CN102840385A - 控制阀的部分冲程测试的自动速度搜索装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于部分冲程测试中的控制阀的自动速度搜索装置，包括：滑阀，其可操作地连接到导阀，阻断阀。电子模块可操作连接到导阀、控制流体的源以及阻断阀。在滑阀的开启位置，第一控制流体入口流体地连接第一控制流体出口，在滑阀的关闭位置，第一控制流体出口流体地连接第二控制流体出口。一种确定最佳冲程速度的方法，包括重复为电子模块的主要和次级螺线管供电以及更新参数以移动控制阀的控制元件直到控制元件的运动在要求的范围内。

Description

控制阀的部分冲程测试的自动速度搜索装置和方法
技术领域
本发明大体上涉及控制阀或者致动器杆的速度搜索装置，并且更具体地涉及用于控制阀的部分冲程测试的自动控制阀或致动器杆的最佳速度搜索装置。
背景技术
现有的过程控制系统经常应用控制阀控制流体流动通过过程控制系统。因为控制阀偶尔出现故障，需要对过程控制装置或者过程控制部件，例如控制阀，进行周期诊断，以便确定这些装置的可用性和性能。确定过程控制装置的可用性可以允许更好地安排过程控制装置的维护，因此减少故障的发生和停机时间。这可以增加效率，安全和收入。过程控制系统可以使用多种传感器和其他测量设备观察过程控制装置的特性。例如，一些现有的控制系统可以使用数字阀控制器测量并且从控制阀上多种传感器收集数据。
用来评价控制阀的诊断是阀门特征测试，其测量致动器或者致动器阀孔相对于阀门的输入的位置，例如致动器压力或者控制信号。特征图表表示可以使工厂操作者更容易观察或者检测阀门的特性变化，这些变化可能指示设备的退化，因此，一些控制系统可以采用阀维护软件，例如AMS.TM.ValveLink.RTM.来自圣路易斯的Fisher ControlsInternational LLC的软件，显示特征图表。一些可以由阀门特征测试确定的阀门特性可以包括，但是不局限于，阀门摩擦，致动器扭矩，死区和关断能力，以及致动器弹簧应变率和实验台设置。
例如，当控制阀是新的时，为了评估控制阀的性能，可以运行阀门特征测试(例如，阀门制造商测试)。本领域的技术人员可以理解，该阀门特征测试可以记录和/或跟踪可移动元件，例如阀塞，当控制阀打开或者关闭时在控制阀内的、相对于用于发起该可移动元件的移动而施加的致动压力的、移动距离或者位置。因为随后的阀门特征测试随着时间在控制阀上进行，特征测试的结果可以相对于以前的测试而评论，从而确定不同的特性改变，例如致动器弹簧应变率和阀门摩擦或者力矩的变化，以确定是否发生控制阀的性能或控制的任何退化。
一些过程控制系统可以有阀门定位设备(例如，定位器)，既测量阀门部件的实际位置又把实际位置与一个要求的位置相比较。如果实际位置与想要的位置不相同，定位器调整实际位置以匹配要求的位置。因为定位器既测量到阀门致动器的信号输入也测量阀门部件的位置，定位器内的软件(或者可操作地连接到定位器的计算机里的软件)可以将真实的量度与期望或者基准测量相比较以确定阀门的性能是否发生退化。不过，不太尖端的过程控制系统可能利用没有定位器的控制阀。目前没有能够无需定位器而监控控制阀的性能的、简单、经济的设备。
发明内容
一种用于控制阀部分冲程测试的自动速度搜索装置包括：可操作地连接到导阀的滑阀，所述导阀被配置为将所述滑阀放置于开启位置和关闭位置之一，所述滑阀包括第一控制流体入口、第一控制流体出口以及第二控制流体出口，所述第一控制流体入口流体地连接到控制流体源，所述第一控制流体出口配置为连接到阀门致动器；阻断阀，其流体地连接到滑阀的第二控制流体出口；以及电子模块，其可操作地连接到所述导阀、所述控制流体源以及所述阻断阀，其中在所述滑阀的开启位置，所述第一控制流体入口流体地连接至所述第一控制流体出口，并且在所述滑阀的关闭位置，所述第一控制流体出口流体地连接至所述第二控制流体出口。
一种自动确定用于在将控制元件从开启位置移动到关闭位置或反之时的部分冲程测试的最佳冲程速度的方法，包括：提供最佳速度搜索装置，其包括可操作地连接到导阀和阻断阀的滑阀。电子模块可操作连接到所述导阀、所述控制流体源以及所述阻断阀，所述电子模块包括通信地连接到所述导阀的主螺线管和通信地连接到所述阻断阀的次级螺线管。
