体***的正常的运行状态期间执行大量的载荷循环(即在单独的功能位置之间的切换过程)且具有所限定的被动的优先位置，所以其必须在其设计方面满足很高的要求，以便满足对于可靠的工作***所需要的安全类别。因此，流体控制阀可根据应用情况为切换阀、带有相同或优选不同的流动阻力的并联和/或串联的切换阀或比例阀。
在备选的第二实施方式中设置成，流体控制阀用作止回阀，其除了工作阀(其由控制装置必要时在中间连接工作阀控制部的情况下来操控)之外在流体线路中环接到流体源与执行器之间。在此，流体控制阀用于在故障情况下和/或在紧急情况下在将监测装置的监测信号传送到阀控制部处之后封锁相应的流体线路。在该实施方式中可得到多个优点。一方面，在每个与执行器相连接的流体线路中布置有至少两个阀，即尤其工作阀和流体控制阀，从而冗余地防止在故障情况/紧急情况下必要地中断通过相应的流体线路的流体流。此外，环接到相应的流体线路中的阀由不同的装置(在此控制装置和阀控制部)操控，从而还存在控制技术的冗余。此外，用作用于紧急情况的止回阀的流体控制阀必须可以所需要的可靠性满足仅仅少量的载荷循环且因此以更少的结构和成本花费分类到同可靠的工作***的其余构件相同的安全类别中，因此这在在此描述的第一实施方式中为这种情况。
在本发明的另一设计方案中设置成，流体控制阀流体地与执行器相连接且传感器器件与执行器相关联，其中，执行器构造成用于提供调整运动，尤其在第一切换位置与第二切换位置之间的线性和/或旋转的切换运动。
优选地，控制装置构造成用于尤其通过现场总线***与上级的机器或过程控制部在两个方向上通讯，其可分配有与控制装置相同或比其更低或更高的安全类别。机器或过程控制部构造成用于协调多个控制装置且与控制装置通过现场总线***通讯。
根据第二方面，本发明的目的利用根据权利要求10的用于运行流体***(其根据装置权利要求中的一项来构造)的方法来实现。在这种情况下设置有以下步骤：利用传感器器件确定执行器状态且将相应于所确定的执行器状态的传感器信号输出到监测装置处；在监测装置中处理传感器信号；以及至少针对以下情况将监测信号提供到阀控制部处，即，传感器器件未提供传感器信号或传感器器件提供有缺陷的传感器信号；在阀控制部中尤其取决于确定的传感器信号处理监测信号；和操控流体控制阀以用于影响到执行器处的至少一个流体流，从而执行器占据和/或保持可预定的、可靠的状态。由此在流体***的一种类型的基本功能性中至少识别出这样的故障情况，其基于传感器器件的故障功能或执行器的故障功能。在此，如果传感器器件的不可信的传感器信号到达监测装置中，例如布置成彼此间隔开的两个终端位置传感器的传感器信号的同步的输入，以传感器器件的故障功能为出发点。如果在可预定的时间段之内在将流体的能量提供到执行器处之后传感器信号没有变化或在可预定的时间段之内在传感器信号的最初的变化之后未出现传感器信号的继续变化，由此通常显示出通过执行器到达预定的位置，以传感器器件和/或执行器的故障功能为起点。针对该故障情况，设置成不继续将流体的能量提供到执行器处或中断到执行器处的流体流，以便执行器或者保持可靠的状态或者可占据可靠的状态。
在方法的一设计方案中设置成，监测装置监测安全切换器件的电信号且在介入或进入到由执行器确定的危险范围中时将相应的监测信号提供到阀控制部处，以便如此操控流体控制阀，即如此影响到执行器处的至少一个流体流使得执行器占据或保持可预定的可靠的状态。由此借助安全切换器件例如光栅或触感式切换垫实现保证由执行器确定的危险范围(即，例如与执行器运动联结的机械元件的摆动范围或线性的调整范围)。在使用者或对象介入或靠近到防范的危险范围中时，由于安全切换器件的由此触发的电信号，中断流体的能量供给到执行器处。必要时可附加地设置主动地夹紧执行器。
