CN106325116B - 远程开关型执行机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及远程开关型执行机构，所述执行机构包括扭矩控制器，阀位限制器，DCS远程控制器，电流检测器，DCS脉冲和计数功能块,阀门电机过流修复功能块，所述扭矩控制器由两个接点GKA、继电器GKA以及微动开关STC和微动开关STO组成，所述阀位限制器由阀门开到位FKA、阀门关到位RKA、继电器FKA、继电器RKA、开关FSW以及开关RSW组成，所述DCS远程控制器3由DCS系统中开接点DOO和关接点DOC组成，所述电流检测器是由电流互感器和电流变送器组成，所述DCS脉冲和计数功能块5是由脉冲模块TP，开计数器模块C1，关计数器模块C2，加法模块ADD，计算器模块C组成，所述的阀门电机过流修复功能块6由比较器，与门，或门，异或门，双稳态电路，时间继电器组成。

Description

远程开关型执行机构及控制方法

技术领域

本发明涉及一种远程开关执行机构，具体涉及一种远程开关型执行机构及控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

开关型执行机构是用于远距离控制阀门的一种机构，它能够根据用户的需要开启或关闭某个阀门，实现现代化工业的自动控制。操作人员在DCS发出动作命令后，执行机构电气回路收到动作指令后，指令接点闭合，电气回路导通，接触器动作，电机转动，当阀门位置到达阀门控制器的设定位置后，回路中的阀位常闭触点断开，电机回路断开，接触器断开，电机停止，同时阀位的常开触点闭合，就地指示灯亮，DCS系统收到了阀门开、关位置的反馈信号并在画面上显示，此时阀门完成一个动作过程，在正常状态下，远程执行机构接受到图1中DCS远控控制3指令后，阀门会做相应的开关动作，直到图1中阀位限制器2动作后，电气回路因阀位限制器接点FKA或RKA断开，阀门电机断电停止动作，从而完成阀门的一个开关动作过程。如果在动作过程中，扭矩控制器1动作的话，为了保证阀门设备的安全，会在任何状态下切除阀门电机动作，保持阀门现有的状态不变，同时发出故障报警信号。但是，在非正常状态下，如果扭矩控制器1和阀位限制器2失效时，操作员如果发出DCS远程控制3指令，阀门电机通电动作后，阀门会一直进行开关动作，无法有相应的措施使阀门电机停止动作，直到执行机构阀杆破坏，造成设备的严重事故。因此，迫切的需要一种新的技术方案解决该技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种远程开关型执行机构及控制方法，该方法利用DCS系统中的时间脉冲可调节，对阀门进行智能控制。同时通过对电流的监测和控制，提前预知阀门卡塞状态，并进行自动修复功能，保证生产设备的安全，达到了生产过程中设备状态的完全受控。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种远程开关型执行机构，其特征在于，所述执行机构包括扭矩控制器，阀位限制器，DCS远程控制器，电流检测器，DCS脉冲和计数功能块,阀门电机过流修复功能块，所述扭矩控制器1由两个接点GKA、继电器GKA以及微动开关STC和微动开关STO组成，所述阀位限制器2由阀门开到位FKA、阀门关到位RKA、继电器FKA、继电器RKA、开关FSW以及开关RSW组成，其中开关RSW控制继电器RKA，开关FSW控制继电器FKA，所述DCS远程控制器3由DCS系统中开接点DOO和关接点DOC组成，所述电流检测器4是由电流互感器和电流变送器组成，所述DCS脉冲和计数功能块5是由脉冲模块TP，开计数器模块C1，关计数器模块C2，加法模块ADD，计算器模块C组成，所述的阀门电机过流修复功能块6是在DCS系统中通过计算机编程来完成的，由比较器，与门，或门，异或门，双稳态电路，时间继电器组成。

