CN109739205A - 基于dcs系统的电动执行器智能闭锁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，首先在电动执行器的电机的动力电源控制回路的开启回路和关闭回路上分别设置开启闭锁节点和关闭闭锁节点，所述闭锁节点用于控制所在回路的通断；然后，通过DCS组态判定电动执行器或阀门是否发生故障以及故障的类型；出现故障时，控制对应电动执行器的控制回路上的闭锁节点断开。本发明通过DCS组态判定故障的类型，根据故障类型及时将相应的闭锁节点断开，避免阀门发生异常关闭或开启，还能防止阀门卡涩后电机继续动作导致损坏，避免了故障进一步扩大。

Description

基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于热控DCS系统的电动执行器控制方法。

背景技术

电动阀门分布安装在各个生产系统的回路中，在DCS控制下，由集控室的操作人员发出各种控制指令进行控制。如果运行中的电动执行器发生关、开方向的失控故障时，阀门就会异常关闭或开启，导致运行工况改变、发生异常，甚至发生严重影响安全生产的事故。

目前使用的电动执行器，包括智能型和非智能型电动执行器，都无法在发生关、开方向失控故障时，防止阀门异常关闭或开启。

另外，当电动执行器阀门出现卡涩故障时，会对电动执行器本身构造成电气或机械损坏。

发明内容

本发明提出了一种基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其目的在于：（1）在电动执行器发生关或开方向失控故障时，保证阀门不会发生异常关闭或异常开启；（2）阀门出现卡涩故障时，防止电动执行器损坏，避免故障进一步扩大。

本发明技术方案如下：

基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，步骤为：

（1）在电动执行器的电机的动力电源控制回路的开启回路和关闭回路上分别设置开启闭锁节点和关闭闭锁节点，所述闭锁节点用于控制所在回路的通断；

（2）通过DCS组态判定电动执行器或阀门是否发生故障以及故障的类型；出现故障时，控制对应电动执行器的控制回路上的闭锁节点断开，使电动执行器电机停止向故障方向动作。

作为本发明的进一步改进：所述闭锁节点为常闭开关。

作为本发明的进一步改进：步骤（2）中通过以下步骤判定电动执行器发生控制回路故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt= T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₁－If₀≥α且If₁－If₀≤N₁α且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路开启方向失控故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₀－If₁≥α且If₀－If₁≤N₁α且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路关闭方向失控故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₁为第一阈值系数，取值范围为1.9至2.2。

作为本发明的进一步改进：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₁－If₀₁≥α₁且If₁－If₀₁≤N₁α₁且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路开启方向失控故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₀₂－If₁≥α₂且If₀₂－If₁≤N₁α₂且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路关闭方向失控故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。

作为本发明的进一步改进：步骤（2）中通过以下步骤判定电动执行器发生反馈回路故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt= T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₀－If₁≥N₂α且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常减小故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀≥N₂α且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常增大故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₂为第二阈值系数，取值范围为3.5至4.5。

作为本发明的进一步改进：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₀₁－If₁≥N₂α₁且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常减小故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀₂≥N₂α₂且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常增大故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。

作为本发明的进一步改进：步骤（2）中通过以下步骤判定阀门发生卡涩故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt= T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₁－If₀≤N₃α且If₁－If₀≥-N₃α且I0₁－I0₀≥α且I0₁－If₁≥N₄δ时，判定为阀门开启方向卡涩故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀≤N₃α且If₁－If₀≥-N₃α且I0₀－I0₁≥α且If₁－I0₁≥N₄δ时，判定为阀门关闭方向卡涩故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₃为第三阈值系数，取值范围为0.4至0.6；所述N₄为第四阈值系数，取值范围为1.9至2.3。

作为本发明的进一步改进：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₁－If₀₁≤N₃α₁且If₁－If₀₁≥-N₃α₁且I0₁－I0₀₁≥α₁且I0₁－If₁≥N₄δ时，判定为阀门开启方向卡涩故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀₂≤N₃α₂且If₁－If₀₂≥-N₃α₂且I0₀₂－I0₁≥α₂且If₁－I0₁≥N₄δ时，判定为阀门关闭方向卡涩故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

