CN208252921U - 经由定位器评估对电磁阀的测试的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了经由定位器评估对电磁阀的测试的装置。示例性装置包括电磁阀和阀定位器，电磁阀使致动器能够关闭应急阀，阀定位器流体地并且通信地耦合到电磁阀。阀定位器指示电磁阀以使电磁阀从第一状态转变到第二状态。阀定位器在监控持续时间内监控与电磁阀流体连通的致动器的压力腔室的相对于初始压力的压力变化。阀定位器识别在监控持续时间期间的最大压力变化，并且当最大压力变化大于最小切断值并且在监控结束时间的压力变化小于最大复位值时，确定电磁阀的准备状态。

Description

经由定位器评估对电磁阀的测试的装置
技术领域
本专利总体上涉及电磁阀，并且更具体地，涉及经由定位器评估对电磁阀的测试的方法和装置。
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、排放阀)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，可以致动(例如，关闭)应急关断阀以停止危害材料的流动。在一些情况下，在应急阀上执行测试以验证应急关断阀能够致动。
实用新型内容
鉴于现有的测试不能检测或无法及时检测电磁阀的技术问题，提出了一种用于经由定位器评估对电磁阀的测试的方法和装置。
在一个示例中，一种经由定位器评估对电磁阀的测试的装置包括电磁阀、阀定位器，该电磁阀使致动器能够关闭应急阀，该阀定位器流体地和通信地耦合到电磁阀。阀定位器针对脉冲持续时间指示电磁阀以使电磁阀从第一状态转换到第二状态。脉冲持续时间从开始时间延伸到脉冲结束时间。在脉冲持续时间结束时，电磁阀从第二状态转变到第一状态。阀定位器在监控持续时间内监控与电磁阀流体连通的致动器的压力腔室的相对于初始压力的压力变化，该监控持续时间从开始时间延伸到监控结束时间。阀定位器识别在监控持续时间期间的最大压力变化，并当最大压力变化大于最小切断值并且在监控结束时间的压力变化小于最大复位值时，确定电磁阀的准备状态。
在一个优选的示例中，当以下各项中的至少一项发生时，所述阀定位器确定所述电磁阀的错误状态：所述最大压力变化小于所述最小切断值或在所述监控结束时间的所述压力变化大于所述最大复位值。
在一个优选的示例中，所述阀定位器的所述监控持续时间大于所述脉冲持续时间。
在一个优选的示例中，所述阀定位器通过将所述致动器的所述压力腔室的所述初始压力与由所述阀定位器测量的所述压力腔室的最小压力进行比较来确定所述最大压力变化，并且所述阀定位器通过将所述初始压力与在所述监控结束时间由所述阀定位器测量的所述压力腔室的压力进行比较来确定在所述监控结束时间的所述压力变化。
在一个优选的示例中，所述最大压力变化大于所述最小切断值并小于最大切断值时，所述阀定位器进一步确定所述电磁阀的所述准备状态，所述最小切断值约为所述最大切断值的一半。
在一个优选的示例中，所述最大复位值大约是相对于所述初始压力的标称压力变化的两倍。
在一个优选的示例中，所述阀定位器在不使得所述电磁阀致动所述应急阀的情况下测试所述电磁阀。
在一个优选的示例中，所述阀定位器独立于测试所述应急阀而测试所述电磁阀。
在另一个示例中，一种经由定位器评估对电磁阀的测试的装置包括致动装置，以致动致动器关闭应急阀以及定位装置，其流体地并通信地耦合到致动装置。定位装置针对脉冲持续时间指示致动装置以使致动装置从第一状态转变到第二状态。脉冲持续时间从开始时间延伸到脉冲结束时间。在脉冲持续时间结束时，致动装置从第二状态转变到第一状态。定位装置在监控持续时间内监控与致动装置流体连通的致动器的压力腔室相对于初始压力的压力变化，该监控持续时间从开始时间延伸到监控结束时间。定位装置识别在监控持续时间期间的最大压力变化，并且当最大压力变化大于最小切断值并在监控结束时间的压力变化小于最大复位值时，确定致动装置的准备状态。
在一个优选的示例中，当以下各项中的至少一项发生时，所述定位装置确定所述致动装置的错误状态：所述最大压力变化小于所述最小切断值或在所述监控结束时间的所述压力变化大于所述最大复位值。
根据本实用新型，电磁阀能够经由定位器并独立于测试应急阀来测试。
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性阀定位器。
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、处于第一状态时图1-图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、处于第二状态时图1-图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-图2的致动器、阀定位器和电磁阀的电气和流体流动示意图。
图8A是根据本文的教导的描绘了经由图1-2和图5-7的阀定位器执行的对图2-7的电磁阀的测试的示例性评估的图。
