智能閥門定位器的工作原理及故障處理

詹海鋒　康小榮

摘 要 在工業(yè)自動(dòng)化控制中，要用到各種類型的調(diào)節(jié)閥，而給調(diào)節(jié)閥配備穩(wěn)定可靠的閥門定位器則顯得尤其重要。西門子智能閥門定位器是工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的領(lǐng)先產(chǎn)品，獲得了廣泛的應(yīng)用。文章介紹了閥門定位器的工作原理、作用及其發(fā)展過程，詳細(xì)說明了智能型電氣閥門定位器的工作原理及其先進(jìn)性。本文重點(diǎn)介紹了在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛使用的閥門定位器的工作原理及特點(diǎn)，并詳細(xì)分析了在使用過程中出現(xiàn)的常見故障。

關(guān)鍵詞 過程控制 調(diào)節(jié)閥 定位器 故障處理

中圖分類號(hào)：TP207 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制（簡稱過程控制）主要針對(duì)所謂六大參數(shù)，即溫度、壓力、流量、液位（或物位）、成分和物性等參數(shù)的控制問題。它覆蓋許多工業(yè)部門，諸如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。在工業(yè)自動(dòng)化控制中，要用到各種類型的調(diào)節(jié)閥，而給調(diào)節(jié)閥配備穩(wěn)定可靠的閥門定位器則顯得尤其重要。西門子智能閥門定位器，憑借其強(qiáng)大完善的功能、極高的控制精度、簡單方便易用的性能及超長的使用壽命、低耗氣耗能量深受廣大用戶好評(píng)，是該領(lǐng)域的領(lǐng)先產(chǎn)品，獲得了廣泛的應(yīng)用。

1定位器的發(fā)展歷史

電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得控制系統(tǒng)技術(shù)中的先進(jìn)性已經(jīng)超過了調(diào)節(jié)閥和定位器的發(fā)展，在今天的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，大多數(shù)變送器是帶有數(shù)字或模擬輸出的電子裝置，并且調(diào)節(jié)器的輸出也幾乎都是電子信號(hào)，但大多數(shù)的最后控制單元包括調(diào)節(jié)閥都是氣動(dòng)的。

隨著多種微處理器及微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種測量控制儀表。目前，國外一些在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著多年經(jīng)驗(yàn)和雄厚技術(shù)優(yōu)勢(shì)的大公司，如西門子、費(fèi)希爾一羅斯蒙特等，相繼研制成功了智能型電氣閥門定位器（即帶有微處理器的定位器），國內(nèi)這方面起步較晚。

2定位器的基本原理與主要作用

定位器是提高調(diào)節(jié)閥性能的重要手段之一。要理解閥門定位器在一個(gè)過程系統(tǒng)中所扮演的角色，見圖1有定位器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

圖中r為被調(diào)量的設(shè)定值；Y為被調(diào)量；y為被調(diào)量的測量值；u為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（與執(zhí)行器即調(diào)節(jié)閥的開度成一定的關(guān)系）；f為定位器的輸出信號(hào)；C為閥門位置信號(hào)。定位器利用閉環(huán)控制原理，將從調(diào)節(jié)器來的調(diào)節(jié)信號(hào)（4～20mA或3～15psi）與從執(zhí)行器來的閥門反饋位置信號(hào)相比較，根據(jù)比較后的偏差使調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而使閥芯準(zhǔn)確到位，達(dá)到定位的目的。

3西門子智能閥門定位器的工作原理

智能閥門定位器電路部分采用了CPU運(yùn)算處理器，將控制閥門開度的輸入信號(hào)和反應(yīng)閥門位置的反饋信號(hào)經(jīng)過比較，得到的偏差值通過CPU微處理器處理后輸出給壓電閥，壓電閥作為轉(zhuǎn)換元件，在有偏差值時(shí)經(jīng)過轉(zhuǎn)換去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，消耗一定的電能，這樣閥門定位器的耗能就比較低。這是智能閥門定位器相對(duì)于其他類型定位器的優(yōu)越性所在。當(dāng)定位器初始化后，調(diào)節(jié)閥的慢步區(qū)、死區(qū)就確定下來，當(dāng)偏差大于慢步區(qū)時(shí)，壓電閥持續(xù)閉合，閥門動(dòng)作快，在慢步區(qū)，壓電閥接收信號(hào)小，閥門動(dòng)作趨緩，在死區(qū)，壓電閥沒有得到信號(hào)，閥門不動(dòng)作，這種工作特性符合工藝控制要求，避免了超調(diào)，提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量。

4西門子智能閥門定位器的特點(diǎn)

智能閥門定位器與常見的閥門定位器相比，有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如：（1）易于安裝，能進(jìn)行自動(dòng)初始化；（2）操作簡單方便，用三個(gè)按鍵就能實(shí)現(xiàn)定位器多種功能的設(shè)置；（3）經(jīng)過簡單的組態(tài)就能實(shí)現(xiàn)多種功能（比如更改開關(guān)方向和分程調(diào)節(jié)）；（4）直行程和角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用同一型號(hào)的閥門定位器；（5）具有自診斷功能，便于對(duì)閥門和定位器進(jìn)行維護(hù)；（6）工作時(shí)耗氣、耗能量極?。唬?）具有“緊密關(guān)閉”功能，確保調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉，減少泄露；（8）可以很方便地集成PROFIBUS PA、HART及FF總線通訊功能；（9）在惡劣的環(huán)境中，可以選擇外部非接觸式位置傳感器；（10）可動(dòng)部件少，振動(dòng)場合對(duì)調(diào)節(jié)閥影響小。

5西門子SIPART PS2閥門定位器的故障處理

定位器不定時(shí)地發(fā)出噗哧噗哧的聲音，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生震動(dòng)，這是由于定位器后的氣路有泄漏，用肥皂水檢測定位器出口氣路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨頭位置，發(fā)現(xiàn)有泄漏的地方處理既可。

調(diào)節(jié)閥控制曲線不理想，閥門定位器參數(shù)12SFCT項(xiàng)中，內(nèi)置了六種調(diào)節(jié)閥常用的流量特性和一種用戶自定義的流量特性，每一臺(tái)調(diào)節(jié)閥都有其固有的流量特性，通常定位器的此項(xiàng)參數(shù)只要設(shè)置成Lin就可以遵循調(diào)節(jié)閥固有的流量特性。若調(diào)節(jié)閥流量特性與工藝要求不符，則可以通過參數(shù)12SFCT項(xiàng)的設(shè)置來改變調(diào)節(jié)閥的整體流量特性。總之，根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)置參數(shù)12SFCT項(xiàng)就可以達(dá)到工藝要求。

6總結(jié)

智能閥門定位器可用于直行程和角行程的閥門。它的操作非常簡單，可以在現(xiàn)場通過手動(dòng)按鍵和LCD進(jìn)行操作，也可以在控制室通過HART接口或PROHBUS PA協(xié)議選用SIMATIC PDM過程設(shè)備管理軟件對(duì)其進(jìn)行操作，大大方便了使用和維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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