I0₀₁和I0₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的控制信号的信号值，If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：（1）本发明通过在电动执行器内部的电动机动力电源回路上设置可控的闭锁节点，并且在电机关闭和开启两个方向上的动力回路上分别设置闭锁节点，这种闭锁只针对发生故障方向的电机动力回路进行闭锁，不影响电动执行器另一个方向的正常工作，既能有效避免故障造成的事故扩大，又最大限度保证电动执行器正常工作，由于闭锁节点设置在电动执行器内部电动机动力回路上，从最源头上实现了安全可控，极大地提高了电动执行器的可靠性；（2）通过DCS智能识别判断电动执行器失控的性质和方向，包括电动执行器控制回路的失控和反馈回路的信号发生异常时，对其相应的关或者开方向进行闭锁，使电动阀门在电动执行器发生故障时不会失控关闭或失控开启，避免引起运行工况改变或发生安全生产事故；（3）当电动执行器阀门出现机械卡涩故障时，通过DCS系统智能识别判断后，可以及时启动相应的关或者开闭锁，有效地防止电动执行器损坏；（4）通过DCS组态实现智能识别判断，当电动执行器发生故异常或故障时，可以及时向监控人员发出报警信号。

附图说明

图1为单相交流电机控制回路改造前的结构示意图。

图2为单相交流电机控制回路改造后的结构示意图。

图3为单相交流电机的DCS侧关、开闭锁控制输出原理图。

图4为单相交流电机的DCS至电动执行器电机动力回路关闭锁原理图。

图5为单相交流电机的DCS至电动执行器电机动力回路开闭锁原理图。

图6为直流电机控制回路改造前的结构示意图。

图7为直流电机控制回路改造后的结构示意图。

图8为直流电机的DCS侧关、开闭锁控制输出原理图。

图9为直流电机的DCS至电动执行器电机动力回路关闭锁原理图。

图10为直流电机的DCS至电动执行器电机动力回路开闭锁原理图。

图11为三相交流电机控制回路改造前的结构示意图。

图12为三相交流电机控制回路改造后的结构示意图。

图13为三相交流电机的DCS侧关、开闭锁控制输出原理图。

图14为三相交流电机的DCS至电动执行器电机动力回路关闭锁原理图。

图15为三相交流电机的DCS至电动执行器电机动力回路开闭锁原理图。

图16为执行器控制回路故障的开闭锁的组态原理图。

图17为执行器控制回路故障的关闭锁的组态原理图。

图18为执行器反馈回路故障的开闭锁的组态原理图。

图19为执行器反馈回路故障的关闭锁的组态原理图。

图20为阀门卡涩故障的开闭锁的组态原理图。

图21为阀门卡涩故障的关闭锁的组态原理图。

图22为本发明方法的组态原理总图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

一种基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，步骤为：

（1）在电动执行器的电机的动力电源控制回路的开启回路和关闭回路上分别设置开启闭锁节点和关闭闭锁节点，所述闭锁节点用于控制所在回路的通断，所述闭锁节点为常闭开关。

具体措施为：

（1.1）针对采用单相交流电机的电动执行器的改造：

如图1和2，在电动执行器的动力控制回路中，将开方向和关方向两个动力开关回路分别断开。如图4和5，断开处安装常闭开关作为闭锁节点，其中ZJ1-1为关闭锁继电器触点，ZJ2-1为开闭锁继电器触点。为了增加控制回路的可靠性，采用继电器双触点并联方式，即增加关闭锁继电器触点ZJ1-2、开闭锁继电器触点ZJ2-2，分别与相应触点并联。如图3，闭锁节点接入相应的DCS闭锁控制回路中：DO1为DCS关闭锁开关量输出，DO2为DCS开闭锁开关量输出，ZJ1、ZJ2为DCS机柜中的继电器。当不使用闭锁功能时，断开处的两个节点短接，此时回路与改造前相同。当使用闭锁功能时，闭锁节点断开。