在方法的另一设计方案中设置成，仅当执行器的即将发生的状态变化借助控制装置和/或阀控制部的控制信号的输出来确定时和/或执行器的状态变化借助传感器器件中的至少一个的传感器信号的至少一个变化来探测时，监测装置这时才在探测到介入或进入到由执行器确定的危险范围中时借助安全切换器件的信号将相应的监测信号提供到阀控制部处。由此，当使用者的介入或进入在在其中执行器运动未直接(即在可预定的时间间隔之内)即将发生或发生的时间间隔中进行时，至少这时在流体***(在其中执行器仅暂时地处于运动中)中避免工作状态的中断。由此可避免工作机械(在其中集成有带有执行器的流体***)通过相应地操控流体控制阀不必要地带到可靠的状态中，其可从其中可能仅在有问题(例如在生产过程中的时间损失和/或在材料流中的损失)的情况下再次置于工作状态中。为了实现流体***的该工作模式，设置有以控制装置为起点至监测装置的至少一个单向的通讯或在监测装置与阀控制部之间的双向的通讯。在任何情况下，监测装置如此构造，即，其可借助用于工作阀和/或流体控制阀的控制信号得到关于执行器的运动的结论且仅在同时存在执行器运动和安全切换器件的信号(其说明使用者介入和/或进入到危险空间中)时将相应的监测信号输出到阀单元处以用于操控流体控制阀且由此锁止执行器。
在方法的另一设计方案中设置成，一旦不再存在探测到介入或进入到由执行器确定的危险范围中，监测装置就调节监测信号的提供，且阀控制部在不存在监测信号的情况下不进行流体控制阀的不同于通过控制装置的默认设置的操控。由此同样防止并非所期望地中断流体***的工作状态。
在方法的另一设计方案中设置成，阀控制部如此操控流体控制阀，即在执行器中的至少一个工作腔在存在相应的监测信号期间保持供给有受压力加载的流体。由此可根据执行器的类型和结构类型实现用于执行器的有利的可靠的静止状态，其可从该静止状态无问题地尤其非常快地且利用仅很少的能量花费再次重新回到工作状态中。例如构造为流体缸的执行器可在出现监测信号和由此产生的要求的情况下尽可能快地占据不动的状态，或者完全使之通风或者设置成在双作用的流体缸中工作室中的至少一个或工作室中的两个保持受压力加载。由此可使执行器运动到可靠的位置中，即使流体输送出于未进一步示出的原因中断。优选地，可在流体***的重新开始运转时仅仅通过一工作室的通风引起执行器的运动，而为此不需要强制性地至执行器的流体输送。
在方法的另一设计方案中设置成，监测装置监测操纵切换器件的电信号且监测信号取决于操纵切换器件的所确定的信号与阀控制部相匹配。操纵切换器件可或者为用于流体***的运行模式的选择开关，利用其例如进行选择工作状态、维护状态和静止状态，或为应急开关或急停开关，其应在通过使用者操纵时引起执行器和与此相联结的流体***的尽可能迅速的停歇。在操纵切换器件构造为选择开关的情况下，监测装置可如此配置，即，流体***的由使用者选择的运行状态在下一有利的时刻例如在通过由流体***辅助的工作循环之后来调节。为此，监测装置可尤其在与控制装置的双向的通讯的范围中首先执行对直至工作循环结束仍需经历的工作步骤的分析且然后在给定的时刻将监测信号输出到控制装置处且必要时还输出到阀控制部处，以便在结束工作循环之后阻止重新开始另一工作循环，直至这由使用者以相应的方式在操纵切换器件处预定。在操纵切换器件设计为应急开关或急停开关时，控制装置和/或阀控制部在存在相应的操纵信号的情况下引起执行器的尽可能最快的停歇。
在方法的另一设计方案中设置成，阀控制部的控制信号(其用于操控流体控制阀)和传感器器件的传感器信号(其在执行器处确定)在监测装置中进行处理，以便能够实现可靠的工作***的检查。在这种情况下，由监测装置执行用于阀控制部的不同的控制信号以及用于传感器器件的传感器信号的可信度检查，以便可确定可靠的工作***的构件的可能的故障功能且必要时可在存在故障功能的情况下引起可靠地切断流体***。
在方法的另一设计方案中设置成，阀控制部或可靠的工作***为了到达可靠的状态如此进行流体控制阀的操控，即，如此影响到至少一个执行器处的流体流使得执行器在可预定的时间段之内带到来自组中的至少一个可预定的功能状态中：执行器无压力；使来自和/或至执行器的流体流停止；用于执行器的运动方向预定；将执行器调节到停止状态上；将执行器调节到预定的力上；限制在执行器中的压力；激活执行器夹紧；限制执行器的运动速度。因此，用于阀控制部或可靠的工作***的功能范围不仅包括所谓的“基本状态”，而且包括可选的功能状态，从而在出现故障时可首先尝试将相应的执行器带到可选的功能状态中，以便避免用于配备有流体***的设备和/或由执行器影响的工件和/或设备的操作者的可能的间接伤害，其可由流体***的立即的停歇引起。
