CN104482273A - 一种提高阀门控制精度的系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高阀门控制精度的系统，控制器分别与流量计和电动阀门相连；在流量计与电动阀门之间的主管道上还设有第一手动阀门；电动阀门下端的主管道上设有第二手动阀门；在主管道上设有与第一手动阀门、电动阀门及第二手动阀门并连的第三手动阀门；主管道的流体输入端与加压泵相连；其控步骤为：使电动阀门与串接在同一主管道上的流量计一起组成流量闭环控制系统，适度打开与之并行连接的手动阀门构成粗调部分；流量闭环控制系统根据流量计实际检测的流量与设定流量进行实时比较，并发出指令，通过电动阀门关闭或打开动作实现流量的微变调节；通过自动控制阀门与手动阀门组合，完成了电动阀门每次开度不变条件下控制精度提高，不增加成本、控制方便。

Description

一种提高阀门控制精度的系统及其控制方法
技术领域
本发明属于阀门控制技术领域，具体涉及一种提高阀门控制精度的方法，用于生产过程中流量控制执行器的精度。
背景技术
在化工厂等自动化生产过程中，阀门是最常见的流体控制控制执行器。随着生产线自动化程度的提高，满足不同用途的各种阀门得到了越来越多的普遍应用，对其控制精度的要求也越来越高，并且因此成为最重要的一个技术指标而在价格上形成很大差距。以应用最广泛的电动阀门为例，BTG公司进口的0.02%高精度的步进式电动阀门价格数万元；是同类型普通阀门价格的十倍, 这种高成本给企业推广实施工业化生产线自动控制带来很大压力。
电动阀门中作为流体流量控制执行器的常用部件，其中运动部件既需要克服静摩擦产生相对于阀体的运动，又要求每一次变化量越小越好，因为每一次运动产生的变化量越小，控制精度就越高。例如上述的步进式电机驱动的阀门由全开到全关5000次完成；而普通的电机驱动阀门仅需要80—100次，从而造成控制精度的巨大差别。虽然随着科学技术的进步，高精度阀门的价格有所下降，但是距离市场的需求还存在一定距离。所以如果能够在利用现有的自动化生产线条件下稍加改进后，在不增加系统成本的基础上仍然采用普通电动阀门条件下来实现流量控制精度的提高，当然是最理想的选择。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高阀门控制精度的系统及其控制方法，具有控制精度高、成本低、控制方便的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高阀门控制精度的系统，包括有控制器，控制器分别与主管道上的流量计和电动阀门相连；在流量计与电动阀门之间的主管道上还设有第一手动阀门；电动阀门下端的主管道上设有第二手动阀门；在主管道上设有与第一手动阀门、电动阀门及第二手动阀门并连的第三手动阀门；主管道的流体输入端与加压泵相连。
所述的流量计采用电磁流量计。
一种提高阀门控制精度的方法，设置自动化生产线的流量控制系统稳定工作状态下所有4个阀门的工作状态，实现粗、细调节相组合，包括以下步骤：
首先，使电动阀门支路和与之并行连接的手动阀门支路一起组成流量控制执行器，与串接在同一主管道上的流量计一起组成流量闭环控制系统；
其次，流量闭环控制系统根据流量计实际检测的流量与设定流量进行实时比较，并发出指令，通过电动阀门关闭或打开动作实现流量微小调节；
第三，粗调功能与细调功能的实现，具体做法是：
1）将原来稳定工作状态下完全关闭的第三手动阀门打开适当开到总流量2/4～3/4的开度，使大部分流体流量的从第三手动阀门处流过，并使其在稳定工作状态下转变为流量控制系统中执行器的一部分，此为粗调环节；
