摘要：
　　
介紹智能閥門定位器的組成,、工作原理、特點及其應用,。闡述在化工控制過程中利用智能閥門定位器可實現(xiàn)高品質調節(jié),，增加過程控制的精確性和穩(wěn)定性。
關鍵詞：智能閥門定位器 壓電閥 調校
調節(jié)閥是控制系統(tǒng)的終端,，一旦其發(fā)生故障,，將直接影響裝置的安全運行，對生產過程影響非常大,。運用智能閥門定位器,，能夠改善調節(jié)閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設備進行數(shù)字信息通訊,，提升企業(yè)生產控制能力,，為裝置的安全穩(wěn)定生產提供保障。下面以美國FLOWSERVE公司生產的Logix520智能閥門定位器在我廠的應用為例,，介紹智能閥門定位器,。
1． 常規(guī)定位器存在的不足
1） 常規(guī)定位器多為機械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機構,，可動件較多,，容易受溫度波動,、外界振動等干擾的影響，耐環(huán)境性差,；彈簧的彈性系數(shù)在惡劣環(huán)境下能發(fā)生改變,，會造成調節(jié)閥非線性，導致控制質量下降,；外界振動傳到力平衡機構，易造成部件磨損以及零點和行程漂移,，也使定位器難以工作,；
2） 由于噴嘴本身的特性，執(zhí)行器在穩(wěn)定狀態(tài)時也要大量消耗壓縮空氣,，若使用執(zhí)行器數(shù)量較多,，能耗較大；而且噴咀本身是一個潛在故障源,，易被灰塵或污物顆粒堵住,，使定位器不能正常工作；
3） 常規(guī)定位器手動調校時需要使用專用設備,、不隔離控制回路是不可能的,，且零點和行程的調整互相影響，須反復整定,，費時費力,，非線性嚴重時，則更難調整,。
2．Logix520智能閥門定位器的組成和原理
2.1 Logix520智能閥門定位器的組成
Logix520智能閥門定位器是一種具有HART通信協(xié)議的智能閥門定位器,，由三部分組成：微處理器電子控制的模件，包括HART通信模塊和就地用戶界面開關,；電/氣動轉換器模件的壓電閥,；閥位傳感器。
2.2 Logix520智能閥門定位器的工作原理
整個控制回路由兩線,、4～20mA信號控制,。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號上的數(shù)字信息，實現(xiàn)與微處理器的雙向數(shù)字通信,。模擬量的4～20mA信號傳給微處理器,，與閥位傳感器的反饋進行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進行控制計算（一級控制）,，向壓電閥發(fā)出電控指令使其進行開,、閉動作。壓電閥依據(jù)控制指令脈沖的寬度對應于氣動放大器輸出壓力的增量,，同時氣動放大器的輸出又被反饋給內控制回路,，再次與微處理器的運算結果進行比較運算（二級控制）,，通過兩級控制輸出信號到執(zhí)行機構，執(zhí)行機構內空氣壓力的變化控制著閥門行程,。當控制偏差很大時,，壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個連續(xù)信號,，大幅度的改變至執(zhí)行機構的信號壓力驅動閥門快速動作,；隨著閥門接近要求的位置，命令要求的位置與測得位置的差值變小,，壓電閥輸出一個較小脈寬的脈沖信號,，斷續(xù)、小幅度的改變至執(zhí)行機構的信號壓力,，使執(zhí)行機構接近新命令位置的動作平緩,。當閥門到達要求的位置（進入死區(qū)）時，壓電閥無脈沖輸出,，定位器輸出保持為零,，使閥門穩(wěn)定在某一位置不動。


3．Logix520智能定位器的調校
