用于無線監視和預測線性閥故障的系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于控制和監視工業設施中的流體流動的系統和裝置。更特定而言，本發明涉及用于無線地監視和預測線性閥的故障的系統和方法。
【背景技術】
[0002]在當今的工業環境中，系統和設備必須在數十年前認為不可能的水平運行。全球競爭推動工業持續地改進過程操作、產品品質、產量和生產率并且利用比之前更少的人力。生產設備必須實現前所未有的可靠性、可用性和可維護性水平，因為工廠管理者設法降低操作和支持成本并且排除或最小化資本投資。簡言之，工業必須訴諸于新的措施來改進生產、性能、安全性和可靠性，而同時最小化成本并且延長新的和老化設備的操作壽命。
[0003]閥和氣動促動器是每個流程工業中的重要元件。同一申請人的W02008/078323公開了一種用于無線地監視工業設施中的閥狀態特別是角位置的裝置和系統。更具體而言，這個公告公開了安裝到球閥(在本領域中也被稱作“直角回轉閥”)上的附加監視裝置和由多個這樣的監視裝置所形成的網絡。監視裝置在短程無線網絡諸如藍牙、Zigbee、ISA100或無線HART等中操作。每個監視裝置經由短程網絡向控制中心報告每個相應球閥的狀態。
[0004]W02008/078323的監視裝置可以附連到手動操作的直角回轉閥上、或者附連到利用閥促動裝置而遠程促動的直角回轉閥上。W02008/078323的監視裝置的發射器周期性地、或者當發生事件時發射所述直角回轉閥的狀態能允許所述裝置的發射器大部分時間保持在“休眠狀態”，并且僅在需要的時間“喚醒”以用于發射所述閥的狀態。以此操作方式，可以使用相對緊湊的電池，并且這種電池能持續長達數年。
[0005]在另一典型方面中，閥可以旋轉(手動地或者利用促動器)到0°至90°范圍內的任何所希望的角位置。W02008/078323的監視裝置能以非常高的精確度來無線地報告所述桿的角位置。在自動操作的情況下，監視裝置向控制中心提供反饋，反饋能允許控制中心確認的確已經適當地設置了閥的所需角定位。
[0006]在另一方面，PCT/IL2013/050494公開了一種用于預測直角回轉閥促動器的未來故障的系統。一般而言，PCT/IL2013/050494的系統包括:(a)傳感器，其用于當在促動器處接收到控制命令時，持續地感測閥桿的角位置，并且向監視單元輸送相應角度變化信號；以及，(b)監視單元，其包括(bl)采樣單元，其用于接收所述角度變化信號并且產生轉變矢量(transit1n vector)，轉變矢量包括來自所述角度變化信號的周期性采樣；(b2)本地存儲器，其用于存儲所述促動器-閥對的標稱轉變值；以及(b3)本地比較器單元，其用于將所述轉變矢量的至少一部分與標稱轉變值的相對應的所存儲的集合相比較，并且如果確定了差值高于一個或多個預先限定的閾值，則發布所述促動器可能故障的警報。
[0007]如所提到的那樣，W02008/078323和PCT/IL2013/050494針對于利用直角回轉閥進行的操作。更具體而言，W02008/078323提供了一種監視裝置，其確定并且報告直角回轉閥的角位置，并且PCT/IL2013/050494預測了直角回轉閥的促動器的可能故障。
[0008]類似于直角回轉閥，線性閥也廣泛地在用于控制流體流動的工業中使用。然而，W02008/078323和PCT/IL2013/050494的監視和預測裝置分別不能在線性閥環境中執行所述監視或預測任務，因為它們都被設計成用于僅在發生了桿的角度變化時操作，如在直角回轉閥環境中的情況。
[0009]通常，當從打開狀態切換到閉合狀態時，或者從閉合狀態切換到打開狀態時，線性閥的桿被線性地移位數十毫米的距離(例如，25毫米)。為了監視閥的狀態，通常設置了來自桿的延伸部來啟動一對微型開關。來自所述成對微型開關的第一開關被設置于延伸部的假設移位的第一端處，而來自所述微型開關的第二開關被設置于假設移位的相對端處。以此方式，兩個微型開關的狀態分別提供關于閥是處于其閉合狀態還是處于其打開狀態的指不ο
