一种调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法与流程

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法。

背景技术：

随着石化、冶炼等行业的快速发展，气动调节阀得到了的广泛的应用。在过程控制系统中，气动调节阀作为控制系统中的最终控制单元，起到了极其关键作用。而阀门定位器以工业自动化控制系统dcs输出信号作为给定信号，与调节阀阀杆位移作为输入的反馈信号进行比较，当两者有偏差时，改变自身到调节阀执行机构的输出信号，使调节阀执行机构动作，建立了调节阀阀杆位移信号与dcs控制系统输出信号的一一对应关系。因此，阀门定位器组成以调节阀阀杆位移为测量信号，以dcs控制系统输出为设定信号的反馈控制系统，其功能相当于调节阀的大脑和神经中枢，在整个调节系统中起着至关重要的作用。如此关键的设备在目前的工业自动化生产领域中仅仅进行了单台设置，而阀门定位器及其控制回路在实际生产应用过程中，难免会出现各种故障，对石化、冶炼行业生产装置的安全生产造成较大的影响。我公司以及其他兄弟企业均多次出现过因阀门定位器故障或调节回路原因而引起的各类生产事故发生，轻者对产品质量或生产系统造成影响，重者造成了整个生产装置停车，同时还发生过因工艺处理不及时而引起的较大的安全环保次生事故等。为了保证工业自动化生产装置的连续生产，尽可能为企业减少损失以及降低事故发生率，关键调节系统的安全稳定长周期运行显得尤为关键和重要，为了解决以上单回路调节系统的弊端和隐患原则，特提出本技术方案。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中,工业控制领域仍然存在不足及设计缺陷的问题，提供一种结构简单、使用方便的调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构和步骤的调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法：一种调节阀实现双回路自动切换调节的装置，含有控制回路和调节电路，控制回路含有第一两位三通电磁阀、阀门定位器、转换器、调节阀、第二两位三通电磁阀、其中第一两位三通电磁阀的入口连接气源，第一两位三通电磁阀的第一出口连接阀门定位器的入口，第一两位三通电磁阀的第二出口连接转换器的入口，转换器的出口连接第二两位三通电磁阀的第一入口，阀门定位器的出口连接第二两位三通电磁阀的第二入口，第二两位三通电磁阀的出口连接调节阀的调节膜头的压力信号输入口；调节电路含有dcs控制器、控制信号ao1、控制信号ao2、输出信号do1、输出信号do2、输入信号ai1，输入信号ai2，其中ao1为调节电路中阀门定位器的控制信号、ao2为转换器的控制信号、do1为第一两位三通电磁阀的控制信号、do2为第二两位三通电磁阀的控制信号、ai1为被调参数检测变送器输入到dcs控制器的信号，ai2为阀门定位器检测到的阀杆位移反馈输入到dcs控制器的信号，正常工作时,dcs控制器ao1卡上输出控制信号ao1，ao1接入阀门定位器，阀门定位器将检测到的阀杆位移信号ai2和ao1进行比较；同时被调参数检测变送器的输出信号ai1送入dcs控制器的ai1卡上，ai1信号与控制器的给定信号进行比较；当阀门定位器所在控制回路调节异常时，dcs控制器do1卡上输出控制信号do1，其接入到第一两位三通电磁阀中，dcs控制器do2卡上输出控制信号do2、其接入到第二两位三通电磁阀中；dcs控制器ao2卡上输出控制信号ao2，其接入转换器内来控制调节阀。

优选地，所述第一两位三通电磁阀、第二两位三通电磁阀动作方式为，得电励磁时1-2通，气路信号接通阀门定位器调节回路；失电非励磁时2-3通，气路信号接通转换器调节回路。

优选地，所述转换器为电气转换器或电液转换器。

优选地，所述控制回路为气动控制回路或液压控制回路，其所对应的转换器为电气转换器或电液转换器。

优选地，所述第一两位三通电磁阀的入口连接气源减压阀或液压减压阀。

一种包含调节阀实现双回路自动切换调节的装置的调节阀实现双回路自动切换调节的方法，其包括初始调试和在线调试，初始调试的步骤如下：

1、打开气源确保气路信号正常，在dcs控制器上强制sv1、sv2电磁阀得电励磁，通过dcs控制器手动给定阀门定位器信号，来检查调节阀开度是否对应，若对应说明阀门定位器工作正常，若不对应则重新调试阀门定位器使之对应。