在确定控制阀从开启位置到关闭位置运动的部分冲程最佳冲程速度时，最初通过测量阀门以全速或者最大速度从完全开启位置到完全关闭位置需要多长时间来确定脉冲时间(t0)。选择阀门在降低或者受控的速度下从完全开启移动到完全关闭位置的期望的时间(T)。T比t0稍微大。也选择开启(或者关闭)步骤的总数目(N)。每个步骤的初始长度(例如，冲程速度系数(X))根据公式X＝t0/N确定，并且X的边界条件最初由公式Xmin＝0，以及Xmax＝B＝T/N设定。在N/2个步骤完成之后，测量控制元件的位置。进行调节且重复测试，直到控制元件在全的冲程长度的一半和四分之一之间移动。
更具体地，主、次级螺线管被反复开启或关闭以在测试期间控制控制元件的运动。从开启位置开始进行部分冲程测试时，主螺线管最初被切断电源。次级螺线管被切断电源X秒，此后，次级螺线管通电Y秒，其中Y＝B-X。次级螺线管被反复断电X秒和通电Y秒，并且测量控制元件位置。此后，X，Xmax和Xmin被调整，重复测试，直到控制元件的运动是在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间。
当确定控制阀从关闭位置到开启位置的运动的部分冲程最佳冲程速度时，次级螺线管最初通电，主螺线管通电X秒、切断电源Y秒。测量控制元件的位置，重复测试，直到控制元件在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间移动。
附图说明
图1为包括用于部分冲程测试的自动速度搜索装置的控制阀的截面图。
图2是阀门特征图表的例子。
图3是图1中自动速度搜索装置的示意图。
图4是在图3中的自动速度搜索装置的示意图，其中滑阀位于开启位置。
图5是在图3中的自动速度搜索装置的示意图，其中滑阀位于关闭位置。
图6是图3中自动速度搜索装置的控制器当进行部分冲程测试使控制元件从开启位置移动到关闭位置时所采用的说明逻辑步骤的逻辑图。
图7是图3中自动速度搜索装置的控制器当进行部分冲程测试使控制元件从关闭位置移动到开启位置时所采用的说明逻辑步骤的逻辑图。
图8是图1中自动速度搜索装置中滑阀或阻断阀的一个实施例的分解立体图。
具体实施方式
虽然下列正文阐述本发明的示范性实施例的详细描述，应当理解，本发明的合法范围由在本专利最后给出的权利要求的词语所限定。详细描述仅是示例性的而并不描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即便不是不可能，也将是不实际的。基于阅读本公开，本领域的技术人员能够使用当前技术或者本专利申请日之后开发的技术实现一个或者更多替换实施例。这样的附加变形仍然落入定义本发明的权利要求的范围。
用于过程控制系统的控制装置可以包括过程控制装置，例如控制阀，阻尼器或者其他可改变的开启装置，用于调制或者控制过程控制系统内的流体流动。虽然在此描述的示例性实施例是基于气动控制阀，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，也可以考虑其他过程控制装置，例如泵、电动阀、阻尼器等。通常，控制装置，例如控制阀组件，可能位于导管或者管中，以通过使用联接的致动器改变可运动部件的位置控制流体流动，可运动部件例如在控制阀内的阀塞。对控制元件的调节可以用来影响一些工艺条件，以保持选择的流速、压强、流体液位或者温度。
控制阀组件通常由受调节的气动流体压强源操作，例如来自工厂压缩机的空气，然而可以使用其他控制流体。流体压强通过阀门控制设备被引入致动器(例如滑动杆阀的弹簧和隔膜致动器或者回转阀的活塞致动器)，阀门控制设备响应于从过程控制系统接收的信号而控制流体压强。致动器中流体压强的大小确定弹簧和隔膜或者活塞在致动器内的运动和位置，从而控制耦接到控制阀的控制器元件的阀杆的位置。例如，在弹簧和薄膜致动器中，隔膜必须抵靠偏置弹簧而工作，将控制元件(即，阀塞)置于控制阀的入口和出口之间的阀门通道内，以改变过程控制系统内的流动。致动器可以设计成使得压强腔里的增大的流体压强增加或减少控制元件的打开程度(例如，直动或者反向动)。