图8B是根据本文的教导的描绘了经由图1-2和图5-7的阀定位器执行的对图2-7的电磁阀的测试的另一个示例性评估的图。
图9是经由图1-2和图5-7的阀定位器测量的示例性测量结果以评估图 2-7的电磁阀的图。
图10是根据本文的教导的表示经由图1-2和图5-7的阀定位器评估对图2-7的电磁阀的测试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，可以在附图中放大层的厚度。只要可能，贯穿附图和所附书面描述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、排放阀)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，可以关闭或停止关断阀以停止危害材料的流动，并且因此降低对人、设备和/或环境的危害的风险。
例如，一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。在一些情况下，致动器包括设置在腔室中并可操作地耦合到弹簧的活塞。当腔室内的压力向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。当腔室内的压力下降到弹簧的预设载荷以下时，弹簧使得腔室内的活塞致动，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。在一些情况下，致动器的位置由电磁阀控制，该电磁阀向腔室提供空气和/或从腔室中去除(例如，排放、排出)空气。例如，在从与检测存在 (一个或多个)危险和/或危害状况的传感器进行通信的控制器接收到应急信号时，电磁阀从致动器排放空气。
在一些情况下，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/或电磁阀可能以使应急阀未能致动(例如，对于关断阀而言关闭，对于排放阀而言打开)的方式而恶化和/或变损坏。为了验证应急阀将在检测到此类状况时致动，周期性地测试一些应急阀。
经由部分冲程测试来测试一些已知的应急阀。为了执行部分冲程测试，定位器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，定位器使得致动器对关断阀从打开位置进行部分地致动(例如，向关闭位置行进完全冲程的一部分，诸如大约在10％至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有关断阀的系统的操作。因此，通常仅每隔几年经由部分冲程测试来测试应急阀一次。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/或危险状况时，电磁阀尚未以将防止应急阀致动的方式而恶化和/或随着时间变损坏。
通过使电磁阀切断(trip)(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)，这禁止了在从致动器排放空气时对致动器的精确控制，以及因此对应急阀的精确控制。此外，由于在致动器的静止位置(restposition) 处，腔室中的压力与通常显著地大于弹簧的预设载荷的力相对应，因此通常难以确定在致动器开始致动应急阀之前必须从腔室排放多少空气。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/或使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，由于电磁阀被切断太短的持续时间)。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，过行程(over-travel)，诸如由电磁阀被切断太长的持续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。此外，由于应急阀通常每隔几年通过切断电磁阀来测试一次，因此这种测试可能无法以及时方式检测到损坏的电磁阀，电磁阀通常比致动器和/或应急阀更频繁地恶化。
本文公开的示例使得控制应急阀(例如关断阀、排放阀)的致动的电磁阀能够经由定位器并独立于测试应急阀来测试。本文公开的示例在不致动关断阀的情况下(并且因此，在不中断和/或干扰在其中安装关断阀的系统的情况下)测试电磁阀。为了评估对电磁阀的测试，本文公开的示例性方法和装置将与电磁阀流体连通的致动器的压力腔室的压力变化以及与处于准备(例如，起作用、正常等)状态下的电磁阀相关联的最小切断值(tripvalue)和最大复位值进行比较。
本文公开的示例包括电磁阀、阀定位器，该电磁阀使致动器能够将应急阀(例如，在有害和/或危险状况下)致动到切断位置(例如，关断阀的关闭位置、排放阀的打开位置)，并且该阀定位器流体地并通信地耦合到应急阀。为了测试电磁阀，阀定位器指示电磁阀在脉冲持续时间内从第一状态(例如，通电状态、正常状态)转变到第二状态(例如，断电状态、应急状态、切断状态)一段时间。例如，脉冲持续时间从开始时间延伸到脉冲结束时间。在脉冲持续时间结束时，阀定位器指示电磁阀从第二状态转变到第一状态。在监控持续时间内，阀定位器监控与电磁阀流体连通的致动器的压力腔室相对于(例如，在启动电磁阀以转变到第二状态之前测量的)初始压力的压力变化，该监控持续时间从开始时间延伸到监控结束时间。例如，监控时间大于或等于脉冲持续时间。此外，阀定位器识别在监控持续时间期间的最大压力变化。
