專利名稱：以電子方式確定閥門系統(tǒng)的磨損狀態(tài)的方法及閥門系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以電子方式確定閥門系統(tǒng)、最好是氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的磨損狀 態(tài)的方法，所述閥門系統(tǒng)的可軸向移動地設(shè)置在閥殼內(nèi)的彈力復(fù)位閥塊單元通過經(jīng)由I/P 轉(zhuǎn)換器所施加的控制壓力而移動。此外，本發(fā)明還包括一種閥門系統(tǒng)，該閥門系統(tǒng)具有用于 實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置。
背景技術(shù)：
在本文中使用的“位置調(diào)節(jié)器”的概念是指一種機(jī)電系統(tǒng)，其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)輸入 信號來控制氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的輔助能源，以便使閥塊單元進(jìn)入規(guī)定位置。為實(shí)現(xiàn)該功能，位 置調(diào)節(jié)器需要加壓的氣體、通常是壓縮空氣作為輔助能源，還需要電能。在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的用于操縱處理閥的氣動位置調(diào)節(jié)器至少具有在后面詳 細(xì)描述的核心部件。利用氣動系統(tǒng)，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)輸入信號，單向或雙向作用的氣動閥門 的驅(qū)動室有目的地進(jìn)氣或排氣。這種氣動系統(tǒng)通常還包括輔助能源管路、一個(gè)或多個(gè)前導(dǎo) 閥系統(tǒng)以及引至驅(qū)動室的控制壓力管路，用于控制驅(qū)動室的進(jìn)氣和/或排氣。借助一個(gè)作 為位置反饋傳感器的位置傳感器，閥塊單元的運(yùn)動和位置被表示為一個(gè)或多個(gè)信號。此外 還設(shè)置有控制電子器件，該控制電子器件具有微控制器，并接收一個(gè)或多個(gè)輸入信號。該控 制電子器件內(nèi)的固件將輸入信號和位置傳感器的信號處理成輸出信號，該輸出信號用作氣 動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的輸入信號。這里所感興趣的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器類型分為擺動驅(qū)動和往復(fù)驅(qū)動。在往復(fù)驅(qū)動的 情況下，調(diào)節(jié)驅(qū)動器的從動側(cè)的線性運(yùn)動直接傳遞到一個(gè)線性操作的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。與之相 反，在擺動驅(qū)動的情況下，調(diào)節(jié)驅(qū)動器的從動側(cè)的線性運(yùn)動通過適當(dāng)?shù)难b置被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動。氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器和位置調(diào)節(jié)器借助一個(gè)附加組件相連接。該附加組件包括將位置 反饋傳感器裝置所獲得的調(diào)節(jié)驅(qū)動器的運(yùn)動和位置傳遞給位置調(diào)節(jié)器的部件。在采用氣動閥門作為設(shè)備、例如自動化技術(shù)設(shè)備的組成部件的情況下會出現(xiàn)問 題，即當(dāng)閥門出現(xiàn)不能預(yù)見的故障時(shí)整個(gè)設(shè)備也可能癱瘓，這會導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的停機(jī)時(shí) 間。氣動閥門情況下受到故障威脅的首先是多路閥門，因?yàn)槠湓诠ぷ髦斜憩F(xiàn)出特別高的機(jī) 械切換負(fù)荷。為克服這一問題，目前往往是在出現(xiàn)缺陷之后才更換閥門機(jī)構(gòu)中存在缺陷的組成 部件；或者是在經(jīng)過預(yù)計(jì)的閥門運(yùn)行時(shí)間之后偶爾進(jìn)行預(yù)防性的更換。在所提到的后一種 方法中，經(jīng)常是在實(shí)際磨損極限出現(xiàn)之前很長時(shí)間就已經(jīng)進(jìn)行了更換，因?yàn)橛捎谧兓缍?很大，在預(yù)計(jì)工作時(shí)間和實(shí)際工作時(shí)間之間存在很大的偏差。除了氣動閥門的這種故障問題之外，在設(shè)備中還可能由于不斷繼續(xù)的磨損而導(dǎo)致 閥門開關(guān)越來越慢，這可能引起不希望有的交疊現(xiàn)象，該現(xiàn)象又會導(dǎo)致設(shè)備中不可靠的系 統(tǒng)狀態(tài)。由DE10222890A1給出了一種技術(shù)方案，其考慮到了上面提到的問題，并為了監(jiān)控
