电动气动致动器和用于加工厂的现场装置的制作方法

本实用新型涉及用于生产工艺设备如酿酒厂、石化厂等的现场装置的电动气动致动器如位置调节器或I/P转换器装置。这样的电动气动致动器一般被设计用于将气动式驱动作动信号发出给气动式驱动装置，以调节现场装置的调节装置，如调节阀。电动气动致动器包括气动式操作的指示装置，用于指示至少一个现场装置专属的操作信息。

背景技术：

这样的指示装置例如以用于可视化指示气动阀位置的气动式作动的指示器形式被公开，其用于打开或关闭流体管路。该阀具有包括工作腔的气动式驱动装置，该工作腔可接受与弹簧预压力相反作用的驱动压力以使驱动活塞运动来作动该阀。可视指示件被拧入驱动装置的驱动活塞的螺纹中，以跟随驱动活塞的运动。可视指示件以光学方式表明气动式驱动装置是否承受驱动压力。

技术实现要素：

本实用新型的任务是克服现有技术的缺点，尤其是提供一种电动气动致动器，其具有气动式操作的指示装置，该指示装置能指示可自由选择的操作信息。

据此，本实用新型的电动气动致动器(例如可以具有流量-压力转换器或带有微计算机的且具有流量-压力转换器的位置调节器)包括至少一个用于光学指示和/或声音指示至少一个现场装置专属的操作信息的气动式操作的指示装置。光学指示例如可以通过具有清楚可见的信号面的平移运动的信号体实现，该信号面发光、像镜子那样反光或具有保持与环境对比的颜色，如霓虹颜色。声音指示例如可以通过具有谐振腔的发声器实现，用于产生声音的空气流能在谐振腔内流动如喇叭、哨子、汽笛等。气动式驱动指示装置也既能以光学方式也能以声学方式可察觉地发出信号或指示。采用气动能来驱动指示允许节约生产工艺现场装置的电能。可供使用的现场装置的气动能 通常尤其出于安全技术考虑显著高于其可供使用的电能，只要电能大多是可供使用的。根据本实用新型，电动气动致动器给指示装置传输气动式指示作动信号，其可以不同于气动式驱动作动信号。因为在结构上可以针对气动式驱动指示不同地设计指示作动信号，因此该指示装置能指示例如与阀相关的、不同于存在于气动式驱动装置中的驱动压力的肉眼重现的操作信息。优选该气动指示作动信号配属于某种现场装置专属的操作信息，例如可以作为操作信息指示该现场装置尤其是阀的位置调节器的理论值、实际值、或调整参数。操作信息例如涉及要由现场装置控制或调整的工艺过程，例如工艺流体的温度、压力、流通量等。替代地或附加地，操作信息涉及驱动装置或阀的位置。该操作信息也可以涉及移动时间，即涉及阀门移动经过一定路段长度和/或从一定的初始位置至一定最终位置的所需时间。基于各种单独操作信息的组合所确定而推导出的操作信息可作为操作信息，或者涉及从前后例如可以间隔分钟、小时、天或周的相继时刻所确定的一定操作信息的趋势且尤其是涉及移动时间的趋势且在此是比如涉及对于前后许多天的相同路段长度的移动时间被分析。这种尤其是趋势性或推导出的操作信息能作为磨损程度或即将发生的事故的指示并且被指示报警。通过该指示装置可以传输单独的气动式指示作动信号，可以与驱动压力或驱动作动信号无关联地在采用气动能情况下指示任何一个操作信息。操作信息可通过气动式驱动指示让尤其也离待监测的现场装置有距离的操作者认识到。

也能使多个不同操作信息变得可识别，在这里，每个操作信息分别事先对应一个专属指示信号。

预先设定的对应关系例如可以通过颜色分配、对比或色调产生来区分。

不同于用于气动式驱动装置的气动式驱动作动信号的指示作动信号例如可以如此实现，即，采用两个或更多的I/P转换器，其中，一个转换器只用于作动气动式驱动装置，而至少一个其它I/P转换器产生至少一个气动式指示作动信号，优选是多个指示作动信号。

