检查用于触发安全阀的电磁阀的功能能力的方法

技术领域

本发明涉及检查用于触发安全阀的电磁阀的功能能力的方法以及相应的装置。这样的方法用于如此保证设备的工作安全性，即，确保安全阀在安全状况下也触发。利用这种方法，如有必要可以最佳地设计用于具有安全阀的设备的维护时间间隔。

背景技术

例如在化学行业中，安全阀须被定期检查其功能能力。为了能确保安全阀的功能能力，用于触发安全阀的电磁阀以及实际的安全阀都必须可靠工作。

安全阀例如通过驱动装置被操作，该驱动装置适合工作地连接至与控制相关的电磁阀。通常，单向作用的流体驱动装置用作驱动装置。该驱动装置例如包括安置在腔室内并连接至弹簧的活塞或隔膜。当腔室内的压力施加大于或等于弹簧的预设载荷的力至活塞时，该压力防止所述弹簧和进而驱动装置被操作，由此安全阀保持在工作位置中。当腔室内压力降低至低于弹簧载荷时，弹簧造成活塞在腔室内作动。在此情况下，驱动装置将安全阀从工作位置置于安全位置中。

在一些情况下通过电磁阀来控制调节机构的位置。例如当控制器收到紧急信号并识别出有危险的状态时，电磁阀将驱动装置泄压。为此，电磁阀例如开通驱动装置与环境空气的连通，由此，驱动装置内的压力被泄压。因为安全阀一般必须在危险情况下快速触发，故此时所开通的横截面一般相对较大，以便可以在预定的短暂时间内泄压。

安全阀功能能力的检查的一部分借助部分行程测试(PST)来执行。在此，阀芯在设备连续运行期间运动其行程的约10-15％。由此，设备运行未受显著影响，但阀芯的活动性得以证明。因此排除最常见的故障。通过该测试，阀芯驱动装置的功能能力得以确定；部分行程测试不适于检查用于触发安全阀的电磁阀的功能。

在出版物US 10240687 B2中公开了借助位置调节器检查安全阀的电磁阀的方法和装置。为此，促使电磁阀在预定脉冲期内从第一状态转入第二状态、即触发。位置调节器通过在脉冲期内测量安全阀的驱动装置内的最大压力变化来确定电磁阀的功能能力。当确定电磁阀处于发挥功能状态时，位置调节器随即再执行安全阀的部分行程测试。

出版物DE 102008045775 A1也描述了一种监测通过电磁阀被控制的安全阀的功能能力的方法。电磁阀在此在固定的开关时间被切换，所述开关时间应短暂到安全阀位置基本保持恒定但长到足以能测量压力降的程度。

公开出版物WO2007/087030A1公开了一种检查电磁阀功能的方法。设有一个数字式阀控制器、一个通断阀和两个连接至气动驱动装置和电磁阀的压力传感器。为了检查电磁阀，阀控制器可以在电磁阀被很短暂作动时测量在电磁阀的不同端口处的压力。阀控制器可以基于测定的压力信号之差随时间的变化率来确定电磁阀是否能发挥功能。

公开出版物US 10041610 B2和US 10234058 B2也公开了类似的方法和装置。

公开出版物US 8540211 B2描述了一种用于安全阀部分行程测试的方法，其中流体流的性能作为中断标准。电磁阀在这里也用于控制安全阀。但其功能能力未被单独检查。

这种布置和方法的缺点是，无法在不改变安全阀的阀芯位置的情况下确定电磁阀的功能能力。

由公开出版物DE 19924377 B4公开了一种用于由位置调节器通过驱动装置可操作的阀的故障诊断系统。它基于以下事实，在阀略微打开的情况下记录下固体声谱并在阀关闭的情况下将固体声与记录声谱相比较，以便能推断出可能的阀密封不严。在此情况下没有特别关联到安全阀。尤其是没有规定检查电磁阀的功能能力。

