CN103092182A - 电液执行机构安全功能的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工业阀门控制领域的电液执行机构安全功能的检测装置，包括控制器和与其联接的电气控制回路，该电气控制回路分别联接有压力传感器、电磁阀、手柄检测装置和位移传感器，该电气控制回路通过以上元器件还联接有液压油路，该液压油路分别联接有蓄能器、压力表、压力传感器、电磁阀、单向阀、液控阀一、液控阀二、手动阀、油缸和回油装置。增设有安全功能检测，可以在电液执行机构正常使用过程中，在不影响其正常的控制动作的前提下，对电液执行机构的安全功能进行检测，而且，可以定量分析储能元件蓄能器的储能状态，在储能不足时发出报警。

Description

电液执行机构安全功能的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及工业阀门控制用的检测装置及检测方法，具体涉及电液执行机构安全功能的检测装置及检测方法。

背景技术

电液执行机构的检测装置一般应用于工业阀门的位置控制，近年来大量电液执行机构开始参与装置的安全功能实现，如紧急停车、联锁保护等。但是，由于电液执行机构的安全功能只有在装置处于危险状态时才能触发，所以其安全功能在大多数时间内都是出于非启用状态，从而很难确认其安全功能是否完好。

电液执行机构的安全功能，用于响应紧急停车(ESD)事件，并以最高优先级的方式实现控制动作。由于紧急停车事件极少发生，所以电液执行机构的安全功能日常都是处于非使用状态，定期检测其安全功能是提高电液执行机构安全完整性的重要手段。

目前，一些电液执行机构产品已经具备了自检测功能，但大多数都只能检测ESD电磁阀的动作，对安全功能实现所需要的蓄能器充气压力、液控阀的动作等都没有检测。有部分厂家在其产品中对安全功能的所有元件进行了检测，但是由于没有进行信息综合，蓄能器储能能力的检测是通过一个流量计观测得到，缺乏对电液执行机构产品实现安全功能的量化评估，只能人为定性判断。传统电液执行机构的缺点是检测的覆盖范围不完整，与安全功能有关的其它元部件没有做检测，所以检测结果的准确性不高。部分改进后的技术虽然检测范围较为完整，但是只能人为做定性判断，特别是对蓄能器储能的检测，只能检测到有没有储能，而无法判断所储存的高压油够不够，仍然没有从根本上解决检测准确性的问题。

由于电液执行机构一般长期出于非ESD状态，只有它所应用的场合出现紧急停车情况时，电液执行机构的安全功能——ESD功能才会被启动，所以为了提高电液执行机构的安全完整性，必须定期对其安全功能的实现回路进行检测。

发明内容

本发明的目的是解决以上缺陷，研发出一种不仅具有独立的安全功能模块，而且具有全面的安全功能检测和诊断功能的的检测装置及其检测方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

电液执行机构安全功能的检测装置，包括控制器和与其联接的电气控制回路，该电气控制回路分别联接有压力传感器、电磁阀、手柄检测装置和位移传感器，所述手柄检测装置机械联接有手动阀，所述位移传感器机械联接有油缸，该电气控制回路通过以上元器件还联接有液压油路，该液压油路分别联接有蓄能器、压力表、压力传感器、电磁阀、单向阀、液控阀一、液控阀二、手动阀、油缸和回油装置，该液压油路还联接有控制功能模块。

进一步地，所述手动阀上设有手柄位置检测开关，用于识别手动阀所处的状态，该手柄位置检测开关包括有测试位和工作位，其测试位和工作位可通过手动进行切换。

进一步地，该蓄能器为皮囊式蓄能器或者活塞式蓄能器或者弹簧式蓄能器，同时也包括其它各种方式的蓄能器。

进一步地，该蓄能器内储蓄的能源为氮气。

其中，电液执行机构的ESD动作，是通过电磁阀控制液控阀一和液控阀二实现。也包括多个电磁阀以“与”或“或”的逻辑控制液控阀一和液控阀二的情况。在安全功能的构成回路中，增加了手动阀，用于在测试时形成蓄能器所储存的液压油的卸油回路，并且能阻断卸油回路与油缸的油路连接。在蓄能器卸油的过程中，通过压力传感器检测蓄能器的压力变化。手动阀配有手柄位置检测开关，用于识别手动阀所处的状态：正常的测试状态、正常的工作状态和其它错误的位置状态。电磁阀在检测时，受控于控制器。对于多个电磁阀控制ESD功能时，这些电磁阀在检测过程中，也均受控于控制器。将检测到的卸油后的压降与存储于控制器中的标准压降数据进行对比。

当没有ESD指令时安全功能未启用，电磁阀得电，液控阀一和液控阀二的控制油压为低压，处于关闭状态，电液执行机构的正常控制由控制器控制其他控制回路实现。

当有ESD指令时安全功能启用，电磁阀失电，液控阀一和液控阀二的控制油压为高压，处于开启状态，蓄能器中存储的高压油经过液控阀一和液控阀二和处于开启状态的手动阀驱动油缸快速动作，从而实现电液执行机构的安全功能。

