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淺析智能閥門定位器在化工裝置的應用

供稿:北京天星組態(tài)軟件有限公司 2017/1/4 17:00:41

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  • 關鍵詞: 智能閥門定位器 壓電閥 調校
  • 摘要:介紹智能閥門定位器的組成、工作原理、特點及其應用。闡述在化工控制過程中利用智能閥門定位器可實現(xiàn)高品質調節(jié),增加過程控制的精確性和穩(wěn)定性。

摘要:


  介紹智能閥門定位器的組成、工作原理、特點及其應用。闡述在化工控制過程中利用智能閥門定位器可實現(xiàn)高品質調節(jié),增加過程控制的精確性和穩(wěn)定性。

關鍵詞:智能閥門定位器 壓電閥 調校

  調節(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行,對生產過程影響非常大。運用智能閥門定位器,能夠改善調節(jié)閥的流量特性和性能,可以通過與DCS或總線設備進行數(shù)字信息通訊,提升企業(yè)生產控制能力,為裝置的安全穩(wěn)定生產提供保障。下面以美國FLOWSERVE公司生產的Logix520智能閥門定位器的應用為例,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)定位器多為機械力平衡原理,它采用噴嘴擋板機構,可動件較多,容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響,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,會造成調節(jié)閥非線性,導致控制質量下降;外界振動傳到力平衡機構,易造成部件磨損以及零點和行程漂移,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)定位器手動調校時需要使用專用設備、不隔離控制回路是不可能的,且零點和行程的調整互相影響,須反復整定,費時費力,非線性嚴重時,則更難調整。

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;電/氣動轉換器模件的壓電閥;閥位傳感器。

2.2 Logix520智能閥門定位器的工作原理

  整個控制回路由兩線、4~20mA信號控制。HART模件送出和接收疊加在4~20mA信號上的數(shù)字信息,實現(xiàn)與微處理器的雙向數(shù)字通信。模擬量的4~20mA信號傳給微處理器,與閥位傳感器的反饋進行比較,微處理器根據偏差的大小和方向進行控制計算(一級控制),向壓電閥發(fā)出電控指令使其進行開、閉動作。壓電閥依據控制指令脈沖的寬度對應于氣動放大器輸出壓力的增量,同時氣動放大器的輸出又被反饋給內控制回路,再次與微處理器的運算結果進行比較運算(二級控制),通過兩級控制輸出信號到執(zhí)行機構,執(zhí)行機構內空氣壓力的變化控制著閥門行程。當控制偏差很大時,壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號,使定位器輸出一個連續(xù)信號,大幅度的改變至執(zhí)行機構的信號壓力驅動閥門快速動作;隨著閥門接近要求的位置,命令要求的位置與測得位置的差值變小,壓電閥輸出一個較小脈寬的脈沖信號,斷續(xù)、小幅度的改變至執(zhí)行機構的信號壓力,使執(zhí)行機構接近新命令位置的動作平緩。當閥門到達要求的位置(進入死區(qū))時,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。

3.Logix520智能定位器的調校

  通過就地用戶界面DIP設置開關,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調校等基本設置;在不增加工具的條件下,能夠進行自動或手動校準定位器;并且可以通過就地用戶界面手動控制按鈕,實現(xiàn)手動控制調節(jié)閥。

3.1自動調校

  將“Quick_cal”DIP開關置于“自動”,按住定位器就地界面板上的“Quick_cal”按鈕約三秒鐘,定位器會全關閥門并登記0%位置,然后,打開閥門到停并登記100%位置,反復進行兩遍,在這一過程中,定位器要測量兩個方向的定位速度,以確定最小的定位增量(第二遍過程中在50%略停檢測閥位中點偏移),其間面板上狀態(tài)指示燈會按“Y-R-G-G”的順序閃亮,表明校準正在進行中。當指示燈回到從綠燈開始的變化順序時,校準自動完成。

3.2手動調校

  將“Quick_cal”DIP開關置于“慢進”,校準過程會在一開始時關閉閥門,零點位置自動定在閥座處,量程則需用戶手動設定;當面板上狀態(tài)指示燈按“Y-R-R-G”順序閃亮,使用“慢進↑”按鈕,手動把閥門調到約100%位置,然后同時按兩個“慢進”按鈕,閥門會進行開關行程,當面板上狀態(tài)指示燈再次按“Y-R-R-G”順序閃亮時,使用“慢進↑”按鈕,再次調節(jié)閥門到精確的100%,然后再次同時按兩個“慢進”按鈕,登記100%位置,在之后完成校準的過程中,再不需要操作。當指示燈回到從綠燈開始的順序時,完成校準。

