CN109187002A

CN109187002A - 调节阀在线性能及故障检测分析系统

Info

Publication number: CN109187002A
Application number: CN201811194766.2A
Authority: CN
Inventors: 程路
Original assignee: SUZHOU ARCA CONTROL VALVE Co Ltd
Current assignee: SUZHOU ARCA CONTROL VALVE Co Ltd
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明公开了调节阀在线性能及故障检测分析系统，其中的位移传感器用于反馈调节阀的位移信号；膜室压力传感器用于记录执行机构膜室内的压力信号；输入信号采集器用于监测定位器的输入信号；时间记录器用于记录时间常数；故障诊断装置将输入信号、膜室压力、位移、时间数据进行简单处理，并与调节阀的原始数据进行比较，就能够判断调节阀运行的状况和故障类型；对于超过性能指标原始数据极限值的情况，系统会将运行数据及故障类型传送到检测数据存储装置，并经过检测数据发射器和网线发送到制造厂控制部分内的检测数据接收装置。本发明实现了对阀门的性能及故障的在线及时检测分析与诊断。

Description

调节阀在线性能及故障检测分析系统

技术领域

本发明属于仪器仪表领域，具体涉及一种调节阀在线性能及故障检测分析系统。

背景技术

目前，调节阀行业的故障诊断大多靠停车检修来实现，由仪表部门制定阀门检修规划，按周期对装置上的调节阀进行停车检修，但是有些调节阀并不是真正需要修理，而问题通常出现在其它环节的问题上，这说明对调节阀的故障我们只要针对性的简单修理及调整或者更换一下阀门中的某个零部件或者是附件，并不需要对调节阀进行解体和全面修理。这种周期性维护方式，常会造成不必要的检修或遗漏有故障隐患的调节阀。

目前国内外主要的调节阀厂商均是在智能阀门定位器的功能上开发完善故障诊断的功能。但是由于调节阀生产厂家众多造成控制阀品种多，规格多，参数多质量参差不齐，可配置的智能阀门定位器型号也比较多。造成用户在使用过程中的许多局限性，并不能通用。

智能阀门定位器的成本高，同时需要搭建整个智能阀门定位器的故障诊断信号的反馈系统，造成成本更高，投资大。并且使用过程过于复杂，不实用。

由于目前已在线使用的大量调节阀都没有安装智能阀门定位器。全部更换智能阀门定位器及故障诊断反馈系统也会造成一大笔的投入费用。

另外，目前智能阀门定位器的故障诊断数据还不能实现调节阀制造厂数据互通。无法实现在线、及时、有效掌握调节阀的信息。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种调节阀在线性能及故障检测分析系统，实现了及时将调节阀实际的动态特性和静态特性的检测数据发送到调节阀制造工厂，调节阀制造工厂的中央控制台将反馈的检测数据与标准的各种特性参数进行比较后分析和诊断的功能，因而实现了对阀门的性能及故障的在线及时检测分析与诊断。

本发明按以下技术方案实现：

调节阀在线性能及故障检测分析系统，包括位移传感器、膜室压力传感器、输入信号采集器、时间记录器、故障诊断装置、检测数据存储装置、检测数据发射器；其中，位移传感器用于反馈调节阀的位移信号；膜室压力传感器用于记录执行机构膜室内的压力信号；输入信号采集器用于监测定位器的输入信号；时间记录器用于记录时间常数；故障诊断装置将输入信号、膜室压力、位移、时间数据进行简单处理，并与调节阀的原始数据进行比较，就能够判断调节阀运行的状况和故障类型；对于超过性能指标原始数据极限值的情况，系统会将运行数据及故障类型传送到检测数据存储装置，并经过检测数据发射器和网线发送到制造厂控制部分内的检测数据接收装置。

进一步，还包括电池；程序每隔H小时会唤醒一次电池，电池工作一定时间采集若干个点的输入信号、膜室压力、位移、时间数据。

进一步，还包括显示管理系统；该显示管理系统对于某台调节阀，可显示调节阀的原始技术参数、测试界面、检测数据分析界面、故障诊断结果输出并报警、调节阀性能测试报告。

进一步，还包括测试界面；选择测试方法以后，实时显示测试过程时间、实时显示测试过程输入信号、实时显示测试过程位移、实时显示测试过程膜室压力、显示正行程测试结果时间、显示反行程测试结果时间、显示死区测试结果、显示信号时的正行程和反行程、显示基本误差、显示回差、显示始点偏差、显示终点偏差、显示额定行程偏差。

