CN107965496A - 当测试电磁阀时稳定阀定位器的方法和装置 - Google Patents

当测试电磁阀时稳定阀定位器的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了在测试电磁阀时稳定阀定位器的方法和装置。示例性装置包括电磁阀以及流体地并通信地耦合到所述电磁阀的阀定位器。该阀定位器用于在执行对电磁阀的测试之前被设置在压力控制状态。该阀定位器用于检测由电磁阀从第一状态转换到第二状态引起的跨越电磁阀的压力变化，并且在检测所述压力变化时将所述阀定位器从压力控制状态转换到饱和状态。充分的供应压力用于稳定阀定位器以执行对电磁阀的测试。所述阀定位器用于维持饱和状态，直到跨越电磁阀的压力返回到预定的初始值。

Description

当测试电磁阀时稳定阀定位器的方法和装置
技术领域
本专利总体上涉及电磁阀，并且更具体地，涉及当测试电磁阀时使阀定位器稳定的方法和装置。
背景技术
通常在(例如，在石油和天然气工业内的)环境中使用应急阀(例如，关断阀、排气阀)以保护在危险状况中的人、设备和/或环境。例如，应急关断阀可以被致动(例如，被关闭)以在检测到危险状况时停止危害材料的流动。在某些情况下，在应急阀上执行测试以验证应急关断阀能够致动。
发明内容
在一个示例中，一种装置包括：电磁阀和阀定位器，该电磁阀用于使致动器能够关闭应急阀，并且该阀定位器流体地并通信地耦合到电磁阀。阀定位器用于在执行对电磁阀的测试之前，被设置在压力控制状态中，以将电磁阀的上游压力维持在预定的初始值。阀定位器用于检测通过电磁阀从第一状态转换到第二状态引起的跨越电磁阀的压力变化，并且在检测到压力变化时将阀定位器从压力控制状态转换到饱和状态，在饱和状态期间，阀定位器提供了充分的供应压力。在电磁阀从第一状态转换到第二状态时充分的供应压力用于稳定阀定位器，以执行对电磁阀的测试。阀定位器用于维持饱和状态，直到跨越电磁阀的压力返回到预定的初始值。
在另一个示例中，一种方法包括在执行对电磁阀的测试之前，通过经由处理器执行第一指令，将阀定位器设置在压力控制状态，以将应急系统的电磁阀的上游压力维持在预定的初始值。该方法包括通过经由处理器执行第二指令，检测通过电磁阀从第一状态转换到第二状态引起的跨越电磁阀的压力变化。该方法包括，在检测到压力变化时，通过经由处理器执行第三指令，将阀定位器从压力控制状态转换到饱和状态，在该饱和状态期间，阀定位器提供充分的供应压力，以在电磁阀从第一状态转换到第二状态时稳定阀定位器以执行对电磁阀的测试。该方法包括通过经由处理器执行第四指令，将阀定位器维持处于饱和状态，直到跨越电磁阀的压力返回到预定的初始值。
在另一个示例中，一种装置包括：用于致动致动器以关闭应急阀的模块和用于定位流体地并且通信地耦合到用于致动的模块的模块。在执行对用于致动的模块的测试之前，用于定位的模块将被设置在压力控制状态中以将用于致动的模块的上游压力维持在预定的初始值。用于定位的模块包括用于检测通过用于致动的模块从第一状态转换为第二状态引起的跨越用于致动的模块的压力变化的模块。用于定位的模块包括在检测到压力变化时，用于将用于定位的模块从压力控制状态转换到饱和状态的模块，在饱和状态期间，用于定位的模块提供充分的供应压力。在用于致动的模块从第一状态转换到第二状态时充分的供应压力用于稳定用于定位的模块，以执行对用于致动的模块的测试。用于转换的模块用于维持饱和状态，直到跨越用于致动的模块的压力返回到预定的初始值。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的教导的示例性关断阀、示例性致动器和示例阀定位器。
图2示出了根据本公开内容的教导的图1的致动器和阀定位器以及示例性电磁阀。
图3是图2的电磁阀的剖视图。
图4是图2的电磁阀的阀端口的放大剖视图。
图5是根据本公开内容的教导的处于第一状态的图1-2的致动器、阀定位器、和电磁阀的流体流动示意图。
图6是根据本公开内容的教导的处于第二状态的图1-2的致动器、阀定位器、和电磁阀的流体流动示意图。
图7是根据本公开内容的教导的图1-2的致动器、阀定位器、和电磁阀的电流和流体流动示意图。
图8描绘了在对图2-7的电磁阀的测试期间当阀定位器不稳定时，图2-7的电磁阀的压力变化测量结果。
图9描绘了根据本公开内容的教导当稳定图1-2和图5-7的阀定位器时，图2-7的电磁阀的压力变化测量结果。
图10描绘了根据本公开内容的教导当稳定图1-2和图5-7的阀定位器时，图2-7的电磁阀的其它压力变化测量结果。
图11是根据本公开内容的教导的表示用于当测试图2-7的电磁阀时，稳定图1-2和图5-7的阀定位器的示例性方法的流程图。
附图不是按比例绘制的。相反，为了阐明多个层和区域，可以在附图中扩大层的厚度。只要可能，在所有附图和附带的书面描述中将使用相同的附图标号指代相同或相似的部分。
具体实施方式
在诸如石油和天然气工业内的环境中使用应急阀(例如，关断阀、排气阀)以保护在危险状况中的人、设备和/或环境。例如，在检测到危险状况时关断阀可以被关闭以停止危害材料的流动，并且因此降低对人、设备和/或环境的危害的危险。
