WO2024188772A1

WO2024188772A1 - Diagnosebox, stellventilsystem, verfahren und prozesstechnische anlage

Info

Publication number: WO2024188772A1
Application number: PCT/EP2024/055907
Authority: WO
Inventors: Jens BIEGER; Guido König
Original assignee: Samson Aktiengesellschaft
Priority date: 2023-03-14
Filing date: 2024-03-06
Publication date: 2024-09-19
Also published as: DE102023106321A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Diagnosebox (7) zur Überwachung eines Stellventils (9) einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, die dazu ausgelegt ist, das Stellventil zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters zu steuern.

Description

Diagnosebox, Stellventilsystem, Verfahren und Prozesstechnische Anlage

Die Erfindung betrifft eine Diagnosebox zur Überwachung eines Stellventils einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, beispielsweise eine Raffinerie, ein Kraftwerk, beispielsweise ein Nuklearkraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen, ein Stellventilsystem mit der Diagnosebox, eine prozesstechnische Anlage und ein Verfahren zur Initialisierung eines Stellventils.

In prozesstechnischen Anlagen werden verschiedene Technologien zur Datenübertragung verwendet. Viele Stellventile verwenden eine kombinierte zwei-Leiter-Verbindung zur kombinierten Signal- und Leistungs-Übertragung. Auf der zwei-Leiter-Verbindung wird von einer zentralen Steuereinheit, beispielsweise einer zentralen Leitwarte einer prozesstechnischen Anlage, ein 4..20-mA-Signal an das Stellventil übertragen. Beispielsweise kann ein 4-mA-Steuersignal das Stellventil veranlassen, in eine Schließstellung zu verfahren, wohingegen eine 20-mA-Signal das Stellventil dazu veranlassen kann, in eine maximale Öffnungsstellung zu fahren. Signale in dem Bereich zwischen 4 und 20 mA können das Stellventil veranlassen, eine vorbestimmte Zwischenstellung zwischen der Schließstellung und der maximal geöffneten Stellung einzunehmen, die beispielsweise proportional zu dem Stromsignal sein kann. Ein passives Feldgerät in Form eines Sensors kann ein analoges 4..20- mA-Signal an eine zentrale Steuereinheit übermitteln, um eine Information über einen in der prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einem Teil oder einer Komponente der prozesstechnischen Anlage oder einem Prozessfluid zu melden. Beispielsweise kann ein Stromsignal proportional zu einem bestimmten Druckbereich von einem Drucksensor an eine zentrale Steuereinheit übermittelt werden. Die Übertragung von Informationen beziehungsweise Daten mittels eines 4..2O-mÄ-Signals ist begrenzt auf sehr geringe Datenmengen.

Gebräuchlich zur Übertragung von Daten in prozesstechnischen Anlagen sind auch das HART- Protokoll, das FOUNDATION Fieldbus-Protokoll, das PROFIBUS-Protokoll und eine Reihe anderer digitaler Kommunikationstechnologien. Seit 2007 ist HART Teil der Feld-Bus-Norm IEC 61158. Zur Datenübertragung gemäß dem HART-Protokoll wird einem analogen Signal, beispielsweise einem 4..20-mA-Signal, eine hochfrequente Schwingung, beispielsweise ± 0,5 mA, überlagert. Dabei kann eine digitale 1 mit der Frequenz 1,2 kHz und eine digitale „o“ mit der Frequenz 2,2 kHz dargestellt werden. HART erlaubt die Übertragung von Prozess- und Diagnoseinformationen sowie Steuersignalen zwischen Stellventilen und einer übergeordneten Steuereinheit, beispielsweise einer zentralen Leitwarte.

In manchen prozesstechnischen Anlagen werden Daten von einer zentralen Steuereinheit an Stellventile mit einer sogenannten „Power over Ethernet“ -Technologie übertragen. Power over Ethernet (PoE) bezeichnet eine Technologie, mit der netzwerkfähige Geräte über ein 8-adriges Ethernetkabel mit Strom versorgt werden. Eine Datenübertragung mittels PoE erfolgt gemäß dem IEEE-Standard 8o2.3af (Juli 2003). Mit Power over Ethernet-Systemen sollen Stromversorgungskabel eingespart werden, um netzwerkfähige Geräte an schwer zugänglichen oder beengten Stellen mit Strom zu versorgen. Gemäß dem IEEE-Standard 8o2.3af können beteiligte Geräte in Energieversorger (Power sourcing equipment, PSE) und Verbraucher (Power devices, PD) unterteilt werden. Als Versorgungsspannung für die Verbraucher ist im Betrieb 48 V vorgesehen. Die maximale Stromaufnahme der Geräte beträgt 350 mA, wobei bis zu 400 mA erlaubt sind, daraus ergibt sich eine maximale Leistungsaufnahme pro Gerät von 14,5 W. Zur Übertragung der Leistung können freie Adern und/oder signalführende Adern des Ethernetkabels verwendet werden. PoE erlaubt die schnelle Übertragung großer Datenmengen. Die Leistungsdichte der PoE-Technologie lässt ihren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen nicht zu. Die Verwendung der PoE- Technologie setzt einen sehr viel höheren Investitionsaufwand voraus, als analoge 4..20-mA- Kommunikation. Auch für das Nachrüsten bestehender prozesstechnischer Anlagen mit PoE- Technologie sind enorme Investitionen erforderlich, welche in vielen Fällen unwirtschaftlich sind. Ein Stellventil, das über eine Ethernet-Verbindung (Power over Ethernet) mit Leistung versorgt ist und ein zugehöriges Inbetriebnahmeverfahren ist in DE 10 2006 036 770 Ai beschrieben.

Einen Ansatz zur Verknüpfung von Datenübertragung einerseits per Ethernet und andererseits mittels etablierter und weit verbreiteter Kommunikationstechnologien prozesstechnischer Anlagen realisiert die sogenannte Advanced Physical Layer (APL)-Technologie insbesondere gemäß dem Standard IEEE P8o2.3cg (2016). Im Unterschied zu der PoE-Technologie soll die APL-Technologie insbesondere dazu geeignet sein, netzwerkfähige Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen mit einzubeziehen (Zone o und 1 / Division 1). Zone o beschreibt ein Gebiet in der eine explosive Gas-Luft Mischung permanent oder für lange Zeiträume vorhanden ist. Zone 1 beschreibt ein Gebiet, in dem brennbare oder leitfähige Staubteilchen vorhanden sind, sowie Gebiete, in denen eine explosive Gas-Luft Mischung unter normalen Betriebsbedingungen kurzzeitig vorhanden sein kann. Mittels der APL- Technologie soll es auch möglich sein, Feldgeräte eigensicher auszulegen. Mittels verdrillter Doppeladern (twisted-care wiring gemäß 10BASE-T1L) sollen Datenübertragungsraten von 10 Mb/s bis zu 100 Mb/s und mehr erreicht werden. Prozesstechnische Anlagen mit APL- Technologie können von einer zentralen Steuereinheit bis zu einem APL-Field-Switch mit einer sogenannten Trunk-Daten- und Leistungs-Übertragungsleitung insbesondere mit einer Länge von bis zu 1000 m ausgestattet sein. Die sogenannten Trunk-Leitungen (Stammleitung) sollen zur Übertragung von Leistungen von bis zu 54 W ausgelegt sein. An das sogenannte APL-Field-Switch können mehrere Feldgeräte mit sogenannten Spur-Daten- und Leistungs- Übertragungsleitungen insbesondere mit einer Länge von bis zu 200 m (Stichleitung) angeschlossen sein. Die Spur-Leitungen sind zur Bereitstellung einer Leistung von üblicherweise höchstens 500 mW eingerichtet. Als Daten- und Leistungs-Übertragungsleitung wird üblicherweise ein IEC 61158 Typ A Feldbus Kabel eingesetzt, das verdrillte Doppeladern und einen elektrisch abschirmenden Mantel (auch als Schild bezeichnet) aufweist. Gemäß dem APL-Standard IEEE P8o2.3cg (2016) müssen elektrisch abschirmende Kabel zur Verbindung zwischen APL-Field-Switch und jedem einzelnen Feldgerät eingesetzt werden. An eine Spur- Leitung können bis zu fünf Feldgeräte angeschlossen sein. An eine Trunk-Leitung können mehrere, beispielsweise höchstens 5 bis zu höchstens 10 APL-Field-Switches angebunden sein. Die APL-Technologie ist kompatibel zum Betrieb von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen. Hierzu kann eine geringe Leistungsdichte vorgesehen sein, um zu verhindern, dass die an einem Feldgerät vorhandene elektrische und/oder thermische Energie selbst unter anormalen Betriebsbedingungen oberhalb einer Zündschwelle gelangen kann. Die APL-Field- Switches und Feldgeräte sind dazu ausgelegt, gemäß der Schutzklasse „Ex i“ zündsicher (explosionssicher) zu sein.

Die APL-Technologie erlaubt die Übermittlung großer Datenvolumina und zeichnet sich durch eine Kompatibilität zu bestehenden zwei-Leiter Kommunikationssystemen aus. Allerdings beklagen viele Nutzer auch bei der APL-Technologie die durchaus hohen Investitionskosten zur Aus- oder Umrüstung einer kompletten Anlage. Zur Reduzierung der Kosten und des Bauraums der APL-Technologie schlägt WO 2022/043103 Ai vor, einen APL-Field-Switch zusammen mit einem daran angeschlossenen Stellungsregler in ein gemeinsames Gehäuse mit Explosionsschutz zu positionieren, das separat und beabstandet zu einem Stellventil ausgebildet ist, dessen Ventilglied über den Stellungsregler angesteuert wird.

Mit der Lösung aus WO 2022/043103 Ai wird jedoch nicht das volle Potential der APL- Technologie ausgeschöpft. Denn die APL-Technologie ermöglicht es, über die zweiadrigen Stichleitungen Leitungen mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit und mit Stromversorgung über Distanzen von bis zu 200 Metern in explosionsgefährdete Bereiche der Zone o zu legen, was es ermöglicht, die Stellventile selbst mit Recheneinheiten, wie die des Stellungsreglers und/oder eines Sensors, auszustatten. Dadurch können die Stellventile als netzwerkfähige Geräte ausgebildet werden, was die Funktionalität und Flexibilität der Stellventile erhöht und den Verkabelungsaufwand von Stellventilen mit vielen Funktionalitäten vereinfacht.

Es ist zu erwarten, dass durch den Einsatz von netzwerkfähigen Stellventilen, insbesondere in Verbindung in mit der APL-Technologie, in immer kürzeren Abständen neue Funktionalitäten und Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere gegen unautorisierte Zugriffe über das Netzwerk auf die Stellventile, entstehen werden, was eine Erhöhung der Frequenz von Aktualisierungen einerseits und des Ausfallrisikos auf Grund der höheren Komplexität andererseits mit sich bringen wird. Sowohl der Ausfall als auch die Aktualisierung von Feldgeräten geht derzeit mit Ausfallzeiten des Stellventils, und im schlimmsten Fall der prozesstechnischen Anlage einher, was hohe Kosten zur Folge hat.