优选为了产生至少一个气动式指示作动信号而实现信息配属，其中所述至少一个气动式指示作动信号对应于一定的现场装置专属的操作信息。这例如可以通过尤其现场装置的位置调节器的微计算机来执行。显然，现场装置的各不同操作状态能由空气压力决定地与预定的气动式指示作动信号关联起来。

可由电动气动致动器实现的、指示作动信号与驱动作动信号的区分可以不仅如上 所述借助不同的I/P转换器通过电动气动结构化来实现，或者通过电路，例如通过微电路来实现。

在本实用新型的优选实施方式中，该电动气动致动器包括用于发出至少一个气动式指示作动信号的电动气动式指示信号转换器。所述至少一个气动式指示作动信号取决于与之关联的现场装置专属的操作信息。除了电动气动式指示信号转换器外，本实用新型的电动气动致动器还可具有电动气动式驱动信号转换器，其例如根据例行控制程序(关于待调节的调节机构的位置的额定值/实际值-信号处理)能发出一个或多个气动式驱动作动信号给气动式驱动装置，如单向作用或双向作用的气动式驱动装置。

在本实用新型的优选实施方式中，根据本实用新型的电动气动致动器具有用于采集、获得、发出和/或产生所述至少一个现场装置专属的操作信息的电子部件。确定何时且如何输出指示作动信号的电子部件可以例如从传感器直接获得待指示的操作信息并且触发指示。电子部件本身也能触发待指示的现场装置专属操作信息。该电子部件应该被设计用于将现场装置专属的操作信息例如发送至I/P转换器。在该电子部件负责调整的情况下，电子部件本身能产生待指示的现场装置专属的操作信息。该电子部件优选如此在结构上与气动式驱动指示装置相连，即造成具体气动式指示作动信号的发出。

该电子部件优选以微控制器或微芯片形式构成。该电子部件优选适于信号传输地与电动气动式指示信号转换器且在必要时与电动气动式驱动信号转换器相连。

在本实用新型的优选实施方式中，该电动气动式指示信号转换器和电动气动式驱动信号转换器就气压供应而言是串接或串联的。两个转换器优选与同一个气压源尤其是压缩空气源，如压缩机和/或压缩空气储罐相连。

在本实用新型的优选实施方式中，该气动式操作的指示装置只以气动方式尤其通过气动式驱动作动信号来驱动。

在本实用新型的优选实施方式中，气动式操作的指示装置被设计用于发出用于现场装置专属的操作信息的两个、三个、四个或更多的离散的光学信号和/或声音信号。与之结合或作为替代，电动气动致动器可以具有两个、三个、四个或更多气动式操作的指示装置用于以光学方式和/或以声音指示至少一个现场装置专属的操作信息。

在本实用新型的改进方案中，该电动气动致动器具有部件模块，部件模块被设计用于插入现场装置尤其是位置调节器的模块化插接位置中。电动气动致动器的部件模 块如此构造，使得它能接纳电动气动式驱动信号转换器和/或电动气动式指示信号转换器或其它转换器。尤其是该部件模块可以如此模块化地匹配于模块化插接位置，即其电接口在占用插接位置时相互对接(uebergehen)和/或其气压接口在占用插接位置时相互对接。

另外，本实用新型涉及一种用于加工厂如酿酒厂、石化厂等的现场装置。该现场装置包括调节装置(如调节阀、紧急安全阀等)、用于调节该调节装置的气动式驱动装置和根据本实用新型的如上所述的用于发出气动式驱动作动信号的电动气动致动器。

本实用新型的现场装置优选具有至少一个模块化插接位置用于接纳至少一个部件模块，其中所述至少一个模块化插接位置匹配于所述至少一个部件模块，其在占用插接位置时将电接口相互对接和/或在占用插接位置时将气压接口相互对接，尤其以气密方式。

另外，本实用新型涉及一种发出涉及加工厂如酿酒厂、石化厂等的现场装置的驱动信号如紧急信号的方法，其中，气动式驱动作动信号被发送至加工厂的作动该调节装置的气动式驱动装置。由气动式驱动指示装置接收气动式指示作动信号以便其操作。随后，示意性操作的指示装置产生光学和/或声学驱动信号。通过指示消耗该气动式指示作动信号的气动能的至少一部分以产生光学驱动信号和/或声音驱动信号。

