智能化阀门试验台的研究

罗 斌 * 刘小齐 徐维普 胡展鹏

（1. 上海市特种设备监督检验技术研究院 2.长庆油田技术监测中心 3.上海增欣机电科技股份有限公司）

0 引 言

随着物联网、大数据和移动应用等信息技术不断发展，又一轮工业革命提上日程，工业转型开始进入实质阶段。“智能制造”、“中国制造2025”等战略相继出台，企业应把握新一轮发展机遇，实现工业化转型。智能工厂是工业智能化发展的重要实践模式，引发了行业的广泛关注。阀门压力试验机是阀门生产出厂检验的关键环节，其实用性及可靠性十分重要。而随着智能制造持续发展，工厂智能化、自动化越来越受到关注，阀门试验台智能化也成为了趋势。

1 需求分析

1.1 人力资源智能化

随着人力成本不断上升，招工难的状况日趋严峻，制造企业不得不考虑提高生产自动化水平以降低人力需求，人工成本优势已经逐渐消失。

1.2 工业生产效率智能化

被检测阀门（DN300 mm 以下）完成一个泵验过程需要的时间约为15 min：其中阀门装夹需1.5 min，壳体需要3 min，高压左、右水密封需要5 min，低压气密封需要5 min，卸载阀门需要0.5 min。泵验一台阀门人工需要15 min。传统阀门试验台的操作步骤繁琐且工作强度大，新员工则应进行操作培训，总体工作效率较低。

随着工厂车间自动化流水线、智能化改造陆续提上日程，阀门压力试验是阀门出厂检验的关键环节，试验台的自动化、智能化水平急需提升。

本文提出的智能化阀门试验台将大大提高工作效率，降低工作强度。该试验台可以自动完成阀门的整个试验过程，无需人工操作。需要人工完成的是阀门的装夹以及卸载过程，而阀门试压过程则由电脑自动完成，1 个工人可以同时操作2～3 台设备，大大提高了工作效率，同时降低了劳动强度。

在长时间的高强度工作下，工人的工作效率必然会下降，主观错误也会随之增加。比如，打压阀门时，是否泄漏都是人为观察并判断的结果，人为判断就会存在主观误差。而且，当采用人工操作时，很难确保工人完全按工艺流程进行打压。全自动阀门试验严格按照工艺流程试压，结果客观可靠，试验完成后自动生成试验报告并存储，试验过程可追溯。

2 设备研制

传统阀门试验台均需人工操作，压爪增压需要按照压力对照表点击按钮，并看着压力表打压到对应压力值，打压时需要先设定电接点压力表到要求压力值然后人工点击打压按钮，壳体保压时需要人工观察压力表指针有无下降，密封试验时需要人工开关阀门然后设定压力表，并点击进水打压按钮、密封试验时需要人工观察泄漏情况等，所有步骤都需要人工参与。

智能化阀门试验台仅需一键启动，无需人工值守，试验过程自动完成，试验结果客观可靠。全自动设备通过网络互连，并与工厂数据管理系统对接，可以实现数据共享，打造智能化工厂物联网，如图1所示。通过扫描被测阀门二维码，试验台程序可以读取工厂数据管理系统（如MES 系统等）中相应的阀门试验数据，无需人工输入，试验完成后试验台将试验结果自动保存并传输至工厂数据管理系统。

图1 试压台工厂布局、控制方式示意图

智能化阀门试验台是机、电、液一体化，具有高技术含量、高自动化程度的阀门检测设备，如图2所示。阀门检测过程可实现全自动控制，具有降低工作强度、提高工作效率、节省人工成本等优势。使用程序控制系统中保存的数据，通过对关键字（如检验单编号）进行检索，可以方便地查阅、检索和打印历史检测数据资料，也为后续的质量问题追溯提供了条件。检测数据可传输进工厂数据库管理系统，也可导出到Excel 软件中，通过“USB”接口或网线可以将检测数据资料输出。

图2 全自动阀门试验台

3 主要功能和性能

智能化阀门试验台可以适用的标准包括常规的GB / T 13927—2018《工业阀门 压力试验》，GB / T 26480—2011《阀门的检验和试验》和API 598《阀门的检查和试验》。其中关键的扭矩执行装置包括液压马达、减速机、扭矩传感器、位置传感器、万向节、扳杆及扳爪等。其位置可以调节，从而适应不同的手轮高度。在程序中预先设定各规格阀门的扭矩值、开关圈数或者角度，通过扭矩传感器的反馈信号实现阀门的自动启闭。多回转阀门用圈数加扭矩控制，球阀的启闭由位置传感器控制。扭矩数显盒可以实时显示运行过程中的实际扭矩值、圈数以及角度。

该设备增加了红外检漏装置。红外检漏装置的原理为：按照阀门密封试验标准，将阀门关闭，在设备一端充满高压水或者低压气，另一端充满自然状态下的水或者空气，并由引流管将泄漏量引到红外检漏模块，红外检漏模块由红外发射点和接收点形成1 条射线，当有水滴或者气泡通过射线时，模块将发出1个信号，程序自动记录1 个数据，如图3 所示。

图4 试验步骤示意图

为了验证红外检漏的效果，将红外检漏设备检漏和人工检漏的结果进行了对比。研究表明，人工检漏检出的泄漏率低于红外检漏，红外检漏更加精准。

该设备保留了手动控制方式，可以通过旋钮切换自动控制方式和手动控制方式。手动控制方式为备用功能，可在程序出故障或者试压工艺需要特殊处理等意外情况下使用。自动控制系统由“工业用触摸屏电脑”、“压力传感器”、“转换模块”、“可编程控制器PLC”、 “开关电源”等硬件和“工控组态软件”构成。“触摸屏+PLC”控制系统自动进行阀门压力测试，该系统通过高精度压力传感器的压降来自动判断壳体试验是否合格；红外线检漏装置可以精确测出水密封的泄漏液滴数或气密封的泄漏气泡数，并自动判断密封试验是否合格。试验步骤如图4 所示。

被测阀门的试压参数，可在程序中设定最高允许压力，以免在管理数据库进行参数维护时输入错误的压力值导致打压过高甚至发生危险事件。同样，电脑程序对油压系统也设定了不同口径、不同压力的阀门在试压时的最低保压值。如由设备管路系统泄漏引起的油路掉压，使得在阀门压力试验时夹紧油缸压力非正常降低，程序系统将立即停止试压，并自动泄压，电脑界面提示异常信息。试验前，通过扫描被测阀门二维码，程序将自动调取相应数据，无需人工输入。试验完成后，系统自动保存试验报告，内容包括测试阀门的名称、型号规格、检验员编号、测试标准、测试日期、检验单编号、测试介质、测试压力、保压时间等参数。扫描阀门二维码后，进入参数界面，参数信息包括：阀门类型、口径、公称压力、试压标准、试验标准允许泄漏量、试压介质、试验顺序、试验压力及保压时间等。在特殊情况下，还可以开放参数的修改权限。

4 结论

通过对需求进行分析，确定了智能化阀门测试台研发的重要性和迫切性。智能化阀门试验台适用的标准包括GB/T 13927—2008，GB/T 26480—2011 和API598。智能化阀门试验台是机、电、液一体，高技术含量、高自动化程度的阀门检漏设备。实现对阀门检测过程的全自动控制，具有降低工作强度、提高工作效率、降低人工成本等优势。使用红外检漏技术对气泡进行检漏，将红外检漏和人工检漏比对可知，红外检漏的效率更高。