智能控制閥調(diào)試技巧

[摘" " 要]智能控制閥具有簡(jiǎn)單的人機(jī)界面，可通過(guò)定位器上的按鍵和液晶顯示器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。智能控制閥門(mén)最顯著的特點(diǎn)是：安裝方便，菜單式結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)，性能可靠，易于掌握，使用效果好，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。文章結(jié)合工程實(shí)際，歸納總結(jié)控制閥的發(fā)展、分類(lèi)和調(diào)試技巧。

[關(guān)鍵詞]執(zhí)行機(jī)構(gòu);控制閥門(mén);氣動(dòng)閥;電動(dòng)閥;液壓閥;智能化

[中圖分類(lèi)號(hào)]TU855 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

1 控制閥簡(jiǎn)介

隨著社會(huì)發(fā)展，越來(lái)越多的大型化、自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)設(shè)備和生活設(shè)施在工作生活中應(yīng)用，給人們工作生活帶來(lái)很大便利和改善，也極大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集工藝過(guò)程壓力、溫度、流量、濃度等信號(hào)，然后傳輸給控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制軟件的分析處理，按照控制工藝要求對(duì)執(zhí)行單元進(jìn)行控制操作（如控制閥的開(kāi)、關(guān)、開(kāi)度調(diào)節(jié)，泵組的啟停等），使其控制的及時(shí)性和精準(zhǔn)性達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的工藝控制要求。

在眾多的自控設(shè)備中，控制閥是至關(guān)重要的設(shè)備?，F(xiàn)代控制閥門(mén)在實(shí)際運(yùn)用中，技術(shù)成熟、控制方便、精度高、性?xún)r(jià)比高、適應(yīng)范圍廣，受到用戶(hù)廣泛好評(píng)。

2 控制閥門(mén)的發(fā)展

控制閥與人類(lèi)生活及工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展非常密切。很久以前，人們?yōu)榱苏{(diào)節(jié)河流或小溪的水流量，利用自然資源中的石塊或樹(shù)干來(lái)阻止水的流動(dòng)和改變水的流動(dòng)方向，這就是現(xiàn)代閥門(mén)的雛形。

閥門(mén)在現(xiàn)代社會(huì)迅速發(fā)展，與工業(yè)革命時(shí)期工業(yè)迅速發(fā)展密不可分。18世紀(jì)初，出現(xiàn)了第一臺(tái)工業(yè)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)。在工業(yè)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生不少意外狀況，從而提出了蒸汽流量的控制要求。最早的控制閥是1880年由William Fisher制造的泵調(diào)節(jié)器，這是一種帶重錘的自力式控制閥。主要原理是利用閥門(mén)前后壓力變化改變閥門(mén)內(nèi)部重錘位置，使控制閥開(kāi)度隨之變化，從而達(dá)到穩(wěn)定管路內(nèi)壓力的效果。

隨著工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展，誕生了各種功能的控制閥。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)通信技術(shù)的廣泛開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，智能控制閥相關(guān)技術(shù)也迅速發(fā)展，相繼誕生了智能電氣閥門(mén)定位器和帶氣動(dòng)智能閥門(mén)定位器的控制閥等。21世紀(jì)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制閥出現(xiàn)并開(kāi)始應(yīng)用。

3 控制閥門(mén)的分類(lèi)和調(diào)試技巧

控制閥按動(dòng)力來(lái)分，一般分為氣動(dòng)控制閥、電動(dòng)控制閥和液壓控制閥。氣動(dòng)閥以潔凈壓縮空氣作為動(dòng)力，具備就地/遠(yuǎn)程操作，關(guān)鍵控制單元是智能閥門(mén)定位器。電動(dòng)控制閥以AC380V/220V為動(dòng)力源，關(guān)鍵控制單元是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具備就地和遠(yuǎn)程操作功能，功能強(qiáng)大，適應(yīng)性強(qiáng)。液壓控制閥以油壓或者其他液體壓力作為動(dòng)力，一般配備以油（液體）泵作為動(dòng)力源，以配套的現(xiàn)場(chǎng)控制柜（箱）進(jìn)行就地/遠(yuǎn)程操作控制。

