CN101206483B - 用于诊断通过辅助能进行驱动的调整机构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于诊断通过辅助能进行驱动的调整机构和/或伺服驱动装置的方法，辅助能借助一个用来将电气调整参数转换为辅助能的物理量的致动器供给至调整机构和/或伺服驱动装置，致动器构成为用于将电气调节偏差转换为当量控制压力的I/P转换器，致动器是用于调整机构和/或伺服驱动装置位置调节的调节回路内的一个调节回路环节。本发明建议，致动器逆着其信号流的按规定的作用方向作为传感器工作。

Description

用于诊断通过辅助能进行驱动的调整机构的方法

技术领域

本发明涉及一种用于诊断通过辅助能进行驱动的调整机构的方法。

背景技术

作为按此类型的调整机构，众所周知的是在自动化和过程技术中的调节阀，它们在过程控制及调节当中是非常重要的元件。它们的可靠性决定性地确定了整个调节过程的质量。在工作期间产生的差错可能导致整个系统的故障，其结果是提高了维护成本。因此，早期诊断和据此识别阀中的缺陷可以防止这些故障的发生，并且结果是，还能降低由于预防性地置换尚可无缺陷地工作的阀而产生的成本。

在诊断方面非常令人关心的尤其是阀在关闭状态下的漏泄。由于老化过程或污染会使得阀座的密封效果下降，在这种情况下尽管对外发出了阀已关闭的信号，但过程介质仍继续通过阀流动。

这种漏泄例如可以借助连接在下游附加地装入过程管道中的流量传感器进行检测。但这种传感器非常昂贵，并且装配传感器也要产生高的耗费。此外，流量传感器的能耗通常很高，故而其不能由阀控制装置共同供能，而是需要一额外的供能线。因此，这样一种传感器的装设通常也只是在它对于过程控制有必要时才予以实施。此外，由Sebastian Maria Mundry的论文“Zustandsueberwachung anProzessventilen mit intelligenten Stellungsreglern(具有智能位置调节器的过程阀状态监测)”，Shaker Verlag，Aachen，2002，已知：用于测量最大流量的流量传感器不适用于可靠地检测小的渗漏流。

此外，由该公开文献还已知，处于压力状态的流体通过窄口流动时基于各种物理效应而产生声信号。例如由于所发生的高流速在开口的后方形成强的涡流以及由于压降，在流动中形成了空穴。这种涡流和空穴气泡在破裂时产生声信号，它直接取决于流速和流体性质。在低速时所述的信号由通过各个空穴气泡破裂形成的一个个声脉冲组成，而在高速时它们转化为平淡的簌籁作响的噪声。这种声信号被设备中通常的过程噪声所掩盖，该过程噪声是由泵、常见的流动噪声、化学过程等引起的。

当这种过程噪声在设备的管路系统中传播时，噪声根据其频率不同程度地衰减。尤其是高频部分被强烈衰减，从而在阀处过程噪声通常只能作为(在kHz范围内的)低频声信号被察觉。因此，通过在高频范围内进行测量，可以将由于漏泄所产生的噪声与普通的过程噪声区分开来。由Leak Detection Service，Maintaining a Successful Valveand Trap Leak Detection Program using Valve-Analyser System，The10th Annual Predictive Maintainance Technology NationalConference，November 9-12，1998，已知：阀门维修公司如今利用超声传感器，直接在阀旁亦即在声源附近来测量噪声信号。除此之外还将该噪声信号与超声传感器的信号相比较，排除那些在管道系统中更上游和更下游的信号。然后根据这些信号来检测漏泄，在进行相应校准的情况下，甚至可以由信号电平确定出阀的泄漏量。

此外，由EP1216375B1和WO00/73688A1已知：记录在阀外壳处或与之直接连接的零件的固体声，并将其供给位置调节器，在其中评估和处理这些信息。在这里，阀被连续地监测，以及，为了诊断而共同利用在位置调节器内现已存在的电子设备及位置信号。此外由该公开文献还可以得知：对高频信号(＞50kHz)进行检验，以及，将在闭合状态下的超声频谱与在小量开启状态下的信号进行比较。采用上述这些方法同样可以有效减小环境噪声，无须在不同的位置实施沿着和逆着流动方向的对比测量。尽管共同利用位置传感器电子设备和位置信号降低了用于该诊断系统的装备费用，但超声传感头本身仍须作为附加的外部单元安装在阀上。