优选该气动式指示作动信号的整个气动能被利用。

根据本实用新型，气动式指示作动信号如上所述地区别于驱动作动信号。

优选除了气动式指示作动信号的气动能外，指示不使用电能且尤其是绝不使用附加能来产生操作信号。

附图说明

在以下结合附图对本实用新型的实施方式的说明中描述了本实用新型的其它的性能、特征和优点，其中：

图1是具有根据第一实施方式的本实用新型电动气动致动器的现场装置的示意图；

图2是具有根据第二实施方式的本实用新型电动气动致动器的现场装置的示意图；

图3是具有根据第三实施方式的本实用新型电动气动致动器的现场装置的示意图；

图4示出具有模块化构成的本实用新型电动气动致动器的现场装置。

附图标记列表

1 现场装置

3 调节阀

5 伺服驱动装置

7 调节杆/调节轴

11 指示装置

13 指示信号管线

15 供应管线

17 调节压力管线

21 调节压力转换器

23 位置调节器

24 微控制器/微处理器

25 指示压力转换器

27 预控制级

31 位移或位置传感器

35 指示装置模块

107 流量-压力转换器

131 供应源

133 现场入口

123a，123b，123c，123d 插接位置或插入位置

125a，125b，125c，125d 气压输入接口

134a，134b，134c，134d 输出接口

135a，135b，135c，135d 电输入接口

167 电磁阀

e_E 控制信号

e_H 指示信号

e_S 调节信号

e_W 引导信号

P_H 指示压力

P_S 调节压力

P_V 供应能

具体实施方式

在图1至图4中示出本实用新型的电动气动致动器的实施方式。在此，为了易读起见，不同优选实施方式的相似的或相同的零部件在下文中具有相同的或相似的附图标记。

一般，现场装置带有附图标记1。现场装置1配备有电动气动致动器例如位置调节器、I/P转换器、包括多个I/P转换器的I/P转换器装置、电动的、电动气动的或气动的放大装置等。

现场装置1包括调节阀3，调节阀通过气动式伺服驱动装置5作动或调节，其中调节力从气动式伺服驱动装置5借助调节杆或调节轴7传递至调节阀3。

现场装置1的电动气动致动器包括气动式操作的指示装置11，该指示装置能以声学方式、视觉方式或声学和可视方式指示出该现场装置的至少一个操作信息。指示装置11可以发出用于操作信息的信号，例如通过声音作为升降信号(Hubssignal)、哨音信号、汽笛信号或敲击信号(Perkussionssignal)被发出或以光学方式通过光学信号体(例如颜色表征的发光的和/或反射的信号体)的单次、多次或连续的运动或位置变化来指示。该光学指示装置的信号体例如能以活动板、尤其是平移板或回转板形式实现。也可以想到至少局部透明的空心体作为光学指示装置，其填充有各种流体，在此，根据气动式操作的指示装置11的指示压力P_H，在该透明部段内可以看到透明流体或某种颜色的流体。

为了指示，指示装置11通过用于传输指示信号的气动式指示信号管线13接收气动式指示信号。在指示信号管线13中的气动式指示信号压力P_H可以源于与气动式伺服驱动装置5的气动式调节压力P_S相同的气压源(未示出)，该调节压力造成用于操作调节阀3的调节力。但也可以想到，气动式伺服驱动装置5和气动式指示装置11由功能上相互无关的且结构上相互分开的气压源馈给气压。

与气动式操作指示装置11设计发出的信号类型无关地，显然，指示装置11用以指示指示信号的能量能只以气动方式被供给指示装置11。尤其是气动式指示装置11可以摆脱电能供应。其能量供应完全或只通过气动能(即空气压)提供的指示装置11尤其在受到爆炸威胁的区域内是有利的，这是因为由指示装置电路电压引起的爆炸危险被完全消除。

尤其可以如此设计气动式操作的指示装置11，即根据所输入的指示压力P_H输出两个、三个或四个离散的预定光学信号和/或声学信号中的一个。尤其是考虑不同的颜色或声调。

指示装置11的离散的信号输出例如可以如此实现，做法是指示压力转换器25被构造成根据电指示信号e_H预定用于气动式操作的指示装置11的两个、三个、四个或更多不同的离散指示信号压力P_H中的一个。替代地或补充地，电动气动致动器可以如上所述产生多个不同的气动式指示装置11以发出不同信号，即不同类型的信号，或相同类型的不同信号。指示装置11尤其可以发出用于与现场装置1相关的故障、正常运行、维护需要或功能控制即实际所执行的维护的不同离散信号。

