Bauart 3793
Elektropneumatischer Stellungsregler TROVIS SAFE 3793
Ventildiagnose EXPERTplus

Anwendung
Stellungsregler-Firmware zur Früherkennung von StellventilFehlzuständen mit Hinweis auf vorausschauende Wartungsmaßnahmen

für sicherheitsgerichtete Auf/Zu-Ventile

Die Firmware EXPERTplus für TROVIS-SAFE-Geräte dient zur
Fehlererkennung und vorausschauenden, zustandsorientierten
Wartung von Ventilen mit pneumatischen Antrieben für sicherheitsgerichtete Kreise. Die gesamte Diagnosefunktionalität ist
vollständig im Stellungsregler integriert und bietet eine Vielzahl von Funktionen zur Früherkennung von Fehlzuständen
bei Auf/Zu-Ventilen.
Der Stellungsregler wertet den Sollwert im Automatikbetrieb
diskret aus. Abhängig von einstellbaren Grenzwerten fährt
der Stellungsregler das Ventil in den Arbeitspunkt oder in die
Sicherheitsstellung. Bei einem Sollwert zwischen der vordefinierten oberen und unteren Testgrenze löst der Stellungsregler
einen automatisierten Teilhubtest (PST) aus.
Der komfortable Zugang, die Darstellung und die Bearbeitung
der Diagnose ist mit dem Programm TROVIS-VIEW gegeben
und leicht erlernbar. Durch die Integrationsmöglichkeiten miteDD, eEDD, FDT/DTM sind die Diagnosefunktionen auch inweiteren Engineering-Tools problemlos verfügbar. Klassifizierte Statusmeldungen sowie der Sammelstatus nach NAMUREmpfehlung NE 107 werden zusätzlich auf dem Vor-Ort-Display gemeldet.
TROVIS-VIEW: Bedienoberfläche zur Konfiguration und Parametrierung verschiedener SAMSON-Geräte
FDT: Field Device Tool – für die herstellerunabhängige Integration von Feldgeräten
DTM: Device Type Manager – Festlegung der Geräte- undKommunikationseigenschaften
DD/eDD: Device Description/Enhanced Device Description

Bild 1: Stellungsregler TROVIS SAFE 3793 mit
EXPERTplus-Ventildiagnose•• Beobachtungs- und Testfunktionen zur Ermittlung von kritischen Zuständen vor einem erkennbaren Fehlverhalten
und zur vorausschauenden Wartung von Auf/Zu-Ventilen•• Anzeige von klassifizierten Status- und Fehlermeldungen•• Statusklassifikation und Sammelstatus basieren auf derNAMUR-Empfehlung NE 107•• Statusmeldungen und Sammelstatus auch vor Ort über das
Display des Stellungsreglers ablesbar•• Betriebsstundenzähler erlaubt eine zeitliche Einordnung
der Daten und EreignisseMerkmale•• Diagnose-Firmware für Auf/Zu-Ventile•• Diagnosedaten werden stetig im Stellungsregler erfasst,
gespeichert und ausgewertet. Statusmeldungen werden
selbsttätig generiert. Die Testergebnisse und ihre Auswertung sind im Stellungsregler abgelegt.

•• Teilhubtest (PST) zur Bewertung der dynamischen Beweglichkeit des Ventils•• Speichern der Diagnosedaten und Testergebnisse sowie
Auswertung im Stellungsregler•• Zyklische Abfrage der Diagnosedaten, multiplexerfähig

Optional•• Anzeige der minimalen und maximalen Temperatur mitMeldung bei Überschreiten der Grenzwerte•• Binäreingang z. B. zum Starten von Testfunktionen, Überwachen von externen Magnetventilen u. Ä.

Typenblatt TROVIS-VIEW

u T 6661

Typenblatt Stellungsregler TROVIS SAFE 3793

u T 8493S

Ausgabe Januar 2018

Typenblatt

T 8389-2S

Tabelle 1: Funktionsübersicht EXPERTplus
Funktionvgl. Abschnitt Beschreibung

ab Benutzer­ebene

Inbetriebnahme-Diagnose1.1

Regler-Selbsttest, mechanischer Anbau, Stellbereich, Initialisierungszeit Öffnungsund Schließzeit

Vor Ort: Lesen

Aktuelle Prozessgrößen

1.2.1

Prozessgrößen Sollwert, Ventilstellung, Regelabweichung, Betriebsstundenzähler

Vor Ort: Lesen

Betriebsparameter

1.2.2

Anzahl der Nullpunktabgleiche und Initialisierungen, Temperatur, Wegintegral,
Regler-SelbstüberwachungVor Ort: Lesen

