Приводной блок
DRIVE UNIT

Данное изобретение относится к приводному блоку, предназначенному, в частности, для приведения в действие клапанов регулирования расхода и содержащему корпус, электрический вход, электромеханический преобразовательный узел, механический выход и электронный контроллер.
В уровне техники известны различные варианты выполнения приводных блоков вышеописанного типа, используемых для приведения в действие клапанов регулирования расхода. В этой связи в качестве примеров могут быть процитированы следующие патентные документы: DE 19540441, WO 2011/095351, ЕР 2101061, DE 9406760, ЕР 1418343 и WO 2011/095350.
На основании вышеописанного уровня техники целью данного изобретения является создание приводного блока вышеуказанного типа, отличающегося повышенной простотой обслуживания и управления для обеспечения повышенной технологической безопасности установок, которые, в частности, если они предназначены для приведения в действие клапанов регулирования расхода, снабжены такими приводными блоками.
Согласно предложенному изобретению данная цель достигается благодаря тому, что в приводном блоке вышеописанного типа контроллер содержит входной блок с по меньшей мере одной кнопкой, проходящей через корпус и выполненной с возможностью нажатия с преодолением действия возвратного устройства, и бесконтактный переключатель, приводимый в действие указанной кнопкой, при этом положению кнопки, приводящей в действие переключатель, соответствует механический упор, выполненный независимо от указанного переключателя. Другими словами, предложенный приводной блок отличается наличием специальных устройств, с помощью которых оператор может влиять на работу приводного блока извне, а именно наличием кнопки, приводимой в действие оператором, проходящей через корпус и выполненной с возможностью нажатия до механического упора с преодолением действия возвратного устройства. Данный упор является независимым от переключателя, образующего часть контроллера, выполненного бесконтактным и приводимого в действие с помощью указанной кнопки. Таким образом, в предложенном изобретении учтены различные обстоятельства, связанные с реализацией на практике. К таким обстоятельствам относится тот факт, что, с одной стороны, на контроллер приводного устройства часто оказывается влияние в таких рабочих ситуациях, когда необходимо предотвратить опасность или прервать неправильный рабочий режим, при этом в подобных ситуациях управление приводным блоком происходит, как правило, не плавно и спокойно, а в некоторой спешке. С другой стороны, при работе с установками, содержащими такие приводные блоки, операторы часто носят защитную одежду, в частности защитные перчатки, которые, как правило, затрудняют точное управление приводным блоком. Благодаря варианту выполнения предложенного приводного блока даже относительно грубое влияние (оказываемое при необходимости в соответствующей фактической или мнимой аварийной ситуации) на входной блок, который действует на контроллер приводного блока, не приводит к повреждениям контроллера, именно потому что нажатие кнопки ограничено механическим упором, выполненным независимо от переключателя, приводимого в действие указанной кнопкой, и при этом сам переключатель работает бесконтактным образом. Таким образом, даже при крайне грубом влиянии, находящемся за пределами надлежащего приведения кнопки в действие, переключатель остается неповрежденным и повреждение электронного переключателя из-за ненадлежащего приведения в действие исключено. Это способствует надежности приводного блока, что обеспечивает значительное преимущество с точки зрения технической безопасности по сравнению с уровнем техники.
В соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения переключатель выполнен оптическим, в частности содержит фотоэлектрический барьер. Это обеспечивает возможность особенно надежного процесса переключения даже при неблагоприятных внешних условиях, и переключающий элемент (размыкатель), проходящий в оптический измерительный участок фотоэлектрического барьера, может быть превосходно приведен в действие при помощи кнопки, выполненной в соответствии с данным изобретением. Переключающий элемент может быть даже расположен или выполнен на указанной кнопке, в частности на ее торце. Однако переключающий элемент также может представлять собой компонент, выполненный независимо от кнопки. В этом случае оптический переключатель, переключающий элемент и кнопка приведены в соответствие друг другу таким образом, что переключающий элемент (по-прежнему) не контактирует с переключателем, даже когда кнопка во время приведения ее в действие ударяет по соответствующему ей механическому упору.
