遠程開關型執行機構及控制方法與流程
2023-10-24 02:10:17
本發明涉及一種遠程開關執行機構，具體涉及一種遠程開關型執行機構及控制方法，屬於自動控制技術領域。
背景技術：
開關型執行機構是用於遠距離控制閥門的一種機構，它能夠根據用戶的需要開啟或關閉某個閥門，實現現代化工業的自動控制。操作人員在DCS發出動作命令後，執行機構電氣迴路收到動作指令後，指令接點閉合，電氣迴路導通，接觸器動作，電機轉動，當閥門位置到達閥門控制器的設定位置後，迴路中的閥位常閉觸點斷開，電機迴路斷開，接觸器斷開，電機停止，同時閥位的常開觸點閉合，就地指示燈亮，DCS系統收到了閥門開、關位置的反饋信號並在畫面上顯示，此時閥門完成一個動作過程，在正常狀態下，遠程執行機構接受到圖1中DCS遠控控制3指令後，閥門會做相應的開關動作，直到圖1中閥位限制器2動作後，電氣迴路因閥位限制器接點FKA或RKA斷開，閥門電機斷電停止動作，從而完成閥門的一個開關動作過程。如果在動作過程中，扭矩控制器1動作的話，為了保證閥門設備的安全，會在任何狀態下切除閥門電機動作，保持閥門現有的狀態不變，同時發出故障報警信號。但是，在非正常狀態下，如果扭矩控制器1和閥位限制器2失效時，操作員如果發出DCS遠程控制3指令，閥門電機通電動作後，閥門會一直進行開關動作，無法有相應的措施使閥門電機停止動作，直到執行機構閥杆破壞，造成設備的嚴重事故。因此，迫切的需要一種新的技術方案解決該技術問題。
技術實現要素：
本發明正是針對現有技術中存在的技術問題，提供一種遠程開關型執行機構及控制方法，該方法利用DCS系統中的時間脈衝可調節，對閥門進行智能控制。同時通過對電流的監測和控制，提前預知閥門卡塞狀態，並進行自動修復功能，保證生產設備的安全，達到了生產過程中設備狀態的完全受控。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種遠程開關型執行機構，其特徵在於，所述執行機構包括扭矩控制器，閥位限制器，DCS遠程控制器，電流檢測器，DCS脈衝和計數功能塊,閥門電機過流修復功能塊，所述扭矩控制器1由兩個接點GKA、繼電器GKA以及微動開關STC和微動開關STO組成，所述閥位限制器2由閥門開到位FKA、閥門關到位RKA、繼電器FKA、繼電器RKA、開關FSW以及開關RSW組成，其中開關RSW控制繼電器RKA，開關FSW控制繼電器FKA，所述DCS遠程控制器3由DCS系統中開接點DOO和關接點DOC組成，所述電流檢測器4是由電流互感器和電流變送器組成，所述DCS脈衝和計數功能塊5是由脈衝模塊TP，開計數器模塊C1，關計數器模塊C2，加法模塊ADD，計算器模塊C組成，所述的閥門電機過流修復功能塊6是在DCS系統中通過計算機編程來完成的，由比較器，與門，或門，異或門，雙穩態電路，時間繼電器組成。
一種遠程開關型執行機構控制方法，其特徵在於，所述方法為時間脈衝控制法，當操作人員需要對遠程閥門進行控制時，運行人員在DCS的HMI上進行開關操作，DCS系統發出一個TP時間長的閉合信號， DCS遠程控制3動作，閥門電機會朝著指令的方向動作，直至閥位控制器2動作，閥門電機停止工作，閥門到達指定的開關位置；時間脈衝確定方法，TP=T+Δt,T為執行機構開關全行程所需的時間，由於每臺執行機構閥門的動作特性和整個動作行程是不一致的，所以每臺執行機構的全行程動作時間需要用秒表精確測定；Δt時間可以設定為閥門全行程時間T的1%，然後在DCS系統中設定脈衝時間TP。
