專利名稱：用于以電子方式確定閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的方法及氣動閥門的制作方法
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)的閥門機(jī)構(gòu)的磨損狀況的方法，其
軸向可移動地設(shè)置在閥殼內(nèi)的閥門單元通過可電控的線性驅(qū)動裝置根據(jù)位置調(diào)節(jié)而被移動。此外，本發(fā)明還涉及一種閥門系統(tǒng)，其具有用于實現(xiàn)這種方法的裝置。
背景技術(shù)：
在本公開中使用的概念"位置調(diào)節(jié)"支持機(jī)電系統(tǒng)，該機(jī)電系統(tǒng)根據(jù)一個或多個輸入信號來控制氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的輔助能源，以便使閥門單元進(jìn)入特定的位置。為了實現(xiàn)功能，位置調(diào)節(jié)需要處于壓力下的氣體、通常是壓縮空氣作為輔助能源，而且還需要電能。
通常所知的氣動位置調(diào)節(jié)器至少具有在后面還要詳細(xì)說明的核心組件。利用氣動系統(tǒng)，根據(jù)一個或多個輸入信號，單向工作或雙向工作的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的驅(qū)動室被有目的地充氣和排氣。氣動系統(tǒng)通常由輔助能源管路、一個或多個前導(dǎo)閥裝置以及引至驅(qū)動室以控制驅(qū)動室的充氣和/或排氣的的控制壓力管路組成。借助位置傳感器作為調(diào)節(jié)反饋傳感器件，閥門單元的運動和位置以一個或多個信號來表示。此外還具有控制電子器件，其具有微控制器，并接收一個或多個輸入信號。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，作為氣動系統(tǒng)的輸入信號。 在此所感興趣的類型的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置在翻轉(zhuǎn)驅(qū)動和往復(fù)驅(qū)動情況下是有區(qū)別的。在往復(fù)驅(qū)動的情況下，調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的從動軸的線性運動直接傳遞到線性操作的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。與此相反，在翻轉(zhuǎn)驅(qū)動的情況下，調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的從動軸的線性運動利用適當(dāng)?shù)氖侄伪晦D(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。 氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置和位置調(diào)節(jié)器借助擴(kuò)展組件相連接。所述擴(kuò)展組件包括將調(diào)節(jié)
驅(qū)動裝置相對于調(diào)節(jié)反饋傳感器件的運動和位置傳遞給位置調(diào)節(jié)器的組件。 在設(shè)備控制的范圍內(nèi)使用這樣的閥門系統(tǒng)所存在的問題是，當(dāng)一個氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動
裝置出現(xiàn)不可預(yù)見的故障時，整個設(shè)備也可能會出現(xiàn)故障，這將造成生產(chǎn)中的停機(jī)時間。對
于氣動輔助驅(qū)動裝置來說，主要是用于開關(guān)壓縮空氣流的多路閥有出現(xiàn)故障的危險，因為
多路閥在工作期間往往處于一種特別高的機(jī)械交變應(yīng)力下。 為克制這個問題，到目前為止通常是在閥門運轉(zhuǎn)了一段預(yù)計的使用時間后對其進(jìn)行預(yù)防性的更換。在這種方法的情況下，經(jīng)常在離實際磨損極限還很遠(yuǎn)時就已經(jīng)完成了更換，因為在預(yù)計的使用時間和實際使用時間之間存在很大的變化范圍。 除了這種故障問題外，對于一個設(shè)備來說，由于持續(xù)的磨損也可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的開關(guān)不斷變慢，這可能引發(fā)不利的交疊現(xiàn)象，而這又將導(dǎo)致設(shè)備中出現(xiàn)不允許的系統(tǒng)狀態(tài)。 DE10222890A1公開了一種技術(shù)解決方案，它關(guān)注先前所提出的問題，并建議了專門的電子監(jiān)控裝置，用于監(jiān)控氣動閥門的磨損狀況。就此而言，它設(shè)置有一個電子單元，向該電子單元的輸入端提供由一個中央控制單元預(yù)先給定的針對氣動閥門的電控制信號以及一個跟隨在由此觸發(fā)的控制脈沖之后的電反應(yīng)信號。該電子單元比較所述控制信號和開關(guān)延遲的反應(yīng)信號之間的時間間隔，作為閥門機(jī)構(gòu)的磨損狀況的度量。其中通過一個在工作管路一側(cè)集成在閥殼內(nèi)的壓力傳感器來確定反應(yīng)信號。這個解決方案是基于如下認(rèn)知的，即在閥門整個工作時間中，閥門開關(guān)時間的延長與磨損狀況有直接關(guān)系。因此這種已知的解決方案通過對不希望的延長的開關(guān)時間的及時識別，使得能夠?qū)υ诳深A(yù)見的時間內(nèi)會發(fā)生故障的氣動節(jié)閥門或其磨損部件進(jìn)行有針對性的更換。由此得以保證氣動設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)。 然而，這一技術(shù)方案的缺點表現(xiàn)在為此所需的用于確定對電控制脈沖的反應(yīng)信號
