DE102016118975A1

DE102016118975A1 - Stellungsregler und Stellgerät

Info

Publication number: DE102016118975A1
Application number: DE102016118975.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Somfalvy
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Stellungsregler für ein mit einem pneumatischen Aktuator, wie ein pneumatischer Stellantrieb, ausgestattetes Stellgerät einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen, umfassend einen elektropneumatischen Wandler, wie einen I/P-Wandler, zum Bereitstellen eines pneumatischen Steuersignals für den pneumatischen Aktuator, einen elektrischen Eingang zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals, und eine Überwachungseinrichtung, die mit dem elektrischen Eingang und dem elektropneumatischen Wandler verbunden ist und eine Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal ein elektrisches Notbetätigungssignal für den elektropneumatischen Wandler erzeugen kann, um den elektropneumatischen Wandler zum Bereitstellen eines pneumatischen Notbetätigungssignals, vorzugsweise eines Notentlüftungssignals, für den pneumatischen Aktuator zu veranlassen wobei vorgesehen ist, dass der Stellungsregler eine weitere Überwachungseinrichtung umfasst, die mit dem elektrischen Eingang verbunden ist und eine Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal ein elektrisches Notbetätigungssignal für einen anderen Aktuator erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungsregler für ein mit einem pneumatischen Aktuator, wie ein pneumatischer Stellantrieb, ausgestattetes Stellgerät einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen. Die Erfindung betrifft auch ein Stellgerät einer prozesstechnischen Anlage, das einen Stellungsregler und wenigstens einen pneumatischen Aktuator umfasst.
Prozesstechnische Anlagen weisen in der Regel zahlreiche Feldgeräte oder Stellgeräte auf. Wenn bei einem Stellungsregler eines Stellgeräts ein Fehler auftritt, ist der fehlerbehaftete durch einen funktionstüchtigen Stellungsregler zu ersetzen. Dies kann eine zeitweise Stillstandzeit eines Teils oder der gesamten prozesstechnischen Anlage erfordern. Bei sicherheitskritischen prozesstechnischen Anlagen, bei deren fehlerhaftem Betrieb oder Ausfall Personen- oder Umweltschäden zu befürchten sind, ist ein zeitweiser Ausfall inakzeptabel, weswegen für bestimmte Anwendungsgebiete mehrere Stellgeräte redundant angeordnet sind, sodass bei einem Ausfall oder fehlerhaftem Betrieb eines Stellgeräts ein anderes, redundant vorgesehenes Stellgerät dessen Aufgabe übernimmt.
Für sicherheitskritische prozesstechnische Anlagen sind in den Normen IEC 61508 und IEC 615114 unterschiedliche Sicherheitsstufen definiert, die als Sicherheits-Integritäts-Level oder Safety Integrity Level (SIL) benannt sind. Je höher der Wert des Safety Integrity Level, desto weitreichender sind die erforderlichen Maßnahmen zur Beherrschung von Risiken infolge des Betriebs der prozesstechnischen Anlage. Für sicherheitszertifizierte prozesstechnische Anlagen nach SIL 3 sind gemäß den einschlägigen Normen redundante Not-Abschaltsicherungen vorzusehen. Üblicherweise werden zum Realisieren zweier redundanter Abschaltwege in SIL 3-konformen prozesstechnischen Anlagen Anordnungen bestehend aus mehreren Stellungsregler mit Notabschaltfunktion redundant vorgesehen, die individuell nur den einfacheren Anforderungen nach SIL 2 entsprechen.
Ein Stellungsregler mit Notabschaltung ist beispielsweise bekannt von DE 10 2005 024 686 B4 . Der bekannte Stellungsregler umfasst eine Stellungsreglerelektronik, der über eine Versorgungsleitung mit einb 4...20-mA-Versorgungs- und Stell-Signal bereitgestellt wird. Die Stellungsreglerelektronik steuert einen I/P-Wandler zur Abgabe eines pneumatischen Steuersignals an einen pneumatischen Stellantrieb, der ein Stellventil einer prozesstechnischen Anlage betätigt. Der Stellungsregler umfasst eine Zusatzschaltung, die bei Unterschreiten eines Schwellenwerts von Strom oder Spannung an der Versorgungsleitung den I/P-Wandler über einen Schalter stromlos schaltet, sodass der bekannte Stellungsregler den pneumatischen Stellantrieb entlüftet, während die Stellungsreglerelektronik weiterhin mit Energie versorgt wird. Der aus DE 10 2005 024 686 B4 bekannte Stellungsregler hat sich als sehr zuverlässig erwiesen. In zahlreichen prozesstechnischen Anlagen werden Anordnungen mit redundanten Stellungsreglern gemäß DE 10 2005 024 686 B4 eingesetzt, um die Sicherheitsanforderungen gemäß SIL 3 zu erfüllen. Es besteht allerdings der Wunsch nach einer kostengünstigeren Alternative zu derartigen Stellungsregleranordnungen, die denselben SIL 3 Sicherheitsanforderungen Stand hält.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere eine in der Anschaffung, im Betrieb und/oder bei der Wartung kostengünstigere Alternative zu den bekannten Stellungsreglern bereitzustellen, die den SIL 3-Anforderungen entspricht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Demnach ist ein Stellungsregler vorgesehen für ein mit einem pneumatischen Aktuator, wie ein pneumatischer Stellantrieb, ausgestattetes Stellgerät einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen, wobei der Stellungsregler einen elektropneumatischen Wandler, wie einen I/P-Wandler, zum Bereitstellen eines pneumatischen Steuersignals für den pneumatischen Aktuator und einen elektrischen Eingang zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals umfasst. Ein solcher Eingang kann insbesondere als Zwei-Leiter-Eingang oder Vier-Leiter-Eingang realisiert sein.
Der Stellungsregler umfasst eine Überwachungseinrichtung, die mit dem elektrischen Eingang und mit dem elektropneumatischen Wandler verbunden ist und eine Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal ein elektrisches Notbetätigungssignal für den elektro-pneumatischen Wandler erzeugt, um den elektropneumatischen Wandler zum Bereitstellen eines pneumatischen Notbetätigungssignals, vorzugsweise eines Notentlüftungssignals, für den pneumatischen Aktuator zu veranlassen.
Erfindungsgemäß umfasst der Stellungsregler eine weitere Überwachungseinrichtung, die mit dem elektrischen Eingang verbunden ist und eine weitere Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal ein elektrisches Notbetätigungssignal für einen anderen Aktuator erzeugt. Es sei klar, dass die weitere Überwachungseinrichtung unterschiedlich von der zuvor genannten, ersten Überwachungseinrichtung ist und insofern auch als zweite Überwachungseinrichtung bezeichnet sein kann. Die erste Überwachungseinrichtung ist gesondert von der zweiten Überwachungseinrichtung. Insbesondere weisen die erste Überwachungseinrichtung und die zweite Überwachungseinrichtung unterschiedliche Überwachungsschaltungen auf.