2、在确保阀门定位器正常工作的条件下，在dcs控制器上强制sv1、sv2电磁阀失电，使气路信号切换到转换器控制回路，通过dcs控制器手动给定转换器信号来检查调节阀开度是否对应，若对应说明转换器工作正常，若不对应则重新调试转换器使之对应。

在线调试的步骤如下：

步骤1、打开气源确保气路信号正常，在dcs控制器上强制第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，通过dcs控制器手动给定阀门定位器信号，来检查调节阀开度是否对应，若对应说明阀门定位器工作正常，若不对应则重新调试阀门定位器使之对应；

步骤2、在确保阀门定位器正常工作的条件下，在dcs控制器上强制第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀失电，使气路信号切换到转换器控制回路，通过dcs控制器手动给定转换器信号来检查调节阀开度是否对应，若对应说明转换器工作正常，若不对应则重新调试转换器使之对应。

在线调试的步骤如下：

步骤1、模拟阀门定位器调节回路故障测试：首先投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，再测试阀门定位器检测到的阀杆位移ai2反馈信号；

步骤2、人为使阀门定位器出现故障，让调节阀出现异常动作，ai2反馈信号送入dcs控制器一个异常信号，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，此时第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2两个电磁阀失电，自动切换到另一转换器调节回路对气动调节阀进行控制调节；

步骤3、模拟阀门定位器的控制出现喘振、行程不足、线性不良，被调参数调节不稳，与给定偏差过大时，自动切换调节回路调试：投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，然后再测试被调参数变送器装置ai1输入信号，dcs控制器将控制回路投入自动运行，再通过dcs控制器给定阶跃扰动使扰动范围超过设定偏差，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，此时第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2两个电磁阀失电，自动无扰动地切换到另一转换器调节回路对气动调节阀进行控制调节。

优选地，所述给定阶跃扰动通过dcs系统给定阶跃扰动或通过hart475手操器在现场强制设定被调参数变送器输出信号。

与现有技术相比，本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法具有以下优点：将本发明成功应用到自动化生产系统后，经过多次试用和测试，使用效果良好。成功实现了调节阀的双回路自动切换调节，极大的提高了调节阀的在线运行效果，有效地降低了因电气阀门定位器故障及调节控制回路异常而引起的各类事故发生，为我公司生产系统的安全稳定长周期运行提供了有力的保障。

附图说明

图1是本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法中装置的结构示意图；

图2是本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法中的信号流向示意图一；

图3是本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法中的信号流向示意图二；

图4是本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法中dcs控制器组态的控制示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是减压阀1，2是第一两位三通电磁阀2，3是第二两位三通电磁阀3，4是调节阀4。

下面结合附图和具体实施方式对本发明调节阀实现双回路自动切换调节的装置及方法作进一步说明：如图所示，一种调节阀实现双回路自动切换调节的装置，含有控制回路和调节电路，控制回路含有第一两位三通电磁阀2、阀门定位器、转换器、调节阀4、第二两位三通电磁阀3、其中第一两位三通电磁阀2的入口连接气源，第一两位三通电磁阀2的第一出口连接阀门定位器的入口，第一两位三通电磁阀2的第二出口连接转换器的入口，转换器的出口连接第二两位三通电磁阀3的第一入口，阀门定位器的出口连接第二两位三通电磁阀3的第二入口，第二两位三通电磁阀3的出口连接调节阀4的调节膜头的压力信号输入口；调节电路含有dcs控制器、控制信号ao1、控制信号ao2、输出信号do1、输出信号do2、输入信号ai1，输入信号ai2，其中ao1为调节电路中阀门定位器的控制信号、ao2为转换器的控制信号、do1为第一两位三通电磁阀2的控制信号、do2为第二两位三通电磁阀3的控制信号、ai1为被调参数检测变送器输入到dcs控制器的信号，ai2为阀门定位器检测到的阀杆位移反馈输入到dcs控制器的信号，正常工作时,dcs控制器ao1卡上输出控制信号ao1，ao1接入阀门定位器，阀门定位器将检测到的阀杆位移信号ai2和ao1进行比较；同时被调参数检测变送器的输出信号ai1送入dcs控制器的ai1卡上，ai1信号与控制器的给定信号进行比较；当阀门定位器所在控制回路调节异常时，dcs控制器do1卡上输出控制信号do1，其接入到第一两位三通电磁阀2中，dcs控制器do2卡上输出控制信号do2、其接入到第二两位三通电磁阀3中；dcs控制器ao2卡上输出控制信号ao2，其接入转换器内来控制调节阀4。

