浅谈智能电气阀门定位器的应用

    在石油化工生产自动化控制系统中，调节阀的选用对控制精度而言至关重要，它的使用情况影响到产品质量，并关系到装置的安全。而阀门定位器作为调节阀的主要附件，能够改善阀门特性，提高控制的精度和速度，是提高调节阀控制性能的一个重要前提。目前，国外有许多著名公司如西门子公司、ABB、FISHER公司等开发的智能化电气阀门定位器，而智能定位器具有高度自动化、安装简单、免日常维护等优点，应用也越来越广泛。

    2 智能定位器的优越性能

    传统常规定位器采用的是机械力平衡原理即喷嘴挡板机构，存在以下几个问题：

    （1）可动部件多，易受外界振动的影响。

    （2）耐环境性差，易受温度波动的影响。

    （3）由于尺寸衬垫摩擦等影响，不易实现最佳控制。

    （4）喷嘴易被灰尘和污物颗粒堵住，造成定位器不能工作。

    （5）须提供连续气源，能耗大。

    （6）运行中不能进行手动调整，且手动调整很费时。

    而智能定位器刚好能在这些方面提高其性能，具有高环境适应性、控制精度高、投运维护量小和操作费用低等方面的优越性能，并且在实际的应用中也发挥出了重要作用。

    3 智能定位器操作原理及功能

    3.1 智能定位器操作原理

    智能定位器一般由微处理器（μCPU）、转换器、电磁阀和压电控制阀及双气动系统等部分组成。其操作原理不同于原来的喷嘴挡板结构式定位器，其给定值和设定值的比较均是通过电信号来比较，而不再是通过力或力矩平衡来实现。用微处理器的程序代替原来易受干扰的力平衡方式，可消除理转换及机械传动产生的问题。

    其操作原理如下：通过刚性的不振荡的连杆，把调节器的行程或转角转换成电信号，多数通过电位器，西门子公司采用的不是常规的电位器，而是一种装有球轴承和非常耐用电阻薄片。给定电信号也输入至微处理器，微处理器将两种信号比较，产生偏差。产生偏差后，微处理器发出一个控制指令，通过一个五通路的插件传递给压电式阀，控制压电式阀的输出压力，也就是控制执行机构气室的压力，从而控制调节阀的动作。当偏差较大时，输出一个连续的指令；偏差较小时，无控制指令输出；当偏差适中时输出一个连续的脉冲指令。

    3.2 智能定位器的主要功能：

    （1）简化行程和压力换向的调整。

    （2）实现分程调解。

    （3）可调节响应速度，防止长管道压力波动。

    （4）可选择流量特性。

    （5）规定调节阀的上下行程。

    （6）实现报警功能。

    （7）据诊断和监测功能。

    （8）实现在线修改参数。

    （9）功耗仅为常规定位器的百分之零点二。

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    4 智能定位器的调试

    由于智能定位器具有微处理器，能够存储相当多的内部参数，也能够处理相当多的运算步骤，因此，它的调试与常规的定位器调试方法截然不同。以西门子智能定位器SIPARTPS为例，主要有以下三个步骤：

    4.1 智能定位器的安装

    与常规定位器相比，智能定位器同样有专用的安装板和行程销，同样需要安装紧固，同样需要在开度一半时，反馈杆保持水平。

    另外，在西门子智能定位器背面一侧，还有上下公差带的区域标志，在上公差带内必须保证阀门开度在4.0%~13%，在下公差带必须保证阀门开度在54%~97%。否则，就不能自检成功。

    4.2 智能定位器的自检调试

    （1）智能定位器接入回路后，定位器的液晶显示屏上显示Pⅹⅹ.ⅹ，其中P表示手动调试（在此步完成前定位器不能投入运行），ⅹⅹ.ⅹ表示目前的显示阀位。

    （2）按下功能键，进入内部参数状态，LCD上交替闪动显示“YFct”和“nLin”；按动功能键，显示屏又交替显示“init”和“no”，在显示“no”时按键使该字母固定。

    （3）按下功能键或者，让执行机构动作，使阀门处在非全开和全关位置。否则将影响后面的自检和调校过程。

    （4）按键>5s，待出现“Strt，run1”字母后再松开。若出现或者时，则向左或右调节连接器；或者调节定位器的安装高度，使显示。

    （5）然后按键，让定位器继续运行。定位器依次运行“run1，run2，run3，run4，run5”步后，显示屏会显示oCAY字母，表明

    位器自检功能结束。

    其中，run1决定动作方向。运行此步时，定位器输出气源压力降至零，定位器自动检查执行机构的动作方向；

    run2检查执行机构的行程、调整零点和行程。运行此步时，定位器输出气源压力先从最小再到最大，反复检查阀的行程范围

    与显示的阀位是否符合规定，如果符合上下公差带的要求，则此步能往下运行，否则就自检不下去，必须重新调整定位器的安装高度或者调节连接器而后重新运行run1；

    run3确定并显示阀位的变化量。该步所显示的dⅹⅹ.ⅹ和Uⅹⅹ.ⅹ分别表示阀位的上下调整量；

    run4确定阀位的最佳响应精度。运行此步时，定位器输出气源压力一点一点增加，直到阀位有所变化，然后再一点一点减少，使阀位也有所动作，算是调试完毕；

    run5是指最佳优化定位器的瞬时特性。运行此步时，定位器输出气源压力先增加使阀门动作，而后再降低使阀门反向动作，从而调整定位器的瞬时响应特性。

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    4.3 定位器技术参数的调校

    （1）在定位器自检功能调校好后，显示屏交替显示“init，Ocay”字母，按键，显示又交替显示“YFcT，nLin”字母。

    （2）根据调节阀的实际流量特性，通过修改该参数来选择。

    （3）按键，进入下一个参数“SCUr”，根据实际进行设定。

    （4）以此类推，按顺序将定位器的内部技术参数逐个进行设定。

    （5）当显示屏交替显示“PrST，no”字母时，如果技术参数已设定好，则必须选“no”字母，否则就又回到出厂预置状态。具体见表1定位器的内部技术参数：

表1 定位器的内部技术参数

    5 小结

    在石油化工行业行业，为严格保证工艺的生产过程以提高产品质量，或者为了改善控制系统，提高控制精度，又或者因为工艺过程管线振动较大，使用常规定位器难以控制的场所，均要用到智能定位器，智能定位器的应用会越来越广泛。由于智能定位器的内部结构特殊，国内目前仅有少数厂家的智能定位器投放市场，其特性与国外智能定位器基本一致，填补了国内智能定位器的空白。相信不久的将来，随着自动化程度的不断提高，智能定位器会越来越普遍地运用到工业控制中去。