Statusmeldungen/-klassifikation

1.2.3

Anzeige und Protokollierung klassifizierter Statusmeldungen und Sammelstatus

Diagnose

3.1Ändern der Statusklassifikation

Diagnose

Beobachtungsfunktionen

Daten werden während des laufenden Prozesses – ohne Beeinträchtigung des Regelbetriebs – gesammelt, im Stellungsregler gespeichert und ausgewertet. D. h., der Stellungsregler folgt jederzeit dem vorgegebenen Sollwert. Bei einem Ereignis wird eine
klassifizierte Status- oder Fehlermeldung generiert.
Auf/Zu2.1.1

Losbrechschwelle, Grenzwert zur Erkennung der geöffneten/geschlossenen Stellung, Zeitstempel, Startwert, Totzeit, Laufzeit, Endwert Laufzeitmessung, Bewegungsursache, Status der letzten Messung

Diagnose

Histogramm Ventilstellung

2.1.2

Statistische Verteilung der Ventilstellung

Diagnose

Histogramm
Regelabweichung

2.1.2

Statistische Verteilung der RegelabweichungDiagnose

Histogramm Lastwechsel

2.1.2

Statistische Verteilung der Lastwechsel, Dynamischer Belastungsfaktor von Stopfbuchse und Metallbalg

Diagnose

Endlagenverlauf

2.1.3

Trend Endlage, Detektion Nullpunktverschiebung

Diagnose

Testfunktionen

Hier werden – ähnlich wie bei den Beobachtungsfunktionen – Daten gesammelt, im Stellungsregler gespeichert und ausgewertet.
Nur wird die Ventilposition nicht vom Sollwert, sondern von der jeweiligen Testfunktion vorgegeben. Die Testfunktionen dürfen
nur gestartet werden, wenn der Anlagenzustand dies auch zulässt (z. B. Anlagenstillstand oder Wartung in der Werkstatt).
Sprungantwort (PST)

2.2.1

Zeitstempel, Totzeit, T86, Überschwinger, Druck (nur mit Option Drucksensoren),Teststatus

Vor Ort: Schreiben 2),
Diagnose

Sprungantwort (FST)

2.2.2

Zeitstempel, Totzeit steigend/fallend, T86 steigend/fallend, T98 steigend/fallend,
Teststatus

Vor Ort: Schreiben 2),
Diagnose3

Gesammelte Daten und Auswerteergebnisse sind grafisch darstellbar.

Vor Ort: Lesen4Stellungsregler mit Option Binäreingang: Protokollierte Aktionen zu einzelnen
Funktionen und einmalig ausführbaren Tests

Diagnose

Statusmeldungen
Darstellung und Parametrierung via Software
OptionBinäreingang
1)

2)

Der Stellungsregler verfügt über drei Benutzerebenen mit unterschiedlichen Lese- und Schreibberechtigungen:–– Vor Ort: Lesen · Parameter, die am Stellungsregler angezeigt werden, können über die Software gelesen werden–– Vor Ort: Schreiben · Parameter, die am Stellungsregler angezeigt werden, können über die Software gelesen und geschrieben werden–– Diagnose · Parameter, die am Stellungsregler angezeigt werden und Diagnoseparameter können über die Software gelesen und geschrieben
werdenEingeschränkte Funktion (inkl. Teststart, Teststopp)2		T 8389-2S

1

EXPERTplus-Ventildiagnose

1.1 Inbetriebnahme-Diagnose
Um eine einwandfreie Inbetriebnahme sicherzustellen, überwacht EXPERTplus den automatischen Initialisierungslauf. Dabei wird auch die Belüftungs- und Entlüftungszeit ermittelt.
Zusätzlich meldet die Diagnose Fehler bei Anbau und Stellbereich, bei Hardware und Datenspeicher sowie die Initialisierungszeit.

1.2.3 Direkte Erkennung der Fehlerursache
Die von EXPERTplus generierten Alarm- und Statusmeldungenermöglichen im Fehlerfall eine schnelle Fehlerortung. Die letzten 400 Meldungen werden mit Zuordnung zum Betriebsstundenzähler in einem Ringspeicher protokolliert. Im Fehlerfall ist
dadurch eine schnelle Fehlerortung möglich.
Beispielsweise werden folgende Statusmeldungen unterschieden:–Inbetriebnahme–

Konfiguration–Prozesswerte–Diagnose–

AMR-Signal außerhalb des Bereichs–Grenzwert Wegintegral überschritten–Untere/Obere Endlage verschoben

1.2.2 Wichtige Betriebsparameter/Statusmeldungen–

Dynamischer Belastungsfaktor überschrittenFür die Beurteilung des aktuellen Zustands des Stellventils undfür die vorausschauende Wartung liefert EXPERTplus dem Anwender eine Übersicht über den Gerätezustand. Durch einenZeitstempel wird die Zuordnung der Meldungen für nachfolgende Betriebsparameter erleichtert:–

Regelabweichung–Brownout–

Strom zu gering/zu hoch

–IP Shutdown• Betriebsstundenzähler, Unterscheidung zwischen „Gerät
eingeschaltet seit letzter Initialisierung“, „Gerät in Regelung“ und „Gerät in Regelung seit letzter Initialisierung”–Grenztemperatur unterschritten/überschritten–Drehwinkelbegrenzung

1.2 Prozessgrößen und Betriebsparameter1.2.1 Aktuelle Prozessgrößen
EXPERTplus stellt die im Stellungsregler gesammelten wichtigsten Prozessgrößen wie Sollwert, Regelgröße, Regelabweichung und Temperatur zur Verfügung und bewertet die Diagnosedaten.