任务

本发明的任务是提出一种方法和一种装置，它们使得能够测试安全阀的电磁阀，而无需安全阀的阀芯运动。

解决方案

该任务通过独立权利要求的主题来完成。在从属权利要求中说明独立权利要求的主题的有利改进方案的特点。所有权利要求的措辞兹被援引成为说明书的内容。

单数的使用应该不排除复数，反之亦然，除非另有说明。

以下将详细描述一些方法步骤。这些步骤不一定必须按照所指明的顺序执行，并且待提出的方法也可以具有其它未提到的步骤。

为了完成该任务，提出一种检查用于触发安全阀的电磁阀的功能能力的方法。作为前提，安全阀具有包含驱动流体的单向作用的阀芯用流体驱动装置以及确定驱动流体内的压力并调节阀芯位置的位置调节器。当驱动流体内的压力对应于环境压力时，阀芯处于安全位置，并且当驱动流体内的压力对应于工作压力时，阀芯处于工作位置。电磁阀可以在工作位置中不影响驱动流体内的压力，而在安全位置中降低驱动流体内的压力。该方法包括以下步骤：

·如果阀芯未处于其工作位置，则将其移入工作位置。

·驱动流体内的压力被增大第一压差而超过工作压力。即，尤其是该工作压力低于驱动装置内的最大可能压力。

·触发一项事件，因此电磁阀应处于其安全位置。通常，为此要中断对电磁阀的电流供应。

·驱动流体内的压力被连续和/或在触发事件后的预定时刻被测量，其中，如此选择该预定时刻，使得驱动流体内的压力最多降低第一压差。驱动流体内的压力因此应该在该时刻不低于之前所加的工作压力。

·或是当驱动流体内的压力在预定时刻高于相应的参考压力时，电磁阀功能能力的检查被视为不合格。

·或是电磁阀的功能能力被视为合格并且一旦在连续测量期间在预定时刻之前或之时的压力低于参考压力则被中止。

作为参考压力，例如可以选择所述工作压力，该情况是极其简单的。参考压力以及预定时刻可能或许会具有误差，例如2％或5％。自然，该误差对于参考压力仅向上是有意义的。

这种方法使得能够检查电磁阀的基础功能能力并且尤其确保(在需要时)切换到安全位置并且在此状态下实际上安全阀驱动装置内的压力被降低。此外，通过相应选择所述预定时刻，可以监测在规定期间内的驱动流体内的压力降低，并非仅针对一个可能短暂的脉冲的不定时间。这在必要时也使得能够推断出用于驱动流体的压力产生系统的状态。如果驱动流体内的压力即使在达到预定时刻时也不低于参考压力，则所述检查被视为不合格。如果是这种情况，则例如还可以检查是否压缩空气系统内的空气功率或许过低，即，尤其是是否该压力例如因为过滤器堵塞而没有足够快速地消减。

由于驱动流体内的压力首先被提高第一压差，故还保证了它在电磁阀功能检查时不会降至低于工作压力。由此确保安全阀的驱动装置不会运动，而阀芯位置保持恒定。因此，所述工艺过程或包含安全阀的设备的工作不会受到所述检查的不利影响。

另外，因为相对于用于电磁阀的其它检查方法的较大压差，故可以更好地识别系统泄压速度(空气功率)的变化。这在故障情况下打开更多的故障诊断可能性和/或关于故障原因的结论。

当第一压差是驱动流体内的最大可能压力与工作压力之差时，该方法设计得十分简单。

在此简单情况下可以在该驱动装置承受最大可能压力且其被测量之后确定第一压差。因此，不需要在方法开始前预先设定第一压差。

当如此形成第二压差时且当如此选择所述至少一个预定时刻时可特别可靠地防止安全阀的驱动流体内的压力降低到低于工作压力，即，预定的第一压差乘以一个小于1的系数，且驱动流体内的压力最多降低第二压差。驱动流体内的压力于是仅降低到一个高于工作压力的值，从而存在一定的安全余地。通过这种方式能够以很高的安全性被排除由于检查电磁阀的功能能力而造成的安全阀的运动。