在如图1至图4所示的优选实施方式中，设有唯一的用于供应气动式指示装置11和气动式伺服驱动装置的气压源。在常见的生产工艺设备中，压缩机和/或压缩空气储罐作为气压源提供具有6巴供应压力的气动能的连续供应。现场装置1通过气动式供应管线15被从气压源提供供应压力。

为了从供应管线15向气动式伺服驱动装置5供应气动能或供应压力P_V，现场装置1包括也可被称为调节压力转换器21的I/P转换器，其给气动式伺服驱动装置5提供用于作动调节阀3的气动式调节压力P_S。

为了借助气动式伺服驱动装置5控制和/或调节该调节阀3，现场装置1可以具有位置调节器23。位置调节器23产生模拟或数字的电气调节信号e_S，调节压力转换器21基于此改变气动式调节压力P_S。

此时清楚知道，在图1至图4的优选实施方式中，气动式伺服驱动装置5以单向作用的驱动装置形式实现，在这里，调节压力P_S促使调节杆或调节轴7只在一个方向上移动。与气动式驱动装置5的作用方向相反地被偏置的(未示出)弹簧造成调节杆或调节轴7在相反方向上运动，只要弹簧力超过气动调节力。

也可以想到以下的替代实施方式，在此设有气动式双向作用的驱动装置用于作动 该调节阀3，其中，每个腔需要一个单独的调节压力转换器，以便使所述腔相反地作用。这些腔之间的压力梯度因此造成用于调节阀的调节力。但此外为了简单起见，以下将仅描述具有单向作用的伺服驱动装置5的现场装置1。

现场装置1包括另一个电动气动转换器或I/P转换器，其可以被称为指示压力转换器25，以在用于气动式操作的指示装置11的气动式指示信号管线13内提供气动式指示信号压力P_H。指示压力转换器25从位置调节器23接收电指示信号e_H并且基于该电指示信号发出用于指示装置11的气动式指示信号或指示信号压力P_H。关于供应压力Pv、调节压力Ps和指示信号压力P_H清楚的是，沿用于电动气动致动器功能的各自的压力引导管线的可能有的压力损失可被视为可忽略不计。

在一个未示出的替代实施方式中，可以设有用于产生电指示信号e_H的辅助信号电子装置，其在结构上与用于产生调节信号e_S的位置调节器23分开地和/或在功能上与位置调节器23无关地实现。但优选如图4所示只设置一个微控制器24，其不仅给两个I/P转换器(即调节压力转换器21和指示压力转换器25)提供电控制信号e_S，也提供电指示信号e_H。

位置调节器23可以具有用于不同的输入参数或输出参数的多个输入端和输出端。除了输出参数(即指示信号e_H和调节信号e_S)，位置调节器23还可以发出其它的控制信号和/或调节信号，例如用于电预控制级(Vorsteuerstufe)27的电控信号e_E。

除了例如加工厂的控制台的电引导信号e_W外或替代该电引导信号，位置调节器23可以接收涉及现场装置1的输入信号(例如紧急信号或传感器信号)，例如来自位移或位置传感器31的传感器信号，其表示调节杆7或调节轴和与之相连的调节阀3的位置。这样的输入信号可以在上述替代实施方式中也被提供给指示电子装置。传感器信号也可涉及通过现场装置1调节或控制的过程，尤其是工艺流体，例如其温度或压力。具有微控制器24的位置调节器23还可以考虑时间作为输入参数。代替微控制器24，该电子部件可以包括或许具有单独的存储单元和/或电路如模拟电路的微处理器。

当出现现场装置1的某个操作信息时，例如当涉及压力、温度、阀位置等的阈值小于最小值、高出最大值或者在两个确定的极限值(即一个下限值和一个上限值)之间时，电指示信号e_H例如随后可以促使指示装置11发出可视或声音的指示或信号。但当离开某个驱动状态时，例如当省掉操作信息时，例如当现场装置1的电能供应出 故障时或者当气动式伺服驱动装置5的气压供应能出故障时(如当用于气动式伺服驱动装置5的气动式供应能Pv降低到小于最小压力时)，指示装置11也可以借助相应的指示信号压力P_H被作动。

