Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann. Stellventile werden in prozess- oder verfahrenstech nischen Anlagen zum Steuern oder Regulieren eines Prozesses bzw. Prozessmediums einge setzt. Andere Anwendungsbeispiele sind u.a. solarthermische Anlagen oder Nah- und Fernwär mesysteme. Neben Steuer- und Regelanwendungen werden Stellventile auch als Sicherheits ventile zur Absicherung von Anlagen bzw. Prozessen genutzt.

Stellventile erfahren dabei sowohl innere als auch äußere mechanische Belastungen, wel che durch die gesamte Anlage, in der sie eingesetzt werden, das Stellventil selbst und die Um gebung der Anlage bzw. des Stellventils bedingt sein können. Mechanische Belastungen kön nen auf Verschleiß und Fehlfunktionen des Ventils bzw. der Anlage oder einer Anlagenkompo nente zurückzuführen sein oder zu Verschleiß oder sogar Fehlfunktionen des Stellventils, der Anlage oder einer Anlagenkomponente führen. Sie lassen in vielen Fällen Aussagen über den Zustand und die Funktionsfähigkeit eines Stellventils bzw. einer Anlage zu.

Mechanische Belastungen eines Stellventils entstehen in der Regel durch den Betrieb des Ventils bzw. der Anlage. Sie können auch durch Verschleiß, Fehlfunktionen und Fehlbedienun gen des Stellventils, der Anlage und / oder einer der Anlagenkomponenten sowie durch Stör fälle, Wetter- und Umwelteinflüsse hervorgerufen und / oder verstärkt werden.

Zu den mechanischen Belastungen gehören Schwingungen, was sowohl periodische Vib rationen bzw. Erschütterungen als auch nichtperiodische Schwingungen umfasst, die z. B. auf eine Überlagerung inkommensurabler harmonischer Schwingungen oder das Vorhandensein nichtlinearer Schwingsysteme in einer Ventil- oder Anlagenkomponente zurückzuführen sind. Schwingungen entstehen in vielen Fällen durch den Einsatz von Aktuatoren in einer Pro zessanlage, wie z. B. Stellventilen oder Pumpen. Sie können auch Eigenschwingungen anderer Anlagenkomponenten darstellen, wie z. B. von Motoren oder Turbinen, die mit dem Stellventil z. B. über Rohrleitungen oder andere Anlagenkomponenten direkt oder indirekt verbunden sind. Ebenfalls führen Prozessfluid-Druck- und Durchflussschwankungen zur Bewegungs- bzw. Schwingungsanregung einer Prozessanlage bzw. eines Stellventils. Schwingungen können auch auf durch Verschleiß verursachte Turbulenzen des Prozessmediums, lose Teile der An lage oder Fremdkörper im Prozessmedium hindeuten.

Schwingungen haben demnach sehr unterschiedliche Ursachen und weisen dementspre chend vielfältige Zeitskalen bzw. Periodendauern auf. Die Skalen bzw. Periodendauern können dabei in einem weiten Bereich von wenigen Millisekunden bis hin zu Tagen oder Monaten lie gen. Letztere sind z. B. Schwingungen zuzuordnen, die aufgrund von umweltbedingten Tempe raturschwankungen durch Tag-Nacht-Zyklen oder dem Wechsel der Jahreszeiten entstehen.

Eine weitere Art der mechanischen Belastungen stellen Schläge dar, die sich von Schwin gungen im Wesentlichen durch ihre Dauer und die Art ihres Auftretens unterscheiden. Während Schwingungen wiederkehrende Belastungen darstellen, sind Schläge eher als vereinzelt auftre tende Ereignisse zu verstehen. Schläge treten z. B. beim An- oder Herunterfahren einer Anlage, beim Starten oder Stoppen eines Prozesses bzw. beim Öffnen oder Schließen von unter Druck stehenden Armaturen oder Ventilen auf. Sie können aber auch durch Wettereinflüsse wie Wind böen oder Dachlawinen entstehen, auf mit dem Stellventil oder mit dem Stellventil verbundene Anlagenkomponenten kollidierende Teile hindeuten oder auf Störfälle zurückzuführen sein, die zu plötzlichen Veränderungen der Prozessbedingungen führen.

Stand der Technik

Schwingungen und / oder Schläge sind in vielen Fällen eng mit dem Zustand und der Funktionsfähigkeit eines Stellventils bzw. einer Anlage verknüpft. Dementsprechend sind im Stand der Technik verschiedene Ansätze beschrieben, um Schwingungen und / oder Schläge, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann, zur Überwachung eines Stellventils bzw. einer An lage zu nutzen.

Häufig werden dabei Beschleunigungssensoren zur Körperschallaufzeichnung / -mes- sung eingesetzt. So schlägt zum Beispiel die Patentschrift DE 102016216 923 B4 den Einsatz von piezoelektrischen Schallwandlern vor, die die mechanischen Schwingungen des Ventils in einem festgelegten, vorzugsweise möglichst großen Frequenzspektrum als Sensorsignal erfas sen und bereitstellen. Alternativ sieht die DE 10 2016 216 923 B4 den Einsatz von Mikrofonen vor. In der Patentschrift US 9,423,050 B2 wird in ähnlicher Weise der Einsatz von Vibrations- bzw. Akustik-Sensoren zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen, die auf ein Stell ventil einwirken können, beschrieben.

Die Sensoren können an unterschiedlichen Stellen eines Stellventils platziert werden, wo bei sie ihrer Platzierung entsprechend unterschiedliche Arten von Schwingungen und / oder Schlägen aufnehmen können. So werden Körperschallsensoren im Bereich des Ventilkegels oder der Ventilbetätigungsstange eines Stellventils eingesetzt, um Schwingungen, die aus Fluid-Druck- und / oder Durchflussschwankungen resultieren, zu erfassen. Um äußere Schwin gungen und / oder Schläge, wie durch Rohrleitungen übertragene Anregungen oder Windein flüsse zu detektieren, eignen sich Luftschall- oder Körperschallsensoren, welche Schwingungen und / oder Schläge am Äußeren des Stellventils detektieren. Zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen wird demnach mindestens ein Schwingungssensor benötigt. In der Regel müssen mehrere Sensoren eingesetzt werden, um die unterschiedlichen Arten bzw. Quellen von Schwingungen und / oder Schlägen, die auf ein Stellventil einwirken können, zu erfassen und somit die verschiedenen Schwingungszustände eines Stellventils beurteilen zu können.

Die Installation und der Betrieb von Sensoren sind meist aufwendig und teuer. Die Zuver lässigkeit und Aussagekraft der Überwachung ist zudem durch die Art der zur Verfügung ste henden Sensoren, dem zugehörigen Messbereich und der zugehörigen Messgenauigkeit sowie durch Verschleiß und Ausfall der Sensoren eingeschränkt. Dem kann zwar begegnet werden, indem die Sensoren an die vorgesehenen Einsatzorte in oder an einem Stellventil bzw. einer Anlage angepasst werden. Dies erfordert jedoch in der Regel zusätzlichen Aufwand bei der Konzeption, Auswahl, Herstellung, Installation und / oder dem Betrieb der Sensoren und verur sacht somit weitere Kosten.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung bzw. dem Monitoring eines Stellventils bzw. einer Anlage anzugeben, mit dem Schwingungen und / oder Schläge, denen das Stellventil ausgesetzt sein kann, einfach, kostengünstig sowie zuverlässig und aussage kräftig erfasst werden können.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs 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 vorgeschlagen, um Schwingungen und / oder Schläge, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann, zu erfassen. Dabei ist das Stellventil Teil einer Anlage, auf der ein Prozess mit einem Prozessmedium abläuft bzw. ablaufen kann. Es weist ein Ventilglied zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Prozesses, der auf der Anlage abläuft bzw. ablaufen kann, einen Stellungsregler zur Regelung der Position des Ventilglieds und einen Positionssensor, der die Ist-Position des Ventilglieds messen kann, auf.

Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

Zunächst hält der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum in einer Soll- Position oder verfährt es in eine Soll-Position. Danach folgen die Schritte:

1. Messen mindestens einer Position des Ventilglieds mithilfe des Positionssensors in ei nem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ersten Zeitraum ist; typischerweise ist die mindestens eine gemessene Position die Ist-Position des Ventilglieds;

2. Aufzeichnen der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum;

3. Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds; und

4. Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein Schlag ermittelt wird und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet.

Das Verfahren zielt darauf ab, den bereits im Stellungsregler vorhandenen Positions sensor gleichzeitig als Schwingungssensor zu verwenden, d.h. als Sensor zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil ausgesetzt sein kann. Der Einsatz zusätzlicher Sensoren kann demnach entfallen oder zumindest reduziert werden. Zudem ist der Positionssensor des Stellungsreglers bereits an den Einsatz in oder an dem Stellventil bzw. der Anlage angepasst. Eine Konzeption, Anpassung, Auswahl, Herstellung, Installation und ein Be trieb zusätzlicher bzw. angepasster Sensoren kann demnach entfallen.

Treten in der Anlage bzw. dem Stellventil Schwingungen und / oder Schläge auf, z.B. im laufenden Betrieb durch den Einsatz von Pumpen oder Turbulenzen des Prozessmediums, kön nen sich diese aufgrund von Elastizitäten und / oder mechanischen Freiheitsgraden der Anlage bzw. des Stellventils und deren Komponenten auf das Ventilglied und / oder den Positions sensor übertragen. Übersteigen die auf das Ventilglied und / oder den Positionssensor übertra genen Schwingungen und / oder Schläge eine gewisse Intensität bzw. Amplitude (z. B. 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs), können sie mittels des Positionssensors in Form von Positi onsänderungen des Ventilglieds gemessen bzw. erfasst werden. Die messbare Intensität bzw. Amplitude der Schwingungen und / oder Schläge ist u. a. durch das Auflösungsvermögen des Positionssensors gegeben.

