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關(guān)鍵詞：
智能閥門定位器
壓電閥
調(diào)校
- 摘要：本文介紹了智能閥門定位器的組成、工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用。闡述在化工控制過程中利用智能閥門定位器可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)調(diào)節(jié)，增加過程控制的精確性和穩(wěn)定性。
調(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)的終端，一旦其發(fā)生故障，將直接影響裝置的安全運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)過程影響非常大。運(yùn)用智能閥門定位器，能夠改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設(shè)備進(jìn)行數(shù)字信息通訊，提升企業(yè)生產(chǎn)控制能力，為裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。下面以美國(guó)FLOWSERVE公司生產(chǎn)的Logix520智能閥門定位器的應(yīng)用為例，介紹智能閥門定位器。
1． 常規(guī)定位器存在的不足
1) 常規(guī)定位器多為機(jī)械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，可動(dòng)件較多，容易受溫度波動(dòng)、外界振動(dòng)等干擾的影響，耐環(huán)境性差；彈簧的彈性系數(shù)在惡劣環(huán)境下能發(fā)生改變，會(huì)造成調(diào)節(jié)閥非線性，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；外界振動(dòng)傳到力平衡機(jī)構(gòu)，易造成部件磨損以及零點(diǎn)和行程漂移，也使定位器難以工作；
2) 由于噴嘴本身的特性，執(zhí)行器在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)也要大量消耗壓縮空氣，若使用執(zhí)行器數(shù)量較多，能耗較大；而且噴咀本身是一個(gè)潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作；
3) 常規(guī)定位器手動(dòng)調(diào)校時(shí)需要使用專用設(shè)備、不隔離控制回路是不可能的，且零點(diǎn)和行程的調(diào)整互相影響，須反復(fù)整定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，非線性嚴(yán)重時(shí)，則更難調(diào)整。
2．Logix520智能閥門定位器的組成和原理
2.1 Logix520智能閥門定位器的組成
Logix520智能閥門定位器是一種具有HART通信協(xié)議的智能閥門定位器，由三部分組成：微處理器電子控制的模件，包括HART通信模塊和就地用戶界面開關(guān)；電/氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器模件的壓電閥；閥位傳感器。
2.2 Logix520智能閥門定位器的工作原理
整個(gè)控制回路由兩線、4～20mA信號(hào)控制。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號(hào)上的數(shù)字信息，實(shí)現(xiàn)與微處理器的雙向數(shù)字通信。模擬量的4～20mA信號(hào)傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進(jìn)行控制計(jì)算（一級(jí)控制），向壓電閥發(fā)出電控指令使其進(jìn)行開、閉動(dòng)作。壓電閥依據(jù)控制指令脈沖的寬度對(duì)應(yīng)于氣動(dòng)放大器輸出壓力的增量，同時(shí)氣動(dòng)放大器的輸出又被反饋給內(nèi)控制回路，再次與微處理器的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行比較運(yùn)算（二級(jí)控制），通過兩級(jí)控制輸出信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)空氣壓力的變化控制著閥門行程。當(dāng)控制偏差很大時(shí)，壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號(hào)，使定位器輸出一個(gè)連續(xù)信號(hào)，大幅度的改變至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力驅(qū)動(dòng)閥門快速動(dòng)作；隨著閥門接近要求的位置，命令要求的位置與測(cè)得位置的差值變小，壓電閥輸出一個(gè)較小脈寬的脈沖信號(hào)，斷續(xù)、小幅度的改變至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)接近新命令位置的動(dòng)作平緩。當(dāng)閥門到達(dá)要求的位置（進(jìn)入死區(qū)）時(shí)，壓電閥無脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門穩(wěn)定在某一位置不動(dòng)。
