CN107367379A - 一种阀门调试、诊断综合仪及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门调试、诊断综合仪及分析方法，该综合仪包括有传感器及变送器单元、数据采集及处理单元、控制及分析单元、监视及操作单元、驱动单元、系统电源。本发明可对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类阀门进行安装和检修后的调试，并可实现对完成调试或已投入运行的阀门进行运行性能参数进行全面、定量的自动分析，检查阀门的制造、安装、检修、调试质量，提前发现阀门存在的潜在缺陷，从而提前消除缺陷，提高生产效益和生产过程中的安全。同时，自动存贮调试和运行性能参数分析过程中的相关叁数及试验步骤，并生成报表，以便生产过程阀门出现故障后进行分析。另外，借助该仪器的AI、DI通道，可对生产过程中的各种物理量进行时时采集或监视，具有高速记录仪的功能。

Description

一种阀门调试、诊断综合仪及分析方法

技术领域

本发明涉及阀门的技术领域，尤其涉及一种阀门的调试及性能分析的设备及方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，人工智能成为大势所趋。人工智能可使生产过程标准化、规范化，从而减少人因失误，从而提高生产效率和质量。

DCS(集散控制系统distributed control system)的发展，电动阀开关阀的控制逻辑控制和电动调节阀的伺服放大处理部分都在DCS内部实现，这种情况下，传统的电动阀调试方法(通过阀门电源抽屉柜对电动阀进行调试)已无法对电动阀进行调试，必须借助电动阀调试专用工具来完成电动阀的调试任务，而目前国内、外阀门调试工具因功能单一，不能通用，检查、测量参数有限，无法对首次安装和检修后的阀门进行全面、定量的运行性能分析。

目前国内尚无用于阀门调试或阀门性能分析的产品，国外已知的阀门调试工具有Flowscanner和URSULA，其中Flowscanner仅用于气动调节阀的调试，并在调试过程中采集阀门调试数据，调试人员通过采集的数据，“手工”完成阀门运行性能分析，从而粗略判断阀门投入生产运行后的性能，仅能实现操作和数据采集功能，且所测数据分析不直观，不全面，不便于调试完成后的数据保存和运行过程中阀门出现异常后的故障分析；URSULA仅适用于电动开关阀，调试时通过该工具开、关电动阀，调整电动阀行程、限位开关，无法通过该工具测量阀门行程开关、限位开关、力矩开关的动作和复位值，更无法通过该工具采集、记录阀门调试过程中的试验数据，对阀门运行性能进行分析，且体积庞大，搬运困难，不便于现场调试。

随着生产工艺的不断提高，生产过程中对工艺参数要求越来越高，阀门的调试质量决定着阀门的运行性能，阀门的运行性能对流体介质的精确控制起着决定性的作用，因此直接决定着生产的安全和质量。

目前国内外无一款适用于电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀的通用调试工具，且已有相关仪器仪表都无法对阀门运行性能进行自动、全面、定量的分析，迫切需要对此进行改进。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种阀门调试、诊断综合仪及分析方法，该综合仪及分析方法适用于电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀等阀门的通用调试和分析，以便于人们提高对发明的安全和质量监控，有利于安全生产。

本发明的另一个目的是提供一种阀门调试、诊断综合仪及分析方法，该综合仪结构简单，易于实现，对上述四类阀门的运行性能参数进行全面、定量的自动分析，以检查阀门安装和检修后的安装、检修、调试质量。

为实现上述目的，本发明是这样实现的。

一种阀门调试、诊断综合仪，其特征在于该分析仪包括有传感器及变送器单元、数据采集及处理单元、控制及分析单元、监视及操作单元、驱动及控制单元、系统电源，其中，

传感器及变送器单元：用于测量阀门执行器气缸气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流，并将其转换为相应的电信号送入相应的数据采集及处理单元的AI输入通道。

