一种用于电动阀的在线实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及电动阀领域，具体涉及一种用于电动阀的在线实时监测装置及方法。

背景技术

当前，电动阀核电、火电和石化中广泛应用，不仅数量多、型号广，而且在设备系统运行中起着重要的控制、调节作用；阀门设备功能的正常与否，阀门的运行状态，直接关系到系统和整个电厂的安全经济运行。在现有的电动阀的维修技术中，主要采用的还是定期维修和故障维修，这种维修技术，存在如下几个问题：1.效率低，定期维修的阀门中，约不到50％的阀门需要维修；2.失效晚。对于很多阀门，在对其进行维修时，阀门已经产生缺陷，部分阀门甚至给机组带来了重大损失，比如停机、停堆、流体外漏、环境污染等；3.成本高。因为过量的阀门维修，会带来人力、备件和时间成本高；4.部分阀门还存在过度维修或维修不到位的情况；5.运行过程，无法监控阀门的状态和获取阀门的参数。

上述阀门运行维修过程中出现的问题，会直接影响生产，严重时还会影响到环保和安全，甚至带来重大经济损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于电动阀在线实时监测的装置，实现实时监测，及时识别电动阀在运行中可能存在的问题，保证电动阀使用的安全高效。

为实现上述目的，本发明提供一种用于电动阀的在线实时监测装置，所述电动阀包括阀门、阀杆、电机、以及连接电机和阀杆的传动机构，所述在线实时监测装置包括传感器组件、采集系统、交换机站、以及服务器站；所述传感器包括电流传感器、电压传感器、以及执行力传感器，所述电流传感器和电压传感器用于测量电机的电流和电压、并通过讯号线缆与采集系统连接，所述执行力传感器用于测量阀杆动作时的开关执行力、并通过与讯号线缆与采集系统连接，所述开关执行力为扭矩或者推力；所述交换机站通过线缆与采集系统连接，所述服务器站通过网线与交换机站相连，所述服务器站包括服务器和PC终端。

进一步地，所述执行力传感器为应变计，所述应变计安装在阀杆上。

进一步地，所述传感器组件还包括行程传感器，所述行程传感器用于测量阀杆的行程、并通过讯号线缆与采集系统连接。

进一步地，包括多套传感器组件和多个采集系统、且传感器组件与采集系统一一对应，每套传感器组件测量一个电动阀。

进一步地，还包括云计算中心，所述云计算中心与服务器站信号相连。

进一步地，所述交换机站中设有钟模块，所述服务器站中设有时钟服务器。

进一步地，所述交换机站和服务器站中都设置远程重置单元。

本发明还提供一种用于电动阀的在线实时监测方法，采用上述的在线实时监测装置进行，包括：

A1、参照设置，确定电动阀中电机所能提供的最大输出扭矩，记为电机能力，并设置在服务器站的服务器和PC终端中；确定电动阀动作的破坏力量和需要力量，并设置在服务器站的服务器和PC终端中；

A2、监测工作，包括:

A21、电机动力监测：利用电流传感器和电压传感器，实时测量电动阀中电机的电流和电压、并将讯号传输给采集系统，采集系统获取电动阀每次开关动作时电机的动作电流和动作电压，并通过交换机站传输给服务器站储存，利用服务器和PC终端根据动作电流和动作电压计算电动阀每次开关动作时电机的动作扭矩，并与电机能力对比分析；

A22、阀杆动作监测：利用传感器组件中的执行力传感器，实时测量阀杆的动作情况、并将讯号传输给采集系统，采集系统获取每次电动阀开关动作时阀杆的开关执行力，并通过交换机站传输给服务器站储存，利用服务器和PC终端将阀杆的开关执行力与电动阀的破坏力量和需要力量进行对比分析。

进一步地，所述在线实时监测装置还包括云计算中心，所述云计算中心与服务器站信号相连，所述在线实时监测方法还包括：A3、服务器站将电动阀每次开关动作时的电机的动作扭矩、以及阀杆的开关执行力都上传到云计算中心，并建立监测云计算图，监测云计算图的横坐标为电机的动作扭矩、纵坐标为阀杆的开关执行力，并在监测云计算图中显示电动阀的破坏力量和需要力量、以及电机能力。