当最大压力变化大于最小切断值并且在监控结束时间的压力变化小于最大复位值时，本文公开的示例的阀定位器确定其中电磁线圈(solenoid) 能够致动应急阀的致动器的准备状态。替代地，当最大压力变化小于最小切断值和/或在监控结束时间的压力变化大于最大复位值时，阀定位器确定电磁阀的错误和/或异常状态。在其中应急阀是关断阀的示例中，识别最大压力变化小于最小切断值的阀定位器可以指示电磁阀缓慢地和/或未能使得致动器关闭关断阀。另外地或替代地，识别在监控结束时间的压力变化大于最大复位值的阀定位器可以指示电磁阀缓慢地和/或未能使致动器重新打开关闭时的关断阀。
示例性阀定位器通过将与电磁阀流体连通的致动器的压力腔室的初始压力和在监控持续时间期间的压力腔室的所测量的最小压力进行比较来确定最大压力变化(例如，最大压力降低或下降)。此外，阀定位器通过将初始压力与在监控结束时间的压力腔室的所测量的压力进行比较，来确定监控结束时间的压力变化(例如，压力增加)。
在某些示例中，当最大压力变化大于最小切断值时，在监控结束时间的压力变化小于最大复位值，并且最大压力变化小于最大切断值时，阀定位器进一步确定电磁阀的准备状态。在某些示例中，最小切断值大约是最大切断值的一半。在某些示例中，最大复位值是相对于初始压力的标称压力变化的两倍。
本文公开的示例使阀定位器能够独立于测试应急阀和/或在不使得电磁阀致动应急阀的情况下测试电磁阀。此外，示例性阀定位器基于相对于初始压力的压力变化的比较结果以考虑变化的上游流动、变化的下游流动、在阀定位器与电磁阀之间通信的延迟、和/或电磁阀在第一状态与第二状态之间转变时的机械和/或电气延迟，来测试电磁阀的功能(例如，判断电磁阀处于准备状态还是处于错误和/或异常状态)。
转到附图，图1示出了如本文所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包括第一腔室108、第二腔室110和驱动模块壳体112。第一腔室108容纳活塞(例如，图5的活塞510)，并且第二腔室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，球体)，该阀构件使关断阀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，以使得致动器104能够使关断阀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，当检测到危险状况时，关断阀102关闭以防止流体(例如，潜在地危害材料)流动，以增加和/或提高人、设备和/或环境的安全性。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是否受损坏和/或以其它方式未能起作用。此外，在所示示例中，应急系统100包括控制面板118，控制面板118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/或电磁部件。在所示示例的应急系统100包括关断阀102时，应急系统100可以替代地包括另一类型的应急阀(诸如排放阀)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转而朝向切断位置(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将在检测到切断(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执行测试以判断电磁阀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、切断状态)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通阀(3/2-way valve)，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与第二阀端口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通过第三阀端口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、切断状态)，其中，杆302通过阻挡、密封和/或以其它方式防止流体流动通过第一阀端口306来限定电磁阀202在第二阀端口308和第三阀端口310之间的第二流体路径311。
