DE19924377A1 - Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil - Google Patents

Abstract

Ein Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil weist eine Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren an dem Ventil auf. DOLLAR A Um eine besonders zuverlässige Diagnose an Ventilen zu ermöglichen, ist in der Einrichtung (14) zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren ein bei geringfügig geöffnetem intakten Ventil (2) erfaßtes Körperschallspektrum abspeicherbar, wobei das Ventil (2) zu Diagnosezwecken schließbar ist und die Ähnlichkeit des dabei erfaßten Körperschallspektrums mit dem abgespeicherten Körperschallspektrum als ein Kriterium für eine Undichtigkeit des Ventils (2) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil mit einer Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren an dem Ventil.

Bei einem derartigen, aus der EP 0 637 713 A1 bekannten Diagnosesystem ist an dem Gehäuse des Ventils ein Körper­ schallsensor angebracht, dessen Signal einer Einrichtung zur Erfassung und Speicherung von Körperschallspektren zugeführt wird. Bei intaktem Ventil und bei defektem Ventil ergeben sich unterschiedliche Verläufe des Schwingungspegels über der Frequenz. Durch Bildung des Flächenintegrals und Vorgabe einer tolerierbaren Abweichung kann ein schadhaftes Ventil erkannt werden, wobei sich insbesondere Verschleiß, bedingt durch Korrosion, Kavitation oder Erosion, feststellen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders zu­ verlässige Diagnose an Ventilen zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Diagnosesystem der eingangs angegebenen Art in der Ein­ richtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung der Körperschallspektren ein bei geringfügig geöffnetem intakten Ventil erfaßtes Körperschallspektrum abspeicherbar ist, daß das Ventil zu Diagnosezwecken schließbar ist und daß die Ähn­ lichkeit des dabei erfaßten Körperschallspektrums mit dem abgespeicherten Körperschallspektrum als ein Kriterium für eine Undichtigkeit des Ventils herangezogen wird. Das Körper­ schallspektrum von defekten Ventilen hängt nicht nur von dem Ventil selbst, sondern auch von dem durchströmenden Medium, dessen Druck und den Nebengeräuschen beim bestimmungsgemäßen Betrieb, z. B. den Geräuschen benachbarter Pumpen, ab, so daß die Körperschallspektren eines intakten und eines defekten Ventils nicht exakt vorherbestimmbar sind. Jedoch erzeugt ein Ventil in fast geschlossener Stellung ein Körperschall­ spektrum, das dem eines geschlossenen Ventils mit defektem Ventilsitz sehr ähnlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Diagnosesystem wird daher das bei fast geschlossenem bzw. geringfügig geöffnetem Ventil erfaßte und abgespeicherte Körperschallspektrum als Referenz zur Identifizierung des Körperschallspektrums eines geschlossenen Ventils mit de­ fektem Ventilsitz herangezogen.

Um umgekehrt das Körperschallspektrum eines geschlossenen Ventils mit intaktem Ventilsitz identifizieren zu können, ist vorzugsweise in der Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren ein bei geschlossenem intakten Ventil erfaßtes weiteres Körperschallspektrum ab­ speicherbar, wobei die Ähnlichkeit des bei zu Diagnosezwecken geschlossenem Ventil erfaßten Körperschallspektrums mit dem abgespeicherten weiteren Körperschallspektrum als ein Krite­ rium für die Intaktheit des Ventils herangezogen wird.

Die unterschiedlichen Kriterien für die Undichtigkeit des Ventils und für die Dichtigkeit des Ventils können, vorzugs­ weise durch eine Fuzzy-Verknüpfung, zu einem Ventilzustands­ signal verknüpft werden.

Da die in die Körperschallspektren eingehenden betriebs­ bedingten Nebengeräusche, z. B. Pumpengeräusche, je nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Körperschallspektren unterschied­ lich sein können, ist vorgesehen, daß bei der Erfassung des Körperschallspektrums für eine bestimmte Ventilstellung je­ weils ein zusätzliches Körperschallspektrum bei einer anderen Ventilstellung erfaßt wird und daß das Körperschallspektrum bei der bestimmten Ventilstellung vor seiner Abspeicherung und/oder Auswertung von übereinstimmenden Spektralanteilen des zusätzlich erfaßten Körperschallspektrums befreit wird. Die abgespeicherten bzw. zur Auswertung gelangenden Körper­ schallspektren sind dann im wesentlichen von den zufälligen momentanen Nebengeräuschen unabhängig.

Die Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren ist vorzugsweise integraler Bestandteil des Stellungsreglers, so daß die Diagnose des Ventils über die Datenschnittstelle des Stellungsreglers veranlaßt und das Ergebnis der Auswertung der Körperschallspektren über diese Datenschnittstelle abgefragt werden kann.

Im weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

In einer Rohrleitung 1 einer nicht weiter gezeigten Anlage ist ein Ventil 2 eingebaut, das durch einen entsprechenden Hub eines mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkenden Schließ­ körpers 4 den Durchtritt eines Mediums 5 steuert. Der Hub wird durch einen pneumatischen Antrieb 6 erzeugt und mittels einer Ventilstange 7 auf den Schließkörper 4 übertragen. Der Antrieb 6 ist über ein Joch 8 mit dem Gehäuse des Ventils 2 verbunden. An dem Joch 8 ist ein Stellungsregler 9 ange­ bracht, der eingangsseitig über ein an der Ventilstange 7 angreifendes Verbindungsstück 10 den Hub erfaßt, diesen mit einem über eine Datenschnittstelle 11 zugeführten Sollwert vergleicht und ausgangsseitig den pneumatischen Antrieb 6 im Sinne einer Ausregelung der Regeldifferenz steuert.