进一步地，所述传感器组件还包括行程传感器，所述行程传感器用于测量阀杆的行程、并通过讯号线缆与采集系统连接，A22阀杆动作监测中还包括：利用行程传感器，实时测量阀杆的动作情况、并将讯号传输给采集系统，采集系统获取电动阀每次开关动作时阀杆的位移量，并通过交换机站传输给服务器站储存；利用服务器和PC终端，根据阀杆的位移量和开关执行力、以及电机的动作扭矩，计算出阀杆摩擦系数，并储存分析。

如上所述，本发明涉及的在线实时监测装置及方法，具有以下有益效果：

通过设置传感器组件、采集系统、交换机站、以及服务器站，传感器组件用于对电动阀进行实时测量，电流传感器和电压传感器对电机的电流和电压进行实施测量，执行力传感器用于测量阀杆动作时的开关执行力；采集系统根据传来的讯号，获取电动阀每次开关动作时电机的动作电流和动作电压、以及阀杆的开关执行力，通过交换机站，传输到服务器站，利用服务器和PC终端对动作电流和动作电压、以及开关执行力进行储存计算分析，分析电动阀开关动作时，电机的动作扭矩是否满足要求，阀杆的开关执行力是否满足要求。本发明涉及的线实时监测装置，同时对电动阀的电机动力和阀杆动作进行监控，实现了多方面监测，能够对监测的数据进行采集、存储、监控分析，及时识别电动阀在运行中可能存在的问题，分析预测电动阀的潜在故障和风险，工作效率高，保证了电动阀的使用安全，提高了维修质量。

附图说明

图1为本发明的在线实时监测装置的结构示意图。

图2为本发明中的交换机站和服务器站的组成示意图。

图3为本发明的在线实时监测装置的工作流程示意图。

图4为本发明中的监测云计算图的示意图。

元件标号说明

1 阀门

2 阀杆

3 电机

4 电流传感器

5 电流讯号线缆

6 电压传感器

7 电压讯号线缆

8 行程传感器

9 行程讯号线缆

10 应变计

11 应变讯号线缆

12 采集系统

13 采集连接线缆

14 交换机站

15 网线

16 服务器站

17 云计算中心

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1和图2，本发明提供了一种用于电动阀的在线实时监测装置，电动阀包括阀门1、阀杆2、电机3、以及连接电机3和阀杆2的传动机构，电机3转动，通过传动机构带动阀杆2运动，阀杆2带动阀门1进行开闭。

在线实时监测装置包括传感器组件、采集系统12、交换机站14、以及服务器站16；传感器包括电流传感器4、电压传感器6、以及执行力传感器，电流传感器4和电压传感器6用于测量电机3的电流和电压、并通过讯号线缆与采集系统12连接，执行力传感器用于测量阀杆2动作时的开关执行力、并通过与讯号线缆与采集系统12连接，开关执行力为扭矩或者推力；交换机站14通过线缆与采集系统12连接，服务器站16通过网线15与交换机站14相连，服务器站16包括服务器和PC终端。其中，开关执行力类型根据电动阀的类型而确定，具体地，当电动阀的阀门1是通过阀杆2转动而开关时，例如蝶阀等，则开关执行力为扭矩，当电动阀的阀门1是通过阀杆2推动而开关时，则开关执行力为推力，对应的，执行力传感器选用相应的可以测量扭矩或者推力的传感器。

本发明的在线实时监测装置的基本原理为：参见图1和图2，传感器组件用于对电动阀进行实时测量，分为两部分，一部分是对电机3动力的实时测量，一部分是对阀杆2动作的实时测量，具体地，电流传感器4和电压传感器6对电机3的电流和电压进行实施测量，然后分别通过电流讯号线缆5和电压讯号线缆7传输给采集系统12，电流讯号和电压讯号称为动力讯号；执行力传感器用于测量阀杆2动作时的开关执行力，然后通过将讯号传输给采集系统12；采集系统12根据传来的讯号，获取电动阀每次开关动作时电机3的动作电流和动作电压、以及阀杆2的开关执行力，通过采集连接线13传输到交换机站14，然后通过网线15传输到服务器站16，服务器站16中的服务器和PC终端用于进行数据的存储计算分析处理，利用服务器和PC终端对动作电流和动作电压、以及的开关执行力进行储存计算分析，分析电动阀开关动作时，电机3的动作扭矩是否满足要求，阀杆2的开关执行力是否满足要求，具体地的计算对比分析过程见下文中。