Der Stellungsregler kann insbesondere eine Steuerungselektronik wie eine Logikschaltung, insbesondere einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor umfassen, der dazu ausgelegt ist, betriebsgemäß, basierend auf einem von dem Stellungsregler am elektrischen Eingang empfangenes elektrisches Steuersignal, den elektropneumatischen Wandler zum betriebsgemäßen Steuern des ersten, pneumatischen Aktuators zu betätigen. Es sei klar, dass bei einem erfindungsgemäßen Stellungsregler die Überwachungseinheiten separat zu einer eventuellen Steuerungselektronik des Stellungsreglers realisiert sind. Im Unterschied zu einer Steuerungselektronik zum Durchführen verhältnismäßig komplexer regelungs- oder Steuerungsregelungsroutinen (möglicherweise basierend auf Sensorwerten, wie Positionssensorwerten, Drucksensorwerten betreffend den pneumatischen Druck des ersten Aktuators und gegebenenfalls anderer Aktuatoren, oder basierend auf Messwerten betreffend eine Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage, wie Druck, Temperatur, Volumenstrom oder dergleichen) zeichnen sich die Überwachungseinheiten durch eine besonders schlichte Konstruktion aus, sodass sie wesentlich weniger fehleranfällig sind als eine Steuerungselektronik. Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit bzw. sind die Überwachungseinheiten dazu ausgelegt, insbesondere analog einen Ist-Stromwert und/oder einen Ist-Spannungswert des Steuer- und/oder Versorgungssignals am elektrischen Eingang des Stellungsreglers zu überwachen. Vorzugsweise berücksichtigt die Überwachungseinheit außer dem Strom- oder Spannungswert des Steuer- und/oder Versorgungssignals keine Messsignale, insbesondere keinerlei weitere Signale.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellungsregler erlaubt das Bereitstellen zweier, unabhängig voneinander wirkender Überwachungseinrichtungen eine redundante Sicherheitsabschaltung insbesondere bei einem Kabelbruch in der Steuer- und/oder Versorgungssignalleitung des Stellungsreglers. Im Vergleich zu der üblichen Lösung, zwei komplette Stellungsregler redundant vorzusehen, verringert sich die Anzahl der erforderlichen Bauteile, insbesondere um die zusätzliche zweite Steuerungselektronik und die damit verbundenen Elektronikbauteile und Signalleitungen. Dennoch sind die redundanten Notabschaltwege vorhanden, sodass bei gleichbleibend hoher Sicherheit eine erhebliche Kostenersparnis im Anschaffungspreis des Stellungsreglers erreicht werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die erste Überwachungseinrichtung und/oder die zweite Überwachungseinrichtung dazu ausgelegt, das jeweilige Notbetätigungssignal zu erzeugen, wenn das Versorgung- und/oder Steuersignal bzw. dessen vorliegen Ist-Spannungs-Wert oder Ist-Strom-Wert einen vorbestimmten Spannungs- oder Strom-Referenzwert überschreitet oder unterschreitet. Vorzugsweise sind die Überwachungseinrichtungen dazu ausgelegt, ein jeweiliges Notbetätigungssignal zu erzeugen, wenn das Versorgungs- und/oder Steuersignal eine vorbestimmten Spannungs- oder Strom-Referenzwert unterschreitet. Auf diese Weise ist das Erzeugen des Notbetätigungssignals infolge eines Ausfalls beispielsweise des Steuersignals oder des Versorgungssignals oder eines kombinierten Steuerungs- und Versorgungssignals eine sichere Notbetätigung gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfasst die erste und/oder die zweite Überwachungseinrichtung das Versorgungs- und/oder Steuersignal unabhängig, vorzugsweise unverfälscht, von der Erfassung und gegebenenfalls einer Verarbeitung des Versorgungs- und/oder Steuersignals durch die jeweils andere Überwachungseinrichtung. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass selbst im Falle eines Fehlers einer der beiden Überwachungseinrichtung das Versorgungs- und/oder Steuersignal durch die andere, redundant vorgesehene Überwachungseinrichtung, vorzugsweise durch einen eventuellen Fehler der weiteren Überwachungseinrichtung unbeeinflusst bzw. unverfälscht, jeglicher Notfall erfasst wird, sodass eine sichere Erzeugung eines Notbetätigungssignals gewährleistet ist. Basierend auf demselben Versorgung- und/oder Steuersignal ist durch jede einzelne Überwachungseinrichtung des Stellungsreglers unabhängig von allen anderen Überwachungseinrichtungen des Stellungsreglers sichergestellt, dass im Notfall bzw. bei Erkennen eines fehlerhaften oder eines den Soll-Bereich verlassenden Versorgungs- und/oder Steuersignals wenigstens ein Notbetätigungssignalweg zum Betätigen eines Aktuators der prozesstechnischen Anlage bereitsteht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die erste Überwachungseinrichtung und die zweite Überwachungseinrichtung als Stromüberwachungseinrichtungen ausgestaltet, wobei eine jeweilige Überwachungsschaltung einen Messwiderstand, einen Shunt, eine Referenzquelle und einen Komparator zum Vergleich des am Shunt vorliegenden Stromwerts des Steuer- und/oder Versorgungssignals mit einem vorbestimmten Strom-Referenzwert aufweist. Insbesondere besteht eine Überwachungsschaltung aus einem Messwiderstand, einem Shunt, einer Referenzquelle und einem Komparator und gegebenenfalls erforderlichen Signalleitungen dazwischen. Beispielsweise kann die Überwachungsschaltung einen Messwiderstand mit Shunt aufweisen, eine Referenzquelle, beispielsweise eine Zener-Diode, einen Komparator, beispielsweise einen Komparator-IC oder Operationsverstärker, sowie einen Schalter, insbesondere in Form eines FET-Transistors, vorzugsweise in Form eines MOSFETS. Bei der Überwachungsschaltung kann der mit dem Widerstand erfasste elektrische Eingangswert durch den Komparator mit einer elektrischen Referenz verglichen werden, um mit dem Komparator bei Überschreiten oder Unterschreiten der elektrischen Referenz den Schalter derart zu betätigen, dass ein Notbetätigungssignal für einen Aktuator generiert wird. Beispielsweise kann eine Überwachungsschaltung dazu ausgestaltet sein, bei einem 4...20 mA-Steuersignal zu überwachen, ob der Stromwert des Steuersignals unter einen vorbestimmten Strom-Referenzwert, beispielsweise 4 mA oder 3,8 mA, fällt, um bei Unterschreiten des vorbestimmten Strom-Referenzwerts das Notbetätigungssignal zu erzeugen. Solange bei diesem Beispiel der Stromwert des Steuersignals größer ist als der Strom-Referenzwert, erzeugt die Stromüberwachungseinrichtung kein Notbetätigungssignal. Insbesondere erzeugt bei Vorliegen eines Steuersignals oberhalb des Strom-Referenzwerts eine Steuerungselektronik basierend auf dem am elektrischen Eingang des Stellungsreglers anliegende Steuersignal ein Betriebs-Betätigungssignal insbesondere für den elektropneumatischen Wandler des Stellungsreglers, der basierend auf dem Betriebs-Betätigungssignal von der Steuerungselektronik ein pneumatisches Betriebs-Betätigungssignal für den pneumatischen Aktuator des Stellgeräts erzeugt.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung sind die erste Stromüberwachungseinrichtung und die zweite Stromüberwachungseinrichtung in Reihe geschaltet, wobei der Stellungsregler vorzugsweise eine mit den Stromüberwachungseinrichtungen in Reihe geschaltete Steuerungselektronik, wie eine Logikschaltung, insbesondere einen Mikrocontroller, zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für den ersten und/oder für den zweiten Aktuator auf Basis des Versorgungs- und/oder Steuersignals und/oder ein Netzteil umfasst. Vorzugsweise sind dabei die Messwiderstände der jeweiligen Überwachungsschaltung in Reihe geschaltet. Das elektrische Steuerungssignal, das die Steuerungselektronik generiert, kann dem oben beschriebenen Betriebs-Betätigungssignal entsprechen. Eine Reihenschaltung von Stromüberwachungseinrichtungen hat sich zum unabhängigen, redundanten Überwachen des Strom-Werts der Steuer- und/oder Versorgungssignals als besonders geeignet erwiesen, da auf diese Weise eine besonders einfacher Aufbau realisiert ist, der nichtsdestotrotz hohen Sicherheitsanforderungen genügt. Außerdem hat sich ein derartiger Aufbau insofern als besonders praxistauglich herausgestellt, als bestehende Stellungsregler, die bereits eine einzelne Überwachungseinrichtung aufweisen, mit einer zweiten Stromüberwachungseinrichtung ergänzt werden können, um erhöhten Sicherheitsanforderungen zu entsprechen. Die Reihenschaltung der Überwachungseinheiten mit gegebenenfalls weiteren vorhandenen elektrischen Bauteilen, wie einem Netzteil und/oder einer Steuerungselektronik, des Stellungsreglers gewährleistet, dass die Stromüberwachungseinrichtungen unverfälscht durch eventuelle Fehler einer Steuerungselektronik oder anderer Elektronikbauteile des Stellungsreglers ihre Notbetätigungsfunktion ausführen können.