的壓力傳感器。由于不能在所有情況下都能保證壓力傳感器在整個使用壽命期間正確地工作。此外，壓力傳感器將導(dǎo)致附加的電能消耗，而這些電能在閥門正常工作時并不需要。 另外，先前所描述的解決方案還表現(xiàn)出下述缺點指示閥門機(jī)構(gòu)磨損狀況的摩擦力在整個開關(guān)往復(fù)行程中并不保持恒定，而是變化的，特別是對于滑閥來說，開關(guān)往復(fù)行程中的摩擦力是顯著的。這種變化不能通過壓力傳感器件以足夠的精度獲知。特別是當(dāng)閥門單元通過了一段相對較長的開關(guān)往復(fù)行程時，摩擦力作為在多個開關(guān)位置處的磨損狀況的指示會發(fā)生變化。沿著開關(guān)往復(fù)行程的摩擦力主要取決于引導(dǎo)閥門單元的孔的內(nèi)徑和元件公差。這種現(xiàn)象同樣也會出現(xiàn)在與位置相關(guān)的磨損狀況下。只考慮到沿開關(guān)往復(fù)行程的幾個位置點處的摩擦力的摩擦力測量或檢測相應(yīng)地并不能反映正確的磨損狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于以電子方式確定氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的閥門機(jī)構(gòu)的磨損狀況的方法，該方法借助簡單的電子元件保證了可靠的與位置相關(guān)的磨損狀況檢測。
該任務(wù)由權(quán)利要求1的前序部分所述方法出發(fā)，結(jié)合其特征部分所述的特征來解決。關(guān)于實現(xiàn)這種方法的氣動閥門參照權(quán)利要求6。分別回引的從屬權(quán)利要求反映了本發(fā)明具有優(yōu)點的改進(jìn)方案。 本發(fā)明給出了以下方法技術(shù)指導(dǎo)氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的閥門單元施加有基本上恒定的驅(qū)動力，通過確定與閥門單元的當(dāng)前位置有關(guān)的速度得到開關(guān)往復(fù)行程上的速度變化過程，通過與先前的位置速度變化過程進(jìn)行比較，從中獲得變化概況，作為用于閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。 本發(fā)明所述解決方案的優(yōu)點特別是在于，為了以電子方式確定磨損狀況可以不必在閥門中使用壓力傳感器。本發(fā)明所述方法是由用于位置調(diào)節(jié)的已有的位置傳感器件來實現(xiàn)的，借此能夠顯示出關(guān)于摩擦力特性的概況以及由此顯示出在開關(guān)往復(fù)行程的每個位置處的閥門機(jī)構(gòu)的磨損狀況。摩擦力與速度有關(guān)，當(dāng)閥門單元上施加恒定的驅(qū)動力時，開關(guān)往復(fù)行程中的滑動摩擦力會發(fā)生變化，使得摩擦力與驅(qū)動力有相似的關(guān)系。對于預(yù)先給出的驅(qū)動力，速度可以作為摩擦力的指示，摩擦力又可以作為磨損狀況的指示。其中高摩擦力值代表磨損增大，而這種磨損增大對于帶有動態(tài)密封的彈性圈的氣動閥門來說是通過密封圈的老化過程和與之相關(guān)的裂紋形成及膨脹引起的。在具有低摩擦力的位置，速度將會很高，當(dāng)摩擦力很大時，開關(guān)單元將以較低速度向前運動。由此得出沿滑動閥片具有多個最在值和最小值的位置速度關(guān)系曲線。 根據(jù)一個對本發(fā)明加以改進(jìn)的措施，建議當(dāng)前所確定的位置速度關(guān)系曲線直接在
4閥門處的顯示單元上顯示出來。優(yōu)選的是，這個顯示單元可以設(shè)置在閥殼區(qū)域內(nèi)，以實現(xiàn)期
望的本地圖像顯示。它會給使用者關(guān)于摩擦大小和變化的簡單概況，用以評價磨損狀況。由
此就能有針對性地定位磨損位置，從而通過更換單獨的密封圈就能消除磨損。 如果調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置是預(yù)先控制的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置，則建議通過恒定的控制壓力
來產(chǎn)生本發(fā)明所述的恒定的驅(qū)動力，這種控制壓力最好由實現(xiàn)為1/P轉(zhuǎn)換器的前導(dǎo)閥提
供。由于閥門單元的控制活塞的有效面積是一定的，則可以通過這種簡單的措施在氣動的
預(yù)先控制范圍內(nèi)獲得恒定的驅(qū)動力。 在實現(xiàn)為彈簧復(fù)位閥門的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的情況下，為進(jìn)一步改進(jìn)前面提到的