一种远程开关型执行机构控制方法，其特征在于，所述方法为时间脉冲控制法，当操作人员需要对远程阀门进行控制时，运行人员在DCS的HMI上进行开关操作，DCS系统发出一个TP时间长的闭合信号， DCS远程控制3动作，阀门电机会朝着指令的方向动作，直至阀位控制器2动作，阀门电机停止工作，阀门到达指定的开关位置；时间脉冲确定方法，TP=T+Δt,T为执行机构开关全行程所需的时间，由于每台执行机构阀门的动作特性和整个动作行程是不一致的，所以每台执行机构的全行程动作时间需要用秒表精确测定；Δt时间可以设定为阀门全行程时间T的1%，然后在DCS系统中设定脉冲时间TP。

一种远程开关型执行机构控制方法，其特征在于，所述方法为电机过流修复法，所述控制方法如下，通过电流检测器4将实际电流送入DCS系统，DCS系统监控电流的变化，一旦电机发生卡滞或堵转，电机工作电流将增大，当电机实际电流大于电机额定电流的1.19倍，即可判断电机有卡死和运动不畅的情况，需要对阀门电机进行修复和重点监控，从而保证设备的安全；具体如下：操作人员进行了HMI开按钮操作后，双稳态1的S为“1”，Q为“1”，当检测到阀门电机的电流I实际电流≧1.19I额定电流后，0.5秒延时后，信号为“1”，送入与门1输入端1，此时与门1的输入端2为“1”，触发时间继电器T1，异或门1的输入端1为“1”，异或门1的输入端2为“1”，异或门1输出为“0”，开指令HMIO为“0”，阀门电机会停止开向动作。如果此时阀门未在关位，与门2的输入端1为“1”，与门2的输入端2为“1”，与门2的输出端为“1”，或门2输出为“1”，关指令HMIC为“1”，如图2所示，继电器DOC动作，图1中的接点DOC闭合，电机将向关方向动作T1时间后停止动作，此时如果：1）若实际电流I检测到小于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间T1、与门2的输出均为“0”，异或门1输出端1为“0”，输入端2为“1”,输出为“1”，或门1的输出为“1”，开指令HMIO为“1”，阀门会继续向开方向动作，直到阀门开到位动作后，阀门完成中间的一个修复过程；2）若实际电流I检测到大于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间T1、与门2,、或门2的输出均为“1”，关指令HMIC一直为“1”，或门3的输出为“1”，经过时间T2后，与门5输出为“1”，ALMSTOP为“1”，开继电器DOO和关继电器DOC均失电，阀门停止开关动作，并在计算机上报警，阀门过流动作卡死，需要人工到现场确认或紧急维修。

作为本发明的一种改进，所述T1设定为3秒，T2设定为5秒。

相对于现有技术，本发明的优点如下：1）该技术方案能够根据不同介质和不同型号的阀门进行时间的精确控制，同时能够避免因阀位控制器和力矩控制器故障，造成开关型执行机构的不可控；2）该技术方案通过对电机电流的监测和智能运算，无需人工干预，有效的前馈控制，智能修复，修复不成功时及时报警,防止设备故障的扩大化；3）该技术方案通过DCS系统的计数器，能够很准确的计算阀门的动作次数，精确预知开关型执行机构的寿命，便于开展设备的维修。

附图说明

图1为开关型执行机构的控制原理图；

图2为DCS脉冲和计数功能块；

图3为时间脉冲确定的示意图；

图4为阀门电机过流修复功能块；

其中：1、扭矩控制器，2、阀位限制器，3、DCS远程控制器，4、电流检测器，5、DCS脉冲和计数功能块,6阀门电机过流修复功能块。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明和介绍。