例如，某些已知的关断阀经由致动器而被致动(例如，关闭、打开)，该致动器可操作地耦合到与控制器(例如，可编程控制器、可编程逻辑控制器、逻辑解算器等)通信的电磁阀。在某些情况下，致动器包括设置在室中并可操作地耦合到弹簧的活塞。当室内的压力对活塞施加大于弹簧的预设载荷的力时，活塞防止弹簧以及致动器致动，从而将关断阀保持在打开位置。当室内的压力下降到弹簧的预设载荷以下时，弹簧使得室内的活塞致动，并且因此使得致动器将关断阀从打开位置致动到关闭位置。在某些情况下，致动器的位置由电磁阀控制，该电磁阀向室提供空气和/或从室中去除(例如，排放、排出)空气。例如，在接收来自控制器的应急信号时，电磁阀从致动器排出空气，该控制器与检测存在(一个或多个)危险和/或危害状况的传感器通信。
在某些情况下，环境可能不具有长时间的(一个或多个)危险和/或危害状况。因此，应急阀、致动器和/或电磁阀可能不会长时间地致动。在这种情况下，在检测到危险和/或危害状况时，应急阀、致动器和/或电磁阀以使应急阀未能致动(例如，对于关断阀的关闭，对于排气阀的打开)的方式可能恶化和/或受到损坏。要验证应急阀将在检测到这种情况时致动，则周期性地测试某些应急阀。
经由部分冲程测试以测试某些已知的应急阀。为了执行部分冲程测试，定位器被可操作地耦合到致动器，使得在测试期间由定位器(而不是电磁阀)控制致动器的位置以及应急阀。例如，在关断阀的部分冲程测试期间，定位器使得致动器部分地致动来自打开位置的关断阀(例如，行进到关闭位置的全冲程的一部分，诸如大约在10％和15％之间)。由于部分冲程测试部分地关闭关断阀，所以在执行部分冲程测试时部分冲程测试中断和/或干扰对在其中安装关断阀的系统的操作。因此，通常仅每隔几年可以经由部分冲程测试来测试应急阀仅一次。此外，由于在部分冲程测试期间，致动器和应急阀由定位器直接进行控制，所以这种测试未能验证当检测到危害和/或危险条件时，电磁阀还未恶化和/或随着时间以将防止应急阀致动的方式而还未受到损坏。
通过使电磁阀跳闸(例如，通过使电磁阀断电)以使得应急阀部分地关闭(例如，到预定的部分打开位置)，来测试其它已知的应急阀。然而，这种测试可能难以控制，因为电磁阀仅具有两个控制状态(例如，通电和断电)，这禁止了对致动器的精确控制，以及禁止了在空气被排出致动器时精确地控制应急阀。此外，由于在静止位置处的室中的压力与在完全被致动位置处的室中的压力之间的差异是最小的(例如，由于大的预设载荷和弹簧的低弹性系数)，所以通常难以使室中的压力和阀定位器的位置进行关联，并且因此而确定在致动器开始致动应急阀之前必须从室排出多少空气。另外，系统中的通信的、电气的和/或机械的延迟可能使得难以确定电磁阀应该致动致动器多长时间以部分地关闭和/或部分地打开应急阀和/或将应急阀返回到其静止位置。由于难以控制这种测试，所以应急阀通常不会致动，从而导致假否定(false negative)(例如，由于电磁阀被跳闸太长的持续时间)。在其它情况下，这种测试导致关断阀致动了超过期望的量(例如，过度-行程，诸如由电磁阀被跳闸太长时间引起的完全关闭关断阀)，从而进一步中断和/或干扰在其中实施应急阀的系统。而且，这种测试可能不及时检测到被损坏的电磁阀，因为电磁阀通常比通常经由跳闸电磁阀来测试应急阀的速率(例如，可以每几年测试一次应急阀)更频繁地恶化。
本文公开的示例使能经由定位器并且独立于测试应急阀而控制要测试的应急阀(例如，关断阀、排气阀)的致动的电磁阀。本文公开的示例在不致动应急阀以及不中断和/或干扰在其中安装应急阀的系统的情况下测试电磁阀。为了使阀定位器能够确定电磁阀的功能性，本文公开的示例性方法和装置在对电磁阀的测试期间，在电磁阀在第一状态和第二状态之间转换时使阀定位器稳定。
本文公开的示例包括电磁阀，该电磁阀用于使致动器能够关闭应急阀和阀定位器，该阀定位器流体地并且通信地耦合到电磁阀。在执行对电磁阀的测试之前，阀定位器初始地被设置在压力控制状态中，以将电磁阀的上游压力维持在预定的初始值。此外，阀定位器检测跨越引起电磁阀从第一状态转换到第二状态的电磁阀的压力变化，并且在检测压力变化时将阀定位器从压力控制状态转换到饱和状态。在电磁阀从第一状态转换到第二状态时，阀定位器在饱和状态下提供充分的供应压力，以稳定阀定位器，以执行对电磁阀的测试。阀定位器维持饱和状态，直到跨越电磁阀的压力返回到初始值。
在某些示例中，阀定位器经由终点压力控制而被设置到压力控制状态，该终点压力控制暂停阀定位器的充分的供应压力(例如，饱和度)以控制对电磁阀的上游压力。此外，在确定跨越电磁阀的压力已经返回到初始值时，示例性阀定位器返回到压力控制状态。例如，在达到初始值时，阀定位器返回到压力控制状态，以减小对初始值的过冲。
在某些示例中，阀定位器接收波动的供应压力并且将电磁阀的上游压力维持要在比平均供应压力小预定量(例如，约5磅/平方英寸)。在电磁阀的测试期间，阀定位器维持上游压力的初始值，以产生一致的压力特性(例如，初始压力值)。例如，阀定位器使用初始压力值来确定电磁阀的功能性。
在某些示例中，在检测到压力变化时，阀定位器转换到饱和状态，以防止在第一状态和第二状态之间转换电磁阀中的通信的、电气的和/或机械的延迟影响对电磁阀的测试。阀定位器可以通过旁通阀定位器的压力控制器而转换到饱和状态，以防止压力控制器影响阀定位器的上游压力。另外地或替代地，在电磁阀返回到第一状态之后，阀定位器被维持在饱和状态，以增加在跨越电磁阀的压力返回到初始值时的复位速率。此外，在电磁阀的临界流动和亚临界流动期间，阀定位器可以被维持在饱和状态。
