上海申弘閥門(mén)有限公司
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智能閥門(mén)定位器在石化裝置控制 |
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智能閥門(mén)定位器在石化裝置控制 智能閥門(mén)在石化裝置控制 閥門(mén)定位器在石化裝置控制 智能閥門(mén)定位器在石化裝置控制介紹智能閥門(mén)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(guò)程中利用智能閥門(mén)定位器可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)調(diào)節(jié)，增加過(guò)程控制的性和穩(wěn)定性。石油化工裝置中智能閥門(mén)定位器的應(yīng)用智能閥門(mén)定位器是一種不需要人工調(diào)校，可以自動(dòng)檢測(cè)所帶調(diào)節(jié)閥零點(diǎn)，滿程，摩擦系數(shù)，自動(dòng)設(shè)置控制參數(shù)的閥 門(mén)定位器。 1.1智能定位器原理 FIELDVUE系列數(shù)字式閥門(mén)控制器有一個(gè)獨(dú)立的模塊基座，它可以很方便地在現(xiàn)場(chǎng)更換而不必拆現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線或?qū)Ч堋＿@個(gè)模塊基座包括一些子模塊：I/P轉(zhuǎn)換器；PWB（印刷電路板）組件；氣動(dòng)中繼器；指示表。模塊基座可以通過(guò)換子模塊而重新組合。FIELDVUE系列數(shù)字式閥門(mén)控制器通過(guò)進(jìn)入端子盒的一對(duì)雙絞線接受輸入信號(hào)和電能，輸入信號(hào)同時(shí)到PWB組件子模塊，在那里它被附加許多參數(shù)，例如多段折線性化中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，極限值和其他數(shù)值。然后PWB組件子模塊送信號(hào)給I/P轉(zhuǎn)換器子模塊。I/P轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變輸入信號(hào)成為氣壓信號(hào)。該氣壓信號(hào)送到氣動(dòng)中繼器，加以放大并作為輸出信號(hào)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該輸出信號(hào)也可以被安置在PWB組件子模塊上的壓力敏感元件所感受。用于閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的診斷信息。閥門(mén)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥桿位置當(dāng)作輸入信號(hào)引入PWB子模塊，用作數(shù)字式閥門(mén)控制器的反饋信號(hào)，數(shù)字式閥門(mén)控制器上也可以配備指示表，指示氣源壓力和輸出壓力。 智能閥門(mén)定位器在石化裝置控制關(guān)鍵詞：智能閥門(mén)定位器 壓電閥 調(diào)校 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(guò)程影響非常大。運(yùn)用智能閥門(mén)定位器，能夠改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能，可以通過(guò)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(mén)定位器的應(yīng)用為例，介紹智能閥門(mén)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。
1.2.1實(shí)時(shí)信息控制、提高安全性和減少開(kāi)支 1）改善控制：雙向數(shù)字通訊把閥門(mén)當(dāng)前情況的信息帶給你，你 2）提高安全性：可以從現(xiàn)場(chǎng)接線盒、端子板或在控制室這樣的安全地區(qū)使用手操器、PC機(jī)或系統(tǒng)工作站選取信息，將你面對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)會(huì)減到zui小，并且不必親臨現(xiàn)場(chǎng)。 3）保護(hù)環(huán)境：可以把閥門(mén)泄漏檢測(cè)儀或限位開(kāi)關(guān)接到智能數(shù)字式閥門(mén)控制器的輔助端子，免得額外增加現(xiàn)場(chǎng)布線，若發(fā)生超限該儀表將會(huì)報(bào)警。 4）節(jié)省硬件開(kāi)支：當(dāng)FIELDVUE系列數(shù)字式閥門(mén)定位器用在集成系統(tǒng)時(shí)，由于FIELDVUE數(shù)字式閥門(mén)控制器替代調(diào)節(jié)器可以節(jié)省硬件和安裝費(fèi)用。FIELDVUE系列數(shù)字式閥門(mén)控制器使布線投資、端子和I/O需求投資節(jié)省50%。同時(shí)FIELDVUE儀表采用二線制供電，不要求單獨(dú)而價(jià)高的供電導(dǎo)線。它們替換掉現(xiàn)有的配裝于閥門(mén)的模擬儀表，節(jié)省了單獨(dú)敷設(shè)電源線和信號(hào)線的高額費(fèi)用。 1.2.2結(jié)構(gòu)可靠和HART信息 1）結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用：全密封結(jié)構(gòu)阻止了震動(dòng)、溫度和腐蝕性環(huán)境對(duì)它的影響，獨(dú)立的防風(fēng)雨現(xiàn)場(chǎng)接線盒把現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線接點(diǎn)和儀表其他部分隔離開(kāi)。 2）加快開(kāi)工準(zhǔn)備步驟：數(shù)字式閥門(mén)控制器的雙向通訊能力使你可以通過(guò)遠(yuǎn)程識(shí)別每臺(tái)儀表，檢驗(yàn)它的校準(zhǔn)情況，查閱對(duì)比以前存儲(chǔ)的維修記錄及其他更多信息，達(dá)到盡快啟動(dòng)回路的目的。 3）便于選取信息：FIELDVUE數(shù)字式閥門(mén)定位器和變送器應(yīng)用 HART通訊協(xié)議可以方便地選取現(xiàn)場(chǎng)信息。如實(shí)地看到控制過(guò)程的基礎(chǔ)——控制閥本身——在閥門(mén)或現(xiàn)場(chǎng)接線盒上借助于手持通訊器，在DCS控制室借助于個(gè)人計(jì)算機(jī)或操作員的控制臺(tái)。 采用HART協(xié)議也意味著FIELDVUE儀表可以組合在集成系統(tǒng)之內(nèi)，或作為自成一體的控制設(shè)備來(lái)用。這種多方面的適應(yīng)性，使得無(wú)論現(xiàn)在或?qū)?lái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作更為方便容易。