本发明涉及的线实时监测装置，同时对电动阀的电机3和阀杆2进行实时监控，实现了多方面监测，能够对监测的数据进行采集、存储、监控分析，及时识别电动阀在运行中可能存在的问题，分析预测电动阀的潜在故障和风险。工作效率高，保证了电动阀的使用安全，避免了电动阀的过度维修、重复性维修等问题，提高修质量。

本发明的在线实时监测装置，可以用于测量多种类型的电动阀，电动阀的阀门1开启类型，可以是通过阀杆2转动驱动，也可以是通过阀杆2推动驱动，电机3通过传动机构带动阀杆2转动，根据阀杆2动作类型的不同，选择不同的传动机构，例如，参见图1和图2，传动机构包括减速齿轮、蜗杆和阀杆螺母，电机3转动，通过减速齿轮、蜗杆和阀杆螺母，将动力传递到阀杆2，实现阀门1的开关动作。

参见图1，作为优选设计，在本实施例中，执行力传感器为应变计10，应变计10安装在阀杆2上，应变计10通过测量阀杆2周向或轴向的应变量，来测量阀杆2的开关执行力，然后通过应变讯号线缆11传输给采集系统12。

作为优选设计，在本实施例中，传感器组件还包括行程传感器8，行程传感器8用于测量阀杆2的行程、并通过讯号线缆与采集系统12连接。参见图1和图2，行程传感器8安装在阀杆2上，随着阀杆2一起运动，以此测量阀门1开关过程中阀杆2的位移量，最后通过行程讯号线缆9传输交换机站14，最终传到服务器站16进行存储分析计算，行程讯号和开关执行力讯号称为动作讯号。服务器和PC终端可以根据阀杆2行程、电机3的动作扭矩、以及阀杆2的开关执行力，并结合电动阀本身特性，进行相应的计算，得到每次动作时的阀杆摩擦系数，以此通过监测电动阀每次开关动作时阀杆摩擦系数，来分析电动阀是否存在降级的可能性。其中，根据阀杆2的开关执行力和行程、电机3的动作扭矩、以及电动阀本身特性来计算阀杆摩擦系数的方法，为电动阀技术领域现有已知的。

作为优选设计，在线实时监测装置包括多套传感器组件和多个采集系统12、且传感器组件与采集系统12一一对应，每套传感器组件测量一个电动阀，然后将讯号传输到对应采集系统12，以此可以同时对多个电动阀进行实时监测工作。

在本实施例中，参见图1和图2，交换机站14中包括电源模块、交换机、以太网接口、远程重置单元和时钟模块，服务器站16中包括服务器、时钟服务器、电源模块、交换机、远程重置单元、PC终端和以太网接口，电源模块用于提供电源，交换机用于数据的传递交换，时钟服务器和时钟模块用于装置系统的时钟同步，以太网接口用于连接以太网网线15实现数据的传输，远程重置单元用于在系统宕机时实现采集系统12的远程重启。

本发明还提供了一种用于电动阀的在线实时监测方法，其特征在于：采用权利要求1所示的在线实时监测装置进行，包括：

A1、参照设置，确定电动阀中电机3所能提供的最大输出扭矩，记为电机能力，并设置在服务器站16的服务器和PC终端中；确定电动阀动作的破坏力量和需要力量，并设置在服务器站16的服务器和PC终端中。

具体地，在本发明中，电动阀的破坏力量为阀门1开闭动作时阀杆2所要提供的最小力量，破坏力量为阀杆2所提供力量会导致阀门1或者其他结构损坏时的最小值，破坏力量和需要力量可以是推力或者扭矩，具体根据电动阀类型确定。当选定一个电动阀后，其电机能力、破坏力量和需要力量是确定的，可根据电动阀相关参数计算确定。电机能力、破坏力量和需要力量用于后续判断电动阀开关动作时是否正常的参照。

A2、监测工作，包括:

A21、电机动力监测：利用电流传感器4和电压传感器6，实时测量电动阀中电机3的电流和电压、并将讯号传输给采集系统12，采集系统12获取电动阀每次开关动作时电机3的动作电流和动作电压，并通过交换机站14传输给服务器站16储存，利用服务器和PC终端根据动作电流和动作电压计算电动阀每次开关动作时电机3的动作扭矩，并与电机能力对比分析。具体地，服务器和PC终端根据动作电流、动作电压以及电机3本身相关参数，计算得到每次动作时的动作扭矩，与电机能力对比分析，在电动阀开关动作过程中，电机3实际的动作扭矩应该要低于电机能力，以此来保证电动阀能够被顺利的开关动作，也即监测电磁阀中所配电机的电机能力是否足够，当监测到电机3的动作扭矩接近电机能力的时候，即说明电机3的能力可能出现不足，则可能需要对电磁阀检查更换。

A22、阀杆动作监测：利用传感器组件中的执行力传感器，实时测量阀杆2的动作情况、并将讯号传输给采集系统12，采集系统12获取每次电动阀开关动作时阀杆2的开关执行力，并通过交换机站14传输给服务器站16储存，利用服务器和PC终端将阀杆2的开关执行力与电动阀的破坏力量和需要力量进行对比分析。

具体地，在电动阀正常开关过程中，阀杆2的开关执行力应该在破坏力量和需要力量之间，以此确保阀门1能够正常开启，同时不对电动阀造成损坏。通过监测每次开关时阀杆2的开关执行力，观察其变化规律，同时监测开关执行力与破坏力量和需要力量的关系，来确定电动阀的开关动作是否正常。当开关执行力接近甚至超过破坏力量时，则可能会对电动阀造成损坏，当开关执行力低于或者略高于需要力量的情况时，则可能存在阀门3无法顺利打开现象，以此来监测电动阀可能存在潜在的故障风险。实际使用时，可以根据破坏力量和一定安全系数确定一个力量上安全值，根据需求力量和一定安全系数确定一个力量下安全值，监测阀杆2的开关执行力是否落入力量上安全值和力量下安全值之间。

当在线实时监测装置还包括利用行程传感器8时，A22阀杆动作监测还包括：利用行程传感器8，实时测量阀杆2的动作情况、并将讯号传输给采集系统12，采集系统12获取电动阀每次开关动作时阀杆2的位移量，并通过交换机站14传输给服务器站16储存；利用服务器和PC终端，根据阀杆2的位移量和开关执行力、以及电机3的动作扭矩，计算出阀杆摩擦系数，并储存分析。阀杆2摩擦力反映阀杆2的动作情况，阀杆2摩擦力的变化可以反映电动阀是否存在降级可能。不同的阀杆摩擦系数，会对阀门1开关时的需要力量有影响，摩擦系数越小，阀门1动作时的实际需要的力量也就越低。

A3、采用本实施例中的在线实时监测装置时，服务器站16将传输过来的数据都上传到云计算中心17，包括将电动阀每次开关动作的电机3的动作扭矩、以及阀杆2的开关执行力都上传到云计算中心17，并建立监测云计算图，监测云计算图的横坐标为电机3的动作扭矩、纵坐标为阀杆2的开关执行力，并在监测云计算图中显示电动阀的破坏力量和需要力量、以及电机能力。以此，电动阀每次开关动作的情况都可以用点的形式显示监测云计算图中，参见图4，图4中的每个圆点即代表每次动作时的电动阀的数据，位于到破坏力量和需要力量之间、并同时位于电机能力左侧的圆点即说明电动阀该次开关动作正常，电动阀处于正常运行状态。通过设置云计算中心17，可以将多个电动阀的多次开关动作而构成的庞大数据进行储备分析，运用大数据管理，对所有电动阀的运行状态和动作情况进行统计记录分析，及时发现问题，及时报警。通过获得的大量电动阀动作参数数据，不但能实现电动阀维修大纲、维修计划和维修策略的优化，还能预测阀门1的维修周期和维修状态，真正实现电动阀的智慧维修。

由上可知，本发明的在线实时监测装置和方法，监测参数多，实现了对电动阀中电机3运行和阀门1动作的同时监测，能够及时识别电动阀在运行中可能存在的问题，及时报警，及时维修，安全高效。并且，能够对多个电动阀进行监测，使电动阀的维修更换更加准确，减少过度维修、重复维修等问题，减少人力、备件和时间成本，同时能够有效避免维修不到位情况，提高了智慧维修水平。

综上所述，发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。