Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von möglichen Ursachen für Verände- rungen an mindestens einem Stellventil mit einem Stellglied, an einer Anlage, deren Teil das Stellventil ist, oder an einem Prozess, der auf der Anlage durchgeführt wird, sowie ein Stellventil mit entsprechenden Mitteln.

Stellventile, auch Prozessventile genannt, bestehen aus einem beweglichen Stellglied bzw. Ventilglied und einer Öffnung im Ventilgehäuse. Das Ventilglied ist in der Lage, diese Öff nung entweder teilweise bzw. vollständig freizugeben oder zu verschließen.

Optimierungen des Betriebs und der Wartung dieser Ventile, sowie das frühzeitige Erken- nen möglichen Fehlverhaltens bzw. von Fehlauslegungen solcher Ventile sind in der Praxis sehr wichtig.

Stand der Technik

Die Druckschrift EP 315 391 B1 beschreibt mehrere Abtastsysteme, bei denen Abtastwer- te mit Referenzwerten verglichen werden, um Abweichungen beim Betrieb eines Ventils festzu- stellen. Nachteilig ist dabei, dass entweder zusätzliche Kraftsensoren oder zusätzliche Ab- tasteinrichtungen benötigt werden, um auf einen Verschleiß des Ventils schließen zu können. Der Arbeitspunkt des Ventils wird nicht berücksichtigt.

In EP 2 884 358 B1 wird ein Steuerungssystem für eine komplette Anlage beschrieben, das Prozessdaten verwendet und diese zu Normal-Werten in Beziehung setzt. Arbeitspunkte bzw. Arbeitsbereiche der einzelnen beteiligten Ventile werden nicht ausgewertet, vielmehr geht es im Wesentlichen um eine komplexe Anlagensteuerung. Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen zur Diagnose von möglichen Ursachen für Veränderungen an mindestens einem Stellventil, einer Anlage, deren Teil das Stellventil ist, oder einem Prozess anzugeben, die ohne zusätzliche Sensoren oder Abtastein- richtungen auskommen.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteil- hafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche sind in den Unteran- sprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.

Die Verwendung der Einzahl soll die Mehrzahl nicht ausschließen, was auch im umge- kehrten Sinn zu gelten hat, soweit nichts Gegenteiliges offenbart ist.

Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müs- sen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Diagnose von möglichen Ursachen für Veränderungen an mindestens einem Stellventil mit einem Stellglied, an einer Anlage, deren Teil das Stellventil ist, oder an einem Prozess, der auf der Anlage durchgeführt wird, vorge- schlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

Wenn sich das Stellglied nicht bewegt, also insbesondere dann, wenn keine Bewegung vorgesehen ist und kein Steuerimpuls vorliegt, werden zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten Da- ten betreffend die Stellung des Stellglieds erfasst. Diese Daten können beispielsweise die ge- naue Position des Stellglieds oder der Zustand des zugehörigen Reglers sowie der zugehörige Zeitpunkt sein. Dieses Erfassen geschieht zumindest in einem ersten und in einem zweiten Zeit intervall, typischerweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen. Es werden Charakteristika der Daten aus dem ersten Zeitintervall ermittelt. Dabei kann es sich beispielsweise um den Arbeits- punkt, einen Mittelwert, dessen Varianz, einen Arbeitsbereich, oder, falls vorhanden, lokale Ma- xima handeln. Für die Untersuchung von Arbeitspunkt bzw. Arbeitsbereich ist hierbei besonders von Interesse, ob eine Häufung der Daten bestimmt werden kann. Die gleichen Charakteristika werden für die Daten aus dem zweiten Zeitintervall ermittelt. Dann werden die Charakteristika der Daten aus den beiden Zeitintervallen verglichen, um Veränderungen zu detektieren. Dabei kann es sich insbesondere um Veränderungen des Arbeitspunktes bzw. des Ventilkegels oder des Ventilsitzes handeln. Aus festgestellten Unterschieden in den Charakteristika werden mög- liche Ursachen für Veränderungen an dem mindestens einen Stellventil, an der Anlage oder an dem Prozess diagnostiziert, und diese Diagnose wird ausgegeben.