一種遠程開關型執行機構控制方法，其特徵在於，所述方法為電機過流修復法，所述控制方法如下，通過電流檢測器4將實際電流送入DCS系統，DCS系統監控電流的變化，一旦電機發生卡滯或堵轉，電機工作電流將增大，當電機實際電流大於電機額定電流的1.19倍，即可判斷電機有卡死和運動不暢的情況，需要對閥門電機進行修復和重點監控，從而保證設備的安全；具體如下：操作人員進行了HMI開按鈕操作後，雙穩態1的S為「1」，Q為「1」，當檢測到閥門電機的電流I實際電流≧1.19I額定電流後，0.5秒延時後，信號為「1」，送入與門1輸入端1，此時與門1的輸入端2為「1」，觸發時間繼電器T1，異或門1的輸入端1為「1」，異或門1的輸入端2為「1」，異或門1輸出為「0」，開指令HMIO為「0」，閥門電機會停止開向動作。如果此時閥門未在關位，與門2的輸入端1為「1」，與門2的輸入端2為「1」，與門2的輸出端為「1」，或門2輸出為「1」，關指令HMIC為「1」，如圖2所示，繼電器DOC動作，圖1中的接點DOC閉合，電機將向關方向動作T1時間後停止動作，此時如果：1）若實際電流I檢測到小於1.19I額定電流後，CMP、與門1、時間T1、與門2的輸出均為「0」，異或門1輸出端1為「0」，輸入端2為「1」,輸出為「1」，或門1的輸出為「1」，開指令HMIO為「1」，閥門會繼續向開方向動作，直到閥門開到位動作後，閥門完成中間的一個修復過程；2）若實際電流I檢測到大於1.19I額定電流後，CMP、與門1、時間T1、與門2,、或門2的輸出均為「1」，關指令HMIC一直為「1」，或門3的輸出為「1」，經過時間T2後，與門5輸出為「1」，ALMSTOP為「1」，開繼電器DOO和關繼電器DOC均失電，閥門停止開關動作，並在計算機上報警，閥門過流動作卡死，需要人工到現場確認或緊急維修。
作為本發明的一種改進，所述T1設定為3秒，T2設定為5秒。
相對於現有技術，本發明的優點如下：1）該技術方案能夠根據不同介質和不同型號的閥門進行時間的精確控制，同時能夠避免因閥位控制器和力矩控制器故障，造成開關型執行機構的不可控；2）該技術方案通過對電機電流的監測和智能運算，無需人工幹預，有效的前饋控制，智能修復，修復不成功時及時報警,防止設備故障的擴大化；3）該技術方案通過DCS系統的計數器，能夠很準確的計算閥門的動作次數，精確預知開關型執行機構的壽命，便於開展設備的維修。
附圖說明
圖1為開關型執行機構的控制原理圖；
圖2為DCS脈衝和計數功能塊；
圖3為時間脈衝確定的示意圖；
圖4為閥門電機過流修復功能塊；
其中：1、扭矩控制器，2、閥位限制器，3、DCS遠程控制器，4、電流檢測器，5、DCS脈衝和計數功能塊,6閥門電機過流修復功能塊。
具體實施方式
為了加深對本發明的認識和理解，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明和介紹。