3．Logix520智能定位器的調(diào)校
通過就地用戶界面DIP設(shè)置開關(guān)，可完成定位器的增益、正反作用、定位器特性以及是否允許自動(dòng)調(diào)校等基本設(shè)置；在不增加工具的條件下，能夠進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)校準(zhǔn)定位器；并且可以通過就地用戶界面手動(dòng)控制按鈕,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥。
3.1自動(dòng)調(diào)校
將“Quick_cal”DIP開關(guān)置于“自動(dòng)”，按住定位器就地界面板上的“Quick_cal”按鈕約三秒鐘，定位器會(huì)全關(guān)閥門并登記0％位置，然后，打開閥門到停并登記100％位置，反復(fù)進(jìn)行兩遍，在這一過程中，定位器要測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的定位速度，以確定最小的定位增量（第二遍過程中在50％略停檢測(cè)閥位中點(diǎn)偏移），其間面板上狀態(tài)指示燈會(huì)按“Y-R-G-G”的順序閃亮，表明校準(zhǔn)正在進(jìn)行中。當(dāng)指示燈回到從綠燈開始的變化順序時(shí)，校準(zhǔn)自動(dòng)完成。
3.2手動(dòng)調(diào)校
將“Quick_cal”DIP開關(guān)置于“慢進(jìn)”，校準(zhǔn)過程會(huì)在一開始時(shí)關(guān)閉閥門，零點(diǎn)位置自動(dòng)定在閥座處，量程則需用戶手動(dòng)設(shè)定；當(dāng)面板上狀態(tài)指示燈按“Y-R-R-G”順序閃亮，使用“慢進(jìn)↑”按鈕，手動(dòng)把閥門調(diào)到約100％位置，然后同時(shí)按兩個(gè)“慢進(jìn)”按鈕，閥門會(huì)進(jìn)行開關(guān)行程，當(dāng)面板上狀態(tài)指示燈再次按“Y-R-R-G”順序閃亮?xí)r，使用“慢進(jìn)↑”按鈕，再次調(diào)節(jié)閥門到精確的100％，然后再次同時(shí)按兩個(gè)“慢進(jìn)”按鈕，登記100％位置，在之后完成校準(zhǔn)的過程中，再不需要操作。當(dāng)指示燈回到從綠燈開始的順序時(shí)，完成校準(zhǔn)。
這個(gè)功能使調(diào)校工作方便快捷，而且調(diào)校的線性好，精度高，響應(yīng)速度和死區(qū)適中，穩(wěn)定性好。
4． Logix520閥門定位器的其他特點(diǎn)
1) 就地面板裝有紅黃綠三個(gè)發(fā)光二極管，通過多種組合指示操作狀態(tài)或警告工況，具有診斷、監(jiān)測(cè)功能；三個(gè)LCD閃亮順序組合所表示的基本含義：任何以綠色開始的閃亮順序，表明處于正常操作模式，沒有內(nèi)部問題、錯(cuò)誤和報(bào)警；任何以黃燈開始的閃亮順序，表明是在特殊校驗(yàn)或測(cè)試狀態(tài)；任何以紅燈開始的閃亮順序，表明存在操作問題或故障。
2) 耗氣量非常小，在0.6 MPa穩(wěn)定狀態(tài)下，僅為0.12NM3/h，不足常規(guī)定位器的8 ％；對(duì)氣源壓力的變化不敏感；
3) 采用同一型號(hào)既可用于直行程又可用于角行程；通過選配雙作用模件，可以實(shí)現(xiàn)控制雙作用活塞缸執(zhí)行器；
4) “緊閉”功能默認(rèn)設(shè)置起始風(fēng)壓，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)閥座適宜的定位壓力，使調(diào)節(jié)閥在不同工況下保證零位“緊密關(guān)閉”；
5) 使用HART通訊協(xié)議，與定位器進(jìn)行雙向通信；
5．在實(shí)際使用中應(yīng)該注意的問題
5.1 對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)的帶負(fù)載能力有較高的要求
在實(shí)際使用過程中，由于Logix520定位器的輸入阻抗較高，當(dāng)輸入信號(hào)為20mA時(shí)，供電電壓的最小要求值為12VDC、帶負(fù)荷能力不小于600Ω，否則定位器不能正常工作；最小輸入電流不小于3.6mA時(shí)，才能確保其性能。
5.2 應(yīng)合理設(shè)置定位器的動(dòng)作死區(qū)
定位器死區(qū)設(shè)置越小，定位精度越高，這就給人們?cè)斐梢粋€(gè)誤區(qū)，以為死區(qū)越小越好，但這樣會(huì)使壓電閥及反饋桿等運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作越頻繁，有時(shí)會(huì)引起閥門振蕩，影響定位器和閥門的使用壽命，故定位器的死區(qū)設(shè)置不易過小；定位器設(shè)置更改后，必須重新調(diào)校后才能生效；
