Diagnosesystem für ein Ventil Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Bereichen der Prozess- und Energietechnik hängt der störungsfreie Betrieb einer Anlage von der einwandfreien

Funktion der eingesetzten Steuer- und Sperrventile ab. Zur Vermeidung kostenintensiver, irregulärer Betriebsunterbrechungen sollten Ventilschäden möglichst bereits im Anfangsstadium erkannt werden, das heißt bevor ein Ausfall eines Ventils einen Stillstand der Anlage verursachen kann. Bei ^¬ spielsweise führen defekte Ventilsitze zu Leckströmungen, die eine breitbandige Schallemission erzeugen. Eine Aufnahme und Auswertung der Schallemission eines Ventils kann somit zur Früherkennung von Ventilschäden dienen. Da Ventilschäden zu Fehler und teuren Folgekosten führen können, ist eine Diagnose evtl. mit automatischer Erfassung und programmierbarer Bewertung der Fehler von großem Nutzen. Statistische Auswertungen der Diagnosedaten können sowohl zur Optimierung der Wartungsprozesse für einen rechtzeitigen Ersatz eines schad- haften Ventils als auch zur qualitativen Beurteilung und

Klassifizierung der Ventilhersteller oder zur Beurteilung der Eignung bestimmter Ventile für verschiedene Prozessarten dienen . Aus der DE 199 24 377 AI ist ein Diagnosesystem für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil bekannt, das eine Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung von an dem Ventil gemessenen Körperschallspektren aufweist. Um eine besonders zuverlässige Ventildiagnose zu ermöglichen, ist in der Einrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auswertung ein bei geringfügig geöffnetem, intaktem Ventil erfasstes Körperschallspektrum abspeicherbar. Zur Diagnose wird ein bei geschlossenem Ventil erfasstes Körper- schallspektrum mit dem abgespeicherten verglichen und die Ähnlichkeit als ein Kriterium für die Undichtigkeit des Ven ^¬ tils herangezogen. Das bekannte Diagnosesystem hat jedoch den Nachteil, dass die Erfassung, Speicherung und Auswertung von Körperschallspektren zur Feststellung einer Leckageströmung vergleichsweise aufwendig ist. Insbesondere bei ESD (Emergen- cy-Shut-Down) -Ventilen wird jedoch ein einfaches Diagnosesystem gewünscht, mit welchem der Betreiber einer Anlage feststellen kann, ob diese Ventile eine Leckage aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Diagnose ^¬ system für ein von einem Stellungsregler über einen Antrieb betätigbares Ventil zu schaffen, das mit besonders geringem Aufwand eine zuverlässige Diagnose einer Leckageströmung er- möglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Diagnosesystem der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Expansion eines Gases an einer Leckagestelle eines Ventils eine Tempe ^¬ raturabsenkung verursacht. Diese Temperaturabsenkung gegen- über der Umgebung wird nun mit einem ersten Temperatursensor, dessen Messwert stärker vom Ventil abhängig ist, und mit ei ^¬ nem zweiten Temperatursensor, der eine bessere Wärmekopplung zur Umgebung hin aufweist, erfasst und zur Diagnose einer Le ^¬ ckage ausgewertet. Wenn im Ventil keine Leckage auftritt, messen beide Temperatursensoren etwa die gleiche Temperatur, nämlich etwa Umgebungstemperatur. Tritt im Ventil jedoch eine Gasleckage auf, so wird die Temperatur des Ventils abnehmen und die Temperatur am ersten Temperatursensor sinkt deutlich gegenüber der am zweiten Temperatursensor gemessenen Tempera- tur ab. Mit Hilfe zweier einfacher Temperatursensoren, die am Markt vergleichsweise günstig erhältlich sind, kann somit in besonders einfacher Weise eine Ventildiagnose auf das Vorlie ^¬ gen einer unzulässigen Leckage durchgeführt werden. Gegenüber der herkömmlichen Ventildiagnose mit Hilfe von Körperschall ^¬ signalen hat die Erfindung den Vorteil, dass auf einen Körperschallsensor und eine Auswertung von Körperschallspektren, die vergleichweise aufwendig sind, verzichtet werden kann. Da sich beide Temperatursensoren am oder im Gehäuse des Stellungsreglers befinden, ist zudem keine aufwendige Montage der Temperatursensoren und keinerlei Verkabelung zum Anschluss der Temperatursensoren an eine Auswerteeinrichtung erforderlich. Somit wird ein Diagnosesystem erhalten, das sich durch einen besonders geringen Realisierungsaufwand auszeichnet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung, welche die beiden Temperaturmesswerte zur Gewinnung einer Diagnoseaussage verarbeitet, in den Stel- lungsregler integriert. Zur Durchführung der Regelungsaufgaben sind Stellungsregler nämlich üblicherweise mit einem Mik- rocontroller versehen, der in geeigneter Weise programmiert ist. In den Programmspeicher des MikroControllers muss somit lediglich eine zusätzliche Programmroutine zur Implementie- rung der Auswerteeinrichtung geladen werden. Ein derartiges Diagnosesystem ist gegenüber einem herkömmlichen Stellungsregler mit einem geringen Zusatzaufwand verbunden, da lediglich Software ergänzt werden muss, die auf der bereits vor ^¬ handenen Hardware ablaufen kann.