转到附图，图1示出了如本文公开的示例性应急系统100。在所示示例中，应急系统100包括关断阀102、致动器104、电磁阀(例如，图2的电磁阀202)、和阀定位器106(例如，数字阀控制器)。致动器104包括第一室108、第二室110、和驱动模块壳体112。第一室108容纳活塞(例如，图5的活塞510)，并且第二室110容纳弹簧(例如，图5的弹簧514)，该弹簧致动设置在驱动模块壳体112中的致动器104的轴(例如，图5的轴502)。如图1所示，关断阀102被耦合到致动器104的驱动模块壳体112。关断阀102包括阀构件(例如，球)，该阀构件将关断阀102在打开位置和关闭位置之间进行转换，以控制在关断阀102的第一端114和第二端116之间流动的流体的量。致动器104的轴被可操作地耦合到关断阀102的阀构件，以使致动器104能够将关断阀102在打开位置和关闭位置之间进行转换。
在操作中，在检测到危害和/或危险的环境或状况时，致动器104使得关断阀102转换到关闭位置。例如，当检测到危险状况以增加和/或提高人、设备和/或环境的安全性时，关断阀102关闭以防止流体(例如，潜在地危害材料)流动。因为可能长时间不会检测到危害和/或危险状况，所以示例性应急系统100的阀定位器106(例如，经由部分冲程测试)周期性地测试关断阀102和/或致动器104的功能以验证关断阀102能够关闭。例如，阀定位器106周期性地执行部分冲程测试以确定致动器104和/或关断阀102是否被损坏和/或以其他方式未能起作用。此外，在所示示例中，应急系统100包括控制面板118，其使操作者能够启动阀定位器106来测试应急系统100的关断阀102、致动器104和/或电磁装置。在所示示例的应急系统100包括关断阀102时，应急系统100可以替换地包括另一个类型的应急阀(诸如排气阀)和/或能够经由致动器104致动的任何其它类型的阀。
图2示出了阀定位器106、电磁阀202、和示例性应急系统100的致动器104的一部分。在操作中，在检测到危害和/或危险环境时，电磁阀202被断电(例如，功率不被供应到电磁阀202)，以使得电磁阀202致动致动器104，致动器104又朝向跳闸位置(例如，针对关断阀102的关闭位置)致动关断阀102(图1)。除了周期性地测试关断阀102和/或致动器104之外，示例性应急系统100的阀定位器106周期性地测试电磁阀202以验证电磁阀202将在检测到跳闸(例如，危害的和/或危险的)状况时致动致动器104。例如，阀定位器106执行测试以确定电磁阀202是否在阀定位器106中断提供给电磁阀202的功率时从第一状态(例如，通电状态、正常状态)切换到第二状态(例如，断电状态、应急状态、跳闸状态)以致动致动器104。
图3是应急系统100(图1-图2)的示例性电磁阀202的剖视图。如图3所示，电磁阀202是3/2-换向阀，其中杆302致动以在三个端口之间限定两个备选的流体路径。例如，在第一状态(例如，通电状态、正常状态)中，电磁阀202的杆302限定第一阀端口306和第二阀端口308之间的第一流体路径。为了限定第一状态的第一流体路径，杆302阻挡、密封和/或以其它方式防止流体流动过第三阀端口310。此外，如图3所示，杆302可以被致动以将电磁阀202转换到第二状态(例如，断电状态、应急状态、跳闸状态)，其中，杆302通过阻挡、密封和/或以其它方式防止流体流动过第一阀端口306而限定在第二阀端口308和第三阀端口310之间的电磁阀202的第二流体路径311。
如图3所示，杆302被耦合到电枢312，使得电枢312沿着路径314运动使得杆302在电磁阀202的第一状态和第二状态之间穿过。在所示示例中，电枢312至少部分地设置在由产生磁场的电磁线圈316形成的路径314中。电枢312由磁性材料构成。因此，在电磁线圈316在通电状态和断电状态之间转换时，由电磁线圈316产生的磁场促使、移动和/或致动电枢312，以使得杆302在电磁阀202的第一状态和第二状态之间转换。在所示示例中，电磁线圈316断电，并且电枢312和杆302位于电磁阀202的第二状态。当电磁线圈316通电时，由电磁线圈316产生的磁场变化，从而使得磁性电枢312和耦合到电枢312的杆302沿着路径314致动到电磁阀202的第一状态。为了使电磁线圈316断电，阀定位器106经由布线中断在脉冲持续时间提供给电磁阀202的功率，该布线经由终端块318耦合到电磁阀202。例如，该布线被耦合到终端块318以将电磁阀202通信地耦合到阀定位器106(图1和图2)和/或控制器(例如，可编程控制器、可编程逻辑控制器、逻辑解算器等)，其中该阀定位器106测试电磁阀202的功能，该控制器经由(一个或多个)传感器检测危害和/或危险状况。
图4是当电磁阀202处于第二状态时，第一阀端口306、第二阀端口308和第三阀端口310以及杆302的放大剖视图。在所示示例中，杆302包括接合与第一阀端口306相邻的电磁阀202的主体404的第一密封件402(例如，第一O形环)。当电磁阀202处于第二状态时，该第一密封件402与电磁阀202的主体404形成密封，以防止第一阀端口306与第三阀端口310和第二阀端口308流体连通。此外，当电磁阀202处于第二状态以限定第二状态的第二流体路径311时，杆302不阻挡第三阀端口310或第二阀端口308。