新型的检测装置的有益效果：可以在电液执行机构正常使用过程中，在不影响其正常的控制动作的前提下，对电液执行机构的安全功能进行检测，同时，检测覆盖了与安全功能有关的全部动作部件，而且，可以定量分析储能元件蓄能器的储能状态，在储能不足时发出报警。

本发明的另一个目的是提供一种检测装置的检测方法，该检测方法步骤如下：

A.在控制器上启动测试指令；

B.将手动阀扳动到测试位，到位后，手柄检测装置向控制器发出开始检测信号；

C.控制器控制电磁阀失电，同时控制器采集压力传感器的信号，

D.经过时间T，控制器控制电磁阀恢复得电；

E.控制器通过计算得到T时间内压力传感器的压降数据；

F.控制器进行数据分析，数据分析如下：

压降数据等于零或者接近于零时，控制器、电磁阀、液控阀一和液控阀二所构成的ESD控制回路故障；压降数据大于设定值时，蓄能器充压不足，无法满足ESD的动作要求；压降数据小于设定值同时显著大于零时，ESD控制回路及蓄能器储能满足ESD动作要求，根据压降数据与控制器储存的基准数据对比，可以得到蓄能器的储能状态的定量评估。

由于在进行安全功能的检测时，电液执行机构的安全功能是无效的，所以检测完成后或正常使用过程中，将检测用的操作手柄放置于“在用”位置非常重要。本发明可使使用者易于识别安全功能的检测状态和在用状态，可有效避免误操作，提高了电液执行机构的安全完整性。

附图说明

图1为本发明电液执行机构安全功能的检测装置及其检测方法的回路示意图；

图2为本发明电液执行机构安全功能的检测装置及其检测方法的各种压降曲线示意图；

图1中，虚线所联接的回路为电气控制回路，实线所联接的回路为液压油路，(1)蓄能器，(2)压力表，(3)压力传感器，(4)电磁阀，(5)单向阀，(6)液控阀一，(7)液控阀二，(8)手柄检测装置，(9)手动阀，(10)油缸，(11)位移传感器，(12)控制器，(13)回油装置。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本实施例，参照图1，电液执行机构安全功能的检测装置，包括控制器(12)和与其联接的电气控制回路，该电气控制回路分别联接有压力传感器(3)、电磁阀(4)、手柄检测装置(8)和位移传感器(11)，所述手柄检测装置(8)机械联接有手动阀(9)，所述位移传感器(11)机械联接有油缸(10)，该电气控制回路通过以上元器件还联接有液压油路，该液压油路分别联接有蓄能器(1)、压力表(2)、压力传感器(3)、电磁阀(4)、单向阀(5)、液控阀一(6)、液控阀二(7)、手动阀(9)、油缸(10)和回油装置(13)，该液压油路还联接有控制功能模块。

另外，所述手动阀(9)上设有手柄位置检测开关，用于识别手动阀(9)所处的状态，该手柄位置检测开关包括有测试位和工作位，其测试位和工作位可通过手动进行切换。该蓄能器(1)内储蓄的能源为氮气。由于对安全功能检测过程中，电液执行机构的安全功能是无效的，所以为了提醒用户，在手动阀(9)上配有检测装置，当电液执行机构处于安全功能检测过程时，检测装置向控制室发出信号。同时，将手动阀(9)手柄的正常工作位布置在柜体内，而手柄的测试位布置在柜体外，以便于用户识别。

当没有ESD指令时安全功能未启用，电磁阀(4)得电，液控阀一(6)和液控阀二(7)的控制油压为低压，处于关闭状态，电液执行机构的正常控制由控制器(12)控制其他控制回路实现。

当有ESD指令时安全功能启用，电磁阀(4)失电，液控阀一(6)和液控阀二(7)的控制油压为高压，处于开启状态，蓄能器(1)中存储的高压油经过液控阀一(6)和液控阀二(7)和处于开启状态的手动阀(9)驱动油缸(10)快速动作，从而实现电液执行机构的安全功能。

作为权利的扩展，图1中所描述的是对于一个电磁阀(4)的情况，为了提高可靠性，可以增加一个或多个电磁阀(4)，与电磁阀(4)构成多选一的逻辑关系，实现任一电磁阀(4)失电都能触发ESD动作。也可以增加一个或多个电磁阀(4)，与电磁阀(4)构成多选多的逻辑关系，实现只有全部电磁阀(4)失电才能触发ESD动作，非全部电磁阀(4)失电则不能触发ESD动作。图1中所描述的是失电ESD的原理，也可以通过改变元件选型或改变油路连接关系，实现得电ESD的功能。对于多个电磁阀(4)控制ESD动作时，可以通过逐一控制电磁阀(4)动作进行检测，也可以通过改变元件选型或改变油路连接关系，实现液控阀一(6)和液控阀二(7)为控制油路失压ESD、高压为一般工作状态的功能。并不局限于图1中标明的油缸(10)ESD的方向，改变油路的连接，也可以适用于相反方向为ESD方向的情况。