所述第一两位三通电磁阀2、第二两位三通电磁阀3动作方式为，得电励磁时1-2通，气路信号接通阀门定位器调节回路；失电非励磁时2-3通，气路信号接通转换器调节回路。

所述转换器为电气转换器或电液转换器。

所述控制回路为气动控制回路或液压控制回路，其所对应的转换器为电气转换器或电液转换器。

所述第一两位三通电磁阀2的入口连接气源减压阀1或液压减压阀1。

一种包含调节阀实现双回路自动切换调节的装置的调节阀实现双回路自动切换调节的方法，其包括初始调试和在线调试，初始调试的步骤如下：

步骤1、打开气源确保气路信号正常，在dcs控制器上强制第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，通过dcs控制器手动给定阀门定位器信号，来检查调节阀开度是否对应，若对应说明阀门定位器工作正常，若不对应则重新调试阀门定位器使之对应；

步骤2、在确保阀门定位器正常工作的条件下，在dcs控制器上强制第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀失电，使气路信号切换到转换器控制回路，通过dcs控制器手动给定转换器信号来检查调节阀开度是否对应，若对应说明转换器工作正常，若不对应则重新调试转换器使之对应。

在线调试的步骤如下：

步骤1、模拟阀门定位器调节回路故障测试：首先投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，再测试阀门定位器检测到的阀杆位移ai2反馈信号；

步骤2、人为使阀门定位器出现故障，让调节阀出现异常动作，ai2反馈信号送入dcs控制器一个异常信号，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，此时第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2两个电磁阀失电，自动切换到另一转换器调节回路对气动调节阀进行控制调节；

步骤3、模拟阀门定位器的控制出现喘振、行程不足、线性不良，被调参数调节不稳，与给定偏差过大时，自动切换调节回路调试：投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2电磁阀得电励磁，然后再测试被调参数变送器装置ai1输入信号，dcs控制器将控制回路投入自动运行，再通过dcs控制器给定阶跃扰动使扰动范围超过设定偏差，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，此时第一两位三通电磁阀sv1、第二两位三通电磁阀sv2两个电磁阀失电，自动无扰动地切换到另一转换器调节回路对气动调节阀进行控制调节。

所述给定阶跃扰动通过dcs系统给定阶跃扰动或通过hart475手操器在现场强制设定被调参数变送器输出信号。

本发明针对以下几种情况出现，气动调节阀4仍然能保持正确稳定运行。具体如下，当气动调节阀4阀门定位器故障时，主要包括电信号回路出现的断线、短路、接地及端子松动；气信号回路出现气源压力不足、气路堵塞；外力损坏等情况，引起的气动调节阀4异常动作,如异常打开、异常关闭和不能正常控制等，此时通过阀门定位器检测的阀杆位移信号反馈到dcs控制器上，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动切换到另一转换器调节回路进行控制气动调节阀4，保证调节系统的正常稳定运行。

阀门定位器的控制出现喘振、行程不足、线性不良时，引起被调参数调节不稳，与给定偏差过大，此时通过被调参数的检测变送器送入到dcs控制器上的信号与调节器给定信号相比较，当偏差超过一定范围时，范围可通过dcs系统组态设定，dcs控制器也将通过程序算法在线诊断后，自动切换到另一转换器调节回路进行控制气动调节阀4，保证调节系统的正常稳定运行。

实现采用气路并联，电路互补的方案如下：如图4所示，其为dcs控制器组态的控制示意图，其中ao1为调节电路中阀门定位器的控制信号，ao2为转换器的控制信号，do1为第一两位三通电磁阀2的控制信号，do2为第二两位三通电磁阀3的控制信号，ai1为被调参数检测变送器输入到dcs控制器的信号，ai2为阀门定位器检测到的阀杆位移反馈输入到dcs控制器的信号，man为手动强制两位三通电磁阀得电励磁，set1为阀门控制信号sv与阀杆位移信号ai2偏差的设定值，set2为工艺给定参数与被调参数检测变送器ai1偏差的设定值。

