羅 斌 * 劉小齊 徐維普 胡展鵬

（1. 上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 2.長慶油田技術(shù)監(jiān)測中心 3.上海增欣機電科技股份有限公司）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用等信息技術(shù)不斷發(fā)展，又一輪工業(yè)革命提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進入實質(zhì)階段?！爸悄苤圃臁?、“中國制造2025”等戰(zhàn)略相繼出臺，企業(yè)應(yīng)把握新一輪發(fā)展機遇，實現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。智能工廠是工業(yè)智能化發(fā)展的重要實踐模式，引發(fā)了行業(yè)的廣泛關(guān)注。閥門壓力試驗機是閥門生產(chǎn)出廠檢驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其實用性及可靠性十分重要。而隨著智能制造持續(xù)發(fā)展，工廠智能化、自動化越來越受到關(guān)注，閥門試驗臺智能化也成為了趨勢。

1 需求分析

1.1 人力資源智能化

隨著人力成本不斷上升，招工難的狀況日趨嚴(yán)峻，制造企業(yè)不得不考慮提高生產(chǎn)自動化水平以降低人力需求，人工成本優(yōu)勢已經(jīng)逐漸消失。

1.2 工業(yè)生產(chǎn)效率智能化

被檢測閥門（DN300 mm 以下）完成一個泵驗過程需要的時間約為15 min：其中閥門裝夾需1.5 min，殼體需要3 min，高壓左、右水密封需要5 min，低壓氣密封需要5 min，卸載閥門需要0.5 min。泵驗一臺閥門人工需要15 min。傳統(tǒng)閥門試驗臺的操作步驟繁瑣且工作強度大，新員工則應(yīng)進行操作培訓(xùn)，總體工作效率較低。

隨著工廠車間自動化流水線、智能化改造陸續(xù)提上日程，閥門壓力試驗是閥門出廠檢驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，試驗臺的自動化、智能化水平急需提升。

本文提出的智能化閥門試驗臺將大大提高工作效率，降低工作強度。該試驗臺可以自動完成閥門的整個試驗過程，無需人工操作。需要人工完成的是閥門的裝夾以及卸載過程，而閥門試壓過程則由電腦自動完成，1 個工人可以同時操作2～3 臺設(shè)備，大大提高了工作效率，同時降低了勞動強度。

在長時間的高強度工作下，工人的工作效率必然會下降，主觀錯誤也會隨之增加。比如，打壓閥門時，是否泄漏都是人為觀察并判斷的結(jié)果，人為判斷就會存在主觀誤差。而且，當(dāng)采用人工操作時，很難確保工人完全按工藝流程進行打壓。全自動閥門試驗嚴(yán)格按照工藝流程試壓，結(jié)果客觀可靠，試驗完成后自動生成試驗報告并存儲，試驗過程可追溯。

2 設(shè)備研制

傳統(tǒng)閥門試驗臺均需人工操作，壓爪增壓需要按照壓力對照表點擊按鈕，并看著壓力表打壓到對應(yīng)壓力值，打壓時需要先設(shè)定電接點壓力表到要求壓力值然后人工點擊打壓按鈕，殼體保壓時需要人工觀察壓力表指針有無下降，密封試驗時需要人工開關(guān)閥門然后設(shè)定壓力表，并點擊進水打壓按鈕、密封試驗時需要人工觀察泄漏情況等，所有步驟都需要人工參與。

智能化閥門試驗臺僅需一鍵啟動，無需人工值守，試驗過程自動完成，試驗結(jié)果客觀可靠。全自動設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)互連，并與工廠數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對接，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，打造智能化工廠物聯(lián)網(wǎng)，如圖1所示。通過掃描被測閥門二維碼，試驗臺程序可以讀取工廠數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（如MES 系統(tǒng)等）中相應(yīng)的閥門試驗數(shù)據(jù)，無需人工輸入，試驗完成后試驗臺將試驗結(jié)果自動保存并傳輸至工廠數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

圖1 試壓臺工廠布局、控制方式示意圖

智能化閥門試驗臺是機、電、液一體化，具有高技術(shù)含量、高自動化程度的閥門檢測設(shè)備，如圖2所示。閥門檢測過程可實現(xiàn)全自動控制，具有降低工作強度、提高工作效率、節(jié)省人工成本等優(yōu)勢。使用程序控制系統(tǒng)中保存的數(shù)據(jù)，通過對關(guān)鍵字（如檢驗單編號）進行檢索，可以方便地查閱、檢索和打印歷史檢測數(shù)據(jù)資料，也為后續(xù)的質(zhì)量問題追溯提供了條件。檢測數(shù)據(jù)可傳輸進工廠數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也可導(dǎo)出到Excel 軟件中，通過“USB”接口或網(wǎng)線可以將檢測數(shù)據(jù)資料輸出。