如图3所示，杆302耦合到电枢(armature)312，使得电枢312沿着路径314的运动引起杆302在电磁阀202的第一状态和第二状态之间往返。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，当电磁线圈316在通电状态和断电状态之间转换时，由电磁线圈316产生的磁场推动、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被定位在电磁阀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 经由布线来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包括第一密封件402(例如，第一O形环)，第一密封件402接合电磁阀202 的主体404并与第一阀端口306相邻。该第一密封件402与电磁阀202的主体404形成密封，以防止当电磁阀202处于第二状态时第一阀端口306 流体连通于第三阀端口310和第二阀端口308。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接合电磁阀202的主体404 并与第三阀端口310相邻。第二密封件406与电磁阀202的主体404形成密封，以防止在电磁阀202的第一状态中第三阀端口310流体连通于第二阀端口308或第一阀端口306。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-图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。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、切断状态)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，轴502可操作地耦合到关断阀 102的阀构件，以使关断阀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的第一腔室108中并耦合到设置在第一腔室108中的活塞510，并且杆504的第二端512延伸到第二腔室110中并耦合到设置在第二腔室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在第二腔室110内被压缩。此外，第一腔室108的压力腔室516内的压力在第一方向(例如，在所示示例中向左)上对活塞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)上施加到杆504的第二端上512的力(例如，预载荷)。致动器104保持在静止位置，直到由弹簧514施加的力克服由压力腔室516中的压力施加的力。例如，在检测到危害和/或危险状况时，压力腔室516可以被排放一段时间以实质上降低压力腔室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流体地耦合在一起。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的压力腔室516流体连通。此外，第三阀端口310与排放口流体连通。
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的压力腔室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腔室516产生在压力腔室516中的第一压力。压力腔室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，从而使致动器104在电磁阀阀202处于第一状态时保持在静止位置。
此外，当阀定位器106中断提供给电磁阀202的功率时，阀定位器106 通过判断电磁阀202是否在第一状态(图5)和第二状态(图6)之间转变来测试电磁阀202的功能。例如，如果杆302(图3和图4)不移动和/或移动太慢以致在从阀定位器106功率中断时电磁阀202不能从第一状态转变到第二状态，则阀定位器106可以检测到错误。此外，阀定位器106通过判断功率中断是否造成跨电磁阀202的压力的变化以及功率中断在多大程度上造成跨电磁阀202的压力的变化，来检测电磁阀202是否从第一状态转变到第二状态。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能够通过在不影响致动器104和/或关断阀102的位置的情况下引起和测量相对小的压力的降低和/或增加，来验证电磁阀202的功能(例如，在没有关闭关断阀102的情况下)。