在方法的另一设计方案中设置成，由阀控制部或可靠的工作***预定至少两个功能状态的时间顺序。
附图说明
在附图中示出了本发明的有利的实施方式。其中：
图1显示了用于工作机械的流体***的第一实施方式的示意性的图示，该流体***包括可靠的工作***，以及
图2显示了用于工作机械的流体***的第二实施方式的示意性的图示，该流体***包括可靠的工作***。
具体实施方式
图1显示了流体***1的第一实施方式，该流体***为未进一步示出的工作机械的组成部分且构造成用于可靠地运行可用流体操控的执行器2。
流体***1包括控制装置3，其构造成用于将控制信号提供到阀控制部4和工作阀控制部5处。阀控制部4构造成用于操控流体控制阀6、7。工作阀控制部5构造成用于操控工作阀8、9。示例性地设置成，工作阀8、9与流体源10以及通过流体线路11、12与执行器2相联结。相应地，用于影响流体流的工作阀8、9构造在流体源10与执行器2的示例性地未进一步示出的两个工作腔之间。根据将受压力加载的流体提供到执行器2的一个或两个工作室处，示例性地实施为执行器2的调整元件的活塞杆15可线性地在未进一步显示的两个终点位置之间运动或必要时固定在两个终点位置之间的中间位置中。例如，活塞杆15在端侧设有压模(Stempel)16，利用其可将工件17固定在台子18处，以便可在工件17处执行未进一步示出的工作过程。在根据图1的本实施方式中，两个流体控制阀6、7作为止回阀环接到流体线路11、12中且可单独地根据需要通过阀控制部中断在相应的流体线路中的流体流。因此可快速阻止执行器2的活塞杆15的运动。
在此，在执行器2处布置有示例性地构造为终端位置开关(尤其霍尔传感器)的两个传感器器件19、20，如果执行器2的未进一步示出的活塞和活塞杆15位于两个线性的终端位置中的一个中，传感器器件19、20相应将传感器信号通过传感器线路21、22输出到监测装置23处。
监测装置23通过信号线路24与阀控制部4相连接，且通过信号线路25与构造为用于流体***1的运行模式的选择开关的操纵切换器件28相连接。监测装置23可通过信号线路24将监测信号提供到阀控制部4处。通过信号线路25可将操纵切换器件28的选择信号提供到监测装置23处。
在此，控制装置3、工作阀控制部5和工作阀8、9根据安全标准的第一安全类别来构造。阀控制部4、流体控制阀6、7、传感器器件19、20和监测装置23形成可靠的工作***29，其根据安全标准的第二安全类别来构造。在此设置成，在安全标准中，可靠的工作***29的第二安全类别比第一安全类别(其设置成用于控制装置3、工作阀控制部5和工作阀8、9)建立在更高的水平上。相应地，可靠的工作***29比控制装置3具有更低的失效可能性。
此外，监测装置23与呈光栅30的形式的安全切换器件相联结，其设置成用于保证由执行器2、活塞杆15和安装到其处的压模16以及台子18确定的危险范围31。光栅30如此构造，即，其至少针对未示出的使用者或工件17在流体***1的运行期间打断光栅30的情况发出可由监测装置23处理且必要时引起执行器2的停机的信号。因此，光栅30用作呈接近监测部的形式的接近限制部(Zugangsbegrenzung)。
在流体***1和由此配备的工作机械的正常的无干扰的工作状态期间设置成，控制装置3将控制信号输出到工作阀控制部5处，以便引起按计划操控工作阀8、9。
在此可设置成，控制装置3独立地产生控制信号，即不需要上级的机械控制部32的控制指令，必要时并未与机械控制部32相连接。备选地，控制装置3可在包含机械控制部32的控制指令的情况下产生控制信号，控制装置3通过总线***33(其实现双向的数据交换)与机械控制部32相连接。
