一種調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法與流程
2023-07-24 15:49:36
本發明涉及工業控制領域，特別是涉及一種調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法。
背景技術：
隨著石化、冶煉等行業的快速發展，氣動調節閥得到了的廣泛的應用。在過程控制系統中，氣動調節閥作為控制系統中的最終控制單元，起到了極其關鍵作用。而閥門定位器以工業自動化控制系統dcs輸出信號作為給定信號，與調節閥閥杆位移作為輸入的反饋信號進行比較，當兩者有偏差時，改變自身到調節閥執行機構的輸出信號，使調節閥執行機構動作，建立了調節閥閥杆位移信號與dcs控制系統輸出信號的一一對應關係。因此，閥門定位器組成以調節閥閥杆位移為測量信號，以dcs控制系統輸出為設定信號的反饋控制系統，其功能相當於調節閥的大腦和神經中樞，在整個調節系統中起著至關重要的作用。如此關鍵的設備在目前的工業自動化生產領域中僅僅進行了單臺設置，而閥門定位器及其控制迴路在實際生產應用過程中，難免會出現各種故障，對石化、冶煉行業生產裝置的安全生產造成較大的影響。我公司以及其他兄弟企業均多次出現過因閥門定位器故障或調節迴路原因而引起的各類生產事故發生，輕者對產品質量或生產系統造成影響，重者造成了整個生產裝置停車，同時還發生過因工藝處理不及時而引起的較大的安全環保次生事故等。為了保證工業自動化生產裝置的連續生產，儘可能為企業減少損失以及降低事故發生率，關鍵調節系統的安全穩定長周期運行顯得尤為關鍵和重要，為了解決以上單迴路調節系統的弊端和隱患原則，特提出本技術方案。
技術實現要素：
本發明克服了現有技術中,工業控制領域仍然存在不足及設計缺陷的問題，提供一種結構簡單、使用方便的調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法。
本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構和步驟的調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法：一種調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置，含有控制迴路和調節電路，控制迴路含有第一兩位三通電磁閥、閥門定位器、轉換器、調節閥、第二兩位三通電磁閥、其中第一兩位三通電磁閥的入口連接氣源，第一兩位三通電磁閥的第一出口連接閥門定位器的入口，第一兩位三通電磁閥的第二出口連接轉換器的入口，轉換器的出口連接第二兩位三通電磁閥的第一入口，閥門定位器的出口連接第二兩位三通電磁閥的第二入口，第二兩位三通電磁閥的出口連接調節閥的調節膜頭的壓力信號輸入口；調節電路含有dcs控制器、控制信號ao1、控制信號ao2、輸出信號do1、輸出信號do2、輸入信號ai1，輸入信號ai2，其中ao1為調節電路中閥門定位器的控制信號、ao2為轉換器的控制信號、do1為第一兩位三通電磁閥的控制信號、do2為第二兩位三通電磁閥的控制信號、ai1為被調參數檢測變送器輸入到dcs控制器的信號，ai2為閥門定位器檢測到的閥杆位移反饋輸入到dcs控制器的信號，正常工作時,dcs控制器ao1卡上輸出控制信號ao1，ao1接入閥門定位器，閥門定位器將檢測到的閥杆位移信號ai2和ao1進行比較；同時被調參數檢測變送器的輸出信號ai1送入dcs控制器的ai1卡上，ai1信號與控制器的給定信號進行比較；當閥門定位器所在控制迴路調節異常時，dcs控制器do1卡上輸出控制信號do1，其接入到第一兩位三通電磁閥中，dcs控制器do2卡上輸出控制信號do2、其接入到第二兩位三通電磁閥中；dcs控制器ao2卡上輸出控制信號ao2，其接入轉換器內來控制調節閥。
優選地，所述第一兩位三通電磁閥、第二兩位三通電磁閥動作方式為，得電勵磁時1-2通，氣路信號接通閥門定位器調節迴路；失電非勵磁時2-3通，氣路信號接通轉換器調節迴路。
優選地，所述轉換器為電氣轉換器或電液轉換器。
優選地，所述控制迴路為氣動控制迴路或液壓控制迴路，其所對應的轉換器為電氣轉換器或電液轉換器。
優選地，所述第一兩位三通電磁閥的入口連接氣源減壓閥或液壓減壓閥。
一種包含調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置的調節閥實現雙迴路自動切換調節的方法，其包括初始調試和在線調試，初始調試的步驟如下：
1、打開氣源確保氣路信號正常，在dcs控制器上強制sv1、sv2電磁閥得電勵磁，通過dcs控制器手動給定閥門定位器信號，來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明閥門定位器工作正常，若不對應則重新調試閥門定位器使之對應。