如图4所示，杆302包括第二密封件406(例如，第二O形环)，当电磁阀202处于第一状态时，该第二密封件406接合与第三阀端口310相邻的电磁阀202的主体404。在电磁阀202的第一状态下，第二密封件406与电磁阀202的主体404形成密封，以防止第三阀端口310与第二阀端口308或第一阀端口306流体连通。此外，当电磁阀202处于第一状态以限定第一状态的第一流体路径时，杆302不阻挡第二阀端口308或第一阀端口306。
图5-6描绘了示例性应急系统100的流体流动示意图，其中阀定位器106独立于测试关断阀102(图1)和/或致动器104的功能而测试电磁阀202的功能性。更具体地，图5示出了当电磁阀202处于第一状态(例如，通电状态、正常状态)时在对电磁阀202的测试期间的应急系统100，并且图6示出了当电磁阀202处于第二状态(例如，断电状态、应急状态、跳闸状态)时在对电磁阀202的测试期间的应急系统100。
如图5所示，致动器104包括轴502，其可操作地耦合到关断阀102的阀构件，以将关断阀102在打开位置和关闭位置之间致动。该轴502经由设置在驱动模块壳体112中的轭机构(yoke mechanism)506可操作地耦合到致动器104的杆504。杆504的第一端508延伸到致动器104的第一室108中并耦合到设置在第一室108中的活塞510，并且杆504的第二端512延伸到第二室110中并耦合到设置在第二室110中的弹簧514。
在图5中，致动器104处于与关断阀102的打开位置相对应的静止位置。例如，弹簧514被预加载，使得弹簧514在第二室110内被压缩。此外，第一室108的压力室516内的压力在第一方向(例如，在所示示例中向左)中在活塞510上施加力，该力基本上大于由弹簧514在相反方向(例如，在所示示例中向右)中施加到杆504的第二端上512的(例如，预加载的)力。致动器104保持在静止位置，直到由弹簧514施加的力克服了由压力室516中的压力施加的力。例如，在检测到危害和/或危险状况时，压力室516可以被排出一段时间以基本上降低压力室516内的压力。在这种情况下，只有当施加到活塞510的力变得小于由弹簧514施加的力时，致动器104才开始关闭关断阀102。
此外，如图5所示，示例性应急系统100的致动器104、阀定位器106、和电磁阀202流体耦合在一起。该阀定位器106包括第一压力端口518、第二压力端口520、和第三压力端口522。第三压力端口522接收提供给第一压力端口518的供应流体(例如，未调节的工厂空气)，第一压力端口518与电磁阀202的第一阀端口306流体连通，并且第二压力端口520经由感测线路与电磁阀202的第二阀端口308和致动器104的压力室516流体连通。此外，第三阀端口310与通气口流体连通。
在图5中，电磁阀202处于第一状态，其中第三阀端口310被关闭以在第一阀端口306和第二阀端口308之间形成第一流体路径。因此，致动器104的压力室516与阀定位器106的第一压力端口518流体连通并从该阀定位器106的第一压力端口518接收流体。例如，当电磁阀202处于第一状态时，由第一压力端口518提供的流体使得压力室516产生在压力室516中的第一压力。压力室516的第一压力向活塞510施加大于致动器104的(例如，由弹簧514提供的)预载荷的第一力，从而当电磁阀阀202处于第一状态时，使致动器104能够保持在静止位置。
此外，当电磁阀202处于第一状态时，阀定位器106处于压力控制状态，在该压力控制状态期间阀定位器106调节电磁阀202的上游压力。例如，阀定位器106的第三压力端口522接收可能未调节和/或具有波动压力的供应流体。为了使流体能够具有要提供给电磁阀202的基本恒定和/或稳定压力的流体，阀定位器106调节由第三压力端口522接收的供应流体，以使第一压力端口518能够产生和/或维持电磁阀202的受控制的、非波动的上游压力。在某些示例中，阀定位器106维持电磁阀202的上游压力在预定的初始值处，该预定的初始值比波动的供应压力的平均值小约5磅/平方英寸。当测试电磁阀202的功能时，阀定位器106向电磁阀202提供调节的上游压力以产生一致的压力特性(例如，用于计算跨越电磁阀202的压力变化的初始值)。
当阀定位器106(例如，通过中断提供给电磁阀的功率)指示电磁阀22电磁阀202在第一状态(图5)和第二状态(图6)之间在转换时，所示示例的阀定位器106通过确定电磁阀202是否如此执行来测试电磁阀202的功能。例如，在中断提供给电磁阀202的功率时，如果杆302(图3和图4)不移动和/或移动得太慢而不能将电磁阀202从第一状态转换到第二状态，则阀定位器106可以检测到错误状况。阀定位器106通过确定功率中断是否引起跨越电磁阀202的压力的变化并且跨越电磁阀202的压力的变化达到什么程度来检测电磁阀202是否从第一状态转换到第二状态。因为当示例性应急系统100的电磁阀202处于第一状态时，施加到活塞510的力基本上大于由弹簧514施加的力，所以阀定位器106能够通过诱发和测量压力的相对较小的降低和/或增加而验证电磁阀202的功能，而不影响致动器104和/或关断阀102的位置(例如，在不关闭关断阀102的情况下)。
为了检测致动器104的压力室516的压力的变化，阀定位器106的第二压力端口520经由感测线路524测量压力室516的压力。例如，在电磁阀202转换到第二状态之前，阀定位器106经由感测线524测量与第一状态相关联的初始压力(例如，图8的初始压力808)。此外，阀定位器106指示电磁阀202转换到第二状态，并且在电磁阀202在第一状态和第二状态之间转换时监测致动器104的压力室516的压力。