Auf diese Weise lässt sich ohne zusätzliche Sensoren oder komplizierte Überwachungs- systeme in einfacher Weise detektieren, ob sich der Zustand des Prozesses oder des Stellven- tils ändert, und insbesondere aus dieser Veränderung eine Diagnose ableiten, die es ermög- licht, frühzeitig bzw. in vorausschauender Weise auf sich abzeichnende Probleme oder Fehl- entwicklungen zu reagieren.

Selbstverständlich ist es sinnvoll, wenn in einem zusätzlichen Schritt die Diagnose an der Anlage und/oder dem Stellventil überprüft wird.

Für eine sinnvolle Auswertung der Daten, insbesondere in Bezug auf den Arbeitspunkt bzw. Arbeitsbereich des Stellventils, ist es hilfreich, wenn die Daten betreffend die Stellung des Stellglieds aussortiert und nicht erfasst werden, wenn die zugehörige Position des Stellgliedes 0% oder 100% entspricht. Dies entspricht jeweils der geschlossenen und der vollständig geöff- neten Ventilstellung, die mit dem Arbeitspunkt des Ventils naturgemäß nichts zu tun haben.

Die Auswertung der Daten wird zudem erleichtert, wenn die weiteren Schritte nur durch- geführt werden, wenn für jedes betrachtete Zeitintervall zu den Charakteristika der Daten aus dem betrachteten Zeitintervall gehört, dass mindestens ein lokales Maximum zugewiesen wer- den kann. Nur dann ist eine Bestimmung des Arbeitspunktes bzw. Arbeitsbereichs ohne große Unsicherheit und/oder großen Aufwand möglich.

Dadurch, dass festgestellte Unterschiede in den Charakteristika der Daten aus den bei- den Zeitintervallen auf ihre Signifikanz hin überprüft werden, kann sichergestellt werden, dass die Diagnose auf wirklichen Effekten beruht. Fehlalarme und unsinnige Diagnosen können so unterdrückt werden.

Besonders aussagekräftig wird die Diagnose, wenn für jedes betrachtete Zeitintervall aus den Charakteristika der Daten ein Arbeitspunkt und/oder ein Arbeitsbereich des Stellventils be- stimmt werden.

Eine falsche Auslegung der Größe des Stellventils kann diagnostiziert werden, wenn der Arbeitspunkt nicht einer Ventilstellung zwischen 50% und 70% entspricht. Das ist darin begrün- det, dass Stellventile bei einer Stellung von etwa 70% am effektivsten arbeiten. Aus Sicher- heitsgründen ist oft eine gewisse Überdimensionierung der Ventile gewünscht.

Eine Änderung am Prozess oder eine Veränderung des von dem Ventil gesteuerten Flu- ids kann diagnostiziert werden, wenn Unterschiede in den Charakteristika der Daten zweier Zeitintervalle festgestellt werden, wobei die Zeitintervalle um nicht mehr als zwei Wochen, be- vorzugt eine Woche, besonders bevorzugt 96 Stunden, ganz besonders bevorzugt 48 Stunden auseinanderliegen. Solche Änderungen sind als kurzfristig anzusehen und können im Wesentli- chen nicht durch Verschleißerscheinungen hervorgerufen worden sein.

Verschleiß oder ein Defekt an dem Ventil kann diagnostiziert werden, wenn Unterschiede in den Charakteristika der Daten zweier Zeitintervalle nur festgestellt werden, wenn die Zeitin tervalle um mehr als 3 Wochen, bevorzugt mehr als 2 Monate, besonders bevorzugt mehr als 6 Monate, ganz besonders bevorzugt mehr als ein Jahr auseinanderliegen. Solche Änderungen sind langfristiger Natur und entsprechen also nicht Prozessänderungen.

Ablagerungen auf dem Ventilsitz oder Ventilkegel können diagnostiziert werden, wenn der Arbeitspunkt und/oder Arbeitsbereich zu einer weiter geöffneten Ventilstellung hin verschoben wird. Derartige Ablagerungen verringern den Durchfluss durch das Ventil.

Abnutzung oder Verschleiß des Ventilsitzes und/oder Ventilkegels kann diagnostiziert werden, wenn der Arbeitspunkt und/oder Arbeitsbereich zu einer stärker geschlossenen Ventil stellung hin verschoben wird. Solche Verschleißerscheinungen erhöhen den Durchfluss durch das Ventil.