圖2 全自動閥門試驗臺

3 主要功能和性能

智能化閥門試驗臺可以適用的標(biāo)準(zhǔn)包括常規(guī)的GB / T 13927—2018《工業(yè)閥門 壓力試驗》，GB / T 26480—2011《閥門的檢驗和試驗》和API 598《閥門的檢查和試驗》。其中關(guān)鍵的扭矩執(zhí)行裝置包括液壓馬達、減速機、扭矩傳感器、位置傳感器、萬向節(jié)、扳桿及扳爪等。其位置可以調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)不同的手輪高度。在程序中預(yù)先設(shè)定各規(guī)格閥門的扭矩值、開關(guān)圈數(shù)或者角度，通過扭矩傳感器的反饋信號實現(xiàn)閥門的自動啟閉。多回轉(zhuǎn)閥門用圈數(shù)加扭矩控制，球閥的啟閉由位置傳感器控制。扭矩數(shù)顯盒可以實時顯示運行過程中的實際扭矩值、圈數(shù)以及角度。

該設(shè)備增加了紅外檢漏裝置。紅外檢漏裝置的原理為：按照閥門密封試驗標(biāo)準(zhǔn)，將閥門關(guān)閉，在設(shè)備一端充滿高壓水或者低壓氣，另一端充滿自然狀態(tài)下的水或者空氣，并由引流管將泄漏量引到紅外檢漏模塊，紅外檢漏模塊由紅外發(fā)射點和接收點形成1 條射線，當(dāng)有水滴或者氣泡通過射線時，模塊將發(fā)出1個信號，程序自動記錄1 個數(shù)據(jù)，如圖3 所示。

圖4 試驗步驟示意圖

為了驗證紅外檢漏的效果，將紅外檢漏設(shè)備檢漏和人工檢漏的結(jié)果進行了對比。研究表明，人工檢漏檢出的泄漏率低于紅外檢漏，紅外檢漏更加精準(zhǔn)。

該設(shè)備保留了手動控制方式，可以通過旋鈕切換自動控制方式和手動控制方式。手動控制方式為備用功能，可在程序出故障或者試壓工藝需要特殊處理等意外情況下使用。自動控制系統(tǒng)由“工業(yè)用觸摸屏電腦”、“壓力傳感器”、“轉(zhuǎn)換模塊”、“可編程控制器PLC”、 “開關(guān)電源”等硬件和“工控組態(tài)軟件”構(gòu)成。“觸摸屏+PLC”控制系統(tǒng)自動進行閥門壓力測試，該系統(tǒng)通過高精度壓力傳感器的壓降來自動判斷殼體試驗是否合格；紅外線檢漏裝置可以精確測出水密封的泄漏液滴數(shù)或氣密封的泄漏氣泡數(shù)，并自動判斷密封試驗是否合格。試驗步驟如圖4 所示。

被測閥門的試壓參數(shù)，可在程序中設(shè)定最高允許壓力，以免在管理數(shù)據(jù)庫進行參數(shù)維護時輸入錯誤的壓力值導(dǎo)致打壓過高甚至發(fā)生危險事件。同樣，電腦程序?qū)τ蛪合到y(tǒng)也設(shè)定了不同口徑、不同壓力的閥門在試壓時的最低保壓值。如由設(shè)備管路系統(tǒng)泄漏引起的油路掉壓，使得在閥門壓力試驗時夾緊油缸壓力非正常降低，程序系統(tǒng)將立即停止試壓，并自動泄壓，電腦界面提示異常信息。試驗前，通過掃描被測閥門二維碼，程序?qū)⒆詣诱{(diào)取相應(yīng)數(shù)據(jù)，無需人工輸入。試驗完成后，系統(tǒng)自動保存試驗報告，內(nèi)容包括測試閥門的名稱、型號規(guī)格、檢驗員編號、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試日期、檢驗單編號、測試介質(zhì)、測試壓力、保壓時間等參數(shù)。掃描閥門二維碼后，進入?yún)?shù)界面，參數(shù)信息包括：閥門類型、口徑、公稱壓力、試壓標(biāo)準(zhǔn)、試驗標(biāo)準(zhǔn)允許泄漏量、試壓介質(zhì)、試驗順序、試驗壓力及保壓時間等。在特殊情況下，還可以開放參數(shù)的修改權(quán)限。

4 結(jié)論

通過對需求進行分析，確定了智能化閥門測試臺研發(fā)的重要性和迫切性。智能化閥門試驗臺適用的標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 13927—2008，GB/T 26480—2011 和API598。智能化閥門試驗臺是機、電、液一體，高技術(shù)含量、高自動化程度的閥門檢漏設(shè)備。實現(xiàn)對閥門檢測過程的全自動控制，具有降低工作強度、提高工作效率、降低人工成本等優(yōu)勢。使用紅外檢漏技術(shù)對氣泡進行檢漏，將紅外檢漏和人工檢漏比對可知，紅外檢漏的效率更高。