图6描绘了当电磁阀202处于第二状态时的示例性应急系统100。如图6所示，第一阀端口306在第二状态下关闭，从而在电磁阀202的第二阀端口308和第三阀端口310之间形成第二流体路径311(图3和图4)。因此，当电磁阀202处于第二状态时，电磁阀202使流体能够从压力室517通过电磁阀202的第二流体路径311排出到通气口。因此，由在所示示例中的第二压力端口520测量的压力当电磁阀202处于第二状态相对于当电磁阀202处于第一状态时随时间而减小。
当电磁装置202处于第一状态时，阀定位器106的第一压力端口518经由控制线路601与致动器104的压力室516流体连通。当电磁装置202处于第二状态时，第一压力端口518保持流体地耦合到控制线601而非流体地耦合到压力室516。因为压力室516包含相对于控制线路601基本上大体积的流体，所以当电磁阀202在状态之间转换时，与第一压力端口连通的流体体积基本上变化(例如，减小)，从而使得阀定位器106的压力控制不稳定。因此，由阀定位器106测量的压力可能在短时间内不稳定、振荡和/或波动。为了稳定和/或防止由阀定位器106测量的压力差的不稳定性，在电磁阀202转换到第二状态时，阀定位器从压力控制状态转换到饱和状态。在某些示例中，阀定位器106经由端点压力控制被设置为压力控制状态，以防止阀定位器106向电磁阀202供应充分的供应压力。为了将阀定位器106从压力控制状态转换到在饱和状态，阀定位器106旁通了阀定位器106的压力控制器，并且通过将阀定位器106的I/P换能器驱动到最大水平来使得阀定位器106的伺服器饱和。在饱和状态下，阀定位器106提供充分的供应压力，其中由阀定位器106提供的到电磁阀202的流体的压力是未被调节的。在所示示例中，当电磁阀202处于第二状态并且阀定位器106处于饱和状态时，电磁阀202处于临界流动。
在某些情况下，在阀定位器106指示电磁阀202转换到第二状态与电磁阀202转换到第二状态之间可能存在延迟。例如，延迟可以是在阀定位器106和电磁阀202之间通信的和/或电气的延迟和/或电磁阀202的机械延迟(例如，杆302沿着图3的路径314移动中的延迟)。为了防止阀定位器106在电磁阀202转换到第二状态之前转换到饱和状态，并且因此影响用于确定电磁阀202的功能的初始压力，在检测到由第二状态引起的跨越电磁阀202的压力变化(例如，压力的降低)时阀定位器106转换到饱和状态的。例如，为了测试电磁阀202的功能，阀定位器106标识相对于初始压力的最大压力变化(例如，在脉冲信号期间和/或之后的压力的最大减小)，并将最大压力变化与最小跳闸值进行比较。如果最大压力变化大于最小跳闸值，则阀定位器106可以确定电磁阀处于准备或起作用状态。因此，阀定位器106转换到饱和状态以稳定阀定位器106，并且因此使阀定位器106能够确定电磁阀202的功能。
阀定位器106还通过指示电磁阀202返回到第一状态(例如，通过允许供应给电磁阀202的功率)来测试电磁阀202的功能，并将在监测结束时的压力变化与最大复位值进行比较。如果在监测结束时的压力变化小于最大复位值，则阀定位器106可以确定电磁阀处于准备或起作用状态。另外地或替代地，为了增加在电磁阀202返回到初始压力时的复位速率，阀定位器106保持在饱和状态，直到电磁阀202达到初始压力。例如，当电磁阀202处于第一状态并且阀定位器106处于饱和状态时，电磁阀202处于亚临界流动。一旦电磁阀202返回到初始压力，则阀定位器106从饱和状态转换到压力控制状态。
此外，在所示示例中，应急系统100包括再吸入系统602，其中电磁阀202的第三阀端口310、阀定位器106的通气口604、和致动器104的第一室108的次级室608的通气口606通过止回阀610排出。当压力室516内的压力变化时，在活塞510在第一室108内移动时第一室108的通气口606防止在次级室608内形成真空(例如，在所示示例中的向右方向)，以进一步实现活塞510的移动。为了防止次级室608汲取污染的空气和/或来自大气的化学物质，再吸入系统602使次级室608能够从阀定位器106的通气口604和/或电磁阀202的第三阀端口吸入基本清洁的空气。此外，止回阀610在再吸入系统602内维持压力(例如，大约1磅/平方英寸)，以使次级室608能够汲取从阀定位器的通气口604和/或电磁阀202的第三阀端口310排出的空气106。因此，当再吸入系统602结合到应急系统100中时，阀定位器106能够测试电磁阀202的功能。另外地或替代地，当将再吸入系统未结合到应急系统100中时，阀定位器106能够测试电磁阀202的功能。