在如图1所示的优选实施方式中，指示压力转换器25从调节压力管线17获得气动能，通过该调节压力管线经调节压力转换器21给气动式伺服驱动装置5提供调节压力Ps。因为用于借助气动式操作的指示装置11产生指示信号的气动能一般相比于气动式伺服驱动装置5所施以用来作动调节阀3的气动式操作能小许多，因此通过指示压力转换器25抽取指示压力所引起的气动式伺服驱动装置5的调整在确实如此的情况下只受到轻微影响。指示压力P_H可以在根据图1的实施方式中最高与调节压力Ps一样大。在根据图1的实施方式中，供应管线15、调节压力管线17和指示信号管线13串联。

根据图2的优选实施方式与之的区别在于，指示信号压力P_H由指示压力转换器25直接从供应管线获得并且馈送至指示信号管线13中以作动指示装置11。根据图2，调节压力转换器21也从气动式供应管线15抽取用于调节压力管线17的气动式调节压力Ps以作动气动式伺服驱动装置5。因此在如图2所示的实施方式中，气动式指示信号管线13和气动式调节压力管线17相互并行。调节压力Ps和指示信号压力P_H都可以彼此无关地最大与为其供压的供应压力Pv一样大。

在常见的生产工艺设备中，提供气动式供应压力Pv的供应源体积很大，因此在根据图2并行布置气动式指示装置11和气动式伺服驱动装置5时，实现了两个部件的基本独立的气动式作动。因此，当因气动式伺服驱动装置5和气动式指示装置11的气压功耗大致在相同数量级时，例如当设有尤其高功率的指示装置11和/或尤其小尺寸的气动式致动器5时，这样的实施方式可能是有利的。

通过调节压力转换器21和指示压力转换器25分别直接从供应管线15获得调节压力Ps和指示信号压力P_H，还保证了在气动式伺服驱动装置5因工艺过程错误等紧急排气和由此导致的调节压力管线17紧急排气时没有影响到给指示装置11供应压缩空气。在根据图2的优选实施方式中，气动式指示装置11和气动式驱动装置5的气压供应换言之如此相互无关联，即在一个管路排气时，另一个管路未被排气。显然，在排气时在排气管路中出现这样的压力，该压力大致等于大气压或至少明显低于供应压力Pv。就是说，由于指示装置11和驱动装置5的气压无关联，指示装置11尤其 也可以在伺服驱动装置5排气时发出信号如事故信号。

在图3所示的优选实施方式中未示出用于指示压力转换器25和由此借助气动式指示信号管线13供应的气动操作的指示装置11的供应气压源自何处。指示信号压力转换器25可以如图1所示从气动式驱动装置5的调节压力Ps获得气动能。但为了根据图3的指示压力转换器25的气压供应，优选直接由如图2所示的气动式供应管线15的供应或者由其它来源的(未示出)气动式供应管线实现供应。通过这种方式，指示装置11的作动在气动方面与气动式驱动装置5的调节压力转换器21无关，或甚至与气动式伺服驱动装置5的总供应气压无关。

另外，如图3所示的优选实施方式与之前的实施方式的区别在于，不仅给气动式操作的指示装置11提供由指示压力转换器25限定的指示信号压力P_H，也提供气动式伺服驱动装置5的调节压力Ps。通过这种方式，气动式作动的指示装置11的指示输出不仅取决于调节压力Ps，也取决于指示信号压力P_H。气动式作动的指示装置11因此可以像逻辑“and”功能块那样当在两个管线13和17上有一定压力(高于环境压力)时指示一定的工作状态。尤其是，根据图3的气动式指示装置11也可以如此构成，即，当在两条管线(即指示信号管线13和调节压力管线17)上或只在一条管线即指示信号管线13或调节压力管线17上不存在压力(即环境压力)时，则光学和/或声学紧急信号被指示。通过这种方式实现气动式冗余紧急指示。

根据图4的模块化构成的现场装置1的尤其优选的实施方式也能配备有本实用新型的电动气动致动器。模块化现场装置系统的基本结构和功能在德国申请DE102012021387和DE102012021388中有描述，其全文被援引纳入本说明书。