Bei einer ersten alternativen bevorzugten Ausführung der Erfindung, die mit den oben beschriebenen Ausführen kombinierbar ist, umfasst der Stellungsregler einen weiteren elektropneumatischen Wandler, wie einen I/P-Wandler, zum Bereitstellen eines weiteren pneumatischen Steuersignals für den weiteren Aktuator. Die Überwachungsschaltung der zweiten Überwachungseinrichtung ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Notbetätigungssignal für den weiteren elektropneumatischen Wandler zu erzeugen, um den weiteren elektropneumatischen Wandler zum Bereitstellen eines pneumatischen Notbetätigungssignals, vorzugsweise eines Notentlüftungssignals, für den zweiten, pneumatischen Aktuator zu veranlassen. Bei dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung sind also wenigstens zwei zueinander unterschiedliche elektropneumatische Wandler vorgesehen. Insbesondere ist der erste elektropneumatische Wandler mit der ersten Überwachungseinrichtung verbunden und der weitere oder zweite elektropneumatische Wandler mit der zweiten Überwachungseinrichtung. Vorzugsweise ist der erste elektropneumatische Wandler von der zweiten Überwachungseinrichtung (und eventuellen dritten Überwachungseinrichtungen) nicht beeinflussbar und der zweite elektropneumatische Wandler ist von der ersten Überwachungseinrichtung (und eventuellen dritten Überwachungseinrichtungen) nicht beeinflussbar.
Bei einer anderen alternativen bevorzugten Ausführung der Erfindung, die mit den zuvor beschriebenen Ausführung kombinierbar ist, ist die Überwachungsschaltung der zweiten Überwachungseinrichtung dazu ausgelegt, ein elektrisches Notbetätigungssignal für einen elektrischen Ausgang des Stellungsreglers zu erzeugen, der signalübertragungsgemäß mit einem weiteren elektrischen Aktuator verbunden ist, beispielsweise einem elektrischen Stellantrieb, oder der mit einem stellungsreglerexternen elektropneumatischen Wandler, wie einem Notentlüftungsventil, insbesondere einem Magnetventil, verbunden ist, um eine Notentlüftung eines weiteren pneumatischen Aktuators zu veranlassen. Eine derartig alternative bevorzugte Ausführung hat sich insbesondere für solche Stellungsregler bewährt, die nachgerüstet werden und standardmäßig nur einen pneumatischen Ausgang haben, der mit dem ersten elektropneumatischen Wandler in pneumatischer Wirkverbindung steht. Derartige Stellungsregler können über einen elektrischen Ausgang verfügen oder damit nachgerüstet werden, der ein von der zweiten Überwachungseinrichtung erzeugtes Notbetätigungssignal zur Weiterverarbeitung ausgibt. Eine solche Konfiguration eignet ferner auch zum Erreichen einer sogenannten diversifizierten Redundanz mit Aktuatoren unterschiedlicher Art zur Notabschaltung (z. B. einem ersten, pneumatischen Aktuator und einem zweiten, elektrischen Aktuator).
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die mit den vorigen Ausführungen und Alternativen kombinierbar ist, umfasst der Stellungsregler ein Gehäuse, in dem die Überwachungseinrichtungen eingefasst sind. Vorzugsweise sind in einem derartigen Stellungsreglergehäuse auch der oder die elektropneumatischen Wandler, gegebenenfalls die Steuerungselektronik und/oder das Netzteil untergebracht. Stellungsreglerexterne Bauteile, insbesondere der vorgenannte stellungsreglerexterne pneumatische Wandler sind außerhalb dieses Stellungsregelergehäuses angeordnet. Das Stellungsregelergehäuse ist vorzugsweise explosionssicher ausgestaltet. Ein Stellungsregler mit einem Gehäuse, in dem alle funktionsrelevanten Bauteile eingefasst sind, ermöglicht eine schnelle, unkomplizierte Montage.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist die erste und/oder zweite Überwachungseinrichtung bzw. deren Überwachungsschaltung zumindest teilweise in dem Reglergehäuse des Stellungsreglers angeordnet, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Überwachungseinrichtung bzw. deren Überwachungsschaltung zumindest teilweise vorzugsweise werkzeugfrei steckbar oder lösbar in dem Reglergehäuse aufgenommen Ist. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der elektrische Ausgang, mit dem die zweite Überwachungseinrichtung kommuniziert, in oder an dem Reglergehäuse des Stellungsreglers angeordnet, wobei insbesondere der elektrische Ausgang zur Übermitteilung des zweiten elektrischen Notbetätigungssignals vorzugsweise werkzeugfrei steckbar oder lösbar in dem Reglergehäuse aufgenommen ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Stellgerät einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Stellgerät umfasst einen ersten, pneumatischen Aktuator, wie einen pneumatischen Stellantrieb, zum Betätigen eines ersten Stellglieds, wie eines Stellventils, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage sowie einen zweiten, vorzugsweise pneumatischen oder elektrischen Aktuator, wie einen Stellantrieb, zum Betätigen eines zweiten Stellglieds, wie eines Stellventils, zum Einstellen der Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Stellgerat einen Stellungsregler, der einen elektrischen Eingang zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals aufweist, wobei der Stellungsregler dazu ausgestaltet ist, abhängig vom dem Empfang des Steuer- und/oder Versorgungssignals je ein Notbetätigungssignal, vorzugsweise ein pneumatisches Notentlüftungssignal, für den ersten und den zweiten Aktuator bereitzustellen. Der Stellungsregler des erfindungsgemäßen Stellgerats kann insbesondere wie oben beschrieben ausgestaltet sein. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Stellgerät genau einen einzigen Stellungsregler.
Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Stellungsregler des Stellgeräts einen ersten, pneumatischen Signalausgang zum Betätigen des ersten, pneumatischen Aktuators sowie einen zweiten, pneumatischen oder elektrischen Signalausgang zum Betätigen des zweiten Aktuators, wobei der erste Aktuator und vorzugsweise auch der zweite Aktuator als einfach wirkender pneumatischer Stellantrieb mit Federrückstellung realisiert ist. Vorzugsweise umfasst der erste Aktuator ein Stellantriebsgehäuse, das durch eine bewegliche Membran in zwei pneumatisch voneinander getrennte Arbeitskammern unterteilt ist, wobei eine Arbeitskammer pneumatisch beaufschlagbar ist mit dem pneumatischen Betätigungssignal, aus dem ersten, pneumatischen Signalausgang des Stellungsreglers. Die zweite Arbeitskammer des ersten Aktuators weist wenigstens eine Rückstellfeder auf, die entgegengesetzt zu pneumatischen Druck in der ersten Arbeitskammer wirkt, sodass bei einer Notentlüftung des ersten Aktuators die wenigstens eine Rückstellfeder den ersten pneumatischen Aktuator zum Verfahren in einen sicher Endstellung, eine sogenannten Notentlüftungsstellung, zwingt. Vorzugsweise bewirkt ein Verfahren des ersten Aktuators ein Verfahren des ersten Stellglieds in eine Notstellung, beispielsweise einer Not-Schließstellung oder eine Not-Öffnungsstellung.
Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Stellgeräts umfasst der Stellungsregler einen elektrischen Ausgang zum Betätigen des zweiten Aktuators, der als pneumatischer Aktuator ausgestaltet ist. Dabei ist ein elektropneumatischer Wandler, insbesondere ein Notentlüftungsventil, vorzugsweise ein Magnetventil, zum Empfangen eines elektrischen Betätigungssignals mit dem elektrischen Ausgang verbunden und weist einen pneumatischen Ausgang zum Abgeben eines pneumatischen Notbetätigungssignals für den zweiten, pneumatischen Aktuator auf. Der zweite pneumatische Aktuator kann entsprechend dem oben beschriebenen ersten Aktuator als einfach wirkender pneumatischer Stellantrieb mit Federrückstellung realisiert sein. Der zusätzliche elektropneumatische Wandler ist vorzugsweise Teil des Stellgeräts und insbesondere separat, wie gehäuseextern, zu dem Stellungsregler des Stellgeräts realisiert.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibungen bevorzugter Ausführungen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellgerats mit einem erfindungsgemäßen Stellungsregler;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen Stellungsregler;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen Stellungsregler;
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts mit erfindungsgemäßem Stellungsregler; und
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellgeräts mit einem erfindungsgemäßen Stellungsregler.
In den folgenden Figuren unterschiedlicher Ausführungsbeispiele werden dieselben oder ähnlichen Bauteile oder Merkmale mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Stellgerät 5 gemäß einer ersten Ausführung in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Stellungsregler 1 gemäß einer ersten Ausführung dargestellt. Das Stellgerät 5 umfasst als Hauptbestandteile einen ersten pneumatischen Stellantrieb 3 zum Betätigen eines ersten Stellventils 4 sowie einen zweiten pneumatischen Stellantrieb 7 zum Betätigen eines zweiten Stellventils 8 zum Einstellen der Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage sowie einen Stellungsregler 1 mit unabhängig voneinander arbeiteten Überwachungseinrichtungen 15, 17. Die Stellglieder, die hier in Form von Stellventilen 4, 8 dargestellt sind, wirken in Reihe geschaltet auf dasselbe Prozessfluid der prozesstechnischen Anlage derart, dass eine Notbetätigung, beispielsweise ein Not-Schließen oder Not-Öffnen bei vollfunktionsfähigem Stellgerät 5 redundant mit beiden Stellventilen 4, 8 erfolgt. Für den Fall, dass ein Stellglied, Stellantrieb und/oder Stellsignalerzeuger defekt ist, kann die Notabschaltung der prozesstechnischen Anlage durch Not-Betätigung des anderen Stellglieds durch den anderen Stellantrieb mit Hilfe des anderen Stellsignalerzeugers dennoch erfolgen. Fällt bei dem in 1 dargestellten Beispiel beispielsweise ein I/P-Wandler 11 oder 21, ein Stellantrieb 3 oder 7 oder ein Stellventil 4 oder 8 aus, ist durch das redundant vorgesehene zweite Bauteil eine sichere Notabschaltung dennoch gewährleistet. Es sei klar, dass zu diesem Zweck die redundant vorgesehenen Stellglieder, wie die in 1 dargestellten Stellventile 4 und 8 im Wesentlichen die gleiche Notbetätigungsfunktion ausführen.
Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte beispielsweise mit dem Stellgerät 1 eine redundante Not-Betätigung durch eine Pumpe und ein Not-Schließ-Ventil, das das durch die Pumpe förderbare Prozessfluid sperren kann, veranlasst werden. Die redundante Notbetätigung erfolgt dann entweder durch Abschalten der Pumpe, durch Schließen des Not-Sperr-Ventils oder mit Hilfe beider Komponenten. Eine redundante Notabschaltung kann beispielsweise auch bei paralleler Anordnung zweiter Aktoren, insbesondere zweier Not-Auf-Ventile, realisiert sein.
Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Stellungsregler 1 umfasst als Hauptbestandteil einen elektrischen Eingang 13 zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals w und zwei das Steuer- und/oder Versorgungssignal w überwachende Überwachungseinrichtungen 15 und 17, die je ein Not-Betätigungssignal für redundant vorgesehene Aktuatoren erzeugen können. Der Stellungsregler 1 umfasst einen I/P-Wandler 11 zum Bereitstellen eines pneumatischen Steuersignals für den ersten pneumatischen Stellantrieb 3 des Stellgeräts 5. Ein zweiter I/P-Wandler 21 stellt ein zweites pneumatisches Steuersignal p₂ für den zweiten pneumatischen Stellantrieb 7 bereit. Die erste Überwachungseinrichtung 15 ist dem ersten I/P-Wandler zugeordnet und die zweite Überwachungseinrichtung 17 dem zweiten I/P-Wandler 21.
Der Stellungsregler 1 umfasst eine Stellungsreglerelektronik 19, die beispielsweise als Mikro-Controller ausgestaltet sein kann, welchem das Steuer- und/oder Versorgungssignal w zugeführt wird. Im normalen Betrieb erzeugt die Stellungsreglerelektronik 19 ein erstes elektrisches Stellsignal s₁ für den ersten I/P-Wandler 11, der als pneumatischer Signalerzeuger zum Betätigen der ersten Stellantriebs 3 wirkt. Ferner erzeugt die Stellungsreglerelektronik 19 auf Basis des Steuer- und/oder Versorgungssignals w während des Normalbetriebs ein zweites elektrisches Stellsignal s₂ für den zweiten pneumatischen Signalerzeuger bzw. I/P-Wandler 21 zum Betätigen des zweiten pneumatischen Stellantriebs.