图7描绘了根据本文的教导的当电磁阀202处于第二状态时应急系统100的电流和流体流动示意图。如图7所示，电磁阀202经由布线704、706、708通信地耦合到阀定位器106和第一输出源702。例如，为了将电磁阀202与阀定位器106通信地耦合，布线704将阀定位器106耦合到终端块710，并且布线706将终端块710耦合到电磁阀202。因此，布线704、706使阀定位器106能够中断和/或允许提供给电磁阀202的功率以测试电磁阀202的功能。此外，布线708将第一输出源702耦合到终端块710以将第一输出源702通信地耦合到电磁阀202。在某些示例中，第一输出源702是控制器(例如，可编程控制器、可编程逻辑控制器、逻辑解算器等)的输出终端，其(例如，经由24+VDC信号)向电磁阀202供应和/或提供功率，以打开关断阀102(图1)和/或在检测到危害和/或危险状况时(例如，经由0VDC信号)终止功率，以关闭关断阀102。因此，如图7所示，安装阀定位器106在检测到危害和/或危险状况时来测试电磁阀202，而不影响电磁阀202关闭关断阀102的能力。
如图7所示，阀定位器106通信地耦合到第二输出源712，其将输入信号(例如，4-20mA信号)发送到阀定位器106以控制阀定位器106。此外，输出源712(例如，经由HART通信协议、PROFIBUS PA、FOUNDATION Fieldbus等)发送测试信号，以开始对电磁阀202、致动器104和/或关断阀102的测试(例如，部分冲程测试)。因此，所示示例的阀定位器106独立于测试关断阀102和/或致动器104的功能来测试电磁阀202的功能。在某些情况下，电磁阀202可以更可能随时间相对于致动器104和/或关断阀102恶化和/或受到损坏。在这种情况下，阀定位器106比其可以执行对关断阀102的部分冲程测试(例如，每季度、每年等)更频繁地(例如，每月)执行对电磁阀202的测试。此外，在某些示例中，在测试电磁阀202的功能时，阀定位器106被调度(例如，被编程)，以执行对关断阀102的部分冲程测试。在这种示例中，如果阀定位器106标识关于电磁阀202的错误和/或电磁阀202的故障，则阀定位器106可以被编程为和/或使操作者能够选择中止或继续调度的部分冲程测试。
图8是描绘了当随着电磁阀202(图2-7)转换到第二状态，阀定位器106(图1-2和图5-7)保持在压力控制状态时，致动器104(图1-2和图5-7)的压力室516(图5-6)的压力变化的测量结果(图1-2和5)。如图8所示，对电磁阀202的功率中断802引起压力室516中的压力变化804。例如，压力室516中的压力在功率中断802期间减小，并且在功率返回到电磁阀202时增加。此外，由于由阀定位器106控制下的体积基本上在电磁阀202转换到第二状态(例如，阀定位器不再控制致动器的体积)时变化(例如，减小)，所以当电磁阀202转换到第二状态时，当阀定位器106保持在压力控制状态时对阀定位器106的控制不稳定。例如，在功率中断802期间，阀定位器106的测量压力变化806以基本上高的频率从初始压力808振荡和/或波动，从而使得由阀定位器对电磁阀202的功能性106的确定将是困难的和/或不精确。在某些示例中，阀定位器106可以保持在压力控制状态，并通过检测到测量的压力变化806的相应的振荡和/或波动来标识电磁阀202已经转换到第二状态。
图9是描绘了示例性压力变化测量结果的曲线图900，当经由饱和状态稳定阀定位器106时，由阀定位器106(图1-2和图5-7)测量的该示例性压力变化测量结果来测试电磁阀202(图2-7)的功能。例如，曲线图900描绘了当提供给阀定位器106的供应流体具有约80.7磅/平方英寸的压力，并且电磁阀202的上游压力(例如，阀定位器106的第一压力端口518与电磁阀202的第一阀端口306之间的压力)为约75磅/平方英寸的压力时，致动器104的压力室516(图5-6)的压力变化。此外，压力室516中的初始压力被归一化为值‘0’。在所示示例中，曲线图900包括第一线路902、第二线路904、第三线路906和第四线路908；该第一线路902表示当在大约为0.25秒的脉冲持续时间中断功率时，随时间跨越电磁阀202的压力变化；该第二线路904表示当在大约为0.5秒的脉冲持续时间中断功率时的压力变化；该第三线路906表示当在大约为1.0秒的脉冲持续时间中断功率时的压力变化；并且该第四线路908表示当在大约为2.0秒的脉冲持续时间中断功率时的压力变化。如图9所示，当阀定位器106处于饱和状态时，(例如，由第一线路902、第二线路904、第三线路906和/或第四线路908表示的)阀定位器106的测量压力变化806不会振荡和/或波动。
如图9所示，通过在电磁阀202转换到第二状态时将阀定位器106转换到饱和状态，阀定位器106使得压力能够按照一致的速率(例如，基本线性速率)减小，该一致的速率不考虑由于在流量不受下游压力影响的扼流(choke flow)状况的脉冲持续时间。例如，对于0.25秒、0.5秒、1秒和/或2秒的脉冲持续时间，压力按照一致的、基本上线性的速率降低。此外，在功率返回到电磁阀202之后，阀定位器106维持在饱和状态，以使跨越电磁阀202的压力能够按照一致的复位速率(例如，第一复位速率)增加，该复位速率大于与压力控制速率相关联的复位速率(例如，第二复位速率)。换句话说，在功率返回到电磁阀202之后和/或在达到致动器104的压力室516的最大压力变化(例如，由线路902、904、906、908中的相应最小值表示)时，维持阀定位器106增加了复位速率，压力室516中的压力按照该复位速率返回到初始压力808(图8)。
一旦跨越电磁阀202的压力达到初始压力808(归一化为图10中的值‘0’)，则阀定位器106返回到压力控制状态。如图10所示，一旦达到初始压力808，则压力变化的速率就降低了。此外，如果电磁阀202一段时间处于第一状态，则跨越电磁阀202的压力最终在初始压力808处重新设置。因此，在阀定位器106的压力控制状态与饱和状态之间的转换使阀定位器106能够稳定并因此确定了电磁阀202的功能。