进一步，自动测试时，行程时间自动测试1次，自动计算出分段测试的采集时间，自动进行分段测试1次，再自动进行死区测试1次；结束后将数据保存并传送到检测数据接收装置。

进一步，行程时间测试完毕后，自动显示：正行程时间、反行程时间、正反行程时间之和、压力与信号时间差值、位移与信号时间差值、压力与位移时间差值、压力阶跃的最大差值及位移。

进一步，测试结束以后，点击智能分析进入检测数据分析界面，同时启动智能分析系统生成七条性能波形曲线。

进一步，第一条性能波形曲线：计算△T的值，其中△T是阶跃最大压力到平稳压力所需要的时间，用以衡量阀门在响应过程中平稳性的一个指标；

第二条性能波形曲线：找到P_静的值，其中P_静是该档最大静摩擦压强，用以计算静摩擦力的一个指标；

第三条性能波形曲线：计算出P_动平均值，其中P_动是该档平均动摩擦压强，用以衡量阀门在运动过程中动摩擦的一个指标；

第四条性能波形曲线：计算出该膜室压力波动时间TYB、膜室压力波动幅值MYF、膜室压力波动次数ND；

第五条性能波形曲线：计算出该档位移波动时间TWB、位移波动幅值MWF、位移波动次数NW；

第六条性能波形曲线：计算出该档时滞，其中包括信号-位移的时滞、信号-压力的时滞、压力-位移的时滞；

第七条性能波形曲线：计算△T_埂，其中△T_埂＝t_终-t_始，阀门在运动过程中某点或某几点滞留的过长时间△T_埂。

本发明有益效果：

调节阀在线性能及故障检测分析系统的优点：

(1)就是让调节阀故障防患于未然。

(2)让调节阀带上监护仪，确保能知道调节阀的真实运行状况。

(3)确保在调节阀故障发生前进行维护，实现调节阀的预测性维护。

(4)延长调节阀运行时间和生命周期。

(5)降低调节阀的故障频次。

(6)减少预测性维护的次数，实现调节阀有针对性的检修和维护。

(7)增加工厂的安全性，提高经济效益降低工厂费用。

该系统较智能阀门定位器的故障诊断方法还有以下优势：

(1)应用广泛，不受限制，通用性好：无论用户使用哪个厂家的调节阀产品，配置任何形式的阀门定位器，都可以使用该系统。

(2)功能全，投资少，成本低：具有非常齐全的检测功能，智能分析调节阀和附件的微小变化，准确预判故障和使用周期。检测装置成本低，整个系统的应用不影响用户原有的控制系统。

(3)全方位一条龙到底的服务：从智能分析到维护方案及现场服务，全方位解决，让用户彻底无忧、放心。

附图说明

图1为第一条性能波形曲线图；

图2为第二条性能波形曲线图；

图3为第三条性能波形曲线图；

图4为第四条性能波形曲线图；

图5为第五条性能波形曲线图；

图6为第六条性能波形曲线图；

图7为第七条性能波形曲线图；

图8为本发明的控制原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图8所示，本发明是通过如下技术方案实现的：一种调节阀在线性能及故障检测分析系统，它的调节阀整机部分包括位移传感器、膜室压力传感器、输入信号采集器、时间记录器、电池、故障诊断装置、检测数据存储装置、检测数据发射器、系统安全防护结构。它的制造厂控制部分包括调节阀原始技术参数据存储系统、检测数据接收装置、智能分析系统、显示管理系统。

位移传感器，可反馈调节阀的位移信号；膜室压力传感器，可记录执行机构膜室内的压力信号；输入信号采集器，可监测定位器的输入信号；时间记录器，可记录时间常数。

电池：程序每隔H小时会唤醒一次电池，电池工作一定时间采集若干个点的输入信号、膜室压力、位移、时间数据。

有关调节阀的膜室压力、行程(位移)、输入信号、时间等通过膜室压力传感器、位移传感器反馈到故障诊断装置的CPU,经过自动检测将调节阀原始性能参数存储到故障诊断装置的CPU内，形成原始数据。在调节阀运行过程中，只要将即时运行数据与原始数据比较、分析(自动)，就可判断调节阀运行的状况和故障类型。故障诊断装置将输入信号、膜室压力、位移、时间数据进行简单处理，并与调节阀的原始数据(基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差、滞后时间、动作速度等)进行比较，就可判断调节阀运行的状况和故障类型。对于超过性能指标原始数据极限值的情况，系统会将运行数据及故障类型传送到检测数据存储装置，并经过检测数据发射器和网线发送到制造厂控制部分内的检测数据接收装置。

