新型智能阀门定位器及其应用

    0 引言

    火力发电厂的集散控制系统，往往由成百上千个控制回路组成，每一个控制回路都会接受或从内部产生干扰，对过程变量产生决定性的影响。不同回路之间的相互作用也会产生影响过程变量的扰动。各种传感器和变送器收集过程变量的信息，控制器接受这些信息并进行处理，使得过程变量在负载扰动发生后恢复到它的正常范围。所有的测量、比较、计算工作完成后，必须由终端控制元件来执行控制器所选择的控制策略。控制回路中特别常用的终端控制元件就是气动执行器。

    气动执行器与新型智能阀门定位器配合使用，可以提供很高的定位精度以及对过程干扰更加迅速地响应。基于微处理器的智能定位器，为气动执行器提供了比常规机械式定位器更优越的动态性能，并且具有零位、行程的自调整功能和自诊断功能等，有助于确保最初的优良性能不会随着定位器长期使用而下降。

    1 常规机械式定位器存在的主要问题

    我公司1号机组除氧器上水气动调节阀、凝结水再循环气动调节阀等汽机侧重要调节阀使用的均为机械式定位器，这种定位器由反馈凸轮、连杆、电气转换器等部件组成，纯粹利用机械传动和弹性元件变形来工作。定位器内部的波纹管、反馈弹簧、喷嘴档板等核心部件在长期使用中，由于受压缩空气中水分、油分和固态杂质、腐蚀性气体以及振动、高温等工作环境的影响容易老化变形，导致定位器失效，调节阀无法远控操作，直接影响自动调节的品质，同时造成整体系统不安全因素的上升。因此有必要选择一种可靠性高、安装方便，能广泛适应压缩空气品质的智能定位器来替换现有的机械式定位器。根据我公司实际需要，我们选定了SIEMENSSIPARTPS2智能定位器来替换常规机械式定位器。

    2 智能定位器的工作原理、性能特点及结构组成

    2.1 智能定位器的工作原理及性能特点

    SIPARTPS2系列智能电气阀门定位器用于气动直行程或角行程执行机构的控制。其定位器采用微处理器对给定值和位置反馈进行比较。如果微处理器检测到偏差，就通过一个五步开关程序来控制压电阀，压电阀将控制指令转换为进入执行机构气室的压缩空气流量，进而调节气动执行机构的位移变化量以消除位置偏差。而执行机构的位置反馈则是通过固定在直行程或角行程执行机构上的位置反馈组件中的导电塑料电位器的转换实现的。定位器的附加功能输入可用于锁定阀位或驱动阀门达到安全的位置。与常规产品相比，SIPARTPS2系列智能电气阀门定位器有许多独特而实用的性能特点：

    1）三个按键和双行LCD显示可实现简捷的操作和编程。

    2）具有零位和行程范围自动调整的功能。

    3）手动操作时无需另外的设备。

    4）具有可选的或可编程的输出特性。

    5）具有自诊断功能。

    6）耗气量极小。

    7）设定值和控制变量极限值可进行选择。

    8）可编程设置阀门“紧密关闭”功能。

    2.2 智能定位器的结构组成

    SIPARTPS2系列阀门定位器是一种采用高集成度微处理器的数字式现场设备。定位器主要由以下部件组成：

    1）PCB印刷电路板组件。电路板安装架留有数个插槽，按编号分别插入Iy模块、报警模块和限位开关触发器模块（SIA），这些模块与基本单元之间在电气上都是隔离的，以防止相互干扰。

    2）由压电阀组构成的气路控制及放大部分，能控制进入执行器的压缩空气量。

    （1）带微处理器和输入电路的主板。

    （2）带LCD和按键的控制面板。

    （3）压电阀单元，单作用定位器。

    （4）压电阀单元双作用定位器。

    （5）Iy模块用于SIPARTPS2控制器。

    （6）报警模块用于3个报警输出和1个二进制输入注。

    （7）SIA模块（限位开关报警模块）。

    （8）弹簧复位气动执行机构（单作用）。

    （9）无弹簧复位气动执行机构（双作用）。

    注意：报警模块（6）和SIA模块（7）仅在二者中选择一插入。

    3 智能定位器的调试及安装

    3.1 安装

    将定位器各部件包括反馈杆、气动模块、报警模块、反馈模块等预装完毕。用合适的连接件将定位器固定在执行机构的支架上。对于直行程执行机构要保持定位器的垂直，并调整定位器的高度，使反馈杆的水平位置与阀门杆行程的中心位置相对应；对于角行程执行机构注意使定位器与地面水平。