图10是描绘了当电磁阀在第一状态和第二状态之间转换时电磁阀202(图2-7)的压力变化的其它测量结果的曲线图。在所示示例中，在电磁阀202转换到第二状态时，阀定位器106(图1-2和图5-7)转换到饱和状态，并且在检测到致动器104(图1-2和图5-7)的压力室516(图5-6)中的压力增加时，阀定位器106返回压力控制状态。如图10所示，阀定位器106的测量的压力变化806在功率中断802期间不振荡和/或波动。在压力室516中的压力返回到初始压力808时，阀定位器106的测量压力变化806基本上等于和/或跟踪压力变化，从而使阀定位器106能够精确地确定电磁阀202的功能。
图11是根据本文的教导表示当测试示例性电磁阀时的用于稳定示例性阀定位器的示例性方法1100的流程图。尽管参考图11所示的流程图描述了示例性方法1100，但是可以替代地使用当测试电磁阀时稳定阀定位器的许多其它方法。例如，可以变化块和/或被变化、消除和/或组合的所描述的块中的某些的执行顺序。此外，示例方法1100的块通过经由处理器执行相应的指令(例如，第一指令、第二指令、第三指令等)来实现。
结合图1-2和图5-7的示例性应急系统100和/或图9的示例性曲线图讨论了用于当测试电磁阀时稳定阀定位器的示例性方法1100。此外，由于示例性方法1100可以参考图1-2和图5-7的示例性应急系统100和/或图9的示例性曲线图，所以在图1-2、图5-7、和图9标识的组件具有与下面描述的组件的功能基本上相似或相同的功能将不再详细描述。相反，相同的附图标号将用于类似的结构。
本文公开的示例性方法1100通过将阀定位器(例如，图1-2和图5-7的阀定位器106)设置在压力控制状态以维持上游压力的初始值(例如，图8和图10的初始压力808)。例如，初始值被设定为比波动的供应压力的平均值小约5磅/平方英寸。在块1104处，阀定位器指示电磁阀(例如，图2-7的电磁阀202)将电磁阀从第一状态转换到第二状态。例如，阀定位器通过中断提供给电磁阀的功率(例如，图8和图10的功率中断802)来指示电磁阀转换到第二状态。
此外，示例性方法1100包括确定是否已经由阀定位器检测到跨越电磁阀的压力的变化(例如，压降或压力降低)(块1106)。如果阀定位器没有检测到压力的变化，则阀定位器可能等待直到检测到压力的变化。例如，电磁阀可能不立即转换到第二状态，该第二状态是在由于与电磁阀相关的通信的、电气的和/或机械的延迟而导致功率被中断时引起的压力变化。在检测到压力的变化时，阀定位器转换到饱和状态以稳定阀定位器(块1108)。例如，如果在电磁阀转换到第二状态时阀定位器保持在压力控制状态，则阀定位器可能以其它方式去稳定。在块1110处，阀定位器指示电磁阀返回到第一状态。例如，通过允许向电磁阀提供功率(例如，通过终止功率中断802)，阀定位器将电磁阀返回到第一状态。
在将电磁阀返回到第一状态时，跨越电磁阀的压力可以开始增加。例如，在电源中断结束时，阀定位器初始地保持在饱和状态，以增加复位速率，跨越电磁阀的压力按照该复位速率进行增加。在块1112处，阀定位器确定跨越电磁阀的压力是否已经返回到初始值。如果跨越电磁阀的压力还未返回到初始值，则维持阀定位器的饱和状态，直到达到初始值(块1114)。在达到初始值时，阀定位器返回到压力控制状态(块1116)。例如，阀定位器返回到压力控制状态以减小对初始值的过冲。在某些示例中，阀定位器可以实现无扰动转换技术(例如，通过重新初始化阀定位器的内部状态)，以在从饱和状态返回到压力控制状态时提供改进的转换。
尽管本文已经描述了某些示例性装备和方法，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了不论是字面上还是在等同原则下完全落入修正后的权利要求的范围的所有方法、装置和制造品。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
电磁阀，所述电磁阀被配置为使致动器能够关闭应急阀；以及
阀定位器，所述阀定位器流体地并通信地耦合到所述电磁阀，所述阀定位器被配置为：
在执行对所述电磁阀的测试之前，被设置在压力控制状态中，以将所述电磁阀的上游压力维持在预定的初始值；
检测由所述电磁阀从第一状态转换到第二状态引起的、跨所述电磁阀的压力变化；
在检测到所述压力变化时，将所述阀定位器从所述压力控制状态转换到饱和状态，在所述饱和状态期间，所述阀定位器提供充分的供应压力，在所述电磁阀从所述第一状态转换为所述第二状态时，所述充分的供应压力使所述阀定位器稳定，以执行对所述电磁阀的测试；以及