系统安全防护结构：考虑防护等级和防爆等级。

显示管理系统：对于某台调节阀，可显示调节阀的原始技术参数、测试界面、检测数据分析界面、故障诊断结果输出并报警、调节阀性能测试报告。

测试界面：选择测试方法(行程时间测试、分段测试、死区测试、自定义测试、手动测试)以后，实时显示测试过程时间、实时显示测试过程输入信号、实时显示测试过程位移、实时显示测试过程膜室压力、显示正行程测试结果时间、显示反行程测试结果时间、显示死区测试结果、显示信号(0、25％、50％、75％、100％)时的正行程和反行程、显示基本误差、显示回差、显示始点偏差、显示终点偏差、显示额定行程偏差。在测试过程中，可暂停、继续、手动干扰、删除重新测试。测试结束以后，可点击重新测试，也可点击智能分析进入检测数据分析界面。

自动测试时，行程时间自动测试1次，自动计算出分段测试的采集时间，自动进行分段测试1次，再自动进行死区测试1次。结束后将数据保存并传送到检测数据接收装置。

行程时间测试完毕后，自动显示：正行程时间、反行程时间、正反行程时间之和、压力与信号时间差值、位移与信号时间差值、压力与位移时间差值、压力阶跃的最大差值及位移。

测试结束以后，点击智能分析进入检测数据分析界面，同时启动智能分析系统生成七条性能波形曲线:

图1-计算△T的值(△T：阶跃最大压力到平稳压力所需要的时间)。它是衡量阀门在响应过程中平稳性的一个指标。

图2-找到P_静的值(P_静：该档最大静摩擦压强)。它是计算静摩擦力的一个指标。

图3-计算出P_动平均值(P_动：该档平均动摩擦压强)。它是衡量阀门在运动过程中动摩擦的一个指标。

图4-计算出该膜室压力波动时间TYB、膜室压力波动幅值MYF、膜室压力波动次数ND

图5-计算出该档位移波动时间TWB、位移波动幅值MWF、位移波动次数NW

图6-计算出该档时滞TXW(信号-位移的时滞)、TXY(信号-压力的时滞)、TYW(压力-位移的时滞)

图7-计算△T_埂：△T_埂＝t_终-t_始，阀门在运动过程中某点或某几点滞留的过长时间△T_埂(有可能出现打埂或瞬间串动过大现象)。

然后智能分析系统评估阀门的以下特性：

1调节阀精度分析

测试完成以后，自动计算每档基本误差、回差、气开阀始点偏差、气关阀终点偏差、气关阀额定行程偏差、死区偏差，并与GB/T 4213-2008内表1进行比较。

2调节阀膜室密封性、调节阀执行机构刚度的变化(弹簧断裂、失效)。

利用图4中N秒内该档膜室压力波动时间TYB、膜室压力波动幅值MYF、膜室压力波动次数ND判定调节阀密封性。

利用图5中N秒内该档位移波动时间TWB、位移波动幅值MWF、位移波动次数NW判定调节阀密封性

利用图1-计算△T的值(△T：阶跃最大压力到平稳压力所需要的时间)判定执行机构刚度的变化(弹簧断裂、失效)。它是衡量阀门在响应过程中平稳性的一个指标。

3调节阀摩擦力分析(静摩擦力、动摩擦力)及填料失效性分析。

3.1静摩擦力分析，利用图2-找到P_静的值(P_静：该档最大静摩擦压强)。

3.1.1利用△P_静大判定静摩擦力：

条件	分析结果	报警显示
			△P<sub>01</sub>/K<sub>△P01</sub>≤△P<sub>02</sub>≤K<sub>△P01</sub>*△P<sub>01</sub>	摩擦力正常	无颜色
K<sub>△P01</sub>△P<sub>01</sub>＜△P<sub>02</sub>≤K<sub>△P011</sub>△P<sub>01</sub>	摩擦力稍大	黄色
			△P<sub>02</sub>＞K<sub>△P011</sub>*△P<sub>01</sub>	摩擦大	红色
△P<sub>01</sub>/K<sub>△P011</sub>＜△P<sub>02</sub>≤△P<sub>01</sub>/K<sub>△P01</sub>	摩擦力稍松	黄色
			△P<sub>02</sub>＜△P<sub>01</sub>/K<sub>△P011</sub>	摩擦力松弛	红色