2、在確保閥門定位器正常工作的條件下，在dcs控制器上強制sv1、sv2電磁閥失電，使氣路信號切換到轉換器控制迴路，通過dcs控制器手動給定轉換器信號來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明轉換器工作正常，若不對應則重新調試轉換器使之對應。
在線調試的步驟如下：
步驟1、打開氣源確保氣路信號正常，在dcs控制器上強制第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，通過dcs控制器手動給定閥門定位器信號，來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明閥門定位器工作正常，若不對應則重新調試閥門定位器使之對應；
步驟2、在確保閥門定位器正常工作的條件下，在dcs控制器上強制第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥失電，使氣路信號切換到轉換器控制迴路，通過dcs控制器手動給定轉換器信號來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明轉換器工作正常，若不對應則重新調試轉換器使之對應。
在線調試的步驟如下：
步驟1、模擬閥門定位器調節迴路故障測試：首先投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，再測試閥門定位器檢測到的閥杆位移ai2反饋信號；
步驟2、人為使閥門定位器出現故障，讓調節閥出現異常動作，ai2反饋信號送入dcs控制器一個異常信號，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，此時第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2兩個電磁閥失電，自動切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥進行控制調節；
步驟3、模擬閥門定位器的控制出現喘振、行程不足、線性不良，被調參數調節不穩，與給定偏差過大時，自動切換調節迴路調試：投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，然後再測試被調參數變送器裝置ai1輸入信號，dcs控制器將控制迴路投入自動運行，再通過dcs控制器給定階躍擾動使擾動範圍超過設定偏差，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，此時第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2兩個電磁閥失電，自動無擾動地切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥進行控制調節。
優選地，所述給定階躍擾動通過dcs系統給定階躍擾動或通過hart475手操器在現場強制設定被調參數變送器輸出信號。
與現有技術相比，本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法具有以下優點：將本發明成功應用到自動化生產系統後，經過多次試用和測試，使用效果良好。成功實現了調節閥的雙迴路自動切換調節，極大的提高了調節閥的在線運行效果，有效地降低了因電氣閥門定位器故障及調節控制迴路異常而引起的各類事故發生，為我公司生產系統的安全穩定長周期運行提供了有力的保障。
附圖說明
圖1是本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法中裝置的結構示意圖；
圖2是本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法中的信號流向示意圖一；
圖3是本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法中的信號流向示意圖二；
圖4是本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法中dcs控制器組態的控制示意圖。
具體實施方式
附圖說明中標號1是減壓閥1，2是第一兩位三通電磁閥2，3是第二兩位三通電磁閥3，4是調節閥4。