所述AI通道有16路，根据阀门类型时时监测阀门行程、阀门电机电流和电压、气缸或膜盒气压、电阻式位移传感器电阻，其中16路AI通道具体分配及作用如下：

压力测量1:1台量程为1000kPa的压力变送器，用于监测气动阀门执行器气缸或膜盒气压；

压力测量2：1台量程为20psi的压力变送器，用于测量气动调节阀电气转换器输出气压；

3路电压测量：通过硬接线，直接与电动阀电机三相电源联接，用于测量电动阀电机三相电压；

3路电流测量：3台0-100A的电流钳，用于测量电动阀电机三相电流；

位移测量：1台0-150mm行程的激光位移变送器，用于阀门阀杆位移量的测量；

阀杆应力测量：通过外部专用应力传感器、应力变送器，测量阀门阀杆应力，输入AI通道，时时监测阀门在调试或性能分析过程中阀杆应力；

电阻测量：1台0-1000Ω的电阻变送器，用于测量电阻式位移传感器输出电阻值；

5路4-20mA标准信号备用通道：当该仪器作为高速数据记录仪时，借助外部传感及变送器，对生产过程中的其它物理量进行高速采集、记录和存贮。

数据采集及处理单元:包括有AMR处理器、AI输入通道、DI输入通道、AO输出通道和DO输出通道。

AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，经过A/D转换后，对输入信号进行量值转换、打包处理，然后通过数据线送至控制及分析单元，DI通道采集仪器外部开关信号，经过信号处理后，通过数据线送到控制及分析单元；同时，数据采集及处理单元通过数据线接受控制及分析单元发出的指令信号，模拟量指令信号经D及A转换后，通过AO通道输出，开关量指令信号经DO通道输出。

进一步，所述外部开关信号包括有16路开关量和3路电流测量量。

控制及分析单元:连接于数据采集及处理单元和监视及操作单元，通过数据线接收数据采集及处理单元输出的采集数据，对采集的数据进行计算、分析，处理后的数据发送到监视及操作单元显示；通过对采集的数据进行逻辑处理，向监视及操作单元发出报警信号，向数据采集及处理单元发出指令信号。同时控制及分析单元接收监视及操作单元发出的指令信号，经逻辑处理、判断后，向数据采集及处理单元发送指令信号，通过数据采集及处理单元的输出指令，从而控制设备。

监视及操作单元：连接于控制及分析单元，作为人机接口，接收控制及分析单元的数据，以趋势图的方式显示模拟量信号，以指示灯的方式显示开关量信号，以便时时监视各信号，同时由工作人员操作发出指令信号，经接收控制及分析单元逻辑处理、数据采集及处理单元的信号转换后，发出指令信号，从而控制设备。

驱动及控制单元：包括有电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元，通过数据采集及处理单元接受控制及分析单元发出的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元输出24V DC、220V AC信号，从而控制24V DC、220V AC电磁阀或380V AC电机动作。

系统电源:为控制及分析单元、数据采集及处理单元监视及操作单元、驱动及控制单元、传感器及变送器单元提供工作电源.

本发明所实现阀门调试、诊断综合仪的分析方法，包括如下步骤：

101、启动，传感器及变送器单元测量阀门执行器气缸或膜盒气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流、阀门阀杆应力；

102、数据采集及处理单元通过AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，通过DI通道采集仪器外部开关信号；

103、控制及分析单元对采集的数据进行计算、分析，

104、处理后的数据发送到监视及操作单元显示；

105、控制阀门完成调试和运行性能分析；

106、监视及操作单元时时显示调试及分析过程中阀门相关参数及状态。

进一步，所述105步骤中，驱动及控制单元DO输出通道接收数据采集及处理单元的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电机驱动及控制单元输出24V DC、220V AC信号，从而控制24V DC、220V AC电磁阀或380V AC电机动作。

更进一步，所述105步骤中，调试和分析包括有电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类阀门的调试和分析。

进一步，所述105步骤中，对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类的调试及分析分别为：

所述调试，为根据仪器提示，逐项完成阀门调试任务，且在调试过程中，实时采集阀门的相关参数，送到监视及操作单元用于监视阀门的运行情况，完成调试后，自动保存调试过程中的数据及调试项目完成情况；

所述的性能分析，仪器根据预设的程序控制阀门动作，自动完成阀门性能参数的采集、计算分析、自动生成性能参数报表，并存储。

启动分析仪后，进入分析仪的首级菜单，选择阀门类型。阀门共分为电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类；选择阀门类型后，进入工作任务选择，每一类型的阀门都有调试和性能分析两个选项。