维持所述饱和状态，直到跨所述电磁阀的压力返回到所述预定的初始值为止。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述阀定位器确定为跨所述电磁阀的压力已经达到了所述预定的初始值时，所述阀定位器返回所述压力控制状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀定位器经由终点压力控制而被设置到所述压力控制状态，以暂停所述阀定位器的所述充分的供应压力，从而控制所述电磁阀的上游压力。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀定位器包括压力控制器，所述压力控制器被旁通，以将所述阀定位器从所述压力控制状态转换到所述饱和状态，所述压力控制器被配置为影响所述阀定位器的上游压力。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀定位器接收波动的供应压力并将所述电磁阀的上游压力维持为比平均供应压力低一预定量。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀定位器被配置为使用所述预定的初始值来确定所述电磁阀的功能性。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，在对所述电磁阀的测试期间，所述阀定位器维持所述上游压力的所述预定的初始值，以产生一致的压力特性。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述电磁阀的临界流动和亚临界流动期间，所述阀定位器被维持在所述饱和状态。
9.一种方法，包括：
在执行对电磁阀的测试之前，通过经由处理器执行第一指令，将阀定位器设置在压力控制状态，以将应急系统的所述电磁阀的上游压力维持在预定的初始值；
通过经由所述处理器执行第二指令，检测由所述电磁阀从第一状态转换到第二状态引起的、跨所述电磁阀的压力变化；
在检测到所述压力变化时，通过经由所述处理器执行第三指令，将所述阀定位器从所述压力控制状态转换到饱和状态，在所述饱和状态期间，所述阀定位器提供充分的供应压力，以在所述电磁阀从所述第一状态转换到所述第二状态时使所述阀定位器稳定，从而执行对所述电磁阀的所述测试；以及
通过经由所述处理器执行第四指令，将所述阀定位器维持在所述饱和状态，直到跨所述电磁阀的电压返回到所述预定的初始值为止。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在确定为跨所述电磁阀的压力达到了所述预定的初始值时，将所述阀定位器返回到所述压力控制状态。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述阀定位器返回到所述压力控制状态减少了对所述预定的初始值的过冲。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括使用所述预定的初始值来确定所述电磁阀的功能性。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在对所述电磁阀的所述测试期间，维持所述上游电压的所述预定的初始值，以产生一致的压力特性。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，在检测到所述压力变化时将所述阀定位器转换到所述饱和状态，防止了在使所述电磁阀在所述第一状态与所述第二状态之间转换中的通信的延迟、电气的延迟、或机械的延迟中的至少一种延迟影响对所述电磁阀的所述测试。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述阀定位器从所述压力控制状态转换到所述饱和状态包括：使所述阀定位器的压力控制器旁通，以防止所述压力控制器影响所述阀定位器的所述上游压力。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述电磁阀返回到所述第一状态之后将所述阀定位器维持在所述饱和状态增加了跨所述电磁阀的压力返回到所述预定的初始值的复位速率。
17.根据权利要求9所述的方法，还包括经由所述阀定位器接收随时间波动的供应压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，维持所述电磁阀的所述上游压力包括：所述阀定位器将所述上游压力维持为小于由所述阀定位器接收的平均供应压力。
19.一种装置，包括：
用于致动的模块，其致动致动器以关闭应急阀；以及
用于定位的模块，其流体地并通信地耦合到所述用于致动的模块，在执行对所述用于致动的模块的测试之前，所述用于定位的模块被设置在压力控制状态中，以将所述用于致动的模块的上游压力维持在预定的初始值，所述用于定位的模块包括：
用于检测压力变化的模块，其检测由所述用于致动的模块从第一状态转换为第二状态引起的、跨所述用于致动的模块的压力变化；以及
用于转换的模块，其在检测到所述压力变化时，将所述用于定位的模块从所述压力控制状态转换到饱和状态，在所述饱和状态期间，所述用于定位的模块提供充分的供应压力，在所述用于致动的模块从所述第一状态转换到所述第二状态时，所述充分的供应压力使所述用于定位的模块稳定，以执行对用于致动的模块的所述测试，所述用于转换的模块维持所述饱和状态，直到跨所述用于致动的模块的压力返回到所述预定的初始值为止。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，在所述用于检测所述压力变化的模块确定为跨所述用于致动的模块达到了所述预定的初始值时，所述用于转换的模块使所述用于定位的模块返回到所述压力控制状态。
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