如图1所示的系统的控制阀10，包括涉及在例如阀位置的输出变量和例如设定点或者命令信号的输入变量之间的特征环的关系。这种关系可以称为特征图表，其一个例子在图2中示出，这里，例如，相对控制元件的位置绘制致动器压强，控制元件的位置由阀杆或者致动器杆的位置标示。如图2所示，致动器中流体压强的满度输入-输出特征可以在控制阀10的可运动部件的输出位置的相应范围内绘制。替换的输入变量，例如设定点命令信号，也可以用于特征图表。
回到图1，控制阀10包括含有流体入口14和流体出口16的阀体12，所述流体入口和流体出口由流体通道18连接。控制元件或者阀塞20与阀座22合作以改变通过控制阀10的流体流动。阀塞20连接到阀杆24，阀杆24相对于阀座22移动阀塞20。致动器30提供力以移动阀塞20。致动器30包括包围隔膜34的致动器壳体32。隔膜34把致动器壳体32分成第一腔36和第二腔38，其被隔膜34彼此流体地隔开。隔膜34被安装到隔膜板40上，隔膜板40连接致动器杆42。致动器杆42连接到阀杆24。弹簧44设置在第二腔38中，在本实施例中，弹簧44朝向阀座22偏置隔膜板40。在其他实施例中，弹簧44可以位于第一腔36，或者弹簧42可以远离阀座22偏置隔膜板。无论如何，通过改变第一和第二腔36，38中的压强，致动器杆42移动，其相对于阀座22放置阀塞20以控制通过阀门10的流体流动。在图1的实施例中，致动器外壳32包括控制流体入口端口46，用于提供控制流体给第一腔36，或者从第一腔36中的移除控制流体，以改变第一腔36中控制流体压强。
自动速度搜索装置50连接到致动器30的控制流体入口端口46。自动速度搜索装置50控制控制流体流进和流出致动器30，以为部分冲程测试寻找最佳冲程速度。自动速度搜索装置50包括电子模块52、导阀54、控制流体源，例如气动的供给箱56，滑阀58、以及阻断阀60。电子模块52从连接到致动器外壳32或者位于致动器外壳32内的压强传感器62和位置传感器64接收压强和位置输入。在本实施例中，压强传感器62测量在第一腔36内的控制流体压强。在其他实施例中，压强传感器62可以测量在第二腔38内的控制流体压强或者其他流体压强。位置传感器64测量隔膜34、隔膜板40、致动器杆44和/或阀杆24的位置。虽然位置传感器64可测量隔膜34、隔膜板40、致动器杆44和阀杆24中不止一个的位置，电子模块52只需要这些元件之一的位置。
来自压强传感器62和位置传感器64的信号被传送到电子模块52，信号在其中被译码，并且电子模块52传送更进一步的信号到导阀54、供给箱56、以及阻断阀60中的一个或多个，以在部分冲程测试中致动阀杆24。来自压强传感器62和位置传感器64的信号可以通过有线的连接、无线连接或者任何其他电子连接发送到电子模块52。替代地，压强传感器62和位置传感器64可以将气动、液压或者机械信号发送至电子模块。电子模块52，转而，将控制信号发送到导阀54、供给箱56以及阻断阀60。控制信号可以是通过有线或者无线连接发送的控制信号。替代地，控制信号可以是气动、液压或者机械信号。
图2示出一个全冲程特征图表100，其中控制阀从完全关闭位置(上游部分)102完全打开，并且其中，控制阀被从完全开启位置(下游部分)104完全关闭。特征图说明在控制阀10开始打开并且允许流动之前需要初始压强积累以克服致动器30和/或控制阀10的动量和摩擦或者力矩。从打开运动转换到关闭运动时，可能需要克服动量和摩擦从而朝着另一个方向驱动调节阀10。转换运动所需的压强可以由穿过上游路径和下游路径102，104之间的垂直路径106表示。在上游路径和下游路径102，104之间的区域可以称为死区。
因为控制阀或者阀门性能随着时间退化(例如，控制元件磨损，阀门填料磨损、致动器压强腔泄漏等)，特征图表可能从初始基准测量图表改变。在特征图表中随时间的这种变化可能反映由于，例如，摩擦导致的阀的运行上的退化。该变化可能提示修理或者替换阀门或者阀门的元件。
基线特征图表可从制造商测试获得。或者，基线特征图表可以在安装之前或者在一些初始操作期间从用户测量获得。这个基线图表可以用来帮助用户配置边界。例如，使用显示的基线特征图表，用户可以确定或者配置一个或多个边界，该边界作为从基线的偏差阈值，新特征图表测量可与之比较。当用户使用基线特征图表配置边界时，边界可以被更新。或者，可以使用例如鼠标或者光笔的典型的计算机输入装置而绘制边界。用于阀门特征图表的评估系统的一个例子在受让人为Fisher Controls International的美国专利公布No.2008/0004836中有披露。美国专利公布No.2008/0004836以参考的形式并入本文。