注：1)△P₀₁为待定值，△P_静大为△P₀₂

2)△P_静：△P_静＝|P_静-P₂|

△P_静大:所有△P_静中的最大值。

3)K_△P01自定义数值，默认为1.1。是△_P01的系数。

4)K_△P011自定义数值，默认为1.2。是△_P01的系数。

3.1.2用△_P静均判定静摩擦力

注：1)△P₀₁为待定值，△P_静均为△P₀₂

2)△P_静：△P_静＝|P_静-P2|

△P_静均:所有△P_静的平均值

3)K_△P01自定义数值，默认为1.1。是△_P01的系数。

4)K_△P011自定义数值，默认为1.2。是△_P01的系数。

3.2动摩擦力分析，利用图3-计算出P_动平均值(P动：该档平均动摩擦压强)。

3.2.1利用△P_动大判定摩擦力

注：1)△P₀₁为待定值，△P_动大为△P₀₂

2)△P_动：△P_动＝|P1-P_静|

△P_动大:所有△P_动中的最大值

3)K_△P01自定义数值，默认为1.1。是△P₀₁的系数。

4)K_△P011自定义数值，默认为1.2。是△P₀₁的系数。

3.2.2利用△P_动均判定摩擦力

注：1)△P₀₁为待定值，△P_动大为△P₀₂

2)△P_动：△P_动＝|P1-P_静|

△P_动均：所有△P_动的平均值。

3)K△P₀₁自定义数值，默认为1.1。是△P₀₁的系数。

4)K△P₀₁₁自定义数值，默认为1.2。是△P₀₁的系数。

4调节阀密封力变化分析

4.1气开阀密封力判定，利用4mA对应的膜室压力P2来判定气开阀密封力

注：1)膜室压力P2，指输入信号4mA对应的膜室压力，由图1可得到此值；

2)K_开、K_关、K_S2是弹簧范围前的自定义系数。

4.2气关阀密封力判定,利用20mA对应的膜室压力P2来判定气开阀密封力

注：1)膜室压力P2，指输入信号20mA对应的膜室压力，由图1可得到此值；

2)K_开、K_关、K_S2是弹簧范围前的自定义系数。

5调节阀运行的平稳性、滞后性及振动性变化。

利用图1：计算△T的值(△T：阶跃最大压力到平稳压力所需要的时间)。它是衡量阀门在响应过程中平稳性的一个指标。

5.1 用△T的最大值△Tmax判定调节阀运行的平稳性

注：1)K_△T1：与△Tmax相近，系统默认待定，只要知道曲线K_T1就能确定，可自定义。

2)K_T11：K_T1幅度系数，系统设置默认值，它是一个自定义数。

3)△Tmax：△T的最大值，△T＝|T2-T1︱；

4)T1：是P1对应时间(计时起点)。

5)T2：以P2*K的值为标准，从左边数据最小值向右查找数据，至到找着一个大于P2*K值数据，此数据对应的时间就是T2(计时终点)。K是自定义数值，设置默认值。

5.2 用△T和平均数△T_均判定调节阀运行的平稳性

5.3 利用图6判定调节阀滞后性

注：1)T_XW(信号-位移的时滞)、T_XY(信号-压力的时滞)、T_YW(压力-位移的时滞)图6计算；

2)K_XW、K_XY、K_YW：自定义数值，默认待定值。分段测试完成后，数值就能确定。

3)K_XW1、K_XY1、K_YW1：K_XW幅度系数，可设置默认值，它是自定义数。

5.4利用图7判定调节阀振动性变化

利用阀门在运动过程中某点或某几点滞留的过长时间△T埂来判定调节阀振动性

注：1)△T_埂:阀门在运行过程中某点或某几点滞留的过长时间。

2)K_埂1、K_埂2、K_埂3、K_埂4：均为自定义数值，K_埂1默认为0.3s；K_埂2默认为0.6s；K_埂3默认为10s；K_埂4默认为2s。

5.4.1条件：已知全行程曲线和分段曲线。在全行程曲线和分段曲线上找阀门在运行过程中滞留时间最长的△T_埂，并找出与之对应的点S1。在△T_埂的范围内，同时满足以下6个条件：