Die Frequenz der erfassten Schwingungen kann ebenfalls analysiert und ausgewertet werden. Auf diese Weise können mithilfe des Verfahrens erfasste Schwingungen mit Schwin gungen abgeglichen werden, die bereits erfasst wurden, bekannt sind bzw. aus bekannten Quel len stammen. Hochfrequente Schwingungen, deren Frequenz die Abtastrate des Sensors über steigt, können dabei zwar nicht im Detail aufgelöst und erfasst werden. Sie äußern sich jedoch durch eine breite Verteilung der Messwerte oder erhöhter Messfehler, was zumindest auf deren Existenz schließen lässt. Dies ist in vielen Fällen bereits ausreichend, um das Auftreten außer gewöhnlicher mechanischer Belastungen oder Fehlfunktionen feststellen zu können. Die Ab tastrate des Positionssensors liegt dabei typischerweise bei ca. 100 ms bzw. in einem Bereich von 1 ms bis zu 1 s, 5 ms bis 200 ms oder 10 ms bis 150 ms. Sie kann auch in einem Bereich von ca. 2 bis 4 ms liegen.

Die Positionsänderungen zeigen eine Relativbewegung zwischen dem Sensor und dem Ventilglied an. Sie müssen nicht einer tatsächlichen Bewegung des Ventilglieds im Ventilge häuse entsprechen. Sie können auch eine Bewegung des Positionssensors relativ zum Ven tilglied bzw. Ventilgehäuse darstellen. Sie können auch eine Bewegung der Sensorkomponen ten anzeigen, die unabhängig von einer Bewegung des Ventilglieds oder des Positionssensors auftreten kann, wenn z.B. eine mechanische Komponente des Positionssensors durch Schwin gungen und / oder Schläge, die auf das Stellventil einwirken, erschüttert bzw. bewegt werden.

Das Stellventil kann unterschiedlich ausgeführt sein. Es kann ein Drehventil (z. B. ein Ku gelhahn oder Klappenventil) oder ein Hubventil sein, bei dem ein Ventilkegel oder (Absperr schieber zum Öffnen oder Schließen des Ventils bewegt wird. Das Ventilglied kann demnach drehbar gelagert sein, in horizontaler oder vertikaler Richtung oder - je nach Anwendungsfall - auch in andere Richtungen beweglich sein. Je nach Bauart des Stellventils kann das Ventilglied deshalb bestimmte Schwingungen und / oder Schläge besser aufnehmen als andere. So neh men horizontal bewegliche Ventilglieder eines Absperrschiebers horizontale Schwingungen und / oder Schläge in der Regel besser auf als vertikal bewegliche Ventilglieder. Vertikal verschieb bare Ventilglieder können dagegen vertikale Hub und Senkbewegungen besser aufnehmen. Hubventile können zudem Translationsbewegungen, von Rohrleitungen übertragene Schwin gungen oder temperaturbedingte Schwankungen besser aufnehmen als Drehventile. Dagegen können Drehventile Schwingungen und / oder Schläge, die durch das Prozessmedium übertra gen werden, in vielen Fällen besser aufnehmen, da sich das Ventilglied in jeder Ventilgliedstel lung im Zentrum der Prozessmediumsströmung befindet. Neben der tatsächlich aufgenomme nen Bewegung des Ventilglieds spielt dabei auch die vom Positionssensor erfasste Bewegung eine entscheidende Rolle. So weisen Absperrschieber in vielen Fällen nur eine Sensorik zur Erfassung horizontaler Bewegungen des Ventilglieds auf. Positionssensoren in Drehventilen er fassen in der Regel lediglich eine Änderung der Winkellage des Ventilglieds.

Der Stellungsregler des Stellventils umfasst einen Aktuator bzw. Antrieb zum Bewegen des Ventilglieds. Der Antrieb kann ein elektrischer oder fluidischer Antrieb (z. B. pneumatisch oder hydraulisch) sein. Er kann auch vorgespannt sein, so dass das Ventilglied bei einem Stör fall (z. B. einem Stromausfall oder Druckluftabfall) selbsttätig in eine Sicherheitsstellung verfährt. Vorgespannte Antriebe werden vor allem in Stellventilen eingesetzt, die als Sicherheitsventil genutzt werden. Sie unterscheiden sich von nicht vorgespannten Antrieben u. a. durch die Schwingeigenschaften des Ventilglieds im Ventilgehäuse bzw. die Resonanzeigenschaft(en)/- frequenz(en) des Ventilglieds bzw. des Stellventils. Ventilglieder können deshalb je nach Art und Umfang der Vorspannung Schwingungen und / oder Schläge unterschiedlich gut aufneh men und in eigene Bewegungen umsetzen. Dies kann im Rahmen des vorgeschlagenen Ver fahrens bei der Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen, die sich z. B. in ihrer Fre quenz, Form oder Dauer unterscheiden, berücksichtigt bzw. ausgenutzt werden.

Mithilfe des Positionssensors kann festgestellt und überwacht werden, in welcher Position bzw. Stellung der Stellungsregler das Ventilglied hält oder in welche Position bzw. Stellung der Stellungsregler das Ventilglied verfährt. Er kann ein integraler Bestandteil des Stellungsreglers sein oder an einer anderen Stelle im oder am Gehäuse des Stellventils angebracht sein. Der Positionssensor kann dabei direkt oder indirekt über Auswerte- oder Kontrolleinheiten des Stell ventils oder der Anlage mit dem Stellungsregler verknüpft sein.

Die Messung der mindestens einen Position des Ventilglieds mithilfe des Positionssensors in dem zweiten Zeitraum kann im Rahmen der Routinen erfolgen, die zur Überwachung der Ventilgliedstellung bereits zur Verfügung stehen bzw. genutzt werden. Im Rahmen des vorge schlagenen Verfahrens können aber auch andere bzw. zusätzliche Messungen bzw. Messinter valle vorgesehen werden, die an die zu messenden bzw. zu erwartenden Schwingungen und / oder Schläge angepasst werden können. Um hochfrequente Schwingungen zu erfassen, kann z.B. die Abtastrate des Positionssensors erhöht werden. Die Messungen können auch in unre gelmäßigen Abständen erfolgen und z.B. zufällig oder quasi-zufällig ausgewählt werden. Auf diese Weise können - zumindest über einen ausreichenden Zeitraum hinweg - auch Schwin gungen und / oder Schläge erfasst werden, die aufgrund des Verhältnisses ihrer Frequenz zur Abtastrate des Sensors oder aufgrund ihres zu kurzfristigen Auftretens nicht erfasst werden würden. Das Verfahren kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeführt werden. Dies umfasst Situationen, in denen das Ventilglied in einer Position steht oder vom Stellungsregler in einer Position gehalten wird, die sich in dem ersten und / oder zweiten Zeitraum mechanisch nicht ändert, z. B. in einer Dichtschließposition oder Schließstellung. Das Verfahren kann auch zwi schenzeitlich unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden, z. B. bei einem Chargenwechsel im Rahmen eines Batch-Prozesses oder solange der Betriebszustand des Stellventils und / oder der Anlage verändert wird. Dementsprechend sind der erste sowie der zweite Zeitraum in vielen Fällen durch den Betrieb der Anlage bzw. des Stellventils bedingt. Sie können beispielsweise 0,25 bis 24 Stunden, 0,5 bis 10 Stunden, 1 bis 5 Stunden oder 2 bis 3 Stunden umfassen.

Die Position des Ventilglieds kann jede Position des Ventilglieds zwischen der Schließ stellung und der Stellung des Ventils sein, die einem vollständig geöffneten Ventil entspricht. Dies kann eine relative Position des Ventilglieds zu einem Referenzpunkt, wie z. B. dem Stel lungsregler oder dem Antrieb des Stellungsreglers, als auch die (Winkel-)Lage des Ventilglieds bzgl. einer Referenzachse bzw. -ebene oder mehrerer Referenzachsen bzw. -ebenen sein. Dies gilt auch für die Ist- bzw. Soll-Position des Ventilglieds.

Die Meldung kann eine Warnmeldung oder ein Befehl zum Ausführen eines Wartungs schritts und / oder Verfahrens des Ventilglieds in eine Sicherheitsstellung sein. Das Ausgeben der Meldung kann sich aber auch lediglich in einer Aufzeichnung der erfassten Schwingungen und / oder Schläge erschöpfen. Die aufgezeichneten Schwingungen und / oder Schläge können im Stellungsregler oder einer Steuereinheit des Stellventils bzw. der Anlage oder einer Cloud gespeichert und ggf. weiter analysiert werden. Das Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder Veränderungen in der Häufigkeit des Auftretens, der Amplitude, Intensität und / oder Frequenz der erfassten Schwingungen und / oder Schläge können dabei - zumindest in einer ersten Näherung - Hinweise auf Veränderungen bzw. den Zustand und die Funktions fähigkeit des Stellventils oder der Anlage liefern.

Die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags kann die Amplitude einer einzelnen Schwingung, eines einzelnen Schlags oder eine Summe derartiger Amplituden darstellen. Die Amplitude kann aus den aktuell erfassten Schwin gungen und / oder Schlägen gebildet werden. Sie kann auch Amplituden bereits aufgezeichne ter Schwingungen und / oder Schläge enthalten. So kann auch eine Meldung ausgegeben wer den, wenn die Amplitude einer einzelnen Schwingung und /oder eines einzelnen Schlags die vorgegebene Schwelle nicht überschreiten würde. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn Schwin gungen und / oder Schläge gehäuft bzw. mehrfach hintereinander auftreten und die Summe der Amplituden dieser Schwingungen und / oder Schläge die vorgegebene Schwelle überschreitet.

Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen mithilfe der in dem zweiten Zeit raum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds bzw. zur Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds stehen eine Viel zahl von Methoden zur Verfügung. Viele dieser Methoden beruhen darauf, mindestens eine Differenz zwischen der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds und der Soll-Position und /oder zum Bestimmen der Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags mindestens eine Differenz zwischen der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds und der Soll-Position zu nutzen bzw. zu betrachten. Die mindestens eine Differenz kann z. B. berechnet werden, indem die Soll-Position des Ven tilglieds von der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds abgezogen wird. Die Differenzbildung kann aber auch durch einen direkten Vergleich der gemessenen Werte mit den Soll-Werten erfolgen, d.h. ohne explizite Subtraktion.

Die Soll-Position des Ventilglieds kann demnach als Referenz zur Bestimmung von Schwingungen und / oder Schlägen herangezogen werden. Die Soll-Position ist ein bekannter Wert, der nicht nur vorgegeben werden kann, sondern in vielen Fällen vom Stellungsregler ge halten wird. Sie stellt in vielen Fällen eine stabile Referenz dar, die nicht durch zusätzliche Schritte bestimmt werden muss und damit auch keine Unschärfen oder Messfehler aufweist. Schwingungen und / oder Schläge bzw. die zugehörigen Amplituden können deshalb leichter und in vielen Fällen zuverlässiger bestimmt werden.

Die Soll-Position des Ventilglieds kann von jeder der aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds abgezogen werden. Die aufgezeichnete mindestens eine Position des Ventilglieds kann aber auch zunächst in Histogramme zusammengefasst werden, bevor der Abzug der mindestens einen Position des Ventilglieds erfolgt. Die mindestens eine Differenz kann ebenfalls in Histogramme organisiert werden. Schwingungen und / oder Schläge äußern sich dabei in der Ausbildung mehrerer Balken bzw. der Besetzung von Klassen, die unterschied lich ausgeprägten Abweichungen von der Soll-Position entsprechen sowie Übereinstimmungen mit der Soll-Position umfassen können. So können Positionen, die von der Soll-Position um weniger als oder gleich 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs abweichen, in einer Klasse zusammengefasst werden. Die nächste Klasse kann alle vom Positionssensor erfassten Positi onen enthalten, die von der Soll-Position um mehr als 0.01 %, 0.1 % oder 0.3 % eines Vollhubs und weniger als oder gleich 1 %, 2 % oder 5 % eines Vollhubs abweichen. Übersteigt die Anzahl der erfassten Positionen in dieser Klasse odereiner Klasse, in der Positionen mit noch größeren Abweichungen von der Soll-Position zusammengefasst werden, einen bestimmten Wert bzw. eine vorgegebene Schwelle, ist dies ein Hinweis auf mindestens eine Schwingung und / oder einen Schlag, die und / oder der auf das Stellventil einwirkt. Die Anzahl der Ereignisse bzw. der bestimmte Wert stellt in diesem Fall die Amplitude bzw. vorgegebene Schwelle dar, die zur Ausgabe einer Meldung führt. Die Besetzung der Klassen kann dabei zu vorgegebenen Zeit punkten zurückgesetzt werden, z. B. nach einem Tag oder nach zwei, drei oder vier Stunden, so dass in der Vergangenheit liegende Ereignisse nicht mehr berücksichtigt werden. Neben einer Betrachtung der einzelnen Differenzen kann auch die Summe und / oder das Integral des mindestens einen Betrags der mindestens einen Differenz und / oder einer Potenz mit der mindestens einen Differenz als Basis und einem geradzahligen positiven Exponenten über den zweiten Zeitraum und / oder die Summe und / oder das Integral der mindestens einen Differenz und / oder eine Potenz mit der mindestens einen Differenz als Basis und einem unge radzahligen positiven Exponenten über den zweiten Zeitraum genutzt bzw. betrachtet werden.

Der Stellungsregler hält oder verfährt das Ventilglied unter normalen Betriebsbedingungen in der Soll-Position. Kommt es aufgrund von Schwingungen und / oder Schlägen zu Abweichun gen von der Soll-Lage bzw. -Position des Ventilglieds, stellt die Summe über den Betrag der mindestens einen Differenz ein Maß für die Weg- bzw. Hubstrecke dar, die das Ventilglied auf grund der Schwingungen und / oder Schläge zumindest aus Sicht des Positionssensors bzw. des Stellungsreglers zurücklegt. Auf diese Weise können sich Schwingungen und / oder Schläge, die das Ventilglied nur leicht aus der Soll-Lage bzw. -Position bewegen zu einer Weg- bzw. Hubstrecke summieren, die einem Vollhub entspricht. Dieser Weg bzw. Hub stellt nicht nur einen Hinweis dar, der zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden kann, sondern auch eine Amplitude im Sinne des vorgeschlagenen Verfahrens. Überschreitet sie eine vorgegebene Schwelle, z.B. eine Strecke, die einem Vollhub entspricht, wird gemäß dem Verfahren eine Meldung ausgegeben.

Ähnlich verhält es sich mit der Summe bzw. dem Integral über die mindestens eine Diffe renz. Harmonische Schwingungen um eine Soll-Position ergeben in diesem Fall zwar einen eher kleinen Wert für die Summe bzw. das Integral oder heben sich sogar gegenseitig vollstän dig auf. Wird diese Information jedoch zusammen mit der Summe bzw. dem Integral über den Betrag der mindestens einen Differenz betrachtet, können damit z.B. Schläge und Schwingun gen unterschieden werden. Schließlich führen Schläge eher zu einseitigen Auslenkungen des Ventilglieds, so dass sich die Abweichungen von einer Soll-Position aufgrund eines Schlags nicht gegenseitig vollständig aufheben.

Die Summe bzw. das Integral können auch über andere Funktionen als die Identität der Differenz bzw. dem Betrag gebildet werden. So kann z.B. das Quadrat der Differenzen betrach tet werden oder die dritte Potenz oder eine Summe von Potenzen. Auf diese Weise können bestimmte Beiträge abgeschwächt oder verstärkt werden, um die Analyse zuverlässiger bzw. aussagekräftiger zu gestalten.

Die beschriebenen Summen bzw. Integrale ermöglichen es, anhand eines einzigen Wer tes einen umfassenden Überblick über das Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen zu erhalten. Sie ermöglichen es zudem, unkritische Störfaktoren auszublenden bzw. kritische Faktoren hervorzuheben. Dies kann dazu genutzt werden, um die Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen bzw. die Analyse der aufgezeichneten Positionen zielgerichteter zu gestal ten. Die bisher beschriebenen Methoden zum Erfassen von Schwingungen und / oder Schlä gen erfordern kein Ordnen der gemessenen Positionen des Ventilglieds bzw. der Messdaten des Positionssensors. Eine detailliertere Auswertung kann jedoch erzielt werden, wenn die Da ten chronologisch geordnet werden. Werden z.B. mindestens zwei Positionen des Ventilglieds aufgezeichnet, kann die mindestens eine Schwingung und / oder der mindestens eine Schlag mithilfe mindestens einer Positionsänderung ermittelt werden und / oder die Amplitude der min destens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags mithilfe mindestens einer Positionsänderung bestimmt werden, wobei die mindestens eine Positionsänderung berechnet wird, indem die aufgezeichneten Positionen voneinander abgezogen werden. Eine Positionsän derung stellt dabei die Änderung der Position von einem bestimmten Zeitpunkt zu einem späte ren Zeitpunkt dar.

Die derart bestimmten Positionsänderungen können - wie bereits im Zusammenhang mit den Abweichungen der aufgezeichneten mindestens einen Position zu der Soll-Position be schrieben - ebenfalls in Histogrammen dargestellt und ausgewertet werden. Die Bestimmung der Positionsänderungen kann dabei ohne Einbeziehung von Referenzwerten erfolgen.

In einer Variante des Verfahrens können zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags aus der mindestens einen Positionsänderung Richtungs umkehrungen der vom Positionssensor erfassten Bewegung des Ventilglieds bestimmt werden und / oder, falls mindestens zwei Richtungsumkehrungen erfasst wurden, die vom Positions sensor erfassten Positionsänderungen des Ventilglieds zwischen den mindestens zwei Rich tungsumkehrungen bestimmt werden.

Mithilfe von Richtungswechseln bzw. -umkehrungen können Schwingungen und Schläge voneinander unterschieden werden. Zudem kann die Frequenz von Schwingungen bestimmt oder zumindest abgeschätzt werden. Die Positionsänderungen zwischen zwei Richtungsum kehrungen stellt zudem ein Maß für die Amplitude bzw. die Intensität der erfassten Schwingung und / oder des erfassten Schlags dar.

Die Anzahl der bestimmten Richtungsumkehrungen in dem zweiten Zeitraum kann eben falls zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden. Diese Zahl kann z.B. zusammen mit den oben beschriebenen Summen bzw. Integralen betrachtet werden. Eine vom Positionssensor erfasste Weg- bzw. Hubstrecke des Ventilglieds, die einem Vollhub ent spricht, gleichzeitig aber von z.B. 100 Richtungsumkehrungen begleitet wird, deutet stark auf eine Bewegung des Ventilglieds und / oder des Positionssensors durch eine Schwingung oder eine Reihe von Schlägen hin.

Den Richtungsumkehrungen können des Weiteren die vom Positionssensor erfassten Po- sitionsänderungen des Ventilglieds zwischen den Richtungsumkehrungen und der vorangegan genen Richtungsumkehr zugeordnet werden (die erste erfasste Richtungsumkehr bleibt bei die ser Betrachtung in der Regel außen vor). Auf diese Weise lassen sich die Richtungsumkehrun gen ebenfalls in Histogrammen zusammenfassen und auswerten. Diese Histogramme umfas sen z. B. eine Klasse, in denen Richtungsumkehrungen enthalten sind, denen eine vom Positi onssensor erfasste Positionsänderung des Ventilglieds vorausging, die eine gewisse Schwelle nicht überschreitet. Eine Besetzung dieser Klasse deutet auf Erschütterungen des Stellventils hin. Die nächste Klasse würde Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen enthalten, die zwischen einer ersten und einer zweiten Schwelle liegen, usw. Eine Besetzung dieser Klassen lässt auf stärkere Schwingungen und / oder Schläge schließen.