Die US 2021/0181701 Ai offenbart ein Prozesssteuerungsnetzwerk für Feldgeräte, die Sensoren und Aktuatoren aufweisen. Die einzelnen Feldgeräte sind mittels einer Diagnosebox mit der in einer Cloud hinterlegten Prozesssteuerung (Prozessleitsystem) verbunden, wobei beispielsweise auf die APL-Technologie zurückgegriffen werden kann. Mittels der Diagnosebox können Sicherheits- und Netzwerkdiagnosen durchgeführt werden. Die Initialisierung der Feldgeräte für eine Überwachung mittels Diagnosebox ist derzeit jedoch zeitintensiv. Hierfür müssen die Feldgeräte zunächst initialisiert werden, auf Grundlage der Initialisierungsparameter Grenzwerte definiert werden, diese in der Diagnosebox hinterlegt werden, die dann auf dieser Grundlage eine Überwachung des Stellventils durchführen kann. Dieser Vorgang muss dann beim Austausch von Stellventilen, beim Verschleiß von Stellventilen oder bei Aktualisierungen von Softwarepaketen der Stellventile wiederholt werden. Insbesondere bei mehreren zu überwachenden Feldgeräten und regelmäßigen Aktualisierungen von deren Softwarepaketen, führt dies zu einem hohen Installations- und Wartungsaufwand. Darüber hinaus kann beispielsweise eine Initialisierung der Stellventile über das Prozessleitsystem und die anschließende Übermittlung der Initialisierungsparameter an die Diagnosebox zu einer Auslastung der Rechenkapazitäten des Prozessleitsystems sowie zu einer Auslastung der Datenübertragungskapazität, beispielsweise einer APL-Verbindung, führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere eine Diagnosebox zur Überwachung eines Stellventils und ein Verfahren zur Initialisierung eines Stellventils bereitzustellen, mit dem die Initialisierung der Stellventile effektiver, insbesondere schneller und/oder unter besserer Ausnutzung von Rechenkapazitäten, erfolgen kann.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Diagnosebox zur Überwachung eines Stellventils einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, die dazu ausgelegt ist, das Stellventil zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters zu steuern.

Durch die erfindungsgemäße Idee, eine Diagnosebox nicht nur zur Überwachung des Stellventils sondern auch zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters einzusetzen, können Rechenkapazitäten an anderer Stelle, beispielsweise dem Prozessleitsystem, geschont werden. Dadurch kann das Risiko einer Überlastung der Rechenkapazitäten des Prozessleitsystems und somit das Ausfallrisiko der prozesstechnischen Anlage reduziert werden. Darüber hinaus kann durch die Ansteuerung des Stellventils über die Diagnosebox, die Datenübertragung zwischen dem Stellventil und dem Prozessleitsystem und/oder zwischen dem Prozessleitsystem und der Diagnosebox reduziert werden, was das Risiko einer Überlastung der Leitung und somit eines Ausfalls der prozesstechnischen Anlage reduziert. Ferner kann durch die Bestimmung der Initialisierungsparameter direkt in der Diagnosebox, der Schritt der Übertragung der ermittelten Initialisierungsparameter oder von daraus abgeleiteten Grenzwerten an die Diagnosebox eingespart werden, wodurch die Initialisierung schneller erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Feststellung von mit der Initialisierung zusammenhängenden Fehlern durch die Diagnosebox, eine Initialisierung zur Fehlerbehebung direkt durch die Diagnosebox erfolgen kann ohne vorab den Fehler an eine übergeordnetes System, wie ein Prozessleitsystem oder eine Sicherheitssteuerung (Sicherheitssystem) vornehmen zu müssen, wodurch die Fehlerbehebung schneller und unter Schonung von Rechen- und Datenübertragungskapazitäten erfolgen kann, wodurch das Risiko von Ausfallzeiten der prozesstechnischen Anlage reduziert oder Ausfallzeiten zumindest verkürzt werden können.

Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, ein Bauteil oder mehrere Bauteile des Stellventils, vorzugsweise wenigstens einen Stellungsregler des Stellventils, ein Magnetventil zum Schalten des Stellventils, insbesondere dessen Antrieb, und/oder einen Sensor zur Messung von prozessbezogenen Parametern, wie den Druck, die Temperatur und/oder den Fluidvolumenstrom, des Stellventils, zu überwachen. Insbesondere kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, Parameter, insbesondere stellventilbezogene Parameter, wie die Stellung eines Ventilglieds des Stellventils, und/oder prozessbezogene Parameter, wie den Druck, die Temperatur und/oder den Fluidvolumenstrom, des Stellventils, zu messen. Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet für die Überwachung des Stellventils, insbesondere von Parametern, den wenigstens einen Initialisierungsparameter zu nutzen, insbesondere als Referenzwert zu nutzen, wobei vorzugsweise bei Überschreiten eines in Abhängigkeit des Referenzwertes definierten Grenzwertes, insbesondere eines gemessenen Parameters, eine Fehlermeldung und/oder ein Alarm ausgelöst wird.

Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet den wenigstens einen bestimmten Initialisierungsparameter, insbesondere in der Diagnosebox, zu speichern, insbesondere zu verarbeiten, und/oder für die Überwachung des Stellventils zu nutzen. Beispielsweise kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein die gemessenen Parameter über einen Zeitraum auszuwerten und mit, insbesondere in der Diagnosebox hinterlegten, Referenzmustern zu vergleichen. Bei einer Abweichung von den Referenzmustern kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, eine Fehlererkennung durchzuführen, um die Ursache für die Abweichung zu bestimmen. Besonders bevorzugt ist die Diagnosebox dazu ausgebildet in Abhängigkeit der Ursache für den Fehler eine Fehlerbehebung zu initiieren. Die Fehlerbehebung kann, insbesondere in Abhängigkeit der Ursache, ausgewählt werden aus der Aktualisierung von Softwarepaketen, insbesondere der Diagnosebox und/oder des Stellventils, der Durchführung einer Initialisierung zur, insbesondere erneuten, Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters, der Ausgabe von Anweisungen zur Fehlerbehebung, insbesondere über ein Display, beispielsweise der Diagnosebox, und/oder der Kommunikation des Fehlers an ein übergeordnetes System, insbesondere eine Sicherheitssteuerung. Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox vor der Fehlerbehebung ermittelt, ob durch den Fehler und/oder dessen Behebung eine Funktion, insbesondere des Stellventils, beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise ist die Diagnosebox ferner dazu ausgebildet, bei Feststellung einer Beeinträchtigung einer Funktion, eine Überbrückungsfunktion für die beeinträchtige Funktion zu initiieren. Die Überbrückungsfunktion kann durch eine Recheneinheit ausgeführt werden, die Teil des Stellventils, insbesondere dessen Stellungsreglers, eines Anbaugeräts für das Stellventils, eines Sensors, eines weiteren Stellventils, der Diagnosebox, eines Switches und/ oder eines übergeordneten Systems sein. Vorzugsweise wird die Überbrückungsfunktion ausgewählt aus einer vollständigen Übernahme der betroffenen Funktion, einer teilweisen Übernahme durch eine, insbesondere autarke, Regelroutine und/oder einer teilweisen Übernahme durch eine rudimentäre Grundfunktion. Die Überbrückungsfunktion kann bis zur und/oder während der Fehlerbehebung, insbesondere Aktualisierung, erfolgen. Die vollständige Übernahme kann beispielsweise durch eine Recheneinheit erfolgen, welche die beeinträchtigte Funktion vollständig übernimmt. Die Regelroutine kann beispielsweise ein Verfahren des Ventilgliedes des Stellventils in eine Sicherheitsstellung vorsehen, wenn vorbestimmte Bedingungen, beispielsweise ein zu hoher Fluidvolumenstrom, Druck oder Temperatur, insbesondere in dem Prozessfluid in einem von dem Stellventil gesteuerten Bereich der prozesstechnischen Anlage, gemessen wird. Die rudimentäre Grundfunktion kann das Halten eines Ventilgliedes des Stellventils in einer Stellung, beispielsweise in einer Sicherheitsstellung, wie einer Schließstellung, umfassen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein die gemessenen Parameter zu Auswertungszwecken, beispielsweise zur Messung des Durchlaufs von Fluidvolumen über einen bestimmten Zeitpunkt, zu speichern und/ oder an ein übergeordnetes System weiterzuleiten.

Ferner ist Diagnosebox insbesondere dazu ausgebildet, Parameter, insbesondere stellventilbezogene und/oder prozessbezogene Parameter, von dem Stellventil und/oder einem übergeordneten System zu empfangen und/oder an das Stellventil und/oder ein übergeordnetes System zu senden. Beispielsweise kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, Parameter von dem Stellventil zu empfangen. Insbesondere kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein empfangene Parameter zu filtern und/oder vorauszuwerten. Besonders bevorzugt ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, die gefilterten und/oder vorausgewerteten Daten an ein übergeordnetes System weiterzugeben. Das Filtern kann insbesondere den Abgleich von empfangen Daten, insbesondere Messwerten, mit hinterlegten Toleranzbereichen umfassen und/oder eine selektive Weitergabe bestimmter Daten umfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Sensor zur kontinuierlichen Messung der Stellung eines Ventilglieds des Stellventils ausgebildet ist, wobei die Diagnosebox vorzugsweise nur Änderungen der Stellung des Ventilglieds an das übergeordnete System weitergibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, bei Abweichungen von einem Toleranzbereich eine Auswertung nach Fehlerursachen durchzuführen und bei Identifizierung eines möglichen Fehlers entweder direkt eine Fehlerbehebung am Stellventil, beispielsweise durch Aktualisierung von Softwarepaketen, auszuführen oder den Fehler an ein übergeordnetes System zu kommunizieren.

Alternativ oder zusätzlich kann die Diagnosebox auch dazu ausgebildet sein, Ankündigungen von Aktualisierungen, insbesondere zentral, von einem übergeordneten System zu erhalten und diese an das Stellventil, ein Anbaugerät und/oder einen Switch weiterzugeben. Ferner kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, den Zeitpunkt der Aktualisierung und/oder während der Aktualisierung auszuführenden Überbrückungsfunktionen festzulegen. Hierzu kann die Diagnosebox insbesondere dazu ausgebildet sein, entsprechende Anweisung an das wenigstens eine Stellventil, ein Anbaugerät, einen Sensor und/oder einen Switch, weiterzugeben.

Erfindungsgemäß ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, das Stellventil zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters zu steuern. Hierfür ist die Diagnosebox insbesondere dazu ausgebildet, wenigstens eine Funktion des Stellventils zu Steuern, die vorzugsweise ausgewählt ist aus, dem Verfahren des Ventilglieds des Stellventils, dem Schalten eines Ventils, insbesondere Magnetventils, des Stellventils und/oder dem Entlüften eines pneumatischen Antriebs des Stellventils. Um durch die Steuerung des Stellventils den wenigstens einen Initialisierungsparameter zu bestimmen, ist die Diagnosebox vorzugsweise dazu ausgebildet, während der Steuerung Parameter, insbesondere stellventilbezogene Parameter, wie die Antriebslaufzeit und durch das Erreichen von Grenzkontakten ausgelöste Signale, und/oder prozessbezogene Parameter, wie den Druck, die Temperatur und/oder den Fluidvolumenstrom, eines von dem Stellventil gesteuerten Fluidstroms, zu erfassen, insbesondere zu messen, und vorzugsweise als Initialisierungsparameter zu speichern.