Die Überwachungseinrichtungen 15, 17 können, wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, spiegelbildlich mit den gleichen elektrischen Bauteilen aufgebaut sein. Gemäß 1 umfasst die erste Überwachungseinrichtung 15 eine Überwachungsschaltung, die aus einem Messwiderstand 51, einem Shunt 53 und einem Komparator-betätigten Schalter 55 zum Unterbrechen des Steuersignal s für das erste elektrische Stellsignal s₁. Die zweite Überwachungseinrichtung besteht aus einem Messwidertand 71, einem Shunt 73 und einem Komparator-betätigten Schalter 57 zum Unterbrechen der Signalleitung für das zweite elektrische Stellsignal s₂.
Die Messwiderstände 51 und 71 sind zwischen dem elektrischen Eingang 13 des Stellungsreglers 1 und dessen Stellungselektronik 19 in Reihe geschaltet. Durch die beiden in Reihe geschalteten Messwiderstände 51 und 71 fließt im Wesentlichen derselbe Strom. Vorzugsweise sind die beiden Messwiderstände 51 und 71 insofern im Wesentlichen identisch, als sie im Wesentlichen denselben Widerstandswert aufweisen, so dass an den beiden Messwiderständen 51 und 71 abhängig von der Stromstärke des Steuer- und/oder Versorgungssignals w, die im Wesentlichen dieselbe Spannung enthält. Es sei klar, dass der Widerstandswert eines Messwiderstands 51 und/oder 71 wenigstens zehnmal, wenigstens einhundertmal oder sogar wenigstens eintausendmal höher sein kann als der Leitungswiderstand des Kabels, welches das Steuer- und/oder Versorgungssignal w zu der Stellungsreglerelektronik 19 übermittelt.
Der jeweilige Shunt bzw. Zener-Diode 53, 73 weist einen charakteristischen Spannungs-Schwellenwert auf, bei dessen Überschreiten die Zener-Diode 53, 73 einen Stromfluss in der Überwachungsschaltung der jeweiligen Überwachungseinrichtung 15 bzw. 17 zulässt. Unterhalb des Spannungs-Schwellenwerts der Zener-Diode 53 bzw. 73 unterbindet die Zener-Diode 53 bzw. 73 einen Stromfluss durch den Überwachungsschaltkreis der Überwachungseinrichtung 15 bzw. 17.
Der jeweilige Schalter 55 bzw. 57 der jeweiligen Überwachungseinrichtung 15 bzw. 17 kann die erste (25) bzw. zweite (27) Steuersignalleitung zwischen der Stellungsreglerelektronik 19 und dem ersten (11) bzw. zweiten (21) I/P-Wandler unterbrechen. In 1 sind die Schalter 55, 57 als Relais dargestellt, sie können jedoch alternativ als anderer elektrischer Schalter, beispielsweise als Transistor, etwa Feldeffekttransistoren wie MOSFET oder JFET oder dergleichen ausgestaltet sein. Es sei klar, dass alternativ zu der bevorzugten, spiegelbildlichen Ausführung der redundanten Überwachungseinrichtungen 15, 17 die Überwachungseinrichtungen auch unterschiedlich zueinander ausgebildet sein können (Beispielsweise kann der erste Schalter 55 als Relais und der zweite Schalter 57 als MOSFET ausgebildet sein). Durch die Verwendung unterschiedlicher Bauteile wird eine zusätzliche Ebene der Redundanz geschaffen, indem vermieden wird, dass baugleiche Bauelemente von demselben Hersteller herstellungsbedingt denselben, möglicherweise sicherheitskritischen, Fehler aufweisen. Beispielsweise können auch die Messwiderstände 51, 71 unterschiedlich ausgeführt sein, beispielsweise mit unterschiedlichen Widerstandswerten oder unterschiedlichen Herstellern stammen. Entsprechendes gilt für die Shunts 53, 73.
Anstelle einer durch die dargestellten Überwachungseinrichtungen 15, 17 erfolgenden Strom-Überwachung hinsichtlich des Steuer- und/oder Versorgungssignals w bezüglich eines Schwell-Stroms von beispielsweise 3,8 mA bei einer 4–20 mA Steuersignalleitung ist es denkbar, eine Spannungs-Überwachung hinsichtlich des Steuer- und/oder Versorgungssignals w zu realisieren, wozu eine entsprechend angepasste Überwachungseinrichtung (nicht dargestellt) einzusetzen ist.
Für den Normalbetrieb des Stellgeräts 5 weist der Stellungsregler 1 einen ersten Stellungssensor 31 zum Erfassen der Stellposition des durch den ersten Stellantrieb 3 betätigten Stellventils 4 (oder anderen Stellglieds) auf, der signalübertragungsgemäß mit der Stellungsreglerelektronik 19 verbunden ist. Ferner umfasst der Stellungsregler 1 einen (nicht näher dargestellten) zweiten Stellpositionssensor zum Erfassen des Positions-Stellwerts des durch den zweiten Stellantrieb 7 betätigten Stellventils 8 oder anderen Stellglieds, welcher ebenfalls signalübertragungsgemäß mit der Stellungsreglerelektronik 19 verbunden ist. Das Stellgerät 5 weist nur einen einzigen Stellungsregler 1 auf.
Der Stellungsregler 1 umfasst ein Gehäuse 61, in dem neben der Stellungsreglerelektronik 19, die abhängig von dem Steuer- und/oder Versorgungssignal w, das an dem elektrischen Eingang 13 des Stellungsreglers 1 empfangen wird, elektrische Stellsignale s₁, s₂ für zwei elektropneumatische Wandler, wie die exemplarisch dargestellten I/P-Wandler 11, 21 erzeugt. Die elektropneumatischen Wandler des Stellungsreglers 1 sind ebenfalls in dem Gehäuse 61 angeordnet, welche für den ersten elektropneumatischen Wandler einen ersten pneumatischen Ausgang 12 zum Übertragen des ersten pneumatischen Stellsignals p₁ an den ersten pneumatischen Stellantrieb 3 aufweist. Ebenfalls in dem Gehäuse 61 des Stellungsreglers 1 eingefasst ist der zweite elektropneumatische Wandler. Das Gehäuse 61 weist einen zweiten pneumatischen Ausgang 22 für das zweite pneumatische Stellsignal p₂ für den zweiten pneumatischen Stellantrieb 7 auf. Ein erster (31) und zweiter (32) Positionssensor kann ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet sein. Es sei klar, dass der Positionssensor für den ersten oder zweiten Stellantrieb 3, 7 und das dazu gehörige Stellglied auch außerhalb des Gehäuses 61 des Stellungsreglers 1 angeordnet sein kann und mit der Stellungsreglerelektronik 19 signalübertragungsgemäß, kabelgebunden oder kabellos, verbunden sein kann. Das Gehäuse 61 kann luftdicht, wasserdicht, prozessfluiddicht und/oder staubdicht ausgeführt sein. Die elektropneumatischen Wandler sind vorzugsweise durch eine oder zwei redundante Pneumatikquellen P_Z mit druckbeaufschlagtem Pneumatikfluid versorgt.