用户使用基线特征图表配置的边界可以用来确定是否更新的、当前的、或者新特征图表符合预置边界所表示的容许偏差，或者特征图表是否指示一个或多个特征的退化或者偏差，该退化或者偏差需要一些维护操作，例如修理或者替换控制阀。例如，在配置一个或更多边界之后，可以相对于该配置的边界而测量和分析当前的特征图表，以确定是否有图表点违反或者超过边界。当前的特征图表可以显示并且叠加在预配置的边界上，以确定特征失败，例如，是否当前特征图表有在预置边界之外的点。
然而，在与过程控制系统关联的、用于控制该过程的至少一部分的控制阀的正常在线操作中，控制阀的通常操作可能不总是沿整个阀特征曲线驱动整个周期。这种关于控制阀的输入-输出特性的全幅度范围遍历或者全冲程图表可能，在很多过程中，只是发生在控制阀的特定的测试中(例如，在制造商测试或者工厂停机期间)。相反，可能的仅是部分冲程测量。在这种形势下，一个或多个边界的范围可以仅仅配置或者调整成匹配部分冲程范围。此外，图表仍然可以基于全冲程工厂测试，不过，只有该图表的部分可以用来确定当前的阀特征边界。或者，为了确定当前的部分冲程图表和当前的全冲程图表的边界条件，多个部分冲程图表可以用来形成一个基线图表。
图3详细示出了自动速度搜索装置50。电子模块52包括通信地连接到导阀54的主螺线管70。主螺线管70通过发送命令信号到导阀54控制滑阀58的配置，导阀54转而放置滑阀58。在一个实施例中，从主螺线管70发送的命令信号是电信号，从导阀54发送到滑阀58的信号是气动或者液压信号。在其他实施例中，来自导阀54的信号也可以是电信号。滑阀58包括可滑动的活塞72，其响应来自导阀54的信号而移动。滑阀58还包括控制流体入口端口74、第一控制流体出口端口76以及第二控制流体出口78。滑阀58还可以包括一个或多个阀塞80。
电子模块52还可以包括次级螺线管82，其通信地连接到阻断阀60。次级螺线管82将电信号发送到阻断阀60以打开或者关闭阻断阀60。第一压强传感器84测量供给箱56内的压强，而第二压强传感器输入86从压强传感器62(图1)接收压强信号，其指示致动器30中的流体压强。位置传感器输入88从位置传感器64(图1)接收位置传感器信号，其表明致动器杆42和/或阀杆24的位置。处理器90根据如图6和7所示的逻辑图处理压强和位置输入，并且控制主要和次级螺线管70，82从而选择地放置导阀54、滑阀58以及阻断阀60。
如图4所示，电子模块52通过指示导阀54以放置活塞72从而流体地连接控制流体入口端口74和第一控制流体出口端口76，从而配置滑阀58以控制流体从供给箱56进入致动器30。随着控制流体从供给箱56流动通过滑阀58并且进入致动器30，致动器的第一腔36中的控制流体压强将增加，引起隔膜34和隔膜板40移向控制阀10(图1)。因此，致动器杆42和阀杆24也将移向控制阀10，引起阀塞20从阀座22移开，结果是更多流体流动通过控制阀。
如图5所示，电子模块52也可以通过指示导阀54以放置活塞72从而流体地连接第二控制流体出口端口78和第一控制流体出口端口76，从而配置滑阀58以控制流体流出致动器30(在这种情况下流体从致动器30流出且进入滑阀58)。随着控制流体从致动器30流动通过滑阀58并且进入阻断阀60，致动器的第一腔36中的控制流体压强将降低，引起隔膜34和隔膜板40移动远离控制阀10(图1)。因此，致动器杆42和阀杆24也将从控制阀10移开，引起阀塞20从阀座22移开，结果是更多流体流动通过控制阀。在这个配置中，控制流体从供给箱56流体地连接到阀塞80，阻止控制流体流入致动器30。此外，在这个配置中，阻断阀60最终控制流体流出致动器30的速率。
处理器90以电脉冲的形式传送信号给主和次级螺线管70，82，从而以逐步的方式操作主和次级螺线管70，82。以这种方法，处理器90能通过控制活塞72和阻断阀60的位置，精确地且渐进地使得控制流体流入或者流出致动器30。因此，致动器杆42和阀杆24也渐进地移动。