实施例1：参见图1—图4，一种远程开关型执行机构，所述执行机构包括扭矩控制器1，阀位限制器2，DCS远程控制器3，电流检测器4，DCS脉冲和计数功能块5,阀门电机过流修复功能块6，所述扭矩控制器1由两个接点GKA、继电器GKA以及微动开关STC和微动开关STO组成，所述阀位限制器2由阀门开到位FKA、阀门关到位RKA、继电器FKA、继电器RKA、开关FSW以及开关RSW组成，其中开关RSW控制继电器RKA，开关FSW控制继电器FKA，所述DCS远程控制器3由DCS系统中开接点DOO和关接点DOC组成，所述电流检测器4是由电流互感器和电流变送器组成，所述DCS脉冲和计数功能块5是由脉冲模块TP，开计数器模块C1，关计数器模块C2，加法模块ADD，计算器模块C组成，所述的阀门电机过流修复功能块6是在DCS系统中通过计算机编程来完成的，由比较器，与门，或门，异或门，双稳态电路，时间继电器组成。该技术方案中，扭矩控制器1是由接点GKA组成，它是由阀门机构蜗杆转动时，带动阀门的力矩盘动作，当阀门开关力矩压力过大时，图1中微动开关(开STO或关STC）动作，继电器GKA得电，开关回路中的接点GKA断开，切断阀门电机的电气控制回路，达到保护的作用；所述的位限制器2是由阀门的开到位FKA和关到位RKA组成，当阀门到达全开位置，继电器FKA得电，开回路中的FKA接点断开，阀门电机失电，动作停止。当阀门进行关动作时，阀门到达全关位置，继电器RKA得电，关回路中的RKA接点断开，阀门电机失电，动作停止；所述的DCS远程控制3是由DCS系统中开接点DOO和关接点DOC组成，当操作人员要进行开阀门时，如图4所示，在计算机上点击开按钮HMI，阀门电机在没有过流的情况下，发出开指令HMIO，如图2所示，接点HMIO闭合，此时阀位限制器FKA正常，扭矩控制器GKA正常，无大电流报警ALMSTOP，DCS的中间继电器DOOD得电，得电时间长度为TP,开接点DOO通电TP长时间，阀门向开方向动作。反之，关动作也是如此。所述的电流检测4是由电流互感器和电流变送器组成，电流互感器安装在阀门电机回路中，检测的信号经过电流变送器后转化为4-20毫安的信号，送入DCS系统，进行阀门电机电流的实时监测；所述的DCS脉冲和计数功能块5是由脉冲模块TP和开计数器模块C1和关计数器模块C2组成。脉冲模块TP是根据阀门的特性决定的，如图3所示，每个阀门的TP时间都不同，要根据现场实际测量后，写入DCS系统程序中。开计数器模块C1是记录图1中阀门开继电器KM1的动作次数，关计数器模块C2是记录图1中阀门关继电器KM2的动作次数，在DCS系统中通过C1和C2相加，得出阀门的动作总次数C；所述的阀门电机过流修复功能块6是在DCS系统中通过计算机编程来完成的，由比较器，与门，或门，异或门，双稳态电路，时间继电器组成。

实施例2：参见图1—图4，一种远程开关型执行机构控制方法，所述方法为时间脉冲控制法，无论阀门的扭矩控制器1和阀位限制器2是否正常工作，通过DCS脉冲和计数功能块5中的脉冲模块TP，对开关型执行机构能够灵活的控制，达到预期的位置。如图2所示，当操作人员需要对远程阀门进行控制时，运行人员在DCS的HMI上进行开关操作，DCS系统发出一个TP时间长的闭合信号，图1中的DCS远程控制3动作，阀门电机会朝着指令的方向动作，直至阀位控制器2动作，阀门电机停止工作，阀门到达指定的开关位置；时间脉冲确定方法如图3所示，TP=T+Δt,T为执行机构开关全行程所需的时间，由于每台执行机构阀门的动作特性和整个动作行程是不一致的，所以每台执行机构的全行程动作时间需要用秒表精确测定；Δt时间可以设定为阀门全行程时间T的1%，然后在DCS系统中设定脉冲时间TP。这样确保阀门在限位开关正常情况下，阀门能够正常的动作，也能保证限位开关和力矩控制器异常情况下，阀门能够到达指定位置，确保生产设备的安全。在计算机控制系统中，继电器带电时间缩短到TP，延长了DCS卡件和继电器的寿命,也避免了动作过程中电缆断路造成的拒动情况。在DCS的回路中增加了计数器功能，能够准确的记录阀门开关动作的次数，在DCS画面上显示阀门的动作总次数，对阀门进行预知状态维修，并在DCS画面上提示操作人员阀门的检修要求，为设备的维修提供可靠的技术支撑。