发明内容

因此本发明的目的在于，主要利用对于按规定使用调整机构而言所必需的和现已存在的装置，以尽可能低的费用，来记录要监测的调整机构的重要状态信号。

本发明从一个通过辅助能进行驱动的调整机构和/或伺服驱动装置出发，其中，辅助能借助一个用来将电气调整参数转换为辅助能的物理量的致动器被供给至调整机构和/或伺服驱动装置，致动器构成为用于将电气调节偏差转换为当量控制压力的I/P转换器，致动器是用于调整机构和/或伺服驱动装置位置调节的调节回路内的一个调节回路环节。

按本发明，致动器在记录调整机构的状态信号时逆着其信号流的按规定的作用方向作为传感器工作。在这里，将调整机构在致动器调节回路内一个元件上的反作用作为扰动量进行检测、选择、评估。具体地说，在加载的调节回路元件上截取一个由致动器的实际信号和调整机构的状态信号组成的混合信号。

有利地，通过使用按规定存在的致动器作为调整机构反作用的传感器，可以取消额外的用于信号记录的电路元件及结构元件。

按本发明的另一项特征，传感器信号从致动器的调节偏差导出。在这方面有利的是，可在加载的调节回路元件上截取的混合信号除了调节偏差外不包含致动器的稳态的实际信号分量。

按本发明的另一项特征，传感器信号从致动器的调节量导出。在这种情况下，传感器信号通过滤除高频信号部分而与致动器的稳态的实际信号分量分离。

附图说明

下面借助实施例详细说明本发明。为此所需的附图表示：

图1包括过程阀的压力介质驱动的伺服驱动装置之原理图；

图2按照喷嘴-挡板原理的位置调节器之原理图；以及

图3经调节的I/P转换器之原理图。

具体实施方式

在图1中，一个没有进一步示出的工艺设备的局部表示的管道1安装有一个过程阀2。过程阀2在其内部有一个与阀座3配合作用的关闭体4，用于控制过程介质5的流量。关闭体4由伺服驱动装置6通过推杆7直线操纵。伺服驱动装置6通过轭架8与过程阀2连接。在轭架8上安装一位置调节器9。通过位置记录器10将推杆7的行程传送给位置调节器9。检测到的行程在调节单元18内与通过通讯接口11供入的额定值比较，以及，伺服驱动装置6根据求得的调节偏差进行控制。位置调节器9的调节单元18有一个I/P转换器，用于将电气调节偏差转换为当量控制压力。调节单元18的I/P转换器经由压力介质供给装置19与伺服驱动装置6连接。

按本发明第一种实施形式，位置调节器9按已知的喷嘴-挡板原理构造。如图2所示，此原理是以力天秤为基础，其中，天秤梁15通过在一侧由活动线圈14伸入其中的罐形磁铁13所组成的电磁铁的力和在另一侧通过喷嘴16的射流保持平衡，天秤梁15针对喷嘴设计为挡板。电磁铁的活动线圈14通过接线端子12被供给相当于额定值的电流。当增大电流时，活动线圈14被更深地吸入罐形磁铁13内，因而在挡板下面的喷嘴16关闭得更严一些。由此，在压力介质供给装置21处形成压力升高，它通过气动放大器20传给伺服驱动装置6。根据额定值变化来调整过程阀2。经由位置记录器10向天秤梁15报告过程阀2的位置。由此使力天秤重新处于平衡。

在按规定使用期间，过程阀2根据其工作状态被激振。如前文已提及的那样，这些激励可能有不同的原因并导致不同频率范围的声效应。例如在几个千赫范围内的声信号是漏泄的象征，低频的声信号则是过程阀2振动的标志。

该声信号在过程阀2内传播并通过与过程阀2直接连接的元件反馈给伺服驱动装置6的压力介质系统。在此，声信号主要经阀杆7传给伺服驱动装置6内的隔膜和伺服驱动装置6的外壳，它如同一个大的扩音器隔膜那样将该信号放大并进一步传给压力介质。这里，尤其是在伺服驱动装置6内部，在驱动器腔的压力介质中发生声信号的大量放大。

其中，声信号通过气动放大器20也进入压力介质供给装置19和喷嘴16内传播。在压力介质系统中由此引起的压力脉动通过喷嘴-挡板系统造成天秤梁15的机械振动，振动又传给活动线圈14，它随振动沉入罐形磁铁13内和重新移出。与此同时在电磁铁内产生一个交变磁场，该交变磁场在活动线圈14内感应出一交变电压，此交变电压叠加在与额定值相当的电流上可以在接线端子12处被截取并可供给一个分析处理装置。由此可以取消附加的传感器。漏泄识别因而可作为纯软件方案可植入位置调节器9内。