下面結合附圖和具體實施方式對本發明調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置及方法作進一步說明：如圖所示，一種調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置，含有控制迴路和調節電路，控制迴路含有第一兩位三通電磁閥2、閥門定位器、轉換器、調節閥4、第二兩位三通電磁閥3、其中第一兩位三通電磁閥2的入口連接氣源，第一兩位三通電磁閥2的第一出口連接閥門定位器的入口，第一兩位三通電磁閥2的第二出口連接轉換器的入口，轉換器的出口連接第二兩位三通電磁閥3的第一入口，閥門定位器的出口連接第二兩位三通電磁閥3的第二入口，第二兩位三通電磁閥3的出口連接調節閥4的調節膜頭的壓力信號輸入口；調節電路含有dcs控制器、控制信號ao1、控制信號ao2、輸出信號do1、輸出信號do2、輸入信號ai1，輸入信號ai2，其中ao1為調節電路中閥門定位器的控制信號、ao2為轉換器的控制信號、do1為第一兩位三通電磁閥2的控制信號、do2為第二兩位三通電磁閥3的控制信號、ai1為被調參數檢測變送器輸入到dcs控制器的信號，ai2為閥門定位器檢測到的閥杆位移反饋輸入到dcs控制器的信號，正常工作時,dcs控制器ao1卡上輸出控制信號ao1，ao1接入閥門定位器，閥門定位器將檢測到的閥杆位移信號ai2和ao1進行比較；同時被調參數檢測變送器的輸出信號ai1送入dcs控制器的ai1卡上，ai1信號與控制器的給定信號進行比較；當閥門定位器所在控制迴路調節異常時，dcs控制器do1卡上輸出控制信號do1，其接入到第一兩位三通電磁閥2中，dcs控制器do2卡上輸出控制信號do2、其接入到第二兩位三通電磁閥3中；dcs控制器ao2卡上輸出控制信號ao2，其接入轉換器內來控制調節閥4。
所述第一兩位三通電磁閥2、第二兩位三通電磁閥3動作方式為，得電勵磁時1-2通，氣路信號接通閥門定位器調節迴路；失電非勵磁時2-3通，氣路信號接通轉換器調節迴路。
所述轉換器為電氣轉換器或電液轉換器。
所述控制迴路為氣動控制迴路或液壓控制迴路，其所對應的轉換器為電氣轉換器或電液轉換器。
所述第一兩位三通電磁閥2的入口連接氣源減壓閥1或液壓減壓閥1。
一種包含調節閥實現雙迴路自動切換調節的裝置的調節閥實現雙迴路自動切換調節的方法，其包括初始調試和在線調試，初始調試的步驟如下：
步驟1、打開氣源確保氣路信號正常，在dcs控制器上強制第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，通過dcs控制器手動給定閥門定位器信號，來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明閥門定位器工作正常，若不對應則重新調試閥門定位器使之對應；
步驟2、在確保閥門定位器正常工作的條件下，在dcs控制器上強制第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥失電，使氣路信號切換到轉換器控制迴路，通過dcs控制器手動給定轉換器信號來檢查調節閥開度是否對應，若對應說明轉換器工作正常，若不對應則重新調試轉換器使之對應。
在線調試的步驟如下：
步驟1、模擬閥門定位器調節迴路故障測試：首先投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，再測試閥門定位器檢測到的閥杆位移ai2反饋信號；
步驟2、人為使閥門定位器出現故障，讓調節閥出現異常動作，ai2反饋信號送入dcs控制器一個異常信號，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，此時第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2兩個電磁閥失電，自動切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥進行控制調節；
步驟3、模擬閥門定位器的控制出現喘振、行程不足、線性不良，被調參數調節不穩，與給定偏差過大時，自動切換調節迴路調試：投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2電磁閥得電勵磁，然後再測試被調參數變送器裝置ai1輸入信號，dcs控制器將控制迴路投入自動運行，再通過dcs控制器給定階躍擾動使擾動範圍超過設定偏差，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，此時第一兩位三通電磁閥sv1、第二兩位三通電磁閥sv2兩個電磁閥失電，自動無擾動地切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥進行控制調節。
所述給定階躍擾動通過dcs系統給定階躍擾動或通過hart475手操器在現場強制設定被調參數變送器輸出信號。
本發明針對以下幾種情況出現，氣動調節閥4仍然能保持正確穩定運行。具體如下，當氣動調節閥4閥門定位器故障時，主要包括電信號迴路出現的斷線、短路、接地及端子鬆動；氣信號迴路出現氣源壓力不足、氣路堵塞；外力損壞等情況，引起的氣動調節閥4異常動作,如異常打開、異常關閉和不能正常控制等，此時通過閥門定位器檢測的閥杆位移信號反饋到dcs控制器上，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動切換到另一轉換器調節迴路進行控制氣動調節閥4，保證調節系統的正常穩定運行。