  這個功能使調校工作方便快捷,而且調校的線性好,精度高,響應速度和死區(qū)適中,穩(wěn)定性好。

4. Logix520閥門定位器的其他特點

  1) 就地面板裝有紅黃綠三個發(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)測功能;三個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,沒有內部問題、錯誤和報警;任何以黃燈開始的閃亮順序,表明是在特殊校驗或測試狀態(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 %;對氣源壓力的變化不敏感;

  3) 采用同一型號既可用于直行程又可用于角行程;通過選配雙作用模件,可以實現(xiàn)控制雙作用活塞缸執(zhí)行器;

  4) “緊閉”功能默認設置起始風壓,確保執(zhí)行機構對閥座適宜的定位壓力,使調節(jié)閥在不同工況下保證零位“緊密關閉”;

  5) 使用HART通訊協(xié)議,與定位器進行雙向通信;

5.在實際使用中應該注意的問題

5.1 對調節(jié)信號的帶負載能力有較高的要求

  在實際使用過程中,由于Logix520定位器的輸入阻抗較高,當輸入信號為20mA時,供電電壓的最小要求值為12VDC、帶負荷能力不小于600Ω,否則定位器不能正常工作;最小輸入電流不小于3.6mA時,才能確保其性能。

5.2 應合理設置定位器的動作死區(qū)

  定位器死區(qū)設置越小,定位精度越高,這就給人們造成一個誤區(qū),以為死區(qū)越小越好,但這樣會使壓電閥及反饋桿等運動部件的動作越頻繁,有時會引起閥門振蕩,影響定位器和閥門的使用壽命,故定位器的死區(qū)設置不易過小;定位器設置更改后,必須重新調校后才能生效;

5.3 Logix520定位器的安裝

  定位器的安裝有一個重要原則就是,定位器、閥桿、反饋桿三部分要構成閉環(huán)負反饋。安裝時可以這樣檢驗:定位器安裝后,閥桿和反饋桿不連接,用手轉動反饋桿,若閥桿動作方向與反饋桿動作方向相反,則說明已構成閉環(huán)負反饋;此時要將調節(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,也會增加其線性偏差。

5.4 Logix520定位器流量特性的選擇

  調節(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選擇線性輸出;在實際使用中,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節(jié)閥,通過把定位器輸出特性設置為等百分比特性,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,如果整體更換,費用高昂;這時可以利用無故障的模塊對定位器進行重新組裝,但組裝后要根據不同的調節(jié)閥進行重新設置,由于使用定位器的調節(jié)閥(行程等)變了,利用自動調??赡苓_不到使用要求,這時可以先手動調校確定其行程,然后再用自動調校校準。這樣可以使調節(jié)閥定位精準、具有合適的響應速度,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際應用

  1)某甲醇裝置C-203A/B/C氧壓機組震動劇烈,其回流管線上的PCV-2008A/B/C調節(jié)閥,使用常規(guī)定位器,噴嘴擋板不久即出現(xiàn)磨損,零點量程時有漂移,定位器頻繁損壞,過程控制質量極差、危及安全生產;采用Logix520定位器后,由于其全密封結構,可動部件很少,力轉換過程沒有機械傳動,消除了振動產生的干擾,使這個問題隨之化解,大大降低了維護量、節(jié)約了資金,保證了過程控制質量和裝置安全運行。

  2)某裝置氣化爐廢鍋液位LCV-2003A/B調節(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),介質狀態(tài)為高溫高壓(304℃、8MPa),為防止介質泄漏,將填料壓得較緊,導致閥桿動作遲滯緩慢,閥位產生階躍變化,穩(wěn)定性較差,對過程控制影響較大。而且操作難度大,儀表維護量多;采用Logix520定位器后,定位器通過兩級控制,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更精確、更穩(wěn)定,閥位的變化平穩(wěn)精準;還可將定位器就地界面上的“valve stability”DIP開關撥到“Hi Friction”和“Lo Friction”選項中的“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,儀表維護人員巡檢至某裝置加氫反應器液面調節(jié)閥LV-1501B時,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節(jié)閥膜頭漏氣,及時進行了處理,避免了因調節(jié)閥動作失靈危及裝置安全生產;同樣還是維護人員巡檢時發(fā)現(xiàn)TV-0706B調節(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,調節(jié)閥供氣壓力不足,無法滿足行程要求。維護人員檢查后發(fā)現(xiàn)減壓閥損壞,及時更換了減壓閥并按額定要求恢復氣源壓力,避免了操作過程中因調節(jié)不到位而影響過程控制和產品質量。

7.結束語

  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,使用更加簡便、可靠。


審核編輯(李晨暉)
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