CN108225756A - 一种基于Labview的控制阀性能评估系统 - Google Patents

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庞仁贵
张晶瑜
李梦强
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Abstract

本发明属于控制阀系统流程工业的性能评估技术领域,本发明基于NI compactRIO硬件、各类传感器以及Labview软件开发设计了一套控制阀性能测试评估系统,该系统实现了控制阀的在线测试和功能评估。该系统包含测试信号生成、数据采集、信号分析、数据保存、报表生成、阀门参数这五个模块。同时本发明可将控制阀各项性能指标评估结果汇集于一张类似体检单的报表打印出来,可用于给阀门生产厂家的出场测试、阀门维修厂家的维修检测和控制阀使用客户的日常维护提供参考依据。

Description

一种基于Labv i ew的控制阀性能评估系统
技术领域
[0001] 本发明涉及工业过程控制领域,具体涉及到一种Labview系统去评估控制阀系统 的性能,及测定控制阀的各项指标数据。
背景技术
[0002] 控制阀在装配完成后交付之前要进行一系列的性能测试,检测其出厂时各项数据 指标是否符合国家标准,检测又主要分为出厂检测和型式检测。
[0003] 控制阀是工业过程控制系统中的终端执行部件,经常工作在高温/低温、高压工况 条件下,或经常与腐蚀、强冲刷等工艺介质直接接触,并且其机械部分运动频繁,会导致应 力损坏或产生磨损,从而最容易发生故障或性能下降。就需要对调节阀进行定期保养和检 修。
发明内容
[0004] 针对目前对于控制阀流程工业性能评估的欠缺本发明目的是提供一套能够通过 不同的测试标准对定位器施加特定的激励信号,并且在关键部位嵌入相应的传感器,采集 阀位、气室气压、气源气压、应变力等关键参数信息,通过以太网的形式发送给上位机,上位 机对数据进行综合分析得出整个控制系统的动态响应参数,主要为动作载荷性能参数、定 位控制性能参数和流量调节性能参数。
[0005] 根据本发明系统硬件主要由传感器部分,数据采集部分、上位机部分和工业自动 化仪表组成,系统测量数据的精度高低与所使用的传感器精度以及传感器与被测量物件的 接触情况密切相关。
[0006] 传感器部分包括阀位变送传感器、压力传感器、流量传感器和应变传感器;数据采 集部分包括模拟输入信号模块NI9203、模拟输出信号模块NI9265、NI CopmactRIO 9024机 箱和24V供电模块。工业自动化仪表包括压力变送器、压差变送器和流量计。
[0007] 上位机部分主要为开发的LabVIEW软件。此软件主要实现发送指令,接收采集数 据、分析处理数据、显示等功能。
[0008] 控制阀的性能检测主要是对执行机构、定位器、阀体的性能参数进行检测分析。根 据国际和美国仪器协会标准所规定的性能测试方法,主要进行四大类测试,分别为动作载 荷性能测试、诊断预测试、动态响应测试和介质流量测试。
[0009] 系统采用基于LabVIEW的软件开发环境来实现对整个系统的控制。该系统根据不 同的测量要求,选择不同的测量信号,利用压力传感器和NI模块采集相应的数据,并将采集 的数据通过以太网的形式传送到计算机中,经过分析和处理,最终得到控制阀性能评估报 表。系统程序设计的主要功能模块为测试信号生成、信号分析、数据保存、数据采集、报表生 成、阀门信息参数等。
[0010] 在测试完成后,需要对测试的数据进行保存以及生成相应的性能报表,以便于工 程人员查看,该软件使用TDMS文件对数据进行保存。TDMS文件是一种数据库管理系统,它以 二进制方式存储数据,具有文件小,存储速度快的特点,可以满足大多数数据采集系统的需 求。利用TDMS历史文件重新导入该系统中,则可以显示该调节阀的性能参数和历史数据。性 能报表的输出格式为word文档,该文档中包括所有测试项目的信息、性能指标以及关键的 历史数据。
附图说明
[0011] 图1为本发明所用的测试调节阀结构图;
[0012] 图2为本发明的性能评估系统的实验台架原理图;
[0013] 图3为本发明的性能评估系统的结构图;
[0014] 图4为本发明的性能评估系统的设计流程图。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016] 本发明的基于Labview的控制阀性能评估系统,由硬件实验台架和基于LabVIEW软 件的上位机程序部分组成;硬件实验台架包括气路系统、电路系统和液路系统,测试阀阀体 9与液路系统连接,薄膜执行机构8与气路系统连接而电路系统通过电气阀门定位器以及各 类传感器进行连接,上位机通过不同的测试标准对电气阀门定位器施加激励信号,并且在 关键部位嵌入相应的传感器,采集参数信息,通过以太网的形式反馈给上位机,上位机对数 据进行综合分析。
[0017] 硬件试验台架的气路系统如下工作:从空压机提供气源开始,经空气过滤器过滤 出空气中的水分和杂质,之后管道连接三通外接排气球阀14-1,紧接着主气路连接压力变 送器PTl再接一个空气过滤压缩器,主气路管道经压力变送器PT2将气体送入电气阀门定位 器入气端经电气阀门定位器,被放大的气体从定位器出气端经压力变送器PT3送至薄膜气 室执彳丁机构;
[0018] 硬件试验台架的电路系统包括固定在薄膜执行机构8的电气阀门定位器,阀位控 制器与电气阀门定位器连接,用于给电气阀门定位器发送4-20mA激励电信号;同时电气阀 门定位器与阀位变送器连接,阀位变送器采集阀杆位移,并将采集的数据传回上位机。
[0019] 液路系统包括与储水罐出口连接的水栗,水栗用于将水从储水罐中抽出,水栗的 下游侧管道连接压力变送器PT4和流量计FTl。