3.1 氣動(dòng)閥

（1）氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是氣動(dòng)控制閥中最常見(jiàn)的，是借助潔凈壓縮空氣作動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)的閥門(mén)，常規(guī)是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體兩部分共同組成。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般分為兩種：①角行程氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，一般稱(chēng)為活塞式調(diào)節(jié)閥，主要有V型電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥、氣動(dòng)薄膜切斷閥、偏心蝶閥等。②直行程氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，也叫薄膜式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，主要有直通單座式和直通雙座式兩種。

調(diào)節(jié)閥有線性、等百分比和拋物線等3種流量特性。閥門(mén)調(diào)試時(shí)，3種特性閥門(mén)的行程間距是不同的，需要對(duì)照相應(yīng)的標(biāo)尺。

（2）氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥出廠前，一般都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的壓力測(cè)試和全行程動(dòng)作測(cè)試等閥門(mén)測(cè)試。在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，具備正常工作氣源壓力，先做閥門(mén)自整定，完成行程滿(mǎn)開(kāi)度來(lái)回標(biāo)定，然后用信號(hào)發(fā)生器（如果是帶FF總線協(xié)議的閥門(mén)，需要用帶FF總線協(xié)議的通信器）在閥門(mén)定位器側(cè)進(jìn)行0～100%定位調(diào)試。通常選5個(gè)位置：0，25%，50%，75%，100%，行程偏差需要符合相關(guān)規(guī)定和工藝要求。具備DCS（PLC）遠(yuǎn)程操控時(shí)，在DCS（PLC）控制站的操作畫(huà)面上輸入信號(hào)，對(duì)控制閥門(mén)行程范圍內(nèi)動(dòng)作一遍，確認(rèn)閥門(mén)動(dòng)作精度和響應(yīng)時(shí)間滿(mǎn)足工藝要求。

（3）氣動(dòng)智能調(diào)節(jié)閥是帶智能閥門(mén)定位器的調(diào)節(jié)閥。智能閥門(mén)定位器根據(jù)調(diào)節(jié)閥工作時(shí)閥桿摩擦力，抵消介質(zhì)壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的不平衡力，使閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)于輸入閥門(mén)定位器的電流信號(hào)，并且可以進(jìn)行智能組態(tài)，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，達(dá)到改善控制閥性能的目的。

（4）在工藝生產(chǎn)裝置中，重要的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)自帶電磁閥、保位閥、行程限位開(kāi)關(guān)等特殊功能機(jī)構(gòu)，安裝調(diào)試時(shí)都要注意。

某化工項(xiàng)目中閥門(mén)調(diào)試時(shí)曾發(fā)生了一些問(wèn)題，是由閥門(mén)的特殊功能機(jī)構(gòu)引起的。這是一臺(tái)帶一個(gè)電磁閥的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電磁閥安裝在閥門(mén)主氣源進(jìn)氣管上，在進(jìn)氣的過(guò)濾器減壓閥后。這種配置是工藝控制的特殊要求。在調(diào)節(jié)閥上的電磁閥通常是帶電常開(kāi)，緊急情況時(shí)，DCS聯(lián)鎖將電磁閥斷電，從而緊急切斷氣源，使得調(diào)節(jié)閥恢復(fù)到預(yù)設(shè)狀態(tài)。

在調(diào)試前，確認(rèn)了閥門(mén)現(xiàn)場(chǎng)安裝完成，氣源壓力滿(mǎn)足閥門(mén)要求，智能閥門(mén)定位器已經(jīng)正常工作，是FC（故障狀態(tài)關(guān)）閥門(mén)。在實(shí)際調(diào)試時(shí)，電磁閥得電，閥門(mén)開(kāi)關(guān)都能正常動(dòng)作，但響應(yīng)時(shí)間和行程精度都不滿(mǎn)足要求;電磁閥失電，閥門(mén)就不能動(dòng)作，達(dá)到工藝保護(hù)效果。但在失氣故障測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)了新問(wèn)題，把主氣源斷開(kāi)時(shí)，閥門(mén)無(wú)法關(guān)閉。