Beispielsweise kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein das Stellventil zum Verfahren des Ventilgliedes in eine erste Richtung zu steuern und die Zeit zu erfassen, bis es ein Signal empfängt, das durch Erreichen eines ersten Grenzkontaktes ausgelöst wird. Vorzugsweise ist die Diagnosebox ferner dazu ausgebildet, das Stellventil anschließend zum Verfahren des Ventilgliedes in eine zweite, insbesondere zur ersten Richtung entgegengesetzte, Richtung zu steuern und die Zeit zu erfassen, bis die Diagnosebox ein Signal empfängt, das durch Erreichen eines zweiten Grenzkontaktes ausgelöst wird. Dabei kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, die gemessen Zeit, insbesondere zum Verfahren von dem ersten Grenzkontakt zu dem zweiten Grenzkontakt, als Initialisierungsparameter, insbesondere Antriebslaufzeit bzw. Initiallaufzeit, zu speichern. Ferner kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, den Initialisierungsparameter als Referenzwert einzusetzen und in Abhängigkeit des Referenzwertes einen oder mehrere Grenzwerte zur Überwachung des Stellventils zu definieren. Beispielsweise kann die gemessene Antriebslaufzeit als Referenzwert eingesetzt werden und ein unterer Grenzwert bei 50% des Referenzwerts und ein oberer Grenzwert bei 200 % des Referenzwerts definiert werden. Anschließend kann die Überwachung der Diagnosebox dahingehend erfolgen, dass bei Überschreitung eines Grenzwertes eine Fehlermeldung ausgegeben wird. Unter Überschreitung eines Grenzwertes kann sowohl das Überschreiten eines oberen Grenzwertes als auch das Unterschreiten eines unteren Grenzwertes zu verstehen sein.

Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, den wenigstens einen Initialisierungsparameter, insbesondere bei Inbetriebnahme der Diagnosebox, automatisiert zu bestimmen. Hierfür kann die Diagnosebox beispielsweise einen Initialisierungsmodus aufweisen, der gestartet werden kann, um das Stellventil zur Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameter zu steuern. Der Initialisierungsmodus kann dazu ausgebildet sein das Stellventil, insbesondere wie zuvor und nachfolgend beschrieben, zu steuern und dabei Parameter zu erfassen, insbesondere zu messen, und vorzugsweise als Initialisierungsparameter zu speichern. Hierfür kann der Initialisierungsmodus eine vordefinierte Abfolge von Steuerbefehlen aufweisen, die durch Starten des Initialisierungsmodus ausgeführt werden. Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet das Stellventil im Initialisierungsmodus zumindest teilweise zu steuern, um den wenigstens einen Initialisierungsparameter zu bestimmen und diesen anschließend zur Überwachung des Stellventils als Grenzwert oder Referenzwert einzusetzen. Der Initialisierungsmodus kann wie nachfolgend beschrieben auf unterschiedliche Weise, beispielsweise über ein an der Diagnosebox ausgebildetes Bedienelement oder automatisch bei einer Verbindung der Diagnosebox mit einem Stellventil, gestartet werden. Um die Bestimmung der Initialisierungsparameter besonders zuverlässig zu ermöglichen ist die Diagnosebox vorzugsweise dazu ausgebildete, Parameter, insbesondere stellventilbezogene Parameter, zeitgenau auszuwerten.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter im Betrieb des Stellventils zu dessen Überwachung zu nutzen, insbesondere indem der Initialisierungsparameter als Referenzwerte eingesetzt wird, insbesondere wobei bei Überschreiten eines in Abhängigkeit des Referenzwertes definierten Grenzwertes eine Fehlermeldung und/oder ein Alarm ausgelöst wird. Dadurch kann eine, insbesondere permanente, Überwachung und Diagnose durchgeführt werden, wobei Messwerte von überwachten Parametern mit bei der Initialisierung erfassten Initialisierungsparametern, insbesondere daraus abgeleitete Referenzwerte und/oder Grenzwerte, verglichen werden. Dadurch können Rückschlüsse auf einen Zustand von Bauteilen des Stellventils bzw. dessen Bauteile, wie eines Magnetventils, einer Antriebsfeder, einer pneumatischen Leitung und/oder eine Dichtung, insbesondere an der Ventilstange und/oder dem Ventilglied, gezogen werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox und/oder das nachfolgend beschriebene Verfahren dazu ausgebildet ist wenigstens ein Initialisierungsparameter ausgewählt aus einem oder mehreren Parametern umfassend, eine Antriebswirkrichtung, eine Zeit, einen Druck, einen Strom, die Hubhöhe einer Ventilstange und/oder eines Ventilgliedes des Stellventils, die Position von Grenzkontakten, über Grenzkontakte fließende elektrische Ströme und/ oder die Position des Ventilglieds und/oder der Ventilstange, durch Steuerung des Stellventils zu Bestimmen. Vorzugsweise kann die Antriebswirkrichtung die Antriebswirkrichtung des Antriebs des Stellventils, besonders bevorzugt die Zuordnung, welche Antriebsrichtung zu einem Versetzen des Ventilglieds in eine erste Richtung, insbesondere Schließrichtung, und welche Antriebsrichtung zu einem Versetzen des Ventilglieds in eine zweite Richtung, insbesondere Öffnungsrichtung, führt, umfassen. Vorzugsweise können die Zeiten Laufzeiten und/oder Schaltzeiten, besonderes bevorzugt wenigstens eine Antriebslaufzeit, insbesondere eine Antriebslaufzeit zum Versetzen des Stellventils oder der Ventilstange zwischen zwei Grenzkontakten, umfassen. Ferner kann vorzugsweise der Druck den Fluiddruck in einer Fluidleitung, wie einer von dem Stellventil gesteuerten Fluidleitung oder einer dem Antrieb des Stellventils zugehörigen Fluidleitung, oder den Fluiddruck in dem Antrieb des Ventils, wie eines pneumatischen Antriebs, umfassen. Außerdem können Ströme vorzugsweise Fluidvolumenströme, besonderes bevorzugt Fluidvolumenströme einer von dem Stellventil gesteuerten Fluidleitung, umfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, wenigstens einen oder mehrere Initialisierungsparameter ausgewählt aus der Position des Ventilglieds und/oder der Ventilstange, der Antriebswirkrichtung des Antriebs des Stellventils, der Antriebslaufzeit zum Versetzen des Ventilglieds oder der Ventilstange zwischen zwei Positionen, insbesondere zwischen zwei Grenzkontakten, und/oder der Position von Grenzkontakten, durch Steuerung des Stellventils zu bestimmen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Diagnosebox dazu ausgebildet wenigstens die drei Initialisierungsparameter Antriebswirkrichtung des Antriebs des Stellventils, Antriebslaufzeit zum Versetzen des Ventilglieds oder der Ventilstange zwischen zwei Positionen, insbesondere zwischen zwei Grenzkontakten, und Position von wenigstens einem, vorzugsweise wenigstens zwei, Grenzkontakt/en, durch Steuerung des Stellventils zu bestimmen. Diese Ausführungsform bietet sich besonders an, um die Inbetriebnahme und den Anschluss der Diagnosebox an Grenzkontakte und/ oder ein Magnetventil eines Stellventils so einfach wie möglich zu gestalten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Diagnosebox dazu ausgebildet, die Position des Ventilglieds und/oder der Ventilstange als Initialisierungsparameter unter Verwendung eines anderen Parameters, vorzugsweise der Antriebslaufzeit als Parameter, durch Steuerung des Stellventils zu Bestimmen. Beispielsweise kann durch Versetzen des Ventilgliedes von einem Grenzkontakt zum anderen und wieder zurück die Laufzeit für die Versetzung in beide Richtung ermittelt werden und auf Grundlage unterschiedlicher Laufzeiten bestimmt werden, welcher Grenzkontakt zu welcher Stellung, beispielsweise Zustellung oder Auf-Stellung gehört. Beispielsweise werden Stellventile in der Regel mit Federungen ausgestattet, die das Ventilglied bei Stromausfall automatisch in die Zu-Stellung versetzen. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass die Federung beim Öffnen des Ventils vorgespannt wird, sodass Sie, unter Ausnutzung von elastischen Rückstellkräften, das Stellventil bei einem Stromausfall automatisch in die Zu-Stellung zurückversetzt. Bei solchen Ventilen wirkt dem Öffnen des Ventilgliedes eine Federkraft entgegen, die zu einer Verlangsamung der Öffnungsbewegung gegenüber der Schließbewegung führen kann. Auf dieser Grundlage kann die Diagnosebox dem Grenzkontakt, der mit der kürzeren Laufzeit erreicht wird, beispielsweise eine Zu-Stellung zuordnen und dadurch bei Erreichen dieses Grenzkontaktes den Rückschluss ziehen, dass das Ventilglied in Zu-Stellung ist. Dies ermöglicht eine vereinfachte, insbesondere automatisierte, Initialisierung. Alternativ oder zusätzlich kann der Grenzkontakt, der durch Abschalten des Antriebs, beispielsweise Entlüften eines pneumatischen Antriebs, insbesondere wie weiter unten im Detail beschrieben, ausgelöst wird, als der Zu-Stellung zugehöriger Grenzkontakt bestimmt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Steuern des Stellventils zumindest das Verfahren eines Ventilgliedes des Stellventils, insbesondere von einer Auf-Stellung in eine Zu-Stellung und/ oder von einer Zu-Stellung in eine Auf-Stellung, umfasst, wobei vorzugsweise die Zeit für das Verstellen des Ventilgliedes gemessen, insbesondere als Initiallaufzeit gespeichert wird.