本发明专利可以在电液执行机构正常使用过程中，在不影响其正常的控制动作的前提下，对电液执行机构的安全功能进行检测，同时，检测覆盖了与安全功能有关的全部动作部件，而且，可以定量分析储能元件蓄能器(1)的储能状态，在储能不足时发出报警。

本实施例的检测装置的检测方法，检测时需要将手动阀(9)置于测试位，然后控制器(12)控制电磁阀(4)失电，蓄能器(1)储存的高压油会经过液控阀二(7)、手动阀(9)、液控阀一(6)至回油装置(13)，与此同时控制器(12)通过压力传感器(3)实时检测与蓄能器(1)连接系统油压。经过预定的时间后，控制器(12)控制电磁阀(4)复位，然后按照以下所述的方法进行安全功能完好性的判断。

该检测方法步骤如下：

A.在控制器(12)上启动测试指令；

B.将手动阀(9)扳动到测试位，到位后，手柄检测装置(8)向控制器(12)发出开始检测信号；

C.控制器(12)控制电磁阀(4)失电，同时控制器(12)采集压力传感器(3)的信号；

D.经过时间T，控制器(12)控制电磁阀(4)恢复得电；

E.控制器(12)通过计算得到T时间内压力传感器(3)的压降数据；

F.控制器(12)进行数据分析，数据分析如下：

压降数据等于零或者接近于零时，控制器(12)、电磁阀(4)、液控阀一(6)和液控阀二(7)所构成的ESD控制回路故障；压降数据大于设定值时，蓄能器(1)充压不足，无法满足ESD的动作要求；压降数据小于设定值同时显著大于零时，ESD控制回路及蓄能器(1)储能满足ESD动作要求，并且根据压降数据与控制器存储的基准数据对比，可以得到蓄能器(1)储能状态的定量评估。

本实施例的检测方法，参照图1和图2，图2中，P为压力传感器(3)的压力，T为压降时间，ΔP为压降数据，(a)为标准压降曲线，(b)为正常压降过程曲线，(c)为控制回路故障曲线，(d)为蓄能器(1)充氮压力不足曲线。如果安全功能回路各部分工作正常，检测过程的压降曲线将会表现为图2中(b)的形态。如果安全功能的控制回路未能有如期的动作，包括电磁阀(4)未动作、液控阀一(6)和液控阀二(7)未动作，则压降曲线将会表现为图2中(c)的形态。如果蓄能器(1)充氮压力不足，当控制回路如期动作时，压降曲线将会表现为图2中(d)的形态。进一步，在初始系统油压已知、压降时间T固定、液压回路固定的前提下，ΔP与蓄能器(1)的充氮压力存在对应关系，因此，通过对ΔP的测量和基准数据对比，就可以得出蓄能器(1)的充氮压力数值。标准的压降曲线在电液执行机构出厂前输入控制器(12)中。当检测结果为(c)或(d)形态的情况时，控制器(12)向控制室发出报警信息。

由于在进行安全功能的检测时，电液执行机构的安全功能是无效的，所以检测完成后或正常使用过程中，将检测用的操作手柄放置于“在用”位置非常重要。本发明可使使用者易于识别安全功能的检测状态和在用状态，可有效避免误操作，提高了电液执行机构的安全完整性。

以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.电液执行机构安全功能的检测装置，其特征在于：包括控制器和与其联接的电气控制回路，该电气控制回路分别联接有压力传感器、电磁阀、手柄检测装置和位移传感器，所述手柄检测装置机械联接有手动阀，所述位移传感器机械联接有油缸，该电气控制回路通过以上元器件还联接有液压油路，该液压油路分别联接有蓄能器、压力表、压力传感器、电磁阀、单向阀、液控阀一、液控阀二、手动阀、油缸和回油装置，该液压油路还联接有控制功能模块。

2.根据权利要求1所述电液执行机构安全功能的检测装置，其特征在于：所述手动阀上设有手柄位置检测开关，用于识别手动阀所处的状态，该手柄位置检测开关包括有测试位和工作位，其测试位和工作位可通过手动进行切换。

3.根据权利要求1所述电液执行机构安全功能的检测装置，其特征在于：该蓄能器为皮囊式蓄能器或者活塞式蓄能器或者弹簧式蓄能器。

4.根据权利要求1所述电液执行机构安全功能的检测装置，其特征在于：该蓄能器内储蓄的能源为氮气。

5.如权利要求1所述的检测装置的检测方法，其特征在于，该检测方法步骤如下：

A.在控制器上启动测试指令；

B.将手动阀扳动到测试位，到位后，手柄检测装置向控制器发出开始检测信号；

C.控制器控制电磁阀失电，同时控制器采集压力传感器的信号；

D.经过时间T，控制器控制电磁阀恢复得电；

E.控制器通过计算得到T时间内压力传感器的压降数据；

F.控制器进行数据分析，数据分析如下：

压降数据等于零或者接近于零时，控制器、电磁阀、液控阀一和液控阀二所构成的ESD控制回路故障；压降数据大于设定值时，蓄能器充压不足，无法满足ESD的动作要求；压降数据小于设定值同时显著大于零时，ESD控制回路及蓄能器储能满足ESD动作要求。

Images