通過就地用戶界面DIP設置開關,，可完成定位器的增益,、正反作用、定位器特性以及是否允許自動調校等基本設置,；在不增加工具的條件下,，能夠進行自動或手動校準定位器；并且可以通過就地用戶界面手動控制按鈕,實現(xiàn)手動控制調節(jié)閥,。
3.1自動調校
將“Quick_cal”DIP開關置于“自動”,，按住定位器就地界面板上的“Quick_cal”按鈕約三秒鐘，定位器會全關閥門并登記0％位置,，然后,，打開閥門到停并登記100％位置，反復進行兩遍,，在這一過程中,，定位器要測量兩個方向的定位速度，以確定最小的定位增量（第二遍過程中在50％略停檢測閥位中點偏移）,，其間面板上狀態(tài)指示燈會按“Y-R-G-G”的順序閃亮,，表明校準正在進行中。當指示燈回到從綠燈開始的變化順序時,，校準自動完成,。
3.2手動調校
將“Quick_cal”DIP開關置于“慢進”，校準過程會在一開始時關閉閥門,，零點位置自動定在閥座處,，量程則需用戶手動設定,；當面板上狀態(tài)指示燈按“Y-R-R-G”順序閃亮，使用“慢進↑”按鈕,，手動把閥門調到約100％位置,，然后同時按兩個“慢進”按鈕，閥門會進行開關行程,，當面板上狀態(tài)指示燈再次按“Y-R-R-G”順序閃亮時,，使用“慢進↑”按鈕，再次調節(jié)閥門到精確的100％,，然后再次同時按兩個“慢進”按鈕,，登記100％位置，在之后完成校準的過程中,，再不需要操作。當指示燈回到從綠燈開始的順序時,，完成校準,。
這個功能使調校工作方便快捷，而且調校的線性好,，精度高,，響應速度和死區(qū)適中，穩(wěn)定性好,。
4． Logix520閥門定位器的其他特點
1） 就地面板裝有紅黃綠三個發(fā)光二極管,，通過多種組合指示操作狀態(tài)或警告工況，具有診斷,、監(jiān)測功能,；三個LCD閃亮順序組合所表示的基本含義：任何以綠色開始的閃亮順序，表明處于正常操作模式,，沒有內部問題,、錯誤和報警；任何以黃燈開始的閃亮順序,，表明是在特殊校驗或測試狀態(tài),；任何以紅燈開始的閃亮順序，表明存在操作問題或故障,。
2） 耗氣量非常小,，在0.6 MPa穩(wěn)定狀態(tài)下，僅為0.12NM3/h,，不足常規(guī)定位器的8 ％,；對氣源壓力的變化不敏感；
3） 采用同一型號既可用于直行程又可用于角行程,；通過選配雙作用模件,，可以實現(xiàn)控制雙作用活塞缸執(zhí)行器,；
4） “緊閉”功能默認設置起始風壓，確保執(zhí)行機構對閥座適宜的定位壓力,，使調節(jié)閥在不同工況下保證零位“緊密關閉”,；
5） 使用HART通訊協(xié)議，與定位器進行雙向通信,；
5．在實際使用中應該注意的問題
5.1 對調節(jié)信號的帶負載能力有較高的要求
在實際使用過程中,，由于Logix520定位器的輸入阻抗較高，當輸入信號為20mA時,，供電電壓的最小要求值為12VDC,、帶負荷能力不小于600Ω，否則定位器不能正常工作,；最小輸入電流不小于3.6mA時,，才能確保其性能。
5.2 應合理設置定位器的動作死區(qū)
定位器死區(qū)設置越小,，定位精度越高,，這就給人們造成一個誤區(qū)，以為死區(qū)越小越好,，但這樣會使壓電閥及反饋桿等運動部件的動作越頻繁,，有時會引起閥門振蕩，影響定位器和閥門的使用壽命,，故定位器的死區(qū)設置不易過?。欢ㄎ黄髟O置更改后,，必須重新調校后才能生效,；
5.3 Logix520定位器的安裝
定位器的安裝有一個重要原則就是，定位器,、閥桿,、反饋桿三部分要構成閉環(huán)負反饋。安裝時可以這樣檢驗：定位器安裝后,，閥桿和反饋桿不連接,，用手轉動反饋桿，若閥桿動作方向與反饋桿動作方向相反,，則說明已構成閉環(huán)負反饋,；此時要將調節(jié)閥閥位置于50％，并使反饋桿處于水平位置,，然后將反饋桿和閥桿固定,，這樣可以保證定位器工作在最佳線性段。定位器安裝不平正,，也會增加其線性偏差,。