为了检测致动器104的压力腔室516的压力变化(例如，图8A-8B的压力变化802)，阀定位器106的第二压力端口520经由感测线路524测量压力腔室516。阀定位器106在预定的监控持续时间(例如，图8A-8B的监控持续时间812)内经由感测线路524测量压力腔室524的压力。例如，阀定位器106在监控时间开始时测量与电磁阀202的第一状态相关联的初始压力(例如，图8A的初始压力814)。此外，从开始时间(例如，图8A 的开始时间806)开始，阀定位器106指示电磁阀202(例如，通过中断提供给电磁阀202的功率)达预定的脉冲持续时间(例如，图8A-8B的脉冲持续时间808)以转变到第二状态。因此，当电磁阀202被指示从第一状态转变到第二状态时，阀定位器106监控压力腔室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-图4)。因此，当电磁阀202处于第二状态时，电磁阀202使流体能够从压力腔室517通过电磁阀202的第二流体路径311并向排放口排放。因此，相对于当电磁阀202处于第一状态时而言，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处于第二状态时随时间而减小。
电磁阀202(例如，通过中断功率)被指示从脉冲持续时间的开始时间到脉冲结束时间(例如，图8A的脉冲结束时间810)处于第二状态。此外，在监控结束时间(例如，图8A的监控结束时间816)结束的监控持续时间内，阀定位器106的第二压力端口520测量(例如，经由感测线路524连续监控)压力腔室516的压力。为了测试电磁阀202的功能，阀定位器106在监控持续时间期间识别相对于在开始时间所测量的初始压力的最大压力变化(例如，图8A-8B的最大压力变化820)。例如，因为在第二状态下，电磁阀202排放与第二压力端口520流体连通的压力腔室516，所以最大压力变化等同于在监控时间期间的压力的最大减小。为了判断电磁阀处于准备状态还是错误和/或异常状态，阀定位器106将所测量的最大压力变化与最小切断值(例如，图8A-8B的最小切断值822)进行比较(例如，计算它们之间的差值)。如果最大压力变化小于最小切断值，则阀定位器106确定电磁阀202处于错误和/或异常状态。例如，如果电磁阀202不转变到第二状态和/或转变得太慢到第二状态以致不能在应急情况下安全地关闭关断阀102，则电磁阀202处于错误和/或异常状态。此外，如果最大压力变化大于最小切断值，则阀定位器106可以识别电磁阀202处于准备状态(例如，正常起作用)，这指示电磁阀202能够足够快地转变到第二状态以在应急和/或需要情形下安全地关闭关断阀102。
示例性阀定位器106还通过指示电磁阀202在脉冲持续时间结束时返回到第一状态来测试电磁阀202的功能。例如，由于监控持续时间大于脉冲持续时间(例如，通过允许功率被供应到电磁阀202)，所以阀定位器106 在脉冲持续时间结束时继续监控压力变化。为了进一步判断电磁阀202处于准备状态还是错误和/或异常状态，阀定位器106将在监控结束时间的压力变化(例如，在图8A的监控结束时间816的压力变化824)与最大复位值(例如，图8A的最大复位值826)进行比较(例如，计算它们之间的差值)。阀定位器106通过将初始压力与监控结束时间的致动器104的压力腔室516的压力进行比较，来确定在监控结束时间的压力变化。如果监控结束时间的压力变化大于最大复位值，则阀定位器106确定电磁阀处于错误和/或异常状态。例如，监控结束时间的压力变化大于最大复位值指示在脉冲信号结束时电磁阀202未能复位和/或复位太慢以致不能到第一状态。如果在监控结束时间的压力变化小于最大复位值，并且最大压力变化大于最小切断值，则阀定位器106确定电磁阀202处于准备状态。当存在变化的或波动的上游流动、变化的或波动的下游流动、阀定位器106和电磁阀202 之间的通信的延迟和/或电磁阀202的杆302(图3和图4)在第一状态和第二状态之间转变时的机械和/或电气延迟时，通过基于压力变化相对于初始压力的比较结果来判断电磁阀202是否处于准备状态，阀定位器106能够精确地测试电磁阀202的功能。
此外，在所示示例中，应急系统100包括换气器(rebreather)系统602，在其中电磁阀202的第三阀端口310、阀定位器106的排放口604、以及致动器104的第一腔室108的第二腔室608的排放口606通过止回阀610排放。当压力腔室516内的压力变化时，随着活塞510在第一腔室108内移动(例如，在所示示例中的向右方向)，第一腔室108的排放口606防止在第二腔室608中形成真空，以进一步实现活塞510的移动。为了防止第二腔室608汲取污染的空气和/或来自大气的化学物质，换气器系统602使第二腔室608能够从阀定位器106的排放口604和/或电磁阀202的第三阀端口310吸入基本清洁的空气。此外，止回阀610维持换气器系统602内的压力(例如，大约1磅/平方英寸)，以使第二腔室608能够从阀定位器106 的排放口604和/或电磁阀202的第三阀端口310汲取排放的空气。因此，当换气器系统602被包括到应急系统100中时，阀定位器106能够测试电磁阀202的功能。另外或替代地，当没有将呼吸器系统包括到应急系统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的电气和流体流动示意图。