• Anzahl der Nullpunktabgleiche• Anzahl der Initialisierungen• Setzen einer Statusmeldung• Rücknahme einer Statusmeldung• Erfolgreiches Beenden einer Testfunktion

Bild 2: Protokollierung von Ereignissen

T 8389-2S3

2Funktionen

2.1 Beobachterfunktionen
Das kontinuierliche Aufnehmen der Diagnoserohdaten im
Stellungsregler gibt Aufschluss über das Stellverhalten desStellventils unter Prozessbedingungen.
Die kontinuierliche Aufnahme der Signale erlaubt eine Auswertung für den aktuellen Messausschnitt und für die gesamte
Lebensdauer des Stellungsreglers.
Mithilfe von Beobachtungsfunktionen können Maßnahmen zur
vorausschauenden Wartung generiert werden. Weiterhin wird
auch ein akuter Handlungsbedarf gemeldet.
2.1.1 Auf/Zu
Die Auf/Zu-Diagnose macht Aussagen zur Hubendstellung,also den tatsächlichen Hubbereich sowie über Veränderungender Laufzeiten und der Losbrechzeiten.
Bei Auf/Zu-Ventilen wird die Diagnose in der Betriebsart
AUTO im Hintergrund automatisch durchgeführt. Eine Aktivierung der Beobachterfunktion ist nicht erforderlich. Im laufenden Betrieb werden die Parameter Losbrechzeit, Laufzeit undHubendstellung ermittelt. Dabei gelten die zuerst aufgenommenen Werte als Referenzwerte für weitere Tests.
Weist die Auswertung auf einen Fehler hin, generiert der Stellungsregler eine entsprechende Meldung.
2.1.2 Histogramme
Die Datenaufzeichnung erfolgt selbsttätig im Hintergrund unabhängig von der eingestellten Betriebsart. In grafischer Formstehen die Daten über die Lebenszeit oder über einen individuell vorgegebenen Beobachtungszeitraum zur Verfügung.

RegelabweichungDas Histogramm Regelabweichung ist eine statistische Auswertung der aufgezeichneten Regelabweichungen. Es gibt einen Überblick wie häufig und in welcher Höhe eine Regelabweichung am Ventil aufgetreten ist und ob sich ein bestimmter
Trend abzeichnet. Die Regelabweichung ist im Idealfall möglichst klein.
Lastwechsel
Das Histogramm Lastwechsel ist eine statistische Auswertungüber die gefahrenen Zyklen. Es liefert Informationen über die
dynamische Belastung der Packung und eines eventuell vorhandenen Metallbalgs. Ein Zyklus beginnt bei einer Richtungsumkehr des Ventilhubs und endet bei der nächsten Richtungsumkehr des Ventilhubs.
Der Stellungsregler generiert eine entsprechende Meldung,wenn die Auswertung des Histogramms auf ein Überschreitung des dynamischen Belastungsfaktors hinweist.
2.1.3 Endlagenverlauf
Der Stellungsregler erlaubt die Beobachtung der unteren undoberen Endlage mit dem Ziel, Verschleiß oder Verschmutzung
der Garnitur frühzeitig zu erkennen. Bei Erreichen der Endlage wird die Ventilstellung gemessen und bei Änderungen ein
Zeitstempel protokolliert. Dabei wird der erste Messwert als
Referenz verwendet.
Verschiebungen der Endlage werden entsprechend der vorgegebenen Statusklassifikation gemeldet.

Ventilstellung
Das Histogramm Ventilstellung ist eine statistische Auswertung
der aufgezeichneten Ventilstellungen. Es zeigt, wo das Ventil
vorwiegend gearbeitet hat und ob sich der Arbeitsbereich
verschiebt.