Eine weitere Möglichkeit, die in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens eine Position des Ventilglieds auszuwerten, ergibt sich, wenn die Aufzeichnung der vom Positions sensor gemessenen mindestens einen Position des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum eine Analyse des zeitlichen Verlaufs der vom Positionssensor gemessenen mindestens einen Posi tion des Ventilglieds über den zweiten Zeitraum ermöglicht. In diesem Fall können zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen und / oder dem Bestimmen der Amplitude der mindes tens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags z.B. die Übereinstimmungen der vom Positionssensor aufgezeichneten Positionen mit der Soll-Position bestimmt (Nulldurch gänge), eine Ableitung des zeitlichen Verlaufs berechnet und /oder eine Fourier-Analyse des zeitlichen Verlaufs durchgeführt werden.

Für das Ordnen der aufgezeichneten Positionen zu einem zeitlichen Verlauf können z.B. Zeitstempel oder die Abtastrate des Positionssensors genutzt werden. Die Positionen können auch einfach in einer Reihe angeordnet werden, die zwar chronologisch geordnet, aber nicht mit Zeitstempeln versehen ist.

Die chronologische Ordnung der aufgezeichneten Positionen lässt in vielen Fällen detail liertere Analysen zu. Auf diese Weise kann ein differenzierteres Bild der Lage gewonnen und z.B. Fehlalarme vermieden werden.

Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen werden in vielen Fällen unter schiedliche Methoden miteinander kombiniert, um die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Analyse zu erhöhen. Dazu können z.B. die mit den verschiedenen Methoden gebildeten Amplituden, wie z.B. die Hub- oder Wegstrecke, die Anzahl der Richtungsumkehrungen mit Po sitionsänderungen in einem bestimmten Bereiche, etc., aber auch die aufgezeichneten Positio nen des Ventilglieds in einer Amplitude zusammengefasst werden. Bspw. können die Beträge der einzelnen Amplituden aufsummiert werden, wobei sie u.a. unterschiedlich gewichtet werden können. Die vorgegebene Schwelle kann eine Amplitude darstellen, die in einem dritten Zeitraum vor dem ersten und / oder zweiten Zeitraum bestimmt und / oder an die aktuellen Betriebsbe dingungen des Stellventils angepasst wurde. Zu den Betriebsbedingungen gehören Führungs größen wie z.B. die Soll-Position des Ventilglieds bzw. Prozessparameter wie die Durchfluss menge bzw. der Druck oder die Viskosität des Prozessmediums. Auf diese Weise kann die Sensitivität, mit der Meldungen ausgegeben werden, an die Betriebsbedingungen eines Stell ventils bzw. einer Anlage angepasst werden. Insbesondere kann so die Ausgabe von Fehlmel dungen vermieden werden, die z.B. durch betriebsbedingte Schwingungen und / oder Schläge hervorgerufen werden.

Die vorgegebene Schwelle wird in vielen Fällen im Rahmen der Installation bzw. Inbe triebnahme des Stellventils bestimmt. Sie kann auch zu einem späteren Zeitpunkt von Neuem bestimmt bzw. nachjustiert werden, z.B. wenn die Anlage ihren Normalbetrieb aufgenommen hat oder neue Anlagenkomponenten installiert wurden. Der dritte Zeitraum umfasst demnach einen Teil des Installations- bzw. Inbetriebnahmeprozesses bzw. einen späteren Zeitraum, in dem die Anlage unter Bedingungen betrieben wird, die als "normal" angesehen werden können.

Ähnliches gilt für die Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen. So können bei der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ven tilglieds Einflüsse des Prozessmediums und / oder des Prozesses und / oder der Umgebung des Stellventils und / oder der Anlage auf das Stellventil berücksichtigt werden. Auf diese Weise können z.B. durch den Regelbetrieb bzw. bestimmte Führungsgrößen bedingte Schwingungen und / oder Schläge, wie z. B. durchflussbedingte und / oder temperaturbedingte Störungen oder Schwankungen, identifiziert und von anderen Störeinflüssen, die auf das Stellventil in Form von Schwingungen und / oder Schlägen einwirken, unterschieden werden. Bei einem Fernwärme system sind z.B. Betriebsbedingungen mit hoher Belastung eher im Winter als im Sommer zu erwarten. In einer solarthermischen Anlage haben Tag-Nacht-Zyklen und die Bewölkung einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss. Hoher Druck und hohe Durchflussraten des Prozessme diums führen in vielen Fällen zu Turbulenzen und einem erhöhten Auftreten von Schwingungen und / oder Schlägen.

Umgekehrt können mithilfe der erfassten Schwingungen und / oder Schläge und einer Betrachtung der Einflüsse des Prozessmediums und / oder des Prozesses und / oder der Um gebung des Stellventils und / oder der Anlage auf das Stellventil Prozessbedingungen mit hoher Belastung erkannt und ermittelt werden, die weniger offensichtlich sind als z. B. der Einfluss der Bewölkung auf eine solarthermische Anlage. So können z.B. mechanische Spannungen bzw. Belastungen durch Temperaturänderungen erkannt werden, die zum Beispiel durch den Betrieb einer Anlage mit heißen Medien entstehen oder durch die Umgebungstemperatur bedingt sind. Der Positionssensor kann als berührungsloser Sensor ausgebildet sein, der eine magne tische Anordnung umfasst. Dazu gehören Sensoren, die z.B. mehrpolige magnetische Anord nungen aufweisen, wie z.B. magnetische Codierstreifen, die aus einer seriellen Anordnung von Magneten bestehen, oder diametral magnetisierten Polringen mit 2, 4 oder mehr Polen, deren Ausrichtung mithilfe magnetoresistiver Sensoren erfasst wird. Berührungslose Sensoren redu zieren die mechanische Kopplung, die zwischen dem Ventilglied und dem Positionssensor be steht, und die damit einhergehenden Dämpfungseffekte. Die Bestimmung der Position des Ven tilglieds ist damit in vielen Fällen empfindlicher und genauer, d.h. Schwingungen und / oder Schläge mit kleinen Amplituden können besser detektiert werden.

Der Positionssensor kann aber auch eine mechanische Kopplung mit dem Ventilglied zur Bestimmung der Ventilgliedstellung aufweisen, die sich sowohl mit dem als auch unabhängig vom Ventilglied bewegen kann. Der Positionssensor verfügt damit über mindestens einen weiteren mechanischen Freiheitsgrad, der zur Erfassung von Schwingungen und / oder Schlägen genutzt werden kann. Dieser Freiheitsgrad besitzt in der Regel Schwingeigenschaften, die es dem Positionssensor ermöglichen, ein breiteres Spektrum an Schwingungen und / oder Schlägen aufzunehmen und zu erfassen als ein vergleichbarer Sensor mit starrer Kopplung. Die Kopplung ist z.B. in vielen Fällen dazu geeignet, von außen eingeleitete Schwingungen höherer Frequenz besser aufzunehmen, wie z. B. Rohrleitungsschwingungen, welche von Pumpen in der Anlage verursacht werden können. Darüber hinaus können mithilfe der Kopplung Schwingungen und / oder Schläge erfasst werden, bei denen sich die relative Position zwischen Positionssensor und Ventilglied nicht oder nur in einem Maße verändert, das nicht aufgelöst werden kann. Zu diesen Schwingungen und / oder Schlägen können z.B. Rohrleitungsschwingungen gehören, die das Stellventil mehr oder weniger als Ganzes nach oben und unten bewegen, so dass sich die Relativposition zwischen Ventilglied und Positionssensor kaum verändert. Da sich die Kopplung unabhängig vom Ventilglied (und notwendigerweise auch vom Positionssensor) bewegen kann, kann durch Trägheit eine Relativbewegung entstehen, die trotz der geringen Änderung der Relativposition zwischen Sensor und Ventilglied vom Positionssensor erfasst werden kann.

Denkbar ist auch eine Kombination mit berührungslosen Messverfahren. Auf diese Weise können Schwingungen und / oder Schläge, die zu einer Relativbewegung zwischen Ventilglied und Positionssensor führen, und Schwingungen und / oder Schläge, die die Relativposition nicht wesentlich beeinflussen, voneinander unterschieden werden. Mithilfe unterschiedlicher Positi onssensoren können Positionsänderungen oder Verschiebungskurven aufgezeichnet werden, die sich durch die Ordnung bzw. Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade der Sensoren unter scheiden. So können mittels einer Gesamtverschiebungskurve erster Ordnung, welche einer Schwingkurve zweiter Ordnung überlagert ist, z.B. durchflussbedingte sowie temperaturbe dingte Störungen bestimmt und z.B. von Rohrleitungsschwingungen, die aufgrund von Aktua toren entstehen, unterschieden werden.

Die Kopplung kann z.B. mithilfe von Gelenken, Federn, Hebeln oder Zahnrädern ausge führt werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Kopplung als Drehhebel ausgebildet. Der Drehhebel kann z.B. an einem Anschlag des Ventilglieds anliegen, wobei eine Feder den Hebel gegen den Anschlag drückt. Die Bewegung des Ventilglieds wird so in eine Drehbewe gung bzw. Auslenkung des Hebels umgesetzt, die vom Positionssensor z.B. mithilfe eines Dreh potentiometers oder eines Polrings erfasst werden kann. Die Drehbewegung des Drehhebel umfasst dabei typischerweise einen Bereich von 30°, 35°, 45°, 60° oder 84°. Der Umfang des Drehwinkelbereichs kann jedoch jeden Wert zwischen 5° und 180° annehmen.