优选地，用于阀芯的驱动装置是气动的。气动阀是众所周知的并且能满足安全相关应用所需的所有前提条件。根据本发明的方法特别适用于检查在安全阀的气压调节驱动装置中触发安全状况的电磁阀的功能能力。

在该方法的一个优选改进方案中，在安全阀的电磁阀上初次执行该方法用作参考测量。在此，工作压力和第一压差和/或在安全阀的驱动装置内最大可获得压力被确定并且作为参考值被存储。驱动装置内压力降低第一压差所需要的时间也被确定并且作为参考值被存储。由此获得针对该至少一个预定时刻的最大值。通过这种方式，可以容易确定一个针对该预定时刻有意义的值，例如从晚些测试的第一压差与用于第一压差的参考值之比起算。如所述的那样如有必要可以给参考值添加预定误差(例如2％)。

优选地，当驱动流体内的压力在至少一个预定时刻低于参考压力时，电磁阀功能能力的检查视为合格。即，所述检查于是表明电磁阀如此被切换，使得在直至预定时刻的时间内该驱动流体内的压力降低足够的值，刚好降低至参考压力。

当参考压力高于工作压力并借助第二压差被确定时，极其可靠地避免安全阀驱动装置的运动。尤其是，该参考压力可以通过工作压力+第一压差-第二压差、或者优选通过最大压力-第二压差来得到。由此很可靠地排除根据本发明的功能检查不利地影响设备或工艺过程的运行。如在更前面已描述的，如有必要可以将预定误差添加至参考值、尤其是参考压力(例如2％，在参考压力下仅向上的误差有意义)。

当作为电磁阀功能能力检查的标准电磁阀的声学信号或电流变化曲线也证明其功能能力时，可以实现更精确的故障诊断。这实现了进一步的诊断选项，特别是当与驱动流体中的压力有关的标准在预定时刻没有得到满足时，因为可以通过这种方式确定问题是否出在电磁阀本身，或者例如,是否出在压缩空气系统中。

当根据本发明的方法在安全阀的位置调节器上运行时，可以避免具有附加的控制单元和/或调节单元的复杂结构。

当在位置调节器中提供用于测量驱动流体内的压力的压力传感器时，这将被进一步简化。

为了又将安全阀置于其正常工作状态而有利的是，在上述方法之后执行以下进一步步骤：在电磁阀功能能力检查之后触发一项事件，因此电磁阀又处于其工作位置，并且位置调节器将驱动流体内的压力又调节至工作压力。

当在上述的检查用于触发安全阀的电磁阀的功能能力的方法之后作为其它步骤在安全阀上执行部分行程测试时，在设备上的安全阀的功能能力的检查可被设计得尤其高效。

另外，如此完成该任务，在如上所述的方法中，该方法步骤被表述为程序代码，该方法能借此在至少一台计算机上运行。

另外，该任务通过一种计算机程序来完成，其包含的可执行指令当在计算单元、微控制器、DSP、FPGA或计算机或处于网络中的多个这些装置上运行时执行上述方法。

另外，该任务通过一种计算机程序来完成，其具有程序代码介质以用于当程序在计算单元、微控制器、DSP、FPGA或计算机或处于网络中的多个这些装置上运行时执行本发明方法的多个设计方案之一。尤其是，程序代码介质可以是存储在计算机可读数据载体上的指令。

另外，该任务通过一种数据载体来完成，其上所存储的数据结构在上传到计算单元、微控制器、DSP、FPGA或处于网络中的多个这些装置的内存和/或主要存储器之后能执行本发明方法的多个设计方案之一。

该任务也通过一种具有存储在计算机可读载体上的程序代码介质的计算机程序产品来完成，以便当程序在计算单元、微控制器、DSP、FPGA或计算机或处于网络中的多个这些装置上运行时执行本发明方法的多个设计方案之一。在此，计算机程序产品是指作为市售产品的程序。它原则上能以任何形式存在，因此例如在纸张或计算机可读数据载体上并且能尤其通过数据传输网络被分发。

最终，该任务通过一种经过调制的数据信号来完成，其包含可由计算单元、微控制器、DSP、FPGA或计算机或处于网络中的多个这些装置运行的指令以执行本发明方法的多个设计方案之一。

