CN1280681A - 验证安全设备工作性能的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及安全设备的维修。阀门和正常时处于固定位置的类似的自动的机械安全设备都有卡住的危险,因而在紧急情况下有可能无法充分地发挥作用。在根据本发明的系统中,提供了用于标示例如一个阀门操纵器的可操纵性的实时数据。当发现故障时,可以使用在线检测工具将它局部化。由于启动安全功能的单元不依赖于监视可操纵性的单元,而在紧急情况下可将后者旁路,可以连续地维持一种备用状态。

Description

验证安全设备工作性能的方法和设备
本发明涉及安全设备的维修。本发明具体地涉及用于验证包括可移动部件的操纵器控制的安全设备的正确性能并且既不损坏设备的生产连续性又不破坏设备的备用状态的方法和设备，这些安全设备例如是所谓紧急制停阀门和它们的控制设备。
在工业中，具体地在石油化工工业中使用这样的系统，其中在一些出现故障时有可能造成灾难的处理设备中配备了阀门和其他机械装置，它们设计成当处理参数超过预设限制时，能够快速地使处理回到安全状态。例如，这一系统通常包括具有单动作操纵器的阀门，它们的开启或关闭能释放已经存在的超压力，将灾难性的处理流体排泄分流至容器桶或类似设备内。今后这类阀门称为制停阀门(具有开启或关闭功能的紧急阀门)。如同其他相应的机械安全设备一样，这些阀门正常时总是处于相同位置，因此如果它们按照所希望的那样不经常强迫制停，则在需要动作时存在卡住的危险。在现有技术设备和方法中，不能认为制停阀门的一般安全性是可靠的。现有系统的最大缺点是当系统处于备用状态中时，觉察不到存在的故障，例如一个机械部件卡住的情况，因此在紧急情况下该系统有可能损坏或失效。为验证性能恰当，通常通过仿真一个真实紧急情况来测试制停阀门。这种做法事实上可能具有巨大危险性，因为制停阀门系统的工作性能暂时被停止，而如果设备不能恰当地操作，则此情况将一直持续下去。
一个测试制停阀门的方法是在机械上限制它的行程，从而阻止它对于处理产生显著影响，同时在一定限制范围内测试阀门的机动性。此操作要求使用例如一个物理钥匙，同时在测试处理中禁止启动紧急系统，至少对于有关单元是这样。
按照预设间隔进行测试，例如每年两次，但测试只能证明这些设备在测试时是可以工作的。在测试之后不久有可能发生故障并一直持续至下次测试。这种测试方法不是一种用于验证系统可工作性的可靠方法。
使用现有传感器和数字技术进行阀门测试是一个快速发展的领域。例如，在芬兰专利申请96 2406和欧洲专利申请95 306546中，公开了使用操纵器中的传感器和阀门中的控制装置以及在微处理器中分析来自所述传感器的信号以将阀门作为一个整体来分析其工作性能，从而检查控制阀门的状态的方法。
如上所述，检查作为安全系统的一部分的阀门或其他机械部分的状态的方法具有一定要求。
在挪威专利申请152314中，公开了一种用于测试安全设备功能的方法和设备。根据所述专利，周期地测试一个紧急制停阀门或一个电机的控制继电器而不影响使用安全系统的处理。例如暂时地切断对制停阀门起作用的线圈控制阀的信号，使该制停阀门偏移例如10度，并由一个传感器或一个限位开关检测制停阀门的位置。如观察到故障，则启动安全功能。该测试顺序由位于现场外部的逻辑电路控制，并由定时器和标准逻辑元件实施。
发明了一种根据权利要求1的方法，它能够验证一个机械安全设备例如一个制停阀门的无误差操作，而同时无损坏地经常维持安全系统的备用状态。在所述方法中，安全功能和检查或检测功能是实时地结合的，当然安全功能具有比检测功能更高的优先级。在一种根据本发明的方法中，由负责安全操作的工厂上级安全系统或选代地由一个集成在本发明设备中的逻辑单元来控制直接装入用于启动安全功能的安全设备中的部件，其中一个检测单元适用于所述启动部件。在处理处于正常状态下时，检测单元可完成检测操作而不干扰处理的功能。在紧急情况下，将检测单元旁路，从而例如既不使检测中的故障或干扰也不使进行中的日常测试破坏安全功能。检测的范围和周期性可以在系统中编程以便达到所希望的可靠性水平。
