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智能阀门定位器在石化装置控制 |
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智能阀门定位器在石化装置控制 智能阀门在石化装置控制 阀门定位器在石化装置控制 智能阀门定位器在石化装置控制介绍智能阀门定位器的组成、工作原理、特点及其应用。阐述在化工控制过程中利用智能阀门定位器可实现高品质调节，增加过程控制的性和稳定性。石油化工装置中智能阀门定位器的应用智能阀门定位器是一种不需要人工调校，可以自动检测所带调节阀零点，满程，摩擦系数，自动设置控制参数的阀 门定位器。 1.1智能定位器原理 FIELDVUE系列数字式阀门控制器有一个独立的模块基座，它可以很方便地在现场更换而不必拆现场的导线或导管。这个模块基座包括一些子模块：I/P转换器；PWB（印刷电路板）组件；气动中继器；指示表。模块基座可以通过换子模块而重新组合。FIELDVUE系列数字式阀门控制器通过进入端子盒的一对双绞线接受输入信号和电能，输入信号同时到PWB组件子模块，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。该气压信号送到气动中继器，加以放大并作为输出信号送到执行机构。该输出信号也可以被安置在PWB组件子模块上的压力敏感元件所感受。用于阀门执行机构的诊断信息。阀门和执行机构的阀杆位置当作输入信号引入PWB子模块，用作数字式阀门控制器的反馈信号，数字式阀门控制器上也可以配备指示表，指示气源压力和输出压力。 智能阀门定位器在石化装置控制关键词：智能阀门定位器 压电阀 调校 调节阀是控制系统的终端，一旦其发生故障，将直接影响装置的安全运行，对生产过程影响非常大。运用智能阀门定位器，能够改善调节阀的流量特性和性能，可以通过与DCS或总线设备进行数字信息通讯，提升企业生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。下面以美国FLOWSERVE公司生产的Logix520智能阀门定位器的应用为例，介绍智能阀门定位器。
1常规定位器存在的不足 1)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； 2) 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； 3) 常规定位器手动调校时需要使用设备、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。
1.2.1实时信息控制、提高安全性和减少开支 1）改善控制：双向数字通讯把阀门当前情况的信息带给你，你 2）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到zui小，并且不必亲临现场。 3）保护环境：可以把阀门泄漏检测仪或限位开关接到智能数字式阀门控制器的辅助端子，免得额外增加现场布线，若发生超限该仪表将会报警。 4）节省硬件开支：当FIELDVUE系列数字式阀门定位器用在集成系统时，由于FIELDVUE数字式阀门控制器替代调节器可以节省硬件和安装费用。FIELDVUE系列数字式阀门控制器使布线投资、端子和I/O需求投资节省50%。同时FIELDVUE仪表采用二线制供电，不要求单独而价高的供电导线。它们替换掉现有的配装于阀门的模拟仪表，节省了单独敷设电源线和信号线的高额费用。 1.2.2结构可靠和HART信息 1）结构经久耐用：全密封结构阻止了震动、温度和腐蚀性环境对它的影响，独立的防风雨现场接线盒把现场导线接点和仪表其他部分隔离开。 2）加快开工准备步骤：数字式阀门控制器的双向通讯能力使你可以通过远程识别每台仪表，检验它的校准情况，查阅对比以前存储的维修记录及其他更多信息，达到尽快启动回路的目的。 3）便于选取信息：FIELDVUE数字式阀门定位器和变送器应用 HART通讯协议可以方便地选取现场信息。如实地看到控制过程的基础——控制阀本身——在阀门或现场接线盒上借助于手持通讯器，在DCS控制室借助于个人计算机或操作员的控制台。 采用HART协议也意味着FIELDVUE仪表可以组合在集成系统之内，或作为自成一体的控制设备来用。这种多方面的适应性，使得无论现在或将来，系统设计工作更为方便容易。