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。在一些示例中，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/或危险状况时终止功率(例如，经由0VDC信号)，以关闭关断阀102。因此，如图7所示，安装阀定位器106以测试电磁阀202，而不影响电磁阀202的在检测到危害和/或危险状况时关闭关断阀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。在一些情况下，相对于致动器104和/或关断阀102而言，电磁阀202会更可能随时间恶化和/或受损坏。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，在一些示例中，阀定位器106被调度(例如，被编程)为在测试电磁阀202的功能时执行对关断阀102的部分冲程测试。在这种示例中，如果阀定位器106识别关于电磁阀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8A是描绘了经由阀定位器106(图1-2和5-7)执行的电磁阀202 (图2-7)的测试的示例性评估的图，其中电磁阀202处于准备状态。在所示示例中，绘制了致动器104(图1-2和5-6)的压力腔室516(图5-6)的压力变化802和脉冲信号804与时间的关系。
如图8A所示，脉冲信号804被发送以将电磁阀202从第一状态(例如，用图8A中的值‘1’表示的通电状态)转变到第二状态(例如，用图8A 中的值‘0’表示的断电状态)。脉冲信号804在开始时间806被发送并持续脉冲持续时间808，直到脉冲结束时间810。此外，在监控持续时间812 内，阀定位器106监控跨电磁阀202的压力。在所示示例中，监控持续时间812在脉冲持续时间808的开始时间806开始。例如，阀定位器106在开始时间806测量初始压力814。在其它示例中，监控持续时间812可以在脉冲信号804的开始时间806之前开始，以使得在脉冲信号804被发送之前测量初始压力814。此外，监控持续时间812延伸到监控结束时间816。监控持续时间812大于脉冲持续时间808，以使得阀定位器106在脉冲信号 804已经终止之后继续监控跨电磁阀202的压力。
图800绘制了相对于当阀定位器106将脉冲信号804发送到电磁阀202 时的、由阀定位器106测量的随时间推移的压力变化802。例如，阀定位器 106通过将在特定时间的压力腔室516的压力的测量结果与初始压力814进行比较，来确定和/或计算压力变化802。如图8A所示，阀定位器106测量在阀定位器106将脉冲信号804发送到电磁阀202时的压力下降，以及在阀定位器106终止脉冲信号804时的压力增加。在所示示例中，压力腔室 516的压力大约在脉冲信号804的开始时间806开始降低。在其它示例中，由于阀定位器106和电磁阀202之间的通信的延迟和/或由于电磁阀202的机械和/或电气延迟(例如，图3和图4的杆302从第一状态移动到第二状态的延迟)，压力在开始时间806之后开始降低。此外，在所示示例中，电磁阀202的最大压力变化820大约在脉冲信号804的脉冲结束时间810出现。在其它示例中，由于通信的、电气和/或机械延迟，最大压力变化820 在脉冲信号804结束之后出现。例如，与关断阀相关联的操作延迟可以导致关断阀排放一段时间，该段时间在略微超过脉冲信号804的脉冲结束时间810结束。在这种示例中，与在脉冲信号804的脉冲结束时间出现的相反，最大压力变化820可以出现在与关断阀的排放周期结束相对应的时间。最大压力变化820可以在上面描述的监控持续时间812期间的任何时间点处出现。
图8A的所示示例的图800描绘了处于准备状态的电磁阀202的压力变化802。图8A的图800包括示例性最小切断值822(例如，最小切断阈值) 和示例性最大复位值826(例如，最大复位阈值)。最小切断值822与最小压力变化相对应，该最小压力变化将在监控持续时间812期间的一个时间点处被超过，以便使电磁阀202被确定为处于准备状态。最大复位值826 与最大压力变化相对应，该最大压力变化将不在监控持续时间812的监控结束时间816被超过，以便使电磁阀202被确定为处于准备状态。例如，在其中监控持续时间812的监控结束时间816之前，电磁阀202的所测量的压力尚未充分返回到初始压力814的实例中，可能会超过最大复位值。在某些示例中，最大复位值826(例如，最大复位阈值)可以被设置为大约是相对于初始压力814的标称压力变化值的两倍的值。在图8A的所示示例中，在最大压力变化820大于最小切断值822，并且在监控结束时间816的压力变化824小于最大复位值826时，电磁阀202被确定为处于准备状态。