Wird nicht nur ein Arbeitspunkt, sondern ein Arbeitsbereich mit einer Breite bestimmt, kann aus einer Zunahme der Breite dieses Arbeitsbereichs eine Abnahme der Stabilität des Prozesses diagnostiziert werden, und/oder aus einer Abnahme der Breite des Arbeitsbereichs kann entsprechend eine Zunahme der Stabilität des Prozesses diagnostiziert werden.

Wird eine Diagnose von möglichen Ursachen für Veränderungen an einer Anlage oder ei- nem Prozess mit einer Mehrzahl von Ventilen vorgesehen, kann dann ein Defekt an einer Pum- pe diagnostiziert werden, wenn bei einer Mehrzahl von Ventilen, die mit der Pumpe in Wech- selwirkung stehen, der Arbeitspunkt und/oder Arbeitsbereich zu einer weiter geöffneten Ventil stellung hin verschoben wird. Dann ist nämlich bei dieser Mehrzahl von Ventilen gemeinsam der Durchfluss niedriger als erwartet, was gegen eine Ursache bei einem einzelnen dieser Ventile spricht.

Ein besonders günstiges Verfahren zum Bestimmen des Arbeitsbereichs des Stellventils ergibt sich, wenn im betrachteten Zeitintervall folgende Schritte ausgeführt werden: Aus den Daten betreffend die Stellung des Stellglieds wird ein Histogramm gebildet. Das lokale Maxi- mum der Häufigkeiten der Stellung des Stellglieds in diesem Histogramm wird bestimmt und dem Arbeitsbereich zugewiesen. Solange die dem Arbeitsbereich zugewiesene Häufigkeit we niger als 50% der Gesamthäufigkeit beträgt, wird die dem Arbeitsbereich im Histogramm jeweils direkt benachbarte Stellung des Stellglieds mit der größten Häufigkeit dem Arbeitsbereich hin- zugefügt. Dadurch erhält man den Bereich um das lokale Maximum herum, in dem mindestens 50% aller Positionsdaten des Stellglieds liegen. Es liegt also nicht nur ein lokales Maximum bei einer scharfen Position vor, sondern ein zusammenhängender Bereich mit einer gewissen Brei- te, der die Positionen umfasst, in denen sich das Stellglied des Stellventils am häufigsten befin- det.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Stellventil mit Mitteln zum Ausführen eines Ver- fahrens, wie es soeben beschrieben wurde.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Stellventil, mit Mitteln zum Erfassen von Daten zur Stellung des Stellglieds und des zugehörigen Zeitpunktes, wobei diese Mittel so konfiguriert sind, dass sie Daten zur Stellung des Stellglieds und den jeweils zugehörigen Zeitpunkt erfas- sen können, wenn sich das Stellglied nicht bewegt. Außerdem mit Mitteln zum Bestimmen von Zeitintervallen, wobei diese Mittel zumindest ein erstes und ein zweites Zeitintervall bestimmen können, und wobei Daten zur Stellung des Stellglieds und der jeweils zugehörige Zeitpunkt in den zumindest ersten und zweiten Zeitintervallen erfasst werden. Zudem sind Mittel zum Be- stimmen und Vergleichen von Charakteristika von Daten aus Zeitintervallen vorhanden, wobei diese Mittel so konfiguriert sind, dass sie die gleichen Charakteristika der Daten aus dem vor- genannten ersten und dem vorgenannten zweiten Zeitintervall bestimmen und miteinander ver- gleichen können. Ferner Mittel zum Erstellen und Ausgeben einer Diagnose; wobei diese Mittel eine Diagnose erstellen und ausgeben können, wenn die vorgenannten Mittel zum Bestimmen und Vergleichen von Charakteristika von Daten Unterschiede in den Charakteristika der Daten aus dem ersten und zweiten Zeitintervall feststellen.

Besonders einfach und sicher (z.B. im Hinblick auf Netzwerksicherheit) gestaltet sich das Stellventil, wenn ein Steuermodul vorhanden ist, wobei die Mittel zum Erfassen von Daten, zum Bestimmen von Zeitintervallen, zum Bestimmen und Vergleichen von Charakteristika von Da- ten, und zum Erstellen und Ausgeben einer Diagnose durch das Steuermodul bereitgestellt werden.