Другой предпочтительный вариант выполнения данного изобретения отличается тем, что переключатель расположен непосредственно на печатной плате, поддерживающей другие компоненты электронного контроллера. Данный вариант выполнения, обеспечивающий возможность получения особенно компактной конструкции, возможен именно потому, что во время использования предложенного изобретения отсутствует вероятность того, что приведение кнопки в действие, даже очень резкое, повредит переключатель или поддерживающую его печатную плату вследствие приложения избыточного усилия.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения изобретения корпус приводного блока выполнен взрывозащищенным, и кнопка изолирована относительно корпуса с помощью уплотнительного устройства таким образом, что указанное устройство, с одной стороны, образует надежную защиту от проникновения текучих или даже пылесодержащих сред, а с другой стороны, также обеспечивает поддержание максимального воздушного зазора между корпусом и кнопкой, необходимого с точки зрения взрывозащищенности (зазор по стандарту АТЕХ). В частности, данное уплотнительное устройство может иметь каскадную конфигурацию и содержать двойное уплотнение. Данное изобретение может быть особенно эффективным при его применении, в частности, в ситуациях, требующих обеспечения взрывозащищенности, поскольку взрывозащищенное изолирование кнопки от корпуса и характеристика «сила-перемещение», обычно возникающая в результате такого изолирования при нажатии кнопки, не приводят (как следует из вышеприведенного описания данного изобретения) к вероятности повреждения переключателя, приводимого в действие кнопкой, вследствие приложения недопустимо большого усилия.
Еще один предпочтительный вариант выполнения данного изобретения отличается тем, что возвратное устройство (кнопки) содержит двухступенчатый возвратно-пружинный блок, действующий по принципу точки давления. Соответственно, кнопка может быть сначала нажата при относительно низком сопротивлении до достижения ею точки давления, после прохождения которой нажатие кнопки возможно только при приложении значительно большего усилия. Это положительно влияет на приведение в действие входящего блока приводного блока оператором, носящим защитную одежду, в частности защитные перчатки, поскольку благодаря указанной точке давления даже при ношении тяжелых защитных перчаток оператор получает осязаемый «отклик» во время приведения в действие входного блока приводного блока.
В особенно предпочтительном случае механический упор, выполненный независимо от переключателя и ограничивающий ход нажатия кнопки, выполнен с возможностью регулирования. Это обеспечивает возможность учета конкретных граничных условий в соответствующей области применения путем надлежащего регулирования упора. Таким образом, целесообразно, особенно при использовании в устройствах, сильно чувствительных к загрязнению, или в суровых климатических условиях, обеспечить большой пусковой ход, который при применении в лабораторных условиях создавал бы ощущение препятствия. Кроме того, возможна оптимальная подгонка между кнопкой и переключателем, приводимым ею в действие, для приведения кнопки в соответствие со связанным с ней переключателем. Это способствует надежности работы.
Данное изобретение может применяться особенно эффективно в таких приводных блоках, в которых электронный контроллер содержит электронный дисплей, причем в этом случае особенно предпочтительно наличие во входящем блоке набора кнопок, расположенных смежно с дисплеем. В частности, данный дисплей может быть (также) настроен на отображение переключательных функций, соответствующих отдельным кнопкам. В этом отношении, в соответствии с еще одним дополнительным предпочтительным вариантом выполнения изобретения, выгодной является возможность изменения распределения переключательных функций, действующих в контроллере, по отдельным кнопкам. Такое изменение распределения переключательных функций, действующих в контроллере, по отдельным кнопкам является преимущественным с различных точек зрения. С одной стороны, в контроллерах, приводимых в действие из меню, переключательные функции могут быть изменены в зависимости от соответствующего уровня меню. С другой стороны, соотнесение определенных переключательных функций с отдельными кнопками может быть осуществлено в зависимости от соответствующих условий установки приводного блока. Например, таким образом, может быть обеспечена возможность запуска аварийного приведения в действие всегда в заданном положении путем приписывания его кнопке, расположенной в указанном положении (например, вверху слева), независимо от установочного положения приводного блока (вертикального, горизонтального, подвешенного), которое часто не может быть выбрано произвольно, а продиктовано средой, окружающей установку. Это, в свою очередь, также является важным аспектом с точки зрения безопасности, поскольку в опасной ситуации аварийный переключатель, соответственно расположенный (например, вверху слева) для всех приводных блоков установки несмотря на различные установочные положения, может быть приведен в действие автоматически и инстинктивно без необходимости считывания информации на дисплее. Это означает, что даже при неблагоприятных условиях считывания (в темноте, вызванной перебоем в электроснабжении, при ограничении видимости из-за дыма) кнопка, необходимая для аварийного приведения приводного блока в действие, может быть надежно найдена и активирована.