An dem Gehäuse des Ventils 2 oder mit diesen unmittelbar ver­ bundenen Teilen ist ein Körperschallsensor 12 angebracht, dessen Signal 13 einer Einrichtung 14 zur Erfassung, Speiche­ rung und Auswertung von Körperschallspektren zugeführt wird. Diese Einrichtung 14 ist bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel Bestandteil des Stellungsreglers 9, kann aber auch von diesem getrennt ausgebildet sein.

Die Einrichtung 14 enthält eine Signalaufbereitungsschaltung 15, in der das Signal 13 des Körperschallsensors 12 ver­ stärkt, vorgefiltert und digitalisiert wird. In einer nach­ geordneten Recheneinheit 16 wird aus dem aufbereiteten Signal 13 beispielsweise durch Fast-Fourier-Transformation das Körperschallspektrum ermittelt. Dieses kann je nach Anforde­ rung in einem Speicher 17 abgespeichert oder weiter ausge­ wertet werden, um eine Information über den Zustand des Ventils 2 zu erhalten. Die Erfassung, Speicherung und Aus­ wertung der Körperschallspektren wird über die Datenschnitt­ stelle 11 veranlaßt, über die auch das Ergebnis der Aus­ wertung der Körperschallspektren abfragbar ist.

Wenn von einem intakten Zustand des Ventils 2 ausgegangen werden kann, also z. B. bei der Inbetriebnahme oder nach Austausch des Ventils 2, wird das Ventil 2 in eine fast geschlossene Stellung gesteuert und anschließend das zu­ gehörige Körperschallspektrum erfaßt und abgespeichert. Dieses abgespeicherte Körperschallspektrum ist dem eines geschlossenen aber undichten Ventils sehr ähnlich und dient dazu, bei einer späteren Diagnose des Ventils 2 einen solchen Verschleißzustand des Ventils 2 zu identifizieren. Dazu wird das Ventil 2 in Schließstellung gesteuert und das zugehörige Körperschallspektrum erfaßt. In der Recheneinheit 16 wird das bei Schließstellung des Ventils 2 erfaßte Körperschallspek­ trum mit dem abgespeicherten Körperschallspektrum verglichen, wobei die Ähnlichkeit beider Körperschallspektren ein Krite­ rium für die Undichtigkeit des Ventils 2 ist.

Die Ähnlichkeit der miteinander verglichenen Körperschall­ spektren kann durch unterschiedliche Nebengeräusche beein­ flußt sein, die durch unterschiedliche Betriebszustände der Anlage, in der das Ventil 2 eingebaut ist, bedingt sind und mit dem Zustand des Ventils 2 nichts zu tun haben. Um den Einfluß solcher Nebengeräusche auf die Auswertung der Körper­ schallspektren zu reduzieren, wird bei jeder Erfassung eines Körperschallspektrums für eine bestimmte Ventilstellung ein zusätzliches Körperschallspektrum bei einer anderen Ventil­ stellung erfaßt; von dem bei der bestimmten Ventilstellung erfaßten Körperschallspektrum wird anschließend das weitere Körperschallspektrum subtrahiert, so daß für die weitere Auswertung bzw. Speicherung nur noch solche Spektralanteile verbleiben, die im wesentlichen nur von der Ventilstellung abhängig sind.

Um neben dem obengenannten Kriterium für eine mögliche Un­ dichtigkeit des Ventils 2 auch ein Kriterium für den intakten Zustand des Ventils 2 zu erhalten, wird bei der Inbetrieb­ nahme das Ventil 2 in einen geschlossenen Zustand gesteuert und ein weiteres Körperschallspektrum erfaßt und abgespei­ chert; wenn das Ventil 2 später zu Diagnosezwecken in den geschlossenen Zustand gesteuert wird, wird das dabei erfaßte Körperschallspektrum auch mit dem abgespeicherten weiteren Körperschallspektrum verglichen, wobei die Ähnlichkeit zwi­ schen beiden Körperschallspektren als ein Kriterium für die Intaktheit des Ventils 2 herangezogen wird.

Claims (5)

1. Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler (9) über einen Antrieb (6) betätigbares Ventil (2) mit einer Ein­ richtung (14) zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren an dem Ventil, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Einrichtung (14) ein bei geringfügig geöffnetem intakten Ventil (2) erfaßtes Körperschallspektrum abspeicherbar ist, daß das Ventil (2) zu Diagnosezwecken schließbar ist und daß die Ähnlichkeit des dabei erfaßten Körperschallspektrums mit dem abgespeicherten Körperschall­ spektrum als ein Kriterium für eine Undichtigkeit des Ventils (2) herangezogen wird.

2. Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Einrichtung (14) ein bei geschlossenem intakten Ventil (2) erfaßtes weiteres Körperschallspektrum abspeicherbar ist und daß die Ähnlichkeit des bei zu Diagnosezwecken geschlossenem Ventil (2) erfaßten Körper­ schallspektrums mit dem abgespeicherten weiteren Körper­ schallspektrum als ein Kriterium für die Intaktheit des Ventils (2) herangezogen wird.

3. Diagnosesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kriterien, vorzugsweise durch Fuzzy-Verknüpfung, zu einem Ventilzustandssignal verknüpft werden.

4. Diagnosesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erfassung des Körperschallspektrums für eine bestimmte Ventilstellung jeweils ein zusätzliches Körperschallspektrum bei einer anderen Ventilstellung erfaßt wird und daß das Körper­ schallspektrum bei der bestimmten Ventilstellung vor seiner Abspeicherung und/oder Auswertung von übereinstimmenden Spektralanteilen des zusätzlich erfaßten Körperschall­ spektrums befreit wird.

5. Diagnosesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschall­ spektren Bestandteil des Stellungsreglers (9) ist.