2）把电动阀门两端的第一手动阀门和第二手动阀门分别由原来稳定工作状态下完全打开状态调节到部分打开状态，且第一手动阀门的开度必须大于第二手动阀门的开度，使得每次引起的流量的变化量△F大大减小，整个系统对于流量的控制精度相对于原来可提高3～5倍，电动阀门与第一手动阀门、第二手动阀门一起组合成为流量控制执行器的另一部分，此为细调环节。
系统稳定工作状态下，原来备用的旁路管道与安装电动阀门的主管道共同完成流体流量有效控制。
本发明的有益效果是：
基于已有管路结构及和流量自动控制系统的工作原理，以及在生产线稳定工作状态下流体流量基本不变的实际情况，如果我们把与电动阀门并连的第三手动阀门作为流量粗调利用起来，而把电动阀门和其前后二端的第一手动阀门、第二手动阀门有机组合作为流量细调利用起来。完全能够实现在控制系统不增加任何成本的基础上，巧妙利用现有几个阀门组合完成生产线正常状态下流体流量控制精度的大幅度提高。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为自动控制状态下流量示意图。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例以食品厂中液流体管路的流量控制系统为例进行说明。无论控制的流体是液体还是气体
参见图1，一种提高阀门控制精度的系统，包括有控制器1，控制器分别与主管道2上的流量计3和电动阀门4相连；在流量计3与电动阀门之间的主管道上还设有第一手动阀门5；电动阀门4下端的主管道上设有第二手动阀门6；在主管道2上设有与第一手动阀门5、电动阀门4及第二手动阀门6并连的第三手动阀门7；主管道的流体输入端与加压泵8相连。
其工作过程如下：
当自动控制生产线处于稳定工作状态下，管道里的流量根据流量计检测值与设定值比较，通过控制器发出指令，再驱动电动阀门的开大或者关小动作实现对于流量调节的自动控制，而与之并连的第三手动阀门一直全关闭状态。与之相反，安装于电动阀门两端的第一手动阀门和第二手动阀门正常工作期间一直处于全开状态。因为生产线稳定工作状态下只有电动阀门一直按照控制器的指令不断的执行开、关动作完成流量调节任务，所以故障率最高。所以在经常检修电动阀门过程中，为了不影响生产线的正常运行，才把安装于电动阀门两端的第一手动阀门和第二手动阀门关闭，以便卸下电动阀门进行维修或者更换；同时并通过第三手动调节阀门来继续保持流量计的数据基本不变，从而满足生产线对于管道流量要求以实现生产的不简断运行，所以工程上又把第三手动阀门控制的管道叫旁路。
另外，因为控制系统中的流量计采用电磁流量计，本身没有运动部件，所以通常情况下不易发生故障，故实际工程中在其前后免装检修时用的手动阀门并将其安装于电动控制支管路上。但是在我们所设计的这个新的流量控制系统中，将流量计移前安装于并连管道之前的公用管道上，以便为检修期间手动操作第三手动阀门提供数据支持。
工作原理
当处于自动控制情况下的生产线中流量、浓度、温度的生产工艺参数基本都处于恒定不变的状态，从而保证产品性能的稳定性和一致性，实际上流量闭环控制系统的任务就是根据流量计实际检测的流量与设定流量进行实时比较，并发出指令，通过电动阀门关闭或者打开动作实现流量调节，保证流量一直处于工艺条件允许流量范围内即可。如图2所示：△F为允许变化范围，F0为设定流量，波浪线为实际流量。
针对这种情况下的流量特点，如果我们有意识的把完全关闭的第三手动阀门打开一定开度（打开程度），以实现流体流量的大部分从此处流过，使其在稳定工作状态下从一个旁观者转变为流量控制系统中执行器的一部分----粗调功能；再把电动阀门两端的第一手动阀门和第二手动阀门分别由完全打开状态调节到部分打开状态，且第一手动阀门的开度必须大于第二手动阀门的开度情况下，因为电动阀门前后二端流体压力差大幅度降低，所以虽然电动阀门每一次的开或者关的转动角度没有变化，但是因为流量大小不但与阀门的开度有关，而且与阀门前后的压力差有关。从而使得每次引起的流量的变化量△F大大减小，即使得整个系统对于流量的控制精度相对于原来可提高3～5倍，这里的电动阀门已经不再单独作为流量控制执行器，而是与第一手动阀门、第二手动阀门一起有机组合成为流量控制执行器的其中另外一部分---细调功能。