措施，建議控制壓力在此通過信號處理技術(shù)來補(bǔ)償彈力變化過程的影響。 當(dāng)前通過本發(fā)明所述解決方案所得出的關(guān)于開關(guān)往復(fù)行程的位置速度關(guān)系曲線
應(yīng)當(dāng)按照改進(jìn)本發(fā)明的另一措施與先前已得出的位置速度關(guān)系曲線一同存儲在電子存儲
單元中，使得通過由電子分析單元的存儲器訪問，能夠經(jīng)由比較得到本發(fā)明所述的變化概
況，作為閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。


下面借助附圖結(jié)合對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明詳細(xì)描述本發(fā)明的其它改進(jìn)措施。如圖所示 圖1氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的示意圖，帶有用于確定閥門機(jī)構(gòu)磨損狀況的集成電子裝置，以及 圖2開關(guān)往復(fù)行程中的位置速度關(guān)系曲線的圖形表示。
具體實施例方式
根據(jù)圖l，在一個這里僅示意性示出的管路1中，一個未進(jìn)一步示出的工藝技術(shù)設(shè)備被置入到處理閥的閥殼2內(nèi)。這個閥殼在其內(nèi)部具有一個與閥座3共同作用的閥門單元4，用以控制流過的處理介質(zhì)5的量。閥門單元4由一個氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置10通過一個往復(fù)接桿7線性驅(qū)動。氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置10通過一個軛6與處理閥的閥殼2相連。在軛6上設(shè)置有一個帶有定位調(diào)節(jié)器13的數(shù)字式位置調(diào)節(jié)器。通過位置傳感器12，往復(fù)拉桿7的往復(fù)運動被報告給位置調(diào)節(jié)器的范圍內(nèi)。所檢測到的往復(fù)運動在定位調(diào)節(jié)13內(nèi)與一個預(yù)先給出的額定值進(jìn)行比較，并根據(jù)所確定的調(diào)節(jié)偏差控制氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置10。氣動調(diào)節(jié)
驅(qū)動裝置io包括一個前導(dǎo)閥裝置-例如一個電動-氣動的1/P轉(zhuǎn)換器-用于將所確定的
調(diào)節(jié)偏差的電調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)目刂茐毫?。該控制壓力通過一個壓力介質(zhì)管路14傳送到氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置10的驅(qū)動室11中。 作為用于識別閥門機(jī)構(gòu)磨損狀況的電子裝置，位置傳感器12補(bǔ)充了雙重功能。通過位置傳感器12，定位調(diào)節(jié)13確定往復(fù)拉桿7的位置速度關(guān)系曲線，作為閥門單元4在其開關(guān)往復(fù)行程上的組成部分。在定位調(diào)節(jié)器13內(nèi)，確定閥門單元的當(dāng)前位置處的速度關(guān)系，由此， 一個連接在后面的分析單元9通過比較先前的位置速度關(guān)系曲線，得到變化概況，作為閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。分析單元9的組成部分還包括一個顯示單元15，它與分析單元9 一起固定在氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置10上。顯示單元15用于在閥門系統(tǒng)上直接以圖形本地顯示所測得的位置速度關(guān)系曲線。
在圖2中圖形顯示了一種典型的位置速度關(guān)系曲線。開關(guān)單元的速度通過其往復(fù) 行程來表示，其中速度的變化直接反映了摩擦力的變化。在水平軸上，往復(fù)行程以位置的形 式用百分?jǐn)?shù)記錄，其中100%表示完整執(zhí)行了的往復(fù)行程。在垂直軸上，速度以每秒百分?jǐn)?shù) 來記錄。該圖顯示了往復(fù)行程上的位置速度關(guān)系曲線，其中最大值位置表示較小的摩擦力， 最小值位置表示較大的摩擦力。由此，使用者能夠在視覺上定位特別是摩擦力較大的位置， 以便采取針對性的維護(hù)措施或者僅一般地對閥門機(jī)構(gòu)的磨損狀況進(jìn)行與位置相關(guān)的評估。
閥門元件的運動可通過下述公式來描述 A/(/c(;c + ;cJ=/d +d + ^2 左邊的項描述了開關(guān)單元的驅(qū)動力。這由預(yù)先控制的壓差A(yù)p的力和用于預(yù)先控 制的單穩(wěn)態(tài)氣動閥門的彈力(k(x+x0))所構(gòu)成。這個驅(qū)動力可通過預(yù)先控制的壓力調(diào)節(jié)， 并且附帶地針對單穩(wěn)態(tài)閥門通過彈力測量來確定，從而得知驅(qū)動力。 公式的右側(cè)由一個加速項(md2x/dt2)和摩擦力構(gòu)成。當(dāng)速度恒定時，該加速項即 為O，驅(qū)動力等于摩擦力。這時運動的加速部分與摩擦力相比通常很小，特別當(dāng)摩擦力隨氣 動閥門的老化而增大時。開關(guān)單元的運動因此主要由摩擦力確定。附圖標(biāo)記列表l管路2閥殼3閥座4閥門單元5處理介質(zhì)6軛7往復(fù)拉桿8傳感器件9分析單元10氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置ll驅(qū)動室12位置傳感器13定位調(diào)節(jié)器14壓力介質(zhì)管路15顯示單元
