带智能阀门定位器调节阀在自控系统中的使用和维护

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华菱集团衡阳华菱钢管有限公司设备维修公司 作者:邓华

  介绍了带智能阀门定位器调节阀在自控系统中的应用工作原理及主要特点。并结合多年切身工作经验,阐述了带智能阀门定位器调节阀在衡阳华菱钢管有限公司(以下简称衡钢)各轧管和冶炼自控系统中的应用实例出现的一些问题和和故障处理方面应具备的一些技巧和方法。

  智能化是工业控制和自动化当前和今后发展的方向之一,它已经成为工业控制和自动化领域的各种新技术、新方法、新产品的发展趋势和显著标志。正是由于智能阀门定位器在控制精度、对环境的适应性、投运、维护及操作费用等方面都优于常规阀门定位器,它的实际应用日益广泛,所以在现场配智能阀门电位器的调节阀调校中出现的问题也开始增加。如何处理好这些问题,使智能阀门定位器得到更好的应用,是我们这些现场安装调试、维护人员所必需面对的问题。

1、智能阀门电位器的工作原理

  智能化阀门电位器一般采用模块化设计,其内部有一个独立的模块基座,它可以很方便地在现场更换模块而不必拆现场的导线和导管。这个模块基座中可以安装一些子模块:I/P转换器、电子和微处理单元组件、气动继能器、阀位传感器、压力指示表等,其中的一些子模块如压力指示表等为可选件。其内部结构图如图1所示:

智能阀门定位器内部结构图

图1 智能阀门定位器内部结构图

  智能阀门定位器内装高集成度的微控制器,采用电平衡(数字平衡)原理代替传统的力平衡原理,将控制系统来的输入信号通过微处理器I/P转换器转换成气动定位增量信号来实现阀位控制,利用数字式开、关、停的信号来驱动气动执行机构的动作,阀位反馈信号直接通过高精确度的位置传感器转换为数字信号后输入微处理器进行反馈比较,实现电/气转换功能和阀门精确定位的功能。智能阀门定位器中集成的压力传感器用来采集阀门定位器输出至阀门执行机构的气源压力信号,用来进一步提高阀门的定位精度和智能定位器的自诊断提供依据。智能阀门定位器的电平衡原理如图2所示:

智能阀门定位器电平衡原理图

图2 智能阀门定位器电平衡原理图

2、智能阀门定位器的主要特点

  主要特点有:(1)高输出力和动作速度;(2)调节精确度高(最小分辨率可达±0.05%),实现正确定位;(3)安装简单,高度自动化调校;(4)几乎免维护运行,这意味着节省时间,应用方便;(5)具有零位和行程范围的手动和自动校准功能;(6)具有可选的或可编程的输出特性;(7)相对传统的阀门定位器耗气量节省很多;(8)具有很强的自诊断功能;(9)设定值和控制变量极限值可进行选择设置;(10)可进行调节阀的死区设置;(11)在线自适应程序意味着即使在恶劣的环境下也能高质量地实现控制;(12)智能阀门定位器内固化的隐含参数可提供许多功能;(13)智能阀门定位器可进行灵活简单的组态,例如:阀门特性、行程限定等;(14)温度和气源压力的变化对智能阀门定位器的影响极小。因阀门动作有3种特性曲线:第一条为快开特性曲线,第二条为线性特性曲线,第三条为等百分比特性曲线。对智能阀门电位器的编程设定可以实现上述3种阀门动作特性曲线并且精度高,反应快速灵敏。

3、智能阀门定位器的调校问题及解决方法

  目前带智能阀门定位器调节阀越来越广泛地应用在衡钢各轧管和冶炼系统的温度、压力、流量及物位等自控系统中,主要有西门子PS2、韩国YT、ABB公司TZID-C等系列产品。在多年对智能阀门定位器的调校和使用维护过程中,遇见了一些问题和故障,总结了如下的一些常见问题的解决方法。

  3.1、智能阀门定位器不能完成自动校准

  通常校准智能阀门定位器时,直接使用手操器中的自动校准功能即可完成调节阀的校准工作,但有时会出现自动校准不能通过的情况,这时可以使用一下手操器中的手动校准功能,当手动校准通过后,再进行自动校准一般就没有问题了。

  3.2、智能阀门定位器不能完成自动校准和手动校准

  当智能阀门定位器的自动校准和手动校准都不能通过时,主要应该按以下步骤检查处理:

  (1)确认气源压力足够,气路没有问题,阀门定位器气路没有堵塞。

  (2)检查是否由于安装等问题使阀门在开关过程中有卡涩现象。

  (3)检查智能阀门定位器中设置的阀门参数是否正确无误,如阀门的型号和尺寸等应和实际相一致,特别需要注意的是阀门的型号应与实际使用的相一致,因为阀门的型号中包含了厂家对该阀门的许多隐含设置参数,如果在手操器的设置中选错了阀门的型号,就会造成一些不可预见的错误。