Die Bewegung des Drehhebels ist durch den Anschlag und die Feder zwar eingeschränkt, der Drehhebel kann sich dennoch unabhängig vom Ventilglied entgegen der Federkraft vom Anschlag wegbewegen. Auf diese Weise kann der Drehhebel z.B. Rohrleitungsschwingungen aufnehmen bzw. durch diese zu Schwingungen angeregt werden, die wiederum vom Positions sensor erfasst werden können.

Der Drehhebel kann dabei nicht nur vertikale Hub- und Senkbewegungen aufnehmen, sondern z.B. auch horizontal gerichtete Schwingungen und / oder Schläge. Dies gilt v.a. für Situationen, in denen der Drehhebel nicht horizontal ausgerichtet ist. Eine Kopplung wie z.B. ein Drehhebel kann demnach die Bandbreite der Schwingungen und / oder Schläge erhöhen, die mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erfasst werden können.

Der Drehhebel kann auch in einer Kulisse geführt werden, die fest mit dem Ventilglied verbunden ist. Die Kulisse schränkt die Bewegung des Drehhebels im Gegensatz zu einem Anschlag nicht nur in einer Richtung, sondern in zwei Richtungen ein. Werden im Rahmen des Verfahrens Schwingungen und / Schläge erfasst, deren Amplitude einen bekannten maximalen Wert überschreitet, deutet dies auf Verschleiß oder eine Beschädigung der Kulisse bzw. des Hebels hin. Das Verfahren ermöglicht demnach eine Messung oder zumindest eine Abschät zung des Spiels, das der Drehhebel in der Kulisse hat.

In vielen Anlagen steht ein Sensor zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen zur Verfügung. Das vorgeschlagene Verfahren kann so ausgeführt werden, dass zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen die von dem Sensor aufgenommenen Messdaten ana lysiert und die Ergebnisse der Analyse der von dem Sensor aufgenommenen Messdaten mit den Ergebnissen der Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufgezeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds verglichen werden. Dabei können auch Daten mehrerer Sensoren der Anlage berücksichtigt werden. Insbe sondere können Sensordaten von Positionssensoren anderer Stellventile in die Analyse einbe zogen werden.

Durch den Vergleich der Daten kann bestimmt werden, in welchem Bereich der Anlage Schwingungen und / oder Schläge, die mithilfe des Positionssensors des Stellventils erfasst werden, auftreten, d. h. z. B. ob sie die gesamte Anlage umfassen oderauf einen Teil der Anlage beschränkt sind. Die erfassten Schwingungen und / oder Schläge und damit einhergehende Fehlfunktionen oder Störeinflüsse können so besser lokalisiert und eingegrenzt werden. So kön nen Veränderungen der einzelnen Stellventile innerhalb der Prozessanlage miteinander korre liert werden, um z.B. zu bestimmen, ob das Problem innerhalb eines Stellventils auftritt (z. B. durch Probleme des Stellventils selbst) oder ob sich Eigenschwingungen der gesamten Anlage oder eines Teils einer Anlage verändert haben, was auf eine Ursache außerhalb des Stellventils hindeutet. Betrachtet man die Messwerte für eine Mehrzahl von Ventilen und die zugehörigen Veränderungen in den erfassten Schwingungen und / oder Schlägen und deren Amplituden, so können Fehlfunktionen eines Stellventil frühzeitig erkannt werden, wenn vergleichbare Ventile keine vergleichbaren Änderungen bzw. Änderungen, die außerhalb gewisser Toleranzen liegen, aufweisen. Weisen hingegen alle Stellventile vergleichbare Veränderungen auf, deutet dies in vielen Fällen auf äußere Ursachen für die erfassten Schwingungen und / oder Schläge hin. Dabei kann auch anlagentechnisches Wissen bzw. die Anlagenstruktur berücksichtigt werden, insbesondere die räumliche Anordnung der Sensoren und Stellventile bzw. deren Rolle für den laufenden Prozess.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Stellventil mit einem Ventilglied zur Beeinflus sung eines Prozessmediums und / oder eines Prozesses auf einer Anlage und einem Stellungs regler zur Regelung der Position des Ventilglieds, wobei der Stellungsregler einen Positions sensor zum Messen der Ist-Position des Ventilglieds aufweist, und Mittel, die geeignet sind, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das soeben beschriebene Stellventil die Verfahrensschritte eines erfindungsge mäßen Verfahrens ausführt.

Ein computerlesbares Medium, auf dem das soeben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist, löst ebenfalls die Aufgabe.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Erfas sen von Schwingungen und / oder Schlägen, denen ein Stellventil ausgesetzt sein kann. Dabei ist das Stellventil Teil einer Anlage, auf der ein Prozess mit einem Prozessmedium abläuft bzw. ablaufen kann. Es weist ein Ventilglied zur Beeinflussung des Prozessmediums und / oder des Prozesses, der auf der Anlage abläuft bzw. ablaufen kann, einen Stellungsregler zur Regelung der Position des Ventilglieds und einen Positionssensor, der die Ist-Position des Ventilglieds messen kann, auf. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

1. Empfangen von Daten übereine Soll-Position, in der der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum hält oder in die der Stellungsregler das Ventilglied in einem ersten Zeitraum verfährt;

2. Empfangen von Daten, die mindestens eine Position des Ventilglieds darstellen, die mithilfe des Positionssensors in einem zweiten Zeitraum, der innerhalb des ersten Zeitraums liegt oder gleich dem ersten Zeitraum ist, gemessen und aufgezeichnet wurde; typischerweise ist die mindestens eine Position die Ist-Position des Ventilglieds;

3. Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen, denen das Stellventil in dem zweiten Zeitraum gegebenenfalls ausgesetzt war, durch Analyse der in dem zweiten Zeitraum aufge zeichneten mindestens einen Position des Ventilglieds; und

4. Ausgeben einer Meldung sofern mindestens eine Schwingung und / oder mindestens ein Schlag ermittelt wurde und / oder die Amplitude der mindestens einen Schwingung und / oder des mindestens einen Schlags eine vorgegebene Schwelle überschreitet.

Auf diese Weise können Schwingungen und / oder Schläge nicht nur beim Betrieb eines Stellventils erkannt werden, sondern bspw. auch rückwirkend durch Auswertung bereits aufge zeichneter Daten. Zudem können die aufgezeichneten Daten über die Position des Ventilglieds noch einmal analysiert werden, wenn z.B. bessere Algorithmen zum Erkennen von Schwingun gen und / oder Schlägen zur Verfügung stehen.

Zudem wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, umfassend Mittel zur Ausführung des computerimplementierten Verfahrens.

Als Vorrichtung zur Datenverarbeitung oder System zur Datenverarbeitung oder Compu tersystem zum Ausführen des Verfahrens kommen sowohl ein Stand-alone Computer oder Mik rocontroller, DSPs oder FPGAs in Betracht, als auch ein Netzwerk von Mikrocontrollern, DSPs, FPGAs oder Rechnern, beispielsweise ein hausinternes, geschlossenes Netz, oder auch Rech ner, die über das Internet miteinander verbunden sind. Ferner kann das Computersystem durch eine Client-Server-Konstellation realisiert sein, wobei Teile der Erfindung auf dem Server, an dere auf einem Client ablaufen.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer bewirken, dass der Computer das computerimplemen tierte Verfahren ausführt.

Eine Lösung der Aufgabe stellt auch ein computerlesbares Medium dar, auf dem das soeben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. Hierbei können die je weiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele be schränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischen werte und alle denkbaren Teilintervalle.

Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugs ziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsicht lich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein vollständig geöffnetes Stellventil mit einem Stellungsregler;

Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Stellventil, wobei sich das Ventil in einer Stellung befindet, in der das Ventil vollständig geschlossen ist;

Fig. 3 einen Positionssensor mit Drehhebel;

Fig. 4 einen Stellungsregler mit einem berührungslosen Positionssensor;

Fig. 5 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 Weg- bzw. Hubstrecken, die an zwei verschiedenen Tagen aufgezeichnet wur den;

Fig. 7 die Anzahl von Richtungsumkehrungen, die an zwei verschiedenen Tagen auf gezeichnet wurden;

Fig. 8 ein Histogramm von Ventilgliedpositionen an einem Tag; und

Fig. 9 ein Histogramm von Ventilgliedpositionen an einem anderen Tag;

Fig. 10 ein Histogramm der Richtungsumkehrungen an einem Tag; und

Fig. 11 ein Histogramm der Richtungsumkehrungen an einem anderen Tag.

Fig. 1 zeigt ein Stellventil 100 mit einem Ventilgehäuse 105. Das Ventilgehäuse 105 um fasst einen Einlass 110, einen Auslass 115, einen Ventilsitz 120 und ein Ventilglied 125 mit einem Ventilkegel 130. Mithilfe des Ventilkegels 130 bzw. des Ventilglieds 125 kann der Durch fluss eines Prozessmediums durch das Stellventil 100 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Das Prozessmedium strömt dabei über den Einlass 110 in das Stellventil 100 und verlässt das Ventil 100 über die durch den Ventilsitz 120 und den Ventilkegel 130 gebildete Durchlassöffnung und den Auslass 115. Das Prozessmedium kann das Stellventil 100 auch in umgekehrter Richtung durchströmen. Das Ventilglied 125 besteht aus dem Ventilkegel 130 und einer Ventilstange 135, wobei der Ventilkegel 130 am unteren Ende der Ventilstange 135 befestigt ist. Zum Schließen des Ventils 100 wird der Ventilkegel 130 mithilfe der Ventilstange 135 in Richtung des Ventilsit zes 120 verfahren. Zum Öffnen wird der Ventilkegel 130 bzw. das Ventilglied in die entgegen gesetzte Richtung bewegt. Auf diese Weise kann die Größe der von dem Ventilsitz 120 und dem Ventilkegel 130 gebildeten Durchlassöffnung des Stellventils 100 vergrößert bzw. verklei nert und somit die Durchflussmenge eines fluiden Mediums bzw. Prozessmediums durch das Stellventil 100 kontrolliert werden.