3氣動閥門的開關(guān)機(jī)構(gòu)的磨損狀態(tài)而建議采用專門的電子監(jiān)控裝置。提供了一個(gè)電子單元， 在其輸入端接入用于氣動閥門的控制電信號和跟在控制脈沖之后的響應(yīng)電信號，由此，該 電子單元通過比較控制信號與相應(yīng)信號之間的時(shí)間間隔來確定開關(guān)延遲，作為衡量開關(guān)機(jī) 構(gòu)磨損狀態(tài)的度量。其中響應(yīng)信號通過一個(gè)在工作導(dǎo)線一側(cè)組裝到閥殼內(nèi)的壓力傳感器來 確定。該解決方案基于以下認(rèn)識閥門開關(guān)時(shí)間的延長在閥門的整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)與磨損狀 態(tài)有直接關(guān)系。因而這種現(xiàn)有技術(shù)的解決方案能夠通過及時(shí)了解不希望有的長的開關(guān)時(shí)間 而有目的地更換在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)故障的閥門或磨損部件。由此可以確保對氣動 設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)。然而，這種技術(shù)方案的缺點(diǎn)在于為此需要壓力傳感器裝置，用于確定響應(yīng)于電控 制脈沖的響應(yīng)信號。因?yàn)樵陂y門的整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)不是在所有情況下都能確保壓力傳感器 的正常工作。此外，壓力傳感器還造成對電能的額外需求，并且在閥門正常工作期間并不是 必需的。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的解決方案還有在確定閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的過程 中不采用額外的壓力傳感器，但這些針對雙穩(wěn)閥的解決方案并沒有采用復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)，因 此不適合轉(zhuǎn)用到單穩(wěn)閥，因?yàn)榕c位置相關(guān)的彈力可能會對測量產(chǎn)生影響。另外，這種解決方 案也很難評判由于氣動系統(tǒng)內(nèi)的不顯著的變化或者由于開關(guān)單元的位置改變而引起的測量差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于以電子方式確定氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的閥門機(jī)構(gòu) 磨損狀態(tài)的方法，其借助簡單的電子構(gòu)件給出對于未來磨損極限或故障事件的可靠診斷結(jié)^ ο該任務(wù)由具有下述技術(shù)特征的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的氣動閥門來解決。根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于以電子方式確定閥門系統(tǒng)的閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的方 法，所述閥門系統(tǒng)的可軸向移動地設(shè)置在閥殼內(nèi)的彈力復(fù)位閥塊單元通過經(jīng)由I/P轉(zhuǎn)換器 所施加的控制壓力而移動，其中I/P轉(zhuǎn)換器至少在一部分開關(guān)行程上確保恒定的打開橫截 面，在該打開橫截面下通過位置傳感器裝置確定閥塊單元沿進(jìn)氣或排氣行程到達(dá)不同位置 的時(shí)刻，由此通過分析單元以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元在這些位置處的速度，將速度變化 情況作為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的一個(gè)度量。另外，本發(fā)明還提供了一種閥門系統(tǒng)，該閥門系統(tǒng)的可軸向移動地設(shè)置在閥殼內(nèi) 的彈力復(fù)位閥塊單元通過端側(cè)的控制活塞經(jīng)由I/P轉(zhuǎn)換器所施加的控制壓力而移動，其中 設(shè)置了用于確定閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的電子裝置，其中所述I/P轉(zhuǎn)換器至少在一部分開關(guān)行 程上保持恒定的打開橫截面，在該打開橫截面下，位置傳感器裝置確定閥塊單元沿進(jìn)氣或 排氣行程到達(dá)不同位置的時(shí)刻，分析單元由此以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元在這些位置處的 速度，速度變化情況表現(xiàn)為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的一個(gè)度量。