图8B是描绘了经由阀定位器106(图1-2和5-7)执行的对电磁阀202 (图2-7)的测试的另一个示例评估的图828，其中电磁阀202处于准备状态。致动器104(图1-2和图5-6)的压力腔室516(图5-6)的压力变化802 和脉冲信号804相对于时间的关系被绘制。图828绘制了相对于当阀定位器106将脉冲信号804发送到电磁阀202时随时间推移的由阀定位器106测量的压力变化802。在所示示例中，脉冲持续时间808和监控持续时间 812基本上相等。在其它示例中，监控持续时间812可以大于脉冲持续时间 808。
示例性的图828描绘了处于准备状态的电磁阀202的压力变化802。图 8B的图828包括示例性最小切断值822(例如，最小切断阈值)和示例性最大切断值830(例如，最大切断阈值)。最小切断值822与最小压力变化相对应，该最小压力变化将在监控持续时间812期间的一个时间点处被超过，以便使电磁阀202被确定为处于准备状态。最大切断值830与最大压力变化相对应，该最大压力变化将不在监控持续时间812期间的任何时间点处被超过，以便使电磁阀202被确定为处于准备状态。例如，在其中在监控持续时间812期间已经发生了太多排放的实例中，可能超过最大切断值830。在某些示例中，最小切断值822(例如，最小切断阈值)可以被设置为是最大切断值830(例如，最大切断阈值)所设置成的值的大约一半的值。在图8B的所示示例中，在由阀定位器106测量的最大压力变化820大于最小切断值822并且小于最大切断值830时，电磁阀202被确定为处于准备状态。如果最大压力变化820小于最小切断值822或大于最大切断值 830，则阀定位器106确定电磁阀202处于错误和/或异常状态。
图9是描绘了由阀定位器106(图1-2和5-7)获得的示例性压力变化测量结果以评估电磁阀202(图2-7)的功能的图900。例如，图900包括第一组线902、第二组线904、第三组线906、和第四组线908；第一组线 902与当初始压力814(图8A-8B)为每平方英寸80磅时相对应，第二组线904与初始压力814为每平方英寸70磅时相对应，第三组线906与当初始压力814为每平方英寸60磅时相对应，并且第四组线908与当初始压力 814为每平方英寸50磅时相对应。在所示示例中，针对多组线902、904、 906、908中的每组线的初始压力814被归一化等于“0”。此外，图900示出了对于不同的脉冲持续时间(例如，0.25秒、0.5秒、1秒、2秒、4秒)的压力变化802。因此，当评估电磁阀202的功能时，在确定最小切断值 822(图8A-8B)、最大复位值826(图8A)和/或最大切断值830时。可以使用图900的测量结果(例如，最大压力变化)。
图10是根据本文的教导的表示经由示例性阀定位器评估对示例电磁阀的测试的示例性方法1000的流程图。尽管参照图10所示的流程图描述了示例性方法1000，但是可以替代地使用经由阀定位器来评估对电磁阀的测试的许多其它方法。例如，可以改变框的执行顺序，和/或可以改变、消除和/或组合所描述的框中的某些框。此外，示例性方法1000的框可以通过经由处理器执行对应的指令(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、图8A的示例性图800、图8B的示例性图828和/或图9的示例性图900讨论了用于经由阀定位器评估对电磁阀的测试的示例性方法1000。此外，由于示例性方法1000可以指代图1-2和5-7的示例性应急系统100、图8A的示例性图800、图8B的示例性图828和/或图9的示例性图900，所以在图1-9中标识的具有与下面描述的部件的功能的基本相似或相同的功能的部件将不再被详细描述。相反，相同的附图标记将用于类似的结构。
本文公开的示例性方法1000在框1002处开始，其中阀定位器(例如，图1-2和图5-7的阀定位器106)在监控持续时间(例如，图8A-8B的监控持续时间812)内监控与电磁阀(例如，图2-7的电磁阀202)流体连通的致动器(例如，图1-2和图5-7的致动器104)的压力腔室(例如，图5-6 的压力腔室516)的压力。在框1004处，在持续时间(例如，图8A-8B的脉冲持续时间808)内，阀定位器指示(例如，通过中断提供给电磁阀的功率)电磁阀从第一状态(例如，通电状态、正常状态)转变到第二状态(例如，断电状态、应急状态、切断状态)。在框1006处，当脉冲持续时间结束和/或终止时，阀定位器指示电磁阀返回到第一状态。例如，脉冲信号引起压力变化(例如，图8A-9的压力变化802)，诸如在监控持续时间期间由阀定位器所测量的压力的降低和/或增加。在某些示例中，在脉冲持续时间内电磁阀处于第二状态，该脉冲持续时间在监控持续时间之后开始，小于监控持续时间，并且在监控持续时间之前结束。