Eine zentralisierte Überwachung, und vergleichsweise geringer Aufwand bei ggf. erforder- lichen aufwendigen Berechnungen und/oder Analysen der Daten wird erreicht, wenn das Stell ventil ein Steuermodul hat, wobei die Mittel zum Erfassen von Daten, zum Bestimmen von Zeit- intervallen, zum Bestimmen und Vergleichen von Charakteristika von Daten, und zum Erstellen und Ausgeben einer Diagnose durch mindestens ein Gerät bereitgestellt werden, welches über ein Netzwerk mit dem Steuermodul verbunden ist. Bei dem mindestens einen Gerät kann es sich z.B. um Computer in einer Cloud handeln. Die Aufgabe wird zudem dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren, wie es weiter oben beschrieben wurde, die Verfahrensschritte als Programmcode formuliert sind, mit dem das Ver- fahren auf mindestens einem Computer ablaufen kann.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, welches ausführbare In- struktionen beinhaltet, welche bei Ausführung auf einer Recheneinheit, einem Mikrocontroller, DSP, FPGA oder Computer oder auf einer Mehrzahl davon in einem Netzwerk das Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche ausführt.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einer Recheneinheit, einem Mikrocontroller, DSP, FPGA oder Compu- ter oder auf einer Mehrzahl davon in einem Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeicherte Instruktionen sein.

Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch einen Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher einer Rechen- einheit, eines Mikrocontrollers, DSPs, FPGAs oder Computers oder einer Mehrzahl davon in einem Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.

Auch wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem ma- schinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Ver- fahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einer Rechen- einheit, einem Mikrocontroller, DSP, FPGA oder Computer oder auf einer Mehrzahl davon in einem Netzwerk ausgeführt wird. Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Pro- gramm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorlie- gen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbeson- dere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.

Schließlich wird die Aufgabe gelöst durch ein moduliertes Datensignal, welches von einer Recheneinheit, einem Mikrocontroller, DSP, FPGA oder Computer oder von einer Mehrzahl davon in einem Netzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausgestaltungen enthält.

Als Computersystem zum Ausführen des Verfahrens kommen sowohl ein einzelner Com- puter oder Mikrocontroller, DSPs oder FPGAs in Betracht, als auch ein Netzwerk von Mikrocon- trollern, DSPs, FPGAs oder Rechnern, beispielsweise ein hausinternes, geschlossenes Netz, oder auch Rechner, die über das Internet miteinander verbunden sind. Ferner kann das Com- putersystem durch eine Client-Server-Konstellation realisiert sein, wobei Teile der Erfindung auf dem Server, andere auf einem Client ablaufen. Außerdem wird die Aufgabe durch ein Steuermodul für ein Stellventil gelöst, welches Mit- tel zum Ausführen des beschriebenen Verfahrens bereitstellt. Mit einem solchen Steuermodul lassen sich bereits existierende Stellventile in erfindungsgemäßer Weise nachrüsten.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei kön- nen die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander ver- wirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwi- schenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.

Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszif- fern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1A den typischen Aufbau eines Stellventils in geöffneter Stellung;

Fig. 1 B den typischen Aufbau eines Stellventils in geschlossener Stellung;

Fig. 2A ein typisches Histogramm der Ventilstellung, bei dem das Stellventil anhand des

Arbeitsbereichs als überdimensioniert erkannt werden kann;

Fig. 2B ein Histogramm der Ventilstellung, bei dem der Arbeitsbereich gegenüber Fig. 2A zum weiter geöffneten Zustand hin verschoben ist.;

Fig. 3A ein weiteres typisches Histogramm einer Ventilstellung; und

Fig. 3B ein Histogramm der Ventilstellung, bei dem der Arbeitsbereich gegenüber Fig. 3A stark zum stärker geschlossenen Zustand hin verschoben ist.

Fig. 1A zeigt einen typischen Aufbau eines Stellventils 100 mit einem Ventilgehäuse 105. Zwischen der Zuströmseite 1 10 und der Abströmseite 1 15 befindet sich ein Ventilglied 120, das zum Drosseln der Strömung eines von der Zuströmseite 110 zur Abströmseite 115 fließenden Prozessfluids in den Ventilsitz 125 gepresst werden kann. Dazu dient die Ventilstange bzw. Antriebsstange 130. Die Durchführung der Ventilstange 130 durch das fluiddichte Ventilgehäu- se 105 ist durch eine Dichtung bzw. Stopfbuchse 140 abgedichtet.