重新查看了設(shè)計(jì)圖紙的閥門(mén)技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)，只有電磁閥要求，沒(méi)有其他特殊要求。于是懷疑是閥門(mén)定位器有問(wèn)題，但是仔細(xì)檢查后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)閥門(mén)定位器有什么問(wèn)題，而且在氣源供應(yīng)情況下，遠(yuǎn)程操控閥門(mén)定位器工作很正常，并沒(méi)有出現(xiàn)某處漏氣、機(jī)械卡死等情況。由于調(diào)試時(shí)間緊，要么換閥門(mén)定位器，要么叫廠家來(lái)，但是這也需要時(shí)間窗口。于是一邊設(shè)計(jì)人員和廠家溝通，一邊仔細(xì)查看閥門(mén)整體。結(jié)果在閥門(mén)氣缸的排氣管后發(fā)現(xiàn)接了一個(gè)小機(jī)構(gòu)，仔細(xì)辯認(rèn)，是一個(gè)保位閥。接下來(lái)就簡(jiǎn)單了，把保位閥從氣源排氣回路斷開(kāi)后，調(diào)節(jié)閥在電磁閥失電和失氣狀態(tài)下，動(dòng)作都正常了。這時(shí)候相關(guān)設(shè)計(jì)資料也更新了，是業(yè)主對(duì)這個(gè)閥門(mén)額外提出的控制要求，卻沒(méi)有在原圖紙上進(jìn)行及時(shí)更新?；謴?fù)保位閥的氣路，把閥門(mén)開(kāi)到50%，閥門(mén)在失氣狀態(tài)在就成了保持在50%位置，在帶保位閥的閥門(mén)，這種狀態(tài)是正確的。而圖紙上的閥門(mén)應(yīng)標(biāo)明FL（故障狀態(tài)保持）而非FC，自帶保位閥、電磁閥，失電故障閥門(mén)關(guān)，失氣故障下閥門(mén)保持。

這個(gè)保位閥的功能是在閥門(mén)失電失氣故障狀態(tài)下，保證閥門(mén)開(kāi)度在當(dāng)前位置不變，屬于特殊功能機(jī)構(gòu)。在圖紙等技術(shù)資料一時(shí)無(wú)法齊全的情況下，必須熟悉閥門(mén)的各種運(yùn)行特性和特殊功能機(jī)構(gòu)，才能在多變的情況下，解決問(wèn)題，使得閥門(mén)正常投用。

3.2 電動(dòng)控制閥

（1）電動(dòng)控制閥簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)閥，是一種利用交流電源驅(qū)動(dòng)的閥門(mén)。電動(dòng)閥常規(guī)有AC 220V和AC 380V兩種電源等級(jí)，具體應(yīng)用看實(shí)際需要和運(yùn)營(yíng)成本來(lái)選擇。

（2）電動(dòng)控制閥的控制要求應(yīng)按用戶(hù)的需要來(lái)確定。正常的電動(dòng)控制閥有開(kāi)關(guān)與調(diào)節(jié)的不同功能。有的智能閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)兩者都具備，還有開(kāi)關(guān)限位和行程位置信號(hào)，其接線和功能組態(tài)也不一樣。由于電動(dòng)控制閥一般使用交流電做動(dòng)力電源，通過(guò)閥頭內(nèi)的變壓器，智能定位器就可以獲得DC 24V的控制電源。所以輸出信號(hào)和輸入信號(hào)，是有源還是無(wú)源需要整體考慮。正常情況閥頭選擇有源，中控室過(guò)來(lái)的信號(hào)為無(wú)源。

（3）電動(dòng)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)閥最重要的組成部分，擁有電源轉(zhuǎn)換、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、保護(hù)等功能的機(jī)構(gòu)。它除了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制和保護(hù)功能外，還可與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)兼容，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供更為完整的工況信息，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)所的要求。但在實(shí)際使用過(guò)程中，閥門(mén)側(cè)供電和接線方式，因廠家不同而不同，有的甚至需要內(nèi)部跳線。如果不熟悉的人接線，會(huì)造成閥門(mén)誤動(dòng)作甚至裝置停車(chē)的事故。因此，電動(dòng)控制閥接線完成，符合設(shè)計(jì)要求后，才能正常投用。