Вышерассмотренное изменяемое распределение переключательных функций, действующих в контроллере, по отдельным кнопкам может быть реализовано вручную, то есть, как правило, может быть выполнено или отрегулировано во время монтажа установки. Тем не менее, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения может быть предусмотрен датчик установочного положения, при этом распределение переключательных функций по отдельным кнопкам в контроллере происходит автоматически в зависимости от сигнала указанного датчика. В этом случае вышеописанный аспект, связанный с безопасностью, не может быть исключен вследствие неправильной настройки во время монтажа установки.
С учетом вышеизложенной возможности отображения переключательной функции, соответствующей отдельным кнопкам, на дисплее, смежно с которым расположены кнопки, в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения изобретения указанный дисплей может иметь зону рабочей информации и по меньшей мере одну зону информации о приведении в действие, смежную с кнопками, при этом текущее распределение функций по отдельным кнопкам отображено в указанной зоне/зонах информации о приведении в действие. В данном случае особенно предпочтительным является выполнение дисплея с вытянутой формой и расположение кнопок, которых имеется по меньшей мере две, по обеим коротким сторонам дисплея (при необходимости группами), причем дисплей имеет центральную, по существу квадратную зону рабочей информации и две зоны информации о приведении в действие, расположенные сбоку. Благодаря тому, что зона рабочей информации, в которой отображены, например, рабочие данные и/или информация о сервисном меню, имеет по существу квадратную форму, становится возможным, в свою очередь, представление рабочей информации независимо от соответствующей установочной позиции приводного блока, то есть рабочая информация передается оператору в соответствующем виде независимо от того, установлен приводной блок в вертикальном, горизонтальном или подвешенном положении. В этой связи, в свою очередь, может быть преимущественным наличие датчика установочного положения, причем ориентация отображения рабочей информации в зоне рабочей информации дисплея определяется автоматически в зависимости от сигнала указанного датчика.
Для обеспечения дистанционного контроля и/или дистанционного приведения в действие контроллер приводного блока в ином случае предпочтительно содержит интерфейс для беспроводной передачи данных. В этом случае устранены расходы, связанные с укладкой соответствующих сигнальных и контрольных линий для проводной передачи данных. Кроме того, таким образом, имеется возможность просмотра и обработки рабочей информации, в частности, при неудобных установочных условиях, в легкодоступном месте, не связанном с оборудованием.
Очевидно, что данное изобретение может быть эффективно применено для большинства приводных блоков различных конфигураций. Однако особенно предпочтительный вариант выполнения приводного блока в этом отношении отличается тем, что электромеханический преобразовательный узел выполнен двухступенчатым и содержит первую преобразовательную ступень «электрика-текучая среда» и вторую преобразовательную ступень «текучая среда-механика». Аспекты, связанные с безопасностью, например возможность подачи энергии текучей среды для аварийного приведения в действие (в случае перебоя в электроснабжении), говорят в пользу такой конфигурации приводного блока, при которой различные аспекты и преимущества данного изобретения, относящиеся к безопасности и рассмотренные выше, взаимно усиливают друг друга выгодным образом, в частности в данном случае.