本發(fā)明所述解決方案的優(yōu)點(diǎn)尤其是在于為確定磨損狀態(tài)在閥門中完全可以不使 用壓力傳感器。另外，本發(fā)明所述方法為此提出了以下前提條件除了確定閥門機(jī)構(gòu)中的 摩擦系數(shù)改變之外，還單獨(dú)地確定彈簧剛度系數(shù)和I/P轉(zhuǎn)換器參數(shù)的改變，并進(jìn)行診斷分 析。此外，本發(fā)明所述解決方案尤其適合于單穩(wěn)閥，其中閥塊單元從一側(cè)出發(fā)經(jīng)由前導(dǎo)控制而被操縱，與此相對地，通過復(fù)位彈簧進(jìn)入輸出位置。與之不同的是，對于具有雙側(cè)前導(dǎo)控 制的雙穩(wěn)閥而言，通過確定開關(guān)單元的速度變化情況得出關(guān)于磨損狀態(tài)的結(jié)論是比較困難 的，因?yàn)榕c開關(guān)單元相對的兩個(gè)控制室同時(shí)進(jìn)行進(jìn)氣和排氣。往往只有一個(gè)控制室內(nèi)的壓力隨I/P轉(zhuǎn)換器而改變，另一個(gè)控制室保持恒壓。如 果知道I/P轉(zhuǎn)換器的特性，則本發(fā)明所述解決方案即使在雙穩(wěn)閥的情況下也能使用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)措施建議在分析過程中不僅考慮到沿著進(jìn)氣行程、而且 考慮到沿著排氣行程的多個(gè)位置，以便確定在該位置處的速度。由于在I/P轉(zhuǎn)換器處有不 同的壓力狀態(tài)，流向連接到閥門的執(zhí)行單元的壓縮空氣氣流和從該執(zhí)行單元流出的壓縮空 氣氣流的特性、以及閥塊單元運(yùn)動速度在進(jìn)氣和排氣行程期間是不同的。當(dāng)單穩(wěn)閥排氣時(shí)， 在排氣流量和復(fù)位彈簧減小的力之間的關(guān)系表現(xiàn)為速度只與I/P轉(zhuǎn)換器的實(shí)際打開程度 有關(guān)，因而速度是恒定的。與之相反，在進(jìn)氣時(shí)，流量是恒定的，而開關(guān)單元的速度隨著開關(guān) 行程增加而減小。這種速度減小與位置之間的精確關(guān)聯(lián)由復(fù)位彈簧的彈力和摩擦力之間的 關(guān)系來確定。通過在進(jìn)氣行程期間多次確定速度并且隨后由此確定速度變化情況，還可以 得出彈力變化和氣動系統(tǒng)的其它系數(shù)。如果附帶地在排氣行程期間確定開關(guān)單元的速度， 則可以對氣動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更為精確的分析。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)措施建議在開關(guān)行程內(nèi)速度變化過程的變化情況與測 量日期一起被存儲在一個(gè)存儲器單元內(nèi)。相應(yīng)的數(shù)據(jù)組形成了 一個(gè)數(shù)據(jù)庫，分析單元可對 該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，以便通過比較磨損狀態(tài)預(yù)測由歷史記錄確定所保存的變化情況。在最 簡單的情況下，這可以通過外插來實(shí)現(xiàn)。如果在閥門工作期間首次確定了變化情況并對其 進(jìn)行存儲，則已經(jīng)可以利用與之相隔一段時(shí)間間隔而確定的當(dāng)前變化情況了解摩擦特性的 改變，以便進(jìn)行磨損狀態(tài)識別。變化過程中速度值的減小意味著閥門機(jī)構(gòu)中由于磨損造成的摩擦力增大。但也可 能是變化過程中速度值與一個(gè)預(yù)設(shè)值相比增大，這表明閥門機(jī)構(gòu)中的摩擦力減小。在這種 情況下可能存在密封泄漏，其在閥塊單元進(jìn)氣期間支持往復(fù)運(yùn)動。在本發(fā)明范圍內(nèi)也可以 考慮對這樣的密封泄漏進(jìn)行分析。本發(fā)明所述的用于確定可通過I/P轉(zhuǎn)換器開關(guān)的單穩(wěn)氣動閥門的閥門機(jī)構(gòu)磨損 狀態(tài)的方法能夠通過集成位置傳感器以確定開關(guān)單元沿進(jìn)氣或排氣往復(fù)行程到達(dá)不同位 置的時(shí)刻來實(shí)現(xiàn)。由此測得的開關(guān)時(shí)刻由連接在后面的分析單元進(jìn)行分析，在該分析單元 中由此以數(shù)學(xué)方式計(jì)算出閥塊單元在不同位置處的速度。