本发明所实现的分析仪，适用于电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀等阀门的通用调试和分析，可以对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀此四类阀门的运行性能参数进行全面、定量的自动分析，以检查阀门安装和检修后的安装、检修、调试质量，以便于人们提高对发明的安全和质量监控，有利于安全生产。

附图说明

图1是本发明所实施阀门调试仪的结构方框图。

图2是本发明所实施阀门调试及分析流程图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1为本发明提供的阀门调试、诊断综合仪，该综合仪包括有传感器及变送器单元、数据采集及处理单元、控制及分析单元、监视及操作单元、驱动单元、系统电源，其中，

传感器及变送器单元：用于测量阀门执行器气缸气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流，并将其转换为相应的电信号送入相应的数据采集及处理单元的AI输入通道。

AI通道有16路，用于时时监测阀门行程开关、限位开关和力矩开关状态，其中16路AI通道具体分配及作用如下：

压力测量1:1台量程为1000kPa的压力变送器，用于监测气动阀门执行器气缸或膜盒气压；

压力测量2：1台量程为20psi的压力变送器，用于测量气动调节阀电气转换器输出气压；

3路电压测量：通过硬接线，直接与电动阀电机三相电源联接，用于测量电动阀电机三相电压；

3路电流测量：3台0-100A的电流钳，用于测量电动阀电机三相电流；

位移测量：1台0-150mm行程的激光位移变送器，用于阀门阀杆位移量的测量；

电阻测量：1台0-1000Ω的电阻变送器，用于测量阀门位置反馈测量电位器的电阻值；

6路4-20mA标准信号备用通道：当该仪器作为高速数据记录仪时，借助外部传感及变送器，对生产过程中的其它物理量进行高速采集、记录和存贮。

数据采集及处理单元:包括有AMR处理器、AI输入通道、DI输入通道、AO输出通道和DO输出通道。

AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，经过A及D转换后，对输入信号进行量值转换、打包处理，然后通过数据线送至控制及分析单元，DI通道采集仪器外部开关信号，经过信号处理后，通过数据线送到控制及分析单元；同时，数据采集及处理单元通过数据线接受控制及分析单元发出的指令信号，模拟量指令信号经D及A转换后，通过AO通道输出，开关量指令信号经DO通道输出。

外部开关信号包括有16路开关量和3路电流测量量。

控制及分析单元:连接于数据采集及处理单元和监视及操作单元，通过数据线接收数据采集及处理单元输出的采集数据，对采集的数据进行计算、分析，处理后的数据发送到监视及操作单元显示；通过对采集的数据进行逻辑处理，向监视及操作单元发出报警信号，向数据采集及处理单元发出指令信号。同时控制及分析单元接收监视及操作单元发出的指令信号，经逻辑处理、判断后，向数据采集及处理单元发送指令信号，通过数据采集及处理单元的输出指令，从而控制设备。

监视及操作单元：连接于控制及分析单元，作为人机接口，接收控制及分析单元的数据，以趋势图的方式显示模拟量信号，以指示灯的方式显示开关量信号，以便时时监视各信号，同时由工作人员操作发出指令信号，经接收控制及分析单元逻辑处理、数据采集及处理单元的信号转换后，发出指令信号，从而控制设备。

驱动单元：包括有电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元，通过数据采集及处理单元接受控制及分析单元发出的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元输出24V DC、220V AC、380V AC信号，从而控制24V DC、220V AC电磁阀、380V AC电机动作。

系统电源，连接于控制及分析单元，给控制及分析单元及其他的单元提供电力。

本发明所实现的调试及分析流程为：

101、启动，传感器及变送器单元测量阀门执行器气缸或膜盒气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流、阀门阀杆应力；

102、数据采集及处理单元通过AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，通过DI通道采集仪器外部开关信号；

103、控制及分析单元对采集的数据进行计算、分析，

104、处理后的数据发送到监视及操作单元显示；

105、控制阀门完成调试和运行性能分析；

106、监视及操作单元时时显示调试及分析过程中阀门相关参数及状态。

进一步，105步骤中，驱动及控制单元DO输出通道接收数据采集及处理单元的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电机驱动及控制单元输出24V DC、220V AC信号，从而控制24V DC、220V AC电磁阀或380V AC电机动作。