Vorzugsweise weist das Stellventil wenigstens einen Grenzkontakt zur Überwachung der Stellung eines Ventilgliedes und/oder wenigstens einen Grenzkontakt zur Überwachung eines Magnetventils zur Steuerung eines Antriebs, insbesondere der Antriebspneumatik, des Stellventils auf.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox ferner dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter zeitgenau auszuwerten und/oder die Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters über einen Sicherheitskreis vorzunehmen. Vorzugsweise ist der Sicherheitskreis getrennt von einem Steuerkreis ausgebildet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Bestimmung des Initialisierungsparameters keine Rechen- und/oder Datenübertragungskapazitäten des Steuerkreises in Anspruch nimmt. Dadurch kann beispielsweise in einem Bereich der prozesstechnischen Anlage eine Aktualisierung über den Sicherheitskreis erfolgen während für einen anderen Teil der Anlage die volle Rechen- und Datenübertragungskapazität für die Steuerung der Anlage über den Steuerkreis zur Verfügung steht. Vorzugsweise ist die Diagnosebox dazu ausgebildet sowohl die Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters als auch die Überwachung des Stellventils über den Sicherheitskreis vorzunehmen. Besonders bevorzugt erfolgt dabei die Kommunikation im Sicherheitskreis, zumindest zwischen dem Stellventil und der Diagnosebox, besonders bevorzugt aber auch mit der Sicherheitssteuerung, über Ethernet, insbesondere Ethernet APL.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox ferner ein Bedienelement zum Starten der Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters, insbesondere des zuvor beschriebenen Initialisierungsmodus, aufweist. Das Bedienelement kann ein Schalter oder ein Knopf sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Diagnosebox dazu ausgebildet sein, die Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters, insbesondere des zuvor beschriebenen Initialisierungsmodus, durch Anschluss des Stellventils an die Diagnosebox und/oder durch ein mit der Diagnosebox verbindbare Sicherheitssteuerung und/oder Prozessleitsystem zu starten. Insbesondere kann die Bestimmung des wenigstens eines Initialisierungsparameters durch Ansteuerung der Diagnosebox aus der Sicherheitssteuerung, insbesondere über einen Bus, vorzugsweise über Ethernet APL, erfolgen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox ferner eine Ausgabeeinheit aufweist, insbesondere ein Display oder eine Verbindung zu einer Sicherheitssteuerung oder Prozessleitsystem, zur Ausgabe von Signalen, insbesondere von ermittelten Initialisierungsparametern, Fehlermeldungen und/oder Alarmen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Stellventilsystem, das ein Stellventil und eine Diagnosebox gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Dabei kann das Stellventil einen Explosionsschutz für explosionsgefährdete Bereiche der Zone o oder i aufweisen und/oder die Diagnosebox einen Explosionsschutz für explosionsgefährdete Bereiche der Zone i oder 2 aufweisen. Vorzugsweise weist das Stellventil einen höheren Explosionsschutz auf, als die Diagnosebox. Ferner kann das Stellventilsystem eine Schnittstelle, insbesondere Ethernet- APL Schnittstelle, aufweisen, über die das Stellventil mit der Diagnosebox verbunden ist. Die Schnittstelle kann ein Switch, insbesondere ein Ethernet APL Switch, sein. Ferner umfasst das Stellventilsystem vorzugsweise ein übergeordnetes System, insbesondere eine Sicherheitssteuerung und/oder ein Prozessleitsystem, mit dem die Diagnosebox und/oder die Schnittstelle, insbesondere über Ethernet-APL, verbunden ist. Vorzugsweise weist die Schnittstelle und/oder die Diagnosebox einen höheren Explosionsschutz auf, als das übergeordnete System.

Das Stellventilsystem kann zusätzlich zu dem Stellventil wenigstes ein, vorzugsweise wenigstens zwei, drei oder vier, besonders bevorzugt wenigstens fünf, acht oder zehn, weitere/s Gerät/e, insbesondere Feldgeräte, aufweisen, insbesondere ausgewählt aus Ventilen, insbesondere Stellventile, Pumpen, Anbaugeräten, insbesondere Sensoren, Diagnoseboxen, Switchen und/oder übergeordnete Systemen, insbesondere einem Sicherheitskreis, einem Steuerleitsystem und/oder einem Diagnosesystem.

Vorzugsweise sind mehrere Feldgeräte, insbesondere Stellventile, miteinander verbunden, insbesondere mittels Ethernet APL miteinander verbunden. Die Verbindung kann direkt zwischen den Feldgeräten erfolgen. Vorzugsweise sind die Feldgeräte aber über wenigstens einen Switch und/oder die Diagnosebox miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Feldgeräte mit wenigstens einem Switch verbunden, der wiederum mit der Diagnosebox verbunden ist. Besonders bevorzugt sind sämtliche dieser Verbindungen über Ethernat APL realisiert. Besonders bevorzugt sind die Feldgeräteleitungen über Spurleitungen mit dem Switch verbunden. Vorzugsweise ist der Switch wiederum über eine Stammleitung mit der Diagnosebox und/oder einem übergeordneten System verbunden.

Besonders bevorzugt weist das Stellventilsystem eine erste Gruppe von Feldgeräten auf, die über einen ersten Switch, insbesondere APL Switch, miteinander verbunden sind, und wenigstens eine zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Gruppe von Feldgeräten, die wiederum über einen zweiten, dritten, vierten oder fünften Switch, insbesondere APL-Switch, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Feldgeräte dabei über Spurleitungen mit dem jeweiligen Switch verbunden. Die Switche sind untereinander vorzugsweise über einen Stammleitung verbunden. Ferner sind die Switche vorzugsweise über die Stammleitung mit der Diagnosebox und/oder einem übergeordneten System verbunden. Besonders bevorzugt sind die Switche über die Stammleitung mit wenigstens zwei übergeordneten Systemen verbunden, insbesondere ausgewählt aus einer Sicherheitssteuerung und einem Prozessleitsystem. Vorzugsweise ist zwischen den übergeordneten Systemen und dem wenigstens einen Switch oder der Diagnosebox, ein Powerswitch vorgesehen. Vorzugsweise ist der Powerswitch, insbesondere über Ethernet APL, einerseits mit den übergeordneten Systemen und andererseits mit dem wenigstens einen Switch oder der Diagnosebox verbunden.

Zusätzlich weist das Stellventilsystem insbesondere wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei, drei oder vier, besonders bevorzugt wenigstens fünf, acht oder zehn, Anbaugerät/e, insbesondere Sensor/en, auf. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Anbaugerät über Ethernet, besonders bevorzug über Ethernet APL, mit dem Stellventil, einem Switch oder der Diagnosebox verbunden. Besonders bevorzugt ist das Anbaugerät direkt mit dem Stellventil, insbesondere über eine Ethernet APL Verbindung, vorzugsweise eine Spurleitung, verbunden. Vorzugsweise ist das Stellventil wiederum über eine Spurleitung mit einem Switch verbunden, der wiederum, vorzugsweise über eine Stammleitung, mit der Diagnosebox verbunden ist. Beispielsweise kann das wenigstens eine Anbaugerät, insbesondere über Ethernet APL, direkt mit dem wenigstens einen Stellungsregler, insbesondere einer Recheneinheit des Stellungsreglers, verbunden werden. Dadurch kann insbesondere Kabellänge eingespart werden und gleichzeitig eine direkte Kommunikation zwischen dem Anbaugerät und dem Stellventil bereitgestellt werden. Es ist aber denkbar, dass das wenigstens eine Anbaugerät, insbesondere mittels Ethernet APL, direkt mit einem Switch oder der Diagnosebox verbunden ist. Ferner kann das Feldgerätesystem ein wenigstens ein Gerät, insbesondere Stellventil, Anbaugerät, Diagnosebox und/oder Switch, ansteuerndes Prozessleitsystem aufweisen. Das Prozessleitsystem kann mittels eines Kommunikationsnetzwerks insbesondere via Ethernet- APL mit dem wenigstens einen Gerät verbunden sein. Die Verbindung des wenigstens einen Geräts zum Prozessleitsystem kann auch über eine Bus-Verbindung, beispielsweise über HART, Profibus, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen erfolgen. Durch die Verknüpfung des Prozessleitsystem mit dem Gerät können Erkenntnisse über die prozesstechnische Anlage bzw. deren Feldgeräte ausgetauscht werden und zum einen global für die Prozesssteuerung verwendet werden und zum anderen rückeingespielt in das Gerät für Auswertungsvorgänge und/oder unmittelbare Steuerung eingerichtet durch die Steuerungseinheit selbst herangezogen werden. Insofern ist eine sehr flexibel und effizient arbeitende Diagnosemöglichkeit für die prozesstechnische Anlage gegeben.

Ferner kann das Feldgerätesystem eine Sicherheitssteuerung zum sicherheitsgerichteten Ein- und/oder Abschalten von Feldgeräten, insbesondere von Ein- und/oder Abschaltarmaturen, und/oder zum Initialisieren und/oder Überwachen von Feldgeräten, insbesondere Stellventilen, aufweisen. Die Sicherheitssteuerung kann wenigstens eine Recheneinheit aufweisen, die mit der Diagnosebox, insbesondere mittels Ethernet-APL, verbunden sein kann. In einer beispielhaften Ausführung sind die Feldgeräte und/oder die Sensoren ebenfalls über eine Ethernet-APL-Verbindung, beispielsweise ein Kabel, mit einem Switch und/oder der Diagnosebox verbunden. Es ist auch denkbar, dass die Feldgeräte und/oder Sensoren zusätzlich über eine andere Bus-Verbindung, beispielsweise über HART, ROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen, mit dem Switch und/oder der Diagnosebox verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Feldgeräte untereinander direkt miteinander verbunden sind, insbesondere mittels Ethernet-APL. Der wenigstens eine Sensor kann als Teil eines Feldgeräts oder separat ausgebildet sein. Dabei können die Sensoren und/oder die Feldgeräte ganz oder teilweise über Ethernet-APL-Verbindungen elektrisch mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann die Energieversorgung auch separat über einen Switch oder eine Diagnosebox erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, dass lediglich eine einzige Verbindung zwischen den mehreren Feldgeräten und der Sicherheitssteuerung bzw. dem Prozessleitsystem, und zwar über den Switch oder die Diagnosebox, verläuft. Dabei kann die jeweils andere Verbindung separat ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform weist die prozesstechnische Anlage explosionsgefährdete Bereiche, insbesondere der Zone 2, Zone 1 und/oder Zone o auf. Beispielsweise kann die prozesstechnische Anlage einen explosionsgefährdeten Bereich der Zone 2 aufweisen. Vorzugsweise sind übergeordnete Systeme, insbesondere eine Sicherheitssteuerung (Sicherheitsnetzwerk) und/oder ein Prozessleitsystem (Prozesssteuerung), der prozesstechnischen Anlage außerhalb von Zone 2 angeordnet. Soweit auch Zone 1 und Zone o in der prozesstechnischen Anlage vorhanden sind, sind die übergeordneten System vorzugsweise auch außerhalb dieser Zone angeordnet. Alternativ oder zusätzlich weist die prozesstechnische Anlage vorzugsweise Stellgeräte mit einem Explosionsschutz mindestens für Zone 2 auf, die in Zone 2 angeordnet sind. Die Feldgeräte können, insbesondere über Ethernet APL, mit den außerhalb der Zone zwei angeordneten übergeordneten Systemen verbunden sein. Ferner kann die prozesstechnische Anlage bzw. das Stellventilsystem wenigstens einen Switch aufweisen, an den, insbesondere wie zuvor beschrieben, mehrere Feldgeräte, insbesondere über Ethernet APL, verbunden sind. Der Switch kann ebenfalls in Zone 2 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Diagnosebox ebenfalls in Zone 2 angeordnet sein. Dabei kann das wenigstens eine Feldgerät, insbesondere Stellventil, entweder direkt mit der Diagnosebox verbunden sein oder über den zuvor beschriebenen Switch mit der Diagnosebox verbunden sein. Vorzugsweise weist die prozesstechnische Anlage sowohl den zuvor beschriebene wenigstens einen Switch als auch die zuvor beschriebene Diagnosebox auf, die vorzugsweise jeweils in Zone 2 angeordnet und vorzugsweise über Ethernet APL miteinander verbunden sind. Weiterhin kann die prozesstechnische Anlage bzw. da Feldgerätesystem einen Powerswitch haben, mit dem das wenigstens eine Feldgerät, insbesondere Stellventil, und vorzugsweise der wenigstens eine Switch und/oder die Diagnosebox, insbesondere mittels Ethernet-APL, verbunden sind. Der Powerswitch kann an eine Stromversorgung angeschlossen sein und das wenigstens eine Feldgerät, den wenigstens einen Switch und/oder die Diagnosebox, insbesondere mittels Ethernet APL, mit Strom versorgen. Der Powerswitch kann in Zone 2 angeordnet sein.