[0020] 流量计FTl的下游侧主管道连接测试阀阀体9,测试阀阀体9的下游侧连接第二球 阀14-2,同时流量计FTl下游侧连接有一旁路管路,旁路管路通过第五球阀14-5和第七球阀 14-7与流量计FTl下游侧和第二球阀14-2下游侧接通,在第五球阀14-5和第七球阀(14-7) 的管道之间连接有流量计FT3,同时还有连接第六球阀14-6的排空气支路以及连接第八球 阀14-8和第九球阀14-9的排水支路;
[0021] 第二球阀14-2下游侧分别连接有压力变送器PT5和流量计FT2;
[0022] 流量计FT2下游侧与扰动阀14-4连接,在流量计FT2与扰动阀14-4之间连接有一排 空气支路,排空气支路连接有第三球阀14-3,用于控制支路的开闭;
[0023] 扰动阀14-4的出口通过管道接回储水罐;储水罐的注水管路接有球阀14-10。
[0024] 硬件试验台架的NI数据采集模块包括模拟输入信号模块NI9203、模拟输出信号模 块NI9265、NI CompoctRI09204机箱和24V供电模块采集阀位、气室气压、气源气压、应变力 信息发送给上位机。
[0025] 软件Iabview部分包括发送指令模块,接收采集数据模块、显示数据处理模块,分 析处理数据模块、评估报告生成模块和历史数据查询模块。
[0026] 在测试控制阀之前需要对控制阀构建一个模拟实际工况下的环境,使控制阀测试 所得的结果与工厂运行时的状况一致,需要设计流体管道使流体能够流经控制阀,并能够 控制阀前后的压差。
[0027] 在整个诊断测试过程中,不仅要对控制阀本身进行测试,还需要对相关附件的输 出信号进行采集,因此还需要构建流体流通环境的管道、储水罐和水栗等。
[0028] 针对控制阀的气室、执行机构、阀体以及智能定位器组成的控制系统,通过不同的 测试标准对定位器施加特定的激励信号,并且在关键部位嵌入相应的传感器,采集阀位、气 室气压、气源气压、应变力等关键参数信息,通过以太网的形式发送给上位机,上位机对数 据进行综合分析得出整个控制系统的动态响应参数,主要为动作载荷性能参数、定位控制 性能参数和流量调节性能参数。
[0029] 系统硬件主要由传感器部分,数据采集部分、上位机部分和工业自动化仪表组成, 系统测量数据的精度高低与所使用的传感器精度以及传感器与被测量物件的接触情况密 切相关。
[0030] 传感器部分包括阀位变送传感器、压力传感器、流量传感器和应变传感器;数据采 集部分包括模拟输入信号模块NI9203、模拟输出信号模块NI9265、NI CopmactRIO 9024机 箱和24V供电模块。工业自动化仪表包括压力变送器、压差变送器和流量计。上位机部分主 要为开发的LabVIEW软件。此软件主要实现发送指令,接收采集数据、分析处理数据、显示等 功能。
[0031] 控制阀的性能检测主要是对执行机构、定位器、阀体的性能参数进行检测分析。根 据国际和美国仪器协会标准所规定的性能测试方法,主要进行四大类测试,分别为动作载 荷性能测试、诊断预测试、动态响应测试和介质流量测试。在这些检测过程中,需要对控制 阀施加激励信号。因此诊断软件要去设计合适的激励信号来满足测试的要求。
[0032] 该软件需要对阀门测试过程中的实时数据进行处理与分析,得到阀门的各项性能 指标,从而使技术人员分析判断该阀是否符合出厂要求,并且还需要把采集的各项信号显 示在屏幕上,以便设计人员、维护人员查看。
[0033] 如图3所示,本系统采用基于LabVIEW的软件开发环境来实现对整个系统的控制。 该系统根据不同的测量要求,选择不同的测量信号,利用压力传感器和NI模块采集相应的 数据,并将采集的数据通过以太网的形式传送到计算机中,经过分析和处理,最终得到控制 阀性能评估报表。
[0034] 系统程序设计的主要功能模块为测试信号生成、信号分析、数据保存、数据采集、 报表生成、阀门信息参数等。
[0035] 如图4所示,在测试完成后,需要对测试的数据进行保存以及生成相应的性能报 表,以便工程人员查看,该软件使用TDMS文件对数据进行保存。TDMS文件是一种数据库管理 系统,它以二进制方式存储数据,具有文件小,存储速度快的特点,可以满足大多数数据采 集系统的需求。
[0036] 利用TDMS历史文件重新导入该系统中,则可以显示该调节阀的性能参数和历史数 据。性能报表的输出格式为word文档,该文档中包括所有测试项目的信息、性能指标以及关 键的历史数据。
[0037] 系统对气动调节阀进行定位控制性能测试、动作载荷性能测试,通过实时地显示 各个变送器的数据可以评估该调节阀的性能。定位控制性能测试结果如表2所示,该性能测 试采集控制信号与阀位信号来验证调节阀控制性能是否稳定、快速和准确。性能参数指标 主要有延迟时间,上升时间、调整时间、稳态误差、超调量等,根据调节阀标准值,其定位控 制效果合格。
Figure CN108225756AD00061
[0038]
[0039]
[0040] 表2定位控制性能测试表
[0041] 动作载荷性能测试如表1所示,通过采集气室气压、气源气压、阀位信号和应变力 来进行性能分析,从而获得动摩擦力、弹簧刚度、行程、静摩擦力等性能参数。该测试所得到 的性能参数,均符合标准值。
[0042]
Figure CN108225756AD00071
[0043] 表1动作载荷性能测试表
[0044] 本发明提供的控制阀性能测试评估系统能够实现控制阀的在线测试和性能评估, 并且能够全面、精确的测试出控制阀的性能指标,具有良好的软件交互界面、扩展性强、精 度高等特点,给阀门生产厂家的出厂测试、阀门维修厂家的维修检测和控制阀使用客户的 日常维护提供了可靠的参考依据。