Am oberen Ende der Ventilstange 130 befindet sich ein fluidischer Antrieb 145, wobei das Antriebsfluid typischerweise Gas ist. Der Antrieb 145 weist zwei Kammern auf, eine untere Druckluftkammer 150 und eine obere Kammer 155, in der Federn 160 über eine Platte 165 auf die Ventilstange 130 einwirken. Die beiden Kammern 150 und 155 sind durch eine Membran 170 voneinander getrennt, wobei die Membran 170 undurchlässig ist gegenüber dem Antriebs- fluid, typischerweise Druckluft. Ein solcher Aufbau wird als einfachwirkender Pneumatikantriebe bezeichnet, da nur in eine Kammer, die Druckluftkammer 150, Druckluft eingeführt wird und nicht in beide. Die Durchführung der Ventilstange 130 durch das Gehäuse des Antriebs 145 muss dicht sein gegenüber dem Antriebsfluid. Zu diesem Zweck ist diese Durchführung durch eine Antriebsgehäuse-Abdichtung 175 abgedichtet.

Typischerweise befindet sich an der Ventilstange 130 noch ein Signalnehmer bzw. Stel lungssensor 180 zum Bestimmen der Position des Ventilglieds 120.

In Fig. 1A befindet sich ausreichend Druckluft in der Druckluftkammer 150, so dass das Stellventil 100 geöffnet ist.

In Fig. 1 B ist die Druckluftkammer 150 entlüftet, so dass die Federn 160 das Stellventil 160 schließen konnten.

Die Bestimmung des Arbeitspunkts bzw. Arbeitsbereichs beruht vorzugsweise auf der Auswertung des Histogramms der Ventilstellung. Das Histogramm wird auf Häufungen analy- siert. Typische Histogramme dieser Art sind in den Figuren 2A, 2B, 3A und 3B zu sehen. Zur Auswertung werden zweckmäßigerweise die Randbereiche (also diejenigen Daten, die 0% bzw. 100% entsprechen, da das Ventil dann völlig geschlossen oder offen ist) abgeschnitten.

Um den Arbeitsbereich zu erhalten, wird vorzugsweise von der höchsten Säule (mit Aus- nahme von 0% und 100%) des Histogramms ausgegangen, also vom lokalen Maximum der Häufigkeit. Anschließend werden ggf. solange Nachbar-Säulen hinzugefügt, bis ein gewisser Prozentsatz der Gesamthäufigkeit erreicht ist, z.B. 50%. Dann bewegt sich das Ventil mindes- tens 50% der Zeit in diesem Bereich. Beim typischen Vorgehen wird immer die angrenzende Säule des Histogramms dem Arbeitsbereich hinzugefügt, die die jeweils höhere Häufigkeit auf- weist.

Es sind natürlich auch andere Vorgehensweisen denkbar, z.B. können bis zum Erreichen der gewünschten Häufigkeit jeweils beide benachbarten Säulen hinzugefügt werden. Oder es wird der Mittelwert +/- eine oder mehrere Standardabweichungen als Arbeitsbereich definiert.

Anhand der Histogramme lassen sich verschiedene Veränderungen des Arbeitsbereichs feststellen, die zu verschiedenen Diagnosen führen können.

In Fig. 2A ist z.B. deutlich zu erkennen, dass der Arbeitsbereich eher um 40% herum liegt als im optimalen Bereich von 60-70%. Dies erlaubt die Schlussfolgerung, dass das Stellventil für den Prozess, der dort abläuft, überdimensioniert ist, da es im Normalfall nicht so weit öffnet, wie sinnvoll wäre, um maximale Effektivität beim Betrieb des Ventils zu erreichen.

Bei der weiteren Auswertung ist es sinnvoll, zwischen kurzfristigen und langfristigen Ände- rung zu unterscheiden. Langfristige Änderungen können sich hierbei über mehrere Monate, Jahre oder sogar über die gesamte Lebenszeit der Anlage bzw. des Ventils erstrecken. Kurzfris- tige Änderungen können dagegen im Bereich von Stunden, einigen Tagen bis maximal Wochen liegen. Je nachdem, ob die Änderungen kurz- oder langfristig erfolgen, kann davon ausgegan- gen werden, dass sie auf Prozessänderungen, oder z.B. Änderungen in der Zusammensetzung des zu regelnden Fluids zurückgehen (kurzfristig), oder z.B. auf Verschleißerscheinungen am Ventil (langfristig).