Ferner kann die prozesstechnische Anlage wenigstens einen explosionsgefährdeten Bereich der Zone 1 aufweisen. Vorzugsweise kann wenigstens ein Feldgerät und/oder ein Switch einen Explosionsschutz für Zone 1 aufweisen. Besonders bevorzugt können mehrere Feldgeräte der mit Explosionsschutz für Zone 1 ausgestattet sein und mit einem Switch mit Explosionsschutz für Zone 1 verbunden sein, insbesondere mittels Ethernet APL, verbunden sein. Beispielsweise können die mehreren Feldgeräte und der Switch in Zone 1 angeordnet sein und, insbesondere über Ethernet APL, mit einem Switch, einer Diagnosebox und/oder einem Powerswitch, insbesondere wie zuvor beschrieben, in Zone 2 oder außerhalb von Zone o, 1 und 2 angeordnet sein.

Darüber hinaus kann das wenigstens eine Feldgerät Bereiche, insbesondere im Bereich des Stellglieds eines als Stellventils ausgebildeten Feldgeräts, aufweisen, die einen Explosionsschutz für Zone o aufweisen. Diese Bereiche der Stellventile können dann in einen explosionsgefährdeten Bereich der Zone o angeordnet sein. Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere in Verbindung mit der Ethernet APL Technologie, Feldgeräte, insbesondere Stellventile, deren Anbaugeräte, Switche und Diagnoseboxen mit besonders wenig Kabelaufwand in explosionsgefährdete Bereiche integriert werden können ohne auf Recheneinheiten und elektrische Versorgung der Feldgeräte, deren Anbaugeräte, Switche und Diagnoseboxen verzichten zu müssen, sodass insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient und umfassend ausgeführt werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass das Stellventil und die Diagnosebox über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk, vorzugsweise mittels Ethernet, besonders bevorzugt mittels Ethernet-APL, miteinander verbunden sind, insbesondere direkt miteinander verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Stellventil eine Steuereinheit aufweist, das über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk, insbesondere direkt, mit der Diagnosebox verbunden ist, und/oder dass das Stellventil ein Magnetventil aufweist, das über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk mit der Diagnosebox verbunden ist, insbesondere über eine Steuereinheit des Stellventils mit der Diagnosebox verbunden ist.

Vorzugsweise weist das Stellventil einen Antrieb und einen Stellungsregler zum Steuern das Antriebs auf, mit dem die Diagnosebox über das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk verbunden ist. Der Stellungsregler weist vorzugsweise eine Steuereinheit auf, die über das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk mit der Diagnosebox verbunden ist. Besonders bevorzugt weist das Stellventil ferner ein Magnetventil auf, über das die Steuereinheit den Antrieb, insbesondere pneumatischen Antrieb, steuern kann. Das Magnetventil ist vorzugsweise innerhalb der Steuereinheit angeordnet. Vorzugsweise ist die Diagnosebox zusätzlich mit der Sicherheitssteuerung und/oder dem Prozessleitsystem, besonderes bevorzugt zumindest mit der Sicherheitssteuerung verbunden. Diese Verbindung kann kabellos oder über das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie über das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk, besonders bevorzugt über Ethernet, insbesondere Ethernet-APL.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox als Anbaugerät des Stellventils ausgebildet ist oder als Bestandteil eines Stellungsreglers des Stellventils ausgebildet ist. Bei einer Ausführung als Bestandteile des Stellungsreglers ist die Diagnosebox vorzugsweise in dem Gehäuse des Stellungsreglers integriert, wobei die Diagnosebox eine eigene Recheneinheit und der Stellungsregler eine eigene Recheneinheit, insbesondere auf separaten Platinen, aufweist. Alternativ zur Ausbildung als Teil des Stellungsreglers kann die Diagnosebox auch Teil von anderen Steuereinheiten des Stellventils sein. Ferner kann die Diagnosebox auch als separat von dem Stellventil und von diesem beabstandete Einheit ausgebildet sein

Es kann vorgesehen sein, dass Stellventilsystem ferner eine Sicherheitssteuerung und/ oder ein Prozessleitsystem umfasst, insbesondere wobei die Diagnosebox über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk, vorzugsweise mittels Ethernet, besonders bevorzugt mittels Ethernet-APL, mit der Sicherheitssteuerung und/oder dem Prozessleitsystem verbunden ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Sicherheitssteuerung und das Prozessleitsystem Teil eines getrennten Sicherheitskreises und eines getrennten Steuerkreises sind. Dabei kann das Stellventilsystem dazu ausgebildet sein, zwischen der Übertragung von sicherheitsrelevanten Signalen und Steuersignalen über ein gemeinsames Kabel hin und her zu schalten oder zwischen zwei Ausgängen zur Verbindung mit dem gemeinsamen Kabel zu wechseln. Alternativ oder zusätzlich können die Sicherheitssteuerung und das Prozessleitsystem über separate Kabel mit der Diagnosebox oder dem Stellventil verbunden sein.

Besonders bevorzugt ist das Stellventilsystem dazu ausgebildet, die Verbindung, insbesondere Kommunikation, sowohl zwischen der Diagnosebox und dem Stellventil als auch zwischen der Diagnosebox der Sicherheitssteuerung über ein von einem Steuerkreis getrennten Sicherheitskreis durchzuführen. Zusätzlich ist das Stellventilsystem vorzugsweise dazu ausgebildet die Verbindung, insbesondere Kommunikation, zwischen dem Prozessleitsystem und dem Stellventil über ein von dem Sicherheitskreis getrennten Steuerkreis durchzuführen. Die Diagnosebox kann in den Steuerkreis integriert sein, beispielsweise indem die Verbindung zwischen dem Prozessleitsystem und dem Stellventil über die Diagnosebox erfolgt. Sie kann aber auch von dem Steuerkreis losgelöst sein. In diesem Fall kann beispielsweise eine direkte Verbindung zwischen dem Prozessleitsystem und dem Stellventil erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung zwischen den Komponenten des Sicherheitskreises und/oder des Steuerkreises über Ethernet, besonders bevorzugt Ethernet-APL. Eine Verbindung zwischen der Diagnosebox und der Sicherheitssteuerung und/oder dem Prozessleitsystem kann insbesondere für die Bereitstellung von Inputsignalen an die Diagnosebox, für den Austausch von Alarmen oder Fehlermeldungen und/oder für die Bereitstellung von Überwachungsergebnissen oder überwachten Parametern an der Sicherheitssteuerung oder das Prozessleitsystem genutzt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox dazu ausgelegt ist, Fehlermeldungen und/oder Alarme über einen Sicherheitskreis an der Sicherheitssteuerung und/oder an das Prozessleitsystem zu übertragen. Es kann vorgesehen sein, dass das Stellventil wenigstens einen Grenzkontakt aufweist, der dazu vorgesehen ist, insbesondere elektrische Signale zu erzeugen oder zu verändern, wenn eine vorbestimmte Stellung, insbesondere eine Endstellung, eines Ventilgliedes oder einer Ventilstange des Stellventils erreicht ist. Die Grenzkontakte können dazu ausgebildet sein, das elektrische Signal in Abhängigkeit einer translatorischen oder rotatorischen Bewegung des Ventilglieds oder der Ventilstange, insbesondere durch Abgreifen eines Ventilhubs oder der Rotation einer Ventilstange, zu erzeugen oder zu verändern. Vorzugsweise weist das Stellventil wenigstens zwei Grenzkontakte auf, von denen einer dazu ausgebildet ist bei Erreichen einer Zu-Stellung (Schließstellung) des Ventilgliedes ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu verändern und der andere dazu ausgebildet ist bei Erreichen einer Auf-Stellung (Offenstellung), insbesondere einer vollständig geöffneten Stellung, des Ventilgliedes ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu verändern. Vorzugsweise ist das Stellventil hierbei als Sicherheitsarmatur ausgebildet. Der wenigstens eine, vorzugsweise die wenigstens zwei, Grenzkontakte sind vorzugsweise induktiv oder elektrisch ausgebildet, insbesondere dazu ausgebildet, die vorbestimmte Stellung induktiv oder elektrisch zu erfassen. Vorzugsweise sind die Grenzkontakte so eingestellt, insbesondere positioniert, dass Sie Endstellungen, insbesondere Auf-Stellungen und Zu-Stellungen, des Ventilglieds anzeigen. Sie können aber auch dazu ausgebildet sein andere Stellungen, beispielsweise Zwischenstellungen, insbesondere zwischen der Auf-Stellung und der Zu-Stellung, anzuzeigen.

Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Grenzkontakt an einer Ventilstange oder dem Stellungsregler, insbesondere an einer Positionserfassung des Stellungsreglers, des Stellventils angeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich kann das Stellventil Sensoren aufweisen, die keine Grenzkontakte sind. Beispielsweise kann das Stellventil Sensoren zur Überwachung der Schaltfunktion des Magnetventils, eines Zuluftdrucks und/oder eines Antriebsdrucks aufweisen. Beispielsweise kann ein digitaler Kontakt zur Erfassung der mechanischen Betätigung des Magnetventils und/oder ein Drucksensor in oder an dem Antrieb zur Erfassung des Antriebsdrucks vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Drehmoment und/oder Hubsensor an der Ventilstange befestigt sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter automatisch zu erkennen, insbesondere Grenzkontakte automatisch zu erkennen und jeweiligen Positionen zuzuordnen, insbesondere indem durch Entlüftung eines Antriebs der eingenommene Betriebszustand und der diesem zugehörige Grenzkontakt als Zu-Stellung interpretiert wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Stellventilsystem ferner wenigstens einen über die Diagnosebox auslesbaren Sensor, insbesondere zum Ermitteln eines Initialisierungsparameter ausgewählt ist aus einem oder mehreren Parametern umfassend, Zeiten, insbesondere Laufzeiten und/oder Schaltzeiten, Druck, insbesondere Fluiddruck, Ströme, insbesondere Fluidvolumenströme, die Hubhöhe einer Ventilstange und/oder eines Ventilgliedes des Stellventils, die Position von Grenzkontakten und/oder über Grenzkontakte fließende elektrische Ströme, aufweist. Insbesondere kann der wenigstens eine Sensor direkt mit der Diagnosebox verbunden sein oder über das Stellventil mit der Diagnosebox verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Sensor über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk, vorzugsweise mittels Ethernet, besonders bevorzugt mittels Ethernet-APL, mit der Diagnosebox verbunden sein. Vorzugsweise weist das Stellventilsystem eine Vielzahl von Sensoren auf, die über die Diagnosebox auslesbar sind und/oder deren Signale über eine direkte Kommunikation mit der Diagnosebox oder indirekt, beispielsweise über das Stellventil, an die Diagnosebox übertragbar sind.