通过将控制信号提供到工作阀控制部5处实现工作阀8、9的操控且由此利用受压力加载的流体加载流体线路11、12中的至少一个。受压力加载的流体在此由流体源10提供。取决于流体线路11、12的压力加载，示例性地在两个终点位置之间发生执行器2的活塞杆15的调整运动，其中，在两个终点位置中的每个中，一旦执行器2的未示出的、与活塞杆15相连接的活塞已经到达相应的终点位置，相关联的传感器器件19、20就可将传感器信号通过传感器线路21、22传输到监测装置处。
阀控制部4(其与流体控制阀6、7、控制装置3和监测装置23相连接)在不存在可由监测装置23提供的监测信号的情况下仅将由控制装置3提供的控制信号提供到监测装置23处。如果流体控制阀6、7示例性地构造为常闭(NC/normal closed)的切换阀且通过流体线路11、12的流体流中的任何一个应未受流体控制阀6、7影响(尤其封锁)，可设置成通过阀控制部4操控两个流体控制阀6、7。在这种情况下，流体控制阀6、7的封锁作用仅通过切断操控来实现，由此流体控制阀6、7到达到闭锁位置中。
监测装置23顾及到控制装置3的控制信号来检查执行器2的活塞杆15的运动是否根据提供的控制信号来进行。为此，监测装置23检查两个传感器器件19、20的传感器信号是否在可预定的时间间隔之内以如同可基于控制信号所期望的方式那样改变。此外，监测装置23检查是否由光栅30输出这样的信号，其指示出光栅30通过使用者或工件17打断。如果在预定的时间间隔之内发生传感器器件19、20的传感器信号的变化且不存在光栅30的信号，监测装置23确定流体***1的正常的运行且可选地未将监测信号或将指示出流体***1的正常的运行的监测信号输出到阀控制部4处。
如果监测装置23借助传感器器件19、20的传感器信号和/或借助光栅30的信号发现或者存在在执行器2的运动中的干扰和/或存在传感器器件19、20的干扰和/或存在光栅30的打断，监测装置23可将监测信号输出到阀控制部4处，该监测信号针对在流体***1的运行中存在不规则性。在此，监测装置23可如此设立，即，其在在流体***1中出现不规则性时直接将这种监测信号输出到阀控制部4处。备选地，监测装置23可设立成仅针对这种情况将监测信号输出到阀控制部4处，即，如果在通过监测装置23确定不规则性的时刻发生执行器2的运动或如果在可预定的时间间隔内设置执行器2的运动。
在监测信号到达阀控制部4中时，阀控制部4可通过控制线路34、35将切断指令提供到流体控制阀6、7处。然后流体控制阀6、7直接在相应的切断指令到达之后执行相应的流体线路11、12的封锁。在此，可可选地尤其取决于执行器2的运行方式设置成由阀控制部4或者完全封锁流体线路11、12，或者仅进行流体线路11或12中的一个的封锁。备选地，实现部分地封锁，其引起执行器的力限制。通过流体控制阀6、7的至少部分的封锁作用应实现尽可能快且可靠地改变执行器2的运动状态，以便例如在使用者干预到危险范围31中时降低由于执行器2的受伤风险和与其处于有效连接中的构件16、18。
在本发明的一优选的实施方式中设置成，监测信号由监测装置23并发地提供到阀控制部4和控制装置3处，这如通过图1中的附加的线路支路36示出的那样。在此可设置成，在在流体***1中出现不规则性和通过监测装置23相应地输出监测信号时首先在控制装置3中产生控制信号，其应用作对所确定的不规则性的逆反应(Gegenreaktion)且通过工作阀控制部5传递到工作阀8、9处，以便例如引起快速中断执行器2的运动。只有当监测装置23(尽管在工作阀8、9处存在控制装置3的相应的控制信号)发现未发生执行器2的运动状态的按照期望的变化时，才输出经修改的监测信号，其现在针对阀控制部4且那是利用其引起封锁流体线路11、12中的至少一个。
因此，在根据图1的流体***1的实施方式中，流体控制阀6、7仅用于改变流动状态，尤其用于封锁流体线路11、12，且这仅当由监测装置23在流体***1的运行期间探测到不规则性时才进行。
在流体***101的在图2中示出的实施方式中，功能相同的构件设有同在图1中相同的参考标号。不同于根据图1的实施方式，在根据图2的流体***101的实施方式中，流体控制阀106、107作为独特的阀环接到相应的流体线路111、112中且与流体源10处于连通的连接中。