In vorteilhafter Weise kann eine besonders zuverlässige Diag ^¬ noseaussage erhalten werden, wenn die maximale Abweichung zwischen den beiden Temperaturmesswerten, bei deren Überschreiten eine Leckage festgestellt wird, anhand einer bei intaktem, während des Betriebs geringfügig geöffnetem Ventil erfassten Temperaturabweichung ermittelt und abgespeichert wird. Dazu kann ein intaktes Ventil um einen kleinen Spalt, beispielsweise 2% seines Stellbereichs, geöffnet werden. Die Referenzmessung wird vorzugsweise mit demselben Medium durch- geführt, welches auch dann das Ventil durchströmt, wenn es in die prozesstechnische Anlage eingebaut ist. Damit der Refe ^¬ renzwert im jeweiligen Anwendungsfall besonders aussagekräf ^¬ tig ist, kann dieser vorteilhaft bei der Inbetriebnahme des Ventils in der prozesstechnischen Anlage erfasst und für den späteren Vergleich zur Leckagediagnose des geschlossenen Ventils abgespeichert werden. Er ist dann vom jeweiligen Prozessumfeld abhängig und exemplarspezifisch.

In vorteilhafter Weise wird eine besonders einfache Montage erreicht, wenn der Stellungsregler, die Temperatursensoren und die Auswerteeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Be- reichen hat dies zudem den Vorteil, dass lediglich ein Gehäu ^¬ se als druckdichte Kapselung ausgeführt werden muss.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Regel ^¬ ventils mit einem Diagnosesystem. In einer Rohrleitung 1 einer nicht weiter dargestellten prozesstechnischen Anlage ist gemäß der Figur ein Ventil 2 eingebaut, das durch einen entsprechenden Hub eines mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkenden Schließkörpers 4 den Durch- fluss eines Mediums 5 steuert. Der Hub wird durch einen pneu- matischen Antrieb 6 erzeugt und mittels einer Ventilstange 7 auf den Schließkörper 4 übertragen. Der Antrieb 6 ist über ein Joch 8 und Flansche 19 mit dem Gehäuse des Ventils 2 ver ^¬ bunden. An dem Joch 8 ist ein Stellungsregler 9 angebracht, der eingangsseitig über ein an der Ventilstange 7 angreifen- des Verbindungsstück 10 den Hub erfasst, diesen mit einem über eine Datenschnittstelle 11 von einem Feldbus zugeführten Sollwert vergleicht und ausgangsseitig den pneumatischen An ^¬ trieb 6 im Sinne einer Ausregelung der Regeldifferenz steuert. Ein erster Temperatursensor 12 zur Erzeugung eines ers- ten Temperatursignals 13 ist an einer Befestigungsschraube eines Gehäuses 18 des Stellungsreglers 9 angebracht. Ein zweiter Temperatursensor 20, der ein zweites Temperatursignal 21 liefert, befindet sich in weiterer Entfernung zum Joch 8 und hat damit eine deutlich schlechtere Wärmekopplung zum Ventil 2. Die beiden Temperatursignale 13 und 21 werden einer Auswerteeinrichtung 14 zugeführt. Diese enthält eine Signal ^¬ aufbereitungsschaltung 15, in der die Temperatursignale 13 und 21 gefiltert und digitalisiert werden. In einer nachge ^¬ ordneten Recheneinheit 16 wird die Differenz zwischen einem so anhand des ersten Temperatursignals 13 gewonnenen ersten Temperaturwert und einem zweiten Temperaturwert, der aus dem zweiten Temperatursignal 21 erhalten wurde, berechnet und mit einem Referenzwert verglichen, der in einem Speicher 17 hinterlegt ist. Wenn der erste Temperaturwert um mehr als die als Referenzwert vorgegebene maximale Abweichung niedriger ist als der zweite Temperaturwert, wird mit Hilfe der Auswer ^¬ teeinrichtung 14 eine Leckage des Ventils festgestellt und eine entsprechende Meldung über die Datenschnittstelle 11 als Signal zur Anzeige einer Ventilleckage ausgegeben. Die Diag ^¬ nose des Ventils wird periodisch ausgeführt oder über die Da ^¬ tenschnittstelle 11 veranlasst, über die auch das Ergebnis der Diagnose abfragbar ist. Stellungsregler 9, erster Tempe- ratursensor 12, zweiter Temperatursensor 20 und Auswerteeinrichtung 14 sind in dem gemeinsamen Gehäuse 18, das mit einer druckdichten Kapselung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestattet ist, angeordnet. Dadurch werden extern geführte Verbindungskabel zwischen den elektronischen Komponenten des Regelventils vermieden.

Der im Speicher 17 hinterlegte Referenzwert wird bei der In ^¬ betriebnahme des Regelventils 2 in der prozesstechnischen An ^¬ lage, in welchem es beispielsweise die Funktion eines ESD- Ventils hat, ermittelt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil intakt und weist noch keine Leckage im geschlossenen Zustand auf. Zur Simulation einer Leckage wird das Ventil um einen kleinen Spalt, der ca. 2% seiner maximalen Öffnung beträgt, geöffnet. Aufgrund der Expansion eines durch das Ventil 2 strömenden Gases stellt sich am ersten Temperatursensor 12 eine niedrigere Temperatur ein als am zweiten Temperatursensor 20 ein. Die so ermittelte Temperaturdifferenz wird als Referenzwert abgespeichert und für die spätere Ventildiagnose im geschlossenen Zustand des Ventils herangezogen.