Beim Übergang von Fig. 2A zu Fig. 2B ist zu erkennen, dass der Arbeitsbereich in Fig. 2B zum weiter geöffneten Zustand hin verschoben ist. Handelt es sich um einen langfristig auftre- tenden Effekt, wären hier z.B. Ablagerungen am Ventilsitz oder Ventilkegel zu diagnostizieren.

Tritt der Effekt hingegen kurzfristig auf, und ggf. auch bei weiteren, im Prozessverlauf da- hinter liegenden Ventilen ebenfalls, könnte eine möglicherweise defekte Pumpe (die weniger als vorgesehen fördert) im Vorlaufbereich des Ventils diagnostiziert werden.

Beim Übergang von Fig. 3A zu Fig. 3B ist zu erkennen, dass der Arbeitsbereich stark zum stärker geschlossenen Zustand hin verschoben ist. Handelt es sich hierbei um einen langfristi- gen Effekt, könnte Abnutzung des Ventilsitzes oder Ventilkegels diagnostiziert werden.

Aufgrund der Stärke der Verschiebung ist allerdings davon auszugehen, dass auch ggf. Prozessveränderungen hier mit eine Rolle spielen. Bei einer kurzfristigen Änderung dieser Art wäre das auch die zu erstellende Diagnose.

Weiterhin sind Veränderungen in der Breite des Arbeitsbereichs von Relevanz. Verbreitert sich der Arbeitsbereich, ist eine Verringerung der Prozessstabilität festzustellen. Wird der Ar- beitsbereich hingegen schmaler, so läuft der Prozess offenbar stabiler.

Mit diesen Regeln lässt sich allein mit der Kenntnis der Ruhepositionen des Stellventils eine Diagnose für Probleme erreichen, die auftreten können und Veränderungen am Stellventil bewirken. Aufgrund dieser Diagnosen kann z.B. mit Wartungsmaßnahmen eingegriffen werden, bevor es zu Schäden oder Ausfällen an der Anlage kommt. Und für diese Diagnosen bedarf es keiner zusätzlichen Sensoren.

Glossar

Arbeitsbereich

Damit wird ein Bereich bzw. Intervall bezeichnet, der den Arbeitspunkt beinhaltet. Dies ist immer dann sinnvoll, wenn sich ein Arbeitspunkt nicht genau bestimmen lässt, weil z.B. die Po- sitionsauflösung der zur Verfügung stehenden Daten zu gering ist oder der Zustand, der erfasst wird, zu stark schwankt. Ein solcher Arbeitsbereich kann z.B. durch die Forderung definiert wer- den, dass 50% der Werte umfasst sein müssen. Arbeitspunkt

Der Arbeitspunkt, auch Betriebspunkt oder -zustand genannt, ist ein bestimmter Punkt im Kennfeld oder auf der Kennlinie eines technischen Gerätes, der aufgrund der Systemeigen- schaften und einwirkenden äußeren Einflüsse und Parameter eingenommen wird (nach https://de.wikipedia.org/wiki/Arbeitspunkt). Bei einem Stellventil ist dies der bei normalem Be- trieb vorgesehene Öffnungszustand. Stellventile sind typischerweise so ausgelegt, dass der Arbeitspunkt im Optimum bei 70% Öffnung liegt.

Prozessventil, Stellventil

Prozessventile, auch Stell- oder Regelventile genannt, dienen zur Drosselung bzw. Rege- lung fluidischer Ströme. In einer Durchflussöffnung eines Ventilsitzes wird zu diesem Zweck ein Drosselkörper bzw. Ventilglied mittels eines Antriebs bewegt.

Bezugszeichen

Stell- bzw. Prozessventil

Ventilgehäuse

Zuströmseite

Abströmseite

Ventilglied

Ventilsitz

Ventilstange bzw. Antriebsstange

Stopfbuchse bzw. Dichtung

fluidischer Antrieb

Druckluftkammer

obere Kammer

Feder

Platte

Membran

Antriebsgehäuse-Abdichtung

Signalnehmer

zitierte Literatur

zitierte Patentliteratur

EP 315 391 B1

EP 2 884 358 B1