在此，在图2中示出的流体***101的第二实施方式中的控制装置3如同在图1中示出的流体***1的第一实施方式中那样根据安全标准的第一安全类别来构造。阀控制部4、流体控制阀106、107、传感器器件19、20和监测装置23类似于根据图1的第一实施方式在根据图2的第二实施方式中形成可靠的工作***129，工作***129根据安全标准的第二安全类别来构造，其建立在比控制装置3的安全类别更高的水平上。
在根据图2的流体***101中，利用呈双重功能的流体控制阀106、107，因为其不仅在流体***101的正常的运行中而且在流体***101中出现不规则性时用于影响通过流体线路111、112的流体流。由于流体控制阀106、107的双重功能可取消工作阀和工作阀控制部。然而由此还对流体控制阀106、107提出明显更高的要求，以便其由于多重更高的负荷循环数在流体***101的正常运行中仍然必须满足这样的安全类别的要求，可靠的工作***129的构件被分类到其中，且因此在结构中和在制造中引起更高的成本。另一方面，监测装置可利用每次通过控制装置初始化的切换过程诊断阀控制部和流体控制阀的正确的功能，这同样对于归类到安全类别中是有利的。
流体***1和流体***101可相应配备有上级的安全切换部37，其示例性地与机械控制部32和监测装置23处于通讯的连接中。安全切换部37的任务在于，监测在相应的流体***1、101中的与安全相关的过程，尤其在利用存在于监测装置23处的传感器信号的情况下。安全切换部37例如可设立成，如果由于所接收的传感器信号和控制信号(其由控制装置3和/或机械控制部32提供)存在流体***1或101的不紧要的状态，在其中例如可接受使用者干预到危险范围31中，因为总归未发生或未立刻即将发生执行器2的运动，将释放信号提供到监测装置23处。借助释放信号可避免由监测装置23将监测信号输出到阀控制部4处，以便当在非紧要的时刻进行使用者干预时防止可能不利地影响流体***1或101。
对于在图1和2中示出的两个实施方式，可设置成，为了切断执行器2或使执行器转变到流体供给的可靠的状态中力争达到可选的功能状态，以便可避免相应的执行器2的在有些情况下不利的完全切断和由此引起的间接损害。补充地或备选地，还可设置成，为了切断执行器2或将执行器转变到可靠的状态中，设置有一系列的多个基本状态。

Claims (21)

1.一种用于可靠地运行可用流体操控的执行器(2)的流体***，带有：控制装置(3)，其用于将控制信号提供到阀控制部(4)处；阀控制部(4)，其用于操控流体控制阀(6,7;106,107)；流体控制阀(6,7;106,107)，其电气地与所述阀控制部(4)相连接且构造成用于影响到至少一个执行器(2)处的流体流；传感器器件(19,20)，其构造成用于确定执行器状态，尤其执行器位置，且构造成输出相应于所确定的执行器状态的传感器信号；以及监测装置(23)，其构造成处理传感器信号且将监测信号提供到所述阀控制部(4)处，其特征在于，所述控制装置(3)根据安全标准的第一安全类别来构造，且所述阀控制部(4)、所述流体控制阀(6,7;106,107)、所述传感器器件(19,20)和所述监测装置(23)形成可靠的工作***(29;129)且根据安全标准的第二安全类别来构造，其中，在安全标准中，第二安全类别建立在比第一安全类别更高的水平上。
2.根据权利要求1所述的流体***，其特征在于，所述监测装置(23)电气地与安全切换器件(30)相连接且构造成用于将所述安全切换器件(30)的安全信号包含到监测信号中，其中，所述安全切换器件(30)构造为由所述执行器(2)确定的危险范围(31)的接近限制部和/或接近监测部，尤其构造为光栅或触感式切换垫或在安全笼中的维护门的门接触部。
3.根据权利要求1所述的流体***，其特征在于，所述监测装置(23)电气地与操纵切换器件(28)和/或安全切换部(37)相连接且构造成用于将所述操纵切换器件(28)的操纵信号和/或所述安全切换部(37)的释放信号包含到监测信号中，其中，所述操纵切换器件(28)构造为用于所述流体***(1;101)的运行模式的选择开关，并且其中，所述安全切换部(37)构造为用于所述流体***(1;101)的监测***，其必要时还可实施控制功能。