Zum Verfahren des Ventilglieds 125 bzw. des Ventilkegels 130 verfügt das Stellventil 100 über einen Antrieb 140. Der Antrieb 140 wird von einem Stellungsregler 145 gesteuert.

Der Stellungsregler 145 weist einen Positionssensor zur Kontrolle der Bewegung des Ven tilglieds 125 durch den Antrieb 140 auf. Der Positionssensor ist aus einem Drehwinkelsensor 150 mit einem Schleifpotentiometer, einem Drehhebel 155, der drehbar am Drehwinkelsensor gelagert ist, und einer Drehfeder 160 aufgebaut. Der Drehhebel 155 wird über ein Abrollröllchen 165 in einer Kulisse 170 geführt. Die Kulisse 170 ist dabei fest mit der Ventilstange 135 bzw. dem Ventilglied 125 verbunden. Das Abrollröllchen 165 hat zudem etwas Spiel in der Kulisse 170. Die Drehfeder 160 spannt den Drehhebel 155 vor, so dass das Abrollröllchen 165 des Drehhebels 155 gegen die obere Flanke der Kulisse 170 gedrückt wirkt.

Durch die mechanische Kopplung des Drehhebels 155 mit der Ventilstange 135, die über die Kulisse 170 und das Abrollröllchen 165 vermittelt wird, werden Linearbewegungen der Ven tilstange 135 bzw. des Ventilglieds 125 auf den Hebel 155 übertragen. Hub- oder Senkbewe gungen des Ventilglieds 125 ändern somit die Winkellage des Hebels 155, zumindest wenn dabei das Spiel des Abrollröllchens 165 in der Kulisse 170 überwunden wird. Die Änderung der Winkellage des Drehhebels 155 wird von dem Schleifpotentiometer des Drehwinkelsensors 150 in einen Widerstandswert umgesetzt, der wiederum vom Stellungsregler 145 erfasst und in eine Position des Ventilglieds 125 umgerechnet wird. Auf diese Weise kann mithilfe des Positions sensors bzw. Drehwinkelsensors 150 festgestellt werden, in welcher Ist-Position sich das Ven tilglied 125 bzw. der Ventilkegel 130 gerade befindet. Zudem kann überwacht werden, ob das Ventilglied 125 eine vorgegebene Soll-Position erreicht hat oder darin verbleibt. Darüber hinaus kann die Position des Ventilglieds 125 verfolgt werden, wenn es gerade bewegt wird.

Wirken nun Schwingungen und Schläge auf das Stellventil 100 ein, so kann sich sowohl das Ventilglied 125 als auch der Drehwinkelsensor 150 im Ventilgehäuse 105 aufgrund der auf tretenden Schwingungskräfte bewegen. Da das Abrollröllchen 165 etwas Spiel in der Kulisse 170 hat, kann der Hebel 155 ebenfalls von den Schwingungskräften erfasst und ausgelenkt werden. Er kann sich dabei kurzzeitig von der Flanke der Kulisse 170 lösen, an die der Hebel 155 von der Drehfeder 160 gedrückt wird, und sich auf diese Weise unabhängig von dem Ven tilglied 125 und / oder dem Drehwinkelsensor 155 bewegen.

Die Mechanik des am Stellungsregler 145 angebrachten Positionssensors kann demnach in zwei Schwingsysteme aufgeteilt werden. Das erste System besteht aus dem Drehhebel 155, dessen Winkellage mittels der Sensorik 150 erfasst wird, und der Drehfeder 160, welche den Hebel 155 in einer Winkelrichtung vorspannt. Das zweite Schwingsystem wird aus dem Ven tilglied 125 und dem Drehwinkelsensor 150 gebildet. Das zweite Schwing-Bewegungssystem eignet sich aufgrund der direkten Kopplung des Ventilkegels 130 zum Prozessmedium eher dazu, Prozessdruck- und / oder Durchflussschwankungen sowie temperaturbedingte Verschie bungen oder harte Schläge auf das Stellventilsystem zu detektieren. Das zweite Schwingsystem nimmt von außen eingeleitete Rohrleitungsschwingungen auf, welche z.B. von Pumpen in der Anlage verursacht werden können.

Die beiden Schwingsysteme sind über die Kulisse 170 mechanisch miteinander verkop pelt. Die Kopplung ist dabei aufgrund der Vorspannung des Drehhebels 155, des Spiels des Abrollröllchens 165 in der Kulisse 170 bzw. der Begrenzung der Bewegung des Drehhebels 155 durch die Flanken der Kulisse 170 nichtlinear.

Fig. 2 zeigt ein Stellventil 200, das baugleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Stellventil 100 ist. Das Ventil 200 ist in Fig. 2 in einer Schließstellung dargestellt, d.h. der Ventilkegel 230 des Stellventils 200 wird vom Stellungsregler 245 mithilfe des Antriebs 240 und der Ventilstange 235 in den Ventilsitz 220 gedrückt. Im Gegensatz dazu ist das Stellventil 100 in Fig. 1 in einer Stel lung gezeigt, in der das Ventil 100 vollständig geöffnet ist.

Bevor das Ventil 200 geschlossen wurde, war es ebenfalls vollständig geöffnet. Zum Schließen des vollständig geöffneten Ventils 200 wurde die Ventilstange 235 zusammen mit dem Ventilkegel 230 und der Kulisse 270 in Richtung des Ventilsitzes 220 nach unten bewegt. Der Drehhebel 255 führte dabei eine Drehbewegung um 35° aus, die vom Stellungsregler 245 mithilfe des Positionssensors, der durch den Drehwinkelsensor 250, den Drehhebel 155 und die Drehfeder 160 gebildet wird, nachverfolgt bzw. kontrolliert wurde.

Mithilfe des Positionssensors überwacht der Stellungsregler 245 nun weiterhin die Stel lung des Ventilkegels. Dazu wird mithilfe des Drehwinkelsensors 250 der Widerstand des Schleifpotentiometers mit einer Rate von ca. 10 Hz gemessen. Die entsprechenden Messwerte werden an den Stellungsregler 245 übertragen. Der Stellungsregler 245 zeichnet diese Mess werte zusammen mit den aus den Messwerten errechneten Positionen des Ventilkegels 230 bzw. Ventilglieds 225 und entsprechenden Zeitstempeln auf. Die aufgezeichneten Werte stehen u.a. zum Nachweis der Funktionsfähigkeit des Stellungsreglers 245 bzw. des Stellventils 200 und einer etwaigen Fehlerdiagnose zur Verfügung. Der geometrische Aufbau des Stellventils 100 bzw. 200 lässt dabei eine Nachverfolgung bzw. Überwachung der Bewegung des Ven tilglieds 225 mit einer Genauigkeit bzw. Auflösung von 0.01 % eines Vollhubs zu.

Fig. 3 zeigt einen Abschnitt 300 eines Stellventils mit Ventilgehäuse 305 und Ventilstange 335 (wie z.B. eines Stellventils 100 oder 200), wobei der Abschnitt 300 des Positionssensors des Stellventils, einen Teil des Ventilgehäuses 305 und einen Teil der Ventilstange 335 umfasst. Der Positionssensor weist einen Drehwinkelsensor 350 auf, der als Schleifpotentiometer aus geführt und mit dem Ventilgehäuse 305 verbunden ist. Die Sensorik wird zudem durch einen Drehhebel 355, der drehbar am Drehwinkelsensor gelagert ist, und eine Drehfeder 360 gebildet, die den Drehhebel 355 in einer Winkelrichtung vorspannt. Der Drehhebel 355 hat an einem seiner Enden ein Abrollröllchen 365, mit dem der Drehhebel in einer Kulisse 370 geführt wird. Die Kulisse 370 ist wiederum mit der Ventilstange 335 verbunden. Damit ist auch der Drehhebel 355 über das in der Kulisse 370 geführte Abrollröllchen 365 mit der Ventilstange 335 mecha nisch verbunden. Die Drehfeder 360 spannt den Drehhebel 355 vor, so dass das Abrollröllchen 365 des Drehhebels 355 gegen die obere Flanke der Kulisse 370 gedrückt wirkt. Das Abrollröll chen 365 hat etwas Spiel in der Kulisse 370.

Mithilfe des Positionssensors werden Linearbewegungen, Hub- und Senkbewegungen sowie (elastische) Verformungen der Ventilstange 335 in Drehbewegungen des Drehhebels 355 umgesetzt. Diese Drehbewegungen des Drehhebels 355 werden vom Drehwinkelsensor 350 erfasst. Durch das Spiel des Abrollröllchens 365 in der Kulisse 370 können nicht nur Linearbe wegungen der Ventilstange 335 auf den Drehhebel 355 übertragen werden, sondern auch Be wegungen des Abrollröllchens 365 innerhalb der Kulisse 170 bzw. des Drehhebels 355, die nicht mit einer Linearbewegung des Ventilglieds einhergehen. Auf diese Weise können unterschied liche Schwingungen und / oder Schläge, die auf den Positionssensor bzw. das Stellventil ein wirken und zu Drehbewegungen des Drehhebels 355 führen, vom Drehwinkelsensor 350 erfasst werden.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt 400 eines Stellventils, wobei der Abschnitt sowohl einen Stel lungsregler 445 als auch einen Teil des Ventilgehäuses 405 sowie der Ventilstange 435 des Stellventils umfasst. Der Stellungsregler 445 ist mit dem Ventilgehäuse 405 verbunden. Erweist einen alternativen Positionssensor auf, der auf einem berührungslosen Messverfahren beruht, bei dem eine Reihe von magnetempfindlichen Sensoren bzw. Magnetsensoren 480 und ein Magnet 490 zum Einsatz gebracht werden. Die Reihe von Magnetsensoren 480 ist im Stellungs regler 445 integriert. Der Magnet 490 ist mit der Ventilstange 435 verbunden. Der Magnet 490 kann sich somit mit der Ventilstange mitbewegen und führt dabei eine Relativbewegung zu den Magnetsensoren in der Reihe von Magnetsensoren 480 aus. Wird die Ventilstange bewegt, än dert sich das Magnetfeld, das von den Magnetsensoren in der Reihe der Magnetsensoren 480 erfasst bzw. gemessen wird. Die von den Magnetsensoren erfassten Magnetfelder werden vom Stellungsregler 445 in eine Position bzw. Stellung der Ventilstange und des damit verbundenen Ventilkegels bzw. des Ventilglieds umgesetzt.