閥門定位器的控制出現喘振、行程不足、線性不良時，引起被調參數調節不穩，與給定偏差過大，此時通過被調參數的檢測變送器送入到dcs控制器上的信號與調節器給定信號相比較，當偏差超過一定範圍時，範圍可通過dcs系統組態設定，dcs控制器也將通過程序算法在線診斷後，自動切換到另一轉換器調節迴路進行控制氣動調節閥4，保證調節系統的正常穩定運行。
實現採用氣路並聯，電路互補的方案如下：如圖4所示，其為dcs控制器組態的控制示意圖，其中ao1為調節電路中閥門定位器的控制信號，ao2為轉換器的控制信號，do1為第一兩位三通電磁閥2的控制信號，do2為第二兩位三通電磁閥3的控制信號，ai1為被調參數檢測變送器輸入到dcs控制器的信號，ai2為閥門定位器檢測到的閥杆位移反饋輸入到dcs控制器的信號，man為手動強制兩位三通電磁閥得電勵磁，set1為閥門控制信號sv與閥杆位移信號ai2偏差的設定值，set2為工藝給定參數與被調參數檢測變送器ai1偏差的設定值。
在dcs控制器上編制控制程序，首先確定需要通道數量分配兩個4-20ma輸出的ao信號，即ao1、ao2；兩個開關量輸出的do信號，即do1、do2；兩個4-20ma輸入ai信號，即ai1、ai2。對dcs控制器進行編程組態，編程組態時考慮風險分散及卡件冗餘原則，將ao1、ao2、do1、do2通道輸出分布在dcs系統中兩個不同的ao、do卡件上，以確保其中的一個dcs輸出卡或輸出通道發生故障時，可自動切換至另一路輸出，來保證調節系統的正常運行。
在dcs控制器機櫃中找到相對應接線端子，從主控室至現場接線箱鋪設對應的信號電纜，在氣動調節閥4閥體上固定安裝兩個兩位三通電磁閥，第一兩位三通電磁閥2sv1、第二兩位三通電磁閥3sv2，該電磁閥採用的是asco先導式電磁閥，線圈供電電壓為24vdc，其特點是：功耗低，發熱量小，允許長期帶電工作、一臺轉換器、一臺電氣閥門定位器及相應的氣源減壓閥1等附件，將dcs控制器組態的i/o通道一一對應的接到現場的設備上。
在現場安裝電磁閥時注意輸入、輸出對應的接口，其中兩位三通電磁閥動作方式：得電勵磁時1-2通，氣路信號接通閥門定位器調節迴路；失電非勵磁時2-3通，氣路信號接通轉換器調節迴路，配置連接氣源管路，製作固定支撐連接，並測試各氣源管路有無洩漏。在上述工作完成以後，必須對閥門定位器及電氣轉換器進行調試，確保調節閥4開度與dcs控制器給定開度一致，然後再對兩臺電磁閥sv1、sv2上電，測試動作情況並檢查氣路是否正常。測試方法如下：打開氣源確保氣路信號正常，在dcs控制器上強制sv1、sv2電磁閥得電勵磁，通過dcs控制器手動給定閥門定位器信號，來檢查調節閥4開度是否對應，若對應說明閥門定位器工作正常，若不對應則重新調試閥門定位器使之對應。在確保閥門定位器正常工作的條件下，在dcs系統上強制sv1、sv2電磁閥失電，使氣路信號切換到轉換器控制迴路，通過dcs控制器手動給定轉換器信號來檢查調節閥4開度是否對應，若對應說明轉換器工作正常，若不對應則重新調試轉換器使之對應。
通過以上測試完成了基礎測試，之後對調節閥4的雙迴路自動切換調節進行在線調試，調試方法如下：①模擬電氣閥門定位器調節迴路故障測試方法：首先投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使sv1、sv2電磁閥得電勵磁，再測試閥門定位器檢測到的閥杆位移ai2反饋信號。具體方法是：在現場或主控室將閥門定位器信號線拆除(或者將定位器反饋杆拆除)，總之人為使閥門定位器出現故障，讓調節閥4出現異常動作，此時ai2反饋信號送入dcs系統一個異常信號，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，即控制sv1、sv2兩個電磁閥失電，自動切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥4進行控制調節。②模擬閥門定位器的控制出現喘振、行程不足、線性不良，被調參數調節不穩，與給定偏差過大時，自動切換調節迴路調試方法：首先投入閥門定位器控制迴路，通過dcs控制程序使sv1、sv2電磁閥得電勵磁，然後再測試被調參數變送器裝置ai1輸入信號，dcs系統將控制迴路投入自動運行，再通過dcs系統給定階躍擾動，也可通過hart475手操器在現場強制設定被調參數變送器輸出信號，使擾動範圍超過設定偏差，如偏差10%，dcs控制器通過程序算法在線診斷後，自動控制兩個do信號輸出，即控制sv1、sv2兩個電磁閥失電，自動切換到另一轉換器調節迴路對氣動調節閥4進行控制調節。
通過以上相關的測試，驗收合格後投入使用。可以有效地在線診斷閥門定位器運行情況，在閥門定位器故障時避免引起不必要的停車事故，同時又做到了閥門定位器與轉換器的冗餘互備應用，成功保證了調節系統的安全穩定運行。