4.根据权利要求2所述的流体***，其特征在于，所述监测装置(23)电气地与操纵切换器件(28)和/或安全切换部(37)相连接且构造成用于将所述操纵切换器件(28)的操纵信号和/或所述安全切换部(37)的释放信号包含到监测信号中，其中，所述操纵切换器件(28)构造为用于所述流体***(1;101)的运行模式的选择开关，并且其中，所述安全切换部(37)构造为用于所述流体***(1;101)的监测***，其必要时还可实施控制功能。
5.根据权利要求2所述的流体***，其特征在于，所述控制装置(3)电气地与所述安全切换器件(30)连接且构造成用于在对用于操控工作阀(8,9)的工作阀控制部(5)和/或阀控制部(4)产生控制指令时包含所述安全切换器件(30)的信号，工作阀(8,9)与所述执行器(2)相连接。
6.根据权利要求3所述的流体***，其特征在于，所述控制装置(3)电气地与所述操纵切换器件(28)相连接且构造成用于在对用于操控工作阀(8,9)的工作阀控制部(5)和/或阀控制部(4)产生控制指令时包所述操纵切换器件(28)的信号，工作阀(8,9)与所述执行器(2)相连接。
7.根据权利要求4所述的流体***，其特征在于，所述控制装置(3)电气地与所述安全切换器件(30)和/或所述操纵切换器件(28)相连接且构造成用于在对用于操控工作阀(8,9)的工作阀控制部(5)和/或阀控制部(4)产生控制指令时包含所述安全切换器件(30)和/或所述操纵切换器件(28)的信号，工作阀(8,9)与所述执行器(2)相连接。
8.根据上述权利要求1-7中任一项所述的流体***，其特征在于，所述阀控制部(4)或所述可靠的工作***(29;129)设立成如此操控所述流体控制阀(6,7;106,107)，即，如此影响到至少一个执行器(2)处的流体流使得所述执行器(2)在可预定的时间段之内可带到来自以下组的至少一个可预定的功能状态中：执行器(2)无压力；使来自和/或至所述执行器(2)的流体流停止；用于执行器(2)的运动方向预定；将执行器(2)调节到停止状态上；将执行器(2)调节到预定的力上；未受调节地限制在所述执行器(2)中的压力；激活执行器夹紧；限制所述执行器(2)的运动速度。
9.根据权利要求8所述的流体***，其特征在于，所述阀控制部(4)或所述可靠的工作***(29;129)设立成预定至少两个功能状态的时间顺序。
10.根据上述权利要求1-7中任一项所述的流体***，其特征在于，用于所述执行器(2)的流体控制的所述流体控制阀(6,7;106,107)作为切换阀(106,107)环接到流体源(10)与所述执行器(2)之间或在可由所述控制装置(3)操控的工作阀(8,9)上游或下游作为止回阀(6,7)环接到所述流体源(10)与所述执行器(2)之间，以便保证所述执行器(2)的调整元件(15)到可预定的切换状态中的调整运动或所述执行器的调整元件(15)停留在可预定的切换状态中。
11.根据上述权利要求1-7中任一项所述的流体***，其特征在于，所述流体控制阀(6,7;106,107)流体地与所述执行器(2)相连接，且所述传感器器件(19,20)与所述执行器(2)相关联，其中，所述执行器(2)构造成用于提供调整运动，尤其在第一切换状态与第二切换状态之间的线性的和/或旋转的切换运动。
12.根据上述权利要求1-7中任一项所述的流体***，其特征在于，所述控制装置(3)构造成用于尤其通过现场总线***(33)与上级的机器或过程控制部(32)在两个方向上通讯，机器或过程控制部(32)可分配有与所述控制装置(3)相同或比其更低或更高的安全类别。