1.2.3自诊断与控制能力 1）现场总线的通信 所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含现场总线通讯能力，包括A0功能块及下列诊断： a）关键阀门使用跟踪参数； b）仪表健康状态参数； c）预定格式阀门性能阶跃维护测试。 关键阀门使用跟踪参数可监控阀杆的总行程（行程累积）及阀杆行程转向（周期）的次数。如果仪表的内存、处理器或检测器有任何问题，则仪表的健康状态参数报警。一旦有问题发生，可确定该仪表将如何对该问题作出反应。假如，若压力检测器有故障时，仪表是否应当关闭？也可选择哪一个元件出毛病将引起仪表关闭（是否问题严重，足以引起关闭）。这些参数指示以报警形式报告。监控性报警可以提供有关有问题的仪表、阀门或过程的瞬间指示。 2）标准控制与诊断 所有DVC5000f数字式阀门控制器都包含标准的控制与诊断。 2Logix520智能阀门定位器的组成和原理 2.1 Logix520智能阀门定位器的组成 Logix520智能阀门定位器是一种具有HART通信协议的智能阀门定位器，由三部分组成：微处理器电子控制的模件，包括HART通信模块和就地用户界面开关；电/气动转换器模件的压电阀；阀位传感器。 2.2 Logix520智能阀门定位器的工作原理 整个控制回路由两线、4～20mA信号控制。HART模件送出和接收叠加在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；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动。
3Logix520智能定位器的调校 通过就地用户界面DIP设置开关，可完成定位器的增益、正反作用、定位器特性以及是否允许自动调校等基本设置；在不增加工具的条件下，能够进行自动或手动校准定位器；并且可以通过就地用户界面手动控制按钮,实现手动控制调节阀。 3.1自动调校 将“Quick_cal”DIP开关置于“自动”，按住定位器就地界面板上的“Quick_cal”按钮约三秒钟，定位器会全关阀门并登记0％位置，然后，打开阀门到停并登记100％位置，反复进行两遍，在这一过程中，定位器要测量两个方向的定位速度，以确定zui小的定位增量（第二遍过程中在50％略停检测阀位中点偏移），其间面板上状态指示灯会按“Y-R-G-G”的顺序闪亮，表明校准正在进行中。当指示灯回到从绿灯开始的变化顺序时，校准自动完成。 3.2手动调校 将“Quick_cal”DIP开关置于“慢进”，校准过程会在一开始时关闭阀门，零点位置自动定在阀座处，量程则需用户手动设定；当面板上状态指示灯按“Y-R-R-G”顺序闪亮，使用“慢进↑”按钮，手动把阀门调到约100％位置，然后同时按两个“慢进”按钮，阀门会进行开关行程，当面板上状态指示灯再次按“Y-R-R-G”顺序闪亮时，使用“慢进↑”按钮，再次调节阀门到的100％，然后再次同时按两个“慢进”按钮，登记100％位置，在之后完成校准的过程中，再不需要操作。当指示灯回到从绿灯开始的顺序时，完成校准。 这个功能使调校工作方便快捷，而且调校的线性好，精度高，响应速度和死区适中，稳定性好。
4Logix520阀门定位器的其他特点 1)就地面板装有红黄绿三个发光二极管，通过多种组合指示操作状态或警告工况，具有诊断、监测功能；三个LCD闪亮顺序组合所表示的基本含义：任何以绿色开始的闪亮顺序，表明处于正常操作模式，没有内部问题、错误和报警；任何以黄灯开始的闪亮顺序，表明是在特殊校验或测试状态；任何以红灯开始的闪亮顺序，表明存在操作问题或故障。 2) 耗气量非常小，在0.6 MPa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； 3) 采用同一型号既可用于直行程又可用于角行程；通过选配双作用模件，可以实现控制双作用活塞缸执行器； 4) “紧闭”功能默认设置起始风压，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“紧密关闭”； 5) 使用HART通讯协议，与定位器进行双向通信；