Ferner betrifft die Erfindung eine prozesstechnische Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen, umfassend eine Diagnosebox, insbesondere wie zuvor beschrieben, und/oder ein Stellventilsystem, insbesondere wie zuvor beschrieben.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Initialisierung eines Stellventils, insbesondere eines Stellventilsystems wie zuvor beschrieben, einer Prozesstechnischen Anlage, wie einer Chemieanlage, eines Kraftwerks, einer Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, bei dem das Stellventil zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters von einer Diagnosebox, insbesondere wie zuvor beschrieben, gesteuert wird.

Vorzugsweise wird das Verfahren derart durchgeführt, dass es an der zuvor beschriebenen Diagnosebox, an dem zuvor beschriebenen Stellventilsystem und/oder an der zuvor beschriebenen prozesstechnischen Anlage durchgeführt werden kann. Ferner ist die zuvor beschriebene Diagnosebox, das zuvor beschriebene Stellventilsystem und/oder die zuvor beschriebene prozesstechnische Anlage vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das erfindungsgemäße Verfahren daran durchführbar ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Diagnosebox ein Ventilglied des Stellventils zur Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters von einer Auf-Stellung in eine Zu-Stellung und/ oder von einer Zu-Stellung in eine Auf-Stellung verfährt. Es kann vorgesehen sein, dass die Zeit für das Verfahren des Ventilglieds zwischen der Aufstellung und der Zu-Stellung als Initiallaufzeit gemessen und mit einer vorbestimmten Laufzeit verglichen wird, wobei die Initialisierung im Falle eines Überschreitens der vorbestimmten Laufzeit abgebrochen und vorzugsweise ein Fehler ausgegeben wird und/oder die Initialisierung neu gestartet wird.

Es kann vorgesehen sein, dass die Zeit für das Verfahren des Ventilglieds zwischen der Aufstellung und der Zu-Stellung als Initiallaufzeit gemessen und in der Diagnosebox gespeichert wird, insbesondere wobei die Zeit zum Verfahren von der Auf-Stellung in die Zu-Stellung als Initialschließlaufzeit gespeichert wird und die Zeit zum Verfahren von der Zu-Stellung in die Auf-Stellung als Initialöffnungslaufzeit gespeichert wird.

Es kann vorgesehen sein, dass das Stellventil zur Erkennung der Erreichung der Auf-Stellung und der Zu-Stellung Grenzkontakte aufweist, die bei Erreichen der jeweiligen Stellung ein Signal, insbesondere vorbestimmtes Signal, insbesondere an die Diagnosebox, ausgeben.

Vorzugsweise wird das Verfahren über eine Steuereinheit der Diagnosebox gesteuert. Das Verfahren wird vorzugsweise über ein Bedienelement, insbesondere Schalter, an der Diagnosebox gestartet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Schritt des Verfahrens ein Antrieb des Stellventils abgeschaltet, insbesondere ein pneumatischer Antrieb des Stellventils entlüftet, sodass sich das Ventilglied in Richtung einer Endstellung, insbesondere in eine Sicherheitsstellung, insbesondere Zu-Stellung, bewegt. Dies kann beispielsweise über die Schaltung eines digitalen Ausgangs der Diagnosebox erfolgen. Vorzugsweise wird die Entlüftung durch ein Magnetventil des Stellventils, insbesondere des Stellungsreglers, initiiert, der vorzugsweise durch Schalten des digitalen Ausgangs der Diagnosebox betätigt wird. Dabei wird vorzugsweise überwacht, insbesondere über die Diagnosebox, wann sich das Ventilglied oder die Ventilstange, in einer Zwischenstellung, insbesondere zwischen der Auf-Stellung und der Zu-Stellung befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass je ein Grenzkontakt der Auf-Stellung und der Zu-Stellung zugeordnet ist und das Vorliegen einer Zwischenstellung angenommen wird, sobald keiner der beiden Grenzkontakte betätigt ist. Alternativ kann hierfür beispielsweise ein optischer Sensor verwendet werden oder ein Grenzkontakt, der bei Erreichung einer Zwischenstellung aktiviert wird.

Sobald das Ventilglied oder die Ventilstange sich in einer Zwischenposition befindet, beispielsweise wenn keiner der zwei Grenzkontakte betätigt sind, wird, vorzugsweise in einem zweiten Schritt, der Antrieb wieder aktiviert, insbesondere der pneumatische Antrieb wieder belüftet, beispielsweise durch Abschalten des digitalen Ausgangs der Diagnosebox, um das Ventilglied in Richtung einer Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, zu versetzen. Dabei wird vorzugsweise das Erreichen der Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, überwacht, beispielsweise über einen der Endstellung zugeordneten Grenzkontakt. Dabei wird vorzugsweise die Laufzeit überwacht. Wird nach einer vorbestimmten Maximaldauer die Position nicht erreicht, wird die Initialisierung vorzugsweise abgebrochen und eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei Erreichen der Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, wird der Grenzkontakt dieser Endstellung, insbesondere Auf-Stellung zugeordnet, insbesondere der Grenzkontakt dieser Position zugeordnet, insbesondere als Initialisierungsparameter zugeordnet.

Sobald die Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, erreicht ist, wird vorzugsweise in einem dritten Schritt der Antrieb wieder abgeschaltet, insbesondere der pneumatische Antrieb des Stellventils wieder entlüftet, um das Ventilglied in Richtung einer zweiten Endstellung, insbesondere einer der zuvor erfassten Endstellung gegenüberliegenden Endstellung, vorzugsweise einer Zu-Stellung, zu versetzen. Dies erfolgt vorzugsweise wieder durch Schalten des digitalen Ausgangs der Diagnosebox. Dabei wird vorzugsweise das Erreichen der zweiten Endstellung, insbesondere Zu-Stellung, überwacht, beispielsweise über einen der zweiten Endstellung zugeordneten zweiten Grenzkontakt. Dabei wird vorzugsweise die Laufzeit überwacht. Wird nach einer vorbestimmten Maximal dauer die Position nicht erreicht, wird die Initialisierung vorzugsweise abgebrochen und eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei Erreichen der weiteren Endstellung, insbesondere Zu-Stellung, wird der zweite Grenzkontakt der zweiten Endstellung, insbesondere Zu-Stellung, zugeordnet, insbesondere der Grenzkontakt dieser Position zugeordnet, insbesondere als Initialisierungsparameter zugeordnet. Vorzugsweise wird die Zeit zum Versetzen des Ventilgliedes von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung als Antriebslaufzeit, insbesondere erste Antriebslaufzeit, vorzugswese als Initialschließlaufzeit, hinterlegt, insbesondere als Initialisierungsparameter hinterlegt.

Anschließend wird vorzugsweise in einem vierten Schritt der Antrieb wieder aktiviert, insbesondere der pneumatische Antrieb wieder belüftet, um das Ventilglied in Richtung der ersten Endstellung, vorzugsweise der Auf-Stellung, zu versetzen. Dies erfolgt vorzugsweise wieder durch Schalten des digitalen Ausgangs der Diagnosebox. Dabei wird vorzugsweise das Erreichen der ersten Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, überwacht, beispielsweise über den ersten Grenzkontakt. Dabei wird vorzugsweise die Laufzeit überwacht. Wird nach einer vorbestimmten Maximaldauer die Position nicht erreicht, wird die Initialisierung vorzugsweise abgebrochen und eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei Erreichen der ersten Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, wird der Grenzkontakt dieser Endstellung, insbesondere Auf-Stellung, zugeordnet, insbesondere der Grenzkontakt dieser Position zugeordnet, insbesondere als Initialisierungsparameter zugeordnet. Vorzugsweise wird die Zeit zum Versetzen des Stellgliedes von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung als Antriebslaufzeit, insbesondere zweite Antriebslaufzeit, vorzugswese als Initialöffnungslaufzeit, hinterlegt, insbesondere als Initialisierungsparameter hinterlegt.

Durch die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte werden die Lage der Grenzkontakte und die Antriebslaufzeiten für das Versetzen des Ventilgliedes zwischen den Grenzkontakten als Initialisierungsparameter durch Steuern des Stellventils bestimmt. Wird der beschriebene Ablauf ohne Fehler durchlaufen, werden die ermittelten Antriebslaufzeiten und Lagen der Grenzkontakte in der Diagnosebox als Initialisierungsparameter gespeichert. Auf dieser Basis kann anschließend eine, insbesondere permanente, Überwachung und Diagnose, insbesondere durch die Diagnosebox, durchgeführt werden. Hierfür ist die Diagnosebox vorzugsweise dazu ausgebildet, Änderungen der Antriebslaufzeiten, der Schaltzeiten der Magnetventile und/oder weiterer erfasster Initialisierungsparameter zu erkennen. Diese können auf Verschleiß oder Beschädigungen oder Fehlfunktionen des Stellventils und seiner Bauteile hinweisen. Bei der Überschreitung von Grenzwerten können Alarme ausgelöst werden, die über einen Bus, insbesondere über Ethernet-APL, kommuniziert werden können, beispielsweise an ein übergeordnetes System, insbesondere an eine Sicherheitssteuerung, kommuniziert werden können. Insbesondere kann die Diagnosebox eine Ausgabeeinheit, beispielsweise eine optische, akustische und/oder haptische Ausgabeeinheit, insbesondere ein Display, aufweisen, um Fehler kommunizieren zu können. Alternativ oder zusätzlich ist die Diagnosebox vorzugsweise dazu vorgesehen, Fehlermeldungen an die Sicherheitssteuerung, das Prozessleitsystem und/oder an ein anderes Gerät auszugeben, insbesondere über den Sicherheitskreis und/oder den Steuerkreis auszugeben.

Es kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des wenigstens einen Initialisierungsparameters wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei, Grenzkontante und/oder wenigstens ein Sensor, insbesondere Drucksensor, Drehmomentsensor und/oder Hubsensor, eingesetzt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Initialisierungsparameter insbesondere von der Diagnosebox zur Überwachung des Stellventils im Betrieb, insbesondere als Referenzwert, eingesetzt wird, insbesondere wobei bei Überschreiten eines in Abhängigkeit des Referenzwertes definierten Grenzwertes eine Fehlermeldung und/oder ein Alarm ausgelöst wird.

Es kann vorgesehen sein, dass im Rahmen der Initialisierung mehrere Initialisierungsparameter, umfassend, Zeiten, insbesondere Laufzeiten und/oder Schaltzeiten, Druck, insbesondere Fluiddruck, Ströme, insbesondere Fluidvolumenströme, die Hubhöhe einer Ventilstange und/oder eines Ventilgliedes des Stellventils, die Position von Grenzkontakten und/oder über Grenzkontakte fließende elektrische Ströme, bestimmt und vorzugsweise gespeichert werden.