    3.2 调试前的准备工作

    1）将定位器、执行器及其他气路元件用气源管连好，并给上气源。

    2）将定位器的信号线和反馈线连接完毕。

    3）现在定位器处于手动模式，在定位器显示窗口上方显示的为电位计的电压百分数。

    4）用定位器显示窗口下方的“+”和“－”两个按键，使执行机构运动，看整个机构能否自由走满行程。

    5）让执行器运动到行程的中间位置（直行程的反馈杆处于水平位置），就可以进行初始化了。

    3.3 参数设置

    按功能键（小手形）5s后就可以进行参数设置。SIEMENS定位器共有36组参数，可以根据现场的实际情况进行设置。用“+”和“－”键可以在一组参数中进行选择，选择完后可以按一下功能键进入第二组参数的设置，若上一个参数设置有误，可以按功能键同时按“－”键，回到上一个参数再进行设置。

    在这些参数中有以下几个是经常用到的：

    1）YFCT（执行器类型）：直行程选WAY，角行程选TURN。

    2）YAGL（额定反馈角度）：一般情况下，直行程设置成33°，角行程设置成90°。

    3）SDIR：给定方向上升RISE，给定方向下降FALL。

    4）YDIR（操作变量方向显示）：上升RISE，下降FALL。

    同时改变SDIR和YDIR这两组参数可改变执行器动作方向。

    3.4 初始化

    开始初始化时执行器必须处于行程的中间位置。参数设置完毕后用功能键切换到第四个参数，显示为“4.INIT”，按住“+”键约5s定位器就自动进行初始化了。当初始化完成时屏幕上显示“FINISH”，按一下功能键显示“4.INIT”。按功能键5s后，当屏幕显示有变化时松手，此时定位器处于手动模式，再按一下功能键定位器处于自动模式。初始化结束后定位器即进入正常工作状态。根据执行器的情况整个初始化过程＜15min。在日常使用时按一下功能键可在自动和手动之间切换。手动时按“+”“－”键使执行器运动。

    4 智能定位器配套三断自锁装置工作原理

    在实际应用中，集散控制系统显然无法提供百分之百的保证。对于某些工艺过程，为了避免在发生断气、断电或断信号故障时出现事故，要求控制阀保持在故障前的最后一个位置上，如安装在锅炉减温系统中的喷水减温调节阀，它通过改变节流部位面积调节喷水量，控制蒸汽温度，保证锅炉正常运行。如果发生故障时，阀门运行到全开或全关位置，都会导致蒸汽温度过低或过高，这就要求控制阀在设计上实现故障—安全的三断（断气、断电、断信号）保护措施。其工作原理如下：

    4.1 断气源

    单作用定位器可选用单通道气动保位阀，当气源系统发生故障（失气）时，气动保位阀自动切断定位器与气动控制阀之间的通道，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡或两气室的压力平衡，气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。该保位阀应设定在略低于气源的最小值时启动，因西门子定位器正常工作的压力范围是0.14～0.7MPa，切换点可设为0.14MPa。

    4.2 断电源

    电磁阀可选用二位二通220VAC单电控常闭型。当控制系统电源故障（失电）时，电磁换向阀失电，电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀执行相当于“断气“时的动作，使气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。

    4.3 断信号

    电子开关可选用西门子定位器专用信号比较仪，当控制系统信号故障（失信号）时，电子开关检测到后，断掉电磁换向阀的电压信号，电磁阀执行相当于“断电”时的动作，使气动控制阀的阀位保持在故障前的最后一个控制信号位置上。

    5 结语

    随着计算机技术、数字通信技术、新型传感器技术等的发展，以微处理器为核心的智能定位器在工业控制领域的应用将会越来越广泛。