Помимо этого, на корпусе может быть расположен переключатель рабочих режимов, с помощью которого может происходить переключение, например, между, с одной стороны, автоматическим или дистанционно запускаемым воздействием на приводной блок и, с другой стороны, ручным воздействием на приводной блок и который приводится в действие извне и действует на контроллер. Для предотвращения случайного нарушения настройки переключателя рабочих режимов указанный переключатель может быть заблокирован, в частности, механическим образом. Он также может быть выполнен с возможностью блокировки таким образом, что его настройку может осуществлять только уполномоченный персонал.
Как следует из вышеприведенных пояснений и повторно отмечается исключительно для полноты описания, данное изобретение применимо к самым разнообразным приводным блокам. Например, механический выход приводного блока может выполнять линейное перемещение, поворотное перемещение или какое-либо другое перемещение. Кроме того, в случае двухступенчатого электромеханического преобразовательного узла с первой преобразовательной ступенью «электрика-текучая среда» может применяться первая преобразовательная ступень «электрика-гидравлика» или «электрика-пневматика». Возвратные устройства, действующие на кнопки, также могут быть выполнены различными образом, то есть вместо механического принципа действия использовать, например, пневматический, гидравлический, электрический принцип действия и т.п. Кроме того, для создания переключателя, работающего бесконтактным образом, также существует широкий набор возможных технических вариантов выполнения.
Ниже приведено более подробное описание данного изобретения на основании вариантов выполнения, изображенных на чертежах, на которых:
фиг. 1 изображает вид в аксонометрии приводного блока согласно изобретению, установленного на клапане регулирования расхода и используемого для приведения его в действие,
фиг. 2 изображает продольный разрез приводного блока, показанного на фиг. 1, в области его входного блока,
фиг. 3 схематически изображает кнопочно-переключательный блок, который может использоваться в рамках данного изобретения,
фиг. 4 схематически изображает второй кнопочно-переключательный блок, который может использоваться в рамках данного изобретения,
фиг. 5 схематически изображает третий кнопочно-переключательный блок, который может использоваться в рамках данного изобретения,
фиг. 6 схематически изображает четвертый кнопочно-переключательный блок, который может использоваться в рамках данного изобретения,
фиг. 7 схематически изображает пятый кнопочно-переключательный блок, который может использоваться в рамках данного изобретения,
фиг. 8 изображает операторный интерфейс управления входного блока приводного блока, показанного на фиг. 1, при вертикальном расположении блока,
фиг. 9 изображает операторный интерфейс управления входного блока приводного блока, показанного на фиг. 1, при горизонтальном расположении блока.
Приводной блок 3, изображенный на фиг. 1, смонтированный с помощью опорной конструкции 1 на клапане 2 регулирования расхода и используемый для приведения его в действие, содержит корпус 4. В корпусе расположен (по существу известным образом) электромеханический преобразовательный узел 69, который содержит электрический вход 5 и механический выход 6 и выполнен (например, в соответствии с патентным документом WO 2011/095351) с двухступенчатой конфигурацией, поскольку содержит первую преобразовательную ступень 70 «электрика-текучая среда» и вторую преобразовательную ступень 71 «текучая среда-механика». Механический выход 6 узла 69, осуществляющий линейные перемещения (стрелка А), соединен с входом 7 клапана 2.
Приводной блок 3 также содержит электронный контроллер, расположенный внутри корпуса 4. Регулирование контроллера может быть выполнено с помощью входного блока 8. Данный блок 8 содержит четыре кнопки 9, которые проходят в корпус 4 и имеют части, выступающие из него наружу. Данные кнопки соответственно расположены в двух группах, смежных с двумя боковыми сторонами дисплея 10, который, как и блок 8, является еще одной частью операторного интерфейса 11 управления. Для обеспечения защиты указанного интерфейса он расположен в желобообразном углублении 12 корпуса 4.
На корпусе 4 также расположен переключатель 13 рабочих режимов, действующий на контроллер и выполненный в виде поворотной ручки 14, которая может быть механически заблокирована в трех положениях. Для дистанционного воздействия на контроллер и для дистанционного контроля приводного блока 3 контроллер дополнительно содержит, в дополнение к интерфейсу 65 проводной связи, интерфейс для беспроводной передачи данных (например, для передачи данных по стандарту WLAN (беспроводная локальная сеть) или Bluetooth).