Die Überwachungseinrichtungen 15, 17 sind insbesondere dazu in der Lage, unabhängig voneinander einen Kabelbruch der Signalleitung für das Steuer- und/oder Versorgungssignal w zu erkennen und derart auf einen Kabelbruch oder Stromausfall zu reagieren, dass eine redundante Notbetätigung sowohl des ersten Aktuators als auch des zweiten Aktuators unabhängig voneinander erfolgt. Die redundante, unabhängig voneinander erfolgende Notabschaltung der Aktuatoren ist gewährleistet durch die vollständige Redundanz der Überwachungseinrichtungen 15 und 17, welche keine gemeinsamen (geteilten) Komponenten umfassen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Stellgertit 5 mit erfindungsgemäßem Stellungsregler 1, welches weitgehend mit dem Stellgerät gemäß 1 entspricht. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Stellglieder der Aktuatoren 3a, 7a sowie die auf die Stellglieder bezogenen Sensorik nicht im Detail dargestellt.
Der Stellungsregler 1 hat einen elektrischen Eingang 1, über den der Stellungsregler 1 ein Steuer- und/oder Versorgungssignal w, beispielsweise ein 4...20 mA/12 V-Signal, erhält. Zwischen der Stellungsreglerelektronik 19 und dem elektrischen Eingang 13 des Stellungsreglers 1 sind in Reihe zwei Überwachungseinrichtungen entlang der Steuer- und/oder Versorgungssignalleitung 14 angeordnet. Zu diesem Zweck sind entlang der Steuer- und/oder Versorgungssignalleitung 14 in Reihe geschaltet ein erster Messwiderstand 51 der ersten Überwachungseinrichtung 15 und ein zweiter Messwiderstand 71 der zweiten Überwachungseinrichtung 17 angeordnet. Die Spannung an dem ersten Messwiderstand 51 wird einer Stromüberwachungseinheit 55 zugeführt, die eine Abschaltlogik aufweist, um das erste elektrische Steuersignal s₁, welches von der Stellungsreglerelektronik 19 über die Signalleitung 25 zu dem elektropneumatischen Wandler 65 geführt wird, unterbrechen. Die an dem zweiten Messwiderstand 71 anliegende Spannung wird der zweiten Stromüberwachung 57 zugeführt. Die zweite Stromüberwachung 57 verfügt über eine Abschaltlogik, die die Übertragung des zweiten Steuersignals s₂ von der Stellungsreglerelektronik 19 zur Betätigung des zweiten elektropneumatischen Wandlers 67 über die zweite Steuersignalleitung 27 unterbrechen kann.
Im Normalbetrieb steuert die Stellungsregelelektronik den ersten Aktuator 3a und den zweiten Aktuator 7a (der nicht näher dargestellten) prozesstechnischen Anlage unabhängig voneinander an. Das erste Steuersignal s₁ wird von dem Stellungsregler 19 über die Signalleitung 25 zu dem ersten elektropneumatischen Wandler 65 geführt. Der erste elektropneumatische Wandler 65 erzeugt auf Basis des elektrischen Stellsignals s₁ ein pneumatisches Stellsignal p₁, welches über dem pneumatischen Ausgang 12 des Stellungsreglers 1 abgeben wird. Das an dem pneumatischen Ausgang 12 des Stellungsreglers 1 abgegebene pneumatische Stellsignal p₁ wird dem pneumatischen Aktuator 3a zugeführt, um ein (nicht näher dargestelltes) Stellglied, beispielsweise einer Regelarmatur oder eine Auf/Zu-Armatur, zu betätigen. Der pneumatischen Aktuator 3 ist vorzugsweise einseitig wirkend mit Federrückstellung ausgeführt, so dass Drucklosschaltung des pneumatischen Aktuators 3a in Folge einer Federspannung das Stellglied derart betätigt wird, dass es eine durch den pneumatischen Aktuator bzw. dessen Federrückstellung vorgegebene Endstellung erreicht. Die Stromlosschaltung des elektropneumatischen Wandlers 65 erfolgt mittels der ersten Überwachungseinrichtung 15, die eine als Stromüberwachung ausgebildete Überwachungsschaltung umfasst, welche abhängig von dem Steuer- und/oder Versorgungssignal w die Übertragung des elektrischen Stellsignals s₁ unterbricht, und auf diese Weise ein elektrisches Notbetätigungssignal erzeugt. Dieses elektrische Notbetätigungssignal wird von dem elektropneumatischen Wandler 65 in ein pneumatisches Notbetätigungssignal (z. B.: Drucklos) gewandelt, welches dem pneumatischen Aktuator 3a zugeführt wird.
Bei dem in 2 dargestellten Stellungsregler 1 erfolgt die Regelung des zweiten Aktuators 7a durch die Stellungsreglerelektronik 19 praktisch identisch zu der Regelung des ersten pneumatischen Aktuators 3a durch die Stellungsreglerelektronik 19, jedoch unter Verwendung eines völlig unabhängigen, redundanten Steuerpfades. Der Stellungsregler 19 erzeugt ein zweites elektrisches Stellsignal s₂ für den zweiten elektropneumatischen Wandler 67, auf dessen Basis der zweite elektropneumatische Wandler 67 ein pneumatisches Stellsignal p₂ zur Ausgabe an dem zweiten pneumatischen Ausgang 22 des Stellgeräts 1 erzeugt. Dieses zweite pneumatische Stellsignal dient dann der Betätigung des zweiten elektropneumatischen Aktuators 7a. Der Stellungsregler 1 umfasst darüber hinaus eine zweite Überwachungseinrichtung 17, die vollständig redundant gegenüber der ersten Überwachungselektronik 15 ausgebildet ist. Abhängig von der am Messwiderstand 71 der zweiten Überwachungseinheit 17 anliegenden Spannung ist die Abschaltlogik der zweiten Stromüberwachung 57 dazu eingerichtet, das elektrische Stellsignal s₂ dem zweiten elektropneumatischen Wandler 67 passieren zu lassen, oder die Übertragung des zweiten elektrischen Stellsignals s₂ zu unterbrechen. Wenn der elektropneumatische Wandler 67 kein elektrisches Stellsignal s₂ erhält, ist der zweite elektropneumatische Wandler 67 dazu eingerichtet, den Stelldruck p₂ am Ausgang 22 drucklos zu schalten. Diese Unterbrechung des elektrischen Stellsignals s₂ durch die Stromüberwachung 57 entspricht der Erzeugung eines elektrischen Notbetätigungssignals mit Strom und Spannung Null für den elektropneumatischen Wandler 67, welcher auf Basis des elektrischen Notbetätigungssignals ein pneumatisches Notbetätigungssignal erzeugt.
Der erste elektropneumatische Wandler 65 und/oder der zweite elektropneumatische Wandler 67 des Stellgeräts 1 können als Pneumatikmodul oder als Magnetventil ausgestaltet sein. Ein derartiges Pneumatikmodul kann insbesondere werkzeugfrei steckbar und/oder lösbar mit einem Modulsteckplatz im Gehäuse 61 des Stellgeräts verbindbar sein. Eine solche modulare Steckbarkeit kann insbesondere wie in dem deutschen Patent DE 10 2012 021 387 B3 der Anmelderin realisiert sein, die hiermit durch Bezugnahme vollständig miteinbezogen wird. Insbesondere kann der Stellungsregler 1 über Steckplätze verfügen, die mit modularen Bausteinen (hier: einen elektropneumatischen Wandler-Baustein 65, 67) bestückt werden können, wie in den Absätzen [0047] bis [0055] hinsichtlich insbesondere der 1 und 2 beschrieben (s. u.: 4 und 5).