（1.2）针对采用直流电机的电动执行器的改造：

如图6和7，在电动执行器的动力控制回路中，将开方向和关方向两个动力开关回路分别断开。如图9和10，断开处安装常闭开关作为闭锁节点，其中ZJ1-1为关闭锁继电器触点，ZJ2-1为开闭锁继电器触点。为了增加控制回路的可靠性，采用继电器双触点并联方式。如图8，闭锁节点接入相应的DCS闭锁控制回路中：DO1为DCS关闭锁开关量输出，DO2为DCS开闭锁开关量输出，ZJ1、ZJ2为DCS机柜中的继电器。当不使用闭锁功能时，断开处的两个节点短接，此时回路与改造前相同。当使用闭锁功能时，闭锁节点断开。

（1.3）针对采用三相交流电机的电动执行器的改造：

如图11和12，在电动执行器的动力控制回路中，将开方向和关方向两个动力开关回路分别断开。如图14和15，断开处安装常闭开关作为闭锁节点，其中ZJ1-1、ZJ1-2、ZJ1-3为关闭锁继电器触点，ZJ2-1、ZJ2-2、ZJ2-3为开闭锁继电器触点。为了增加控制回路的可靠性，采用继电器双触点并联方式。如图13，闭锁节点接入相应的DCS闭锁控制回路中：DO1为DCS关闭锁开关量输出，DO2为DCS开闭锁开关量输出，ZJ1、ZJ2为DCS机柜中的继电器。当不使用闭锁功能时，断开处的两个节点短接，此时回路与改造前相同。当使用闭锁功能时，闭锁节点断开。

为了增加闭锁继电器触点的容量，可根据电动执行器功率和闭锁继电器触点容量的大小，采取触点并联或通过增加闭锁继电器来增加触点数量的方式，保证闭锁触点具有足够的负载容量。

（2）通过DCS组态判定电动执行器或阀门是否发生故障以及故障的类型；出现故障时，控制对应电动执行器的控制回路上的闭锁节点断开，使电动执行器电机停止向故障方向动作。

通过DCS组态识别判断位置反馈信号的变化量、变化速度，以及控制指令信号与位置反馈信号的对应关系及变化趋势，可以判断出电动执行器是否发生动作、电动执行器或阀门是否发生故障以及故障的类别。发生故障时，DCS依据所识别判断的故障类别启动相应的闭锁控制。

启动闭锁功能时，相应的继电器吸合，使回路中的常闭节点断开。电机的一个方向闭锁后，不影响另一个方向的正常动作。从电动执行器的电源端实施闭锁，可以最大限度地减小故障所带来的负面影响。

设电动执行器的动作阈值（又称不灵敏度或电动执行器的死区）为δ，δ的单位为%。电动执行器工作时，当电动执行器的控制指令信号大于位置反馈信号且二者差值大于δ时，电动执行器会以其固有的速度向开启方向动作，直到位置反馈信号增大到与控制指令的差值小于δ，电动执行器停止动作。同样，当电动执行器的位置反馈信号大于控制指令信号且二者差值大于δ时，电动执行器会以其固有的速度向关闭方向动作，直到位置反馈信号减小到与控制指令的差值小于δ时，电动执行器停止动作。因此取电动执行器动作幅度达到δ时的值作为识别的阈值。

本实施例中，δ=2%。

情况一：通常电动执行器从全关状态动作至全开状态的时间和从全开状态动作至全关状态的时间是基本相等的，可取电动执行器的全行程执行时间T为开启全行程执行时间与关闭全行程执行时间中的较大值，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt= T*δ。

情况二：在特殊工况下，如果电动执行器关和开两个方向的阻力相差过大，会造成电动执行器在两个方向的动作时间相差过大。为了保证对电动执行器故障识别判断的准确性，在组态中对电动执行器的开、关两个方向需要分别进行逻辑处理。设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时。例如，电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁=60s，开度从100%变化至0%所用时间为T₂=66s，则开启滞后时间Δt₁= T₁*δ=1.2s，关闭滞后时间为Δt₂= T₂*δ=1.32s。即，则电动执行器向开方向动作时，位置反馈信号If变化值等于2%时，所需时间为1.2s，电动执行器向关方向动作时，位置反馈信号If变化值等于2%时，所需时间为1.32秒。此情况下，设电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂。即，电动执行器正常动作时，经过1.2秒或1.32秒钟的时间后，位置反馈If变化值为＋2%或－2%。