当进行部分冲程测试时，无论致动器类型、致动器尺寸或者控制流体压强是怎样，通过在处理器90上执行一系列软件指令，自动速度搜索系统50确定部分冲程测试的最佳冲程速度。因此，此处披露的自动速度搜索系统50是通用的(例如，用于致动器类型、致动器尺寸和控制流体压强实际上无限的组合)。而且，披露的自动速度搜索系统50可以在现有的控制阀上改装。
一般来说，一旦确定从完全打开到完全关闭，或者相反，全速移动阀门，自动速度搜索系统50通过迭代确定部分冲程测试的最佳脉宽(例如，以降低的速度和/或部分冲程长度)。一旦确定最佳冲程速度，自动速度搜寻系统执行部分冲程测试，而无需限位开关，该限位开关是现有技术定位器需要的。而且，此处披露的自动速度搜寻系统50可以在没有定位器的控制阀中用作简单定位器。与已知定位器相比，披露的自动速度搜寻系统50在结构上更简单并且比已知定位器更耐用。
此处披露的自动速度搜寻系统50通过在处理器90上执行软件程序来反复地搜寻用于部分冲程测试的最佳脉冲宽度。软件程序可以使用一系列逻辑指令，如图6和7所示的逻辑。图6的逻辑图解是当阀塞或者控制元件从打开位置朝向关闭位置移动时用于执行部分冲程测试的速度搜寻例程的逻辑的一个例子。与此类似，图7的逻辑图解是当阀塞或者控制元件从关闭位置朝向打开位置移动时用于执行部分冲程测试的速度搜寻例程的逻辑的一个例子。
现在转到图6，示出了用于控制元件从开启位置到关闭位置的运动的部分冲程测试逻辑200的例子。最初，为系统设定某些参数。例如，输入全冲程长度(L)、全程运动的目标时间(T)、步骤数(N)。在目标时间(T)和步骤数(N)的情况下，这些原始参数可以由用户选择，或在例如全冲程长度(L)的情况下，原始参数可以基于制造商的数据或者实际测量。每个冲程步骤(B)用T/N秒。处理器90从上面讨论的初始输入开始。在步骤208，主螺线管70通电和次级螺线管82断电以将控制元件或者阀塞20放置于完全的开启位置。主螺线管70在步骤210切断电源，测量时间(t0)，其中t0定义为使控制元件或者阀塞20以全速或者最大的速度从完全开启位置被冲击到完全关闭位置的时间。如上所述，t0可以由制造商的数据或阀门安装后执行的初始测量而确定，不需要为每次测试测量t0。一旦t0被测量(或者来自制造商数据的输入)，t0保持不变，除非在操作者确定t0应该被重新测量。在步骤212，处理器90设定冲程速度系数(X)等于t0/N，冲程速度有最小值(Xmin＝0)和最大值(Xmax＝B)。在步骤213，主和次级螺线管70，82通电以将控制元件或者阀塞20移动到完全的开启位置，准备进行部分冲程测试。在步骤214，处理器90指示主螺线管70切断电源，以便流体源56从致动器50切断。在步骤215，处理器90指示次级螺线管82切断电源X秒，并且在步骤216，处理器90指示次级螺线管82通电Y＝B-X秒。以这种方法，控制流体从致动器50逐步地释放通过阻断阀60。因此，控制元件或者阀塞20也以逐步的方式移动。在步骤218之前，步骤215和216反复执行N/2次。在其他实施例中，步骤215和216可以被执行多于或者少于N/2次。在进行步骤215和216N/2次之后，在步骤218从位置传感器88的位置信号确定控制元件20的位置，并且位置传感器88提供位置信号到控制器90。在步骤220做出决定，如果控制元件20移动超出L/2，控制器90在步骤224设定Xmax＝X和X＝(Xmin+Xmax)/2。此后，在移到步骤218之前，步骤215和216再次重复进行N/2次。不过，如果在步骤220，控制元件20没有移动超过L/2，处理器90进入步骤226。在步骤226，如果控制元件20已经移动少于L/4，在步骤228处理器90设定Xmin＝X和X＝(Xmin+Xmax)/2。此后，在移到步骤218之前，步骤215和216再次重复进行N/2次。不过，如果在步骤226，致动器杆已经移动超过L/4，然后根据定义，致动器运动在L/2到L/4范围内。这范围被认为足够用于定义最佳的脉冲速度或者冲程速度系数，冲程速度系数在步骤230被定义为X。