5在实际使用中应该注意的问题 5.1 对调节信号的带负载能力有较高的要求 在实际使用过程中，由于Logix520定位器的输入阻抗较高，当输入信号为20mA时，供电电压的zui小要求值为12VDC、带负荷能力不小于600Ω，否则定位器不能正常工作；zui小输入电流不小于3.6mA时，才能确保其性能。 5.2 应合理设置定位器的动作死区 定位器死区设置越小，定位精度越高，这就给人们造成一个误区，以为死区越小越好，但这样会使压电阀及反馈杆等运动部件的动作越频繁，有时会引起阀门振荡，影响定位器和阀门的使用寿命，故定位器的死区设置不易过小；定位器设置更改后，必须重新调校后才能生效； 5.3 Logix520定位器的安装 定位器的安装有一个重要原则就是，定位器、阀杆、反馈杆三部分要构成闭环负反馈。安装时可以这样检验：定位器安装后，阀杆和反馈杆不连接，用手转动反馈杆，若阀杆动作方向与反馈杆动作方向相反，则说明已构成闭环负反馈；此时要将调节阀阀位置于50％，并使反馈杆处于水平位置，然后将反馈杆和阀杆固定，这样可以保证定位器工作在*线性段。定位器安装不平正，也会增加其线性偏差。 5.4 Logix520定位器流量特性的选择 调节阀的流量特性是由阀芯的加工特性所决定的，如果工艺要求与其相符，则定位器的输出特性应选择线性输出；在实际使用中，若阀芯特性与工艺要求不符，则可以通过定位器输出特性的设置来改变阀门的整体流量特性，如可以将阀芯为线性特性的调节阀，通过把定位器输出特性设置为等百分比特性，即可将具有线性阀芯的阀门变为等百分比流量特性的阀门来使用。 5.5 Logix520定位器的维修 定位器不同的功能模块损坏，造成定位器无法使用时，如果整体更换，费用高昂；这时可以利用*的模块对定位器进行重新组装，但组装后要根据不同的调节阀进行重新设置，由于使用定位器的调节阀（行程等）变了，利用自动调校可能达不到使用要求，这时可以先手动调校确定其行程，然后再用自动调校校准。这样可以使调节阀定位、具有合适的响应速度，从而满足过程控制的要求，也节约了大量的资金。
6Logix520阀门定位器在某厂的实际应用 1)某甲醇装置C-203A/B/C氧压机组震动剧烈，其回流管线上的PCV-2008A/B/C调节阀，使用常规定位器，喷嘴挡板不久即出现磨损，零点量程时有漂移，定位器频繁损坏，过程控制质量极差、危及安全生产；采用Logix520定位器后，由于其全密封结构，可动部件很少，力转换过程没有机械传动，消除了振动产生的干扰，使这个问题随之化解，大大降低了维护量、节约了资金，保证了过程控制质量和装置安全运行。 2)某装置气化炉废锅液位LCV-2003A/B调节阀，改造前使用常规定位器，安装在气化炉附近，工作环境温度较高（80℃左右），介质状态为高温高压（304℃、8MPa），为防止介质泄漏，将填料压得较紧，导致阀杆动作迟滞缓慢，阀位产生阶跃变化，稳定性较差，对过程控制影响较大。而且操作难度大，仪表维护量多；采用Logix520定位器后，定位器通过两级控制，加之与主控气路连在一起的压电阀可以释放很短的控制脉冲，使输出至膜头的信号更、更稳定，阀位的变化平稳；还可将定位器就地界面上的“valve stability”DIP开关拨到“Hi Friction”和“Lo Friction”选项中的“Hi Friction”端，用以消减阀杆承受的高摩擦力和不平衡力造成的影响，基本消除了上述问题。 3）2005年4月，仪表维护人员巡检至某装置加氢反应器液面调节阀LV-1501B时，发现Logix520阀门定位器的状态指示灯显示为“R-Y-Y-Y”，由此判断并检查出调节阀膜头漏气，及时进行了处理，避免了因调节阀动作失灵危及装置安全生产；同样还是维护人员巡检时发现TV-0706B调节阀的Logix520阀门定位器状态指示灯显示“R-Y-Y-R”，由此检查出减压阀输出变小，调节阀供气压力不足，无法满足行程要求。维护人员检查后发现减压阀损坏，及时更换了减压阀并按额定要求恢复气源压力，避免了操作过程中因调节不到位而影响过程控制和产品质量。
7结束语 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。 |
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