实时监测发送至电动执行器的当前控制指令I0₁以及电动执行器的当前反馈信号If₁，控制信号和反馈信号的单位均为%。第一种情况下，Δt之前时刻的控制信号为IO₀、反馈信号为If₀；第二种情况下，设Δt₁之前时刻的控制信号为IO₀₁、反馈信号为If₀₁，Δt₂之前时刻的控制信号为IO₀₂、反馈信号为If₀₂。

如图16至22，根据滞后时间Δt设置各超前滞后功能块中的参数来获取，即通过对当前值信号的滞后处理，获得在相应Δt以前的控制信号或反馈信号值。其中超前滞后功能块设置参数方式为：T1S=0，根据相应的滞后时间Δt设置参数T2S。滞后的信号值不能通过采用纯滞后功能来实现，因为采用纯滞后功能时，即使当前信号恢复变化前的状态，纯迟延后的信号仍会在之后的时刻后再现之前时刻时的数值，造成误判断。

下面对故障类型的判定和处理做详细说明。需要特殊说明的是，下文中的描述是针对相对复杂的第二种情况来进行描述的，即电动执行器在两个方向的动作时间相差过大，需要区分Δt₁和Δt₂、α₁和α₂、If₀₁和If₀₂、IO₀₁和IO₀₂。对于第一种情况，只要将下文中的α₁和α₂统一为α，将If₀₁和If₀₂统一为If₀，将IO₀₁和IO₀₂统一为IO₀即可，在此不做赘述。

（2.1）电动执行器发生控制回路故障的判定：

（2.1.1）如图16，当If₁－If₀₁≥α₁且If₁－If₀₁≤N₁α₁且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路开启方向失控故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点。

If₁－I0₁≥δ由比较器105-192获取；

If₁－If₀₁≥α₁由比较器105-193获取；

If₁－If₀₁≤N₁α₁由比较器105-195获取；

滞后的位置反馈信号If₀₁由超前滞后功能块105-194、105-196获取，两个功能块设置相同，T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₁相对于If₁滞后1.2s。可通过If₁曲线和If₀₁曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述3个条件时，由与逻辑门105-207送出结果，启动开闭锁。

当电动执行器发生控制回路向开启方向动作的失控故障时，无论控制指令I0₁如何变化，由于电机开启方向控制回路失控，阀门会以电动执行器固有的正常速度向开启方向动作，If₁一直增大，并且即使反馈信号If₁大于控制指令I0₁且差值大于等于δ，反馈信号If₁还在不停增大。此时如果不进行闭锁，电动执行器将会继续向开启方向动作，直至阀门全部开启。因此，应及时启动开闭锁。

（2.1.2）如图17，当If₀₂－If₁≥α₂且If₀₂－If₁≤N₁α₂且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路关闭方向失控故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点。

I0₁－If₁≥δ由比较器105-16获取；

If₀₂－If₁≥α₂由比较器105-17获取；

If₀₂－If₁≤N₁α₂由比较器105-19获取；

滞后的位置反馈信号If₀₂由超前滞后功能块105-18、105-20获取，两个功能块设置相同，T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₂相对于If₁滞后1.32s。可通过If₁曲线和If₀₂曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述3个条件时，由与逻辑门105-32送出结果，启动关闭锁。

当电动执行器发生控制回路向关闭方向动作的失控故障时，无论控制指令I0₁如何变化，由于电机关闭方向控制回路失控，阀门会以电动执行器固有的正常速度向关闭方向动作，If₁一直减小，并且即使反馈信号If₁小于控制指令I0₁且差值大于等于δ，反馈信号If₁还在不停减小。此时如果不进行闭锁，电动执行器将会继续向关闭方向动作，直至阀门全部关闭。因此，应及时启动关闭锁。

所述N₁为第一阈值系数，取值范围为1.9至2.2。由于控制回路失控时，阀门动作速度基本稳定，因此N₁取2，即位置反馈信号If₁变化速度在1至2倍电动执行器的正常动作速度范围内时，结合控制信号和反馈信号之间的关系判断是否出现失控故障。