Besonders bevorzugt wird im Rahmen der Initialisierung ein Initialisierungslauf durchgeführt, insbesondere wobei vorzugsweise die angeschlossenen Grenzkontakte erkannt, insbesondere deren Position bestimmt, werden die Antriebswirkrichtung bestimmt wird, wenigstens eine Antriebslaufzeit bestimmt wird und/oder Anschlussklemmen bestimmt werden. Dadurch ist ein fehlerhafter Anschluss nicht mehr möglich. Insbesondere durch Belüften und Entlüften des pneumatischen Antriebs kann dabei die eindeutige Position des Ventilgliedes ermittelt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen deutlich gemacht, in denen zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellventilsystems; und

Figur 2: ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 3: eine schematische Darstellung einer prozesstechnischen Anlage.

Zur Vereinfachung der Lesbarkeit sind in der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungen für dieselben oder ähnlichen Komponenten dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellventilsystems 2. Das Stellventilsystem 2 weist ein Stellventil 9 auf. Das Stellventil 9 weist ein Ventilglied 10, einen Antrieb 12 zum Stellen des Ventilgliedes und eine Ventilstange 14, die das Ventilglied 10 mit dem Antrieb 12 verbindet, auf. Ferner weist das Stellventil eine Umhausung 16 auf, die ein Ventilgliedgehäuse 18, ein Ventilstangengehäuse 20 und ein Antriebsgehäuse 22 aufweist. Das Stellventil 9 weist außerdem einen Stellungsregler 6 mit einer Steuereinheit 4 zum Steuern des Stellventils auf. Ferner weist der Stellungsregler 6 eine Magnetventil 8 auf, das über die Steuereinheit 4 geschaltet werden kann. Durch Schalten des Magnetventils 8 kann der Antrieb 12 des Stellventils 9 über eine pneumatische Leitung 44 belüftet oder entlüftet werden, um das Ventilglied 10 des Stellventils 9 zwischen einer Auf-Stellung und einer Zu-Stellung zu versetzen. Ferner weist das Stellventilsystem 2 eine erfindungsgemäße Diagnosebox 7 auf, die dazu ausgelegt ist, das Stellventil 9 zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters zu steuern. Hierfür ist die Diagnosebox 7 über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk 47 mit der Steuereinheit 4 des Stellungsreglers 6 verbunden, um die Steuereinheit über die Diagnosebox 7, insbesondere für einen Initialisierungslauf wie zuvor und nachfolgend beschrieben, ansteuern zu können. Zum Starten des Initialisierungslaufs weist die Diagnosebox ein Bedienelement 40 auf. Vorzugsweise werden die beim Initialisierungslauf ermittelten Initialisierungsparameter anschließend zur Überwachung des Stellventils 9 mittels der Diagnosebox79 eingesetzt. Zur Anzeige von dabei identifizierten Fehlern weist die Diagnosebox 7 ein Anzeigeelement 43 auf. Ferner ist die Diagnosebox 7 über das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk 47 mit einer Sicherheitssteuerung 5 verbunden. Vorzugsweise werden für das kabelgebundene Kommunikationsnetzwerk 47 Ethernet Kabel, insbesondere Ethernet APL Kabel , eingesetzt.

Ferner weist das Stellventilsystem 2 einen Sensor 24 auf, mit dem beispielsweise prozessfluidbezogene Parameter, wie Temperatur, Druck und Volumenstrom des von dem Stellventil 9 gesteuerten Prozessfluid gemessen werden können. Der Sensor ist ebenfalls über das Kommunikationsnetzwerk 47 mit der Diagnosebox 7 und mi der Steuereinheit 4 verbunden. Es kann vorgesehen sein, dass weitere übergeordnete Systeme, wie ein Prozessleitsystem 3 über den Switch 35 mit dem Stellungsregler 6 verbunden sein.

Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Initialisierung eines Stellventils 9, insbesondere eines Stellventilsystems 2, bei dem das Stellventil 9 zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters von einer Diagnosebox 7 gesteuert wird. Darin symbolisieren die Boxen jeweils einzelne Schritte des Verfahrens. Die drei eingezeichneten Zweige des Verfahrens symbolisieren jeweils zeitgleich durchgeführte Schritte zur Erkennung unterschiedlicher Initiierungsparameter.

In einem ersten Schritt 49 wird ein Initialisierungsmodus der Diagnosebox 7 aktiviert, beispielsweise über das zuvor beschriebene Bedienelement 40, um einen Initialisierungslauf zu starten.

In einem zweiten Schritt 51 prüft die Diagnosebox 7, wie viele Sensoren 24 und/oder Steuereinheiten 4 an der Diagnosebox 7 angeschlossen sind und startet, vorzugsweise für jeden Sensor 24 und jede Steuereinheit 4, die Bestimmung von Initialisierungsparametern.

Der zentrale Zweig stellt beispielhaft den weiteren Verlauf zur Bestimmung der Initialisierungsparameter Initialschließlaufzeit und Initialöffnungslaufzeit dar. Hierfür wird in einem dritten Schritt 53 der pneumatische Antrieb 22 des Stellventils 9 entlüftet, sodass das Ventilglied 10 in Richtung einer Zu-Stellung verfährt. Dabei überwacht die Diagnosebox 7 über zwei nicht dargestellte Grenzkontakte, von denen einer bei Erreichen der Zu-Stellung ein Signal ausgibt und der andere bei Erreichen der vollständig geöffneten Stellung (Auf-Stellung) ein elektrisches Signal ausgibt, die Stellung des Ventilglieds bzw. der Ventilstange.

Sobald keiner der Grenzkontakte Signale ausgibt, schließt die Diagnosebox 7 darauf, dass das Ventilglied 10 bzw. die Ventilstange 14 sich in einer Zwischenstellung befindet und veranlasst einen vierten Schritt 55, bei dem der Antrieb 22 wieder belüftet wird, um das Ventilglied 10 in Richtung Auf-Stellung zu verfahren.

Sobald einer der Grenzkontakte ein Signal ausgibt, schließt die Diagnosebox 7 daraus, dass das Ventilglied 10 die Auf-Stellung erreicht hat und startet einen fünften Schritt 57, bei dem der Antrieb 22 wieder entlüftet wird, sodass sich das Ventilglied 10 in Richtung der Zu-Stellung bewegt. Dabei misst die Diagnosebox 7 die Zeit, bis der zweite Grenzkontakt erreicht wird und speichert diese als Initialschließlaufzeit in der Diagnosebox 7 ab.

In einem sechsten Schritt 59 wird der Antrieb 22 wieder belüftet, sodass sich das Ventilglied 10 wieder in Richtung Auf-Stellung bewegt. Dabei wird abermals die Zeit gemessen, bis der der Auf-Stellung zugehörige Grenzkontakt ein Signal ausgibt. Die gemessene Zeit speichert die Diagnosebox 7 als Initialöffnungslaufzeit ab.

In einem siebten Schritt 61 definiert die Diagnosebox 7 in Abhängigkeit der gemessenen Initialisierungsparameter Initialschließlaufzeit und Initialöffnungslaufzeit Grenzwerte, bei deren Überschreitung die Diagnosebox 7 eine Fehlermeldung oder einen Alarm auslöst, beispielsweise über das Anzeigeelement 42.

Der linke Arm und der rechte Arm zeigen Initialisierungsabläufe, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zeitgleich mit dem zuvor beschriebenen Initialisierungsablauf erfolgen können. Beispielsweise kann der linke Arm zeitgleich mit dem dritten Schritt 53 einen Schritt 53' durchführen, mit dem ein Drucksensor zur Messung des Fluiddrucks in der Zustellung des Ventilglieds 10 durch die Diagnosebox 7 aktiviert wird. Vor der Durchführung des sechsten Schritt 59 kann ein Schritt 59' durchgeführt werden, mit dem die Diagnosebox 7 den Fluiddruck in der Zu-Stellung über den Sensor misst und als Initialisierungsparameter hinterlegt. Über den rechten Arm kann die Diagnosebox 7 in einen zeitgleich zu den Schritten 53 und 53' durchgeführten Schritte 53“ durch die Diagnosebox 7 ein Sensor zur Messung des Volumenstroms aktiviert werden. Anschließend kann dann, insbesondere vor der Durchführung des Schritts 57, ein Schritt 57' durch die Diagnosebox ausgeführt werden, bei dem der Volumenstrom gemessen wird, wenn das Ventilglied 10 sich in Auf-Stellung befindet.

Die mit dem linken und rechten Arm gemessenen Initialisierungsparameter Fluiddruck bei Zu-Stellung und Fluidvolumenstrom bei Auf-Stellung können dann, wie zuvor für die Initiallaufzeit beschrieben, in dem siebten Schritt 61 genutzt werden, um Grenzwerte zu definieren, bei deren Überschreitung und/oder Unterschreitung in einem achten Schritt 63 ein Alarm, insbesondere über das Anzeigeelement 42, ausgegeben wird.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte prozesstechnische Anlage 1. Die prozesstechnische Anlage 1 kann beispielsweise eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen sein.

Die prozesstechnische Anlage 1 umfasst ein Prozessleitsystem 3, eine Sicherheitssteuerung 5, eine Diagnosebox 7 und eine Vielzahl von Feldgeräten 9. Mit den Feldgeräten 9 kann eine Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage 1 eingestellt werden. Die Feldgeräte 9 können beispielsweise Stellventile sein. Die prozesstechnische Anlage 1 weist außerdem eine Vielzahl an Sensoren zum Erfassen von Messdaten auf. Die Sensoren können entweder direkt einem Feldgerät 9 zugeordnet sein, wie der Sensor 11 in Figur 3, oder von den einzelnen Feldgeräten 9 unabhängige Daten erfassen, wie der Sensor 13 in Figur 3. das Prozessleitsystem 3 dient zum Steuern der prozesstechnischen Anlage 1 und weist beispielsweise ein Engineering System 15, eine Steuerung 17 und ein Asset Management System 19 auf. Das Prozessleitsystem 3 ist über eine Leitung 21 mit der Diagnosebox 7 verbunden. De Leitung 21 kann dabei gleichzeitig zur Bereitstellung von Leistung bzw. Strom und zur Datenübertragung verwendet werden. Mit anderen Worten ist über die Leitung 21 eine gleichzeitige Übertragung von mehreren Signalen möglich. Insbesondere handelt es sich bei der Leitung 21 um eine Ethernet-APL-Leitung. Zwischen dem Prozessleitsystem 3 und der Diagnosebox 7 ist ein APL-Powerswitch 23 zwischengeschaltet, der der Leistungsbereitstellung dient.

Die Sicherheitssteuerung 5 ist Teil eines Sicherheitskreises, der die Sicherheitssteuerung 5 und alle Geräte der prozesstechnischen Anlage 1 umfasst. Die Sicherheitssteuerung 5 ist in der Lage, die Geräte unabhängig von dem Prozessleitsystem 3 zu steuern. Die Sicherheitssteuerung 5 ist ebenfalls über eine Leitung 25 mit der Diagnosebox 7 verbunden, die ebenfalls eine Ethernet-APL-Leitung sein kann. Das Prozessleitsystem 3 und die Sicherheitssteuerung 5 bilden übergeordnete Systeme zur Steuerung und/oder Regelung der prozesstechnischen Anlage 1. Die Diagnosebox 7 kann zusätzlich mit einer Cloud verbunden sein (in Figur 3 nicht dargestellt), die dann ebenfalls ein übergeordnetes System der prozesstechnischen Anlage i sein kann und/oder über die ein Zugriff auf die erfassten Daten und/ oder das Prozessleitsystem 3 möglich sein kann.