Дисплей 10 вставлен в корпус 4 за отверстием 15 корпуса, то есть смещен относительно отверстия 15 по направлению к внутренней части корпуса 4. С внутренней стороны корпуса 4 отверстие 15 закрыто защитной стеклянной панелью 16, которая перекрывает оправу 17, ограничивающую отверстие 15, при этом в области каждого перекрытия расположено периферийное уплотнение 18. Панель 16 закреплена в корпусе 4 с помощью обода 19, ввинченного во внутреннюю резьбу 20 на корпусе 4. Дисплей 10 также закреплен на ободе 19 с помощью держателя 21.
Кнопки 9 выполнены с возможностью их перемещения, то есть нажатия вдоль их оси (стрелка В), в удлиненных каналах 22, выполненных, в свою очередь, в соответствующих утолщениях 23 корпуса 4. Данные каналы 22 выполнены в виде ступенчатых каналов так, что если соответствующая кнопка 9 не приведена в действие, то ее буртикообразный выступ 24 прижат под действием возвратного устройства 26 (выполненного в виде возвратной пружины 25) к уступу 27 канала 22. Таким образом, уступ 27 образует первый упор 28, который задает исходное положение (нерабочее положение) рассматриваемой кнопки 9. Второй упор 29, ограничивающий расстояние, на которое может быть нажата кнопка 9 с преодолением действия возвратного устройства 26, образован упорной пластиной 30, которая закреплена на утолщении 23 корпуса 4 и взаимодействует с заступом 31, образованным на кнопке 9.
Пластина 30 соответственно имеет отверстие 32, через которое выступает переключающий элемент 33, расположенный на торце кнопки 9. Элемент 33 выполнен в виде размыкателя 34, взаимодействующего с фотоэлектрическим барьером 35, который содержит оптический источник 66 света и расположенный напротив него детектор 67 и является частью бесконтактного переключателя 36, соответствующего контроллеру. Другими словами, при приведении кнопки 9 в действие размыкатель 3 проходит в измерительный зазор 37 барьера 35, при этом происходит изменение состояния переключения рассматриваемого переключателя 36. Для этого критически важно, чтобы положение или концевое положение кнопки 9, приводящей в действие переключатель 36, было задано не самим переключателем 36, а вторым механическим упором 29, описанным выше и выполненным независимо от переключателя.
Данные четыре переключателя 36, соответствующие четырем кнопкам 9, расположены непосредственно на печатной плате 38, которая также поддерживает другие компоненты 39 электронного контроллера и закреплена с помощью держателя 40 в корпусе 4. Кроме того, кнопки 9 изолированы относительно соответствующего канала 22 с помощью подходящих уплотнений 41 для предотвращения проникновения загрязнений, в частности жидких и газообразных сред и пыли, внутрь корпуса 4. Для этого, как показано на фиг. 2, в соответствующую кольцевую канавку 43 рассматриваемой кнопки 9 вставлено уплотнительное кольцо 42. В противоположность этому, на фиг. 3, которая в остальном схематично изображает по существу кнопочно-переключательный узел, показанный на фиг. 2, проиллюстрировано размещение уплотнительного кольца 44 в кольцевой канавке 45, выполненной в канале 22.
На фиг. 4 схематически изображен вариант, в котором возвратное устройство 26 выполнено в виде двухступенчатого возвратно-пружинного блока 46, действующего по принципу точки давления. Между упорной пластиной 30 и торцом 47 кнопки 9 постоянно, то есть при любом положении кнопки внутри канала 22, действует первая возвратная пружина 48. В противоположность этому, вторая возвратная пружина 49, также расположенная между пластиной 30 и торцом 47 кнопки 9, упирается в торец 47 кнопки 9 только тогда, когда кнопка нажата с преодолением усилия первой пружины 48 до определенного уровня, который еще не переключает барьер 35 (см. фиг. 3). На пластине 30 расположена направляющая упорная втулка 50 (как вариант, например, также может быть предусмотрено несколько отдельных упоров), которая проходит между первой пружиной 48 и второй пружиной 49 и торец 51 которой образует фактический второй упор 52 при взаимодействии с торцом 47 кнопки 9.