由此設(shè)置一個(gè)各值對位置與速度 相對應(yīng)的數(shù)據(jù)組，該數(shù)據(jù)組表明了閥門機(jī)構(gòu)的速度情況。通過對在多個(gè)閥門開關(guān)周期后彼 此以一定時(shí)間間隔設(shè)置的兩個(gè)速度情況進(jìn)行對比，可以通過形成差值來確定變化情況，其 作為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的度量。如果由所述變化情況識別出在開關(guān)往復(fù)行程的多個(gè)位 置處的速度顯著減小，則例如意味著閥門機(jī)構(gòu)的磨損繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)然，其它影響測量的參數(shù) 必須是恒定的。優(yōu)選的是，為確定開關(guān)點(diǎn)而設(shè)置的位置傳感器由多個(gè)在閥殼內(nèi)彼此間隔集成的二 進(jìn)制接近開關(guān)構(gòu)成。如果為此采用電感式測量原理，則每個(gè)距離傳感器與一個(gè)集成在閥塊 單元一側(cè)的永磁體共同作用，當(dāng)通過閥塊單元運(yùn)動感生出的電壓達(dá)到最大值時(shí)，在一定程 度上具有電感性的距離傳感器輸出二進(jìn)制信號。作為對此的替代，也可以考慮將定位傳感 器設(shè)計(jì)為在閥殼內(nèi)沿著開關(guān)往復(fù)行程集成的模擬式路徑測量傳感器。這種路徑測量傳感器例如可按照滑動電阻的形式構(gòu)造，利用其能夠確定閥塊單元沿開關(guān)往復(fù)行程的每一任意位 置。優(yōu)選的是，考慮采用無接觸式工作的路徑測量傳感器，以避免傳感器處由于摩擦引起的 磨損。


下面借助附圖，連同對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的描述，詳細(xì)說明對本發(fā)明加以改進(jìn) 的其它措施。如圖所示圖1是帶有以壓力傳感方式確定工作狀態(tài)的電子裝置的閥門系統(tǒng)示意圖，圖2是表示在固定空氣進(jìn)入開口下閥塊單元針對不同摩擦力的向上運(yùn)動速度的 圖表，圖3是表示在固定空氣進(jìn)入開口下閥塊單元針對不同摩擦力的向下運(yùn)動速度的 圖表，圖4是表示在摩擦力固定且空氣進(jìn)入開口不同的情況下向上運(yùn)動速度的圖表，圖5是表示在摩擦力固定且空氣進(jìn)入開口不同的情況下閥塊單元向下運(yùn)動速度 的圖表。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1，在一個(gè)未進(jìn)一步示出的工藝技術(shù)設(shè)備中的一個(gè)在這里僅以片斷表示的 管路1中置入了一個(gè)處理閥的閥殼2。所述閥殼在其內(nèi)部具有一個(gè)與閥座3共同作用的關(guān) 閉體4，用于控制流過的處理介質(zhì)5的量。關(guān)閉體4由一個(gè)氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器10通過往復(fù)拉 桿7線性地驅(qū)動。該氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器10通過軛6與閥殼2相連。在軛6上設(shè)置了一個(gè)數(shù) 字式的位置調(diào)節(jié)器9，其帶有定位調(diào)節(jié)裝置13。通過位置傳感器12將往復(fù)拉桿7的往復(fù)運(yùn) 動報(bào)告給位置調(diào)節(jié)器的區(qū)域。在定位調(diào)節(jié)裝置13內(nèi)，檢測到的往復(fù)運(yùn)動與一個(gè)預(yù)先給定的 額定值進(jìn)行比較，并且所述氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器10根據(jù)所確定的調(diào)節(jié)偏差來進(jìn)行操控。氣動調(diào) 節(jié)驅(qū)動器10在定位調(diào)節(jié)裝置13的區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)I/P轉(zhuǎn)換器14，用于將所確定的調(diào)節(jié)偏 差的電調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成等效的控制壓力。該控制壓力通過壓力介質(zhì)導(dǎo)管被傳導(dǎo)到氣動調(diào)節(jié) 驅(qū)動器10的驅(qū)動室11。在驅(qū)動室11內(nèi)集成了一個(gè)(從外部看不到的)薄膜形式的控制活 塞，其驅(qū)動往復(fù)拉桿7。通過一個(gè)同樣分配給氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器10的壓力傳感器9，可對驅(qū)動室11內(nèi)的壓力 進(jìn)行測量。