實施例1：參見圖1—圖4，一種遠程開關型執行機構，所述執行機構包括扭矩控制器1，閥位限制器2，DCS遠程控制器3，電流檢測器4，DCS脈衝和計數功能塊5,閥門電機過流修復功能塊6，所述扭矩控制器1由兩個接點GKA、繼電器GKA以及微動開關STC和微動開關STO組成，所述閥位限制器2由閥門開到位FKA、閥門關到位RKA、繼電器FKA、繼電器RKA、開關FSW以及開關RSW組成，其中開關RSW控制繼電器RKA，開關FSW控制繼電器FKA，所述DCS遠程控制器3由DCS系統中開接點DOO和關接點DOC組成，所述電流檢測器4是由電流互感器和電流變送器組成，所述DCS脈衝和計數功能塊5是由脈衝模塊TP，開計數器模塊C1，關計數器模塊C2，加法模塊ADD，計算器模塊C組成，所述的閥門電機過流修復功能塊6是在DCS系統中通過計算機編程來完成的，由比較器，與門，或門，異或門，雙穩態電路，時間繼電器組成。該技術方案中，扭矩控制器1是由接點GKA組成，它是由閥門機構蝸杆轉動時，帶動閥門的力矩盤動作，當閥門開關力矩壓力過大時，圖1中微動開關(開STO或關STC）動作，繼電器GKA得電，開關迴路中的接點GKA斷開，切斷閥門電機的電氣控制迴路，達到保護的作用；所述的位限制器2是由閥門的開到位FKA和關到位RKA組成，當閥門到達全開位置，繼電器FKA得電，開迴路中的FKA接點斷開，閥門電機失電，動作停止。當閥門進行關動作時，閥門到達全關位置，繼電器RKA得電，關迴路中的RKA接點斷開，閥門電機失電，動作停止；所述的DCS遠程控制3是由DCS系統中開接點DOO和關接點DOC組成，當操作人員要進行開閥門時，如圖4所示，在計算機上點擊開按鈕HMI，閥門電機在沒有過流的情況下，發出開指令HMIO，如圖2所示，接點HMIO閉合，此時閥位限制器FKA正常，扭矩控制器GKA正常，無大電流報警ALMSTOP，DCS的中間繼電器DOOD得電，得電時間長度為TP,開接點DOO通電TP長時間，閥門向開方向動作。反之，關動作也是如此。所述的電流檢測4是由電流互感器和電流變送器組成，電流互感器安裝在閥門電機迴路中，檢測的信號經過電流變送器後轉化為4-20毫安的信號，送入DCS系統，進行閥門電機電流的實時監測；所述的DCS脈衝和計數功能塊5是由脈衝模塊TP和開計數器模塊C1和關計數器模塊C2組成。脈衝模塊TP是根據閥門的特性決定的，如圖3所示，每個閥門的TP時間都不同，要根據現場實際測量後，寫入DCS系統程序中。開計數器模塊C1是記錄圖1中閥門開繼電器KM1的動作次數，關計數器模塊C2是記錄圖1中閥門關繼電器KM2的動作次數，在DCS系統中通過C1和C2相加，得出閥門的動作總次數C；所述的閥門電機過流修復功能塊6是在DCS系統中通過計算機編程來完成的，由比較器，與門，或門，異或門，雙穩態電路，時間繼電器組成。
實施例2：參見圖1—圖4，一種遠程開關型執行機構控制方法，所述方法為時間脈衝控制法，無論閥門的扭矩控制器1和閥位限制器2是否正常工作，通過DCS脈衝和計數功能塊5中的脈衝模塊TP，對開關型執行機構能夠靈活的控制，達到預期的位置。如圖2所示，當操作人員需要對遠程閥門進行控制時，運行人員在DCS的HMI上進行開關操作，DCS系統發出一個TP時間長的閉合信號，圖1中的DCS遠程控制3動作，閥門電機會朝著指令的方向動作，直至閥位控制器2動作，閥門電機停止工作，閥門到達指定的開關位置；時間脈衝確定方法如圖3所示，TP=T+Δt,T為執行機構開關全行程所需的時間，由於每臺執行機構閥門的動作特性和整個動作行程是不一致的，所以每臺執行機構的全行程動作時間需要用秒表精確測定；Δt時間可以設定為閥門全行程時間T的1%，然後在DCS系統中設定脈衝時間TP。這樣確保閥門在限位開關正常情況下，閥門能夠正常的動作，也能保證限位開關和力矩控制器異常情況下，閥門能夠到達指定位置，確保生產設備的安全。在計算機控制系統中，繼電器帶電時間縮短到TP，延長了DCS卡件和繼電器的壽命,也避免了動作過程中電纜斷路造成的拒動情況。在DCS的迴路中增加了計數器功能，能夠準確的記錄閥門開關動作的次數，在DCS畫面上顯示閥門的動作總次數，對閥門進行預知狀態維修，並在DCS畫面上提示操作人員閥門的檢修要求，為設備的維修提供可靠的技術支撐。