In der Ausführung in Figur 3 sind die Feldgeräte 9 in drei Clustern 27, 29, 31 angeordnet, die jeweils mehrere Feldgeräte 9 aufweisen. Zwischen den Feldgeräten 9 eines Clusters 27, 29, 31 ist jeweils eine Datenübertragung möglich, mit anderen Worten sind die Feldgeräte 9 eines Clusters über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden. Außerdem ist in der Ausführung in Figur 3 eine Datenübertragung zwischen den Clustern 27, 29, 31 und der Diagnosebox 7 möglich. Dafür sind die Feldgeräte 9 mit Spur-Datenleitungen 33, die vorzugsweise Ethernet-APL-Leitungen sind, untereinander und mit der Diagnosebox 7 verbunden. Um die Leitungen 33 der einzelnen Feldgeräte 9 gesammelt mit der Diagnosebox 7 zu verbinden, ist zwischen einem Cluster 27, 29, 31 und der Diagnosebox 7 jeweils ein APL- Switch 35 zum Zusammenführen der Leitungen 33 angeordnet.

Die Leitungen 33 ermöglichen außerdem eine elektrische Abschirmung, so dass keine zündfähige Energie erreicht wird, sondern die Energie zuverlässig unter einem zündfähigen Level bleibt. Dadurch können die Feldgeräte 9 und die APL-Switches 35 auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 und 2 eingesetzt werden. In Figur 3 ist der Feldgerätecluster 29 in der Zone 1 angeordnet, die mit dem Bezugszeichen 37 angedeutet ist, und der Feldgerätecluster 31 in der Zone 2 angeordnet, die mit dem Bezugszeichen 39 angedeutet ist.

Eine Verbindung zwischen den Feldgeräteclustern 27, 29, 31 und dem Prozessleitsystem 3 und/oder eine Verbindung zwischen den Feldgeräteclustern 27, 29, 31 und der Sicherheitssteuerung 5 ist jeweils auch über eine zusätzliche parallele Leitung möglich. In Figur 1 ist beispielhaft der Feldgerätecluster 27 über eine Leitung 41 und einen APL-Switch 35 direkt mit der Prozessteuerung 3 verbunden, so dass das Prozessleitsystem 3 parallel zu der Verbindung über die Diagnosebox 7 auch direkt mit dem Feldgerätecluster 27 verbunden ist. Auf ähnliche Weise ist der Feldgerätecluster 27 in Figur 1 über eine zusätzliche Leitung 43 auch direkt mit der Sicherheitssteuerung 5 verbunden, wobei jedoch kein zusätzlicher APL-Switch vorgesehen ist, sondern die Leitung 43 der Sicherheitssteuerung 5 mit dem APL-Switch 35 verbindet, der zwischen dem Feldgerätecluster 27 und der Diagnosebox 7 vorgesehen ist. Es sei klar, dass alternativ auch die Leitung 43 einen zusätzlichen APL-Switch aufweisen kann und dass alternativ die Leitung 41 auch mit dem APL-Switch 35 zwischen dem Feldgerätecluster 27 und der Diagnosebox 7 verbunden sein kann. Es sei außerdem klar, dass auch für die weiteren Feldgerätecluster 29, 31 zusätzliche Leitungen vorgesehen sein können, die den jeweiligen Feldgerätecluster 29, 31 direkt mit der Prozessteuerung 3 und/oder der Sicherheitssteuerung 5 verbindet, was beispielhaft mit der Leitung 45 zwischen der

Sicherheitssteuerung 5 und den weiteren Feldgeräteclustern 29, 31 angedeutet ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichenliste

1 prozesstechnische Anlage

2 Stellventilsystem

3 Prozessleitsystem

4 Steuereinheit

5 Sicherheitssteuerung

6 Stellungsregler

7 Diagnosebox

8 Magnetventil

9 Stellventil io Ventilglied ii Sensor

12 Antrieb

13 Sensor

14 Ventilstange

15 Engineering System

16 Umhausung

17 Steuerung

18 Ventilgliedgehäuse

19 Management System

20 Ventilstangengehäuse

21 Leitung

22 Antriebsgehäuse

23 APL-Powerswitch

24 Sensor

25 Leitung

27 Cluster

29 Cluster

31 Cluster

33 Leitung

35 APL-Switch

37 Zone 1

39 Zone 2

40 Bedienelement

42 Anzeigeelement

44 pneumatische Leitung

41, 43, 45 Leitung

47 kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk

Claims

Ansprüche

1. Diagnosebox (7) zur Überwachung eines Stellventils (9) einer prozesstechnischen Anlage (1), wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, die dazu ausgelegt ist, das Stellventil (9) zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters zu steuern.

2. Diagnosebox (7) nach Anspruch 1, die ferner dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter im Betrieb des Stellventils (9) zu dessen Überwachung zu nutzen, insbesondere indem der Initialisierungsparameter als Referenzwerte eingesetzt wird, insbesondere wobei bei Überschreiten eines in Abhängigkeit des Referenzwertes definierten Grenzwertes eine Fehlermeldung und/oder ein Alarm ausgelöst wird.

3. Diagnosebox (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuern des Stellventils (9) zumindest das Verfahren eines Ventilglieds (10) des Stellventils (9), insbesondere von einer Auf-Stellung in eine Zu-Stellung und/oder von einer Zu-Stellung in eine Auf-Stellung, umfasst, wobei vorzugsweise die Zeit für das Verstellen des Ventilglieds (10) gemessen, insbesondere als Initiallaufzeit gespeichert, wird.

4. Diagnosebox (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter zeitgenau auszuwerten und/oder die Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters über eine Sicherheitssteuerung vorzunehmen.

5. Diagnosebox (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner ein Bedienelement (40) zum Starten der Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters aufweist.

6. Stellventilsystem (2), umfassend:

- ein Stellventil (9); und

- eine Diagnosebox (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche.

7. Stellventilsystem (2) nach Anspruch 6, wobei das Stellventil (9) und die Diagnosebox (7) über ein kabelgebundenes Kommunikations netzwerk (47), vorzugsweise mittels Ethernet, besonders bevorzugt mittels Ethernet-APL, miteinander verbunden sind, insbesondere direkt miteinander verbunden sind.

8. Stellventilsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Diagnosebox (7) als Anbaugerät des Stellventils (9) ausgebildet ist oder als Bestandteil eines Stellungsreglers (6) des Stellventils (9) ausgebildet ist.

9. Stellventilsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend:

- eine Sicherheitssteuerung (5) und ein Prozessleitsystem (3), wobei die Sicherheitssteuerung (5) und das Prozessleitsystem (3) Teil eines getrennten Sicherheitskreises und eines getrennten Steuerkreises sind, insbesondere wobei das Stellventilsystem (2) dazu ausgebildet ist, zwischen der Übertragung von sicherheitsrelevanten Signalen und Steuersignalen über ein gemeinsames Kabel hin und her zu schalten, und/oder wobei die Sicherheitssteuerung (5) und das Prozessleitsystem (3) über separate Kabel mit der Diagnosebox (7) und/oder dem Stellventil (9) verbunden sind.

10. Stellventilsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Diagnosebox (7) dazu ausgelegt ist, den wenigstens einen Initialisierungsparameter automatisch zu erkennen, insbesondere Grenzkontakte automatisch zu erkennen und jeweiligen Positionen zuzuordnen, insbesondere indem durch Abschalten, insbesondere Entlüftung, eines Antriebs (20) der eingenommene Betriebszustand und der diesem zugehörige Grenzkontakt als Zu-Stellung interpretiert wird.

11. Stellventilsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 ferner umfassend:

- wenigstens einen über die Diagnosebox auslesbaren Sensor (24), insbesondere wobei der wenigstens eine Sensor (24) direkt mit der Diagnosebox (7) verbunden ist oder über das Stellventil (9) mit der Diagnosebox (7) verbunden ist und/ oder wobei der wenigstens eine Sensor (25) über ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk (47), vorzugsweise mittels Ethernet, besonders bevorzugt mittels Ethernet-APL, mit der Diagnosebox (7) verbunden ist.

12. Prozesstechnische Anlage (1), wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen, umfassend eine Diagnosebox (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein Stellventilsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 11.

13. Verfahren zur Initialisierung eines Stellventils (9), insbesondere eines Stellventilsystems (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, einer prozesstechnischen Anlage (1), wie einer Chemieanlage, eines Kraftwerks, einer Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, bei dem das Stellventil (9) zur Bestimmung wenigstens eines Initialisierungsparameters von einer Diagnosebox (7), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gesteuert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Diagnosebox (7) ein Ventilglied (10) des Stellventils (9) zur Bestimmung des wenigstens einen Initialisierungsparameters von einer Auf-Stellung in eine Zu-Stellung und/ oder von einer Zu-Stellung in eine Aufstellung verfährt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Zeit für das Verfahren des Ventilglieds (10) zwischen der Auf-Stellung und der Zu-Stellung als Initiallaufzeit gemessen und mit einer vorbestimmten Laufzeit verglichen wird, wobei die Initialisierung im Falle eines Überschreitens der vorbestimmten Laufzeit abgebrochen wird und vorzugsweise ein Fehler ausgegeben wird und/oder die Initialisierung neu gestartet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Zeit für das Verfahren des Ventilglieds (10) zwischen der Auf-Stellung und der Zu-Stellung als Initiallaufzeit gemessen und in der Diagnosebox (7) gespeichert wird, insbesondere wobei die Zeit zum Verfahren von der Auf-Stellung in die Zu-Stellung als Initialschließlaufzeit gespeichert wird und die Zeit zum Verfahren von der Zu-Stellung in die Auf-Stellung als Initialöffnungslaufzeit gespeichert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Stellventil (9) zur Erkennung der Erreichung der Auf-Stellung und der Zu-Stellung Grenzkontakte aufweist, die bei Erreichen der jeweiligen Stellung ein Signal, insbesondere an die Diagnosebox (7), ausgeben.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei zur Ermittlung des wenigstens einen Initialisierungsparameters wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei, Grenzkontante und/oder wenigstens ein Sensor (24), insbesondere Drucksensor, Drehmomentsensor und/oder Hubsensor, eingesetzt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der wenigstens eine Initialisierungsparameter insbesondere von der Diagnosebox (7) zur Überwachung des Stellventils (9) im Betrieb, insbesondere als Referenzwert, eingesetzt wird, insbesondere wobei bei Überschreiten eines in Abhängigkeit des Referenzwertes definierten Grenzwertes eine Fehlermeldung und/oder ein Alarm ausgelöst wird.

0. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei im Rahmen der Initialisierung mehrere Initialisierungsparameter, umfassend, Zeiten, insbesondere Laufzeiten und/oder Schaltzeiten, Druck, insbesondere Fluiddruck, Ströme, insbesondere Fluidvolumenströme, Temperaturen, die Hubhöhe einer Ventilstange und/oder eines Ventilglieds des Stellventils, die Position von Grenzkontakten und/oder über Grenzkontakte fließende elektrische Ströme, bestimmt und vorzugsweise gespeichert werden.