壓力傳感器9將當(dāng)前所施加的壓力報(bào)告給分析單元8。當(dāng)I/P轉(zhuǎn)換器14經(jīng)由 閥塊單元4的開關(guān)往復(fù)行程的一部分確定了一個(gè)恒定的打開橫截面時(shí)(在該打開橫截面下 通過位置傳感器12確定閥塊單元4沿進(jìn)氣或排氣往復(fù)行程到達(dá)不同位置的時(shí)刻)，分析單 元6以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元4在這些位置處的速度，速度的變化情況表示用于衡量閥 門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的度量。分析單元8通過比較，由所存儲的速度情況的歷史得出磨損狀態(tài) 的診斷分析結(jié)果。分析單元8基于下述數(shù)學(xué)關(guān)系來計(jì)算閥塊單元4在開關(guān)往復(fù)行程上的速度情況 僅在一個(gè)方向上施加控制壓力并在一定程度為單穩(wěn)的閥門在以產(chǎn)生控制壓力的I/P轉(zhuǎn)換 器14的恒定打開橫截面運(yùn)動時(shí)的速度X’可以近似描述如下
6 其中i表示閥門滑塊的位置，論表示流向執(zhí)行單元或從執(zhí)行單元流出的流量，k是 彈性系數(shù)，kx0是開始的彈簧壓力，f是摩擦力，R是單位氣體常數(shù)，T是溫度，p0A是環(huán)境壓 力在閥塊單元兩側(cè)的影響。盡管該等式可能由于壓力氣體實(shí)際出現(xiàn)的氣體膨脹而變化，但通過它可以描述原 理關(guān)系。流向執(zhí)行單元或從執(zhí)行單元流出的流量由I/P轉(zhuǎn)換器14的打開橫截面以及I/P 轉(zhuǎn)換器14前后的壓力關(guān)系來確定。為了使執(zhí)行單元進(jìn)氣，由于饋壓輸送一側(cè)的壓力很高， 通常在I/P轉(zhuǎn)換器14兩側(cè)有非常高的壓差，其典型地約為5巴-，在執(zhí)行單元一側(cè)的壓力 損失典型地小于1. 4巴rel。由此，在I/P轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)了超標(biāo)的流量，其對僅取決于I/ P轉(zhuǎn)換器14的打開橫截面Ad和通常為恒定的饋送壓力的恒定流量產(chǎn)生影響。這樣，由前述 等式(1)出發(fā)得到下列等式 當(dāng)摩擦力小時(shí)，彈力對閥塊單元4的運(yùn)動起主要作用，其速度不斷加劇地強(qiáng)烈下 降。當(dāng)摩擦力增大時(shí)，在閥塊單元運(yùn)動中彈力的影響下降，并且位置由速度決定。則運(yùn)動速 度在開關(guān)往復(fù)行程上更為線性或者保持恒定。通過按照本發(fā)明來確定不同位置點(diǎn)處的速 度，可以確定速度變化情況，從而測量摩擦力。當(dāng)閥塊單元4復(fù)位運(yùn)動時(shí)，I/P轉(zhuǎn)換器14上的壓差較小，典型地為1巴，el。因此 流經(jīng)I/P轉(zhuǎn)換器14的流量超標(biāo)，并在第一次擬和中與I/P轉(zhuǎn)換器14上的壓差成正比。該 壓力在返回運(yùn)動中又與當(dāng)前彈力成正比，從而與位置和摩擦力成正比，這可以通過下列近 似公式來表示 如果把這一關(guān)系代入到前面的等式(1)中，則簡化地得到以下結(jié)論運(yùn)動速度主 要由Ι/Ρ轉(zhuǎn)換器14的打開橫截面來確定。因而通過與彈力或摩擦力無關(guān)、僅與Ι/Ρ轉(zhuǎn)換器 14的打開橫截面有關(guān)的位置來設(shè)置恒定的速度。因此，在返回運(yùn)動時(shí)對氣動組件的狀態(tài)進(jìn) 行檢查，例如檢查是否由于污損等原因妨礙了打開，或者是否改變了 Ι/Ρ轉(zhuǎn)換器14的有效 打開與用于Ι/Ρ轉(zhuǎn)換器14的信號之間的關(guān)系。根據(jù)圖2，示出了閥塊單元在不同摩擦力下的向上運(yùn)動，其在0%的打開行程時(shí)從 0% /s的速度開始運(yùn)動，因而這里首先實(shí)現(xiàn)閥塊單元的加速，直至達(dá)到進(jìn)一步施加的力或 其它力確定運(yùn)動的速度。這個(gè)加速階段對于本發(fā)明所述解決方案而言是不感興趣的，不再 考慮。在這個(gè)加速階段結(jié)束剛剛之后，在打開大約10至20%的情況下，顯著具有說服力的 范圍開始。如果系統(tǒng)中的摩擦力很小，則理論上加速持續(xù)進(jìn)行，直至由于高速而出現(xiàn)的力對 其加以限制。但這里這一過程已通過氣動系統(tǒng)而加以限制，因此還必須相應(yīng)迅速地跟蹤較 高的速度以及用于使驅(qū)動室進(jìn)氣的壓縮空氣。但由于通過輸送管路和空氣進(jìn)入開口的壓 力，所引入的空氣是受限的，這里調(diào)節(jié)驅(qū)動器的速度通過所跟蹤的空氣的量、而不通過摩擦 力和機(jī)械系統(tǒng)中的其它力來確定。