На фиг. 5 проиллюстрировано (в качестве модификации варианта, изображенного на фиг. 3) изолирование кнопки 9 от корпуса 4 с помощью уплотнительного устройство 53 с каскадным двойным уплотнением 54. В комбинации с соответствующим выполнением корпуса 4 это дает возможность обеспечения необходимого класса защиты от проникновения сред при использовании приводного блока 3 в неблагоприятных рабочих условиях. В то же время обеспечен максимальный воздушный зазор между корпусом и кнопкой, необходимый сточки зрения взрывозащищенности.
На фиг. 6 проиллюстрирована (также в качестве модификации варианта, изображенного на фиг. 3) возможность выполнения второго упора 55 регулируемым. При этом по существу в пластину 30, закрепленную на корпусе 4, а именно в выполненный в ней резьбовой канал 56, ввинчена упорная втулка 57. Поворот втулки 57, торец 58 которой при взаимодействии с заступом 31 кнопки 9 образует фактический второй упор 55, обеспечивает возможность изменения глубины проникновения и, соответственно, концевого положения кнопки 9 во время приведения ее в действие (стрелка В).
На фиг. 7 изображен предпочтительный альтернативный вариант выполнения регулируемого второго упора 59 для кнопки 9. В данном варианте выполнения выступ 60 кнопки 9, концевая часть 61 которого образует переключающий элемент 33, взаимодействующий с барьером 35 (см. фиг. 3), имеет наружную резьбу, на которую навинчена упорная шайба 62, имеющая внутреннюю резьбу и взаимодействующая с упорной пластиной 30, прикрепленной к корпусу. Предпочтительно шайба 62 содержит две части, скрепленные друг с другом таким образом, что исключено непреднамеренное высвобождение во время работы. Концевое положение кнопки 9, которая управляет переключателем 36 (см. фиг. 3), может быть изменено путем поворота шайбы 62.
Как следует из фиг. 1 и как показано более подробно на фиг. 8 и 9, дисплей 10 имеет вытянутую форму. Экранная зона разделена на три части и содержит приблизительно квадратную зону 63 рабочей информации, занимающую среднюю часть дисплея, и две боковые зоны 64 информации о приведении в действие, смежные с кнопками 9. В указанных двух зонах 64 отображается текущая функция управления, соответственно назначенная отдельным кнопкам 9 и зависящая как от соответствующего уровня меню контроллера, так и от установочного положения приводного блока 3.
Приводной блок 3 содержит датчик 68 установочного положения. Рабочая информация и назначение кнопок отображаются на дисплее 10 автоматически в зависимости от соответствующего установочного положения приводного блока 3, определенного датчиком 68, то есть вертикального установочного положения (показанного на фиг. 1), горизонтального установочного положения (с поворотом на 90°) или же подвешенного установочного положения (с поворотом на 180°). На фиг. 8 изображен операторный интерфейс 11 управления с примерным отображением на дисплее 10 рабочей информации и информации о приведении в действие для вертикального установочного положения (фиг. 1) приводного блока 3. Отображение на дисплее 10 для аналогичной рабочей ситуации, но при повернутом на 90° горизонтальном установочном положении блока 3, показано на фиг. 9. Благодаря тому, что контроллер соответственно учитывает сигнал датчика установочного положения, для всех установочных положений блока 3 (направления в пространстве) в обоих зонах 64 сохраняется соответствующая ориентация отображения рабочей информации в зоне 63, а также соответствующее распределение (по направлению в пространстве) функционального назначения четырех кнопок 9 (слева вверху: «Аварийное отключение», слева внизу: «Назад на один уровень», справа вверху: «Листать», справа внизу: «Подтвердить»). Таким образом, функция «Аварийное отключение» всегда соответствует верхней левой кнопке 9 на всех уровнях меню.