3 zeigt eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts 5 mit einem anderen erfindungsgemäßen Stellungsregler 1.
Im Vergleich zu dem oben hinsichtlich 2 beschriebenen Stellgerät mit Stellungsregler ist der erste Signalpfad von dem Stellungsregler 19 über die Stromüberwachung 55 zu dem ersten elektronpneumatischen Wandler 65 und weiter zu der ersten pneumatischen Aktuator im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die Ausführung gemäß 3 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß 2 im Wesentlichen durch den zweiten Stellpfad zwischen dem Stellungsregler und dem zweiten Aktuator 7a.
Bei der in 3 gezeigten bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts 1 ist ein elektrischer Ausgang 77 in dem Gehäuse 61 des Stellungsreglers 1 vorgesehen, mit welchem eine elektrische Stell- und/oder Notbetätigungsleitung 78 verbunden ist, um ein elektrisches Ausgangssignal s₃ zu übermitteln. Der elektropneumatische Wandler 79 zum Erzeugen des pneumatischen Stell- und/oder Notbetätigungssignals p₃ für den zweiten pneumatischen Aktuator 7a ist gemäß 3 außerhalb des Gehäuses 61 des Stellungsreglers 1 (gegebenenfalls sogar fern des Stellungsreglergehäuses 61) angeordnet. Bei der Verwendung eines elektrischen Notbetätigungsausgangs 77 zur Ausgabe eines elektrischen Notbetätigungssignals s₃ über eine elektrische Notbetätigungsleitung 78 ist es auch denkbar, anstelle des dargestellten pneumatischen Aktuators 7a einen mit der Notbetätigungsleitung 78 gekoppelten elektrischen Aktuator (nicht dargestellt) zur Notbetätigung eines Stellglieds der prozesstechnischen Anlage (die nicht näher dargestellt ist) zu verwenden, beispielsweise eine Pumpe oder eine elektrisch betätigtes Stell- und/oder Notbetätigungsventil.
Bei dem Stellungsregler 1 gemäß 3 ist die Überwachungseinrichtung 17 mit einer Stromüberwachung 68 mit Abschaltlogik ausgestattet, die in einer wie oben beschriebenen modularen Steckplatte des Gehäuses 61 des Stellungsreglers 1 sitzen kann. Der Notbetätigungsausgang 77 des Stellungsreglers 1 kann als Teil des Steckmoduls mit der Stromüberwachung 68 ausgebildet oder in dem Stellungsreglergehäuse 61 angeordnet sein.
Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Ausführungen gemäß den 1 und 2 entscheidet die Stromüberwachung 68 abhängig von der an dem Messwiderstand 71 anliegenden Spannung mit Hilfe ihrer Abschaltlogik, ob die Übermittlung des elektrischen Stellsignals s₂, welches von der Stellungsreglerelektronik 19 zu der Stromüberwachung 68 geführt wird mittels der Leitung 27 weiterübermittelt oder unterbrochen wird. Wird das Stellsignal s₂ weiter übermittelt, entspricht das elektrische Ausgangs-Stellsignal s₃ im Wesentlichen dem elektrischen Stellsignal s₂, welches von der Stellungsreglerelektronik 19, wie einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor, einem FPGA-Baustein, oder dergleichen, stammt. Wie oben dargelegt, kann das Ausgangs-Stellsignal s₃ wahlweise wie dargestellt an einen elektropneumatischen Wandler 79, hier beispielsweise ein Magnetventil zur Erzeugung eines pneumatischen Stellsignals p₃ übermittelt werden oder unmittelbar als Ausgangs-Stellsignal s₃ einen elektrischen Aktuator, wie einen elektrischen Stellantrieb (nicht dargestellt), zugeführt werden.
4 zeigt ein Stellgerät 5 mit einem ähnlich wie in dem deutschen Patent DE 10 2012 021 387 B3 der Anmelderin realisierten Stellungsregler 1, der erfindungsgemäß mit einer ersten Überwachungseinrichtung 15 und einer zweiten Überwachungseinrichtung 17 ausgestattet ist. Der in 4 abgebildete Stellungsregler arbeitet im Wesentlichen wie der oben im Hinblick auf 2 beschriebene Stellungsregler, sodass auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Der Stellungsregler 1 umfasst elektropneumatische Wandler-Bausteine 65, 67, die pneumatische Steuersignale oder Notbetätigungssignale p₁, p₂ zur Betätigung eines pneumatischen Aktors 3a, 7a abgeben. Die Überwachungseinrichtungen 15, 17 sind in 4 rein schematisch dargestellt. Es sei klar, dass bei einem modularen Stellungsregler 1 die erste Überwachungsschaltung 15 und/oder die zweite Überwachungsschaltung 17 beispielsweise gebildet sein kann durch einen Messwiderstand mit Shunt, einer Referenzquelle (z. B. Zener-Diode), einem Komparator (Komparator-IC oder Operationsverstärker) zum Vergleich von elektrischen Signalen einerseits von dem Messwiderstand und andererseits von der Referenzquelle, sowie einem Schalter (beispielsweise einem FET-Transistor), der durch den Komparator betätigt ist (nicht näher dargestellt).
5 zeigt eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts 5 mit einem weiteren erfindungsgemäßen Stellungsregler 1. Das in 5 dargestellte Stellgerät 5 entspricht weitgehend dem Stellgerät gemäß 3 und ist modular mit elektro-pneumatischen Wandler-Bausteinen 65, 67 ausgestattet. Gegenüber dem oben bezüglich 3 beschriebenen Stellgerät unterscheidet sich das in 5 abgebildete Stellgerät dadurch, dass die Ausgänge 12, 22 des Stellungsreglers 1 pneumatisch sind und die redundante Notabschaltung mithilfe eines stellungsreglerexternen Magnetventils 79 erfolgt. Gegenüber dem in 3 abgebildeten Stellgerät unterscheidet sich das Stellgerät gemäß 5 im Wesentlichen nur dadurch, dass der zweite elektropneumatische Wandler als elektropneumatisches Wandler-Modul 67 in den Stellungsregler 5 gemäß 5 integriert ist. Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen bezüglich 3 entsprechend für 5. Kombinationen sind denkbar.
Abgesehen von den erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtungen 15, 17 kann der Stellungsregler 1 entsprechend DE 10 2012 021 387 B3 ausgestattet sein und funktionieren. Wie oben im Hinblick auf 4 beschrieben, kann auch bei dem in 5 dargestellten Stellungsregler 1 die erste Überwachungsschaltung 15 oder die zweite Überwachungsschaltung 17 ausgestaltet sein.
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.
