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智能閥門定位器的在線更換

智能閥門定位器的在線更換

2011/5/13 10:09:00

智能閥門定位器的出現提升了控制閥的使用性能,并具有高可靠性和免維護特征,但也不能保證其不會出現故障和損壞,尤其在工業現場使用環境下,也會有不可預知的突發事件或外部原因造成智能閥門定位器出現故障或遭到破壞。智能閥門定位器連接到控制閥后首先要做的初始化是一個自適應自校準過程,需要幾分鐘到十幾分鐘的時間,控制閥從全關到全開要反復動作幾次并記錄存儲下基準數據。在線工況不允許全開全關的反復動作,正常的初始化過程不能滿足用戶在突發事件下快速平穩處置故障的要求。西門子(SIEMENS)的SIPART
                              PS2系列帶通信功能的智能閥門定位器和薩姆森(SAMSON)的3730/3731系列智能閥門定位器,設計上考慮了在線更換問題,提供了緊急情況下在線更換功能的處理預案。
                                 
                              流程工業自動化的發展趨勢體現在過程控制和資產管理日益智能化、網絡化和信息化。構成控制回路的傳感器(變送器)、控制器(控制系統)和執行器(控制閥)都是重要的環節,精準的測量手段和先進的控制策略最終要由現場執行器完成有效的操作。控制系統、測量儀表應用新技術換代升級,達到前所未有的高性能,而執行器更顯現為薄弱的短板。
                                 
                              氣動控制閥是使用最多的執行器,配置電氣閥門定位器接駁控制系統,接受控制指令并實現閥位(行程)的一致性定位。電氣閥門定位器這一氣動控制閥的重要附件,長期采用機械式的模擬技術,結構復雜、功能單一且故障率高,使得氣動控制閥整體性能低下。近年來,以數字式電氣閥門定位器的控制閥數字解決方案扭轉了氣動控制閥落后的局面,提升了終端執行元件的使用性能和信息處理能力,使之變身成為現場智能設備。

                                 
                              數字式電氣閥門定位器作為新一代高性能智能閥門定位器,采用在板微處理器、應用軟件和功能模塊,實現定位功能的自校準、自適應、行程控制以及控制閥的在線狀態監測、故障診斷和離線性能測試,可以帶本機顯示、操作組態或附加更多功能,雙向數字通信和集成到控制系統/資產管理系統,開展預測性維護和輔助預防性維護的計劃安排。
                                 
                              數字式電氣閥門定位器與傳統的模擬式機械結構的電氣閥門定位器有很大不同,對用戶使用者的技術要求高,同時在現場維護上也出現一些新的問題,如在線更換智能閥門定位器。
                                  在線更換智能閥門定位器
                                 
                              智能閥門定位器本機具有高可靠性和免維護特征,但也不能保證其不會出故障和損壞,尤其在工業現場使用環境下,也會有不可預知的突發事件或外部原因,例如猛烈碰撞、氣源嚴重不符合質量要求、閥門定位器殼內進水等等,造成智能閥門定位器出現故障或遭到破壞。流程工業的大型生產裝置的主流程管道、帶熱夾套管道和一些不允許有物料靜止殘留的管道,往往是沒有控制閥前后截止閥和旁路閥的。在維持生產運行和避免停車處理的情況下,如何使氣動控制閥保持在線操作閥位并能快速更換智能閥門定位器和完成初始化調試,盡可能地減小對工藝裝置的影響、恢復正常的過程控制和降低經濟損失,是用戶必定要考慮的問題。采用機械的方法如強制固定閥桿位置或采用直接加一定氣壓到氣動執行機構進行驅動再用機械固定,是可以臨時保持控制閥在一定閥位,但自動控制回路的作用中斷了。解決問題的關鍵還是要在不影響生產過程的前提下快速更換已故障的智能閥門定位器,不能拖延。但是,智能閥門定位器初次配置連接到控制閥首先要做的初始化是一個自適應自校準過程,需要幾分鐘到十幾分鐘的時間,控制閥從全關到全開要反復動作幾次并記錄存儲下基準數據。顯然,在線工況不允許全開全關的反復動作,正常的初始化過程不能滿足用戶在突發事件下快速平穩處置故障的要求。目前為止,僅有個別廠商的智能閥門定位器在設計上考慮了在線更換問題,提供了緊急情況下的處理預案。經過實踐檢驗過的主要有西門子的SIPART PS2系列帶通信功能的智能閥門定位器和薩姆森的3730/3731系列智能閥門定位器,它們各自具備了不同預案的在線更換功能。

                                  SIPART PS2系列智能閥門定位器的在線更換
                                  西門子的SIPART PS2系列是壓電閥氣動部件的智能閥門定位器,可以實現在線更換功能的限于該系列中支持現場總線通信(HART、Profibus-PA、FF)功能的型號(訂貨號6DR51./52./55./56.),其在線更換功能基于復制初始化數據的初始化模式。
                                 
                              測量控制閥行程/轉角的閥位傳感器是一個精密電位器,通過摩擦調整輪與反饋軸連接(反饋軸由反饋桿與閥桿剛性連接),最大90轉角,對于直行程控制閥的閥位轉換,5~20mm行程配短桿選擇轉換比率33;25~35mm配短反饋桿、40~130mm配長反饋桿選擇轉換比率90,見圖1。電位器阻值為P,確定行程后的工作下限與上限分別為P0和P100。由于連接等因素,配置到每臺控制閥上相對應的電位器P0和P100及跨距都有所不同。正常初始化后,電位器工作在P0和P100間的跨距范圍對應已自適應的閥位,微處理器據此跨距范圍信號計算行程,進而控制定位和信息處理并在LCD上顯示。連接到控制閥后自適應自校準的每臺智能閥門定位器的電位器P0和P100都不同,也使得初始化數據有差別。SIPART PS2智能閥門定位器在未初始化時的顯示如圖2,這是P-manual mode(P手動模式)顯示層面,右下的NOINI閃動說明還未做初始化。此時顯示當前電位器的百分比數值,用于檢查電位器行程適應情況和調整反饋桿/電位器的中間位置。按減少鍵或增加鍵可使閥門定位器輸出變化,讓氣動執行機構動作,觀察電位器測量范圍是否在行程范圍內,再使執行機構位于50%行程/閥位時,調整外部的反饋桿連接件或殼內的調整輪使顯示值為P 50左右,完成初始檢查和調整。

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