作为用于执行该方法的计算机系统，不仅考虑单独的计算机或微控制器、DSP或FPGA，也考虑微控制器、DSP、FPGA或计算机的网络，例如家用独立网络或还有通过互联网相连的电脑。另外，计算机系统可以通过客户-服务器配置实现，其中本发明的一部分在服务器上运行，另一部分在客户端运行。

另外，该任务通过一种具有用于执行如前所述的方法的机构的装置来完成。

其它细节和特征来自以下结合附图对优选实施例的说明。在此情况下，各自特征可以本身单独地或多个相互组合地实现。完成该任务的可能方式不局限于这些实施例。因此，例如范围说明总是包含所有的未提到的中间值和所有可想到的子区间。

各实施例在附图中被示意性示出。在一些附图中的相同的附图标记此时标示相同的或功能相同的或就其功能而言彼此对应的零部件，具体地：

图1示出了其中可以采用根据本发明的方法的具有电磁阀的安全阀的示意图，

图2示出了曲线，其示意性表示在执行根据本发明的方法的变型时在安全阀的驱动装置内的压力的时间曲线，

图3示出了曲线，其示意性表示在执行根据本发明的方法的简化变型时在安全阀的驱动装置内的压力的时间曲线。

在图1中示出了典型的安全阀100的示意性结构。其包含带有阀芯的实际阀110，阀芯借助气动驱动装置130被操作。驱动装置内的压力状况在安全情况下通过电磁阀140来控制。该电磁阀在正常工作中被通电(电流供应装置未示出)。如果电磁阀140的电流供应被中断，则它切换到其安全位置并开通驱动装置至大气的连通，由此在驱动装置内的压力降低至环境压力，并且阀110移动到安全位置。在图1的示意图中能看到该状态：左侧阀位置是起效的，在此，位置调节器120与驱动装置130之间的控制管线160被断开，取而代之，切换至驱动装置连通至大气，由在电磁阀140上的左下侧的箭头表明。如果电磁阀140处于其工作位置，则右半侧起效，其开通位置调节器120与驱动装置130之间的控制管线160。

位置调节器120安装在安全阀100上并调节阀芯的行程位置以及驱动装置内的压力180。位置调节器120为此能够短暂中断电磁阀140的电流供应以执行电磁阀140的功能能力的检查。通过进风管线150来表示位置调节器120的压缩空气供应装置。驱动装置130通过控制连接管线160连接至位置调节器120。在电磁阀140后，压力还通至位置调节器120的测量接头180。进风管线150内的压力借助压力传感器170被确定。

因为进风压力波动并且驱动压力也因为过程变化或因摩擦而可能改变，因此在具体的安全阀上初次执行根据本发明的方法被用作安全阀的参考。即，压差以及消除压差所需要的对应时间作为参考值被存储。从而确定针对该规定压力降的时间。在每次进一步执行时，总是将出现的压差与所存储的参考值进行比较。

在每次执行根据本发明的方法时，首先通过传感器180测量开始压力或工作压力p

dp＝p

以及改变的压差f*dp。在此，f<1，例如f＝0.8。在驱动装置130完全加压之后，电磁阀140的通电从时刻t

在这里可能出现以下两种情况：

达到压差dp或优选达到f*dp，并且驱动装置130内的压力被消除至相应水平

p

(预定参考压力，由点划线所示)。这意味着，电磁阀如要求的那样工作，即，测试被评估为合格。

或者超过预定时刻，而没有达到压力水平p

在出现其中一种所述情况之后，电磁阀又被通电，其由此切换到工作位置。

在图2中示出了测试合格的第一情况，并且确切地说是其中压力被连续监测的方法的变型。已经在时刻t

在图3中能看到在根据本发明的方法的简化变型中的示意性压力曲线。在此情况下放弃连续压力测量。仅在测试结束时的预定时刻t

阀芯位置在此过程中保持不变，尤其因为p

但在此情况下，如果空气功率已改变了预定值，则可以输出警报信号。

声学信号(如啪嗒声或嘶嘶声)和/或所记录的电磁阀电流变化曲线可以作为其它的诊断信息。尤其是，在电磁阀切换到安全位置时所记录的电流变化曲线可以提供关于电磁阀磨损状态的信息。