Bezugszeichenliste

1: Stellungsregler
3, 3a, 7, 7a: Aktuator
4, 8: Stellventil
5: Stellgerät
11, 21, 65, 67, 79: Wandler
12, 22, 77: Ausgang
13: elektrischer Eingang
14: Versorgungssignalleitung
15, 17: Überwachungseinrichtung
19: Stellungsreglerelektronik
25, 27: Steuersignalleitung
31, 32: Stellungssensor
51, 71: Messwiderstand
53, 73: Shunt/Zener-Diode
55, 57: Schalter
61: Gehäuse
68: Stromüberwachung
78: Stell-/Notbetätigungsleitung
p₁: erstes Stellsignal
p₂: zweites Stellsignal
p₃: Stell-/Notbetätigungssignal
p_s: zweites Steuersignal
p_Z: Pneumatikquelle
s: Steuersignal
s₁: erstes Stellsignal
S₂: zweites Stellsignal
S₃: Ausgangssignal
w: Steuer-/Versorgungssignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005024686 B4 [0004, 0004, 0004]
DE 102012021387 B3 [0046, 0052, 0054]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normen IEC 61508 und IEC 615114 [0003]

Claims

Stellungsregler (1) für ein mit einem pneumatischen Aktuator, wie ein pneumatischer Stellantrieb (3), ausgestattetes Stellgerät (5) einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen, umfassend einen elektropneumatischen Wandler, wie einen I/P-Wandler (11), zum Bereitstellen eines pneumatischen Steuersignals (p₁) für den pneumatischen Aktuator, einen elektrischen Eingang (13) zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals (w), und eine Überwachungseinrichtung (15), die mit dem elektrischen Eingang (13) und dem elektropneumatischen Wandler verbunden ist und eine Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal (w) ein elektrisches Notbetätigungssignal für den elektropneumatischen Wandler erzeugen kann, um den elektropneumatischen Wandler zum Bereitstellen eines pneumatischen Notbetätigungssignals, vorzugsweise eines Notentlüftungssignals, für den pneumatischen Aktuator zu veranlassen dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsregler (1) eine weitere Überwachungseinrichtung (17) umfasst, die mit dem elektrischen Eingang (13) verbunden ist und eine Überwachungsschaltung umfasst, die abhängig von dem überwachten Steuer- und/oder Versorgungssignal (w) ein elektrisches Notbetätigungssignal für einen anderen Aktuator erzeugt.
Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überwachungseinrichtung (15) und/oder die zweite Überwachungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, das Notbetätigungssignal zu erzeugen, wenn das Versorgungs- und/oder Steuersignal (w) einen vorbestimmten Spannungs- oder Strom-Referenzwert überschreitet oder unterschreitet.
Stellungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Überwachungseinrichtung (15, 17) das Versorgungs- und/oder Steuersignal unabhängig von der Erfassung und gegebenenfalls einer Verarbeitung des Versorgungs- und/oder Steuersignals (w) durch die jeweils andere Überwachungseinrichtung (17, 15) erfasst.
Stellungsregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Überwachungseinrichtung (15, 17) als Stromüberwachungseinrichtungen ausgestaltet sind, wobei eine Überwachungseinrichtung (15, 17) einen Messwiderstand (51, 71), einen Shunt (53, 73), eine Referenzquelle und/oder einen Komparator zum Vergleich des am Shunt (53, 73) vorliegenden Stromwerts des Steuer- und/oder Versorgungssignals (w) mit einem vorbestimmten Strom-Referenzwert aufweist, insbesondere daraus besteht.
Stellungsregler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stromüberwachungseinrichtung (15, 17), vorzugsweise die Messwiderstände (51, 71) der jeweiligen Überwachungsschaltung, in Reihe geschaltet sind, wobei der Stellungsregler (1) vorzugsweise eine mit den Stromüberwachungseinrichtungen in Reihe geschaltete Steuerungselektronik (19), wie eine Logikschaltung, insbesondere einen Mikrocontroller, zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals (s₁, s₂) für den ersten und/oder den zweiten Aktuator auf Basis des Versorgungs- und/oder Steuersignals (w), und/oder ein Netzteil umfasst.
Stellungsregler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsregler (1) einen weiteren elektropneumatischen Wandler, wie einen I/P-Wandler (21), zum Bereitstellen eines weiteren pneumatischen Steuersignals (p₂) für den weiteren Aktuator umfasst, wobei die Überwachungsschaltung der zweiten Überwachungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Notbetätigungssignal für den weiteren elektropneumatischen Wandler zu erzeugen, um den weiteren elektropneumatischen Wandler zum Bereitstellen eines pneumatischen Notbetätigungssignals, vorzugsweise eines Notentlüftungssignals, für den zweiten, pneumatischen Aktuator zu veranlassen.
Stellungsregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung der zweiten Überwachungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Notbetätigungssignal für einen elektrischen Ausgang (77) des Stellungsreglers (1) zu erzeugen, der signalübertragungsgemäß mit einem weiteren, elektrischen Aktuator verbunden ist oder mit einem stellungsreglerexternen elektropneumatischen Wandler, wie einem Notentlüftungsventil, insbesondere einem Magnetventil (79), verbunden ist, um eine Notentlüftung eines weiteren, pneumatischen Aktuators zu veranlassen.
Stellungsregler einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsregler (1) ein Gehäuse (61) umfasst, in dem die Überwachungseinrichtungen (15, 17) eingefasst sind.
Stellungsregler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Überwachungseinrichtung zumindest teilweise in dem Reglergehäuse des Stellungsreglers angeordnet, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Überwachungseinrichtung zumindest teilweise vorzugsweise werkzeugfrei steckbar oder lösbar in dem Reglergehäuse aufgenommen ist.
Stellgerät (5) einer prozesstechnischen Anlage, wie eine chemische Anlage, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, ein Kraftwerk oder dergleichen, umfassend einen ersten, pneumatischen Aktuator, wie ein pneumatischer Stellantrieb (3), zum Betätigen eines ersten Stellglieds, wie eines Stellventils (4), zum Einstellen einer Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage; einen zweiten, vorzugsweise pneumatischen oder elektrischen Aktuator, wie einen Stellantrieb, zum Betätigen eines zweiten Stellglieds, wie eines Stellventils (8), zum Einstellen der Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage, und einen insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildeten Stellungsregler (1), der einen elektrischen Eingang (13) zum Empfangen eines elektrischen Steuer- und/oder Versorgungssignals (w) aufweist, wobei der Stellungsregler (1) dazu ausgestaltet ist, abhängig von dem empfangenen Steuer- und/oder Versorgungssignal (w) je ein Notbetätigungssignal, vorzugsweise ein pneumatisches Notentlüftungssignal, für den ersten und für den zweiten Aktuator bereitzustellen.
Stellgerät (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsregler (1) einen ersten, pneumatischen Signalausgang (12) zum Betätigen des ersten pneumatischen Aktuators sowie einen zweiten, pneumatischen (22) oder elektrischen (77) Ausgang zum Betätigen des zweiten Aktuators umfasst, wobei der erste Aktuator und vorzugsweise der zweite Aktuator als einfach wirkender pneumatischer Stellantrieb (3, 7) mit Federrückstellung realisiert ist.
Stellgerät (5) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgerät (5) einen elektrischen Ausgang (77) zum Betätigen des zweiten Aktuators umfasst, der als pneumatischer Aktuator ausgestaltet ist, wobei ein zusätzlichen elektropneumatischer Wandler, insbesondere ein Notentlüftungsventil, vorzugsweise ein Magnetventil (79), zum Empfangen eines elektrisches Betätigungssignals mit dem elektrischen Ausgang (77) verbunden ist und einen pneumatischen Ausgang (78) zum Abgeben eines pneumatischen Notbetätigungssignals für den zweiten, pneumatischen Aktuator aufweist.