5.3 Logix520定位器的安裝
定位器的安裝有一個(gè)重要原則就是，定位器、閥桿、反饋桿三部分要構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋。安裝時(shí)可以這樣檢驗(yàn)：定位器安裝后，閥桿和反饋桿不連接，用手轉(zhuǎn)動(dòng)反饋桿，若閥桿動(dòng)作方向與反饋桿動(dòng)作方向相反，則說明已構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋；此時(shí)要將調(diào)節(jié)閥閥位置于50％，并使反饋桿處于水平位置，然后將反饋桿和閥桿固定，這樣可以保證定位器工作在最佳線性段。定位器安裝不平正，也會(huì)增加其線性偏差。
5.4 Logix520定位器流量特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是由閥芯的加工特性所決定的，如果工藝要求與其相符，則定位器的輸出特性應(yīng)選擇線性輸出；在實(shí)際使用中，若閥芯特性與工藝要求不符，則可以通過定位器輸出特性的設(shè)置來改變閥門的整體流量特性，如可以將閥芯為線性特性的調(diào)節(jié)閥，通過把定位器輸出特性設(shè)置為等百分比特性，即可將具有線性閥芯的閥門變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門來使用。
5.5 Logix520定位器的維修
定位器不同的功能模塊損壞，造成定位器無法使用時(shí)，如果整體更換，費(fèi)用高昂；這時(shí)可以利用無故障的模塊對(duì)定位器進(jìn)行重新組裝，但組裝后要根據(jù)不同的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行重新設(shè)置，由于使用定位器的調(diào)節(jié)閥（行程等）變了，利用自動(dòng)調(diào)?？赡苓_(dá)不到使用要求，這時(shí)可以先手動(dòng)調(diào)校確定其行程，然后再用自動(dòng)調(diào)校校準(zhǔn)。這樣可以使調(diào)節(jié)閥定位精準(zhǔn)、具有合適的響應(yīng)速度，從而滿足過程控制的要求，也節(jié)約了大量的資金。
6． Logix520閥門定位器在某廠的實(shí)際應(yīng)用
1)某甲醇裝置C-203A/B/C氧壓機(jī)組震動(dòng)劇烈，其回流管線上的PCV-2008A/B/C調(diào)節(jié)閥，使用常規(guī)定位器，噴嘴擋板不久即出現(xiàn)磨損，零點(diǎn)量程時(shí)有漂移，定位器頻繁損壞，過程控制質(zhì)量極差、危及安全生產(chǎn)；采用Logix520定位器后，由于其全密封結(jié)構(gòu)，可動(dòng)部件很少，力轉(zhuǎn)換過程沒有機(jī)械傳動(dòng)，消除了振動(dòng)產(chǎn)生的干擾，使這個(gè)問題隨之化解，大大降低了維護(hù)量、節(jié)約了資金，保證了過程控制質(zhì)量和裝置安全運(yùn)行。
2)某裝置氣化爐廢鍋液位LCV-2003A/B調(diào)節(jié)閥，改造前使用常規(guī)定位器，安裝在氣化爐附近，工作環(huán)境溫度較高（80℃左右），介質(zhì)狀態(tài)為高溫高壓（304℃、8MPa），為防止介質(zhì)泄漏，將填料壓得較緊，導(dǎo)致閥桿動(dòng)作遲滯緩慢，閥位產(chǎn)生階躍變化，穩(wěn)定性較差，對(duì)過程控制影響較大。而且操作難度大，儀表維護(hù)量多；采用Logix520定位器后，定位器通過兩級(jí)控制，加之與主控氣路連在一起的壓電閥可以釋放很短的控制脈沖，使輸出至膜頭的信號(hào)更精確、更穩(wěn)定，閥位的變化平穩(wěn)精準(zhǔn)；還可將定位器就地界面上的“valve stability”DIP開關(guān)撥到“Hi Friction”和“Lo Friction”選項(xiàng)中的“Hi Friction”端，用以消減閥桿承受的高摩擦力和不平衡力造成的影響，基本消除了上述問題。
3）2005年4月，儀表維護(hù)人員巡檢至某裝置加氫反應(yīng)器液面調(diào)節(jié)閥LV-1501B時(shí)，發(fā)現(xiàn)Logix520閥門定位器的狀態(tài)指示燈顯示為“R-Y-Y-Y”，由此判斷并檢查出調(diào)節(jié)閥膜頭漏氣，及時(shí)進(jìn)行了處理，避免了因調(diào)節(jié)閥動(dòng)作失靈危及裝置安全生產(chǎn)；同樣還是維護(hù)人員巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)TV-0706B調(diào)節(jié)閥的Logix520閥門定位器狀態(tài)指示燈顯示“R-Y-Y-R”，由此檢查出減壓閥輸出變小，調(diào)節(jié)閥供氣壓力不足，無法滿足行程要求。維護(hù)人員檢查后發(fā)現(xiàn)減壓閥損壞，及時(shí)更換了減壓閥并按額定要求恢復(fù)氣源壓力，避免了操作過程中因調(diào)節(jié)不到位而影響過程控制和產(chǎn)品質(zhì)量。
7．結(jié)束語(yǔ)
由于采用微處理器和新型元件，智能定位器的性能有了很大的提高，適用范圍更廣，使用更加簡(jiǎn)便、可靠。