但所引入的壓縮空氣如前面所述那樣是恒定的，由此也得到了近似恒定的速度。這由該圖表中最上面的曲線可以看到?，F(xiàn)在摩擦增大，因而摩擦 力以及機(jī)械系統(tǒng)中的其它力也增大。如果摩擦達(dá)到一個(gè)特定值，則在先前在無摩擦狀態(tài)所 能達(dá)到的速度下，這些力大于通過活塞施加壓力所產(chǎn)生的力，并且速度下降。這里對力平衡 進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在系統(tǒng)的運(yùn)動主要通過機(jī)械力來確定。適用前面給出的等式(1)。由于所述機(jī)械力由摩擦力以及彈簧彈力共同形成，速度隨著閥塊單元位置升高而 下降，如已經(jīng)在該圖表中所示的。摩擦越強(qiáng)，速度下降越劇烈。這意味著，由如此下降的速 度曲線變化過程可以得出關(guān)于摩擦力的結(jié)論。速度隨摩擦力增大而下降，速度下降的增長 隨摩擦力增大而增大。在第一種設(shè)想中，由以下情況出發(fā)即摩擦力已經(jīng)能夠由速度絕對值 確定，例如通過與一個(gè)來自已經(jīng)老化的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的值進(jìn)行比較來確定。但由于這些 曲線還由于所引入的壓縮空氣的量、通過同樣可能改變的壓力進(jìn)入開口而受到影響，這不 能直接實(shí)現(xiàn)。因而后面的圖表用于表明這兩種效果之間的區(qū)別。在根據(jù)圖3的圖表中示出了閥塊單元向下運(yùn)動時(shí)的關(guān)系，這里彈簧在下降位置的 松弛力以及由于驅(qū)動室內(nèi)的低壓導(dǎo)致的流出空氣減少得到補(bǔ)償。這樣同樣得到了恒定的速 度，但它與摩擦力無關(guān)。在圖4中示出了閥塊單元在不同橫截面開口下的向上運(yùn)動，因?yàn)槠渌諝鈧鲗?dǎo)也 可能會對速度造成影響?？諝鈧鲗?dǎo)的改變導(dǎo)致閥塊單元的速度不同；但這種效應(yīng)與閥塊單 元的位置無關(guān)，得到了近似恒定的速度，該速度僅分別處在與打開橫截面相應(yīng)的另一水平。因此，由速度絕對值不能直接得出由于摩擦造成的效果的結(jié)論。但如果考慮速度 變化的增大，則可以對摩擦力做出指示。因此，如果把絕對值以及相對于針對未老化的閥門 機(jī)構(gòu)的輸出值的增長進(jìn)行比較，則可以由此得到兩個(gè)誤差量即由于打開橫截面和摩擦力 在氣動系統(tǒng)中導(dǎo)致的變化。從而可以通過這種診斷分析來確定這兩個(gè)量。但是也可以簡單 地僅考慮增大，以由此確定摩擦力。另外，這也可以通過下述方式來擴(kuò)展即更為詳細(xì)地研究速度下降的形式。由于 f(dx)項(xiàng)對于不同摩擦形式可得到不同的項(xiàng)，速度變化過程的具體形式由主要摩擦形式來 確定，對于不同的摩擦類型具有不同的表現(xiàn)。因此，由速度下降的變化可以得出關(guān)于摩擦類 型的結(jié)論。在根據(jù)圖5的圖表中示出了閥塊單元在不同橫截面開口下的向下運(yùn)動。其大體上 與圖3類似，但速度由于不同的橫截面開口而變化。本發(fā)明不限于前面提到的優(yōu)選實(shí)施例，而是也可以考慮各種改動，這些改動也包 括在后面要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。因而本發(fā)明尤其是不限于氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器。 同樣，該解決方案也可以應(yīng)用于其它座閥或滑閥，在這些閥門的情況下，在開關(guān)行程期間可 以對驅(qū)動閥座的閉合體的速度情況進(jìn)行監(jiān)控。附圖標(biāo)記列表1 管路2 閥殼3 閥座4 閥塊單元5 處理介質(zhì)6 軛
7往復(fù)拉桿
8分析單元
9壓力傳感器
10氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器
11驅(qū)動室
12位置傳感器
13位置調(diào)節(jié)器
權(quán)利要求
一種用于以電子方式確定閥門系統(tǒng)的閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的方法，所述閥門系統(tǒng)的可軸向移動地設(shè)置在閥殼(2)內(nèi)的彈力復(fù)位閥塊單元(4)通過經(jīng)由I/P轉(zhuǎn)換器(14)所施加的控制壓力而移動，其特征在于，I/P轉(zhuǎn)換器(14)至少在一部分開關(guān)行程上確保恒定的打開橫截面，在該打開橫截面下通過位置傳感器裝置(12)確定閥塊單元(4)沿進(jìn)氣或排氣行程到達(dá)不同位置的時(shí)刻，由此通過分析單元(8)以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元(4)在這些位置處的速度，將速度變化情況作為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的一個(gè)度量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述閥門系統(tǒng)是氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過沿進(jìn)氣和排氣行程的多個(gè)位置進(jìn)行分析， 