（4）在某大型市政水廠的項(xiàng)目中，未廠為生產(chǎn)裝置中大口徑管道配置若干臺(tái)可用DCS遠(yuǎn)程操作的電動(dòng)閥（不需要開(kāi)度調(diào)節(jié)功能），其中有4臺(tái)在空中（離地約4～5m）。這4臺(tái)閥門(mén)周邊工作環(huán)境不甚理想，會(huì)釋放有毒有害物質(zhì)。出于工藝操作需要和操作人員的操作安全考慮，增加了落地的現(xiàn)場(chǎng)控制箱，但是閥門(mén)控制箱與電動(dòng)閥不是一個(gè)供應(yīng)商。結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)控制箱到了現(xiàn)場(chǎng)，按圖施工接線完畢后，閥門(mén)無(wú)法動(dòng)作。閥門(mén)廠家和控制箱廠家，都說(shuō)自己的產(chǎn)品沒(méi)問(wèn)題。調(diào)試人員檢查閥門(mén)，AC 380V電源上電后，指示燈正常，打到就地位置，用控制按鈕手動(dòng)控制閥門(mén)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)都能到位。打到遠(yuǎn)程位置，DCS無(wú)法操控，就地控制箱也無(wú)法操控。這樣不是DCS機(jī)柜內(nèi)線路問(wèn)題，就是現(xiàn)場(chǎng)接線問(wèn)題，或是控制箱本身電氣元器件配置問(wèn)題。除了這4個(gè)閥門(mén)外，其他電動(dòng)閥遠(yuǎn)程控制均正常，說(shuō)明DCS內(nèi)部線路沒(méi)問(wèn)題。檢測(cè)相關(guān)的電纜線路，全部合格，閥頭接線方式也沒(méi)問(wèn)題。問(wèn)題就集中在現(xiàn)場(chǎng)控制箱。根據(jù)業(yè)主要求，控制箱也要具備就地/遠(yuǎn)程切換并操作的功能，在箱體上顯示閥門(mén)狀態(tài)。查看控制箱原理圖和電動(dòng)閥原理圖后，就地/遠(yuǎn)程切換開(kāi)關(guān)和面板顯示閥門(mén)狀態(tài)沒(méi)問(wèn)題，但是開(kāi)關(guān)閥門(mén)的控制按鈕有問(wèn)題，原因是控制箱原理圖沒(méi)有考慮閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的情況。原工藝設(shè)計(jì)圖紙，電動(dòng)閥提供有源的開(kāi)關(guān)閥門(mén)觸點(diǎn)，電動(dòng)閥內(nèi)自帶變壓器，把AC 380V轉(zhuǎn)換成DC 24V，作為閥門(mén)內(nèi)控制單元的控制電源。這樣DCS側(cè)就需要提供無(wú)源觸點(diǎn)。原DCS機(jī)柜內(nèi)確實(shí)提供了無(wú)源觸點(diǎn)，所以其他閥門(mén)動(dòng)作正常。但是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)信號(hào)輸出端后，確認(rèn)是有源DC 24V，就是所謂“控制電源打架”。于是要求廠家增加DC 24V繼電器，對(duì)控制箱按鈕側(cè)來(lái)的按鈕信號(hào)進(jìn)行隔離，繼電器電源單獨(dú)供，形成控制箱內(nèi)輸出也為無(wú)源信號(hào)。DCS側(cè)的信號(hào)也是同樣處理。切換到就地時(shí)，控制箱側(cè)按鈕信號(hào)為無(wú)源輸出信號(hào)，就地控制功能完成。控制箱切到遠(yuǎn)程，DCS側(cè)無(wú)源信號(hào)回路完成，DCS就可對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制。有源信號(hào)與無(wú)源信號(hào)都是很常見(jiàn)的情況，但是與實(shí)際應(yīng)用的匹配需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行確認(rèn)、調(diào)試后才能正常投用。

3.3 液壓控制閥

（1）液壓控制閥簡(jiǎn)稱(chēng)液壓閥，是用來(lái)對(duì)液壓系統(tǒng)中液流的壓力進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)的閥。此類(lèi)閥是利用作用在閥芯上的液體壓力和彈簧力相平衡的原理來(lái)工作的。

（2）液壓閥的種類(lèi)很多，有的需要限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，如安全閥;有的需要穩(wěn)定液壓系統(tǒng)中某處的壓力值，如溢流閥;還有的利用液壓力作為信號(hào)來(lái)控制閥門(mén)動(dòng)作，如順序閥等。