实施例3：参见图1—图4，一种远程开关型执行机构控制方法，所述方法为电机过流修复法，为了确保阀门安全运行，对阀门电机过流过程中的智能控制，提出一种电流过流修复法。在阀门电机在正常工作工况下，通过图1中的电流检测4将实际电流送入DCS系统，DCS系统监控电流的变化，一旦电流有异常变化，即可判断电机有卡死和运动不畅的情况，需要对阀门电机进行修复和重点监控，从而保证设备的安全。根据电机的特性，起动电流并不是固定不变的,是随时间推移而变化的，需要通过图4中的0.5秒脉冲来消除起动电流的影响，而电机的堵转电流对于特定的电机来说是固定不变的，电机在工作时，不允许堵转电流延续。堵转电流是额定电流的1.2倍左右,阀门在动作过程中的经常会由于各种原因发生过流堵转现象，从而造成阀门动作终止，需要操作人员现场复位，为了解决这个问题，本专利采用额定电流的1.19倍判断电机有过流现象，来判断阀门电机有卡死和运行不畅的先兆，提前进行过流智能修复；

电机过流修复法的方法如下，通过电流检测器4将实际电流送入DCS系统，DCS系统监控电流的变化，一旦电机发生卡滞或堵转，电机工作电流将增大，当电机实际电流大于电机额定电流的1.19倍，即可判断电机有卡死和运动不畅的情况，需要对阀门电机进行修复和重点监控，从而保证设备的安全；具体如下：操作人员进行了HMI开按钮操作后，双稳态1的S为“1”，Q为“1”，当检测到阀门电机的电流I实际电流≧1.19I额定电流后，0.5秒延时后，信号为“1”，送入与门1输入端1，此时与门1的输入端2为“1”，触发时间继电器T1，异或门1的输入端1为“1”，异或门1的输入端2为“1”，异或门1输出为“0”，开指令HMIO为“0”，阀门电机会停止开向动作。如果此时阀门未在关位，与门2的输入端1为“1”，与门2的输入端2为“1”，与门2的输出端为“1”，或门2输出为“1”，关指令HMIC为“1”，如图2所示，继电器DOC动作，图1中的接点DOC闭合，电机将向关方向动作T1时间后停止动作，此时如果：1）若实际电流I检测到小于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间T1、与门2的输出均为“0”，异或门1输出端1为“0”，输入端2为“1”,输出为“1”，或门1的输出为“1”，开指令HMIO为“1”，阀门会继续向开方向动作，直到阀门开到位动作后，阀门完成中间的一个修复过程；2）若实际电流I检测到大于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间T1、与门2,、或门2的输出均为“1”，关指令HMIC一直为“1”，或门3的输出为“1”，经过时间T2后，与门5输出为“1”，ALMSTOP为“1”，如图2中所示，开继电器DOO和关继电器DOC均失电，阀门停止开关动作，并在计算机上报警，阀门过流动作卡死，需要人工到现场确认或紧急维修。操作人员若进行关指令操作后，监测和动作过程同样也可以实现过流的修复功能。图4中的时间T1和时间T2，可根据实际情况设定，一般情况下，T1设定为3秒，T2设定为5秒。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (4)