Der Einsatz des Magneten 490 bzw. der Reihe von Magnetsensoren 480 ermöglicht ein berührungsloses Messverfahren, das keine weiteren mechanischen Freiheitsgrade aufweist. Die mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erfassten Schwingungen und / oder Schläge sind demnach auf Bewegungen des Ventilglied relativ zum Positionssensor zurückzuführen. Zudem werden diese Relativbewegungen nicht von zusätzlichen Elastizitäten bzw. mechanischen Frei heitsgraden der Sensorik gedämpft. Auf diese Weise können in vielen Fällen Schwingungen und / oder Schläge mit geringerer Amplitude bzw. Intensität erfasst werden.

Fig. 5 zeigt einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Verfahrens 500. Das Verfahren beginnt mit Schritt 510, in dem u.a. die Verfahrensparame ter wie z.B. die Schwelle für das Ausgeben einer Meldung sowie der zweite Zeitraum vorgege ben werden. In Schritt 520 werden die Verfahrensparameter bestimmt, mit denen geprüft wer den kann, ob die Bedingungen für den Start des zweiten Zeitraums gegeben sind. In Schritt 530 wird anhand der Ergebnisse der Prüfung in Schritt 520 entschieden, wie das Verfahren fortge setzt wird. Sind die Bedingungen für den Start des zweiten Zeitraums nicht gegeben, wird das Verfahren mit Schritt 520 fortgesetzt. Sind die Startbedingungen erfüllt, wird in Schritt 540 mit hilfe des Positionssensors des Stellventils die Position des Ventilglieds mit einer Abtastrate von ca. 50 ms gemessen.

Die gemessenen Positionen werden in Schritt 550 aufgezeichnet und in Schritt 560 ana lysiert. Dabei wird ermittelt, ob das Stellventil in dem zweiten Zeitraum Schwingungen und / oder Schlägen ausgesetzt war und, falls Schwingungen und / oder Schläge ermittelt wurden, die ent sprechenden Amplituden berechnet. In Schritt 570 wird anhand der ermittelten Schwingungen und / oder Schläge bzw. der berechneten Amplituden entschieden, wie das Verfahren fortge setzt wird. Liegt mindestens eine der berechneten Amplituden über der in Schritt 510 vorgege benen Schwelle, wird das Verfahren mit Schritt 580 fortgesetzt, andernfalls mit Schritt 520. In Schritt 580 wird eine Warn- bzw. Fehlermeldung ausgegeben und das Verfahren beendet.

Der zweite Zeitraum wird in Schritt 510 derart festgelegt, dass er eine Minute nach einer Bewegung des Ventilglieds durch den Stellungsregler in eine Soll-Position beginnt und entwe der eine Minute vor dem Verfahren des Ventilglieds in eine neue Soll-Position oder, falls das Ventilglied nicht verfahren wird, nach zwei Stunden automatisch endet. Durch diese Vorgabe werden Schwingungen und / oder Schläge, die durch das Bewegen des Ventilglieds entstehen, nicht erfasst und damit evtl einhergehende Fehlermeldungen vermieden. Außerdem werden die evtl ermittelten Amplituden auf Null zurückgesetzt, was ebenfalls die Anzahl von Falschmel dungen reduziert.

Zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen in Schritt 560 werden verschiedene Methoden verwendet und kombiniert. Diese werden im Folgenden näher ausgeführt.

Fig. 6 zeigt ein Balkendiagramm 600 der Weg- bzw. Hubstrecken, die das Ventilglied des Stellventils am 10. Dezember 2018 und am 04. November 2019 in dem zweiten Zeitraum zu rückgelegt hat. Die Weg- bzw. Hubstrecken sind dabei in Einheiten eines Vollhubs angegeben. Jede Weg- bzw. Hubstrecke wird positiv gezählt. Gemäß dem Diagramm 600 hat das Ventilglied am 10. Dezember 2018 eine Wegstrecke von ca. 20 % eines Vollhubs zurückgelegt. Am 4. November 2019 hat es eine Wegstrecke zurückgelegt, die mehr oder weniger einem Vollhub entspricht.

Fig. 7 zeigt ein Balkendiagramm 700, in dem die Anzahl der Richtungsumkehrungen auf getragen ist, die das Ventilglied des Stellventils am 10. Dezember 2018 und am 04. November 2019 in dem zweiten Zeitraum vollzogen hat. Der Vergleich der Diagramme 600 und 700 zeigt, dass die mechanischen Belastungen des Stellventils am 4. November 2019 größer waren als am 10. Dezember 2018. Schließlich hat das Ventilglied im gleichen Zeitraum nicht nur ca. vier Mal mehr Richtungsumkehrungen vollzogen als am 10. Dezember 2018, sondern bei jeder die ser Richtungsumkehrungen - zumindest im Mittel - auch dieselbe Weg- bzw. Hubstrecke zu rückgelegt, was sich aus einer Zusammenschau von Fig. 6 und 7 ergibt.

Fig. 8 zeigt ein Histogramm 800, in dem alle Ventilgliedpositionen aufgezeichnet sind, die das Ventilglied seit Inbetriebnahme des Stellventils eingenommen hat. Das Histogramm 800 umfasst 10 Klassen. Die erste Klasse 810 enthält dabei alle in dem zweiten Zeitraum aufge zeichneten Positionen, die von der Schließstellung des Ventils um höchstens 5 % eines Voll hubs abweichen, wohingegen die letzte Klasse 820 alle in dem zweiten Zeitraum aufgezeichne ten Positionen umfasst, die von einem vollständig geöffneten Ventil um höchstens 5 % eines Vollhubs abweichen. Die Höhe der Balken entspricht dem prozentualen Anteil der Positionen in einer Klasse an der Menge aller erfassten Positionen. Das Histogramm zeigt, dass sich das Stellventil in der Regel zwischen der Schließstellung und der Stellung, in der das Ventil vollstän dig geöffnet ist, hin- und herbewegt. Es nimmt dabei die Schließstellung etwas häufiger ein als die Stellung, in der das Ventil vollständig geöffnet ist.

Fig. 9 zeigt ein Histogramm 900, in dem die Ventilgliedpositionen aufgezeichnet sind, die das Ventilglied am 4. November 2019 in dem zweiten Zeitraum eingenommen hat. Es ist in derselben Art und Weise aufgebaut wie das Histogramm 800. Das Histogramm 900 zeigt, dass das Stellventil am 4. November 2019 nahezu immer vollständig geöffnet war, sich aber kurzzei tig in einer Schließstellung befunden haben muss. Es zeigt zudem, dass die Abweichungen der Ist-Positionen des Ventilglieds von den jeweiligen Soll-Positionen kleiner als 5 % eine Vollhubs gewesen sein müssen, da nur die erste Klasse 910 und die letzte Klasse 920 besetzt sind. Ähnliches gilt für das Histogramm 800.

Vergleicht man die Histogramme 800 und 900 ergeben sich keine konkreten Anzeichen für Schwingungen und / oder Schläge, die die Ausgabe einer Warnmeldung rechtfertigen würde. Die Analyse ist an diesem Punkt jedoch noch nicht abgeschlossen.

Fig. 10 zeigt ein Histogramm 1000, das die Anzahl der Richtungsumkehrungen zusam menfasst, die das Ventilglied seit Inbetriebnahme des Stellventils vollzogen hat. Das Histo gramm 1000 umfasst 10 Klassen. Die erste Klasse 1010 enthält dabei alle in dem zweiten Zeit raum aufgezeichneten Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen, die weniger als 2 % eines Vollhubs betragen, wohingegen die letzte Klasse 1020 alle in dem zweiten Zeitraum auf gezeichneten Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen umfasst, die über einen Vollhub hinausgehen. In der zweiten Klasse 1030 sind alle Richtungsumkehrungen mit Positionsände rungen zusammengefasst, die mehr als oder gleich 2 % und weniger als 5 % eines Vollhubs betragen. Richtungsumkehrungen mit Positionsänderungen, die zwischen 95 % und 100 % ei nes Vollhubs liegen, befinden sich in der vorletzten Klasse 1040. Die Höhe der Balken entspricht dem prozentualen Anteil der Richtungsumkehrungen in einer Klasse an der Menge aller erfass ten Richtungsumkehrungen.

Fig. 11 zeigt ein Histogramm 1100, das die Anzahl der Richtungsumkehrungen zusam menfasst, die das Ventilglied am 4. November 2019 in dem zweiten Zeitraum vollzogen hat. Es ist in derselben Art und Weise aufgebaut wie das Histogramm 1000. Der Vergleich der Histo gramme 1000 und 1100 zeigt, dass die Richtungsumkehrungen in dem zweiten Zeitraum am 4. November 2019 häufiger mit Positionsänderungen in einem Bereich zwischen 2 und 5 % eines Vollhubs verbunden waren als in der Vergangenheit.