（2.2）电动执行器发生反馈回路故障的判定：

（2.2.1）如图18，当If₀₁－If₁≥N₂α₁且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常减小故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点。

I0₁－If₁≥δ由比较器105-197获取；

If₀₁－If₁≥N₂α₁由比较器105-198获取；

滞后的位置反馈信号If₀₁由超前滞后功能块105-199获取，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₁相对于If₁滞后1.2s。可通过If₁曲线和If₀₁曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述2个条件时，由与逻辑门105-209送出结果，启动开闭锁。

当电动执行器内部位置反馈信号回路发生故障异常减小时，无论控制指令I0₁如何变化，位置反馈信号If₁始终小于控制指令I0₁且差值大于等于δ，且反馈信号的变化速度远超过电动执行器的正常动作速度，反馈与控制指令失去平衡，导致阀门向开启方向动作，直到阀门全部开启。因此，应当启动开闭锁。

（2.2.2）如图19，当If₁－If₀₂≥N₂α₂且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常增大故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点。

I0₁－If₁≥δ由比较器105-22获取；

If₁－If₀₂≥N₂α₂由比较器105-23获取；

滞后的位置反馈信号If₀₂由超前滞后功能块105-24获取，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₂相对于If₁滞后1.32s。可通过If₁曲线和If₀₂曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述2个条件时，由与逻辑门105-34送出结果，启动关闭锁。

当电动执行器内部位置反馈信号回路发生故障异常增大时，无论控制指令I0₁如何变化，位置反馈信号If₁始终大于控制指令I0₁且差值大于等于δ，且反馈信号的变化速度远超过电动执行器的正常动作速度，反馈与控制指令失去平衡，导致阀门向关闭方向动作，直到阀门全部开启。因此，应当启动关闭锁。

所述N₂为第二阈值系数，取值范围为3.5至4.5，优选为4，即反馈信号变化速度为正常动作的4倍以上，认为反馈信号的变化速度不正常。

（2.3）阀门卡涩故障的判定：

（2.3.1）如图20，当If₁－If₀₁≤N₃α₁且If₁－If₀₁≥-N₃α₁且I0₁－I0₀₁≥α₁且I0₁－If₁≥N₄δ时，判定为阀门开启方向卡涩故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点。

I0₁－If₁≥N₄δ由比较器105-202获取；

If₁－If₀₁≤N₃α₁由比较器105-203获取；

If₁－If₀₁≥-N₃α₁由比较器105-205获取；

I0₁－I0₀₁≥α₁由比较器105-200获取；

滞后的控制信号I0₀₁由超前滞后功能块105-201获取，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使I0₀₁相对于I0₁滞后1.2s。可通过IO₁曲线和IO₀₁曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

滞后的位置反馈信号If₀₁由超前滞后功能块105-204、105-206获取，二者设置相同，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₁相对于If₁滞后1.2s。可通过If₁曲线和If₀₁曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述4个条件时，由与逻辑门105-211送出结果，启动开闭锁。

当阀门出现开启方向卡涩时，控制指令I0₁增大到足够使电动执行器进行开启动作的幅度，且控制指令已增大的时间大于等于电动执行器正常动作的时间，但阀门位置反馈信号仍然不发生变化或变化速度远低于正常动作值，如果继续驱动电机动作，将损坏电机，因此应启动开闭锁。

（2.3.2）如图21，当If₁－If₀₂≤N₃α₂且If₁－If₀₂≥-N₃α₂且I0₀₂－I0₁≥α₂且If₁－I0₁≥N₄δ时，判定为阀门关闭方向卡涩故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点。

I0₁－If₁≥N₄δ由比较器105-27获取；

If₁－If₀₂≤N₃α₂由比较器105-28获取；

If₁－If₀₂≥-N₃α₂由比较器105-30获取；

I0₀₂－I0₁≥α₂由比较器105-25获取；

滞后的控制信号I0₀₂由超前滞后功能块105-26获取，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使I0₀₂相对于I0₁滞后1.32s。可通过IO₁曲线和IO₀₂曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