除漏泄识别外，采用上述方法还可以如上面利用流动噪声那样评估和分析其他噪声。但尤其过程阀2隔离的振动、驱动系统中伺服驱动装置6或其输入管内的漏泄(它们类似于过程阀2中的漏泄作为在压力介质内的噪声可让人察觉)或技术人员如今可以就地凭听觉辨别的其他故障源均不属于此。在这方面可以规定，这些附加噪声的处理通过在仪器内相应的声评估进行，或通过将噪声传给一个中央设备，在那里它们可以由技术人员进行分析，技术人员无须前往过程阀2当地。总是例如在过程阀2处产生严重的不寻常的噪声时，为了诊断可以将噪声以噪声数据的形式传输给中央设备。在中央设备中，可规定不仅用人工分析而且用机器分折接收到的噪声数据。

按本发明另一项特征规定，调整机构的状态数据从反馈的声信号的振幅谱导出。在这种情况下，根据产生的特征谱图推断出调整机构的相应状态。

按本发明另一项可选特征规定，调整机构的状态数据从反馈的声信号的电平导出。这一特征从下列认识出发，即，根据反馈的声信号的强度已经可以推断出调整机构的状态。

按本发明再一项可选特征规定，调整机构的状态数据从反馈的声信号的特征模式导出。在这种情况下是从下列认识出发，即，调整机构的确定的状态可配属于各自的特征噪声模式，在反馈的声信号中它们的识别表明相应的状态。

此外，为了更加准确地说明诊断，还可以使用调整机构和/或伺服驱动装置的当前状态，如其在过程阀2打开或关闭位置、施加/未施加辅助能。该当前状态例如由额定/实际信号或者关于系统的一般性信息可以导出。

按本发明第二种实施形式，按图3，同样的装置使用相同的附图标记，位置调节器9在串联的调节环路内部具有一个任意结构型式的I/P转换器24，它的控制压力针对一个与额定压力相当的电压来进行调节，该电压在接线端子12处提供。为此，在I/P转换器24的压力介质侧设置一压力传感器25，它的电输出信号与相当于额定压力的电压累加22地接到一个调节放大器23。调节放大器23的出口与I/P转换器24的输电进口相连接。

在按规定使用期间，借助调节放大器23给定一个电信号，使得在I/P转换器24的压力介质侧上的控制压力与给定的额定压力相同。因此，压力调节的I/P转换器24是一个致动器，它是用于过程阀2伺服驱动装置6位置调节的调节回路内的一个调节回路环节。

来自过程阀2的声信号如上面已描述的那样经放大后反馈到压力介质系统内并在压力介质系统内传播。在这里，在经压力调节的I/P转换器24的压力传感器25上的压力脉动被转换为当量的电交变量。

按本发明的一种实施形式，在调节回路内用附图标记31表示的位置处的交变量从经压力调节的I/P转换器24的调节量导出。在这种情况下，传感器信号通过滤除高频信号部分而与经压力调节的I/P转换器24的稳态的实际信号分量分离。

按本发明的另一种实施形式，在调节回路内用附图标记32表示的位置处的交变量从经压力调节的I/P转换器24的调节偏差导出。在这方面有利的是，可在加载的调节回路元件上截取的混合信号除了调节偏差外不包含经压力调节的I/P转换器24的稳态的实际信号分量。

两种实施形式的共同点是，使得现已存在的调节回路元件能够利用于另一个目的。压力传感器25便是已知的压力调节的I/P转换器24的组成部分，并用来调节伺服驱动装置6的控制压力。

附图标记表

1管道

2过程阀

3阀座

4关闭体

5过程介质

6伺服驱动装置

7阀杆

8轭架

9位置调节器

10位置记录器

11通讯接口

12接线端子

13罐形磁铁

14活动线圈

15天秤梁

16喷嘴

17存储装置

18调节单元

19、21压力介质供给装置

20气动放大器

22加法器

23调节放大器

24I/P转换器

25压力传感器

31、32信号引出头

Claims (6)

1.一种用于诊断通过辅助能进行驱动的调整机构和/或伺服驱动装置的方法，辅助能借助一个用来将电气调整参数转换为辅助能的物理量的致动器供给至调整机构和/或伺服驱动装置，致动器构成为用于将电气调节偏差转换为当量控制压力的I/P转换器(24)，致动器是用于调整机构和/或伺服驱动装置(6)位置调节的调节回路内的一个调节回路环节，其特征为：所述致动器逆着其信号流的按规定的作用方向作为传感器工作。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：传感器信号从致动器的调节偏差导出。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征为：传感器信号从致动器的调节量导出。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：调整机构的状态数据从反馈的声信号的振幅谱导出。

5.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：调整机构的状态数据从反馈的声信号的电平导出。

6.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：调整机构的状态数据从反馈的声信号的特征模式导出。

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