根据本发明的一个实施例，提供了允许验证机械安全设备的无干扰操作而同时完全维持安全系统的备用状态。
根据本发明的安全系统的一个现场单元包括一个微处理器，用于提供预设的自测和检测操作。该现场单元还包括一个用于控制操纵器的控制单元。所述控制单元利用合适的通信装置一方面连至上级安全系统或集成在现场单元中的逻辑单元，而另一方面连至安全设备的能源，例如压缩空气源。上级安全系统或集成的逻辑单元直接启动安全功能而将检测功能旁路。
在所述现场单元之外，另一个根据本发明的安全系统的主要部件是一个监视单元。来自上级安全系统的通信线路通过该监视单元选择路由。监视单元的任务最好是在线地监视现场单元的状态及提供向用户呈现状态信息的装置。
下面参照附图更具体地描述本发明，附图中：
图1是一个用于实施本发明方法的系统的原理图；
图2是正常情况下根据本发明的连至阀门操纵器的现场单元的示意图；
图3是紧急情况下根据本发明的现场单元和操纵器的示意图。
图1中，(1)代表根据本发明的一个系统监视单元和(2)是一个现场单元，包括根据本发明的一个控制单元(7)、一个通信接口(3)、一个包括一个微处理器的电子单元(19)及所需传感器和气动部件(未示出)。控制单元(7)控制一个包括一个操纵器(8)和一个阀门(22)的安全设备(24)。监视单元(1)与控制单元(7)直接的通信最好如下所述地通过通信线路(5)进行。通信线路(5)可以是利用一对电缆的模拟的或数字的或两者的组合。由于现场区域通常是一个爆炸危险区，在此情况下该系统包括一个屏障单元(6)。
现场单元(2)配备最好为24V的电源电压，它可以来自负责安全功能的上级安全系统(18)，或者当根据本发明的安全系统包括一个逻辑单元时，可以来自一个数字通信线路。监视单元(1)最好配备能反映现场单元状态的指示灯，它由通信线路(5)所提供的信号和对应于所述指示灯的继电器输出(21)控制。例如，绿灯可以标示信号正常及根据本发明的安全系统处于备用状态。在可编程的时间间隔中，包括于电子单元(19)内的微处理器进行检测。而当线路(5)的信号变化时，可用例如黄灯标示。当检测中发现一个故障时，这相应地由红灯标示。对应于指示灯的信号可以通过例如继电器输出(21)向前发送。指示灯的性能和继电器输出可以例如利用监视单元中的本地按钮来检查。
监视单元(1)最好连至一个运行安全系统维修程序的计算机(23)，从而能够通过分析由检测系统存储的数据而确定故障性质。此功能所需通信最好也由通信线路5提供。
此外，监视单元盒子最好包括用于就地控制包括于电子单元(19)中的微处理器的装置(例如一个键盘和一个LED显示)。通信接口(3)的任务是如下所述地划分由通信线路(5)传送的信号。还有，它可包括集成在现场单元中的逻辑单元。
在通信接口(3)处通信线路划分为连至控制单元(7)的直接线路(10)及连至电子单元(19)的线路(25)。此外，电子单元(19)连至(26)控制单元。
在正常运行情况下，在位于电子单元(19)的微处理器中的程序的控制下隔一定时间间隔完成控制单元(7)和安全设备(24)的测试。也可以专门地利用计算机(23)完成测试。
在启动紧急功能的情况下，直接从上级安全系统(18)通过线路(5)和(10)将信号送至控制单元(7)，例如以下所描述的。选代地，集成在通信接口(3)中的逻辑单元可通过线路(10)直接传送信号至控制单元(7)。
在图2中，(7)是现场单元(2)的主阀门。该图代表正常运行情况：当连线(10)带有24V电压时，气动控制阀门(11)保持关闭及滑块(14)被推向右侧，顶住弹簧(15)。这样，操纵器的工作气压自由地通过连管(12)和(13)，及阀门操纵器气缸(8)受到压力，弹簧(9)被压缩。电子单元(19)内的微处理器(17)可如下所述地利用气动控制阀门(16)进行检测。