滞后的位置反馈信号If₀₂由超前滞后功能块105-29、105-31获取，二者设置相同，设置T1S=0，根据滞后时间设置T2S的数值，使If₀₂相对于If₁滞后1.32s。可通过If₁曲线和If₀₂曲线核对所获得的滞后时间是否准确。

满足上述4个条件时，由与逻辑门105-36送出结果，启动关闭锁。

当阀门出现关闭方向卡涩时，控制指令I0_1减小到足够使电动执行器进行关闭动作的幅度，且控制指令已减小的时间大于等于电动执行器正常动作的时间，但阀门位置反馈信号仍然不发生变化或变化速度远低于正常动作值，如果继续驱动电机动作，将损坏电机，因此应启动关闭锁。

所述N₃为第三阈值系数，取值范围为0.4至0.6，优选为0.5，即位置反馈信号变化速度低于正常速度的一般，认为可能出现卡涩。所述N₄为第四阈值系数，取值范围为1.9至2.3，优选为2，即控制指令与反馈信号之间的差值已经是动作阈值的两倍，位置信号依然变化很小，判定出现卡涩。

图22为整体组态，即图16至21的综合，将上述三种关闭锁和开闭锁组态综合为完整的闭锁组态。当开闭锁投入时，若电动执行器发生所述三种启动开闭锁条件的任意一种，开闭锁信号由逻辑与门105-207或105-209或105-211发出后，依次经逻辑或门105-210和逻辑与门105-208进入RS触发器105-212的置位端，RS触发器输出逻辑1，启动开闭锁输出DO105-213，开闭锁启动后，开闭锁继电器DO1动作，启动开闭锁扩展继电器ZJ1，断开电动执行器电机开启方向动力电源回路，从而实现开闭锁功能。当关闭锁投入时，若电动执行器发生所述三种启动关闭锁条件的任意一种，关闭锁信号由逻辑与门105-32或105-34或105-36发出后，依次经逻辑或门105-35和逻辑与门105-33进入RS触发器105-37的置位端，RS触发器输出逻辑1，启动关闭锁输出DO105-38，关闭锁启动后，关闭锁继电器DO2动作，启动关闭锁扩展继电器ZJ2，断开电动执行器电机关闭方向动力电源回路，从而实现本发明的关闭锁功能。

其它方面：

（A）通过DCS组态，在原电动执行器操作画面中增设闭锁投切按钮，正常时投入闭锁，出现故障后系统能够自动识别判断，启动相应的闭锁功能。当对电动执行器进行检修或其它情况时，可解除闭锁，此时电动执行器工作方式与以往一样。

开闭锁投入组态说明：在电动执行器的操作画面上设置闭锁“投入/解除”按钮，其中，数字量给定值发生器DSET105-1内部参数设置为按下操作画面中的闭锁投入按钮后，输出逻辑1，且为长信号。该信号一路进入逻辑与门AND105-208，使得闭锁信号可以进入RS触发器105-212的置位端，另一路通过逻辑非门105-3反相为逻辑0后进入RS触发器105-212的复位端，由于复位信号为逻辑0因此不产生复位。当有开闭锁信号时，启动开闭锁输出DO105-213。

关闭锁投入组态说明：在电动执行器的操作画面上设置闭锁“投入/解除”按钮，其中，数字量给定值发生器DSET105-1内部参数设置为按下操作画面中的闭锁投入按钮后，输出逻辑1，且为长信号。该信号一路进入逻辑与门AND105-33，使得闭锁信号可以进入RS触发器105-37的置位端，另一路通过逻辑非门105-2反相为逻辑0后进入RS触发器105-37的复位端，由于复位信号为逻辑0因此不产生复位。当有关闭锁信号时，启动关闭锁输出DO105-38。

（B）在电动执行器操作画面中设置闭锁动作报警画面，供运行操作人员监视。

（C）操作画面可以根据运行操作人员的操作习惯对相关画面的按钮位置、颜色、大小、形状等进行设置，在此不作赘述。

Claims (8)