电动阀门前后压力差对于流量的影响具体分析计算如下：
根据伯努利方程：
上式中P1、P2和v1、v2及ρ1、ρ2分别代表电动阀门前后流体的压强、流速与密度。一般情况下近似认为流体密度不变化，所以ρ1=ρ2,此时通过阀门的流体流量F仅与电动阀门前后压力差P12的平方根成正比关系：
所以巧妙利用原来相关的阀门控制设备组成粗、细调互补结构形式后，大幅度的降低了电动阀门前后的压力差P12，使得在电动阀门每次开、关动作的角度（幅度）不变的条件下，调节的流量幅度减小。如当压力差P12减小到原来1/9的时候，每次调节的流量变化量仅为原来的1/3。从而达到在不增加投资情况下实现提高控制流量精度的目的。
   注意，这种情况下，电动阀门前后的压力差P12具体由第三手动阀门及第一手动阀门、第二手动阀门的开度共同决定。
实施方式
   对于生产过程流量参数实现自动化控制的生产线，一旦进入稳定工作状态，根据以上所述方法实现流量控制精度的提高。即在把全关闭的第三手动阀门7慢慢的逐步打开的同时，同样手工操作把原来完全打开的第一手动阀门、第二手动阀门分别进行逐步关闭，操作时要以流量计的流量数据基本保持不变为原则，且三个手动阀门最后状态既不是全开，也非全关，而是处于一定开度状态。通常情况下第三手动阀门7中流量占到总流量的3/4，这种情况下控制精度明显提高且系统整体运行情况良好。具体情况具体分析，要达到好的预期效果，系统调节过程中几个操作人员的经验以及相互之间协作配合也很重要。
   此方法不仅适用于稳定工作状态的食品自动化生产线中的流量控制系统，而且同样适用于任何化工等利用阀门控制流体（包括液体和气体）流量的自动化生产线中。但是对于刚启动或者处于调试阶段的自动化流量控制生产线则不适宜。

Claims (3)

1.一种提高阀门控制精度的系统，包括有控制器（1），其特征在于，控制器分别与主管道（2）上的流量计（3）和电动阀门（4）相连；在流量计（3）与电动阀门之间的主管道上还设有第一手动阀门（5）；电动阀门（4）下端的主管道上设有第二手动阀门（6）；在主管道（2）上设有与第一手动阀门（5）、电动阀门（4）及第二手动阀门（6）并连的第三手动阀门（7）；主管道的流体输入端与加压泵（8）相连。
2.根据权利要求1所述的一种提高阀门控制精度的系统，其特征在于，所述的流量计采用电磁流量计。
3.一种提高阀门控制精度的方法，其特征在于，设置自动化生产线的流量控制系统稳定工作状态下所有4个阀门的工作状态，实现粗、细调节相组合，包括以下步骤：
首先，使电动阀门（4）支路和与之并行连接的手动阀门（7）支路一起组成流量控制执行器，与串接在同一主管道上的流量计一起组成流量闭环控制系统；
其次，流量闭环控制系统根据流量计实际检测的流量与设定流量进行实时比较，并发出指令，通过电动阀门关闭或打开动作实现流量微小调节；
第三，粗调功能与细调功能的实现，具体做法是：
1）将原来稳定工作状态下完全关闭的第三手动阀门适当打开到总流量2/4～3/4的开度，使大部分流体流量的从第三手动阀门处流过，并使其在稳定工作状态下转变为流量控制系统中执行器的一部分，此为粗调环节；
2）把电动阀门两端的第一手动阀门和第二手动阀门分别由原来稳定工作状态下完全打开状态调节到部分打开状态，且第一手动阀门的开度必须大于第二手动阀门的开度，使每次引起的流量的变化量△F减小，整个系统对于流量的控制精度比原来提高了，电动阀门与第一手动阀门、第二手动阀门一起组合成为流量控制执行器的另一部分，此为细调环节。
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