在dcs控制器上编制控制程序，首先确定需要通道数量分配两个4-20ma输出的ao信号，即ao1、ao2；两个开关量输出的do信号，即do1、do2；两个4-20ma输入ai信号，即ai1、ai2。对dcs控制器进行编程组态，编程组态时考虑风险分散及卡件冗余原则，将ao1、ao2、do1、do2通道输出分布在dcs系统中两个不同的ao、do卡件上，以确保其中的一个dcs输出卡或输出通道发生故障时，可自动切换至另一路输出，来保证调节系统的正常运行。

在dcs控制器机柜中找到相对应接线端子，从主控室至现场接线箱铺设对应的信号电缆，在气动调节阀4阀体上固定安装两个两位三通电磁阀，第一两位三通电磁阀2sv1、第二两位三通电磁阀3sv2，该电磁阀采用的是asco先导式电磁阀，线圈供电电压为24vdc，其特点是：功耗低，发热量小，允许长期带电工作、一台转换器、一台电气阀门定位器及相应的气源减压阀1等附件，将dcs控制器组态的i/o通道一一对应的接到现场的设备上。

在现场安装电磁阀时注意输入、输出对应的接口，其中两位三通电磁阀动作方式：得电励磁时1-2通，气路信号接通阀门定位器调节回路；失电非励磁时2-3通，气路信号接通转换器调节回路，配置连接气源管路，制作固定支撑连接，并测试各气源管路有无泄漏。在上述工作完成以后，必须对阀门定位器及电气转换器进行调试，确保调节阀4开度与dcs控制器给定开度一致，然后再对两台电磁阀sv1、sv2上电，测试动作情况并检查气路是否正常。测试方法如下：打开气源确保气路信号正常，在dcs控制器上强制sv1、sv2电磁阀得电励磁，通过dcs控制器手动给定阀门定位器信号，来检查调节阀4开度是否对应，若对应说明阀门定位器工作正常，若不对应则重新调试阀门定位器使之对应。在确保阀门定位器正常工作的条件下，在dcs系统上强制sv1、sv2电磁阀失电，使气路信号切换到转换器控制回路，通过dcs控制器手动给定转换器信号来检查调节阀4开度是否对应，若对应说明转换器工作正常，若不对应则重新调试转换器使之对应。

通过以上测试完成了基础测试，之后对调节阀4的双回路自动切换调节进行在线调试，调试方法如下：①模拟电气阀门定位器调节回路故障测试方法：首先投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使sv1、sv2电磁阀得电励磁，再测试阀门定位器检测到的阀杆位移ai2反馈信号。具体方法是：在现场或主控室将阀门定位器信号线拆除(或者将定位器反馈杆拆除)，总之人为使阀门定位器出现故障，让调节阀4出现异常动作，此时ai2反馈信号送入dcs系统一个异常信号，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，即控制sv1、sv2两个电磁阀失电，自动切换到另一转换器调节回路对气动调节阀4进行控制调节。②模拟阀门定位器的控制出现喘振、行程不足、线性不良，被调参数调节不稳，与给定偏差过大时，自动切换调节回路调试方法：首先投入阀门定位器控制回路，通过dcs控制程序使sv1、sv2电磁阀得电励磁，然后再测试被调参数变送器装置ai1输入信号，dcs系统将控制回路投入自动运行，再通过dcs系统给定阶跃扰动，也可通过hart475手操器在现场强制设定被调参数变送器输出信号，使扰动范围超过设定偏差，如偏差10%，dcs控制器通过程序算法在线诊断后，自动控制两个do信号输出，即控制sv1、sv2两个电磁阀失电，自动切换到另一转换器调节回路对气动调节阀4进行控制调节。

通过以上相关的测试，验收合格后投入使用。可以有效地在线诊断阀门定位器运行情况，在阀门定位器故障时避免引起不必要的停车事故，同时又做到了阀门定位器与转换器的冗余互备应用，成功保证了调节系统的安全稳定运行。