  (4)阀门电位器反馈杆安装位置不合适也会造成智能阀门定位器不能完成自动和手动校准。通常由于运输或其他的原因,使智能阀门定位器反馈杆上的锁紧螺母松动,造成阀门定位器反馈杆偏离了原先的安装位置,这时需要重新调整反馈杆安装位置。一般智能调节阀上都要专门的反馈杆定位孔,关闭调节阀气源,直接通过反馈杆定位孔来确定反馈杆的位置就可以了。由于智能阀门定位器具有很强的适应性,一般反馈杆安装位置偏移一些不会造成智能阀门定位器故障,但如果偏差太大就会造成阀门定位器不能完成自动和手动校准。

  反馈连杆连接松动或有间隙、阀门膜头或气缸气渗气量大、旧阀芯积垢或阀芯磨损现象存在、定位器的压电阀内渗入了油污或灰尘,使压电阀受到损害等都是影响智能阀门定位器不能完成自动校准和手动校准的原因。

  3.3、故障实例处理方法

  (1)在有的场所因阀门膜头或气缸容量过大,定位器供气不足,还可建议加装继动器以加速供气。2009年在处理衡钢炼钢分厂大管坯弧形连铸4流结晶器冷却水比例调节阀时因阀门膜头或气缸气渗气量大造成定位器供气不足使得阀门动作缓慢,我们通过加装继动器解决了此问题。

  (2)衡钢炼铁分厂电动鼓风站送风防喘阀是保证高炉送风压力、流量的自控重点设备,2011年因定位器的压电阀内渗入了油污发生故障,发现供定位器的气源不是很干净,建议公司能源分厂更改使用氮气作为气源使问题得到根治。

  (3)2007年发生在衡钢套管加工分厂2#线淬火炉加热3段煤气调节阀不能调节,该阀门是伯雷阀配西门子PS2智能阀门定位器使用,在处理过程中始终不能完成电位器初始化。通过拆阀体发现是阀座连接垫片损坏造成阀门卡涩,更换新垫片后得以恢复。

  3.4、调节阀泄漏量大,调校后问题依然存在

  调节阀在出厂前都经过厂家严格的调校和测试过程,在现场安装完后,在确认工业管道比较干净,阀内件没有被卡住或损坏的情况下,再经过一次智能阀门定位器的自动校准后,一般不会出现漏量较大的情况。如果在现场安装智能阀门定位器与调节阀,阀门在自动校准后问题依然存在,可以采用如下的方法

  (1)对于气关阀可以先输入20mA的信号,使阀门处于完全关闭状态,然后用阀杆上的两个锁紧螺母来调整阀杆,使阀杆向下移动,直至不能使阀杆向下移动为止。然后输入12mA左右的信号,用阀杆上的两个锁紧螺母调整阀杆向下移动1/4圈。

  (2)对于气开阀可以先输入4mA的信号,使阀门处于完全关闭状态,然后用阀杆上的两个锁紧螺母来调整阀杆,使阀杆向下移动,直至不能使阀杆向下移动为止。然后输入12mA左右的信号,用阀杆上的两个锁紧螺母调整阀杆向下移动1/4圈。以上的方法已在多个场合得到良好的应用,解决了由于调节阀漏量大造成控制回路无法投用的问题,并且该调校方法在使用非智能阀门定位器的调节阀上同样可以使用。

  3.5、阀门定位器震荡

  3.5.1、调节阀安装问题

  (1)阀门安装问题造成阀杆卡涩。调节阀没有垂直安装,造成阀杆卡涩,这样就可能造成调节阀震荡的现象。

  (2)气路连接不正确。在大口径智能调节阀中,阀门定位器前有一个气源放大器,由于没有安装图纸,安装时错误把智能阀门定位器的气源输入连接到气源放大器的排气口上,由于气源放大器排气口在阀门的运动过程中的供气量不足,造成了阀门在调节过程中的震荡现象。

  3.5.2、工艺管道问题

  工艺管道上是否有容量放大器等会使流体产生脉动流的设备,如果有这些设备,应该把它们调好后再校准调节阀,否则也会引起调节阀震荡。

  3.5.3、调整智能阀门电位器的灵敏度

  最后可以通过手操器调整阀门定位器中的阀门反应灵敏度、阀门死区和阀门增益的设置参数来解决阀门定位器震荡问题。当然,在许多时候,即使安装和工艺管道有问题,也可以通过直接修改阀门定位器中的阀门反应灵敏度、阀门死区和阀门增益的设置参数来处理阀门的震荡问题,但这样做阀门虽然也可以使用,但长期运行必会对阀门本身造成较大的损害,影响阀门使用寿命。

  另外,阀门定位器的气路堵塞也会造成定位器不能完成校准或阀门定位器震荡的现象,在处理前要首先给予排除。

4、结束语

  随着企业的发展和技术进步,带智能阀门电位器的调节阀在生产过程中的应用日益广泛。作为流程工业自动化自动控制系统中的重要的环节,在选用好带智能阀门电位器(“三断”性能好、具有三断自锁保护装置、机械性能好)的阀门的基础上如何正确使用和维护就成了一个关键的问题。因此自动化仪表专业人员在具备一定的专业知识的前提下,有必要掌握带智能阀门电位器的调节阀的正确使用和维护技巧和方法,唯有如此,才能满足企业要求,使其在各类自控系统中发挥出更重要的作用。

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