以確定在該位置處的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，開關(guān)行程上的速度變化情況與測量數(shù)據(jù)一起 存儲在分析單元(8)的存儲單元內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，分析單元(8)通過比較，由所存儲的速度變化 情況的歷史得到磨損狀態(tài)診斷分析結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在開關(guān)行程期間，閥塊單元(4)的速度在I/P轉(zhuǎn)換器(14)以恒定程度打開的情況下基于下列公式推導(dǎo)^__^__。L· + f(x)+C
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在速度變化情況中由于摩擦減小而導(dǎo)致的速 度值提高被分析為密封泄漏。
8.一種閥門系統(tǒng)，該閥門系統(tǒng)的可軸向移動地設(shè)置在閥殼(2)內(nèi)的彈力復(fù)位閥塊單元 (4)通過端側(cè)的控制活塞經(jīng)由I/P轉(zhuǎn)換器(14)所施加的控制壓力而移動，其中設(shè)置了用于 確定閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的電子裝置，其特征在于，所述I/P轉(zhuǎn)換器(14)至少在一部分開關(guān)行程上保持恒定的打開橫截面，在該打開橫截 面下，位置傳感器裝置(12)確定閥塊單元(4)沿進(jìn)氣或排氣行程到達(dá)不同位置的時(shí)刻，分 析單元(8)由此以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元(4)在這些位置處的速度，速度變化情況表現(xiàn) 為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的一個(gè)度量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的閥門系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門系統(tǒng)是氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的閥門系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器裝置(12)被構(gòu)造為二進(jìn) 制接近開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的閥門系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器裝置(12)被構(gòu)造為在閥 殼(2)內(nèi)沿開關(guān)行程集成的模擬式路徑測量傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的閥門系統(tǒng)，其特征在于，所述閥塊單元(4)被構(gòu)造為通過I/P轉(zhuǎn) 換器(14)在一側(cè)施加控制壓力并經(jīng)彈力復(fù)位的閥桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于以電子方式確定控制處理介質(zhì)的閥門系統(tǒng)的磨損狀態(tài)的方法，可軸向移動地設(shè)置在閥殼(2)內(nèi)的彈力復(fù)位閥塊單元(4)通過經(jīng)由I/P轉(zhuǎn)換器(14)所施加的控制壓力而移動，其中I/P轉(zhuǎn)換器(14)至少在一部分開關(guān)行程上確保恒定的打開橫截面，在該打開橫截面下通過位置傳感器裝置(12)確定閥塊單元(4)沿進(jìn)氣或排氣行程到達(dá)不同位置的時(shí)刻，由此通過分析單元(8)以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出閥塊單元(4)在這些位置處的速度，將速度變化情況作為衡量閥門機(jī)構(gòu)磨損狀態(tài)的一個(gè)度量。
文檔編號F15B21/08GK101900152SQ201010190370
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者D·帕佩, U·E·邁爾 申請人:Abb技術(shù)股份公司