现在转到图7，示出了从关闭位置到开启位置的部分冲程测试逻辑300的例子。最初，为系统设定某些参数。例如，输入全冲程长度(L)、全程运动的目标时间(T)、步骤数(N)。在目标时间(T)和步骤数(N)的情况下，这些原始参数可以由用户选择，或在例如全冲程长度(L)的情况下，原始参数可以基于制造商的数据或者实际测量。每个冲程步骤(B)用T/N秒。
处理器90从上面讨论的最初输入开始。在步骤308，主螺线管70通电和次级螺线管82断电以将控制元件或者阀塞20放置于完全关闭位置。主螺线管70在步骤310通电，以测量时间(t0)，其中t0定义为使控制元件或者阀塞20以全速或者最大的速度从完全关闭位置被冲击到完全开启位置的时间。如上所述，t0可以由制造商的数据或阀门安装后执行的初始测量而确定，不需要为每次测试测量t0。一旦t0被测量(或者来自制造商数据的输入)，t0保持不变，除非操作者确定t0应该被重新测量。在步骤312，处理器90设定冲程速度系数(X)等于t0/N，冲程速度有最小值(Xmin＝0)和最大值(Xmax＝B)。在步骤313，主和次级螺线管70，82断电以将控制元件或者阀塞20移动到完全关闭位置，准备进行部分冲程测试。在步骤314，处理器90指示主螺线管70通电，以便流体源56连接到致动器50。在步骤315，处理器90指示主螺线管70通电X秒，并且在步骤316，处理器90指示主螺线管70断电Y＝B-X秒。以这种方法，控制流体逐步地流入致动器50。因此，控制元件或者阀塞20也以逐步的方式从关闭位置移动到打开位置。在步骤318之前，步骤315和316反复执行N/2次。在其他实施例中，步骤315和316可以被执行多于或者少于N/2次。在进行步骤315和316N/2次之后，在步骤318从位置传感器88的位置信号确定控制元件20的位置，并且位置传感器88提供位置信号到控制器90。在步骤320做出决定，如果控制元件20移动超出L/2，控制器90在步骤324设定Xmax＝X和X＝(Xmin+Xmax)/2。此后，在移到步骤318之前，步骤315和316再次重复进行N/2次。不过，如果在步骤320，控制元件20没有移动超过L/2，处理器90进入步骤326。在步骤326，如果控制元件20已经移动少于L/4，在步骤328处理器90设置Xmin＝X和X＝(Xmin+Xmax)/2。此后，在移到步骤318之前，步骤315和316再次重复进行N/2次。不过，如果在步骤326，致动器杆已经移动超过L/4，然后根据定义，致动器运动在L/2到L/4范围内。这范围被认为足够用于定义最佳的脉冲速度或者冲程速度系数，其在步骤330被定义为X。
速度控制的精确度由步骤数和电磁阀响应时间确定。精确度也可以通过增加算法，例如PID控制，到处理器90而增加。
图8说明滑阀58的一个实施例。类似结构可以用于阻断阀60。滑阀58包括阀体92，阀体92包括与阀塞80流体地连接的中心孔93、控制流体入口端口74、第一控制流体出口端口76以及第二控制器流体出口端口78。穿孔套94设置在中心孔93内，可滑动的活塞72设置在穿孔套94内。穿孔套94包括围绕穿孔袖94的边缘分散的多个开口95。开口95允许控制流体在控制流体入口端口和出口端口74，76，和78之间流动。穿孔套94可以包括多个密封件，例如对中心孔93的内表面密封的O形圈96。O形圈96可以把多个开口95分成不同的组，O形圈96可以防止在穿孔套94外的在开口95的各个的组之间的交叉流动。间隔件97和/或密封件98可以设置在穿孔套94的任意端从而在中心孔93内放置和密封穿孔套94。可滑动的活塞72响应于来自导阀54的输入而在穿孔套内移动，以流体地连通控制流体入口端口74、第一控制流体出口端口76和第二控制流体出口端口78中的两个，从而控制通过滑阀58的流体流动，如上所述。
此处披露的自动速度搜索装置有利地确定最佳冲程速度而不需要定位器或者限位开关。通过使用电脉冲重复地搜寻冲程速度从而以逐步的方式控制致动器杆的运动，此处披露的自动速度搜索装置迅速确定部分冲程测试的最佳冲程速度，而无论致动器的类型或者尺寸。
鉴于前文描述，本发明的许多修改和替换的实施例将对本领域技术人员是明显的。因此，这些描述仅解释为示例性的，并且为教导本领域技术人员实施本发明的最佳方式目的。本公开的细节可以在没有背离本发明的精神的情况下改变，保留对落入权利要求范围的所有变化例的专用权。

Claims (20)