（3）在某污泥儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目中，在料倉(cāng)底部有板框結(jié)構(gòu)的下料閥。下料閥開(kāi)度由一套液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。該系統(tǒng)由在一套油泵液壓系統(tǒng)上（簡(jiǎn)稱(chēng)“油站系統(tǒng)”）對(duì)板框的機(jī)械臂進(jìn)行推進(jìn)或者拉出提供動(dòng)力，閥門(mén)達(dá)到開(kāi)關(guān)、行程動(dòng)作的要求。這套液壓系統(tǒng)配套多臺(tái)壓力、溫度、液位、行程限位等智能儀表，檢測(cè)了實(shí)際參數(shù)，輸入進(jìn)DCS，由DCS對(duì)油泵進(jìn)行變頻控制。這套系統(tǒng)是德國(guó)進(jìn)口的成套設(shè)備，自控技術(shù)比較先進(jìn)，但是在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

①由于板框設(shè)備與限位開(kāi)關(guān)等都是分開(kāi)供應(yīng)，安裝時(shí)，限位開(kāi)關(guān)安裝位置多次變更，原因是下料閥機(jī)械行程的調(diào)整，導(dǎo)致限位開(kāi)關(guān)位置變化。

②油站系統(tǒng)自帶接線箱，把所有檢測(cè)控制信號(hào)都接入，并由電纜引入中控室機(jī)柜內(nèi)。安裝接線完畢，檢查投入調(diào)試，發(fā)現(xiàn)信號(hào)有問(wèn)題，無(wú)法正常工作。仔細(xì)核對(duì)DCS控制原理圖和廠家圖紙?jiān)韴D，發(fā)現(xiàn)DCS設(shè)計(jì)把油站相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)儀表點(diǎn)位，設(shè)計(jì)成與其它管線設(shè)備上儀表類(lèi)似，即AI、AO信號(hào)是有源觸點(diǎn)，DI、DO是無(wú)源觸點(diǎn)。而油站系統(tǒng)上檢測(cè)儀表上都是由油站的接線箱單獨(dú)供電（DC 24V直接引自DCS直流電源柜）。其原因就是DCS系統(tǒng)與油泵系統(tǒng)之間的界面沒(méi)有厘清，導(dǎo)致儀表由兩處供電，信號(hào)不匹配。于是把DCS接入端信號(hào)（AI、AO）改成無(wú)源輸入，再經(jīng)測(cè)試，信號(hào)都正常，系統(tǒng)就正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。

③設(shè)備智能化越高，其自動(dòng)化控制功能越復(fù)雜，在局部與整體之間會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似情況，需要整合工藝控制要求、相關(guān)技術(shù)資料和工程經(jīng)驗(yàn)，才能比較好地解決問(wèn)題。兼顧單個(gè)產(chǎn)品完善性，考慮系統(tǒng)整體的兼容性，才能客觀對(duì)待技術(shù)發(fā)展和細(xì)節(jié)完善。

4 智能控制閥發(fā)展前景

不管是氣動(dòng)閥、電動(dòng)閥，還是液壓閥，都是根據(jù)生產(chǎn)生活中實(shí)際要求，現(xiàn)行技術(shù)的發(fā)展決定了當(dāng)時(shí)閥門(mén)的復(fù)雜程度和控制功能的瓶頸。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自控技術(shù)、芯片技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)等的進(jìn)一步發(fā)展，使得智能閥門(mén)小型化、智能化必然成為發(fā)展趨勢(shì)。

（1）從智能控制閥發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改善：執(zhí)行機(jī)構(gòu)小型化;簡(jiǎn)單流路;平衡式閥芯;一體化閥芯和閥座;套筒導(dǎo)向。

（2）從智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)看，將不斷有新技術(shù)應(yīng)用于智能閥門(mén)控制器：總線通信技術(shù);電子傳感器（取代普通結(jié)構(gòu)式限位保護(hù)和過(guò)力矩保護(hù)）;利用組態(tài)軟件對(duì)電機(jī)進(jìn)行精度控制;優(yōu)化的人機(jī)界面;伺服電機(jī)控制（DSP技術(shù)）。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能控制閥發(fā)展的日新月異，與許多專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展密不可分，比如新材料的應(yīng)用，新工藝的要求，自控技術(shù)精細(xì)化，機(jī)械、控制、智能一體化，智能芯片發(fā)展。智能閥門(mén)作為智能控制單元的重要組成部分，在智能化運(yùn)行、靈活的人機(jī)操作對(duì)話、智能控制標(biāo)準(zhǔn)方面還有很大的提升空間。相信不久的將來(lái)，智能控制閥的發(fā)展一定能為人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化作出重要貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介

徐衛(wèi)青（1978—），男，上海人，本科，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡姎鈨x表自動(dòng)化（自控）。