1)△T_埂出现在4-20mA(信号上升，正行程)阶段。

2)△T_埂＞K_埂3

3)在滞留位置，信号达到(20±0.2)mA。

4)在滞留位置位移变化＜全行程*K_埂4％

5)在滞留位置压力≥弹簧范围终点*1.2。

6)S1位置位移变化＜全行程*K_埂4％(看S1位置位移变化＜全行程*K_埂4％的时间为△T_埂)。

报警显示：红色，需马上进行维修

分析结果：卡死(例如：阀门在正行程的某处卡死。并显示出该位置的信号、位移)

5.4.2条件：已知全行程曲线和分段曲线。在全行程曲线和分段曲线上找阀门在运行过程中滞留时间最长的△T_埂，并找出与之对应的点S1。在△T_埂的范围内，同时满足以下6个条件：

1)△T_埂出现在4-20mA(信号上升，正行程)阶段。

2)△T_埂＞K_埂3

3)在滞留位置，信号达到(20±0.2)mA。

4)在滞留位置位移变化＜全行程*K_埂4％。

5)在滞留位置压力≥弹簧范围终点*1.2。

6)反行程4mA，阀门位移＜全行程*2％

报警显示：红色，需马上进行维修

分析结果：异常限位(可能是执行机构被限位、阀腔内异物限位。)

6调节阀定位器性能分析

利用图1判定调节阀定位器性能。

由此可知，调节阀在线性能及故障检测分析系统的优点：

(1)就是让调节阀故障防患于未然。

(4)延长调节阀运行时间和生命周期。

(5)降低调节阀的故障频次。

(7)增加工厂的安全性，提高经济效益降低工厂费用。

该系统较智能阀门定位器的故障诊断方法还有以下优势：

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：包括位移传感器、膜室压力传感器、输入信号采集器、时间记录器、故障诊断装置、检测数据存储装置、检测数据发射器；

其中，位移传感器用于反馈调节阀的位移信号；膜室压力传感器用于记录执行机构膜室内的压力信号；输入信号采集器用于监测定位器的输入信号；时间记录器用于记录时间常数；故障诊断装置将输入信号、膜室压力、位移、时间数据进行简单处理，并与调节阀的原始数据进行比较，就能够判断调节阀运行的状况和故障类型；对于超过性能指标原始数据极限值的情况，系统会将运行数据及故障类型传送到检测数据存储装置，并经过检测数据发射器和网线发送到制造厂控制部分内的检测数据接收装置。

2.根据权利要求1所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：还包括电池；程序每隔H小时会唤醒一次电池，电池工作一定时间采集若干个点的输入信号、膜室压力、位移、时间数据。

3.根据权利要求1所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：还包括显示管理系统；该显示管理系统对于某台调节阀，可显示调节阀的原始技术参数、测试界面、检测数据分析界面、故障诊断结果输出并报警、调节阀性能测试报告。

4.根据权利要求1所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：还包括测试界面；选择测试方法以后，实时显示测试过程时间、实时显示测试过程输入信号、实时显示测试过程位移、实时显示测试过程膜室压力、显示正行程测试结果时间、显示反行程测试结果时间、显示死区测试结果、显示信号时的正行程和反行程、显示基本误差、显示回差、显示始点偏差、显示终点偏差、显示额定行程偏差。

5.根据权利要求4所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：自动测试时，行程时间自动测试1次，自动计算出分段测试的采集时间，自动进行分段测试1次，再自动进行死区测试1次；结束后将数据保存并传送到检测数据接收装置。

6.根据权利要求4所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：行程时间测试完毕后，自动显示：正行程时间、反行程时间、正反行程时间之和、压力与信号时间差值、位移与信号时间差值、压力与位移时间差值、压力阶跃的最大差值及位移。

7.根据权利要求4所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于：测试结束以后，点击智能分析进入检测数据分析界面，同时启动智能分析系统生成七条性能波形曲线。

8.根据权利要求7所述的调节阀在线性能及故障检测分析系统，其特征在于，第一条性能波形曲线：计算△T的值，其中△T是阶跃最大压力到平稳压力所需要的时间，用以衡量阀门在响应过程中平稳性的一个指标；