1.一种控制阀的部分冲程测试的自动速度搜索装置，所述自动速度装置包括：
可操作地连接到导阀的滑阀，所述导阀被配置为将所述滑阀放置于开启位置和关闭位置之一，所述滑阀包括第一控制流体入口、第一控制流体出口以及第二控制流体出口，所述第一控制流体入口流体地连接到控制流体源，所述第一控制流体出口配置为连接到阀门致动器；
阻断阀，其流体地连接到所述滑阀的所述第二控制流体出口；以及
电子模块，其可操作地连接到所述导阀、所述控制流体源以及所述阻断阀，
其中所述滑阀的所述开启位置流体地连接所述第一控制流体入口至所述第一控制流体出口，并且所述滑阀的所述关闭位置流体地连接所述第一控制流体出口至所述第二控制流体出口。
2.如权利要求1所述的自动速度搜索装置，其中所述电子模块包括可操作地连接到所述导阀的主螺线管和可操作地连接到所述阻断阀的次级螺线管。
3.如权利要求2所述的自动速度搜索装置，其中所述电子模块包括通信地连接到所述控制流体源的第一压强传感器。
4.如权利要求3所述的自动速度搜索装置，其中所述电子模块包括通信地连接到所述阀门致动器的第一腔的第二压强传感器。
5.如权利要求4所述的自动速度搜索装置，其中所述电子模块包括位置传感器输入端，所述位置传感器输入端配置成从连接到所述阀门致动器的位置传感器接收位置信号，所述位置传感器产生指示致动器杆或者阀杆的当前位置的位置信号。
6.如权利要求5所述的自动速度搜索装置，其中所述电子模块包括处理器，所述处理器读取来自所述第一压强传感器、所述第二压强传感器以及所述位置传感器的信号，所述处理器产生用于所述主螺线管和所述次级螺线管的控制信号。
7.如权利要求6所述的自动速度搜索装置，其中所述控制信号是电脉冲，所述导阀和所述阻断阀响应于所述控制信号逐步打开或关闭。
8.如权利要求1所述的自动速度搜索装置，其中所述滑阀包括阀体、设置在所述阀体内的中心孔、设置在所述中心孔内的穿孔套，和设置在所述穿孔套内的可滑动的活塞。
9.如权利要求8所述的自动速度搜索装置，其中所述穿孔套包括多个开口，设置在所述穿孔套和所述阀体之间的一个或多个密封件将所述多个开口分成一个或多个组。
10.一种具有用于部分冲程测试的自动速度搜索设备的控制阀，所述控制阀包括：
阀体，所述阀体包括流体入口、流体出口和流体地连接所述流体入口和所述流体出口的流体通道；
设置在所述流体通道内的阀塞，所述阀塞与阀座相互作用以控制通过所述阀的流体流动；
连接到所述阀塞的致动器，所述致动器响应于控制信号在开启位置和关闭位置之间移动所述阀塞，所述致动器包括被隔膜分开的第一腔和第二腔，所述控制信号包括通过控制流体输入向所述第一腔的流体压强信号；以及
连接到所述致动器的自动速度搜索装置，所述自动速度搜索装置包括，
可操作地连接到导阀的滑阀，所述导阀被配置为将所述滑阀移动到开启位置和关闭位置之一，所述滑阀包括第一控制流体入口、第一控制流体出口以及第二控制流体出口，所述第一控制流体入口流体地连接到控制流体源，所述第一控制流体出口配置为连接到阀门致动器；
阻断阀，其流体地连接到所述滑阀的所述第二控制流体出口；以及
电子模块，其可操作地连接到所述导阀，所述控制流体源以及所述阻断阀，
其中，所述自动速度搜索装置反复地搜索用于阀特征测试的最佳阀塞致动速度。
11.根据权利要求10的控制阀，其中所述电子模块包括可操作地连接到所述导阀的主螺线管和可操作地连接到所述阻断阀的次级螺线管。
12.根据权利要求11的控制阀，其中所述电子模块包括通信地连接到所述控制流体源的第一压强传感器。
13.根据权利要求12的控制阀，其中所述电子模块包括通信地连接到所述致动器的第一腔的压强传感器输入端。
14.根据权利要求13的控制阀，其中所述电子模块包括位置传感器输入端，所述位置传感器输入端配置成从连接到所述致动器的位置传感器接收位置信号，所述位置传感器产生指示致动器杆或者阀杆的当前位置的位置信号。
15.根据权利要求14的控制阀，其中所述电子模块包括处理器，所述处理器读取来自所述压强传感器、所述压强传感器输入端以及所述位置传感器输入端的信号，所述处理器产生用于所述主螺线管和所述次级螺线管的控制信号，所述控制信号是电脉冲，所述电脉冲响应于所述控制信号以逐步的方式打开或者关闭所述导阀和所述阻断阀。