Claims (7)

1. 一种基于Labview的控制阀性能评估系统,由硬件实验台架和基于LabVIEW软件的上 位机程序部分组成;所述硬件实验台架包括气路系统、电路系统和液路系统,其特征在于: 测试阀阀体(9)与液路系统连接,薄膜执行机构(8)与气路系统连接,电路系统通过电气阀 门定位器以及各类传感器进行连接,上位机通过不同的测试标准对电气阀门定位器施加激 励信号,并且在关键部位嵌入相应的传感器,采集参数信息,通过以太网的形式反馈给上位 机,上位机对数据进行综合分析。
2. 如权利要求1所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:气路系统如 下工作:从空压机提供气源开始,经空气过滤器过滤出空气中的水分和杂质,之后管道连接 三通外接排气球阀(14-1),紧接着主气路连接压力变送器PTl再接一个空气过滤压缩器,主 气路管道经压力变送器PT2将气体送入电气阀门定位器入气端经电气阀门定位器,被放大 的气体从定位器出气端经压力变送器PT3送至薄膜气室执行机构。
3. 如权利要求1所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:所述电路系 统包括固定在薄膜执行机构(8)的电气阀门定位器,阀位控制器与电气阀门定位器连接,用 于给电气阀门定位器发送4_20mA激励电信号;同时电气阀门定位器与阀位变送器连接,阀 位变送器采集阀杆位移,并将采集的数据传回上位机。
4. 如权利要求1所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:液路系统包 括与储水罐出口连接的水栗,水栗用于将水从储水罐中抽出,水栗的下游侧管道连接压力 变送器PT4和流量计FTl; 流量计FTl的下游侧主管道连接测试阀阀体(9),测试阀阀体(9)的下游侧连接第二球 阀(14-2),同时流量计FTl下游侧连接有一旁路管路,旁路管路通过第五球阀(14-5)和第七 球阀(14-7)与流量计FTl下游侧和第二球阀(14-2)下游侧接通,在第五球阀(14-5)和第七 球阀(14-7)的管道之间连接有流量计FT3,同时还有连接第六球阀(14-6)的排空气支路以 及连接第八球阀(14-8)和第九球阀(14-9)的排水支路; 第二球阀(14-2)下游侧分别连接有压力变送器PT5和流量计FT2; 流量计FT2下游侧与扰动阀(14-4)连接,在流量计FT2与扰动阀(14-4)之间连接有一排 空气支路,排空气支路连接有第三球阀(14-3),用于控制支路的开闭; 扰动阀(14-4)的出口通过管道接回储水罐;储水罐的注水管路接有球阀(14-10)。
5. 如权利要求1所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:所述硬件试 验台架还包括NI数据采集模块,NI数据采集模块包括模拟输入信号模块NI9203、模拟输出 信号模块NI9265、NI CompoctRI09204机箱和24V供电模块采集阀位、气室气压、气源气压、 应变力信息发送给上位机。
6. 如权利要求1所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:基于LabVIEW 软件的上位机程序部分包括发送指令模块,接收采集数据模块、显示数据处理模块,分析处 理数据模块、评估报告生成模块和历史数据查询模块。
7. 如权利要求1-6之一所述的基于Labview的控制阀性能评估系统,其特征在于:测试 完成后,对测试的数据进行保存以及生成相应的性能报表,以便工程人员查看,使用TDMS文 件对数据进行保存。
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