1.基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于：

（1）在电动执行器的电机的动力电源控制回路的开启回路和关闭回路上分别设置开启闭锁节点和关闭闭锁节点，所述闭锁节点用于控制所在回路的通断；

（2）通过DCS组态判定电动执行器或阀门是否发生故障以及故障的类型；出现故障时，控制对应电动执行器的控制回路上的闭锁节点断开，使电动执行器电机停止向故障方向动作。

2.如权利要求1所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于：所述闭锁节点为常闭开关。

3.如权利要求1或2所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于步骤（2）中通过以下步骤判定电动执行器发生控制回路故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt=T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₁－If₀≥α且If₁－If₀≤N₁α且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路开启方向失控故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₀－If₁≥α且If₀－If₁≤N₁α且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路关闭方向失控故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₁为第一阈值系数，取值范围为1.9至2.2。

4.如权利要求3所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₁－If₀₁≥α₁且If₁－If₀₁≤N₁α₁且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路开启方向失控故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₀₂－If₁≥α₂且If₀₂－If₁≤N₁α₂且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生控制回路关闭方向失控故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。

5.如权利要求1或2所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于步骤（2）中通过以下步骤判定电动执行器发生反馈回路故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt=T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₀－If₁≥N₂α且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常减小故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀≥N₂α且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常增大故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₂为第二阈值系数，取值范围为3.5至4.5。

6.如权利要求5所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₀₁－If₁≥N₂α₁且I0₁－If₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常减小故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀₂≥N₂α₂且If₁－I0₁≥δ时，判定为电动执行器发生反馈回路信号异常增大故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。

7.如权利要求1或2所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于步骤（2）中通过以下步骤判定阀门发生卡涩故障：

设电动执行器的灵敏度即死区为δ，δ的单位为%，当电动执行器的控制指令信号与位置反馈信号之差大于δ时，电动执行器才发生动作；设电动执行器的全行程执行时间为T，则电动执行器动作幅度达到δ所用的时间为Δt=T*δ；

设I0₁和If₁分别是控制指令和位置反馈信号的当前值，单位均为%；I0₀和If₀分别是Δt之前时刻的控制指令和位置反馈信号的信号值；

设α为电动执行器以正常速度进行Δt时间的动作所达到的动作幅度值，单位为%；则：

当If₁－If₀≤N₃α且If₁－If₀≥-N₃α且I0₁－I0₀≥α且I0₁－If₁≥N₄δ时，判定为阀门开启方向卡涩故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀≤N₃α且If₁－If₀≥-N₃α且I0₀－I0₁≥α且If₁－I0₁≥N₄δ时，判定为阀门关闭方向卡涩故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

所述N₃为第三阈值系数，取值范围为0.4至0.6；所述N₄为第四阈值系数，取值范围为1.9至2.3。

8.如权利要求7所述的基于DCS系统的电动执行器智能闭锁控制方法，其特征在于：设电动执行器的开度从0%变化至100%所用时间为T₁，开度从100%变化至0%所用时间为T₂，当T₁与T₂之间的差值除以二者间的较小值得到的百分值大于等于10%时，在组态中对电动执行器的开、关两个方向分别进行逻辑处理：

计算Δt₁= T₁*δ，Δt₂= T₂*δ，则有电动执行器以正常开启速度进行Δt₁时间的开启动作所达到的动作幅度值为α₁，电动执行器以正常关闭速度进行Δt₂时间的关闭动作所达到的动作幅度值为α₂；

当If₁－If₀₁≤N₃α₁且If₁－If₀₁≥-N₃α₁且I0₁－I0₀₁≥α₁且I0₁－If₁≥N₄δ时，判定为阀门开启方向卡涩故障，启动开闭锁即断开电机的开启闭锁节点；

当If₁－If₀₂≤N₃α₂且If₁－If₀₂≥-N₃α₂且I0₀₂－I0₁≥α₂且If₁－I0₁≥N₄δ时，判定为阀门关闭方向卡涩故障，启动关闭锁即断开电机的关闭闭锁节点；

I0₀₁和I0₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的控制信号的信号值，If₀₁和If₀₂分别为Δt₁之前时刻和Δt₂之前时刻的位置反馈信号的信号值。