更进一步，105步骤中，调试和分析包括有电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类阀门的调试和分析。

进一步，105步骤中，对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类的调试及分析分别为：

调试，为根据仪器提示，逐项完成阀门调试任务，且在调试过程中，实时采集阀门的相关参数，送到监视及操作单元用于监视阀门的运行情况，完成调试后，自动保存调试过程中的数据及调试项目完成情况；

的性能分析，仪器根据预设的程序控制阀门动作，自动完成阀门性能参数的采集、计算分析、自动生成性能参数报表，并存储。

由此，本发明所实现的功能：

一、作为阀门调试仪：适用于阀门首次安装和检修后的阀门调试。调试前根据本仪器提示，联接本仪器和阀门执行器，选择相应类型的阀门后，通过该仪器的人机界面提示，指导调试人员按照标准的调试流程和方法逐步完成阀门调试，避免人因技能和失误而造成的阀门调试质量。

同时，在阀门调试过程中，本仪器自动时时采集、显示、贮存调试过程中阀门的相关参数，并送至人机界面以时时趋势的方式在人机界面显示，以便阀门调试人员时时监视阀门动作情况，发现调试过程中的异常，并及时得到处理。同时，通过存贮调试过程中的数据，对调试过程进行自动监督，当阀门在后续运行过程中出现异常和故障时，通过存贮的调试数据，方便查找异常和故障原因。

二、作为阀门性能参数分析仪：用于对完成调试的阀门和在线运行的阀门进行阀门运行性能参数分析。进行阀门性能参数分析前，根据本仪器提示、联接本仪器和阀门执行器，启动阀门性能参数分析后，本仪器自动发出阀门开关指令信号，操作阀门全行程动作。阀门全行程动作过程中，时时、高速采集阀门相关参数，并对收集的参数进行自动计算、分析和存贮，对阀门的运行性能进行全面、定量地分析，判断阀门运行情况，最终生成阀门性能参数报表。阀门性能参数报表和性能分析过程中采集的数据作为阀门的“体检”和“诊断”报告进行保存。

适用于石油、化工、电力等行业的电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀的调试及性能参数分析。同时，可直接对生产过程中的压力、电流、电压、位移、电阻进行时时采集、记录、存贮，还可通过加相应的传感器，实现对其它物理量的时时采集、记录、存贮。

本发明可以对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀此四类阀门的运行性能参数进行全面、定量的自动分析，以检查阀门安装和检修后的安装、检修、调试质量。

三、作为数据高速记录仪：通过本仪器自带的压力、电压、电流、电阻和位移传感及变送器，对生产过程中相应的物理量进行高速采集、记录和存贮，还可借助外部传感及变送器，利用本仪器的备用数据测量通道，对生产过程中的其它物理量进行高速采集、记录和存贮。本仪器所有数据通道的采样周期可达到80us。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种阀门调试、诊断综合仪，其特征在于该分析仪包括有传感器及变送器单元、数据采集及处理单元、控制及分析单元、监视及操作单元、驱动及控制单元、系统电源，其中，

传感器及变送器单元：用于测量阀门执行器气缸气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流，并将其转换为相应的电信号送入相应的数据采集及处理单元的AI输入通道；

数据采集及处理单元:包括有AMR处理器、AI输入通道、DI输入通道、AO输出通道和DO输出通道；

AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，经过A/D转换后，对输入信号进行量值转换、打包处理，然后通过数据线送至控制及分析单元，DI通道采集仪器外部开关信号，经过信号处理后，通过数据线送到控制及分析单元；同时，数据采集及处理单元通过数据线接受控制及分析单元发出的指令信号，模拟量指令信号经D及A转换后，通过AO通道输出，开关量指令信号经DO通道输出；

控制及分析单元:连接于数据采集及处理单元和监视及操作单元，通过数据线接收数据采集及处理单元输出的采集数据，对采集的数据进行计算、分析，处理后的数据发送到监视及操作单元显示；通过对采集的数据进行逻辑处理，向监视及操作单元发出报警信号，向数据采集及处理单元发出指令信号；同时控制及分析单元接收监视及操作单元发出的指令信号，经逻辑处理、判断后，向数据采集及处理单元发送指令信号，通过数据采集及处理单元的输出指令，从而控制设备；