16.一种为控制阀从开启位置到关闭位置的部分冲程测试自动确定最佳冲程速度的方法，所述方法包括：
a)提供最佳速度搜索装置，所述最佳速度搜索装置包括可操作地连接到导阀的滑阀，所述导阀被配置为将所述滑阀放置于开启位置和关闭位置之一，所述滑阀包括第一控制流体入口、第一控制流体出口以及第二控制流体出口，所述第一控制流体入口流体地连接到控制流体源，所述第一控制流体出口配置为连接到阀门致动器；阻断阀，其流体地连接到所述滑阀的所述第二控制流体出口；以及电子模块，其可操作地连接到所述导阀、所述控制流体源以及所述阻断阀，所述电子模块包括通信地连接到所述导阀的主螺线管和通信地连接到所述阻断阀的次级螺线管；
b)确定以最大速度将所述控制阀的控制元件从所述开启位置完全冲击到所述关闭位置所需的时间(t0)；
c)确定完成所述部分冲程测试的期望的时间(T)和期望的步骤数(N)；
d)设置冲程速度系数(X)等于t0/N；
e)设置最小冲程速度系数(Xmin)等于零，并且设置最大冲程速度系数(Xmax)等于冲程步骤(B)，这里B等于T/N；
f)给所述主螺线管和所述次级螺线管通电以将控制元件置于完全开启位置；
g)给所述主螺线管断电；
h)给所述次级螺线管断电X秒；
i)给所述次级螺线管通电Y秒，这里Y＝B-X；
j)重复步骤h和i N/2次；
k)测量所述控制元件的运动；
l)如果控制元件的运动不在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间，更新X、并更新Xmax与Xmin之一；
m)重复步骤f到l，直到所述控制元件的运动是在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间。
17.如权利要求16所述的方法，其中在重复步骤h和i N/2次之后，根据位置传感器确定所述控制元件的位置，并且如果所述控制元件的位置已经移动超过L/2，Xmax和X根据下列公式确定，
Xmax＝X，X＝(Xmin+Xmax)/2。
18.如权利要求16所述的方法，其中在重复步骤h和i N/2次之后，根据位置传感器决定所述控制元件的位置，并且如果所述控制元件的位置已经移动小于L/4，Xmin和X根据下列公式确定，
Xmin＝X，X＝(Xmin+Xmax)/2。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述导阀和所述阻断阀通过电信号致动。
20.一种自动确定控制阀从关闭位置到开启位置的部分冲程测试的最佳冲程速度的方法，所述方法包括：
a)提供最佳速度搜索装置，所述最佳速度搜索装置包括可操作地连接到导阀的滑阀，所述导阀被配置为将所述滑阀放置于开启位置和关闭位置之一，所述滑阀包括第一控制流体入口、第一控制流体出口以及第二控制流体出口，所述第一控制流体入口流体地连接到控制流体源，所述第一控制流体出口配置为连接到阀门致动器；阻断阀，其流体地连接到所述滑阀的所述第二控制流体出口；以及电子模块，其可操作地连接到所述导阀、所述控制流体源以及所述阻断阀，所述电子模块包括通信地连接到所述导阀的主螺线管和通信地连接到所述阻断阀的次级螺线管；
b)确定以最大速度将所述控制阀的控制元件从所述关闭位置完全冲击到所述开启位置的所需时间(t0)；
c)确定完成所述部分冲程测试的期望的时间(T)和期望的步骤数(N)；
d)设置冲程速度系数(X)等于t0/N；
e)设置最小冲程速度系数(Xmin)等于零，并且设置最大冲程速度系数(Xmax)等于冲程步骤(B)，这里B等于T/N；
f)给所述主螺线管和所述次级螺线管断电以将控制元件置于完全关闭位置；
g)给所述次级螺线管通电；
h)给所述主螺线管通电X秒；
i)给所述主螺线管断电Y秒，这里Y＝B-X；
j)重复步骤h和i N/2次；
k)测量所述控制元件的运动；
l)如果所述控制元件的运动不在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间，更新X、并更新Xmax与Xmin之一；
m)重复步骤f到l，直到所述阀塞的运动是在全冲程长度的四分之一和全冲程长度的一半之间。
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