5.4 Logix520定位器流量特性的選擇
調節(jié)閥的流量特性是由閥芯的加工特性所決定的,，如果工藝要求與其相符，則定位器的輸出特性應選擇線性輸出,；在實際使用中,，若閥芯特性與工藝要求不符，則可以通過定位器輸出特性的設置來改變閥門的整體流量特性,，如可以將閥芯為線性特性的調節(jié)閥,，通過把定位器輸出特性設置為等百分比特性，即可將具有線性閥芯的閥門變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門來使用,。
5.5 Logix520定位器的維修
定位器不同的功能模塊損壞,，造成定位器無法使用時，如果整體更換,，費用高昂,；這時可以利用無故障的模塊對定位器進行重新組裝，但組裝后要根據(jù)不同的調節(jié)閥進行重新設置,，由于使用定位器的調節(jié)閥（行程等）變了,，利用自動調校可能達不到使用要求,，這時可以先手動調校確定其行程，然后再用自動調校校準,。這樣可以使調節(jié)閥定位精準,、具有合適的響應速度，從而滿足過程控制的要求,，也節(jié)約了大量的資金,。
6． Logix520閥門定位器在某廠的實際應用
1）某甲醇裝置C-203A/B/C氧壓機組震動劇烈，其回流管線上的PCV-2008A/B/C調節(jié)閥,，使用常規(guī)定位器,，噴嘴擋板不久即出現(xiàn)磨損，零點量程時有漂移,，定位器頻繁損壞,，過程控制質量極差、危及安全生產,；采用Logix520定位器后,，由于其全密封結構，可動部件很少,，力轉換過程沒有機械傳動,，消除了振動產生的干擾，使這個問題隨之化解,，大大降低了維護量,、節(jié)約了資金,，保證了過程控制質量和裝置安全運行。
2）某裝置氣化爐廢鍋液位LCV-2003A/B調節(jié)閥,，改造前使用常規(guī)定位器,，安裝在氣化爐附近，工作環(huán)境溫度較高（80℃左右）,，介質狀態(tài)為高溫高壓（304℃,、8MPa），為防止介質泄漏,，將填料壓得較緊,，導致閥桿動作遲滯緩慢，閥位產生階躍變化,，穩(wěn)定性較差,，對過程控制影響較大。而且操作難度大,，儀表維護量多,；采用Logix520定位器后，定位器通過兩級控制,，加之與主控氣路連在一起的壓電閥可以釋放很短的控制脈沖,，使輸出至膜頭的信號更精確、更穩(wěn)定,，閥位的變化平穩(wěn)精準,；還可將定位器就地界面上的“valve stability”DIP開關撥到“Hi Friction”和“Lo Friction”選項中的“Hi Friction”端，用以消減閥桿承受的高摩擦力和不平衡力造成的影響,，基本消除了上述問題,。
3）2005年4月，儀表維護人員巡檢至某裝置加氫反應器液面調節(jié)閥LV-1501B時,，發(fā)現(xiàn)Logix520閥門定位器的狀態(tài)指示燈顯示為“R-Y-Y-Y”,，由此判斷并檢查出調節(jié)閥膜頭漏氣，及時進行了處理,，避免了因調節(jié)閥動作失靈危及裝置安全生產,；同樣還是維護人員巡檢時發(fā)現(xiàn)TV-0706B調節(jié)閥的Logix520閥門定位器狀態(tài)指示燈顯示“R-Y-Y-R”，由此檢查出減壓閥輸出變小,，調節(jié)閥供氣壓力不足,，無法滿足行程要求。維護人員檢查后發(fā)現(xiàn)減壓閥損壞,，及時更換了減壓閥并按額定要求恢復氣源壓力,，避免了操作過程中因調節(jié)不到位而影響過程控制和產品質量。
7．結束語
由于采用微處理器和新型元件，智能定位器的性能有了很大的提高,，適用范圍更廣,，使用更加簡便、可靠,。還有很多廠家生產的智能閥門定位器,，像SIEMENS的PS2、FISHER的DVC5000,、YAMATAKE的AVP100等在功能上大同小異,，性能上各有優(yōu)劣，而且也都在進一步開發(fā)軟件功能,，使其得到充分應用,，提高過程控制品質，提升企業(yè)管理水平,。