權(quán)利要求
一種用于以電子方式確定用于控制處理介質(zhì)流的閥門系統(tǒng)的磨損狀況的方法，在所述閥門系統(tǒng)中，在閥殼(2)內(nèi)可軸向移動地設(shè)置的閥門單元(4)通過可電控的線性驅(qū)動裝置根據(jù)位置調(diào)節(jié)而被移動，其特征在于，閥門單元(4)上施加有基本上恒定的驅(qū)動力，通過確定與閥門單元(4)的當(dāng)前位置有關(guān)的速度得到往復(fù)行程上的位置速度關(guān)系曲線，通過與先前的位置速度關(guān)系曲線進(jìn)行比較，從中得出變化概況，作為用于閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，當(dāng)前所得出的位置速度關(guān)系曲線在直接位于氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置(10)處的顯示單元(15)上被顯示出來。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，用于實現(xiàn)氣動預(yù)先控制的閥門單元(4)上施加有基本上恒定的控制壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，在彈簧復(fù)位的閥門單元(4)的情況下，所述控制壓力通過信號處理技術(shù)補(bǔ)償復(fù)位彈簧的彈力變化的影響。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，當(dāng)前所得出的往復(fù)行程上的位置速度關(guān)系曲線和先前的位置速度關(guān)系曲線一同被存儲。
6. —種閥門系統(tǒng)，特別是氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置，其軸向可移動地設(shè)置在閥殼(2)內(nèi)的閥門單元(4)通過可電控的線性驅(qū)動裝置根據(jù)位置調(diào)節(jié)而被移動，其中設(shè)置了用于確定閥門機(jī)構(gòu)磨損狀況的電子裝置，其特征在于，所述線性驅(qū)動裝置向閥門單元(4)施加基本上恒定的驅(qū)動力，定位調(diào)節(jié)器(13)借助位置傳感器(12)，通過確定與閥門單元(4)的當(dāng)前位置有關(guān)的速度得到往復(fù)行程中的位置速度關(guān)系曲線，分析單元(9)通過比較先前的位置速度關(guān)系曲線，從中得出變化概況，作為閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的閥門系統(tǒng)，其特征在于，在氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置(10)的范圍內(nèi)設(shè)置了顯示單元(15)，用于在本地圖形化顯示當(dāng)前所得出的位置速度關(guān)系曲線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的閥門系統(tǒng)，其特征在于，在分析單元(9)中設(shè)置了集成的存儲單元，用于存儲當(dāng)前所得出的往復(fù)行程上的位置速度關(guān)系曲線以及先前的位置速度關(guān)系曲線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6的閥門系統(tǒng)，其特征在于，可電控的線性驅(qū)動裝置包括前導(dǎo)閥，用于向閥門單元(4)施加控制壓力以實現(xiàn)氣動的預(yù)先控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的氣動閥門，其特征在于，實現(xiàn)為1/P轉(zhuǎn)換器的前導(dǎo)閥(4)提供了基本上恒定的控制壓力。
全文摘要
用于以電子方式確定用于控制處理介質(zhì)流的閥門系統(tǒng)的磨損狀況的方法和閥門系統(tǒng)，在該閥門系統(tǒng)中，軸向可移動地設(shè)置在閥殼(2)內(nèi)的閥門單元(4)通過可電控的線性驅(qū)動裝置根據(jù)位置調(diào)節(jié)而被移動，其中閥門單元(4)上施加有基本上恒定的控制壓力，通過確定與閥門單元(4)的當(dāng)前位置有關(guān)的速度來得到往復(fù)行程上的位置速度關(guān)系曲線，通過與先前的位置速度關(guān)系曲線進(jìn)行比較，從中得出變化概況，作為閥門機(jī)構(gòu)的與位置相關(guān)的磨損狀況的度量。
文檔編號F15B19/00GK101761524SQ20091100011
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者A·施特爾特, D·帕佩, U·E·邁爾 申請人:Abb技術(shù)股份公司