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关于智能电气阀门定位器在自动控制领域的应用

调节阀中智能调节阀定位器是新一代产品,其工作原理,结构特点,较以往常规电气阀门定位器有很大不同,目前,智能阀门定位器在新建石化行业有广泛的应用,跟踪智能阀门定位器的使用情况,为今后装置电气阀门定位器的更新改造提供参考。本文结合沈阳大陆自动化技术有限责任公司生产的DLA1011E型智能阀门定位器在石化腈纶厂的聚合、纺丝、回收装置的成功应用和典型故障,探讨智能化(模拟信号叠加数字信号)阀门定位器的如下几个问题。

1 智能阀门定位器简介

新一代智能阀门定位器是基于微处理器读取输入信号(mA),位置传感器的位置信号,和压力传感器输出压力信号经运算处理,产生驱动信号,使执行器动作。DLA1011E的核心是微处理控制CPU,完成所有程序的处理运算。输入信号及位置反馈经过12位,20m采样的A/D转换后进行处理,从而保证了信号处理的精度及快速性。DLA1011E操作程序包括用于自动调整参数的整定过程及自适应程序。用于精巧定位的优化控制操作。DLA1011E可以接受二线制4-20mA标准输入信号,也可以接受3线/4线制输入信号由主控制系统给定设定值W,相应地输出压力为Y的气体给气动执行器,从而确定阀门的开度位置X。定位器具有内置的操作键盘,包括两排LCD显示和3个按键。操作键盘的设计是基于操作过程中优化就地组态,调试及监视。模块化设计的设计思想使任何附加功能都可以在基本模件的基础上随意扩展,只要插入相应的模块,即可实现模拟及数字反馈功能。

2 工作原理

智能阀的定位器由两线、,控制回路包括一些子模块:I/P转换器、PWB(印刷电路板)组件、阀位传感器、气动中继器、指示表。PWB组件子模块接收4~20mA控制信号,控制信号在那里它被附加许多参数,例如多段折线性化中的节点坐标,极限值和其他数值。然后PWB组件子模块送信号给I/P转换器子模块,I/P转换器转变输入信号成为气压信号。I/P转换器送出和接收叠加在4~20mA信号上的数字信息,实现与微处理器的双向数字通信。模拟量的4~20mA信号传给微处理器,与阀位传感器的反馈进行比较,微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算(一级控制),向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对应于气动放大器输出压力的增量,同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路,再次与微处理器的运算结果进行比较运算(二级控制),通过两级控制输出信号到执行机构,执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时,压电阀发出宽幅脉冲信号,使定位器输出一个连续信号,大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速动作。

3 常规定位器存在的不足

常规定位器多为机械力平衡原理,它采用喷嘴挡板机构,可动件较多,容易受温度波动、外界振动等干扰的影响,耐环境性差;弹簧的弹性系数在恶劣环境下能发生改变,会造成调节阀非线性,导致控制质量下降;外界振动传到力平衡机构,易造成部件磨损以及零点和行程漂移,也使定位器难以工作;

由于喷嘴本身的特性,执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气,若使用执行器数量较多,能耗较大;而且喷咀本身是一个潜在故障源,易被灰尘或污物颗粒堵住,使定位器不能正常工作;

常规定位器手动调校时需要使用专用设备、不隔离控制回路是不可能的,且零点和行程的调整互相影响,须反复整定,费时费力,非线性严重时,则更难调整。

4 智能阀门定位器的优点

与常规定位器比较,智能阀门定位器,具有模块化、控制精度高、免维护设计、耗气耗能少、使用成本低等优点。

高度模块化。系统通过三键式键盘、液晶显示屏进行人机交互,用户由此可以进行系统参数设定,对系统进行人工或自动初始化及故障诊断。主板上系统预留了扩展接口,用以扩展现场总线通讯模块,位置变送电流输出模块、限位报警模块等。

耗气量非常小。在0.6MPa稳定状态下,仅为0.12nm3/h,不足常规定位器的8%;对气源压力的变化不敏感;

由于智能阀门定位器,是基于微处理器的新一代产品具有高精度的阀门位置信号传感器输出压力传感器等,因而具有较高的控制精度达到(0.5%~1%),(常规电气阀门定位器精度仅为2%~5%),并具有远距离组态,调试,诊断,数据管理等操作。

智能阀门定位器具有丰富的软件功能,软件具备了高级动态诊断功能,将阀门的机械性能指标和控制系统的指标结合起来,使用HART通讯协议,可以与定位器很方便地进行双向通信;

提高安全性。可以从现场接线盒、端子板或在控制室这样的安全地区使用手操器,PC机或系统工作站选取信息,将你面对危险环境的机会减少到最小,并且不必要亲临现场。智能阀门定位器能够默认设置起始风压,确保执行机构对阀座适宜的定位压力,使调节阀在不
同工况下保证零位;

改善控制。双向数字通讯把阀门当前情况的信息带给你,你可以依靠阀门工作信息有根据地对过程控制进行管理决定,确保及时控制。

5 智能阀门定位器常见故障及现场处理

控制信号变化,调节阀不动作(排除阀体因素)是DLA1011E型智能阀门定位器运行过程常见故障,处理办法,重点检查阀位传位器是否运转自如,电气连续性等;

小开度振荡。调节阀工作在小开度易造成振荡。解决方法是避免小开度工作。智能定位器解决此类问题显得较为轻松只需简单设定一下参数,振荡现象得到较大改善。在线状态,通过快捷键选择STABILIZE/OPTIMIZE,选择DECREASERESPONSE(降低响应灵敏度0,即选择较低的整定参数组,加以改善;

智能阀门定位器与HART275型手操器不能正常通讯。常见原因检查现场有效电压是否大于12V,输出阻抗是否低于250Ω,导线电容是否太高,输入信号小于4mA等。

6 应用和维护

DLA1011E型智能阀门定位维护量极少,基本上是免维护,其线性度可达99%,零点和量程及回差均可以控制在精度要求的范围之内,控制极其稳定且抗干扰的能力也特别强,完全满足工艺控制的要求。

为保证其良好的工作环境,防止意外损坏,应定期检查定位器周围的工作环境。同时保证其工作气源的稳定和洁净,减少外界因素造成的仪表波动和故障。

定期对调节阀进行曲检修和维护,确保阀门工作质量,同时对DCS调节控制回路参数进行优化,以确保与定位器互相工作的协调性和稳定性。

7 结语

由于采用微处理器和新型元件,智能定位器的性能有了很大的提高,适用范围更广,使用更加简便、可靠。还有很多厂家生产的智能阀门定位器,像SIEMENS的PS2、FISHER的DVC5000、YAMATAKE的AVP100等在功能上大同小异,性能上各有优劣,而且也都在进一步开发软件功能,使其得到充分应用。智能型阀门控制器性能稳定,调校方便,能实现与DCS的直接通讯,并具备自诊断功能,维修简单,可移植到现场总线,是当今仪表技术发展的方向,进一步开发和使用其软件功能是我们今后努力方向。

参考文献

[1] 吴国熙.调节阀使用与维修[M].化学工业出版社,2001.
[2] 解怀仁.智能型电气阀门定位器[D].北京:中石化规划院.
[3] 明赐东.调节阀计算、选型、使用[M].成都科技大学出版社,1999.