监视及操作单元：连接于控制及分析单元，作为人机接口，接收控制及分析单元的数据，以趋势图的方式显示模拟量信号，以指示灯的方式显示开关量信号，以便时时监视各信号，同时由工作人员操作发出指令信号，经接收控制及分析单元逻辑处理、数据采集及处理单元的信号转换后，发出指令信号，从而控制设备；

驱动及控制单元：包括有电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元，通过数据采集及处理单元接受控制及分析单元发出的开关指令信号，并经过放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电极阀驱动及控制单元输出DC、AC信号，从而控制DC、AC电磁阀或AC电机动作；

系统电源：为控制及分析单元、数据采集及处理单元监视及操作单元、驱动及控制单元、传感器及变送器单元提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的阀门调试、诊断综合仪，其特征在于所述所述AI通道有16路，根据阀门类型时时监测阀门行程、阀门电机电流和电压、气缸或膜盒气压、电阻式位移传感器电阻，其中16路AI通道具体分配及作用如下：

压力测量1:1台量程为1000kPa的压力变送器，用于监测气动阀门执行器气缸或膜盒气压；

压力测量2：1台量程为20psi的压力变送器，用于测量气动调节阀电气转换器输出气压；

3路电压测量：通过硬接线，直接与电动阀电机三相电源联接，用于测量电动阀电机三相电压；

3路电流测量：3台0-100A的电流钳，用于测量电动阀电机三相电流；

位移测量：1台0-150mm行程的激光位移变送器，用于阀门阀杆位移量的测量；

阀杆应力测量：通过外部专用应力传感器、应力变送器，测量阀门阀杆应力，输入AI通道，时时监测阀门在调试或性能分析过程中阀杆应力；

电阻测量：1台0-1000Ω的电阻变送器，用于测量电阻式位移传感器输出电阻值；

5路4-20mA标准信号备用通道：当该仪器作为高速数据记录仪时，借助外部传感及变送器，对生产过程中的其它物理量进行高速采集、记录和存贮。

3.根据权利要求1所述的阀门调试、诊断综合仪，其特征在于所述外部开关信号包括有16路开关量和3路电流测量量。

4.根据权利要求1所述的阀门调试、诊断综合仪，其特征在于驱动及控制单元通过数据采集及处理单元接受控制及分析单元发出的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电机驱动及控制单元输出24V DC、220VAC信号，从而控制24V DC、220VAC电磁阀或380VAC电机动作。

5.一种阀门调试、诊断综合仪的分析方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

101、启动，传感器及变送器单元测量阀门执行器气缸或膜盒气压、控制气压、阀杆位移、电机电压及电流、阀门阀杆应力；

102、数据采集及处理单元通过AI输入通道采集传感器及变送器输出的电信号，通过DI通道采集仪器外部开关信号；

103、控制及分析单元对采集的数据进行计算、分析，

104、处理后的数据发送到监视及操作单元显示；

105、控制阀门完成调试和运行性能分析；

106、监视及操作单元时时显示调试及分析过程中阀门相关参数及状态。

6.根据权利要求5所述的阀门调试、诊断综合仪的分析方法，其特征在于所述105步骤中，驱动及控制单元DO输出通道接收数据采集及处理单元的开关指令信号，并经过24V或220V放大、驱动后，分别通过电磁阀驱动及控制单元、电机驱动及控制单元输出24V DC、220VAC信号，从而控制24V DC、220VAC电磁阀或380VAC电机动作。

7.根据权利要求5所述的阀门调试、诊断综合仪的分析方法，其特征在于所述105步骤中，调试和运行性能分析包括有电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类阀门的调试和分析。。

8.根据权利要求6所述的阀门调试、诊断综合仪的分析方法，其特征在于所述105步骤中，对电动开关阀、电动调节阀、气动开关阀和气动调节阀四类的调试及分析分别为：

所述调试，为根据仪器提示，逐项完成阀门调试任务，且在调试过程中，实时采集阀门的相关参数，送到监视及操作单元用于监视阀门的运行情况，完成调试后，自动保存调试过程中的数据及调试项目完成情况；

所述阀门的性能分析，仪器根据预设的程序控制阀门动作，自动完成阀门性能参数的采集、计算分析、自动生成性能参数报表，并存储。