In einer Zusammenschau der Ergebnisse, insbesondere der Tatsachen, dass die Anzahl der Richtungsumkehrungen am 4. November 2019 höher war als am 10. Dezember 2018, die damit einhergehenden Positionsänderungen im Mittel gleich oder zumindest ver gleichbar waren, und sich dennoch mehr Richtungsumkehrungen mit einer größeren Positionsänderung er fasst wurden, legt die Möglichkeit nahe, dass am 4. November 2019 eine bisher nicht in Erscheinung getretene Schwingung auftrat, die sich mit mindestens einer Schwingung, die sowohl am 10. Dezember 2018 als auch am 4. November 2019 auftrat, konstruktiv sowie destruktiv überla gerte, was zu einer Schwebung führte.

Derartige Schwebungen können z.B. mithilfe einer Summe erkannt werden, in die die An zahl der Richtungsumkehrungen, der Betrag des Mittelwerts der damit einhergehenden Positi onsänderungen sowie die Besetzung der Klassen 1030 bzw. 1130 mit entsprechenden Gewich- tungen eingehen. Übersteigt der Wert dieser Summe eine vorgegebene Schwelle wird eine Mel dung ausgegeben.

Glossar

Anlage

Eine Anlage stellt eine planvolle Zusammenstellung von technischen Komponenten dar. Die Komponenten können Maschinen, Geräte, Apparate, Speicher, Leitungen bzw. Transport strecken und / oder Steuer- bzw. Regelelemente umfassen. Sie können funktional, steuerungs technisch und / oder sicherheitstechnisch miteinander verbunden, verschaltet bzw. verknüpft sein.

Anlagen werden in vielen unterschiedlichen Bereichen zu vielfältigen Zwecken betrieben. Dazu gehören beispielsweise Verfahrens- oder prozesstechnische Anlagen, die in vielen Fällen der chemischen Industrie zuzurechnen sind. Der Begriff der Anlagen umfasst ebenfalls Raffine rien, Fernwärmesysteme, geo- oder solarthermische Anlagen, Anlagen zur Lebensmittelproduk tion, Frischwasserversorgung oder Abwasserentsorgung, Biogasanlagen, etc.

Durchflussmenge

Als Durchflussmenge bezeichnet man die Menge eines fluiden Mediums, die sich in einer bestimmten Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt bewegt. Die Menge des Mediums kann dabei als Stoffmenge angegeben sein. Aus messtechnischen Gründen wird sie jedoch in vielen Fällen in einer Volumen- oder Masseneinheit angegeben.

Hub

Ein Hub eines Ventilglieds bezeichnet die Strecke, die das Ventilglied zurücklegt, wenn es von einer ersten Position zu einer zweiten Position verfahren wird.

Ist-Position

Eine Ist-Position stellt die Position und / oder Lage eines Körpers im Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. In vielen Fällen wird die Ist-Position eines Körpers mit seiner momen tanen Position bzw. Lage gleichgesetzt, d.h. mit der Position bzw. Lage, die der Körper zum gegenwärtigen Zeitpunkt einnimmt. Der bestimmte Zeitpunkt kann sich aber auch auf einen Zeitpunkt sowohl in der Vergangenheit oder Zukunft beziehen. Eine Ist-Position ist häufig der Ausgangspunkt für eine zielgerichtete Bewegung eines Körpers hin zu einer Soll-Position. Prozess

Ein (technischer) Prozess ist die Gesamtheit der Vorgänge in einer (technischen) Anlage. Ein laufender Prozess ist ein Prozess, der gerade auf einer Anlage bzw. im Normalbetrieb einer Anlage gefahren wird. Ein Prozess kann kontinuierlich bzw. fortlaufend sein (Erdölraffinierung, Fernwärmeversorgung oder Stromerzeugung) oder diskontinuierlich bzw. ein Batch- oder Char genprozess sein (Teigherstellung zur Produktion von Backwaren, Medikamentenherstellung, Rösten von Kaffee).

Prozessmedium

Ein Prozessmedium ist ein fluides Medium, das im Rahmen eines Prozesses innerhalb einer Anlage umgewälzt bzw. transportiert wird und dabei ggf. verändert wird. Prozessmedien können Öle, Salze, Flüssigkeiten oder Gase sein.

Schlag

Ein Schlag oder Stoß ist eine im Vergleich zur Dauer einer Schwingung eher kurzzeitige mechanische Belastung eines Körpers, bei dem kinetische Energie bzw. ein Impuls auf den Körper übertragen wird. Durch einen Schlag kann ein Körper oder System plastisch und / oder elastisch verformt und / oder in Schwingung versetzt werden (vgl. z. B. das Schlagen einer Stimmgabel mit einem harten Gegenstand).

Schwingung

Eine Schwingung stellt eine zeitlich wiederkehrende elastische Verformung bzw. eine sich wiederholende Auslenkung mindestens eines Teils eines Körpers um eine Gleichgewichtslage dar. Schwingungen werden in vielen Fällen durch mechanische Belastungen eines Körpers oder eines Teils eines Körpers ausgelöst. Sie können periodisch aber auch nichtperiodisch sein, wo bei Letzteres quasiperiodische Schwingungen (z. B. Überlagerung zweier harmonischer, recht winkelig zueinander stehender Schwingungen mit inkommensurablen Frequenzen) oder sogar chaotische Schwingungen umfasst (wie z. B. bei einem Pohlschen Rad). Sie können sinusför mig sein, aber auch andere Formen aufweisen, wie z. B. eine Dreiecks-, Rechtecks- oder Sä gezahnform. Die Zeiträume, innerhalb derer sich die Verformung bzw. Auslenkung vollzieht und die Auslenkungsstrecke bzw. Amplitude können konstant (wie z.B. bei einer ungedämpften Schwingung) oder zeitlich veränderlich (wie z.B. bei einer gedämpften Schwingung) sein.

Soll-Position Eine Soll-Position stellt eine vorgegebene bzw. angestrebte Position bzw. Lage eines Körpers im Raum dar, von der die Ist-Position des Körpers so wenig wie möglich abweichen soll. Eine Soll-Position oder Soll-Lage ist in vielen Fällen das Ziel einer gerichteten Bewegung eines Körpers oder das durch die gerichtete Bewegung des Körpers angestrebte Endresultat. Im Idealfall stimmt zumindest als Ergebnis der zielgerichteten Bewegung eines Körpers die Ist- Position des Körpers mit der angestrebten Soll-Position überein oder weicht davon lediglich im Rahmen der mit der zielgerichteten Bewegung erreichbaren Positionierunsicherheit bzw. einer vorgegebenen Positionstoleranz ab.

Stellungsregler

Ein Stellungsregler ist dasjenige Element eines Ventils, das das Ventilglied des Ventils zum Öffnen oder Schließen des Ventils betätigt. Stellungsregler umfassen in vielen Fällen einen elektrischen oder einen fluidischen Antrieb, wobei letzterer entweder hydraulisch oder mit Druckluft betrieben werden kann.

Stellventil

Stellventile, auch Prozess- oder Regelventile genannt, dienen zur Drosselung bzw. Rege lung fluidischer Ströme. Zu diesem Zweck wird ein Verschlussteil, z.B. ein Loch- oder Ventilke gel, relativ zu einem Ventilsitz mittels eines Antriebs bewegt. Dabei wird eine Durchflussöffnung freigegeben oder abgeschlossen, wodurch die Durchflussmenge beeinflusst werden kann, bis hin zum vollständigen Verschließen der Durchflussöffnung. Typischerweise wird hierzu ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb verwendet.

Ventilglied

Ein Ventilglied ist dasjenige Element eines Ventils, das den Ventilsitz freigeben oder ver schließen kann und z. B. von einem Stellungsregler betätigt wird, um das Ventil zu schließen bzw. zu öffnen.

Zeitraum

Ein Zeitraum ist ein Zeitintervall oder eine Zeitspanne. Ein Zeitraum weist sowohl einen Anfang als auch ein Ende auf, die jeweils durch einen Zeitpunkt bestimmt sein können. Ein Zeitraum kann aus mehreren Zeiträumen zusammengesetzt sein, die sich überlappen können und / oder disjunkt zueinander sind. Ein Zeitraum weist eine zeitliche Dauer auf, die z.B. eine Stunde oder einen Tag umfassen kann. Bezugszeichen Stellventil Ventilgehäuse Einlass Auslass Ventilsitz Ventilglied Ventilkegel Ventilstange Antrieb Stellungsregler Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Stellventil Ventilgehäuse Einlass Auslass Ventilsitz Ventilglied Ventilkegel Ventilstange Antrieb Stellungsregler Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Abschnitt eines Stellventils Ventilgehäuse Ventilstange Drehwinkelsensor Drehhebel Drehfeder Abrollröllchen Kulisse Abschnitt eines Stellventils Ventilgehäuse Ventilstange Stellungsregler Reihe von Magnetsensoren Magnet Verfahren zum Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen Vorgaben Prüfen der Startbedingungen Startbedingungen erfüllt? Messen Aufzeichnen Ermitteln von Schwingungen und / oder Schlägen Wurden signifikante Schwingungen und / oder Schläge erfasst? Ausgabe einer Fehlermeldung Balkendiagramm Balkendiagramm Histogramm erste Klasse letzte Klasse Histogramm erste Klasse letzte Klasse - SO -

1000 Histogramm 1010 erste Klasse

1020 letzte Klasse

1030 zweite Klasse 1040 vorletzte Klasse

1100 Histogramm 1110 erste Klasse

1120 letzte Klasse

1130 zweite Klasse 1140 vorletzte Klasse

zitierte Literatur zitierte Patentliteratur

DE 102016216923 B4 US 9,423,050 B2