13.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的流体***的方法，其特征在于以下步骤：利用传感器器件(19,20)确定执行器状态且将相应于所确定的执行器状态的传感器信号输出到监测装置(23)处；在所述监测装置(23)中处理传感器信号且至少针对以下情况将监测信号提供到阀控制部(4)处，即，所述传感器器件(19,20)未提供传感器信号或所述传感器器件(19,20)提供有缺陷的传感器信号；在所述阀控制部(4)中尤其取决于确定的传感器信号处理监测信号；和操控所述流体控制阀(6,7;106,107)以用于影响到所述执行器(2)处的至少一个流体流，从而所述执行器(2)占据和/或保持可预定的可靠的状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述监测装置(23)监测安全切换器件(30)的电信号且在介入或进入到由所述执行器(2)确定的危险范围(31)中时将相应的监测信号提供到所述阀控制部(4)处，以便如此操控所述流体控制阀(6,7;106,107)，即，如此影响到所述执行器(2)处的至少一个流体流使得所述执行器(2)占据和/或保持可预定的可靠的状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，仅当所述执行器(2)的即将发生的状态变化借助所述控制装置(3)和/或所述阀控制部(4)的控制信号的输出来确定和/或所述执行器(2)的状态变化借助所述传感器器件(18,19)中的至少一个的传感器信号的至少一个变化来探测时，所述监测装置(23)这时才在探测到介入或进入到由所述执行器(2)确定的危险范围(31)中时借助所述安全切换器件(30)的信号将相应的监测信号提供到所述阀控制部(4)处。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，一旦不再存在探测到介入或进入到由所述执行器(2)确定的危险范围(31)中，所述监测装置(23)就调节监测信号的提供，且所述阀控制部(4)在不存在监测信号的情况下不进行所述流体控制阀(6,7;106,107)的不同于通过所述控制装置(3)的默认设置的操控。
17.根据权利要求13、14或15所述的方法，其特征在于，所述阀控制部(4)如此操控所述流体控制阀(6,7;106,107)，即，在所述执行器(2)中的至少一个工作腔在存在相应的监测信号期间保持供给有受压力加载的流体。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述监测装置(23)监测操纵切换器件(28)的电信号，且检测信号取决于所述操纵切换器件(28)的所确定的信号与所述阀控制部(4)相匹配。
19.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述阀控制部(4)的用于操控所述流体控制阀(6,7;106,107)的控制信号和所述传感器器件(19,20)的在所述执行器(2)处确定的传感器信号在所述监测装置(23)中进行处理，以便实现所述可靠的工作***(29;129)的功能性的检查。
20.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述阀控制部(4)或所述可靠的工作***(29;129)为了达到可靠的状态而如此进行所述流体控制阀(6,7;106,107)的操控，即，如此影响到至少一个执行器(2)处的流体流使得将所述执行器(2)在可预定的时间段之内带到来自以下组的至少一个可预定的功能状态中：执行器(2)无压力；使来自所述和/或至所述执行器(2)流体流停止；用于执行器(2)的运动方向预定；将执行器(2)调节到停止状态上；将执行器(2)调节到预定的力上；限制在所述执行器(2)中的压力；激活执行器夹紧；限制所述执行器(2)的运动速度。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，由所述阀控制部(4)或所述可靠的工作***(29;129)预定至少两个功能状态的时间顺序。
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