[0010]線性閥廣泛地用于食品工業中，例如用于奶制品工業中。當用于奶制品工業中時，需要維持持續關注并且格外小心以便在操作期間保持管、閥、和所有相關聯的內部部件完全清潔，從而避免細菌的滋生。這對于奶制品工業產品典型的批量生產和快速分配和使用而言特別重要。例如，如果并未完好地維持管和閥部件的清潔，則甚至在檢測到故障和污染之前的很短時間(大約數小時)內，數以萬計人的健康可能會同時受到影響。為了在奶制品工業中維持管、閥和內部部件衛生，通常使用“雙閥”結構，并且每隔數小時執行一次“雙提升”程序。“雙提升閥”是定位在介于兩個管之間的通道中的兩個線性閥的結構。在主要操作模式中，所述兩個閥可以同時移位以打開介于兩個管之間的通道，因而允許材料從一個管流到另一個管。當兩個閥不移位時，由于在閥上的密封件，則在管之間并不存在材料流動。在另一操作模式，當兩個閥處于閉合位置時，所述兩個閥中每一個可能獨立于另一個移位，而另一個閥保持靜止并且閉合。在正常奶制品生產的時間期間，通過將兩個閥同時移位到相同方向，促動器可能閉合或打開介于兩個管之間的通道，由此能允許材料在管之間的流動。過程中清潔(CIP)程序(其通常每數小時執行一次)是雙步驟程序。CIP程序總是始于其中兩個閥處于閉合位置的狀態。在第一步驟期間，促動器使所述兩個閥中的第一個閥部分地向第一方向移位到第一管內，而第二閥保持靜止在通道閉合的狀態。在部分移位之后，所述第一閥被第一管內的清潔劑和水的流動加以沖洗。在完成對第一閥的沖洗時，通過使這個閥返回到通道閉合的位置(在這個階段，由所述兩個閥二者來保持通道閉合)，促動器再次執行部分移位。由促動器使所述兩個閥中的第二個閥部分地向第二方向移位到所述第二管的空間內來起始CIP程序的第二步驟，而第一閥保持靜止在通道閉合的狀態。在部分移位之后，所述第二閥現由第二管內的清潔劑和水的流動加以沖洗。在完成對第二閥的沖洗之后，通過使這個閥返回到通道閉合的位置，則促動器再次執行部分移位，并且完成沖洗程序(在這個階段，同樣由所述兩個閥二者來維持通道閉合)。
[0011]主要打開-閉合線性移位通常為大約25至50_。相比而言，部分(CIP)移位通常更小得多，大約為所述主要打開-閉合移位的5-10%。更具體而言，雖然主要打開-閉合移位大約為至少25至50mm(取決于具體應用)，所述部分移位為大約2_4mm。遺憾的是，上文所討論的所述微型開關布置能夠感測大約至少15-20毫米的移位，而不能感測這種2-4毫米的較短移位。由于這種限制，執行所述兩步驟CIP程序，而無需向控制中心反饋，即，并未監視所述閥的部分移位，并且未確保移位的確已發生。顯然，這種沒有反饋的操作方式給制造商帶來重大風險(丟失產品和材料的風險)并且也給公眾健康帶來重大風險。此外，目前使用的程序并不能允許關于部件故障做出任何預測。
[0012]因此，本發明的目的在于提供一種特別地適合于線性閥的無線監視系統。
[0013]本發明的另一目的在于提供一種無線監視系統，這種無線監視系統能夠監視線性閥的較短移位，如在食品工業中清潔程序期間特別地執行的線性閥的較短移位。
[0014]本發明的再一目的在于提供一種監視系統，其能檢測線性閥操作中的故障。
[0015]本發明的又一目的在于提供一種監視系統，這種監視系統能夠預測線性閥的操作中的故障。
[0016]本發明的還一目的在于提供所述監視、故障檢測和預測系統，這種系統能容易地適用于目前市場上的線性閥。
[0017]本發明的又一目的在于提供所述監視、故障檢測和預測系統，其為附加系統。
[0018]通過下文的描述，本發明的其它目的和優點將會變得顯而易見。
【發明內容】
[0019]一種用于監視線性促動器-閥對操作和用于在故障的早期發展階段檢測故障的系統，這種系統包括:(a)用于打開和閉合介于兩個管之間的通道的線性閥；(b)用于通過使所述閥的桿完全或部分移位而將所述閥驅動到閉合或打開狀態的線性促動器；(c)角度無線閥監視裝置，其用于通過檢查主軸的角取向來監視所述對的狀態并且用于向控制中心報告所述狀態；以及，線性至角度轉換器，其用于將所述桿的所述線性移位轉換為所述主軸的角度進度。
[0020]優選地，所述線性至角度轉換器包括:(a)第二轉移元件，其具有兩個端部，其中在其第一端部處，所述第二轉移元件附連到所述閥桿并且在其第二端部處，所述第二轉移元件鉸接地附連到第一轉移元件；以及(b)第一轉移元件，其鉸接地附連到所述第二轉移元件，并且其也附連到所述主軸的第一端，所述主軸在其另一端處連接到所述角度無線閥監視裝置。
[0021]優選地，所述線性閥是包括兩個個別閥的雙閥，且其中所述促動器能同時驅動