在电磁阀140又被切换到工作位置之后，驱动装置130内的压力又升高，因为控制管线160还连接至压缩空气供应装置150。在电磁阀功能能力的检查结束后，位置调节器120再将驱动装置内的压力调节到工作压力p

在实际应用中，压缩空气系统例如可以提供4巴(bar)进风压力。于是，2巴被用作驱动装置内的工作压力。于是作为压差得到dp＝2巴。该压差如所述的那样乘以一个小于1的系数，以便很可靠地避免在检查期间的阀驱动装置的运动。例如该系数可以是f＝0.8。于是，f*dp＝1.6巴，因此在阀驱动装置运动可能例如在出现进一步压力波动或其它故障时开始的区域之前有0.4巴的储备压力。

位置调节器可以借助通信协议(例如HART信号、无线电信号、高级物理层/APL、过程现场总线等)或借助二进制信号或通过现场条件接收用于触发电磁阀功能能力的根据本发明的检查的指令。

词汇表

阀的流体驱动装置

当阀的驱动杆被隔膜移动时，会涉及流体驱动阀，隔膜通过流体(通常是压缩空气)加压并由此被定位。

电磁阀

电磁阀是具有电磁驱动装置的阀。电磁阀可以依据构型很快速地切换。

参考压力

其是指预先设定的压力，在根据本发明的方法的运行中在一定时间内要低于该预定压力。

安全阀

在这里，具有通断工作方式和安全相关应用的调节阀门被称为安全阀。调节阀门通常由流体驱动装置和活动阀芯构成并且用于调节流体流。阀的类型可以不仅是回转阀，也可以是提升阀。在安全相关阀门的范围内，一般采用单向作用的气动驱动装置。当驱动装置被泄压时、即压缩空气逸出驱动装置腔室时，在一侧由弹簧力预紧的驱动装置自动移动到安全位置。例如在电流-压力(l/P)换能器或电磁阀不再通电时，就会发生这种情况。

在安全阀门的情况下，安全阀通常在正常工作中是打开的，并且在故障状况下(例如断电时)该安全阀自动关闭。压缩空气总是作用于弹簧力。如果现在泄压该驱动装置，则阀开始关闭，因为弹簧力被释放。安全位置也可以是断电打开(驱动装置泄压)和通电关闭的(驱动装置加压)。因而在安全位置处，在驱动装置中仅存在环境压力。

通常，安全阀被配置成它们在低于驱动装置内的最大可能压力的工作压力下到达工作位置(例如全开)。这是特别有意义的，因为最大可供压力因压力发生设备的性能而经常遇到更强烈的波动。

部分行程测试(PST)

为了确保阀门的安全运行，会定期或周期性地测试调节机构是否真的在移动。在该测试中不希望阀门完全移入安全位置以免中断正在进行的操作。在部分行程测试中，调节机构仅移动到必要的距离，以确保调节机构移动部分行程而不会显著影响设备的工作过程。在此还要测试调节机构尤其是否从其位置分离或松脱。调节机构在其部分行程测试之后返回其初始位置。利用该测试，可以检查调节机构的基本运动能力。

阀芯

阀芯是在其被压到阀座上时关闭阀的元件。

附图标记

100 安全阀

110 实际阀；具有阀芯的阀体

120 位置调节器

130 阀驱动装置

140 电磁阀

150 压缩空气供应装置

160 控制管线

170 用于进风管线的压力传感器

180 用于驱动压力的压力传感器

p 压力

p

p

p

p

t 时间

t

t

t

t

引用文献

引用专利文献

US 10 240 687 B2

WO 2007/087030 A1

US 10 041 610 B2

US 10 234 058 B2

US 8 540 211 B2

DE 10 2006 045 775 A1

DE 199 24 377 B4