图3代表已启动安全功能的情况。连线(10)中的电压已降到零，气压通过阀门(11)释放掉。弹簧(15)将滑块(14)推想左侧，操纵器的压力通过小孔(20)释放掉，及操纵器(8)利用受压弹簧的能量将制停阀门置于其安全位置，这位置可以是关闭的或是开启的。微处理器(17)的功能对此情况没有影响。在此情况下最好将微处理器断电，因它是从控制阀门(11)的同一电源供电的。当然，制停阀门的现场电子单元(19)正常时配备非易失性存储器电路，后者能在断电之前存储与安全功能有关的测量数据。
微处理器(17)接收至少以下输入数据：
-控制阀门的位置
-制停阀门的位置
-操纵器的气缸压力
-自本地键盘输入的命令
可将微处理器(17)编程以便每隔一定预设时间间隔例如15ms至一周完成检测。在以下描述的优选实施例中，这些包括所谓滞环测试。在开始测试前，微处理器通过改变通信线路(5)的信号向监视单元(1)传送有关消息，转而标示正在进行测试之中。其次，在先前预定时间间隔内利用阀门(16)将控制压力下降至预设水平并回至起始水平，从而可在预定延迟时间之内观察到操纵器压力的相应下降，如传感器所标示的(未示出)。当压力在预定时间间隔内下降并回至初始状态时，可在预定延迟时间内观察到制停阀门位置的相应变化。
如未达到目标值，则微处理器(17)通过改变通信线路(5)中的信号向监视单元(1)发送一条消息，以便转而标示故障警报。在测试周期内制停阀门的移动是限制的以便不干扰该处理。
除以上描述的用于验证制停阀门的机械工作性能之外，检测包括其他在本发明范围之外的功能，例如使用单独声学传感器对电子部件、阀门泄漏特性和阀门移动进行内部检测。
根据本发明的一个实施例，现场和控制室之间的通信可以沿着相同通信线路(5)进行。这最好是一对电缆用于：
a)维持上级安全系统(18)的控制电压例如24V，同时维持现场单元(2)的备用状态；
b)利用信号变化控制监视单元(1)的指示灯和继电器输出；
c)利用例如技术人员所熟知的HART协议实现计算机(23)中安全系统维修程序与电子单元(19)之间的通信。
以上的安排是优选的，因为容易将系统改造为现有工厂。
与NO 152314中公开的方法和设备相反，本发明提供以下优点：
-“智能化”部件位于现场，这有助于将安全设备连至一个现场总线系统。
-如观察到故障，则不是无条件地启动安全功能，但仍然可以进行维修及工厂仍可运行。
-在测试期间不影响主备用信号(例如以上例子中的24V主电压)，但始终维持着与负责安全功能的系统的直接接触。使用专门信号和单独接线来进行测试。
-有可能进行个别的、独立的测试，还可以进行详细的、涉及多个传感器的详细检测，可选地用自检方式。
-通向现场的接线最少；通常一对现成的电缆已足够。
此处使用一个结合阀门实施的系统来描述本发明，但显然可在不偏离本发明的一般概念的情况下在其他包括机械部件的安全设备中实施，不必要控制液体流动但利用其他装置提供安全状态。

Claims (5)

1．一种用于验证一个安全设备和控制所述设备的安全系统的工作性能的方法，其中所述安全设备配备用于完成验证移动部件的移动性能的操作和用于验证安全系统电气单元的工作性能的装置，其特征在于，用于维持安全功能备用状态的信号不受为验证移动部件的移动性能和为验证安全系统电气单元的工作性能而执行的操作的影响。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，验证移动部件的移动性能和安全系统电气单元的工作性能的操作是按照一个预设计划或利用通信线路作为单个事件而连续地完成的。
3．用于验证一个安全设备的工作性能的设备包括移动部件，所述设备包括用于验证所述移动部件的工作性能的装置，其特征在于该设备还包括用于启动安全功能的装置，相对于安全功能而言用于启动安全功能的装置是不依赖于用于验证工作性能的装置的。
4．根据权利要求3的设备，其特征在于，用于启动安全功能的装置包括一个安全设备所配备的现场单元和一个位于他处的监视单元和一个在所述单元之间的通信线路，来自用于验证工作性能的装置的信号和来自安全系统的信号两者都在所述通信线路中传送。
5．根据权利要求3或4的设备，其特征在于安全设备包括一个操纵器和一个阀门。
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