實施例3：參見圖1—圖4，一種遠程開關型執行機構控制方法，所述方法為電機過流修復法，為了確保閥門安全運行，對閥門電機過流過程中的智能控制，提出一種電流過流修復法。在閥門電機在正常工作工況下，通過圖1中的電流檢測4將實際電流送入DCS系統，DCS系統監控電流的變化，一旦電流有異常變化，即可判斷電機有卡死和運動不暢的情況，需要對閥門電機進行修復和重點監控，從而保證設備的安全。根據電機的特性，起動電流並不是固定不變的,是隨時間推移而變化的，需要通過圖4中的0.5秒脈衝來消除起動電流的影響，而電機的堵轉電流對於特定的電機來說是固定不變的，電機在工作時，不允許堵轉電流延續。堵轉電流是額定電流的1.2倍左右,閥門在動作過程中的經常會由於各種原因發生過流堵轉現象，從而造成閥門動作終止，需要操作人員現場復位，為了解決這個問題，本專利採用額定電流的1.19倍判斷電機有過流現象，來判斷閥門電機有卡死和運行不暢的先兆，提前進行過流智能修復；
電機過流修復法的方法如下，通過電流檢測器4將實際電流送入DCS系統，DCS系統監控電流的變化，一旦電機發生卡滯或堵轉，電機工作電流將增大，當電機實際電流大於電機額定電流的1.19倍，即可判斷電機有卡死和運動不暢的情況，需要對閥門電機進行修復和重點監控，從而保證設備的安全；具體如下：操作人員進行了HMI開按鈕操作後，雙穩態1的S為「1」，Q為「1」，當檢測到閥門電機的電流I實際電流≧1.19I額定電流後，0.5秒延時後，信號為「1」，送入與門1輸入端1，此時與門1的輸入端2為「1」，觸發時間繼電器T1，異或門1的輸入端1為「1」，異或門1的輸入端2為「1」，異或門1輸出為「0」，開指令HMIO為「0」，閥門電機會停止開向動作。如果此時閥門未在關位，與門2的輸入端1為「1」，與門2的輸入端2為「1」，與門2的輸出端為「1」，或門2輸出為「1」，關指令HMIC為「1」，如圖2所示，繼電器DOC動作，圖1中的接點DOC閉合，電機將向關方向動作T1時間後停止動作，此時如果：1）若實際電流I檢測到小於1.19I額定電流後，CMP、與門1、時間T1、與門2的輸出均為「0」，異或門1輸出端1為「0」，輸入端2為「1」,輸出為「1」，或門1的輸出為「1」，開指令HMIO為「1」，閥門會繼續向開方向動作，直到閥門開到位動作後，閥門完成中間的一個修復過程；2）若實際電流I檢測到大於1.19I額定電流後，CMP、與門1、時間T1、與門2,、或門2的輸出均為「1」，關指令HMIC一直為「1」，或門3的輸出為「1」，經過時間T2後，與門5輸出為「1」，ALMSTOP為「1」，如圖2中所示，開繼電器DOO和關繼電器DOC均失電，閥門停止開關動作，並在計算機上報警，閥門過流動作卡死，需要人工到現場確認或緊急維修。操作人員若進行關指令操作後，監測和動作過程同樣也可以實現過流的修復功能。圖4中的時間T1和時間T2，可根據實際情況設定，一般情況下，T1設定為3秒，T2設定為5秒。
需要說明的是上述實施例，並非用來限定本發明的保護範圍，在上述技術方案的基礎上所作出的等同變換或替代均落入本發明權利要求所保護的範圍。