如图4所示的现场装置1具有包括气压现场入口133的流量-压力转换器或I/P转换器装置，在该气压现场入口处，由供应源131供给气动供应压力Pv的气动式供应管线15通入流量-压力转换器107。另外，流量-压力转换器107具有四个插接位置或插入位置123a、123b、123c、123d，其基本相同地构成并且可从流量-压力转换器107外自由接近。插接位置或插入位置123a、123b、123c、123d可选地能被四个单独的不同构型的模块化电子部件占用。

根据图4，在插接位置或插入位置123d中装入指示装置模块35，指示装置模块包括指示压力转换器25和根据操作以气动方式与指示压力转换器25相连的气动式指示装置11。显然，气动式作动的指示装置11的信号发射部分在指示装置模块35适 合操作地被装入插接位置或插入位置123d时如此相对于流量-压力转换器7和指示装置模块35、尤其是各自壳体布置，即通过指示装置11所发出的声音信号和/或光学信号是可察觉的。例如可以为此如图4示意性所示，使一光学指示装置凸伸超出流量-压力转换器7的壳体，以便让操作者看到。声音指示装置不一定必须能够从流量-压力转换器壳体(或指示装置模块35的壳体)外可见，只要保证声音指示装置11的声学信号明显盖过现场装置1的适合操作的环境噪音即可。

作为其它模块化电子部件，例如可以设置I/P转换器，如调节压力转换器21、数据存储器、气动式操作的发电机、微处理器24和/或电子开关(如电预控制级27)，其中也可以将具有不同功能方式或功率参数的同构型的模块化电子部件装入插接位置中。插接位置123a-123d如此模块化调整，其根据采用哪个预定的模块化电子部件通过至各自其它元件的电气和/或气压通讯管线的形成保证了电子部件的功能。

插接位置123a-123d具有与供应管线15相连的气压输入接口125a-125d以及与微处理器23相连的电输入接口135a-135d及输出接口134a-134d。每个插接位置123a还可以具有输出接口137a、137b(未示出插接位置123c和123d的输出接口)，可以借此发出任何类型模块化电子部件的电气或气压性质的输出信号。

在如图4所示的有利实施方式中，调节压力转换器21和指示压力转换器25的气压供应基本上就像如图2所示的实施方式那样进行，其中调节压力转换器21和指示压力转换器25接受气动式供应管线15的供应压力Pv。图4的实施方式与图2的实施方式的区别主要在于紧急排气阀，其能以电磁阀167形式实现，或者替代地(未示出)以气动式作动的快速排气装置形式实现，其中在气动式作动的快速排气装置情况下，代替电预控制级27，用于发出紧急排气信号的气压预控制级经由紧急排气信号管线168被交付给紧急排气阀。

作为模块化电子或电动气动部件，也可以在任意插接位置123a-123c中装入该流量-压力转换器的其它部件如微处理器23、数据存储器、无线电模块或例如用于与外部电气部件通信的电路。可以为流量-压力转换器107的插接位置123c设置空载模块151，其既不包含电气部件，也不包含气动部件，而是基本上只用于机械遮盖功能未被占用的插接位置。

关于模块化现场装置1的尤其是与微控制器23和单独的电子和/或电动气动模块化部件之间(借助其接口134a-134d和135a-135d)的通讯相关的其它功能性，参见 上述两个申请DE102012021387和DE102012021388。

替代所述实施方式，可以设置(未示出)第二气动式作动的指示装置11及其所属(第二)指示压力转换器，指示压力转换器给附加的(第二)指示装置提供(第二)指示信号压力，该指示信号压力与用于驱动所述气动式驱动装置5的调节压力Ps以及与用于驱动(第一)气动式操作的指示装置11的指示信号压力P_H不同。

例如，代替图4所示的空载模块151，可以设有(未示出的)第二指示模块。因此，例如可以产生气动冗余信号或者针对不同信号类型(光学或声学)的信号或者相同类型的不同信号(例如不同调门的声调)规定不同的气动信号指示，例如用于不同的现场装置专属的操作信息。

在以上的描述、附图或权利要求书中所公开的特征能够单独地或也能以任何组合形式对于以不同实施方式实现本实用新型来说是有意义的。