1.2.3自診斷與控制能力 1）現(xiàn)場(chǎng)總線的通信 所有DVC5000f數(shù)字式閥門(mén)控制器都包含現(xiàn)場(chǎng)總線通訊能力，包括A0功能塊及下列診斷： a）關(guān)鍵閥門(mén)使用跟蹤參數(shù)； b）儀表健康狀態(tài)參數(shù)； c）預(yù)定格式閥門(mén)性能階躍維護(hù)測(cè)試。 關(guān)鍵閥門(mén)使用跟蹤參數(shù)可監(jiān)控閥桿的總行程（行程累積）及閥桿行程轉(zhuǎn)向（周期）的次數(shù)。如果儀表的內(nèi)存、處理器或檢測(cè)器有任何問(wèn)題，則儀表的健康狀態(tài)參數(shù)報(bào)警。一旦有問(wèn)題發(fā)生，可確定該儀表將如何對(duì)該問(wèn)題作出反應(yīng)。假如，若壓力檢測(cè)器有故障時(shí)，儀表是否應(yīng)當(dāng)關(guān)閉？也可選擇哪一個(gè)元件出毛病將引起儀表關(guān)閉（是否問(wèn)題嚴(yán)重，足以引起關(guān)閉）。這些參數(shù)指示以報(bào)警形式報(bào)告。監(jiān)控性報(bào)警可以提供有關(guān)有問(wèn)題的儀表、閥門(mén)或過(guò)程的瞬間指示。 2）標(biāo)準(zhǔn)控制與診斷 所有DVC5000f數(shù)字式閥門(mén)控制器都包含標(biāo)準(zhǔn)的控制與診斷。 2Logix520智能閥門(mén)定位器的組成和原理 2.1 Logix520智能閥門(mén)定位器的組成 Logix520智能閥門(mén)定位器是一種具有HART通信協(xié)議的智能閥門(mén)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(kāi)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(mén)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(kāi)、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(guò)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(mén)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(mén)快速動(dòng)作；隨著閥門(mén)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(mén)到達(dá)要求的位置（進(jìn)入死區(qū)）時(shí)，壓電閥無(wú)脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門(mén)穩(wěn)定在某一位置不動(dòng)。
3Logix520智能定位器的調(diào)校 通過(guò)就地用戶界面DIP設(shè)置開(kāi)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(guò)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(kāi)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(mén)并登記0％位置，然后，打開(kāi)閥門(mén)到停并登記100％位置，反復(fù)進(jìn)行兩遍，在這一過(guò)程中，定位器要測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的定位速度，以確定zui小的定位增量（第二遍過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)置于“慢進(jìn)”，校準(zhǔn)過(guò)程會(huì)在一開(kāi)始時(shí)關(guān)閉閥門(mén)，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(mén)調(diào)到約100％位置，然后同時(shí)按兩個(gè)“慢進(jìn)”按鈕，閥門(mén)會(huì)進(jìn)行開(kāi)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(mén)到的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(guò)程中，再不需要操作。當(dāng)指示燈回到從綠燈開(kāi)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。
4Logix520閥門(mén)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(guò)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(kāi)始的閃亮順序，表明處于正常操作模式，沒(méi)有內(nèi)部問(wèn)題、錯(cuò)誤和報(bào)警；任何以黃燈開(kāi)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(kāi)始的閃亮順序，表明存在操作問(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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zui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；zui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(mén)振蕩，影響定位器和閥門(mén)的使用壽命，故定位器的死區(qū)設(shè)置不易過(guò)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(shuō)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*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(guò)定位器輸出特性的設(shè)置來(lái)改變閥門(mén)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(guò)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(mén)變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門(mén)來(lái)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(wú)法使用時(shí)，如果整體更換，費(fèi)用高昂；這時(shí)可以利用*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)校可能達(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、具有合適的響應(yīng)速度，從而滿足過(guò)程控制的要求，也節(jié)約了大量的資金。
6Logix520閥門(mén)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(guò)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(guò)程沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)，消除了振動(dòng)產(chǎn)生的干擾，使這個(gè)問(wèn)題隨之化解，大大降低了維護(hù)量、節(jié)約了資金，保證了過(guò)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(guò)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(guò)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、更穩(wěn)定，閥位的變化平穩(wěn)；還可將定位器就地界面上的“valve stability”DIP開(kāi)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(wèn)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(mén)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(mén)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(wú)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(guò)程中因調(diào)節(jié)不到位而影響過(guò)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。 |
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