Bild 3: Auf/Zu

4

T 8389-2S

Bild 4: Histogramm Ventilstellung

Bild 5: Histogramm Regelabweichung

Bild 6: Histogramm Lastwechsel

Bild 7: Unterer Endlagenverlauf

T 8389-2S5

2.2 Testfunktionen
Zum Durchführen der Testfunktionen muss sichergestellt sein,
dass die Anlage und ein laufender Prozess ein Durchfahrendes Arbeitsbereichs zulässt.
Die Testfunktionen liefern einen Überblick über den aktuellen
Stellventilzustand und eventuelle Fehlfunktionen. Sie unterstützen damit die Fehlersuche und die Planung von Wartungsarbeiten.
2.2.1 Sprungantworttest (PST)
Der Sprungantworttest (PST) ist besonders für die zustandsorientierte Erkennung von Fehlzuständen pneumatischer Absperrarmaturen geeignet. Mit ihm können die Versagenswahrscheinlichkeit im Notfall gesenkt und erforderliche Wartungsintervalle eventuell verlängert werden. Ein Festsetzen (Festfressen) einer im Normalfall in der Endlage befindlichen Absperrarmatur kann verhindert werden. Am Anfang der Bewegung
aus der Endlage muss das Losbrechmoment überwunden werden. Das Losbrechmoment ist abhängig von der Abdichtung,von Ablagerungen, vom Medium und von der Reibung in derVentilgarnitur. Wird das Losbrechmoment überwunden, kanndavon ausgegangen werden, dass das Ventil auch vollständig
schließt. Die Aufnahme des Testverlaufs ermöglicht zusätzlicheine Bewertung des dynamischen Stellverhaltens. Dazu wird
das Ventil um einen frei definierbaren Stellbereich durchfahren.
Das Testergebnis wird in einem Bericht und Diagramm dargestellt. Der Stellungsregler kann maximal 52 Berichte und 7
Diagramme speichern.
2.2.2 Sprungantworttest (FST)Die Aufnahme des Testverlaufs ermöglicht die Bewertung desdynamischen Stellverhaltens. Beim Sprungantworttest (FST)
wird das Ventil – anders als beim Sprungantworttest (PST) –über den gesamten Stellbereich verfahren.
Das Testergebnis wird in einem Bericht und Diagramm dargestellt. Der Stellungsregler kann maximal 7 Berichte und 7 Diagramme speichern.

3Darstellung und Parametrierung der integrierten Diagnose EXPERTplus

Die von der Diagnosefirmware im Stellungsregler gesammelten Daten, Testergebnisse und Statusmeldungen werden vonden Programmen TROVIS-VIEW oder dem DTM komfortabel
grafisch aufbereitet und angezeigt.

3.1 Klassifizierung und Kennzeichnung vonStatusmeldungen
Basierend auf der NAMUR-Empfehlung NE 107 werden dievon EXPERTplus generierten Meldungen (Ereignisse) mit einem
Status klassifiziert.
Die Klassifizierung kann benutzerdefiniert zugeordnet werden. Die klassifizierten Statusmeldungen (Ereignisse) werden
zu einem Sammelstatus zusammengefasst.
SammelstatusStatusmeldung

TROVIS-VIEW/DTM

Keine Meldung, o. k.

grün

Wartungsbedarf

blau

Außerhalb der Spezifikation

gelb

FunktionskontrolleorangeAusfallrot

Der Sammelstatus wird auf dem Display angezeigt und istüber die Kommunikation auslesbar.

3.2 Diagrammdarstellung in TROVIS-VIEW,DTM, eDD (z. B. Siemens PDM)
Die gesammelten Rohdaten und Testergebnisse sowie die vom
Stellungsregler gesammelten Größen werden durch die Software mit der Trend-Viewer-Funktionalität in einer entsprechenden Kurve grafisch dargestellt.
Gesammelte Rohdaten und Testergebnisse sind:–– Aktuelle Prozessgrößen–– Endlagenverlauf–– Sprungantwort (PST)
Die in Kapitel 2.1.2 beschriebenen Histogramme werden in
Form von Balkendiagrammen dargestellt.
Die Darstellung macht Veränderungen im Stell- und Regelverhalten sichtbar und unterstützt vorausschauende Wartungsmaßnahmen.

4Binäreingang

Weiterhin sind die Diagnosedaten mit der DD (Device Description) auch anderen Engineering Tools zugänglich. Die Integration mit eDD (Enhanced Device Description) gestattet
eine grafische Darstellung (z. B. mit Siemens PDM, AMS). DieDarstellung ist von dem entsprechenden Bedienprogramm abhängig.

Über den optionalen Binäreingang sind verschiedene Aktionen ausführbar, die auch die Diagnosefunktionen betreffen.
Die ausgeführten Aktionen werden vom Stellungsregler protokolliert.

6		T 8389-2S

Bild 8: Sprungantworttest (PST)

Bild 9: Sprungantworttest (FST)T 8389-2S

7

SAMSON AG · MESS- UND REGELTECHNIKWeismüllerstraße 3 · 60314 Frankfurt am Main
Telefon: 069 4009-0 · Telefax: 069 4009-1507
samson@samson.de · www.samson.deT 8389-2S

2018-01-09 · German/Deutsch

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