在框1008处，阀定位器识别在监控持续时间期间的最大压力变化(例如，图8A-8B的最大压力变化820)。在框1010处，方法1000包括判断最大压力变化是否大于最小切断值(例如，图8A-8B的最小切断值822)。如果最大压力变化不大于最小切断值，则阀定位器确定电磁阀处于错误和/或异常状态和/或已经出现故障(框1012)。在框1014处，如果最大压力变化大于最小切断值，则方法1000包括判断在监控持续时间结束的压力变化(例如，在图8A的监控结束时间816处的压力变化824)是否小于最大复位值 (例如，图8A的最大复位值826)。框1014可以另外地和/或替代地包括判断最大压力变化是否小于最大切断值(例如，图8B的最大切断值830)。如果在监控持续时间结束的压力变化不小于最大复位值(和/或如果最大压力变化不小于最大切断值)，则阀定位器确定电磁阀处于错误和/或异常状态和/或已经出现故障(框1012)。如果在监控持续时间结束的压力变化小于最大复位值(和/或如果最大压力变化小于最大切断值)，则阀定位器确定电磁阀处于准备状态，在该准备状态中电磁阀能够在检测到有害和/或危险状况时致动致动器以关闭关断阀(例如，图1和图5-7的关断阀102)(框1016)。
尽管本文已经描述了某些示例性装置和方法，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改后的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (10)

1.一种经由定位器评估对电磁阀的测试的装置，其特征在于，包括：
电磁阀，所述电磁阀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：
针对脉冲持续时间指示所述电磁阀以使所述电磁阀从第一状态转变到第二状态，所述脉冲持续时间从开始时间延伸到脉冲结束时间，在所述脉冲持续时间结束时，指示所述电磁阀从所述第二状态转变到所述第一状态；
在监控持续时间内监控与所述电磁阀流体连通的所述致动器的压力腔室的相对于初始压力的压力变化，所述监控持续时间从所述开始时间延伸到监控结束时间；
识别在所述监控持续时间期间的最大压力变化；以及
当所述最大压力变化大于最小切断值并且在所述监控结束时间的所述压力变化小于最大复位值时，确定所述电磁阀的准备状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当以下各项中的至少一项发生时，所述阀定位器确定所述电磁阀的错误状态：所述最大压力变化小于所述最小切断值或在所述监控结束时间的所述压力变化大于所述最大复位值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀定位器的所述监控持续时间大于所述脉冲持续时间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀定位器通过将所述致动器的所述压力腔室的所述初始压力与由所述阀定位器测量的所述压力腔室的最小压力进行比较来确定所述最大压力变化，并且所述阀定位器通过将所述初始压力与在所述监控结束时间由所述阀定位器测量的所述压力腔室的压力进行比较来确定在所述监控结束时间的所述压力变化。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述最大压力变化大于所述最小切断值并小于最大切断值时，所述阀定位器进一步确定所述电磁阀的所述准备状态，所述最小切断值约为所述最大切断值的一半。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述最大复位值大约是相对于所述初始压力的标称压力变化的两倍。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀定位器在不使得所述电磁阀致动所述应急阀的情况下测试所述电磁阀。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀定位器独立于测试所述应急阀而测试所述电磁阀。
9.一种经由定位器评估对电磁阀的测试的装置，其特征在于，包括：
致动装置，所述致动装置致动致动器以关闭应急阀；以及
定位装置，所述定位装置流体地并通信地耦合到所述致动装置，所述定位装置被配置为：
针对脉冲持续时间指示所述致动装置以使所述致动装置从第一状态转变到第二状态，所述脉冲持续时间从开始时间延伸到脉冲结束时间，在所述脉冲持续时间结束时，指示所述致动装置从所述第二状态转变到所述第一状态；
在监控持续时间内监控与所述致动装置流体连通的所述致动器的压力腔室的相对于初始压力的压力变化，所述监控持续时间从所述开始时间延伸到监控结束时间；
识别在所述监控持续时间期间的最大压力变化；以及
当所述最大压力变化大于最小切断值并且在所述监控结束时间的所述压力变化小于最大复位值时，确定所述致动装置的准备状态。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，当以下各项中的至少一项发生时，所述定位装置确定所述致动装置的错误状态：所述最大压力变化小于所述最小切断值或在所述监控结束时间的所述压力变化大于所述最大复位值。
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