1.一种远程开关型执行机构，其特征在于，所述执行机构包括扭矩控制器，阀位限制器，DCS远程控制器，电流检测器，DCS脉冲和计数功能块(5),阀门电机过流修复功能块（6），所述扭矩控制器（1）由两个接点GKA、继电器GKA以及微动开关STC和微动开关STO组成，所述阀位限制器（2）由阀门开到位接点FKA、阀门关到位接点RKA、继电器FKA、继电器RKA、开关FSW以及开关RSW组成，其中开关RSW控制继电器RKA，开关FSW控制继电器FKA，所述DCS远程控制器（3）由DCS系统中开接点DOO和关接点DOC组成，所述电流检测器（4）是由电流互感器和电流变送器组成，所述DCS脉冲和计数功能块（5）是由脉冲模块TP，开计数器模块C1，关计数器模块C2，加法模块ADD，计算器模块C组成，所述的阀门电机过流修复功能块（6）由比较器，与门，或门，异或门，双稳态电路，时间继电器组成。

2.采用权利要求1所述远程开关型执行机构控制方法，其特征在于，所述方法为时间脉冲控制法，当操作人员需要对远程阀门进行控制时，运行人员在DCS的HMI上进行开关操作，DCS系统发出一个TP时间长的闭合信号，DCS远程控制器（3）动作，阀门电机会朝着指令的方向动作，直至阀位限制器（2）动作，阀门电机停止工作，阀门到达指定的开关位置；时间脉冲确定方法，TP=T+Δt,T为执行机构开关全行程所需的时间，由于每台执行机构阀门的动作特性和整个动作行程是不一致的，所以每台执行机构的全行程动作时间需要用秒表精确测定；Δt时间设定为阀门全行程时间T的1%，然后在DCS系统中设定脉冲时间TP。

3.采用权利要求1所述远程开关型执行机构控制方法，其特征在于，所述方法为电机过流修复法，所述控制方法如下，通过电流检测器（4）将实际电流送入DCS系统，DCS系统监控电流的变化，一旦电机发生卡滞或堵转，电机工作电流将增大，当电机实际电流大于电机额定电流的1.19倍，即可判断电机有卡死和运动不畅的情况，需要对阀门电机进行修复和重点监控，从而保证设备的安全；具体如下：操作人员进行了HMI开按钮操作后，双稳态1的S为“1”，Q为“1”，当检测到阀门电机的电流I实际电流≧1.19I额定电流后，0.5秒延时后，信号为“1”，送入与门1输入端1，此时与门1的输入端2为“1”，触发时间继电器T1，异或门1的输入端1为“1”，异或门1的输入端2为“1”，异或门1输出为“0”，开指令HMIO为“0”，阀门电机会停止开方向动作；如果此时阀门未在关位，与门2的输入端1为“1”，与门2的输入端2为“1”，与门2的输出端为“1”，或门2输出为“1”，关指令HMIC为“1”，继电器DOC动作，接点DOC闭合，电机将向关方向动作T1时间后停止动作，此时如果：1）若实际电流I检测到小于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间T1、与门2的输出均为“0”，异或门1输出端1为“0”，输入端2为“1”,输出为“1”，或门1的输出为“1”，开指令HMIO为“1”，阀门会继续向开方向动作，直到阀门开到位动作后，阀门完成中间的一个修复过程；2）若实际电流I检测到大于1.19I_额定电流后，CMP、与门1、时间继电器T1、与门2,、或门2的输出均为“1”，关指令HMIC一直为“1”，或门3的输出为“1”，经过时间T2后，与门5输出为“1”，ALMSTOP为“1”，开继电器DOO和关继电器DOC均失电，阀门停止开关动作，并在计算机上报警，阀门过流动作卡死，需要人工到现场确认或紧急维修。

4.根据权利要求3所述一种远程开关型执行机构控制方法，其特征在于，所述T1设定为3秒，T2设定为5秒。

Images