[发明专利]用于预测现场总线歧管组件的电磁先导操控阀故障的装置和方法

说明书

现场总线电磁阀系统具有安装有电磁先导器并由电磁先导器操作的电磁操作控制阀。直流电源被连接到电磁先导器的线圈和用于致动线圈的驱动器。电阻元件以串联的方式与电源、驱动器、电磁线圈和大地连接。频率发生器连接到电路上，用于为线圈产生频率脉冲串，该线圈具有不使电磁先导器致动的特性。线圈和电阻元件之间的电压被测量，并将测量电压与从同一电路位置测量的基准电压值进行比较。当测量电压随时间从所述基准电压增加到预定量时，指示信号显示在现场总线电磁阀系统上或外部。

技术领域

本发明涉及用于预测现场总线歧管组件的电磁阀控制系统故障的早期预警系统。

背景技术

包含阀歧管组件的现场总线系统通常用于工业制造中，用于选择性地将气动压力引导到各种气动操作的现场设备。歧管组件通常是模块化的并且通常装配有多个I/O模块、通信模块和歧管构件。歧管构件包括装有一个或多个气动控制阀的歧管块，并且通常被称为歧管的阀站。气动控制阀通常由电磁先导阀操作,该电磁先导阀通常仅被称为电磁先导器，它移动控制阀中的阀芯，该阀芯控制气动流的方向以操作各个现场设备。这些电磁先导器由流过其线圈的电流致动，该电流产生磁场，磁场拉动并打开电磁先导器以允许加压空气通过从而移动阀体的阀芯。歧管构件通常具有公共的先导压力通道，该通道连接到控制阀的电磁先导器进而控制主压力流到相应的气动现场设备。在其他歧管中，使用直接操作阀，其中电磁线圈产生的磁场力直接拉动阀芯，而不使用气压来控制阀芯。现场设备通常是具有活塞的气缸组件，它根据阀门的阀芯位置在缩回位置到伸出位置间做往复循环。

这些歧管组件能够合并多个歧管块和阀站，而这些阀站又在大型制造或工业生产线中操控多个现场设备。每个控制阀都需要正确运行以维持相应现场设备的适当运行。单个控制阀的故障可能导致整个制造或工业生产线停止运行。控制阀故障通常是由机械磨损引起的，但也受到电磁先导器和相关线圈退化的影响。虽然控制阀的电磁先导器的线圈由于没有任何运动部件而可能会维持很长时间，但它仍然会受到环境因素的影响，从而降低其使用寿命。线圈可能处于非常有毒或肮脏的环境中，还可能会受到热温度循环、腐蚀性化学物质、振动或灰尘和污垢的影响。因此，环境因素可能会使线圈尤其是围绕导线的绝缘包裹物退化，以至于影响控制阀的功能。

由于工业生产线的计划外停机会影响生产并因此导致收入损失，因此在电磁线圈(或整个控制阀)完全故障发生之前首先显示出退化迹象时通过更换受影响的电磁线圈(或整个控制阀)来防止停机，并且在不影响生产的定期维护和正常停机期间更换它们是非常有利的。这种早期的预防性维护可以防止生产线的计划外停机，从而防止生产损失。如果可以预测电磁线圈的故障，则可以在电磁线圈完全失效之前提前更换电磁线圈。故障的预测在故障不是突然发生的并且随着时间的推移提供某种预警时是可能的。换句话说，如果异常行为或性能的早期退化可以作为早期预警指标被检测到，那么预测即将发生的故障就成为可能。

各种电磁控制阀系统的监测方法已经被提出。其中一种方案是根据特定的时间值来监控控制阀体内的阀芯。阀芯的位置是通过使用安装在控制阀阀芯上的磁铁和霍尔效应传感器或其他传感器装置突向控制阀体内来感应当阀芯在其两个末端位置之间移动时磁铁的接近度来检测的。运动是定时的，并且如果提供给电磁先导器和控制阀的压力和电压值是恒定的，如果测得的时间减慢到超过正常运行值则认为该阀需要更换。通常这些计时器、压力传感器和霍尔效应传感器和其他传感器都设置在控制阀体内。然而，这种方法要求控制阀和/或歧管块最初就设计和构造有适当的传感器和磁体，同时它并没有解决减少对阀门修改的需要以及无法满足监控许多已经安装在自动化工业装配线上的控制阀和歧管构件的需要。

其他方案涉及从现场总线歧管处的控制阀致动到现场设备的最终循环位置的定时功能，例如气缸活塞从缩回位置移动到伸出位置间循环运动所花费的时间。具有计算能力和存储器的现场总线系统将运行时间信号值与预设可接受的运行时间值进行比较，并且如果运行时间值与预设可接受的运行时间值相比发生了不可接受的变化，则在现场总线模块处提供警告或其他指示。然而，这个系统在控制阀功能发生故障之前并不专门检测电磁线圈的退化。